1、第3章磁路與變壓器3.1磁路與鐵磁材料3.2變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理3.3變壓器的工作特性*3.4其他變壓器3.1磁路與鐵磁材料3.1.1磁場(chǎng)基本物理量在中學(xué)物理中我們已知，不僅磁鐵能產(chǎn)生磁場(chǎng)，電流也能產(chǎn)生磁場(chǎng)。1.磁感應(yīng)強(qiáng)度B2.磁通3.1磁路與鐵磁材料3. 磁導(dǎo)率4.磁場(chǎng)強(qiáng)度H3.1磁路與鐵磁材料3.1磁路與鐵磁材料圖3-1環(huán)形通電線圈3.1磁路與鐵磁材料3.1.2鐵磁材料及性能鐵磁材料是制造變壓器、電機(jī)和電器等各種電工設(shè)備的主要材料，其磁性能對(duì)電磁設(shè)備的性能和工作狀態(tài)影響較大。1.高磁導(dǎo)性2.磁飽和性3.磁滯性圖3-2磁化曲線3.1磁路與鐵磁材料圖3-3磁滯曲線3.1.3磁路及其歐姆定律3

2、.1磁路與鐵磁材料鐵磁材料的導(dǎo)磁性較好，鐵心線圈通電時(shí)，產(chǎn)生的磁通絕大部分被集中在鐵心中，沿鐵心而閉合，這部分磁通稱為主磁通。3.1磁路與鐵磁材料圖3-4幾種常見電氣設(shè)備的磁路3.1磁路與鐵磁材料表3-1電路和磁路歐姆定律的對(duì)照表3.2變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理3.2.1交流鐵心線圈電路當(dāng)交流鐵心線圈采用交流電源激勵(lì)時(shí)，產(chǎn)生交變的磁通，并在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。1.電磁關(guān)系2.電壓與電流關(guān)系3.2變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理圖3-5交流鐵心線圈電路3.2變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理3.2變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理3.功率損耗(1)磁滯損耗Pn鐵磁材料在交變磁化時(shí)，因磁滯而在內(nèi)部產(chǎn)生的發(fā)熱損耗。(2)渦流損耗Pe線

3、圈中的交變電流，在鐵心中產(chǎn)生交變磁通，在交變磁通的作用下，鐵心中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和呈旋渦狀的電流，稱為渦流。3.2.2變壓器的種類及結(jié)構(gòu)1.變壓器的種類及作用2.變壓器的結(jié)構(gòu)3.2變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理(1)鐵心鐵心是變壓器的磁路部分，采用鐵磁材料以增強(qiáng)磁感應(yīng)強(qiáng)度，增大線圈間的耦合程度。(2)繞組繞組是變壓器的電路部分，多采用電阻率低、導(dǎo)電性能良好的絕緣銅線繞成，一般小容量變壓器的繞組采用高強(qiáng)度漆包線繞制，靠自然冷卻方式帶走因損耗而產(chǎn)生的熱量；大容量變壓器可用絕緣扁銅線或鋁線繞制，多采用油冷式冷卻散熱。圖3-6變壓器的結(jié)構(gòu)3.2變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理3.2.3單相變壓器的工作原理圖3 7為單相變

4、壓器的原理圖。圖3-7單相變壓器的原理圖1.電壓變換原理3.2變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理3.2變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理2.電流變換原理3.2變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理3.2變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理3.阻抗變換原理3.2變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理圖3-8變壓器的阻抗變換3.2變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理例3.1某交流信號(hào)源的電壓Us=100V，其內(nèi)阻R0= 500，負(fù)載電阻RL= 5，試求：(1)將負(fù)載直接與信號(hào)源相接，負(fù)載得到的功率是多少？(2)若接入變壓器，使一次繞組等效阻抗RL = R0= 500 ，求變壓器的電壓比及信號(hào)源輸出的功率。3.2變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理圖3-9例3.1圖解：(1)直接接負(fù)載如圖3-9

5、a所示，則信號(hào)源輸出功率為3.2變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理(2)如圖3-9b所示，接入變壓器后，一次繞組等效阻抗為RL=R0=3.2變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理*3.2.4三相變壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理3.2變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理圖3-10三相心式變壓器3.2變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理3T10A.TIF3.3變壓器的工作特性3.3.1變壓器的外特性變壓器的外特性，指在電源電壓U1和負(fù)載功率因數(shù)cos2不變時(shí)，二次繞組的端電壓U2隨負(fù)載電流I2變化而變化的規(guī)律，即U2=f(I2)，用曲線表示則稱為變壓器的外特性曲線，如圖3 11所示。圖3-11變壓器的外特性3.3變壓器的工作特性*3.3.2變壓器的效率特性變壓器

6、的效率特性，反映變壓器負(fù)載運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。圖3-12變壓器的效率特性曲線3.3變壓器的工作特性3.3.3變壓器的額定值額定值通常標(biāo)注在變壓器的銘牌上，也稱為銘牌值，是廠家根據(jù)國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其正常可靠工作所作的使用規(guī)定。(1)額定電壓一次繞組額定電壓U1N是根據(jù)絕緣等級(jí)，變壓器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行所能承受的工作電壓。(2)額定電流在額定容量和允許溫升條件下，長(zhǎng)時(shí)間通過的電流值，分別用I1N、I2N表示一、二次繞組的額定電流。(3)額定容量在額定運(yùn)行狀態(tài)下二次繞組所能輸送的容量(視在功率)，單位為伏安(VA)或千伏安(kVA)，用符號(hào)SN表示。例3.2有SL7160/10型電力變壓器，容量為160kVA，一

7、次繞組電壓為10kV，二次繞組電壓為400V，問該變壓器的電壓比是多少？求一、二次繞組的額定電流。3.3變壓器的工作特性解：三相變壓器的一、二次繞組相電壓之比，等于一、二次繞組每相的匝數(shù)之比，即電壓比為Ku=10000V/400V=253.3.4變壓器繞組極性的測(cè)定在使用變壓器和有磁耦合的互感繞組時(shí)，要注意同極性繞組間的正確連接。3.3變壓器的工作特性圖3-13變壓器繞組的正確連接(1) 直流判別法它是根據(jù)同名端定義以及繞組電壓參考方向(或感3.3變壓器的工作特性應(yīng)電動(dòng)勢(shì))的標(biāo)注原則而歸納出的一種實(shí)用方法。圖3-14變壓器繞組極性的測(cè)定(2) 交流判別法它是根據(jù)繞組串聯(lián)原理而歸納出的一種實(shí)用方

8、法，在工程上應(yīng)用更廣泛。*3.4其他變壓器3.4.1自耦變壓器實(shí)驗(yàn)室用的調(diào)壓變壓器就是自耦調(diào)壓器，這種變壓器的一、二次繞組并沒有像前面討論的變壓器那樣相互絕緣而分開，而是一、二次繞組共用一個(gè)繞組。圖3-15自耦變壓器*3.4其他變壓器1)自耦變壓器不能用作安全隔離變壓器。2)一、二次繞組的公用端必須接零線，以避免旋動(dòng)手柄時(shí)有觸電的危險(xiǎn)。3)一、二次繞組不能調(diào)換，以免電流過高而燒壞變壓器或使電源短路。4)每次在接通電源前和關(guān)閉電源后，要保證調(diào)壓手柄在0刻度位置。3.4.2互感器互感器按其用途的不同，分為電流互感器和電壓互感器。1.電流互感器*3.4其他變壓器圖3-16電流互感器原理圖*3.4其他

9、變壓器1) 因二次繞組及電流表的內(nèi)阻較小，因而二次繞組相當(dāng)于短路狀態(tài)。2) 電流互感器的二次繞組連同鐵心必須可靠接地，以防止絕緣損壞后，一次側(cè)高壓傳到二次側(cè)，發(fā)生人身傷亡事故。3) 電流互感器的二次繞組絕對(duì)不允許開路。*3.4其他變壓器圖3-17鉗形電流表1)選擇合適的量程，不可用小量程檔測(cè)量大電流，*3.4其他變壓器以防止損壞儀表。2)被測(cè)導(dǎo)線必須置于鉗形窗口中央，鉗口必須閉緊，否則會(huì)增加測(cè)量誤差。3)不要在測(cè)量過程中變換量程檔。4)不允許用鉗形表去測(cè)量高壓電路的電流，以免發(fā)生事故。5)操作時(shí)應(yīng)戴絕緣手套和使用絕緣墊。2.電壓互感器圖3-18電壓互感器*3.4其他變壓器1)電壓互感器的二次繞組絕對(duì)不允許短路，因?yàn)檫^大的電流也同樣會(huì)給工作人員和設(shè)備帶來危害。2)為了安全使用，電壓互感器二次繞組連同鐵心必須可靠地接地。3.4.3電焊變壓器*3.4其他變壓器圖3-19電焊變壓器的工作原理本 章 小 結(jié)*3.4其他變壓器1.磁路的主要物理量有磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁通、磁導(dǎo)率和磁場(chǎng)強(qiáng)度H，其中磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場(chǎng)強(qiáng)度H是矢量。2. 交流鐵心線圈電路是分析交流電機(jī)、變壓器電路的基礎(chǔ)。*3.4其他變壓器3. 變壓器的工作特性包括外特性和效率特性。4. 自耦調(diào)壓器一、二次繞組共用一個(gè)繞組，既有磁的