第6章變壓器

沈陽工業(yè)大學(xué)電工學(xué)教研室

第6章

變壓器6.1磁路6.2變壓器#第6章變壓器

本章介紹的基本物理量、基本定律以及磁性材料的磁性能。在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)討論鐵心線圈電路和變壓器。6.1磁路的基本概念和定律

電動(dòng)機(jī)、繼電器、電磁鐵及變壓器等電器都是基于電磁耦合的原理工作的，我們已經(jīng)學(xué)過了電路，現(xiàn)在再來研究磁路。一、磁場的基本物理量1.磁通φ2.磁感應(yīng)強(qiáng)度B3.磁場強(qiáng)度H4.導(dǎo)磁系數(shù)μ#6.1一、磁場的基本物理量垂直穿過某一面積S的磁力線的總根數(shù)。韋伯wb穿過單位面積的磁力線根數(shù)。特斯拉T

wb/m2磁場中某點(diǎn)的B與該點(diǎn)的磁導(dǎo)率μ的比值。1.磁通φ2.磁感應(yīng)強(qiáng)度B3.磁場強(qiáng)度H4.導(dǎo)磁系數(shù)μ描述導(dǎo)磁能力大小的物理量。通常使用相對導(dǎo)磁系數(shù)無量綱真空導(dǎo)磁系數(shù)6.1磁路的基本概念和定律安/米，A/m,A/cm#6.1磁動(dòng)勢6-1磁路的基本概念和定律二、磁路的基本定律安培環(huán)路定律磁路歐姆定律與電路類似，磁路也有各種定律安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律沿任一閉合路徑，H的線積分等于包圍在這閉合路徑內(nèi)各電流的代數(shù)和若磁場均勻則有磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律磁路歐姆定律無分支磁路平均長

l線圈N匝IN磁通Φ導(dǎo)磁系數(shù)μ截面積S根據(jù)得磁路歐姆定律磁阻Rm基爾霍夫定律#6.1二、磁路的基本定律安培環(huán)路定律磁路歐姆定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律有分支磁路I1N1I2N2φ1φ2φ31.磁路的基爾霍夫磁通定律在節(jié)點(diǎn)A處Aφ1+φ2-φ3=02.磁路的基爾霍夫磁壓降定律任一閉合回路中均有或磁壓降的代數(shù)和等于磁動(dòng)勢的代數(shù)和#6.1INH（I）B（φ）μμabcB鐵磁材料B-H，μ-H曲線從曲線上能明顯看出，μ不是常數(shù)導(dǎo)磁性工程上利用它來使磁通盡量地約束在有限的范圍內(nèi)，提高電磁設(shè)備的利用率，一般使用B-H

曲線的ab

段。磁滯B的變化滯后于H

的變化如曲線的oa

段o磁飽和當(dāng)H

達(dá)到一定程度，B不再隨H

而增加，此為磁飽和。如曲線的cs

段。s若對鐵心線圈而言，磁飽和意為當(dāng)電流I

增加到一定程度，φ不再隨之增加關(guān)于磁滯詳看請點(diǎn)擊#三、磁性材料的磁性能6.16.1幾點(diǎn)說明磁阻Rm

的大小取決于磁路的尺寸和材料的磁導(dǎo)率。

很大，但不是常數(shù)，因此也不是常數(shù)。所以磁路歐姆定律不能用來進(jìn)行定量計(jì)算，只用做定性分析。通常磁路計(jì)算應(yīng)用磁路基爾霍夫定律。磁路和電路有相似之處，但卻有本質(zhì)的區(qū)別。詳見教材P119#

6.2

變壓器

教學(xué)目的

1.掌握單相變壓器的電壓、電流和阻抗變換功能

2.掌握變壓器額定值的概念

3.了解變壓器繞組極性及其判別

預(yù)備知識：iN交流鐵心線圈eeLu磁路的基爾霍夫磁壓降定律任一閉合回路中均有磁動(dòng)勢要平衡電壓平衡方程式6.21.變壓器的用途、構(gòu)造和分類變壓器是基于電磁感應(yīng)原理而制成的靜止的電器設(shè)備用途變電壓，變電流，變阻抗構(gòu)造心式和殼式兩種芯式變壓器殼式變壓器分類單相，三相，多相升壓，降壓儀用電壓、電流互感器焊接變壓器，自藕變壓器#6.2

變壓器用于高壓的電力變壓器用于大電流的特殊變壓器或其它變壓器6.22.變壓器的工作原理原邊繞組N1名詞介紹幅邊繞組N2一次繞組N1二次繞組N2一次側(cè)二次側(cè)什么是變壓器任載運(yùn)行？什么是變壓器空載運(yùn)行？u~u~Z2Z2s

一次側(cè)接電源二次側(cè)負(fù)載開路

一次側(cè)接電源二次側(cè)接負(fù)載符號+u1－+u2－T6.22.變壓器的工作原理變壓器空載運(yùn)行u~Z2s空載電流變比二次側(cè)額定電壓原幅邊電壓之比等于原幅邊匝數(shù)之比，等于常數(shù)k此為變壓器的變電壓作用i0u1u20空載運(yùn)行的結(jié)論：u~Z2變壓器負(fù)載運(yùn)行u1i1u2i2兩邊繞組中通過的磁通是相同的6.2只要U1不變，主磁通就不應(yīng)該變，所以有：磁動(dòng)勢平衡方程式有載時(shí)原邊磁動(dòng)勢分為兩部分1.產(chǎn)生主磁通（勵(lì)磁分量）I02.用來補(bǔ)償I2N2（負(fù)載分量I2）,又稱去磁一般I0很小，小型變壓器只有2~3%，大的不過10%，當(dāng)略去I0N1后有：變電流作用負(fù)載運(yùn)行結(jié)論變電流作用任載后，電壓比是否還等于變比k?變電壓作用還有一個(gè)作用是變阻抗副邊Z2原邊Z1變阻抗作用或3.變壓器的外特性和額定值1)

外特性變壓器負(fù)載后，必然在一、二次側(cè)內(nèi)阻抗上產(chǎn)生電壓降，使二次電壓隨負(fù)載電流增加變小。稱曲線為變壓器的外特性變壓器外特性電壓調(diào)整率滿載時(shí)電壓空載電壓一般在5%以內(nèi)6.22

)額定值一般變壓器的額定值在其名牌上給出額定電壓額定電流額定容量額定頻率一次額定電壓U1N正常時(shí)一次繞組所加電壓的有效值二次額定電壓U2N一次為U1N，對應(yīng)二次側(cè)的空載電壓有效值，即U20=U2N一次額定電流I1N一次為U1N

，正常工作時(shí)一次繞組允許長期通過的最大電流有效值二次額定電流I2N一次為U1N

，正常工作時(shí)二次繞組允許長期通過的最大電流有效值指二次側(cè)的輸出額定視在功率即額定頻率50HZ6.23.變壓器的外特性和額定值4.變壓器的損耗和效率6.2變壓器損耗△p分鐵損△pFe

和銅損△pCu

1)鐵損是交變的主磁通在鐵心中產(chǎn)生磁滯損耗△ph和渦流損耗△pe之和--固定損耗2)

銅損--可變損耗變壓器一次側(cè)、二次側(cè)均有電阻，當(dāng)有電流通過時(shí)，產(chǎn)生損耗3)效率一次側(cè)輸入功率p1

，二次側(cè)輸出功率p2，效率為η△p=△pFe

+△pCu小型變壓器的效率為70~85%，大型變壓器效率可達(dá)98%4)變壓器線圈極性測定*同極性端的標(biāo)記1234**正接1234*反接**同極性端的測定毫安表正偏，1和3是同極性端；反偏，1和4是同極性端6.2

6.2

變壓器小結(jié)變電流作用變電壓作用變阻抗作用變壓器作用外特性額定值損耗和效率變壓器任載后電壓降低電壓調(diào)整率小型變壓器效率為70~85%，大型的可達(dá)98%變壓器同名端判別例6-1一臺單相變壓器的額定容量SN=50kVA，額定電壓為10KV/230V，滿載時(shí)二次電壓為220V，則其額定電流I1N和I2N各是多少？解：知識點(diǎn)：變壓器容量變電流作用例6-2已知信號源的內(nèi)阻R0=10kΩ,用輸出變壓器帶一個(gè)電阻為RL=3.2Ω的揚(yáng)聲器，為了使揚(yáng)聲器獲得最大功率，輸出變壓器的變壓比應(yīng)該是多少？解：獲得最大功率的條件是什么？

R0=RL時(shí)信號源輸出最大功率令獲得最大功率的條件知識點(diǎn)：例6-3有一變壓器，額定電壓10000V/230，額定電流為V5A/215A?？蛰d時(shí)，高壓繞組自10000V電源上取用功率340W，電流0.43A。試求1）變壓器的變壓比；2）空載電流占額定電流的百分?jǐn)?shù)；3）空載時(shí)一次繞組的功率因數(shù)。解：1）2）3）功率因數(shù)例6-4

一臺容量的照明變壓器，它的電壓為

6600V/220V，問它能正常供應(yīng)220V、40W的白熾燈多少盞？能供應(yīng)，電壓220V，功率40W的日光燈多少盞？解：#或變壓器可供出總電流每只燈的電流關(guān)于磁滯

當(dāng)外電場H

值作正負(fù)變化使鐵磁材料反復(fù)磁化過程中，B

的變化總是落后于H

的變化。鐵磁材料反復(fù)磁化后，得到近似對稱原點(diǎn)的閉合曲線，叫磁滯回線。不同的磁性材料，其磁滯回線形狀不同HBHB軟磁材料HB硬磁材料#返回發(fā)電機(jī)電力輸變電系統(tǒng)示意圖20kV輸電線升壓變壓器降壓變壓器降壓變壓器降壓變壓器≈110kV220kV500kV10kV66kV低壓用戶400V一變二變配電變壓器配電變壓器外形圖返回返回返回返回返回返回箱式變壓器-------簡稱：箱變返回返回返回鐵心繞組返回4．變壓器線圈極性測定(1)同極性