电工学第六章磁路与铁心线圈电路资料.ppt

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1、返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页第第6章章 磁路与铁心线圈电路磁路与铁心线圈电路6.2 6.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路6.3 6.3 变压器变压器变压器变压器6.1 6.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法磁路及其分析方法磁路及其分析方法返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页 在很多电工设备（如变压器、电机、电磁铁、电在很多电工设备（如变压器、电机、电磁铁、电工测量仪器等）中，不仅有电路的问题，同时还有磁工测量仪器等）中，不仅有电路的问题，同时还有磁路的问题。只有同时掌握了电路和磁路的基本理论，路的问题。只有同

2、时掌握了电路和磁路的基本理论，才能对以上电工设备进行全面分析。才能对以上电工设备进行全面分析。在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，它物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页6.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路6.2.1 电磁关系电磁关系 +e e+e e +u ui i(磁通势

3、磁通势)主磁通主磁通主磁通主磁通 ：通过铁心闭合的通过铁心闭合的通过铁心闭合的通过铁心闭合的磁通。磁通。磁通。磁通。漏磁通漏磁通漏磁通漏磁通 ：经过空气或其它经过空气或其它经过空气或其它经过空气或其它非导磁媒质闭合的磁通。非导磁媒质闭合的磁通。非导磁媒质闭合的磁通。非导磁媒质闭合的磁通。线圈线圈线圈线圈铁心铁心铁心铁心 i i，铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感 与与与与 I I 不是线性关系。不是线性关系。不是线性关系。不是线性关系。返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页6.2.2 电压电流关系电压电流关系根据根据根据根据KVL:KVL

4、:式中：式中：式中：式中：R R是线圈导线的电阻是线圈导线的电阻是线圈导线的电阻是线圈导线的电阻 L L 是漏磁电感是漏磁电感是漏磁电感是漏磁电感 当当当当 u u 是正弦电压时是正弦电压时是正弦电压时是正弦电压时，其它各电压、电流、电动，其它各电压、电流、电动，其它各电压、电流、电动，其它各电压、电流、电动势可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：势可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：势可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：势可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：N N +e e+e e +u ui i返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页设主磁通设主磁通设

5、主磁通设主磁通 则则则则有效值有效值有效值有效值 由于线圈电阻由于线圈电阻由于线圈电阻由于线圈电阻 R R 和感抗和感抗和感抗和感抗X X (或漏磁通或漏磁通或漏磁通或漏磁通 )较小较小较小较小,其其其其电压降也较小，与主磁电动势电压降也较小，与主磁电动势电压降也较小，与主磁电动势电压降也较小，与主磁电动势 E E 相比可忽略，相比可忽略，相比可忽略，相比可忽略，故有故有故有故有式中：式中：式中：式中：B Bmm是是是是铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位TT；A A 是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位是铁心

6、截面积，单位是铁心截面积，单位mm2 2。返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页6.2.3 功率损耗功率损耗 交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。1.1.铜损铜损铜损铜损(P Pcucu)在交流铁心线圈中在交流铁心线圈中在交流铁心线圈中在交流铁心线圈中,线圈电阻线圈电阻线圈电阻线圈电阻R R上的功率损耗称铜损，用上的功率损耗称铜损，用上的功率损耗称铜损，用上的功率损耗称铜损，用 P Pcucu 表示。表示。表示。表示。P Pcucu =R

7、IRI2 2式中：式中：式中：式中：R R是线圈的电阻；是线圈的电阻；是线圈的电阻；是线圈的电阻；I I 是线圈中电流的有效值。是线圈中电流的有效值。是线圈中电流的有效值。是线圈中电流的有效值。2.2.铁损铁损铁损铁损(P PFeFe)在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率损耗称铁损，用功率损耗称铁损，用功率损耗称铁损，用功率损耗称铁损，用 P PFeFe 表示。它与铁心内磁感应表示。它与铁心内磁感应表示。它与铁心内磁感应表示。它与铁心内磁感应强度的最大值强度的

8、最大值强度的最大值强度的最大值B Bmm的的的的平方成正比。平方成正比。平方成正比。平方成正比。铁损由磁滞和涡流产生。铁损由磁滞和涡流产生。铁损由磁滞和涡流产生。铁损由磁滞和涡流产生。返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页(1)(1)磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗(P Ph h)由磁滞所产生的能量损耗称为由磁滞所产生的能量损耗称为由磁滞所产生的能量损耗称为由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗(P Ph h )。磁滞损耗的大小：磁滞损耗的大小：磁滞损耗的大小：磁滞损耗的大小：单位体积内的磁滞损耗正比单位体积内的磁滞损耗正比单位体积内的磁滞损耗正比单位体积

9、内的磁滞损耗正比与磁滞回线的面积和磁场交变的与磁滞回线的面积和磁场交变的与磁滞回线的面积和磁场交变的与磁滞回线的面积和磁场交变的频率频率频率频率 f f。磁滞损耗转化为热能，引磁滞损耗转化为热能，引磁滞损耗转化为热能，引磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。起铁心发热。起铁心发热。起铁心发热。减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施：选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。器和电机中使用的硅钢等材料的

10、磁滞损耗较低。器和电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。器和电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度。返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页(2)(2)涡流损耗涡流损耗涡流损耗涡流损耗(P Pe e )涡流损耗涡流损耗涡流损耗涡流损耗:由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。涡流涡流涡流涡流：交变磁通在铁心内产生交变磁通在铁心内产生交变磁通在铁心内产生交变磁通在铁心内产生感应电动势

11、和电流，称为涡流。涡感应电动势和电流，称为涡流。涡感应电动势和电流，称为涡流。涡感应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。流在垂直于磁通的平面内环流。流在垂直于磁通的平面内环流。流在垂直于磁通的平面内环流。涡流涡流涡流涡流损耗转化为热能，引起铁心发热。损耗转化为热能，引起铁心发热。损耗转化为热能，引起铁心发热。损耗转化为热能，引起铁心发热。减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施：提高铁心的电阻率提高铁心的电阻率提高铁心的电阻率提高铁心的电阻率(通常由于硅通常由于硅通常由于硅通常由于硅钢片）。铁心用彼此绝缘的钢片叠钢片）。铁心用彼此绝缘的钢片叠钢片

12、）。铁心用彼此绝缘的钢片叠钢片）。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。成，把涡流限制在较小的截面内。成，把涡流限制在较小的截面内。成，把涡流限制在较小的截面内。铁心线圈交流电路的有功功率为：铁心线圈交流电路的有功功率为：铁心线圈交流电路的有功功率为：铁心线圈交流电路的有功功率为：返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页6.3 变压器变压器 变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。子线路中应用广泛。变电压：变电压：电力系统电力系统 变阻抗：变阻抗：电子线路中的阻抗匹配电子线路中的阻抗匹配变电流：变电流：

13、电流互感器电流互感器 变压器的主要功能有变压器的主要功能有变压器的主要功能有变压器的主要功能有：在能量传输过程中，当输送功率在能量传输过程中，当输送功率P=UI cos 及及负载功率因数负载功率因数cos 一定时：一定时：电能损耗小电能损耗小节省金属材料（经济）节省金属材料（经济）6.3.1 概述概述U I P =I RlI A返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页 电力工业中常采用高压输电，电力工业中常采用高压输电，电力工业中常采用高压输电，电力工业中常采用高压输电，以减小远距离传输以减小远距离传输以减小远距离传输以减小远距离传输中的线路损耗。在到达目的地后，再由配电变压器

14、降中的线路损耗。在到达目的地后，再由配电变压器降中的线路损耗。在到达目的地后，再由配电变压器降中的线路损耗。在到达目的地后，再由配电变压器降低电压等级，以降低电气设备的绝缘等级和保证用电低电压等级，以降低电气设备的绝缘等级和保证用电低电压等级，以降低电气设备的绝缘等级和保证用电低电压等级，以降低电气设备的绝缘等级和保证用电安全。安全。安全。安全。具体如下：具体如下：具体如下：具体如下：发电厂发电厂10.5kV输电线输电线220kV升压升压仪器仪器36V降压降压实验室实验室380/220V降压降压变电站变电站 10kV降压降压降压降压返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页变压器

15、的分类变压器的分类电力变压器电力变压器电力变压器电力变压器 (输配电用输配电用输配电用输配电用)电压互感器电压互感器电压互感器电压互感器 电流互感器电流互感器电流互感器电流互感器 按用途分按用途分按用途分按用途分仪用变压器仪用变压器仪用变压器仪用变压器 整流变压器整流变压器整流变压器整流变压器 按相数分按相数分按相数分按相数分单相变压器单相变压器单相变压器单相变压器 三相变压器三相变压器三相变压器三相变压器按制造方式按制造方式按制造方式按制造方式壳式壳式壳式壳式心式心式心式心式返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页干式变压器干式变压器干式变压器干式变压器 高燃点全密封变压器高

16、燃点全密封变压器 330KV330KV变压器变压器变压器变压器 树脂浇注干式变压器树脂浇注干式变压器树脂浇注干式变压器树脂浇注干式变压器返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页单相变压器单相变压器单相变压器单相变压器返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页变压器的结构变压器的结构变压器的结构变压器的结构变压器的磁路变压器的磁路绕组：绕组：绕组：绕组：一次绕组一次绕组一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组二次绕组二次绕组由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成厚厚0.35mm 或或 0.5mm铁心铁心变压器的电路变压器的电路变压器的电路变压器的电路一次一次绕组绕组N1二次二

17、次绕组绕组N2铁心铁心单相变压器单相变压器返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页6.3.2 变压器的工作原理变压器的工作原理 一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心单相变压器单相变压器返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页(1)空载运行情况空载运行情况1.1.电磁关系电磁关系电磁关系电磁关系一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧开路。二次侧开路。i0(i0N1)1空载时，

18、空载时，铁心中主铁心中主磁通磁通 是是由一次绕由一次绕组磁通势组磁通势产生的。产生的。+1+返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页(2)带负载运行情况带负载运行情况1.1.电磁关系电磁关系电磁关系电磁关系 一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧二次侧接负载接负载接负载接负载。+1 1i1(i1N1)i1i2(i2N2)2 2i2+e2+e 2+u2 Z Z 有载时，铁心有载时，铁心中主磁通中主磁通 是是由一次、二次由一次、二次绕组磁通势共绕组磁通势共同产生的合成同产生的合成磁通。磁通。返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页2.2.电压变换电压变换电压变换

19、电压变换（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）有效值有效值有效值有效值:同同同同 理：理：理：理：主磁通按正弦规律变化，设为主磁通按正弦规律变化，设为主磁通按正弦规律变化，设为主磁通按正弦规律变化，设为 则则则则(1)(1)一次、二次侧主磁通感应电动势一次、二次侧主磁通感应电动势一次、二次侧主磁通感应电动势一次、二次侧主磁通感应电动势返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页变压器一次侧等效电路如图变压器一次侧等效电路如图 绕组电阻绕组电阻 R1 和漏磁通较小和漏磁通较小,其其两端的电压也较小两端的电压也较小,忽略不计忽略不计,则则(2)

20、(2)一次、二次侧电压一次、二次侧电压一次、二次侧电压一次、二次侧电压变压器空载时变压器空载时变压器空载时变压器空载时:变压器空载电压变压器空载电压变压器空载电压变压器空载电压（匝比）匝比）匝比）匝比）K K为为为为变比变比变比变比结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。故有故有故有故有返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页三相变压器三相变压器三相变压器三相变压器Y/YY/Y0 0联结联结联结联结 高压侧接成高压侧接成Y形，相电压只有线电压的形，相电压只有线电压的 ，可以，可以降低每相绕组的绝缘要求。降低每相绕组的绝缘要求。线电压之比：线电压之

21、比：线电压之比：线电压之比：返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页三相变压器三相变压器三相变压器三相变压器Y/Y/联结联结联结联结线电压之比：线电压之比：线电压之比：线电压之比：低压侧接成低压侧接成 形，相电流只有线电流的形，相电流只有线电流的 ，可以，可以减小每相绕组的导线截面。减小每相绕组的导线截面。返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页3.3.电流变换电流变换电流变换电流变换有载运行有载运行有载运行有载运行当当当当U U1 1、f f 不变，则不变，则不变，则不变，则 m m 基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。基本不变，近于常

22、数。空载空载空载空载：有载：有载：有载：有载：由由由由磁势平衡式：磁势平衡式：磁势平衡式：磁势平衡式：空载磁势空载磁势空载磁势空载磁势有载磁势有载磁势有载磁势有载磁势返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页一般情况下：一般情况下：I0 一般一般为为 10%I1N 以内很小可以内很小可忽忽略。略。结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。或：或：磁势平衡式：磁势平衡式：磁势平衡式：磁势平衡式：所以所以返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页4.4.阻抗变换阻抗变换阻抗变换阻抗变换由图可知：由图可知：由图可知：由图可知：结论：结论：变压

23、器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模的带负载的阻抗模的K 2 倍。倍。返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页(2)(2)额定值额定值额定值额定值额定电压额定电压额定电压额定电压 U U1N1N、U U2N2N 变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值绕组允许的电压值绕组允许的电压值绕组允许的电压值单相：单相：单相：单相：U U1N 1N，一次侧电压，一次侧电压，一次侧电压，一次侧电压，U U2N2

24、N，二次侧空载时的电压二次侧空载时的电压二次侧空载时的电压二次侧空载时的电压三相：三相：三相：三相：U U1N1N、U U2N2N，一次、二次侧的线电压一次、二次侧的线电压一次、二次侧的线电压一次、二次侧的线电压 额定电流额定电流额定电流额定电流 I I1N1N、I I2N2N 变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。电流值。电流值。电流值。单相：一次、二次侧绕组允许的电流值单相：一次、二次侧绕组允许的电流值单相：一次、二次侧绕组允许的电流值单相：一次、二次侧绕组允许

25、的电流值三相：一次、二次侧绕组线电流三相：一次、二次侧绕组线电流三相：一次、二次侧绕组线电流三相：一次、二次侧绕组线电流返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页 额定容量额定容量额定容量额定容量 S SN N 传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。单相：单相：单相：单相：三相：三相：三相：三相：容量容量容量容量 S SN N 输出功率输出功率输出功率输出功率 P P2 2 一次侧输入功率一次侧输入功率一次侧输入功率一次侧输入功率 P P1 1 输出功率输出功率输出功率输出功率 P P2 2注意：变压器几个功率的关系注意：变压器几个功率的

26、关系注意：变压器几个功率的关系注意：变压器几个功率的关系(单相单相单相单相)效率效率效率效率容量：容量：一次侧输入功率：一次侧输入功率：输出功率：输出功率：变压器运行变压器运行时的功率取时的功率取决于负载的决于负载的性质性质(2)(2)额定值额定值额定值额定值返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页 使用时，改变滑动端的位置使用时，改变滑动端的位置使用时，改变滑动端的位置使用时，改变滑动端的位置,便可得到不同的输便可得到不同的输便可得到不同的输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出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作出电压。实验室中用的调压器就是根

27、据此原理制作出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。的。的。的。注意：一次、二次侧千万不能对调使用，注意：一次、二次侧千万不能对调使用，注意：一次、二次侧千万不能对调使用，注意：一次、二次侧千万不能对调使用，以防以防以防以防变压器损坏。因为变压器损坏。因为变压器损坏。因为变压器损坏。因为N N变小时，磁通增大，电流会迅变小时，磁通增大，电流会迅变小时，磁通增大，电流会迅变小时，磁通增大，电流会迅速增加。速增加。速增加。速增加。6.3.5 特殊变压器特殊变压器1.1.自耦变压器自耦变压器自耦变压器自耦变压器返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页被测电压被测电压=电压表读

28、数电压表读数 N1/N22 2.电压互感器电压互感器电压互感器电压互感器 实现用低量程的电压表测量高电压实现用低量程的电压表测量高电压实现用低量程的电压表测量高电压实现用低量程的电压表测量高电压其中：其中：一次电压一次电压U1N是是电网的额定电压电网的额定电压,且已且已标准化标准化(如如10,35,110，220,330,500千伏等千伏等),二次电压二次电压U2N,一般设一般设计为计为100伏伏。电压表电压表电压表电压表U1N/U2N=K返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页被测电流被测电流=电流表读数电流表读数 N2/N1(1)(1)二次侧不能开路，二次侧不能开路，二次侧

29、不能开路，二次侧不能开路，以防产生高电压；以防产生高电压；以防产生高电压；以防产生高电压；(2)(2)铁心、低压绕组铁心、低压绕组铁心、低压绕组铁心、低压绕组的的的的 一端接地，以防在一端接地，以防在一端接地，以防在一端接地，以防在 绝缘损坏时，在二绝缘损坏时，在二绝缘损坏时，在二绝缘损坏时，在二次侧出现过压。次侧出现过压。次侧出现过压。次侧出现过压。使用注意事项：使用注意事项：使用注意事项：使用注意事项：3.3.电流互感器电流互感器电流互感器电流互感器实现用低量程的电流表测量大电流实现用低量程的电流表测量大电流实现用低量程的电流表测量大电流实现用低量程的电流表测量大电流二次线圈额定电流二次线圈额定电流I2N一般为一般为5安。安。电流表电流表返回返回退出退出章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页电流互感器电流互感器电流互感器电流互感器钳式电流表钳式电流表钳式电流表钳式电流表支持式电流互感器支持式电流互感器支持式电流互感器支持式电流互感器穿墙式电流互感器穿墙式电流互感器