第4章 磁路与变压器

第四章磁路与变压器

第一节

磁路的基本知识第二节单相变压器第三节三相变压器

第四节自耦变压器返回主目录第一节磁路的基本知识一、铁磁性物质如铁、钴、镍、硅钢、坡莫合金、铁氧体等，其磁导率很大，是真空磁导率的几百甚至几千倍，而且不是一个常数，是随着磁感应强度和温度而变化的。顺磁性物质：如空气、铝、铂等，其磁导率稍大于真空磁导率。逆磁性物质：如氢、铜等，其磁导率稍小于真空磁导率。非铁磁性物质铁磁性物质导磁性能分类磁导率：表征物质导磁性能的物理量。软磁

:硬磁（永磁）:

1．铁磁性物质的磁化曲线图4-1铁磁性物质的磁滞回线

图4-2铁磁性物质的基本磁化曲线

磁饱和剩磁工程上常用oa段基本磁化曲线来表示铁磁性物质的磁性能，进行磁路计算。磁场强度H：表征磁场强弱的物理量，与磁介质的导磁性能无关。

磁感应强度B：表征磁场强弱的物理量，与磁介质的导磁性能有关。

（2）剩磁性铁磁材料经磁化后，若磁化场的磁场强度降为零，铁磁材料中仍能保留一定的剩磁。2．铁磁性物质的磁性能

（1）高导磁性在一定的温度范围内，铁磁材料的磁导率很大，其值为真空磁导率的数百乃至数千倍。（4）磁滞性铁磁材料在交变磁化过程中，磁感应强度的变化总是滞后于磁场强度的变化，这种现象称为磁滞现象，简称磁滞。（3）磁饱和性当磁化场的磁场强度增大到一定数值后，若再增大，则铁磁材料中的磁感应强度几乎不再增大，磁化达到饱和状态。由于铁磁材料具有磁饱和特性，因而铁磁材料的与之间呈非线性关系，磁导率不是常数。3.铁磁性物质的种类与用途铁磁性物质硬磁:软磁:磁滞回线较宽，剩磁和娇顽力较大，常用的硬磁材料有铝镍钴合金、钨钢、钴钢、钡铁氧体、锶鉄氧体等。（永磁）磁导率高，磁滞回线狭窄，磁滞损耗小。常用的有铁氧体，如半导体收音机的磁棒和中周变压器的铁心就用的是软磁铁氧体。用于低频的软磁材料有硅钢、铸钢、坡莫合金等，电机、变压器中用的铁心多为硅钢片。图4-3二、磁路图4-4磁路磁路：磁通流通的路径。工程上把约束在铁心及其气隙所限定的范围内的磁通路径称为磁路。主磁通：经过变压器铁心而闭合的磁通称为主磁通漏磁通：部分经过空气而闭合的磁通称为漏磁通。三、交流铁心线圈1.电压与磁通的关系

不考虑线圈的电阻及漏磁通，根据式（1-17）、式（1-18）可得

当电压u为正弦量时，磁通也是正弦量，因此若设，则有式中，U的单位为V，f的单位为Hz，的单位为Wb。图4-5（4-1）（4-2）三、交流铁心线圈1.电压与磁通的关系

图4-5结论1、2、相位关系上，端电压超前于磁通3、量值关系上，2.铁心损耗铁心损耗在交变磁通作用下，铁心中存在着能量损耗，称为铁心损耗，简称铁损，用表示。涡流损耗磁滞损耗1）涡流损耗铁心中的交变磁通在铁心中感应出电压，由于铁心也是导体，就产生了一圈一圈的电流，这种电流称为涡流。涡流产生的功率损耗与感应电压的平方成正比。由式（4-2）可知感应电压U与磁通交变的频率f及磁感应强度的最大值Bm成正比，因此涡流损耗与f及Bm的平方成正比。2）磁滞损耗铁磁性物质在反复磁化时，会产生一种类似于摩擦生热的能量损耗，这就是磁滞损耗。第二节单相变压器一、基本结构及工作原理1．基本结构（1）铁心铁心构成了变压器的磁路，并作为绕组的支撑骨架。心式壳式符号

（2）绕组绕组构成变压器的电路。4-6式中，N称为变压比，简称变比，它是变压器的一个重要参数。当K>1时为降压变压器；当K<1时为升压变压器。

2．工作原理（１）空载运行设则可根据电磁感应定律一次绕组二次绕组图4-7（2）负载运行

理想情况下：变压器一次侧视在功率与二次侧视在功率相等，即图4-8（３）阻抗变换变压器负载运行时，从一次绕组看进去的阻抗为有一单相变压器，当一次绕组接在220V的交流电源上时，测得二次绕组的端电压为22V，若该变压器一次绕组的匝数为2100匝，求其变比和二次绕组的匝数。

匝例解二、工作特性1．外特性

工程上，常用电压变化率来反映变压器二次侧端电压随负载而变化的情况。式中，是空载时二次绕组的端电压，是负载时二次绕组的端电压。电压变化率反映了变压器带负载运行时性能的好坏，是变压器的一个重要性能指标，一般控制在３﹪～６﹪左右。图4-9变压器在运行过程中会有一定的损耗，主要分为铜损耗和铁损耗。变压器的输出功率与输入功率之比称为效率，用表示，即2．损耗与效率（1）损耗（2）效率

第三节三相变压器

一、三相变压器的种类和结构1.种类图4-10图4-11三相心式变压器2.结构图4-12电力变压器外型椭圆形油箱结构长方形波纹油箱结构图4-13电力变压器铭牌电力变压器产品型号S7-500/10标准代号××××额定容量500kV•A产品代号××××额定频率50Hz出厂序号××××相数3相联接组Y，yn0阻抗电压4﹪冷却方式油冷使用条件户外开关位置额定电压额定电流高

压低

压高

压低

压Ⅰ10.5kV27.5AⅡ10kV400V28.9A721.7AⅢ9kV30.4A二、电力变压器的铭牌及主要参数××变压器厂××年××月高压侧电压(kV)变压器容量(kV•A)S7—500/101．型号设计序号三相变压器高压侧额定电压据变压器的绝缘强度和允许发热而规定的一次绕组的正常工作电压值。低压侧额定电压变压器空载时，高压侧加额定电压后，低压侧的端电压。2．额定电压额定电压均指

线电压！！额定电流据变压器的允许发热而规定的允许绕组长期通过的最大电流值。3．额定电流线电流！！额定电流均指？额定容量变压器在额定工作状态下，二次绕组的视在功率，常以kV·A为单位。4．额定容量单相变压器的额定容量为（kV·A）三相变压器的额定容量为（kV·A）5．联接组别Yyno二次侧连接成星形一次侧接成星形，中性点不引线二次侧中性点接地，并引出线表示一、二次侧绕组线电压的相位差（0～11共十二个时钟数码）三、三相变压器的用途

目前我国交流输电的电压为110kV、220kV、330kV及500kV等多种。主要用于输、配电系统。包括升压变压器、降压变压器和配电变压器。据在输送和一定时节约输电线材料，减小输电线路的损耗，输电线的截面积第四节自耦变压器把一次绕组和二次绕组合二为一，如图所示，就成为只有一个绕组的变压器，这种变压器称为自耦变压器。特点：一、二次绕组之间不仅有磁耦合，而且还有电的直接联系。图4-14原理图自耦变压器的原理与普通变压器一样