1、1,第六章 磁路與變壓器,電工技術(shù),第二節(jié) 交流鐵心線圈電路,第一節(jié) 磁路的基本知識(shí),第六章 磁路與變壓器,第四節(jié) 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理,第五節(jié) 變壓器的額定值和運(yùn)行特性,第三節(jié) 電磁鐵,第六節(jié) 常用變壓器,第一節(jié) 磁路的基本知識(shí),一、磁路的概念,二、磁路的主要物理量,三、鐵磁材料,四、磁路歐姆定律,4,第一節(jié) 磁路的基本知識(shí),一、 磁路的概念,通電的線圈周圍和內(nèi)部存在著磁場(chǎng)。,磁路是磁通集中經(jīng)過(guò)的路徑,由于鐵磁材料導(dǎo)磁系數(shù)很大，在電機(jī)、變壓器等電氣設(shè)備中，為了用較小的電流得到較多的磁通，常用鐵磁物質(zhì)做成一定形狀的鐵心。,將線圈繞在鐵心上，當(dāng)線圈通過(guò)電流時(shí)，鐵心被磁化，磁場(chǎng)大為增強(qiáng)，所產(chǎn)生的

2、磁通主要集中在鐵心構(gòu)成的閉合路徑內(nèi)。,勵(lì)磁線圈是通過(guò)勵(lì)磁電流的線圈,勵(lì)磁電流是產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流,5,第一節(jié) 磁路的基本知識(shí),磁路分直流磁路和交流磁路，其形式多種多樣，常見的電氣設(shè)備的磁路有：,單相變壓器的磁路,電磁鐵的磁路,磁電式儀表的磁路 （不需要?jiǎng)?lì)磁繞組）,直流電機(jī)的磁路,6,第一節(jié) 磁路的基本知識(shí),二、 磁路的主要物理量,（一）磁感應(yīng)強(qiáng)度 B,表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。,方向：與電流的方向之間符合右手螺旋定則。,大?。?單位: 特斯拉（Tesla，簡(jiǎn)寫T） 1T = 1Wb/m2 Wb韋伯,均勻磁場(chǎng) 各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同的磁場(chǎng)。,7,第一節(jié) 磁路的基本知識(shí),（二）磁

3、通 ,磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場(chǎng)方向的面積S的乘積，稱為通過(guò)該面積的磁通。,如果不是均勻磁場(chǎng)，則取B的平均值。,在均勻磁場(chǎng)中 = B S 或 B= /S,磁感應(yīng)強(qiáng)度B在數(shù)值上可以看成為與磁場(chǎng)方向垂直的單位面積所通過(guò)的磁通，故又稱磁通密度。,單位: 韋伯（Wb） 1Wb =1Vs（伏.秒）,說(shuō)明:,8,表示衡量物質(zhì)的導(dǎo)磁能力的物理量,單位：亨/米（H/m）,（三）磁導(dǎo)率 ,第一節(jié) 磁路的基本知識(shí),真空中的磁導(dǎo)率（ ）為常數(shù)。,一般材料的磁導(dǎo)率 和真空中的磁導(dǎo)率之比，稱為這種材料的相對(duì)磁導(dǎo)率 。,，則稱為磁性材料,，則稱為非磁性材料,9,第一節(jié) 磁路的基本知識(shí),其大小為介質(zhì)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 與

4、介質(zhì)磁導(dǎo)率 之比。,單位 ：安培/米（A/m),（四）磁場(chǎng)強(qiáng)度 H,磁場(chǎng)強(qiáng)度是進(jìn)行磁場(chǎng)分析時(shí)引用的一個(gè)輔助物理量。,10,三、鐵磁材料,第一節(jié) 磁路的基本知識(shí),根據(jù)導(dǎo)磁性能的好壞，自然界的物質(zhì)可分為:,鐵磁材料 導(dǎo)磁性能好，磁導(dǎo)率大 如鐵、鋼、鎳、鈷等,非鐵磁材料導(dǎo)磁性能差，磁導(dǎo)率小 如鐵、鋼、鎳、鈷等,鐵磁物質(zhì)對(duì)電氣設(shè)備的影響很大。采用優(yōu)質(zhì)的鐵磁物質(zhì)，可使同樣容量的電機(jī)、變壓器體積大大縮小，重量大大減輕。,（一）概述,11,（二）鐵磁材料的磁性能,1. 高導(dǎo)磁性,磁疇磁性物質(zhì)內(nèi)部形成許多小區(qū)域。其分子間存在的一種特殊的作用力使每一區(qū)域內(nèi)的分子磁場(chǎng)排列整齊，顯示磁性。,磁 疇,沒有外磁場(chǎng)作用時(shí)

5、：各個(gè)磁疇排列雜亂無(wú)章，磁場(chǎng)互相抵消，整體對(duì)外不顯磁性。,磁 疇,第一節(jié) 磁路的基本知識(shí),12,在外磁場(chǎng)作用下：磁疇方向發(fā)生變化，使之與外磁場(chǎng)方向趨于一致，物質(zhì)整體顯示磁性，稱為磁化。,外 磁 場(chǎng),第一節(jié) 磁路的基本知識(shí),磁性物質(zhì)的高導(dǎo)磁性被廣泛地應(yīng)用于電工設(shè)備中，如電機(jī)、變壓器及各種鐵磁元件的線圈中都放有鐵心。 在這種具有鐵心的線圈中通入不太大的勵(lì)磁電流，便可以產(chǎn)生較大的磁通和磁感應(yīng)強(qiáng)度。,13,2. 磁飽和性,第一節(jié) 磁路的基本知識(shí),磁性物質(zhì)由于磁化所產(chǎn)生的磁化磁場(chǎng)不會(huì)隨著外磁場(chǎng)的增強(qiáng)而無(wú)限的增強(qiáng)。 當(dāng)外磁場(chǎng)增大到一定程度時(shí)，磁性物質(zhì)的全部磁疇的磁場(chǎng)方向都轉(zhuǎn)向與外部磁場(chǎng)方向一致，磁化磁場(chǎng)的

6、磁感應(yīng)強(qiáng)度將趨向某一定值。 這種特性稱為磁飽和性。,14,第一節(jié) 磁路的基本知識(shí),BJ 磁場(chǎng)內(nèi)存在磁性物質(zhì)的磁化磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度曲線。,B0 磁場(chǎng)內(nèi)不存在磁性物質(zhì)時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度直線。,B BJ曲線和B0直線的縱坐標(biāo)相加即磁場(chǎng)的 B-H 磁化曲線。,BJ,B,磁化曲線,15,第一節(jié) 磁路的基本知識(shí),B-H 磁化曲線的特征： Oa段：B 與H幾乎成正比地增加。 ab段： B 的增加緩慢下來(lái)。 b點(diǎn)以后：B增加很少，達(dá)到飽和。,O,H,B,B0,BJ,B,有磁性物質(zhì)存在時(shí)，B與H不成正比，磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率不是常數(shù)，隨H而變。,因?yàn)榕c B 成正比，所以 與 I 不成正比。,磁化曲線,B和與H的關(guān)系,1

7、6,第一節(jié) 磁路的基本知識(shí),幾種常見磁性物質(zhì)的磁化曲線,17,3. 磁滯性,第一節(jié) 磁路的基本知識(shí),磁滯回線磁性材料在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化，其B-H是一條回形閉合曲線。,磁性材料中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化總是滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度H變化的性質(zhì)，當(dāng)H減到0， B未減到0。,18,第一節(jié) 磁路的基本知識(shí),Br,Hc,剩磁感應(yīng)強(qiáng)度Br (剩磁) ： 當(dāng)線圈中電流減小到零(H=0)時(shí)，鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。,矯頑磁力Hc：使 B = 0 ，反相磁化所需的 H 值。,磁性物質(zhì)不同，其磁滯回線和磁化曲線也不同。,剩磁,19,（三）鐵磁材料的分類,根據(jù)磁性能，磁性材料又可分為3種： 軟磁材料剩磁和矯頑力較小，磁滯回線窄長(zhǎng)；

8、但磁導(dǎo)率較高；常用做磁頭、磁心等。 硬磁材料剩磁和矯頑力較大，磁滯回線較寬。常用做永久磁鐵。 矩磁材料滯回線接近矩形，剩磁較大但矯頑磁力較小。在計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中用作記憶元件、開關(guān)元件和邏輯元件。,第一節(jié) 磁路的基本知識(shí),20,四、磁路歐姆定律,S,l,N,第一節(jié) 磁路的基本知識(shí),（一）磁路的歐姆定律,磁路的歐姆定律是分析磁路的基本定律。,21,第一節(jié) 磁路的基本知識(shí),式中：F=NI 磁通勢(shì)，由其產(chǎn)生磁通。 Rm磁阻，表示磁路對(duì)磁通的阻礙作用。,設(shè)繞有線圈的鐵心，當(dāng)線圈通過(guò)電流I，在鐵心中就會(huì)有磁通的長(zhǎng)度為l，截面積為S，磁路介質(zhì)的磁導(dǎo)率為。,則磁路中有:,22,第一節(jié) 磁路的基本知識(shí),（二）

9、磁路與電路的比較,23,第一節(jié) 磁路的基本知識(shí),（三）磁路分析的特點(diǎn),1. 在處理電路時(shí)不涉及電場(chǎng)問(wèn)題，在處理磁路時(shí)離不開磁場(chǎng)的概念。,2. 在處理電路時(shí)一般可以不考慮漏電流，在處理磁路時(shí)一般都要考慮漏磁通。,3. 磁路歐姆定律和電路歐姆定律只是在形式上相似。由于 不是常數(shù)，其隨勵(lì)磁電流而變，磁路歐姆定律不能直接用來(lái)計(jì)算，只能用于定性分析。,4. 在電路中，當(dāng) E=0時(shí)，I=0；但在磁路中，由于有剩磁，當(dāng) F=0 時(shí)， 不為零。,第二節(jié) 交流鐵心線圈電路,一、電磁關(guān)系,二、功率損耗,25,第二節(jié) 交流鐵心線圈電路,直流鐵心線圈：由直流電勵(lì)磁，磁通恒定，線圈中的電流由外加電壓和線圈本身的電阻決定

10、，功率損耗只有線圈電阻R上的損耗，分析比較簡(jiǎn)單。,交流鐵心線圈：由交流電勵(lì)磁，磁通是交變的，其電磁關(guān)系和功率損耗比較復(fù)雜。,概述,26,第二節(jié) 交流鐵心線圈電路,一、電磁關(guān)系,（磁通勢(shì)）,主磁通 ：通過(guò)鐵心閉合的磁通(大部分)。,漏磁通：經(jīng)過(guò)空氣閉合的磁通(很小部分)。,線圈,鐵心, 與i不是線性關(guān)系。,27,第二節(jié) 交流鐵心線圈電路,與 i成線性。,漏磁電感:,與 i不成線性。,主磁電感L不是常數(shù)，隨激勵(lì)電流而變。,鐵心線圈是非線性電感元件,根據(jù)基爾霍夫定律,線圈電阻 R 和漏感抗X較小，所產(chǎn)生的電壓降Ri和漏磁通電動(dòng)勢(shì)e 與主磁電動(dòng)勢(shì) E 相比可忽略,則有：,28,第二節(jié) 交流鐵心線圈電路

11、,設(shè)主磁通 則,有效值,則有,29,第二節(jié) 交流鐵心線圈電路,式中：Em是鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值，單位T。 S 是鐵心截面積，單位m2。,可見，外加電壓的相位超前于鐵心中磁通900，而外加電壓的有效值為：,當(dāng)線圈匝數(shù)N、外加電壓U和頻率一定時(shí)，鐵心中的磁通最大值m將保持不變,m單位是韋伯（Wb）。,f單位是赫茲（Hz）。,30,第二節(jié) 交流鐵心線圈電路,二、功率損耗,第1種： 銅損（Pcu）,線圈電阻R上的功率損耗稱銅損，用Pcu 表示。,Pcu = RI2,第2種： 鐵損（PFe）,鐵心內(nèi)的功率損耗稱鐵損，用PFe 表示。,31,第二節(jié) 交流鐵心線圈電路,（一）磁滯損耗（Ph）,由磁滯產(chǎn)生

12、的鐵損稱為磁滯損耗（Ph）。,1. 大小 單位體積內(nèi)的磁滯損耗正比于磁滯回線的面積。,2. 產(chǎn)生原因 鐵磁材料內(nèi)部磁疇反復(fù)轉(zhuǎn)向，磁疇間相互摩擦引起鐵心發(fā)熱所造成的損耗。,3. 減少磁滯損耗的措施 選用軟磁材料制作鐵心。,32,第二節(jié) 交流鐵心線圈電路,（二）渦流損耗（Pe）,2.渦流損耗: 渦流使鐵心發(fā)熱所產(chǎn)生的功率損耗。,1.渦流：交變磁通在鐵心內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流。感應(yīng)電流在垂直于磁通的平面內(nèi)呈螺旋狀。,渦流,33,第二節(jié) 交流鐵心線圈電路,3. 減少渦流損耗措施,提高鐵心的電阻率，減小渦流。鐵心用彼此絕緣的硅鋼片疊成，把渦流限制在較小的截面內(nèi)。,交流鐵心線圈電路的功率損耗為：,綜上所

13、述：,硅鋼片,第三節(jié) 電磁鐵,一、直流電磁鐵,二、交流電磁鐵,35,第三節(jié) 電磁鐵,五、電磁鐵,（一）概述,電磁鐵是利用通電線圈鐵心吸引銜鐵而工作的一種電器。,電磁鐵又是構(gòu)成各種電磁型開關(guān)、電磁閥門和繼電器的基本部件,常用來(lái)操縱、牽引機(jī)械裝置，或保持某種機(jī)械零件、工件于固定位置。,36,（二）基本結(jié)構(gòu),鐵心,銜鐵,銜鐵,有時(shí)是機(jī)械零件 、工件充當(dāng)銜鐵。,線圈,線圈,銜鐵,鐵心,線圈,鐵心,第三節(jié) 電磁鐵,37,根據(jù)使用電源類型分為：,直流電磁鐵：用直流電源勵(lì)磁。,交流電磁鐵：用交流電源勵(lì)磁。,工作時(shí)，線圈通入勵(lì)磁電流，在鐵心中產(chǎn)生磁場(chǎng)，銜鐵被吸引。,（四）工作原理,（三）分類,斷電時(shí)，磁場(chǎng)消失

14、，銜鐵即被釋放。,第三節(jié) 電磁鐵,38,電磁鐵線圈通電后，鐵心吸引銜鐵的力。,：空氣隙中的磁通，單位是特斯拉。 S ：空氣隙的有效面積，單位是平方米。,2. 直流電磁鐵,隨銜鐵的吸合，空氣隙變小，磁阻減小，磁通增大。所以，直流電磁鐵的吸合后的電磁力比吸合前大。,計(jì)算公式:,1. 電磁吸力,單位：牛頓(N),第三節(jié) 電磁鐵,39,3. 交流電磁鐵,交流電磁鐵中磁場(chǎng)是交變的，電磁力大小也隨時(shí)間而變。,則吸力瞬時(shí)值為：,吸力的波形,吸力平均值為：,交流電磁鐵在吸合銜鐵過(guò)程中，電磁吸力平均值不變。,第三節(jié) 電磁鐵,40,由于電磁吸力是脈動(dòng)的，會(huì)引起銜鐵振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲。,通常在磁極的部分端面上套一個(gè)短路

15、銅環(huán)，穿過(guò)銅環(huán)的磁通1產(chǎn)生的感應(yīng)電流，將阻礙1的變化。于是1和2間產(chǎn)生相位差，使這兩部分電磁引力不會(huì)同時(shí)為零（或達(dá)最大值），減弱了銜鐵的振動(dòng)，降低了噪聲。,未穿過(guò)銅環(huán)的磁通,穿過(guò)銅環(huán)的磁通,第三節(jié) 電磁鐵,41,直流電磁鐵與交流電磁鐵的特點(diǎn)比較,第三節(jié) 電磁鐵,第四節(jié) 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理,一、變壓器的結(jié)構(gòu),二、變壓器的工作原理,43,第四節(jié) 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理,概述,變壓器：利用電磁感應(yīng)原理傳輸電能或信號(hào)的器件，具有變壓、變流、變阻抗和隔離的作用。,應(yīng)用：電力系統(tǒng)中遠(yuǎn)距離輸電；實(shí)驗(yàn)室中改變電源電壓；測(cè)量上擴(kuò)大對(duì)交流電壓、電流的測(cè)量范圍；在電子設(shè)備中提供多種電壓等。,種類：種類很多，大小

16、懸殊，用途各異，但基本結(jié)構(gòu)和工作原理相同。,44,一、變壓器的結(jié)構(gòu),變壓器的符號(hào),結(jié)構(gòu)示意圖,一次、二次繞組互不相連，能量的傳遞靠磁耦合。,第四節(jié) 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理,45,幾種常見的鐵心形狀,第四節(jié) 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理,46,按鐵心和繞組的組合方式來(lái)分,第四節(jié) 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理,47,（一）空載運(yùn)行,一次繞組接上交流電源，二次繞組側(cè)開路，這種運(yùn)行狀態(tài)稱為空載運(yùn)行。,空載時(shí)，鐵心中主磁通是由一次繞組磁通勢(shì)產(chǎn)生的,二、變壓器的工作原理,第四節(jié) 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理,48,K為變壓比,根據(jù)交流磁路的分析可得：,電壓變換作用：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓,略去漏磁通影響,第四節(jié) 變壓

17、器的結(jié)構(gòu)和工作原理,49,可見，變壓器空載運(yùn)行時(shí)：,1. 一、二次繞組上電壓的比值等于兩者的匝數(shù)比。,2. 一、二次繞組匝數(shù)不同時(shí)，變壓器就可以把某一數(shù)值的交流電壓變換成同頻率的另一數(shù)值的電壓，這就是變壓器的電壓變換作用。,3. 當(dāng)一次繞組匝數(shù)N1比二次繞組匝數(shù)N2多時(shí)，K1，此為降壓變壓器；反之，若N1N2，K1，則為升壓變壓器。,第四節(jié) 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理,50,例6-3-1,變壓器鐵心截面積為150cm2，鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值不能超過(guò)1.2T，若要用它把6000V工頻交流電變換為230V的同頻率交流電，則應(yīng)配多少匝數(shù)的一、二次繞組？,解: 鐵心中磁通的最大值,一次繞組的匝數(shù)為,二

18、次繞組的匝數(shù)為,第四節(jié) 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理,51,一次繞組接上交流電源，二次繞組側(cè)接負(fù)載，這種運(yùn)行狀態(tài)稱為負(fù)載運(yùn)行。,（二）負(fù)載運(yùn)行,二次繞組側(cè)接負(fù)載，在二次繞組感應(yīng)電勢(shì)e2的作用下，產(chǎn)生二次繞組i2，一次繞組的i10增大為i1。,因二次繞組有了電流i2 ，二次側(cè)磁通勢(shì)也在鐵心中產(chǎn)生磁通 。,鐵心中主磁通是由一次、二次繞組磁通勢(shì)共同產(chǎn)生的合成磁通。,第四節(jié) 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理,52,有載時(shí)，鐵心中主磁通是由一次、二次繞組磁通勢(shì)共同產(chǎn)生的合成磁通,第四節(jié) 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理,53,由于變壓器鐵芯材料的導(dǎo)磁率高、空載勵(lì)磁電流 很小，可忽略 。即：,帶負(fù)載后磁動(dòng)勢(shì)的平衡關(guān)系式：,結(jié)論：一

19、、二次側(cè)電流與匝數(shù)成反比,第四節(jié) 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理,54,可見，變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)：,1. 一、二側(cè)電流與匝數(shù)成反比。,2. 改變一、二次繞組的匝數(shù)，可以改變一、二次繞組電流的比值，這就是變壓器的電流變換作用。,3. 二次繞組負(fù)載輸出的電能越多，一次繞組向電源吸取的電能越多，因此，二次側(cè)電流變化時(shí)，一次側(cè)電流也會(huì)相應(yīng)變化。,4. 遠(yuǎn)距離輸電，線路損耗Pl與電流的平方I2和線路電阻Rl的乘積成正比。所用電壓越高，電流越小，輸電線上的損耗越小。,第四節(jié) 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理,55,一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)接負(fù)載。,（三）阻抗變換作用,第四節(jié) 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理,56,由圖可知：,阻抗變換

20、作用：變壓器一次側(cè)的等效阻抗，為二次側(cè)所帶負(fù)載阻抗的K 2 倍 。通過(guò)選擇合適的K，可把實(shí)際負(fù)載阻抗變換為所需的數(shù)值,+,第四節(jié) 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理,57,例6-3-2,交流信號(hào)源的電壓US=120V，內(nèi)阻R0=800，負(fù)載電阻為RL=8。試求: （1）將負(fù)載與信號(hào)源直接聯(lián)接時(shí)，信號(hào)源輸出多大功率？（2）若要信號(hào)員輸給負(fù)載的功率達(dá)到最大，用變壓器進(jìn)行阻抗變換，則變壓器的匝數(shù)比應(yīng)選多少？阻抗變換后信號(hào)源的輸出功率多大？,第四節(jié) 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理,58,解：,（1）將負(fù)載直接接到信號(hào)源上時(shí)，輸出功率為：,第四節(jié) 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理,59,（2）變壓器的匝數(shù)比應(yīng)為：,信號(hào)源的輸出功率：

21、,阻抗匹配：接入變壓器后，輸出功率大大提高,第四節(jié) 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理,第五節(jié) 變壓器的額定值和運(yùn)行特性,一、變壓器的額定值,二、變壓器的外特性和電壓變化率,三、變壓器的損耗和效率,61,一、變壓器的額定值,（一）額定電壓 U1N、U2N,（二）額定電流 I1N、I2N 變壓器連續(xù)運(yùn)行時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許通過(guò)的最大電流有效值。,第四節(jié) 變壓器的額定值和運(yùn)行特性,一次側(cè)額定電壓U1N是根據(jù)絕緣程度和允許發(fā)熱所規(guī)定的加在一次繞組上的工作電壓有效值。,二次側(cè)額定電壓U2N是指在電力系統(tǒng)中一次側(cè)施加額定電壓時(shí)的二次側(cè)空載電壓有效值。,在儀器儀表中是指一次側(cè)施加額定電壓時(shí)，二次側(cè)接額定負(fù)載輸出電

22、壓有效值。,62,第四節(jié) 變壓器的額定值和運(yùn)行特性,容量 SN 輸出功率 P,（理想）,反映了變壓器傳送電功率的最大能力,變壓器運(yùn)行時(shí)的功率取決于負(fù)載的大小和性質(zhì),（四）額定頻率 fN,變壓器應(yīng)接入的電源頻率,我國(guó)： fN=50Hz,（三）額定容量 SN,二次側(cè)額定電壓和額定電流的乘積，即二次側(cè)的額定視在功率。,63,第四節(jié) 變壓器的額定值和運(yùn)行特性,二、變壓器的外特性和電壓變化率,當(dāng)一次側(cè)電壓 U1和負(fù)載功率因數(shù) cos2保持不變時(shí)，二次側(cè)輸出電壓 U2隨負(fù)載電流變化的曲線稱變壓器的外特性。,U20,（一）變壓器的外特性,分析時(shí)，忽略線圈電阻和漏磁通，突出主要物理量。,空載時(shí)二次側(cè)的電壓,6

23、4,第四節(jié) 變壓器的額定值和運(yùn)行特性,一般供電系統(tǒng)希望隨負(fù)載電流I2的變化，U2 變化不大。電力變壓器的電壓變化率約在5%左右，這是一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，直接影響供電質(zhì)量。,（二）電壓變化率,表示變壓器的外特性變化,U20：一次側(cè)加額定電壓、二次側(cè)開路時(shí)，二次側(cè)的輸出電壓。,從空載到滿載,65,第四節(jié) 變壓器的額定值和運(yùn)行特性,三、 變壓器的損耗和效率(),銅損 (PCu) ：繞組導(dǎo)線電阻的損耗。,渦流損耗：交變磁通在鐵心中產(chǎn)生的感 應(yīng)電流(渦流)造成的損耗。,鐵損(PFe ),變壓器的效率 (),輸出功率,輸入功率,66,第四節(jié) 變壓器的額定值和運(yùn)行特性,在額定負(fù)載時(shí)，小型變壓器 在60%90%

24、,大型變壓器在96%99%，但輕載時(shí)效率都很低。,變壓器效率與負(fù)載的關(guān)系,在不到額定負(fù)載時(shí)，出現(xiàn) 的最大值 。,應(yīng)避免長(zhǎng)期輕載運(yùn)行或空載運(yùn)行。,第六節(jié) 常用變壓器,二、自耦變壓器和調(diào)壓器,三、小功率電源變壓器,一、三相電力變壓器,四、儀用互感器,68,一、三相電力變壓器,在電力系統(tǒng)中，用于變換三相交流電壓、輸送電能的變壓器,（一）結(jié)構(gòu),3個(gè)心柱，各套一相的一、二繞組，以及油箱，油柜，油位表，防爆管。,第六節(jié) 常用變壓器,69,高壓繞組： U1-U2 V1-V2 W1-W2,低壓繞組： u1-u2 v1-v2 w1-w2,第六節(jié) 常用變壓器,70,（二）連接方式,常見2種：,第六節(jié) 常用變壓器,

25、星形連接：用Y、y表示；,三角形連接：用D、d表示。,高壓側(cè)：用大寫子母表示；,低壓側(cè)：用小寫子母表示。,星形連接并有中線引出：用YN、yn表示；,71,Y，yn聯(lián)結(jié):三相配電變壓器,線電壓之比：,線電壓之比：,D，yn聯(lián)結(jié):變電站升、降壓用,第六節(jié) 常用變壓器,72,1. 三相電力變壓器的額定容量是指三相總額定容量：,2. 三相電力變壓器的額定電壓U1N/U2N是指線電壓。,3. 三相電力變壓器的額定電壓I1N/I2N是指線電流。,U2N( U20):二次側(cè)額定電壓,是指變壓器一次側(cè)施加額定電壓U1N時(shí)二次側(cè)的空載電壓。,（三）額定值,第六節(jié) 常用變壓器,73,第六節(jié) 常用變壓器,例6-6-

26、1,有一臺(tái)Y，yn聯(lián)結(jié)的三相電力變壓器，已知額定電壓為10KV/400V,額定容量為50KVA,問(wèn)是否允許接入一臺(tái)額定電壓為400V,額定功率為45KW,額定功率因數(shù)為0.87的三相負(fù)載？,解：變壓器二次額定電流,負(fù)載所需電流,ILI2N,已超載，不允許接入該負(fù)載,74,第六節(jié) 常用變壓器,二、自耦變壓器和調(diào)壓器,一、二次側(cè)共用一個(gè)繞組，使低壓繞組成為高壓繞組的一部分，稱為自耦變壓器。,因?yàn)镹1、N2為繞組匝數(shù)，同一主磁通穿過(guò)繞組，所以電壓仍與匝數(shù)成正比，電流仍與匝數(shù)成反比。,1.自耦變壓器,75,第六節(jié) 常用變壓器,一、二次繞組之間既有磁的聯(lián)系又有電的聯(lián)系，要注意安全。,自耦變壓器給攜帶式行

27、燈提供36V安全工作電壓接線圖。,76,分為單相和三相兩種。,第六節(jié) 常用變壓器,2.自耦調(diào)壓器,單相自耦調(diào)壓器,實(shí)用中，常將鐵心做成圓形，二次側(cè)抽頭做成滑動(dòng)的，改變滑動(dòng)端的位置，可得到不同的輸出電壓。這種自耦變壓器又稱為自耦調(diào)壓器。,將220V調(diào)到0250V,77,二次側(cè)抽頭滑動(dòng)觸頭安裝在同一轉(zhuǎn)軸上，由手柄同步移動(dòng)，保證三相電壓對(duì)稱。,第六節(jié) 常用變壓器,三相自耦調(diào)壓器,78,（2）一次、二次側(cè)不能對(duì)調(diào)使用，以防變壓器損壞。因?yàn)镹變小時(shí)，磁通增大，電流會(huì)迅速增加。,（3）接電前先將滑動(dòng)觸頭歸零，使用后也歸零。,（4）輸出電壓無(wú)論多低，輸出電流都不允許大于額定電流。,第六節(jié) 常用變壓器,注意事

28、項(xiàng)： （1）單相調(diào)壓器的相線與中線不能接錯(cuò)，否則輸出電壓即便為零，輸出端仍為高電位，有危險(xiǎn)。,79,三、小功率電源變壓器,各繞組之間的變壓比仍等于各匝數(shù)比,它有多個(gè)二次繞組，可獲得多個(gè)不同的電壓。,第六節(jié) 常用變壓器,（一）電壓和電流,80,二次側(cè)電流分別是：,磁通勢(shì)是：,一次側(cè)電流是（忽略空載電流I10）：,第六節(jié) 常用變壓器,81,同極性端（同名端）：是指變壓器各繞組電位瞬時(shí)極性相同的端點(diǎn)。,需提高電壓時(shí)繞組串聯(lián)。需增大電流時(shí)，繞組并聯(lián)。聯(lián)接時(shí)必須認(rèn)清繞組的同極性端。,第六節(jié) 常用變壓器,（二）繞組的串并聯(lián)與同名端,2、3端為同名端,1、3端為同名端,82,鐵心中主磁通變化時(shí)，每個(gè)繞組都產(chǎn)

29、生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，瞬間同是高電位或同是低電位（1、3端點(diǎn)和2、4端點(diǎn)）的兩個(gè)端點(diǎn)就是同極性端。,同極性端用“”表示。,+,+,+,+,第六節(jié) 常用變壓器,異極性端（異名端）：是指變壓器各繞組電位瞬時(shí)極性不相同的端點(diǎn)。,83,正確的串聯(lián)接法：把兩個(gè)繞組的一對(duì)異名端聯(lián)在一起。這樣在另一對(duì)異名端得到的電壓即為兩個(gè)繞組電壓之和。圖（a）,正確的并聯(lián)接法：把兩個(gè)繞組的兩對(duì)同名端分別聯(lián)在一起。這時(shí)可以負(fù)載提供更大的電流。圖（b）,2、3端聯(lián)接,1、3端聯(lián)接,第六節(jié) 常用變壓器,84,（1）交流法：把要判別的兩個(gè)繞組的任意兩端連在一起，用交流電壓表測(cè)U12 、 U24和 U13。 若U13是兩繞組電壓之差，1、

30、3是同名端； 若U13是兩繞組電壓之和，1、3是異名端。,第六節(jié) 常用變壓器,（三）同名端的判別方法,當(dāng)繞組繞向無(wú)法判定時(shí)，用實(shí)驗(yàn)的方法。,85,（2）直流法：開關(guān)閉合瞬間， 毫伏表指針正向偏轉(zhuǎn)：1、3是同名端； 毫伏表指針反向偏轉(zhuǎn)：1、4是同名端。,第六節(jié) 常用變壓器,86,四、儀用互感器,是電工測(cè)量中經(jīng)常使用的專用雙繞組變壓器。,擴(kuò)大測(cè)量?jī)x表的量程。 使測(cè)量?jī)x表與高壓電路隔離以保證安全。,主要作用,分類,第六節(jié) 常用變壓器,87,（一）電壓互感器,u2u1實(shí)現(xiàn)用低量程的電壓表測(cè)量高電壓。,（被測(cè)電壓）,高電壓變低電壓,變壓比,電壓表,N1（匝數(shù)多）,N2（匝數(shù)少）,第六節(jié) 常用變壓器,88

31、,（被測(cè)電壓）,1. 二次側(cè)不能短路，否則燒毀互感器，一、二次側(cè)接熔斷器保護(hù)。 2. 鐵心、低壓繞組的一端接地。,使用注意事項(xiàng)：,第六節(jié) 常用變壓器,89,（二）電流互感器,實(shí)現(xiàn)用低量程的電流表測(cè)量大電流。,（被測(cè)電流）,大電流變小電流,電流表,N1（匝數(shù)少）,N2（匝數(shù)多）,變流比,第六節(jié) 常用變壓器,90,二次側(cè)不能開路。 2. 鐵心、低壓繞組的一端接地。,使用注意事項(xiàng)：,鉗形電流表,導(dǎo)線成為電流互感器的一次繞組,匝數(shù)N=1,可動(dòng)鐵心可打開,使被測(cè)導(dǎo)線穿過(guò)鐵心,電流表直接測(cè)電流,第六節(jié) 常用變壓器,第六章 磁路與變壓器,小結(jié),92,磁路與變壓器,具體應(yīng)用,基本概念,一、知識(shí)結(jié)構(gòu)圖,93,基

32、本概念,磁感應(yīng)強(qiáng)度B,磁通,磁導(dǎo)率,磁場(chǎng)強(qiáng)度H,軟磁材料,硬磁材料,矩磁材料,高導(dǎo)磁性,磁飽和性,磁滯性,94,具體應(yīng)用,鐵心線圈,變壓器,常用變壓器和電磁鐵,磁路歐姆定律,直流鐵心線圈,交流鐵心線圈,電壓電流關(guān)系,額定值,極性判定,自耦變壓器,儀器儀表中的小功率電源變壓器,三相電力變壓器,電壓互感器,電壓變化率,三個(gè)變換功能,電磁鐵,吸力公式,95,二、需掌握的知識(shí)要點(diǎn),一、磁路的基本知識(shí),（一）磁路,在電氣設(shè)備中，為了得到較強(qiáng)的磁場(chǎng)，常采用導(dǎo)磁性能良好的鐵磁材料做成鐵心，使磁場(chǎng)集中分布于由鐵心構(gòu)成的閉合路徑內(nèi)，形成磁路。,（二）磁路的主要物理量,磁感應(yīng)強(qiáng)度B，磁通，磁導(dǎo)率和磁場(chǎng)強(qiáng)度H。,（三）鐵磁材料,分軟磁、硬磁、矩磁3種類型材料。主要性能為高導(dǎo)磁性、磁飽和性、磁滯性。,96,（四）磁路歐姆定律,F/Rm,式中磁通勢(shì)FIN，磁阻Rm=l/S,二 、鐵心線圈,鐵心線圈,直流鐵心線圈,交流鐵心線圈,（一）直流鐵心線圈,電流IU/R恒定，磁通IN/R恒定，磁通不僅與勵(lì)磁電流有關(guān)，而且還與磁路的磁阻有關(guān)。,功率損耗，只產(chǎn)生在線圈電阻上。,97,（二）交流鐵心線圈,電流交變，磁通也交變，磁通最大值mU/4.44fN,磁通僅與電源有關(guān)，而與磁