2004年8月制作曾令琴主編曾令琴磁路概念、變壓器工作原理磁路與變壓器主要授課內(nèi)容第1章1精選2021版課件第4章磁路與變壓器4.1鐵芯線圈、磁路4.2變壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理4.3三相電力變壓器4.4特殊變壓器第1章2精選2021版課件4.1鐵芯線圈、磁路

實(shí)際電路中有大量電感元件的線圈中有鐵心。線圈通電后鐵心就構(gòu)成磁路，磁路又影響電路。因此電工技術(shù)不僅有電路問題，同時(shí)也有磁路問題。第2頁(yè)31.磁路的基本概念iuφ交流鐵心線圈示意圖電路部分磁路部分電流通過N匝線圈產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)：f=iNf在鐵芯中激發(fā)按正弦規(guī)律變化，沿鐵芯閉合的工作磁通φ。

均勻磁場(chǎng)中磁通Φ

等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場(chǎng)方向的面積S的乘積，單位是韋伯(Wb)?！?Wb=108Mx第2頁(yè)4磁導(dǎo)率μ

磁導(dǎo)率μ表示物質(zhì)的導(dǎo)磁性能，單位是亨/米(H/m)。真空的磁導(dǎo)率：

非鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空極為接近，鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于真空的磁導(dǎo)率。相對(duì)磁導(dǎo)率μr

：物質(zhì)磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率的比值。第2頁(yè)5非磁性物質(zhì)：μr≈1的物質(zhì)，如銅、鋁、橡膠、空氣、塑料等。鐵磁性物質(zhì)：μr>>1的物質(zhì)，如鐵、鎳、鈷、鋼、合金鋼、坡莫合金等。鐵磁性物質(zhì)彼此之間的相對(duì)磁導(dǎo)率差別很大。如鑄鐵的μr≈200～400；鑄鋼的μr≈500～2200；硅鋼的μr≈7000～10000；坡莫合金的μr≈20000～200000。

一個(gè)磁路中若有氣隙存在，則氣隙磁阻>>鐵芯磁阻。

物質(zhì)根據(jù)相對(duì)磁導(dǎo)率的不同可分為兩大類第2頁(yè)6精選2021版課件磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場(chǎng)強(qiáng)度H

1.磁感應(yīng)強(qiáng)度B是表征磁場(chǎng)中某點(diǎn)強(qiáng)弱和方向的物理量。B的大小與磁場(chǎng)周圍介質(zhì)的磁導(dǎo)率μ有關(guān)；

2.

磁場(chǎng)強(qiáng)度H是表征電流的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。H的大小與磁場(chǎng)周圍介質(zhì)的磁導(dǎo)率μ無關(guān)。磁路歐姆定律：磁路歐姆定律可以用來定性的分析磁路的情況。第2頁(yè)7鐵磁材料內(nèi)部往往有相鄰的幾百個(gè)分子電流圈流向一致，因此在這些極小的區(qū)域內(nèi)就形成了一個(gè)個(gè)天然的磁性區(qū)域—磁疇。2.鐵磁材料的磁性能鐵磁材料內(nèi)部的磁疇排列雜亂無章，磁性相互抵消，因此對(duì)外不顯示磁性。鐵磁材料之所以具有高導(dǎo)磁性，是因?yàn)樵谒鼈兊膬?nèi)部具有一種特殊的物質(zhì)結(jié)構(gòu)—磁疇。磁疇是怎么形成的？顯然，磁疇是由分子電流產(chǎn)生的。磁疇因受外磁場(chǎng)作用而順著外磁場(chǎng)的方向發(fā)生歸順性重新排列，在內(nèi)部形成一個(gè)很強(qiáng)的附加磁場(chǎng)。（a）無外磁場(chǎng)情況（b）有外磁場(chǎng)情況第2頁(yè)8精選2021版課件磁滯回線中H為零時(shí)B并不為零的現(xiàn)象說明鐵磁材料具有剩磁性。BH0cba起始磁化曲線oa段是線性段ab段是上升段bc段是磁化曲線的膝部C點(diǎn)以后是飽和段起始磁化曲線反映了什么？起始磁化曲線的ab段反映了鐵磁材料的高導(dǎo)磁性；c點(diǎn)以后說明鐵磁材料具有磁飽和性。磁滯回線中B的變化總是落后于H的變化說明鐵磁材料具有磁滯性；鐵磁材料反復(fù)磁化一周所構(gòu)成的曲線稱為磁滯回線。起始磁化曲線和磁滯回線第2頁(yè)9精選2021版課件鐵心線圈中通過交變電流時(shí)，H的大小和方向都會(huì)改變，鐵心在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化的過程中，B的變化總是滯后于H的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯性；當(dāng)H減為零時(shí)B并不為零。

磁導(dǎo)率可達(dá)102~104，由鐵磁材料組成的磁路磁阻很小，在線圈中通入較小的電流即可獲得較大的磁通。

B不會(huì)隨H的增強(qiáng)而無限增強(qiáng)，H增大到一定值時(shí)，B不能繼續(xù)增強(qiáng)。高導(dǎo)磁性磁滯性和剩磁性磁飽和性：鐵磁性材料具有高導(dǎo)磁性、磁飽和性、磁滯性和剩磁性。第2頁(yè)10

渦流在鐵芯中造成的熱量損耗。

根據(jù)電流的熱效應(yīng)，渦流通過鐵芯將使鐵芯發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備燒損。

鐵磁材料反復(fù)磁化時(shí)，內(nèi)部磁疇的極性取向隨著外磁場(chǎng)的交變來回翻轉(zhuǎn)，在翻轉(zhuǎn)的過程中，由于磁疇間相互摩擦而引起的能量損耗稱為磁滯損耗。3.鐵芯損耗磁滯損耗渦流損耗φ在交變磁場(chǎng)作用下，整塊鐵芯中產(chǎn)生的旋渦狀感應(yīng)電流稱為渦流。渦流對(duì)電氣設(shè)備有何影響？為減小渦流損耗，常用硅鋼片疊壓制成電機(jī)電器的鐵芯。第2頁(yè)11精選2021版課件具有磁導(dǎo)率極高、磁化后只有正、負(fù)兩個(gè)飽和狀態(tài)特點(diǎn)的鐵磁材料。矩磁材料適用于制作各類存儲(chǔ)器記憶元件的磁芯。具有磁導(dǎo)率不太高、但一經(jīng)磁化、能保留很大的剩磁且不易去磁特點(diǎn)的鐵磁材料。硬磁材料適用于制作各種人造磁體。具有磁導(dǎo)率很高、易磁化、易去磁特點(diǎn)的鐵磁材料。軟磁材料適用于制作各種電機(jī)電器的鐵心。4.鐵磁材料的分類和用途

鐵磁材料根據(jù)工程上用途的不同可分為三大類軟磁材料硬磁材料矩磁材料

對(duì)交流鐵芯而言，當(dāng)外加電壓有效值及電源頻率不變時(shí)，主磁通的最大值φm也將基本維持不變。5.主磁通原理第2頁(yè)12精選2021版課件

由主磁通原理可知，發(fā)生機(jī)械故障時(shí)電源電壓和電源頻率并沒有發(fā)生變化，因此磁路中的主磁通應(yīng)基本維持不變。例：

一個(gè)交流電磁鐵，由于機(jī)械故障造成通電后不能吸合，結(jié)果把線圈燒壞，試分析原因。分析

根據(jù)磁路歐姆定律：由式可得：交流電磁鐵由于卡住而不能吸合，空氣隙增大造成磁路中的磁阻大大增加，而主磁通又要維持不變，因此電流i將大大增加，結(jié)果使線圈燒損。

鐵損包括磁滯損耗和渦流損耗。鐵損不僅造成能量損耗，還可造成電機(jī)、電器的鐵芯發(fā)熱，若發(fā)熱嚴(yán)重時(shí)將造成設(shè)備絕緣的永久性損壞。何謂鐵損？鐵損對(duì)電器有何影響？第2頁(yè)13精選2021版課件第2頁(yè)14精選2021版課件4.2變壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理ΦTrN1i10u1AXN2|ZL|u20Saxx由硅鋼片疊壓制成的變壓器鐵心磁路。變壓器一次側(cè)繞組（原邊）變壓器二次側(cè)繞組（副邊）變壓器圖形符號(hào)

變壓器是一種能變換電壓、變換電流、變換阻抗的“靜止”電氣設(shè)備。變壓器在傳遞電能的過程中頻率不變。1.變壓器的基本結(jié)構(gòu)第2頁(yè)15精選2021版課件2．變壓器的工作原理（1）變壓器的空載運(yùn)行與變換電壓作用ΦN1i10u1AXN2|ZL|u20Saxx變壓器的一次側(cè)接電源，二次側(cè)開路，這種運(yùn)行狀態(tài)稱為空載。變壓器空載時(shí)原邊電流i10很小，在鐵心磁路中產(chǎn)生按正弦規(guī)律變化的磁通φ，當(dāng)φ穿過兩線圈時(shí)，分別感應(yīng)電壓：變壓器原、副邊電壓與感應(yīng)電壓的關(guān)系為：變壓器原、副邊電壓與感應(yīng)電壓的關(guān)系為：其中k稱為變壓器的變比。顯然：變壓器通過改變?cè)?、副邊的匝?shù)即可變換電壓。第2頁(yè)16精選2021版課件（2）變壓器的負(fù)載運(yùn)行與變換電流作用變壓器的一次側(cè)接電源，二次側(cè)與負(fù)載接通，這種運(yùn)行狀態(tài)稱為負(fù)載運(yùn)行。變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)由于副邊電流存在的去磁作用，因此原邊電流由i10增大至i1。原邊磁動(dòng)勢(shì)增加的數(shù)值恰好等于二次側(cè)負(fù)載所需要的磁動(dòng)勢(shì)。即：變壓器在能量傳遞的過程中損耗甚小，因此：因此：其中1/k稱為變壓器的變流比。顯然：變壓器在改變電壓的同時(shí)也改變了電流，即變壓器還可以變換電流。ΦN1i1u1AXN2|ZL|u2Saxi2第2頁(yè)17精選2021版課件

已知某收音機(jī)輸出變壓器的原邊匝數(shù)為600,副邊匝數(shù)為30,原邊原接有16Ω的揚(yáng)聲器，現(xiàn)要改接成4Ω揚(yáng)聲器，求N2應(yīng)改為多少？（3）變壓器的變換阻抗作用變壓器的副邊所接負(fù)載為|ZL|，原邊輸入阻抗為Z1時(shí)，有：把變壓比和變流比公式代入可得：變壓器的阻抗變換作用常用于電子電路中。例如：ΦN1i1u1AXN2|ZL|u2Saxi2第2頁(yè)18精選2021版課件第2頁(yè)19精選2021版課件2．變壓器的外特性變壓器的外特性就是描述輸出電壓u2隨負(fù)載電流i2變化的關(guān)系，即：

u2＝f（i2）兩者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系可用左圖所示曲線進(jìn)行描述。u2U2Ni2I2N0cos(-φ2)=0.8超前cosφ2=1cosφ2=0.8滯后2．電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率反映了變壓器運(yùn)行時(shí)輸出電壓的穩(wěn)定性，是變壓器的主要性能指標(biāo)之一。

4．變壓器的損耗和效率（1）損耗鐵損耗包括磁滯損耗和渦流損耗。第2頁(yè)20精選2021版課件4.3三相電力變壓器訊號(hào)式溫度計(jì)吸濕計(jì)儲(chǔ)油柜安全氣道油表氣體繼電器高壓套管低壓套管分接開關(guān)油箱鐵芯繞組放油閥門變壓器主要由鐵芯和繞組兩大部分構(gòu)成。鐵芯是它的磁路部分，繞組是它的電路部分。第2頁(yè)21精選2021版課件電力變壓器的型號(hào)S7-500/10低損耗系列產(chǎn)品額定容量（KVA）高壓繞組額定電壓（KV）變壓器同極性端判別變壓器的額定值額定容量：三相變壓器的總?cè)萘浚篠N=3I2NU2N額定電壓：原、副邊額定值均指線電壓數(shù)值。額定電流：I1N、I2N均指原、副邊線電流值?！ぁxAXAX是變壓器的原邊繞組ax是變壓器的副邊繞組Aa是變壓器一對(duì)同名端由同一電流感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)，極性始終保持一致的端子為同名端。電流同時(shí)由同名端流入（或流出）時(shí)，它們所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互增強(qiáng)，反之相互削弱。判別方法：第2頁(yè)22精選2021版課件用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)試同極性端S閉合時(shí)：毫伏表指示正值，則1和3是同極性端，若指針反偏，則1和4是同極性端。S打開時(shí)指針偏轉(zhuǎn)情況相反。先將兩線圈的一對(duì)端子相聯(lián)，構(gòu)成串聯(lián)連接。U13=U12－U34時(shí)，1和3是同極性端；U13=U12＋U34時(shí)，1和4是同極性端。34V＋－12S＋US－～34V＋－uS12V＋－第2頁(yè)23精選2021版課件

三相變壓器的聯(lián)接組別較多，為了制造和使用的方便，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，三相雙繞組電力變壓器的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接組別有五種：Y，yn0；YN，y0；Y，y0；Y，d11；YN，d11。其中大寫字母Y表示高壓繞組為星形聯(lián)接方式，后面加N表示帶有中線；小寫字母y或d，表示低壓繞組聯(lián)接為星形或三角形，星形有中線引出時(shí)，后面加字母n（0表示指0點(diǎn)）。

5.

三相電力變壓器的連接組別副邊繞組···abcxyzabc···ABCXYZCAB原邊繞組Y,d11連接組別電路圖與相量圖第2頁(yè)24精選2021版課件6.

三相電力變壓器的并聯(lián)運(yùn)行ACBacbNACBacbNⅠACBacbNⅡ兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行將兩臺(tái)或兩臺(tái)以上變壓器的原、副繞組分別并聯(lián)到原邊和副邊的公共母線上，共同向負(fù)載供電的方式，稱為變壓器的并聯(lián)運(yùn)行。為了安全可靠地并聯(lián)運(yùn)行，變壓器組必須滿足下列三個(gè)條件：1.并聯(lián)運(yùn)行的變壓器，其連接組別標(biāo)號(hào)必須相同；2.并聯(lián)運(yùn)行的變壓器，其變比應(yīng)當(dāng)相等；3.并聯(lián)運(yùn)行的變壓器，其短路電壓應(yīng)當(dāng)相等。其中第1條必須嚴(yán)格遵守！第2頁(yè)25精選2021版課件特點(diǎn)：副繞組是原繞組的一部分，原、副壓繞組不但有磁的聯(lián)系，也有電的聯(lián)系。4.4特殊變壓器1．自耦變壓器u1u2自耦變壓器的工作原理和普通雙繞組變壓器一樣，因此變比相同自耦變壓器也稱為自耦調(diào)壓器，它的最大特點(diǎn)就是可以通過轉(zhuǎn)動(dòng)手柄來獲得原、副邊所需要的各種電壓。u1u2～自耦變壓器的電路圖符號(hào)第2頁(yè)26精選2021版課件2．電焊變壓器電焊變壓器：交流弧焊機(jī)實(shí)質(zhì)是一種特殊的降壓變壓器，因此也稱為電焊變壓器。靠電弧放電的熱量來融化焊條和金屬以達(dá)到焊接金屬的目的。交流電焊機(jī)示意圖u1u260～80Vi2手柄電抗器變壓器可動(dòng)鐵心焊鉗25～30V工件第2頁(yè)27精選2021版課件電焊變壓器必須滿足下列要求：3.為了適應(yīng)不同的焊接要求，要求電焊變壓器的焊接電流能夠在較大的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且工作電流要比較穩(wěn)定。1.具有較高的起弧電壓。起弧電壓應(yīng)達(dá)到60～70V，額定負(fù)載時(shí)約為30V；2.起弧以后，要求電壓能夠迅速下降，同時(shí)在短路時(shí)（如焊條碰到工件上，副邊輸出電壓為零）次級(jí)電流也不要過大，一般不超過額定值的兩倍。也就是說，電焊變壓器要具有陡降的外特性。第2頁(yè)28精選2021版課件電壓互感器：電壓互感器的原繞組匝數(shù)很多，并聯(lián)于待測(cè)電路兩端；副繞組匝數(shù)較少，與電壓表及電度表