第4章磁路与变压器.pptx

《第4章磁路与变压器.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第4章磁路与变压器.pptx（30页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、4.1 铁芯线圈、磁路 实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电心。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电路。因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路。因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。路问题。第第2页页第1页/共30页1.1.磁路的基本概念磁路的基本概念iu交流铁心线圈示意图交流铁心线圈示意图电路部分磁路部分电流通过电流通过N N匝线圈产生匝线圈产生的磁动势：的磁动势：f=i Nf=i N f 在铁芯中激发按正弦规律变化，沿铁芯闭合的工作磁通。均匀均匀磁场中磁通磁通 等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S

2、的乘积，单位是韦伯韦伯(Wb)。1Wb=108Mx第第2页页第2页/共30页磁导率 磁导率磁导率 表示物质的表示物质的导磁性能导磁性能，单位是亨，单位是亨/米米(H/m)H/m)。真空的磁导率：非铁磁物质的磁导率与真空极为接近，铁磁物质的磁导率远大于真空的磁导率。相对磁导率相对磁导率 r r ：物质磁导率与真空磁导率的比值。第第2页页第3页/共30页 非磁性非磁性物质：物质：r1的物质，如铜、铝、橡胶、空 气、塑料等。铁磁性铁磁性物质：物质：r1的物质，如铁、镍、钴、钢、合金钢、坡莫合金等。铁磁性物质铁磁性物质彼此之间的相对磁导率差别很大。差别很大。如铸铁的r200400；铸钢的r500220

3、0；硅钢的r700010000；坡莫合金的r20000200000。一个磁路中若有气隙存在，则一个磁路中若有气隙存在，则气隙气隙磁阻铁芯铁芯磁阻。物质根据物质根据相对磁导率的不同相对磁导率的不同可分为两大类可分为两大类第第2页页第4页/共30页磁感应强度B和磁场强度H 1.磁感应强度磁感应强度B B是表征磁场中某点强弱和方向的物理量。B的大小与磁场周围介质的磁导率有关有关；2.磁场强度磁场强度HH是表征电流的磁场强弱和方向的物理量。H的大小与磁场周围介质的磁导率 无关无关。磁路欧姆定律：磁路欧姆定律：磁路欧姆定律可以用来磁路欧姆定律可以用来定性定性的分析磁路的情况。的分析磁路的情况。第第2页页

4、第5页/共30页 铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子电流圈流向一致，因此在这些极小的区域内就形成了一个个天然的磁性区域磁畴磁畴。2.2.铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能 铁磁材料内部的磁畴排列杂乱无章杂乱无章，磁性相互抵消磁性相互抵消，因此对外不显示磁性。铁磁材料之所以具有高导磁性，是因为在它们的内部具有一种特殊的物质结构磁畴磁畴。磁畴是怎么磁畴是怎么形成的？形成的？显然，磁畴是由分子电流产生的。显然，磁畴是由分子电流产生的。磁畴因受外磁场作用而顺着外磁场的方向发生归顺性重新排列，在内部形成一个很强的附加磁场附加磁场。（a a）无外磁场情况）无外磁场情况（b b）有外磁场情况）有外磁场情况第第

5、2页页第6页/共30页磁滞回线中H为零时B并不为零 的现象说明铁磁材料具有剩剩磁性磁性。BH0cba起始磁化曲线起始磁化曲线oa段是线性段线性段ab段是上升段上升段bc段是磁化曲线的膝部膝部C点以后是饱和段饱和段起始磁化曲线反映了什么？起始磁化曲线的ab段反映了铁磁材料的高导磁性高导磁性；c点以后说明铁磁材料具有磁饱和性磁饱和性。磁滞回线中B的变化总是落后于H的变化说明铁磁材料具有磁滞性磁滞性；铁磁材料反复磁化一周所构成的曲线称为磁滞磁滞回线回线。起始磁化曲线和磁滞回线起始磁化曲线和磁滞回线第第2页页第7页/共30页 铁心线圈中通过交变电流时，H的大小和方向都会改变，铁心在交变磁场中反复磁化的

6、过程中，B的变化总是滞后于H的变化，这种现象称为磁磁滞性滞性；当H减为零时B并不为零。磁导率可达102104，由铁磁材料组成的磁路磁阻很小，在线圈中通入较小的电流即可获得较大的磁通。B不会随H的增强而无限增强，H增大到一定值时，B不能继续增强。高导磁性高导磁性磁滞性和剩磁性磁滞性和剩磁性磁饱和性磁饱和性：铁磁性材料具有高导磁性、磁饱和性、磁滞性和剩磁性。铁磁性材料具有高导磁性、磁饱和性、磁滞性和剩磁性。第第2页页第8页/共30页 涡流在铁芯中造成的热量损耗。根据电流的热效应，涡流通过铁芯将使铁芯发热，严重时会造成设备烧损。铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极性取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转的

7、过程中，由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为磁滞损耗磁滞损耗。3.3.铁芯损耗铁芯损耗磁滞损耗磁滞损耗涡流损耗涡流损耗在交变磁场作用下，整块铁芯中产生的旋涡状感应电流称为涡流涡流。涡流对电气设备有何影响？为减小涡流损耗，常用硅钢片叠压制成电机电器的铁芯。第第2页页第9页/共30页 具有 磁导率极高、磁化后只有正、负两个饱和状态磁导率极高、磁化后只有正、负两个饱和状态特点的铁磁材料。矩磁材料适用于制作各类存储器记忆元件的磁芯适用于制作各类存储器记忆元件的磁芯。具有 磁导率不太高、但一经磁化、能保留很大的剩磁磁导率不太高、但一经磁化、能保留很大的剩磁且不易去磁且不易去磁 特点的铁磁材料。硬磁材料

8、适用于制作各种人造磁体适用于制作各种人造磁体。具有 磁导率很高、易磁化、易去磁磁导率很高、易磁化、易去磁 特点的铁磁材料。软磁材料适用于制作各种电机电器的铁心适用于制作各种电机电器的铁心。4.4.铁磁材料的分类和用途铁磁材料的分类和用途 铁磁材料根据工程上用途的不同可分为三大类铁磁材料根据工程上用途的不同可分为三大类软磁材料软磁材料硬磁材料硬磁材料矩磁材料矩磁材料 对交流铁芯而言，当外加电压有效值及电源频率不对交流铁芯而言，当外加电压有效值及电源频率不变时，主磁通的最大值变时，主磁通的最大值 mm也将基本维持不变。也将基本维持不变。5.5.主磁通原理主磁通原理第第2页页第10页/共30页 由主

9、磁通原理可知，发生机械故障时电源电压和电源频率并没有发生变化，因此磁路中的主磁通应基本维持不变。例：一个交流电磁铁，由于机械故障造成通电后不能吸合，结果把线圈烧坏，试分析原因。分析 根据磁路欧姆定律：由式可得：交流电磁铁由于卡住而不能吸合，空气隙增空气隙增大大造成磁路中的磁阻大大增加磁阻大大增加，而主磁通又要维持不变主磁通又要维持不变，因此电流 i i 将大大增加将大大增加，结果使线圈烧损线圈烧损。铁损包括磁滞损耗和涡流损耗铁损包括磁滞损耗和涡流损耗。铁损不仅造成能量损耗，还可造成电机、电器的铁芯发热，若发热严重时发热严重时将造成设备绝缘的永久性损坏设备绝缘的永久性损坏。何谓铁损？铁损对电器有

10、何影响？第第2页页第11页/共30页第第2页页第12页/共30页4.2 变压器的基本结构和工作原理TrN1i10u1AXN2|ZL|u20Saxx由硅钢片叠压制成的变压器铁心磁路。变压器一次侧绕组（原边）变压器二次侧绕组（副边）变压器图形符号 变压器变压器是一种能变换电压、变换电流、变换阻抗的“静止静止”电电气设备气设备。变压器在传递电能的过程中频率不变频率不变。1.变压器的基本结构变压器的基本结构第第2页页第13页/共30页2 2变压器的工作原理变压器的工作原理（1 1）变压器的空载运行与变换电压作用）变压器的空载运行与变换电压作用N1i10u1AXN2|ZL|u20Saxx 变压器的一次侧

11、接电源一次侧接电源，二次侧开二次侧开路路，这种运行状态称为空载空载。变压器空载时原边电流 i i1010很小很小，在铁心磁路中产生按正弦规律变化的磁通，当穿过两线圈时，分别感应电压：变压器原、副边电压与感应电压的关系为：变压器原、副边电压与感应电压的关系为：其中k 称为变压器的变比。显然：变压器通过改变原、通过改变原、副边的匝数即可副边的匝数即可变换电压变换电压。第第2页页第14页/共30页（2）变压器的负载运行与变换电流作用变压器的负载运行与变换电流作用 变压器的一次侧接电源一次侧接电源，二次侧与二次侧与负载接通负载接通，这种运行状态称为负载运行负载运行。变压器负载运行时由于副边电流存在的去

12、磁作用，因此原边电流由 i i1010增大增大至至i i1 1。原边磁动势增加的数值恰好等于二次侧负载所需要的磁动势。即：变压器在能量传递的过程中损耗甚小，因此：因此：其中1/k 称为变压器的变流比。显然：变压器在改在改变电压的同时也改变了电变电压的同时也改变了电流，即变压器还可以流，即变压器还可以变换变换电流电流。N1i1u1AXN2|ZL|u2Saxi2第第2页页第15页/共30页 已知某收音机输出变压器的原边匝数为600,副边匝数为30,原边原接有16的扬声器，现要改接成4 扬声器，求N2应改为多少？（3）变压器的变换阻抗作用变压器的变换阻抗作用 变压器的副边所接负载为|ZL|，原边输入

13、阻抗为Z1时，有：把变压比和变流比公式代入可得：变压器的阻抗变换作用常用于电子电路中。例如：N1i1u1AXN2|ZL|u2Saxi2第第2页页第16页/共30页第第2页页第17页/共30页2 2变压器的外特性变压器的外特性变压器的外特性变压器的外特性就是描述输出电压u2随负载电流 i2变化的关系，即：u u2 2f f（i i2 2）两者之间的对应关系可用左图所示曲线进行描述。u2U2Ni2I2N0cos(-2)=0.8超前cos2=1cos2=0.8滞后2 2电压调整率电压调整率电压调整率电压调整率反映了变压器运行时输出电压的稳定性，是变压器的主要性能指标之一。4 4变压器的损耗和效率变压

14、器的损耗和效率（1）损耗铁损耗铁损耗包括磁滞损耗磁滞损耗和涡流损耗涡流损耗。第第2页页第18页/共30页4.3 三相电力变压器讯号式温度计吸湿计储油柜安全气道油表气体继电器高压套管低压套管分接开关油箱铁芯绕组放油阀门 变压器主要由铁芯和绕组两大部分构成。变压器主要由铁芯和绕组两大部分构成。铁芯铁芯是它的是它的磁路磁路部分，部分，绕组绕组是它的是它的电路电路部分。部分。第第2页页第19页/共30页电力变压器的型号电力变压器的型号S7-500/10低损耗系列产品额定容量（KVA）高压绕组额定电压（KV）变压器同极性端判别变压器同极性端判别变压器的额定值变压器的额定值额定容量容量：三相变压器的总容量

15、：SN=3I2NU2N额定电压电压：原、副边额定值均指线电压线电压数值。额定电流电流：I1N、I2N均指原、副边线线电流值。axAXAXAX是变压器的原边绕组axax是变压器的副边绕组AaAa是变压器一对同名端同名端由同一电流感应的电动势，极性极性始终保持一致的端子为始终保持一致的端子为同名端同名端。电流同时由同名端同名端流入（或流出）时，它们所产生的磁场相互增强磁场相互增强，反之相互削弱。判别方法：判别方法：第第2页页第20页/共30页用实验的方法测试同极性端用实验的方法测试同极性端S闭合时：毫伏表指示正值，正值，则1和3是同极性同极性端，若指针反偏，反偏，则1和4是同极性同极性端。S打开时

16、指针偏转情况相反。先将两线圈的一对端子相联，构成串联连接。U13=U12U34时，1和3是同极性同极性端；U13=U12U34时，1和4是同极性同极性端。34V V12S US34V VuS12V V第第2页页第21页/共30页 三相变压器的联接组别较多，为了制造和使用的三相变压器的联接组别较多，为了制造和使用的方便，国家标准规定，三相双绕组电力变压器的方便，国家标准规定，三相双绕组电力变压器的标准标准标准标准联联接组别有五种：接组别有五种：Y Y，yn0yn0；YNYN，y0y0；Y Y，y0y0；Y Y，d11d11；YNYN，d11d11。其中其中大写字母大写字母大写字母大写字母Y Y表

17、示表示高压绕组为高压绕组为高压绕组为高压绕组为星形星形星形星形联接方联接方式，后面加式，后面加N N表示带有表示带有中线中线中线中线；小写字母小写字母小写字母小写字母y y或或或或d d，表示，表示低压低压低压低压绕组绕组绕组绕组联接为星形或三角形，星形有中线引出时，后面加联接为星形或三角形，星形有中线引出时，后面加字母字母n n（0 0表示指表示指0 0点）。点）。5.5.三相电力变压器的连接组别三相电力变压器的连接组别三相电力变压器的连接组别三相电力变压器的连接组别副边绕组副边绕组abcxyzabcABCXYZCAB原边绕组原边绕组Y,d11Y,d11连接组别电路图与相量图连接组别电路图与

18、相量图第第2页页第22页/共30页6.6.三相电力变压器的并联运行三相电力变压器的并联运行三相电力变压器的并联运行三相电力变压器的并联运行ACBacbNACBacbNACBacbN两台变压器并联运行两台变压器并联运行将两台或两台以上变压器的原、副绕组分别并联到原边和副边的公共母线公共母线上，共同向负载供电的方式，称为变压器的并联运行并联运行。为了安全可靠地并联运行，变压器组必须满足下列三个条件：为了安全可靠地并联运行，变压器组必须满足下列三个条件：1.并联运行的变压器，其连接组别标号必须相同连接组别标号必须相同；2.并联运行的变压器，其变比应当相等；3.并联运行的变压器，其短路电压应当相等。其

19、中第其中第1 1条必条必须严格遵守！须严格遵守！第第2页页第23页/共30页特点：特点：副绕组是原绕组的一部分，原、副压绕组不副绕组是原绕组的一部分，原、副压绕组不但有但有磁磁磁磁的联系，也有的联系，也有电电电电的联系。的联系。4.4 4.4 特殊变压器特殊变压器1 1自耦变压器自耦变压器u1u2自耦变压器的工作原理工作原理和普通双绕组变压器一样一样，因此变比相同变比相同自耦变压器也称为自耦调压器自耦调压器，它的最大特点特点就是可以通过转动手柄来获得原、副边所需要的各种电压各种电压。u1u2自耦变压器的电路图符号第第2页页第24页/共30页2 2电焊变压器电焊变压器电电焊焊变变压压器器：交流弧

20、焊机实质是一种特殊的降压变压器，因此也称为电焊变压器。靠靠电电弧弧放放电电的的热热量量来来融融化化焊条和金属以达到焊接金属的目的焊条和金属以达到焊接金属的目的。交流电焊机示意图交流电焊机示意图u1u26080Vi2手柄电抗器变压器可动铁心焊钳2530V工件第第2页页第25页/共30页电焊变压器必须满足下列要求：电焊变压器必须满足下列要求：3.为了适应不同的焊接要求，要求电焊变压器的焊焊接电流能够在较大的范围内进行调节接电流能够在较大的范围内进行调节，而且工作电流要比工作电流要比较稳定。较稳定。1.具有较高的起弧电压。起弧电压起弧电压应达到6070V，额定负载时约为额定负载时约为30V30V；2

21、.起弧以后，要求电压能够迅速下降迅速下降，同时在短路时（如焊条碰到工件上，副边输出电压为零）次级电流也不要过大，一般不超过额定值的两倍。也就是说，电焊变压器要具有陡降的外特性具有陡降的外特性。第第2页页第26页/共30页电压互感器：电压互感器的原绕组匝数很很多多，并并联联于待测电路两端；副绕组匝数较较少少，与电压表及电度表、功率表、继电器的电压线圈并并联联。用于将高电压变换成低电压。使用时副绕组不允许短路副绕组不允许短路。L1L2N1N2V 电压互感器使用时，二次侧并联阻抗不得太小阻抗不得太小，否则影响测影响测量精度量精度。电压互感器二次侧表头额定值为标准值标准值100V100V。3 3仪用互

22、感器仪用互感器第第2页页第27页/共30页电电流流互互感感器器：原绕组线径较较粗粗，匝数很很少少，与被测电路负载串串联联；副绕组线径较较细细，匝数很很多多，与电流表及功率表、电度表、继电器的电流线圈串串联联。用于将大电流变换为小电流。使用时副绕组电路不允许开路副绕组电路不允许开路。AN2N1 电流互感器二次侧所接仪表的阻抗不得大于规定值不得大于规定值！电流互感器二次侧表头额定值为标准值标准值5A5A（或1A）。第第2页页第28页/共30页自耦变压器为什么不能用作安全变压器使用？因为自耦变压器的原、副因为自耦变压器的原、副边边存在电的联系存在电的联系存在电的联系存在电的联系，高压侧，高压侧如果出

23、现故障，必然波及如果出现故障，必然波及到低压侧，低压侧直接与到低压侧，低压侧直接与设备相连，因此是不安全设备相连，因此是不安全的，故自耦变压器不能当的，故自耦变压器不能当作安全变压器使用。作安全变压器使用。何谓变压器绕组的同极性端？如何判断同极性端？由同一电流产生的感应电动势的由同一电流产生的感应电动势的极性始终保持一致的端子称为同极性始终保持一致的端子称为同极性始终保持一致的端子称为同极性始终保持一致的端子称为同名端名端名端名端。判断同名端可以用实验的。判断同名端可以用实验的方法，包括方法，包括直流法直流法直流法直流法和和交流法交流法交流法交流法。国家规定的电力变压器的标准连接组别有哪5种？国家规定的电力变压器的标准连接组别有：国家规定的电力变压器的标准连接组别有：Y Y，yn0yn0；YNYN，y0 y0；Y Y，y0y0；Y Y，d11d11；YNYN，d11d11五种五种。第第2页页第29页/共30页感谢您的观看！第30页/共30页