項(xiàng)目三磁路與變壓器課題一磁路的基本知識學(xué)習(xí)導(dǎo)入在生活和生產(chǎn)中有著廣泛應(yīng)用的變壓器、電機(jī)、繼電器等電氣設(shè)備，結(jié)構(gòu)上都具有鐵芯和線圈，線圈中通電從而在鐵芯中形成磁路。因此，掌握了電路和磁路的基本理論就能對上述電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)和制造工藝進(jìn)行全面分析。而變壓器在很多種電子產(chǎn)品中都有應(yīng)用，近年來，變壓器的地位變的越來越重要，特別是電子變壓器需求旺盛。在不同的環(huán)境下，變壓器的用途也不同。磁路與變壓器這部分知識在軌道交通供電專業(yè)領(lǐng)域尤其重要。本單元中會對磁路與變壓器進(jìn)行全面的分析。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知識目標(biāo)：（1）掌握磁場的主要物理量。（2）掌握鐵磁性材料的性能及損耗。（3）掌握磁路的歐姆定律。（4）掌握變壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，理解變壓器的外特性及主要參數(shù)。2.能力目標(biāo)：（1）了解磁路與變壓器知識在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用。（2）掌握對變壓器設(shè)備參數(shù)的定性和定量分析能力。（3）掌握功率損耗的計(jì)算（4）了解常用的變壓器的結(jié)構(gòu)組成和基本參數(shù)的意義。具有吸引鐵、鎳、鈷等物質(zhì)的性質(zhì)稱為磁性。具有磁性的物質(zhì)稱為磁體。磁體有天然磁體和人造磁體兩種。實(shí)際中應(yīng)用的大多數(shù)是人造磁體，常見的人造磁體有條形磁體、馬蹄形磁鐵和針形磁鐵一、磁場的概念和主要物理量一、磁場的概念和主要物理量（a）條形磁體

（b）蹄形磁體

（c）針形磁體圖3-1人造磁體種類

磁體周圍磁力作用的空間稱為磁場。磁場是一種看不見的特性物質(zhì)，在磁場中，小磁針靜止時(shí)N極所指的方向，就是磁場的方向。為了直觀地把磁場描繪來，通常引用一些曲線，這些表示磁場狀態(tài)的曲線稱為磁感應(yīng)線，簡稱為磁感線，如圖3-2所示。磁場的主要物理量有：1．磁感應(yīng)強(qiáng)度為了研究磁場中各點(diǎn)的強(qiáng)弱和方向，我們引入了磁感應(yīng)強(qiáng)度這一物理量，用字母來表示。在磁場中垂直于磁場方向放置一通電導(dǎo)體，所受磁場力與電流和導(dǎo)體長度的乘積之比稱為通電導(dǎo)體所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。磁感應(yīng)強(qiáng)度可表示為：

2．磁通磁場的主要物理量有：與磁場方向垂直的某一面積與通過該面積的磁感應(yīng)強(qiáng)度的乘積，稱為通過該面積的磁通量，簡稱磁通，用字母表示，單位為韋伯（Wb)，簡稱韋。即：

磁場的主要物理量有：3．磁導(dǎo)率為了表征物質(zhì)的導(dǎo)磁性能，我們引入了磁導(dǎo)率這個(gè)物理量，用字母表示，磁導(dǎo)率是用來表示磁場媒質(zhì)磁性的物理量，單位為亨利每米(即H/m)。由實(shí)驗(yàn)測得真空中的磁導(dǎo)率為一個(gè)常數(shù)，用表示，。任一物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空中磁導(dǎo)率的比值稱為相對磁導(dǎo)率，用表示磁場的主要物理量有：4．磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度是計(jì)算磁場時(shí)所引用的一個(gè)物理量，磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁導(dǎo)率的比值稱為該點(diǎn)的磁場強(qiáng)度，即：二、鐵磁性材料

1.磁化的概念用一根軟鐵棒靠近鐵肩，鐵屑并不能被吸引。如果把軟鐵棒插入載流空心線圈中時(shí)，便會發(fā)現(xiàn)鐵屑被吸引了，這是由于軟鐵棒被磁化的緣故。像這種使原來沒有磁性的物質(zhì)具有磁性的過程稱為磁化，凡是鐵磁物質(zhì)都能被磁化。

二、鐵磁性材料

2.磁飽和性在實(shí)際應(yīng)用中，通常利用電流產(chǎn)生的磁場來使鐵磁物質(zhì)磁化。例如在通電線圈中放入鐵心，鐵心就被磁化了，當(dāng)一個(gè)線圈的結(jié)構(gòu)、形狀、匝數(shù)都已確定時(shí)，在鐵磁性材料的磁化過程中，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨磁場前度變化的曲線稱為磁化曲線，如圖3-4所示，它反映了鐵心的磁化過程。二、鐵磁性材料

3.磁滯回線如果線圈通入交變電流，就會產(chǎn)生交變磁場，線圈中的鐵心也就會被反復(fù)磁化，如圖3-5所示。4．磁化時(shí)的鐵芯損耗磁化時(shí)的鐵芯損耗簡稱鐵耗，分為磁滯損耗和渦流損耗兩種。鐵耗會使鐵芯發(fā)熱，造成功率損耗，降低效率。磁滯損耗：是鐵磁性材料等在反復(fù)磁化過程中因磁滯現(xiàn)象而消耗的能量。磁滯指鐵磁材料的磁性狀態(tài)變化時(shí)，磁化強(qiáng)度滯后于磁場強(qiáng)度，它的磁通密度與磁場強(qiáng)度之間呈現(xiàn)磁滯回線關(guān)系。

渦流損耗：渦流是感應(yīng)電流的一種。在整塊鐵心的的周圍繞有線圈，當(dāng)線圈中通以交變電流時(shí)，就會產(chǎn)生交變的磁場，處在該交變磁場中的鐵心就要產(chǎn)生自成回路的感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流形如水中的漩渦，故稱為渦流。由于整塊鐵心的電阻很小，渦流很大，因而使鐵心發(fā)熱，增加電能的損耗，這對于含有鐵芯的電機(jī)、變壓器等電氣設(shè)備十分有害。

二、鐵磁性材料

三、磁路的歐姆定律在電氣設(shè)備中為了得到較強(qiáng)的磁場，通常利用磁導(dǎo)率很高的鐵磁材料把電流產(chǎn)生的磁通集中在鐵心這個(gè)限定的空間內(nèi)。這種集中的磁通所經(jīng)過的路徑稱為磁路。線圈繞在由鐵磁材料制成的鐵心上，線圈通以電流，便產(chǎn)生磁通，故此線圈稱為勵(lì)磁線圈。線圈中的電流稱為勵(lì)磁電流。我們把勵(lì)磁電流和線圈匝數(shù)N的乘積稱為磁通勢，單位是安培（A），用表示

磁阻表示磁介質(zhì)對磁通的阻礙作用的大小。磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率越大，橫截面越大，則對磁通量的阻礙作用越??；而磁路越長，對磁路的阻礙作用越大。三、磁路的歐姆定律磁路的歐姆定律：一個(gè)磁路中的磁阻等于磁動勢與磁通量的比值。這個(gè)定義可以表示為：

比較上兩式可得

謝謝觀賞！項(xiàng)目三磁路與變壓器課題二交流鐵芯線圈電路學(xué)習(xí)導(dǎo)入本節(jié)主要分析交流鐵芯線圈電路的基本原理及公式，圖片如下：變壓器、交流電動機(jī)、交流電磁鐵等電氣設(shè)備，它的線圈都是繞制在鐵磁性材料上,在工作過程中利用磁通的交變來傳遞或轉(zhuǎn)換能量,同時(shí)由于磁通的交變在鐵心中產(chǎn)生能量損耗,使鐵心發(fā)熱,增加了電路的功率損耗。下面就含有鐵心的交流電路中的電磁關(guān)系、功率損耗兩方面展開討論。

一、電磁關(guān)系

在正弦電壓作用下，鐵心線圈中有電流通過，產(chǎn)生磁通勢當(dāng)電流通過線圈時(shí)由于鐵心的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣的磁導(dǎo)率所以絕大部分磁通將沿鐵心而閉合，這部分沿鐵心閉合的磁通稱為主磁通（工作磁通），此外，還有極少部分磁通，經(jīng)過空氣而閉合，這部分磁通稱為漏磁通，用表示。這兩部分磁通將分別在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢即和。一、電磁關(guān)系

根據(jù)電磁感應(yīng)定律感應(yīng)電動勢有效值為

在交流鐵心線圈電路中，主磁通的大小與磁路的磁阻無關(guān)。根據(jù)磁路歐姆定律，磁通不變，磁路的變化（如氣隙大?。┲苯佑绊懙氖莿?lì)磁電流的大小。二、功率損耗

例3-2-1：有一交流鐵心線圈，接在的正弦電源上，在鐵心中得到磁通的最大值，現(xiàn)在此鐵心上再繞一個(gè)線圈，其匝數(shù)為220，當(dāng)此線圈開路時(shí)，求其兩端電壓。解：V二、功率損耗在交流鐵心線圈中有兩部分功率損耗，即線圈電阻上的銅耗和鐵芯心中的鐵耗。鐵耗包含兩部分損耗——渦流損耗和磁滯損耗因此，交流鐵芯線圈的功率損耗公式為：謝謝觀賞！項(xiàng)目三磁路與變壓器課題三變壓器學(xué)習(xí)導(dǎo)入變壓器是根據(jù)互感原理制成的一種電磁設(shè)備。變壓器的用途很多，在交流電路中，通過它可以利用電磁感應(yīng)原理將一種電壓、電流的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓、電流的電能，此外它還可用來變換電流、變換阻抗。本節(jié)內(nèi)容主要介紹變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理。

一、變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理

1．變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器主要由鐵心和線圈兩部分構(gòu)成。鐵心是變壓器的磁路通道，是用磁導(dǎo)率較高且相互絕緣的硅鋼片制成，以便減少渦流和磁滯損耗。按鐵芯的構(gòu)造和繞組與鐵芯的相對位置，變壓器可分為芯式和殼式兩種。

一、變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理

鐵心材料：為了提高磁路的導(dǎo)磁性能，減少鐵心中的磁滯、渦流損耗，鐵心一般用高磁導(dǎo)率的磁性材料——硅鋼片疊成。繞組：繞組是變壓器的電路部分，它由一般采用涂高強(qiáng)度絕緣漆的扁（或圓）銅線繞制而成。按原繞組和副繞組的相對位置不同，可分為同芯式繞組和交疊式繞組。圖3-11交疊式繞組一、變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理

2．變壓器的分類變壓器的種類很多，可按其用途、結(jié)構(gòu)、相數(shù)、冷卻方式等不同來進(jìn)行分類。1）按用途分類，可分為電力變壓器（主要用在輸配電系統(tǒng)中，又分為升壓變壓器、降壓變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器和廠用變壓器）、儀用互感器（電壓互感器和電流互感器）、特種變壓器（如調(diào)壓變壓器、試驗(yàn)變壓器、電爐變壓器、整流變壓器、電焊變壓器等）。2）按繞組數(shù)目分類:可分為雙繞組變壓器,三繞組變壓器、多繞組變壓器和自耦變壓器。3）按鐵心結(jié)構(gòu)分類，有芯式變壓器和殼式變壓器。4）按相數(shù)分類，有單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。5）按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分類，可分為油浸式變壓器（包括油浸自冷式、油浸風(fēng)冷式、油浸強(qiáng)迫油循環(huán)式）、干式變壓器、充氣式變壓器。6）電力變壓器按容量大小通常分為小型變壓器（容量為10～630kVA）、中型變壓器（容量為800～6300kVA）、大型變壓器（容量為8000～63000kVA）和特大型變壓器（容量在90000kVA及以上）。一、變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理

3．變壓器的工作原理圖3-12變壓器原理圖電壓變換一、變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理

三相變壓器三相電壓的變換采用一臺三相變壓器完成。其原理圖為，在一個(gè)具有三個(gè)鐵心柱上繞三個(gè)原繞組和三個(gè)副繞組。三相變壓器繞組的聯(lián)接方法：三相變壓器原繞組和副繞組都可分別接成Y形和Δ形，因此，三相變壓器原副繞組有4種接法：Y/Y、△/Y、Y/△、△/△。其中分子表示原繞組接法，分母表示副繞組的接法。實(shí)際上常用的只有Y/Y和Y/△兩種。一、變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理

①Y/Y聯(lián)接由于三相變壓器每相原副繞組繞在同一鐵心柱上，主磁通相同，其相電壓變換與單相變壓器一樣。相電壓之比：；線電壓之比：②Y/△聯(lián)接相電壓之比：；線電壓之比：2．電流變換考慮到變壓器的空載電流很小，，可忽略不計(jì)，則

一、變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理

3．變壓器阻抗變換以上講述變壓器能起變換電壓和變換電流作用。此外，它還有變換負(fù)載的阻抗作用，以實(shí)現(xiàn)“匹配”。一、變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理

二、變壓器的主要參數(shù)變壓器的額定值：額定值是對變壓器正常工作時(shí)的使用規(guī)定，也是設(shè)計(jì)和試驗(yàn)變壓器的依據(jù)。變壓器在額定情況下運(yùn)行，可保證長期可靠地工作，并具有良好的性能。額定值通常標(biāo)注在變壓器的銘牌上，也稱為銘牌數(shù)據(jù)。

二、變壓器的主要參數(shù)變壓器的額定值主要有：額定容量

是變壓器的額定視在功率，以V·A或kV·A表示。對三相變壓器而言是指三相容量之和。通常把原、副繞組的額定容量設(shè)計(jì)得一樣大。原邊額定電壓：正常運(yùn)行時(shí)規(guī)定加在一次側(cè)的端電壓，對于三相變壓器，額定電壓為線電壓。副邊額定電壓：一次側(cè)加額定電壓，二次側(cè)空載時(shí)的端電壓。二、變壓器的主要參數(shù)原邊額定電流

變壓器額定容量下原邊繞組允許長期通過的電流，對于三相變壓器，I1N為原邊額定線電流。副邊額定電流

變壓器額定容量下原邊繞組允許長期通過的電流，對于三相變壓器，為副邊額定線電流。二、變壓器的主要參數(shù)單相變壓器額定值的關(guān)系式：：我國工頻：50Hz。此外，還有額定情況下的效率、溫升等。

三相變壓器額定值的關(guān)系式：

謝謝觀賞！項(xiàng)目三磁路與變壓器項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)

變壓器的空載特性與負(fù)載特性測試

一、任務(wù)目標(biāo)1.掌握變壓器參數(shù)的測量方法；2.掌握變壓器的空載特性與負(fù)載特性曲線的測量。任務(wù)

變壓器的空載特性與負(fù)載特性測試

序號器材規(guī)格型號數(shù)量1電壓表85L1－100V22電流表85L1－15A23恒壓電壓源AC220V14待測變壓器

15導(dǎo)線

若干根6滑動變阻器5017自耦變壓器TDGC20.2K18功率表D26-W1二、器材工具任務(wù)

變壓器的空載特性與負(fù)載特性測試

三、任務(wù)實(shí)施

圖3-16變壓器特性測量電路圖1.空載特性的測量未接入電阻前，調(diào)節(jié)自耦變壓器，使原邊的輸入電壓從0逐漸增至40V,逐次測量測量圖3-16電路中的V1和A1的數(shù)值，將不同的5組數(shù)據(jù)記錄在表3-3中。測量內(nèi)容12345V1

A1

表3-3空載特性數(shù)據(jù)記錄表任務(wù)

變壓器的空載特性與負(fù)載特性測試

測量內(nèi)容12345V2

A2

A1

2.負(fù)載特性的測量

接入負(fù)載滑動變阻器，自耦變壓器原邊為36V恒定，改變負(fù)載（即改變滑動變阻器）測量，測原邊電流A1,副邊電壓