第八章铁心线圈与变压器简明演示文稿

第八章铁心线圈与变压器简明版演示文稿当前第1页\共有48页\编于星期六\17点优选第八章铁心线圈与变压器简明版当前第2页\共有48页\编于星期六\17点一、磁场的基本物理量垂直穿过某一面积S的磁力线的总根数。韦伯wb穿过单位面积的磁力线根数。特斯拉T

wb/m2磁场中某点的B与该点的磁导率μ的比值。1.磁通φ2.磁感应强度B3.磁场强度H4.导磁系数μ描述导磁能力大小的物理量。通常使用相对导磁系数无量纲真空导磁系数第一节磁路的基本概念和定律安/米，A/m,A/cm#8-1当前第3页\共有48页\编于星期六\17点磁动势第一节磁路的基本概念和定律二、磁路的基本定律安培环路定律磁路欧姆定律与电路类似，磁路也有各种定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律沿任一闭合路径，H的线积分等于包围在这闭合路径内各电流的代数和若磁场均匀则有磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律无分支磁路平均长

l线圈N匝IN磁通Φ导磁系数μ截面积S根据得磁路欧姆定律磁阻Rm基尔霍夫定律#8-1当前第4页\共有48页\编于星期六\17点二、磁路的基本定律安培环路定律磁路欧姆定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律有分支磁路I1N1I2N2φ1φ2φ31.磁路的基尔霍夫磁通定律在节点A处Aφ1+φ2-φ3=02.磁路的基尔霍夫磁压降定律任一闭合回路中均有：或磁压降的代数和等于磁动势的代数和#8-1当前第5页\共有48页\编于星期六\17点INH（I）B（φ）μμabcB铁磁材料B-H，μ-H曲线从曲线上能明显看出，μ不是常数导磁性工程上利用它来使磁通尽量地约束在有限的范围内，提高电磁设备的利用率，一般使用B-H

曲线的ab

段。磁滞B的变化滞后于H

的变化如曲线的oa段o磁饱和当H达到一定程度，B

不再随H

而增加，此为磁饱和。如曲线的cs段。s若对铁心线圈而言，磁饱和意为当电流I

增加到一定程度，φ不再随之增加。关于磁滞祥看请点击#三、磁性材料的磁性能8-1当前第6页\共有48页\编于星期六\17点几点说明：磁阻Rm的大小取决于磁路的尺寸和材料的磁导率。

很大，但不是常数，因此

也不是常数。所以磁路欧姆定律不能用来进行定量计算，只用做定性分析。通常磁路计算应用磁路基尔霍夫定律。磁路和电路有相似之处，但却有本质的区别。#8-1当前第7页\共有48页\编于星期六\17点第二节第二节直流铁心线圈与直流电磁铁一、直流铁心线圈（磁路计算略）二、直流电磁铁1.构成铁心铁心线圈线圈衔铁衔铁2.工作原理通电的铁心线圈对衔铁会产生吸力请看通电演示3.吸力磁动势主要降在空气隙上磁动势#电磁铁应用？8-2当前第8页\共有48页\编于星期六\17点直流电磁铁的特点励磁电流是由励磁线圈的外加电压U

和线圈电阻R

决定的2.无磁滞和涡流损耗，铁心可以使用整块的铸钢、软铁。电流是恒定的，无感应电动势产生。3.吸合后电磁力比吸合前大得多，但励磁电流不变。（因磁动势

NI

不变，磁阻Rm↓→B↑，所以吸力F↑）电流恒定，无感应电动势产生。无磁滞和涡流损耗，可使用整块铁心3.吸合后，励磁电流不变，

F↑↑#8-2当前第9页\共有48页\编于星期六\17点第三节交流铁心线圈与交流电磁铁一、交流铁心线圈的损耗P=△PCU+△Ph+△Pe总损耗铜损涡流损耗铁损磁滞损耗铜损△PCU

线圈电阻上的损耗△PCU=I2R磁滞损耗其大小与铁心材料反复磁化后的磁滞回线面积成正比涡流损耗交变磁通穿过铁心时，铁心既导磁又导电，因铁心在交变磁通作用下产生感应电动势，从而在垂直于磁通方向的铁心平面内产生旋涡状的感应电流，叫涡流。涡流在铁心内电阻上产生的损耗称涡流损耗。减小涡流损耗的办法增大涡流通路的电阻即用薄的材料叠成铁心减小磁滞损耗的办法铁心尽量采用软磁材料#8-3当前第10页\共有48页\编于星期六\17点二、电压平衡方程式iNφφL交流铁心线圈大部分经铁心闭合线圈中磁通产生ee主磁通少部分经空气闭合产生eL漏磁通eLu线圈电阻上压降为

iR根据KVL得：或电压平衡方程式#8-3当前第11页\共有48页\编于星期六\17点#二、电压平衡方程式有效值忽略了漏磁感应电动势和线圈内阻压降后,方程变为：或重要结论外加电压不变时，交流铁心线圈的铁心内主磁通最大值几乎是不变的。这是分析变压器和交流电动机时的重要概念。注意8-3当前第12页\共有48页\编于星期六\17点三、交流电磁铁铁心线圈衔铁

交流电磁铁也是一种电磁器件，结构形式与直流电磁铁类似。在工业部门应用极为广泛。如冶金工业中用于提放钢材的电磁吊车；夹持工件的电磁工作台；传递动力的电磁离合器；液压传动中的电磁阀；交流接触器及接触器等。铁心中的磁通是交变的，空气隙处的磁感应强度为：吸力平均值#8-3当前第13页\共有48页\编于星期六\17点三、交流电磁铁瞬时值有效值显然

f

是交变的，存在过零值。会出现吸合不牢的现象。

通常在尾端留一切口，套上铜环（或称磁环），铜环产生的感应电流阻碍φ的变化，致使穿过铜环的φ与其它φ存在一相位差，结果产生两个相位不同的电磁吸力，平均后，不再有过零点。见教材P156交流电磁铁特点1.吸力是交变的，铁心需加分磁环。2.励磁电流吸合前大，吸合后减小。前后吸力不变3.铁心和衔铁均由硅钢片叠成，为减小铁损。#8-3当前第14页\共有48页\编于星期六\17点交、直流电磁铁的特点电流恒定，无感应电动势产生。无磁滞和涡流损耗，可使用整块铁心3.吸合后，励磁电流不变，

F↑↑#交流电磁铁特点1.吸力是交变的，铁心需加分磁环。2.励磁电流吸合前大，吸合后减小。前后吸力不变3.铁心和衔铁均由硅钢片叠成，为减小铁损。直流电磁铁特点8-3当前第15页\共有48页\编于星期六\17点一、变压器的用途、构造和分类变压器是基于电磁感应原理而制成的静止的电器设备用途变电压，变电流，变阻抗构造心式和壳式两种心式变压器壳式变压器分类单相，三相，多相；升压，降压；仪用电压、电流互感器；焊接变压器，自藕变压器。#有两个绕组也有两个绕组

第四节单相变压器8-4当前第16页\共有48页\编于星期六\17点二、变压器的工作原理原边绕组N1名词介绍幅边绕组N2一次绕组N1二次绕组N2一次侧二次侧均指电源侧

均指负载侧什么是变压器任载运行？什么是变压器空载运行？u~u~Z2Z2s

一次侧接电源二次侧负载开路

一次侧接电源二次侧接负载8-4当前第17页\共有48页\编于星期六\17点二、变压器的工作原理变压器空载运行u~Z2sI0空载电流U1U20此时的变压器相当于交流铁心线圈变比二次侧额定电压空载运行的结论：原幅边电压之比等于原幅边匝数之比，等于常数k这就是变压器的变电压作用8-4当前第18页\共有48页\编于星期六\17点u~Z2sI0空载电流U1U20由

可见，当电源电压U1合频率f不变时，E1和φm也都近于常数。

也就是说，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时是差不多恒定的。因此，有负载时产生主磁通的一次、二次绕组的合成磁通势（N1i1+N2i2）应该和空载时产生主磁通的一次绕组的磁通势N1i0差不多相等。即：当前第19页\共有48页\编于星期六\17点u~Z2变压器任载运行U1I1U2I2两边绕组中通过的磁通是相同的只要U1不变，主磁通就不应该变，所以有：磁动势平衡方程式有载时原边磁动势分为两部分1.产生主磁通（励磁分量）I02.用来补偿I2N2（负载分量I2）,又称去磁一般I0很小，小型变压器只有2~3%I1

，大的不过10%，当略去I0N1后有：变电流作用任载运行结论：变电流作用任载后，电压比是否还等于变比k?变电压作用还有一个作用是变阻抗幅边

Z2原边Z1变阻抗作用或8-4当前第20页\共有48页\编于星期六\17点二、变压器的工作原理空载运行结论：任载运行结论：变电流作用变电压作用变阻抗作用或总结8-4当前第21页\共有48页\编于星期六\17点例题：某阻抗为8Ω的扬声器，接于输出变压器的副边，输出变压器的原边接电动势ES=10V，内阻RS=200Ω的信号源。设输出变压器为理想变压器，其原副绕组的匝数为500/100，如图所示。试求（1）扬声器的等效阻抗R/和获得的功率；（2）扬声器直接接信号源所获得的功率。R～RSĖSİ(a)5：1～RSĖSR(b)İ1Ku2R(c)～RSĖS当前第22页\共有48页\编于星期六\17点解：（1）8Ω电阻接变压器等效电阻为：

获得的功率：当前第23页\共有48页\编于星期六\17点(2)若8Ω扬声器直接接信号源（如图a所示），所获得的功率为：当前第24页\共有48页\编于星期六\17点1)变压器的型号变压器的铭牌和技术数据SJL1000/10

变压器额定容量(KVA)

铝线圈

冷却方式J:油浸自冷式F:风冷式相数S:三相D:单相

高压绕组的额定电压(KV)当前第25页\共有48页\编于星期六\17点变压器的外特性和额定值2.

额定值一般变压器的额定值在其名牌上给出。额定电压一次额定电压U1N正常时一次绕组所加电压的有效值。二次额定电压U2N一次电压为U1N时，变压器空载时对应二次侧的空载电压有效值，即U20=U2N8-4单相：U1N，一次侧电压，

U2N，二次侧空载时的电压三相：U1N、U2N，一次、二次侧的线电压当前第26页\共有48页\编于星期六\17点变压器的外特性和额定值2.

额定值一般变压器的额定值在其名牌上给出。额定电流一次额定电流I1N一次绕组加额定电压，正常工作时一次绕组允许长期通过的最大电流有效值。二次额定电流I2N一次绕组加额定电压，正常工作时二次绕组允许长期通过的最大电流有效值。8-4单相：一次、二次侧绕组允许的电流值三相：一次、二次侧绕组线电流当前第27页\共有48页\编于星期六\17点指二次侧的输出额定视在功率即：8-4

额定容量SN:传送功率的最大能力。单相：三相：注意：变压器几个功率的关系(单相)容量：一次侧输入功率：输出功率：

容量

SN

输出功率

P2

一次侧输入功率P1

输出功率P2额定频率额定频率50HZ当前第28页\共有48页\编于星期六\17点三、变压器的外特性和额定值1.外特性电压保持不变，变压器任载后，由于一、二次侧均有电流通过，必然在一次侧、二次侧内阻抗上产生电压降，从而使二次电压随负载电流增加变小。称曲线为变压器的外特性。变压器外特性电压调整率满载时电压空载电压一般在5%以内8-4当前第29页\共有48页\编于星期六\17点四、变压器的损耗和效率变压器损耗△p分铁损△pFe和铜损△pCu

1.铁损是交变的主磁通在铁心中产生磁滞损耗△ph和涡流损耗△pe之和又称为固定损耗2.铜损又称为可变损耗变压器一次侧、二次侧均有电阻，当有电流通过时，产生损耗3.效率一次侧输入功率p1

，二次侧输出功率p2，效率为η△p=△pFe+△pCu小型变压器的效率为70~85%，大型变压器效率可达98%8-4当前第30页\共有48页\编于星期六\17点三相变压器三相变压器一般采用芯式结构，在“

”形铁芯的三个铁芯柱上，每个铁芯柱分别安放一相的原边和副边绕组，即对应相的原副边绕组放在同一铁芯柱上。

ABCΦAΦBΦCabcxyz当前第31页\共有48页\编于星期六\17点

三相原副边绕组根据需要，进行适当的三相联结，星形或三角形联结；

如图，三相原边绕组已接为星形，副边尚未联结；

当原边输入为三相对称电压时，三相副边绕组输出的三相电压也一定为三相对称电压；

原副边绕组的输出电压也取决于原副边绕组的匝数比。

当前第32页\共有48页\编于星期六\17点

变压器的原副边绕组的同名端

变压器三相绕组的星形、三角形接法不是随便进行的;

在接入之前必须先标出变压器原副边绕组的同名端，再按一定的规定进行星形、三角形联结，否则，三相变压器不能正常工作甚至被损坏。

当前第33页\共有48页\编于星期六\17点

同一铁芯（相连同一磁通）的两个（或多个）原副绕组中，某一瞬时具有相同极性的出线端称为同名端。

对于变压器的原副边绕组（三相变压器中取出其中一相），其原绕组与副绕组相连着同一个主磁通。当磁通交变时，都会在原副绕组中产生感生电动势，一个绕组的某一端点的电位为正时，另一绕组的两个端点必然有一个端点的电位也是正的。这两个相应得同极性电位端即为同名端。

当前第34页\共有48页\编于星期六\17点

绕组的同名端取决于绕组的绕向，三相变压器或多绕组的单相变压器的出线端，一般都*标出同名端。变压器绕组的同名端可以通过实验的方法测得。

一般三相变压器中，以A、B、C和a、b、c分别表示原副绕组的首端，X、Y、Z和x、y、z分别表示原副绕组的尾端，即A和a、B和b、C和c互为同名端，同理，X和x、Y和y、Z和z也互为同名端。

当前第35页\共有48页\编于星期六\17点同名端的实验判别方法交流测定法接线如图（a）所示，当一侧绕组加上交流电压时（通常加在高压侧）。（a）4+-3u12V当前第36页\共有48页\编于星期六\17点

若电压表中的读数高于所加的电压，则该读数为两个绕组中的感应电势之和，说明两个绕组为正向串联，即被连接的两端为异名端；

若电压表的读数低于所加的电压，则为两个绕组中的感应电动势之差，即被连接的两端为同名端。

当前第37页\共有48页\编于星期六\17点直流测定法

的接线图

接线如图（b）所示，一侧绕组接直流电源（通常在低压侧）；

若开关S合上瞬间，另一侧所接的直流毫安表的指针正偏，则与电流表正极的连接端与另一绕组中与电源正极的连接端为同名端。

若指针反偏，则该端的为异名端。4+-3S2OOA（b）1当前第38页\共有48页\编于星期六\17点三相变压器的连接组别

三相变压器以及三相组合变压器，由于首尾端的标志不同和原副绕组星形、三角形接法的不同，使得三相变压器原副边对于相产生各种不同的相位差，形成了三相变压器的各种不同连接组别，分别以相应的符号表示。比如Y/Y-12、Y/△-11、Y0/△-11连接等，是船舶三相变压器常用的连接组别。

星形连接三角形连接带中线星形连接当前第39页\共有48页\编于星期六\17点12表示副边电压与原边电压同相位11表示副边电压滞后原边电压30度相位角。abcABCBCAabc(a)ABCBCAabcabc(b)当前第40页\共有48页\编于星期六\17点

使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的