城市轨道交通电工电子技术 第2版 课件 项目三 磁路与变压器

项目三磁路与变压器课题一磁路的基本知识学习导入在生活和生产中有着广泛应用的变压器、电机、继电器等电气设备，结构上都具有铁芯和线圈，线圈中通电从而在铁芯中形成磁路。因此，掌握了电路和磁路的基本理论就能对上述电气设备的结构和制造工艺进行全面分析。而变压器在很多种电子产品中都有应用，近年来，变压器的地位变的越来越重要，特别是电子变压器需求旺盛。在不同的环境下，变压器的用途也不同。磁路与变压器这部分知识在轨道交通供电专业领域尤其重要。本单元中会对磁路与变压器进行全面的分析。学习目标1.知识目标：（1）掌握磁场的主要物理量。（2）掌握铁磁性材料的性能及损耗。（3）掌握磁路的欧姆定律。（4）掌握变压器的基本结构和工作原理，理解变压器的外特性及主要参数。2.能力目标：（1）了解磁路与变压器知识在轨道交通领域的应用。（2）掌握对变压器设备参数的定性和定量分析能力。（3）掌握功率损耗的计算（4）了解常用的变压器的结构组成和基本参数的意义。具有吸引铁、镍、钴等物质的性质称为磁性。具有磁性的物质称为磁体。磁体有天然磁体和人造磁体两种。实际中应用的大多数是人造磁体，常见的人造磁体有条形磁体、马蹄形磁铁和针形磁铁一、磁场的概念和主要物理量一、磁场的概念和主要物理量（a）条形磁体

（b）蹄形磁体

（c）针形磁体图3-1人造磁体种类

磁体周围磁力作用的空间称为磁场。磁场是一种看不见的特性物质，在磁场中，小磁针静止时N极所指的方向，就是磁场的方向。为了直观地把磁场描绘来，通常引用一些曲线，这些表示磁场状态的曲线称为磁感应线，简称为磁感线，如图3-2所示。磁场的主要物理量有：1．磁感应强度为了研究磁场中各点的强弱和方向，我们引入了磁感应强度这一物理量，用字母来表示。在磁场中垂直于磁场方向放置一通电导体，所受磁场力与电流和导体长度的乘积之比称为通电导体所在处的磁感应强度B。磁感应强度可表示为：

2．磁通磁场的主要物理量有：与磁场方向垂直的某一面积与通过该面积的磁感应强度的乘积，称为通过该面积的磁通量，简称磁通，用字母表示，单位为韦伯（Wb)，简称韦。即：

磁场的主要物理量有：3．磁导率为了表征物质的导磁性能，我们引入了磁导率这个物理量，用字母表示，磁导率是用来表示磁场媒质磁性的物理量，单位为亨利每米(即H/m)。由实验测得真空中的磁导率为一个常数，用表示，。任一物质的磁导率与真空中磁导率的比值称为相对磁导率，用表示磁场的主要物理量有：4．磁场强度磁场强度是计算磁场时所引用的一个物理量，磁场中某点的磁感应强度与磁导率的比值称为该点的磁场强度，即：二、铁磁性材料

1.磁化的概念用一根软铁棒靠近铁肩，铁屑并不能被吸引。如果把软铁棒插入载流空心线圈中时，便会发现铁屑被吸引了，这是由于软铁棒被磁化的缘故。像这种使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称为磁化，凡是铁磁物质都能被磁化。

二、铁磁性材料

2.磁饱和性在实际应用中，通常利用电流产生的磁场来使铁磁物质磁化。例如在通电线圈中放入铁心，铁心就被磁化了，当一个线圈的结构、形状、匝数都已确定时，在铁磁性材料的磁化过程中，磁感应强度随磁场前度变化的曲线称为磁化曲线，如图3-4所示，它反映了铁心的磁化过程。二、铁磁性材料

3.磁滞回线如果线圈通入交变电流，就会产生交变磁场，线圈中的铁心也就会被反复磁化，如图3-5所示。4．磁化时的铁芯损耗磁化时的铁芯损耗简称铁耗，分为磁滞损耗和涡流损耗两种。铁耗会使铁芯发热，造成功率损耗，降低效率。磁滞损耗：是铁磁性材料等在反复磁化过程中因磁滞现象而消耗的能量。磁滞指铁磁材料的磁性状态变化时，磁化强度滞后于磁场强度，它的磁通密度与磁场强度之间呈现磁滞回线关系。

涡流损耗：涡流是感应电流的一种。在整块铁心的的周围绕有线圈，当线圈中通以交变电流时，就会产生交变的磁场，处在该交变磁场中的铁心就要产生自成回路的感应电流，这种感应电流形如水中的漩涡，故称为涡流。由于整块铁心的电阻很小，涡流很大，因而使铁心发热，增加电能的损耗，这对于含有铁芯的电机、变压器等电气设备十分有害。

二、铁磁性材料

三、磁路的欧姆定律在电气设备中为了得到较强的磁场，通常利用磁导率很高的铁磁材料把电流产生的磁通集中在铁心这个限定的空间内。这种集中的磁通所经过的路径称为磁路。线圈绕在由铁磁材料制成的铁心上，线圈通以电流，便产生磁通，故此线圈称为励磁线圈。线圈中的电流称为励磁电流。我们把励磁电流和线圈匝数N的乘积称为磁通势，单位是安培（A），用表示

磁阻表示磁介质对磁通的阻碍作用的大小。磁介质的磁导率越大，横截面越大，则对磁通量的阻碍作用越小；而磁路越长，对磁路的阻碍作用越大。三、磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律：一个磁路中的磁阻等于磁动势与磁通量的比值。这个定义可以表示为：

比较上两式可得

谢谢观赏！项目三磁路与变压器课题二交流铁芯线圈电路学习导入本节主要分析交流铁芯线圈电路的基本原理及公式，图片如下：变压器、交流电动机、交流电磁铁等电气设备，它的线圈都是绕制在铁磁性材料上,在工作过程中利用磁通的交变来传递或转换能量,同时由于磁通的交变在铁心中产生能量损耗,使铁心发热,增加了电路的功率损耗。下面就含有铁心的交流电路中的电磁关系、功率损耗两方面展开讨论。

一、电磁关系

在正弦电压作用下，铁心线圈中有电流通过，产生磁通势当电流通过线圈时由于铁心的磁导率远远大于空气的磁导率所以绝大部分磁通将沿铁心而闭合，这部分沿铁心闭合的磁通称为主磁通（工作磁通），此外，还有极少部分磁通，经过空气而闭合，这部分磁通称为漏磁通，用表示。这两部分磁通将分别在线圈中产生感应电动势即和。一、电磁关系

根据电磁感应定律感应电动势有效值为

在交流铁心线圈电路中，主磁通的大小与磁路的磁阻无关。根据磁路欧姆定律，磁通不变，磁路的变化（如气隙大小）直接影响的是励磁电流的大小。二、功率损耗

例3-2-1：有一交流铁心线圈，接在的正弦电源上，在铁心中得到磁通的最大值，现在此铁心上再绕一个线圈，其匝数为220，当此线圈开路时，求其两端电压。解：V二、功率损耗在交流铁心线圈中有两部分功率损耗，即线圈电阻上的铜耗和铁芯心中的铁耗。铁耗包含两部分损耗——涡流损耗和磁滞损耗因此，交流铁芯线圈的功率损耗公式为：谢谢观赏！项目三磁路与变压器课题三变压器学习导入变压器是根据互感原理制成的一种电磁设备。变压器的用途很多，在交流电路中，通过它可以利用电磁感应原理将一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另一种电压、电流的电能，此外它还可用来变换电流、变换阻抗。本节内容主要介绍变压器的结构和工作原理。

一、变压器的结构和工作原理

1．变压器的结构变压器主要由铁心和线圈两部分构成。铁心是变压器的磁路通道，是用磁导率较高且相互绝缘的硅钢片制成，以便减少涡流和磁滞损耗。按铁芯的构造和绕组与铁芯的相对位置，变压器可分为芯式和壳式两种。

一、变压器的结构和工作原理

铁心材料：为了提高磁路的导磁性能，减少铁心中的磁滞、涡流损耗，铁心一般用高磁导率的磁性材料——硅钢片叠成。绕组：绕组是变压器的电路部分，它由一般采用涂高强度绝缘漆的扁（或圆）铜线绕制而成。按原绕组和副绕组的相对位置不同，可分为同芯式绕组和交叠式绕组。图3-11交叠式绕组一、变压器的结构和工作原理

2．变压器的分类变压器的种类很多，可按其用途、结构、相数、冷却方式等不同来进行分类。1）按用途分类，可分为电力变压器（主要用在输配电系统中，又分为升压变压器、降压变压器、联络变压器和厂用变压器）、仪用互感器（电压互感器和电流互感器）、特种变压器（如调压变压器、试验变压器、电炉变压器、整流变压器、电焊变压器等）。2）按绕组数目分类:可分为双绕组变压器,三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器。3）按铁心结构分类，有芯式变压器和壳式变压器。4）按相数分类，有单相变压器、三相变压器和多相变压器。5）按冷却介质和冷却方式分类，可分为油浸式变压器（包括油浸自冷式、油浸风冷式、油浸强迫油循环式）、干式变压器、充气式变压器。6）电力变压器按容量大小通常分为小型变压器（容量为10～630kVA）、中型变压器（容量为800～6300kVA）、大型变压器（容量为8000～63000kVA）和特大型变压器（容量在90000kVA及以上）。一、变压器的结构和工作原理

3．变压器的工作原理图3-12变压器原理图电压变换一、变压器的结构和工作原理

三相变压器三相电压的变换采用一台三相变压器完成。其原理图为，在一个具有三个铁心柱上绕三个原绕组和三个副绕组。三相变压器绕组的联接方法：三相变压器原绕组和副绕组都可分别接成Y形和Δ形，因此，三相变压器原副绕组有4种接法：Y/Y、△/Y、Y/△、△/△。其中分子表示原绕组接法，分母表示副绕组的接法。实际上常用的只有Y/Y和Y/△两种。一、变压器的结构和工作原理

①Y/Y联接由于三相变压器每相原副绕组绕在同一铁心柱上，主磁通相同，其相电压变换与单相变压器一样。相电压之比：；线电压之比：②Y/△联接相电压之比：；线电压之比：2．电流变换考虑到变压器的空载电流很小，，可忽略不计，则

一、变压器的结构和工作原理

3．变压器阻抗变换以上讲述变压器能起变换电压和变换电流作用。此外，它还有变换负载的阻抗作用，以实现“匹配”。一、变压器的结构和工作原理

二、变压器的主要参数变压器的额定值：额定值是对变压器正常工作时的使用规定，也是设计和试验变压器的依据。变压器在额定情况下运行，可保证长期可靠地工作，并具有良好的性能。额定值通常标注在变压器的铭牌上，也称为铭牌数据。

二、变压器的主要参数变压器的额定值主要有：额定容量

是变压器的额定视在功率，以V·A或kV·A表示。对三相变压器而言是指三相容量之和。通常把原、副绕组的额定容量设计得一样大。原边额定电压：正常运行时规定加在一次侧的端电压，对于三相变压器，额定电压为线电压。副边额定电压：一次侧加额定电压，二次侧空载时的端电压。二、变压器的主要参数原边额定电流

变压器额定容量下原边绕组允许长期通过的电流，对于三相变压器，I1N为原边额定线电流。副边额定电流

变压器额定容量下原边绕组允许长期通过的电流，对于三相变压器，为副边额定线电流。二、变压器的主要参数单相变压器额定值的关系式：：我国工频：50Hz。此外，还有额定情况下的效率、温升等。

三相变压器额定值的关系式：

谢谢观赏！项目三磁路与变压器项目实施任务

变压器的空载特性与负载特性测试

一、任务目标1.掌握变压器参数的测量方法；2.掌握变压器的空载特性与负载特性曲线的测量。任务

变压器的空载特性与负载特性测试

序号器材规格型号数量1电压表85L1－100V22电流表85L1－15A23恒压电压源AC220V14待测变压器

15导线

若干根6滑动变阻器5017自耦变压器TDGC20.2K18功率表D26-W1二、器材工具任务

变压器的空载特性与负载特性测试

三、任务实施

图3-16变压器特性测量电路图1.空载特性的测量未接入电阻前，调节自耦变压器，使原边的输入电压从0逐渐增至40V,逐次测量测量图3-16电路中的V1和A1的数值，将不同的5组数据记录在表3-3中。测量内容12345V1

A1

表3-3空载特性数据记录表任务

变压器的空载特性与负载特性测试

测量内容12345V2

A2

A1

2.负载特性的测量

接入负载滑动变阻器，自耦变压器原边为36V恒定，改变负载（即改变滑动变阻器）测量，测原边电流A1,副边电压