1、第4章 磁路與變壓器4.1 磁路及其分析方法4.2 交流鐵心線圈電路4.3 變壓器4.4 電磁鐵電工設(shè)備中常見的磁路及鐵心線圈變壓器 鐵心+SN電機(jī) 鐵心繞組繞組繞組繞組4.1 磁路及其分析方法一、磁路的基本物理量 1. 磁感應(yīng)強(qiáng)度B(磁通密度)：是表示磁場內(nèi)某點(diǎn)的磁場強(qiáng)弱和方向的物理量。均勻磁場 磁場內(nèi)各點(diǎn)的 B 大小相等，方向相同。單位： T （特斯拉）方向：與電流之間用右螺旋定則確定。（該點(diǎn)磁場作用于1米長、1安電流的導(dǎo)體上的力） 2. 磁通F等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場方向的面積S的乘積。4. 磁場強(qiáng)度 H 定義：H=B/3. 磁導(dǎo)率 相對磁導(dǎo)率 r=/0 對于鐵磁材料 r=102 1

2、05單位：A/m (安/米)鐵磁材料廣泛應(yīng)用在變壓器、電機(jī)、電工儀表等。真空磁導(dǎo)率 0= 410 7 H/m （亨/米）對于均勻磁場 F =B S F - 標(biāo)量 單位：Wb （韋伯） 2. 磁通F 等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場方向的面積S的乘積。二、磁路的歐姆定律磁通勢：F=NI 單位A(安） 磁路磁阻：單位H-1(每亨）磁路歐姆定律：I NU+鐵心磁路 磁路與電路各物理量的對應(yīng)關(guān)系磁通勢：F 磁路電路電動(dòng)勢：E 磁通: 電流: I磁路磁阻：電路電阻: 磁路歐姆定律：電路歐姆定律：（不是常數(shù)） FF00磁通隨磁通勢變化曲線空心線圈鐵心線圈 磁飽和交流鐵心線圈i u+ 主磁通ee 漏磁通設(shè)： =

3、 msin t1. 主磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢= Nmcos t = Emsin( t-90)感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值：4.2 交流鐵心線圈電路鐵心線圈的功率損耗 =銅損 +鐵損線圈導(dǎo)線電阻產(chǎn)生的損耗銅損：鐵損：（在鐵心中產(chǎn)生的感應(yīng) 電流而引起的損耗）磁滯損耗（鐵心反復(fù)磁化時(shí)所消耗的功率）渦流損耗 為了減少鐵心損耗，變壓器、電機(jī)等電器設(shè)備中鐵心通常用厚度為0.35mm或0.5mm硅鋼片疊裝而成。2. 外加電壓與電動(dòng)勢及磁通的關(guān)系由KVL： u= iR e e u eR和 e 很小U E = 4.44 f Nm 當(dāng)電源頻率和線圈匝數(shù)一定時(shí)，只要電壓U不變,就要求磁通m不能變。4.3 變壓器4.3.1 變壓

4、器的用途 變壓器可以變換電壓、電流和阻抗的功能。應(yīng)用非常廣泛。電力系統(tǒng)：變壓器用于改變供電系統(tǒng)的電壓。電子線路：變壓器用于改變電壓、耦合電路、傳送信 號(hào)和實(shí)現(xiàn)阻抗的匹配等。 還有一些特殊變壓器（如：自耦變壓器、電流互感器等）及專用變壓器（如：電焊變壓器、整流變壓器等）。按相數(shù)分: 單相、三相和多相變壓器。分類：按用途分: 電力變壓器，特殊用途變壓器。按結(jié)構(gòu)分: 心式變壓器、殼式變壓器。按冷卻方式分: 自冷變壓器、油冷變壓器。4.3.2 變壓器的基本結(jié)構(gòu)其它部件: 油箱、冷卻裝置、保護(hù)裝置等殼式變壓器 變壓器主要組成部分變壓器鐵心: 硅鋼片疊壓而成變壓器繞組: 原邊(一次線圈、高壓繞組)副邊(二

5、次線圈、低壓繞組)心式變壓器線圈鐵心鐵心線圈 低壓繞組 高壓繞組同心式繞組交疊式繞組 低壓繞組 高壓繞組+u1e14.3.3 變壓器的工作原理變壓器原理示意圖i1 e1 主磁通1N1e2 e2i2u2+ZLN22原繞組副繞組2 e21 e1變壓器符號(hào)U1U20 = = KN1N2U1U20E1E2 4.44 f N1m 4.44 f N2mN1N2 = = = 變壓器變比E2 = 4.44 f N2 m1. 電壓變換變壓器空載：E1 = 4.44 f N1 m+u1e1i1 e1 N1e2N2u20+變壓器帶載工作時(shí)U1U2 = KN1N2i2u2+ZLe2 +u1e1i1 e1 N1e2N2

6、2. 電流變換變壓器接負(fù)載：U1E1 = 4.44 f N1 m 變壓器接負(fù)載后,副邊磁勢也產(chǎn)生磁通,主磁通 為合成磁通。 電源電壓U1沒有變變壓器接負(fù)載后,主磁通 m 不變。（空載電流很?。㎞1I1= N2 I2結(jié)論有效值3. 阻抗變換I2KU2U1I1+Z2Z1負(fù)載阻抗結(jié)論 在電子線路和通信工程中，常用變壓器來實(shí)現(xiàn)阻抗的匹配。4.三相變壓器三相低壓繞組，可Y接或接三相高壓繞組，可Y接或接 常用的接線方式：Y,yn(Y/YO)、Y,d(Y/) 、YN,d (YO / )U1U2v1u1V1V2W1W2u2v2w1w2N1N2Y,yn 聯(lián)結(jié)Y,d 聯(lián)結(jié)UVWuvw+-U1+-+-+-UVW+-

7、U1+-+-+-wuv電壓變化率1. 變壓器的外特性cos1cos=10U2I2 U20I2N4.3.4 變壓器的使用I2KU2U1I1+Z2（電壓變化率越小越好，一般在5%左右）變壓器外特性 當(dāng)電源電壓U1和負(fù)載功率因數(shù)一定時(shí)， 的關(guān)系曲線稱為變壓器的外特性。損耗銅損效率電力變壓器 = (9099)% 2. 變壓器的損耗與效率鐵損 PFe與Bm、f有關(guān)3.變壓器的主要額定值（1） 額定容量（VA、KVA）三相變壓器單相變壓器（2）額定電壓（V、KV）U2N 原繞組加U1N時(shí)，副繞組的開路電壓。U1N 原繞組的額定電壓。三相變壓器為線電壓。（3）額定電流（A） I2N 副繞組的額定電流。I1N

8、 原繞組的額定電流。三相變壓器為線電流。例: 4.1 某收音機(jī)輸出變壓器的原線圈匝數(shù)N1=600匝，N2=30匝，接有阻抗為16揚(yáng)聲器（匹配），現(xiàn)要改接成4揚(yáng)聲器，問二次線圈匝數(shù)為多少才能匹配？解：原變比K+ 例4.2 有一單相容量為10kVA、額定電壓3300/220V的變壓 器。問：（1）變壓器的變比；原、副邊額定電流是多少？（2）副邊接220V、40W的白熾燈，如變壓器在額定狀態(tài)下運(yùn)行，可接多少盞？ （3）如果副邊接的是220V、40W、 cos=0.45的日光燈可接多少盞？解：（3）A18.022040=UPI每盞燈電流（2）每盞燈電流A40.045.022040cos=jUPI（1）

9、4.3.5 變壓器線圈極性的測定 如果變壓 器有兩個(gè)相同的原邊，串聯(lián)時(shí)可接于高壓，并聯(lián)時(shí)可接于低壓，但接線時(shí)一定要注意同極性端。 1. 同極性端（同名端）：當(dāng)電流從同極性端流入時(shí)，兩線圈產(chǎn)生的磁通方向相同。1、3為同名端1、4為同名端正確的串聯(lián)接法 同名端標(biāo)注i1 i2 124321i1 i2 1243212.同名端的測定（1）直流法（三“正”法）1423smA0100+_電流表正指，1、3為同名端（2）交流法1423V01001、3為同名端1、4為同名端N1N2u1u2+-1.自耦變壓器滑動(dòng)頭原理圖 U1 N1N2 U2I1 I2Z接零線接火線4.3.5 特殊變壓器2.電流互感器被測電流 電

10、流互感器用來擴(kuò)大測量交流電流的量程。i2N1N2Ai1Z 通常電流表的表盤上直接標(biāo)出被測的電流值。 測量時(shí)副繞組電路不允許開路，否則，副邊會(huì)有很高的感應(yīng)電動(dòng)勢，危及設(shè)備及人身安全。注意4.4 電磁鐵（略） 小 結(jié)第 4 章 3. 變壓器可以變換電壓、電流和阻抗的功能。4. 變壓器的主要額定值1. 磁路歐姆定律：2. 交流鐵心線圈外加電壓與電動(dòng)勢及磁通的關(guān)系U E = 4.44 f Nm只要電壓U不變,就要求磁通m不能變。U1U2 = KN1N2三相變壓器單相變壓器額定容量：額定電壓：U2N 原繞組加U1N時(shí)，副繞組的開路電壓。U1N 原繞組的額定電壓。三相變壓器為線電壓。I2N 副繞組的額定電流。I1N 原繞組的額定