1、第7章 磁路與鐵心線圈電路,7.2 磁性材料的磁性能,7.5 變壓器,7.6 電磁鐵,7.1 磁場(chǎng)的基本物理量,7.3 磁路及其基本定律,7.4 交流鐵心線圈電路,2. 了解變壓器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行特性和繞組的同極性端，理解變壓器額定值的意義；,3. 掌握變壓器電壓、電流和阻抗變換作用；,4.了解三相電壓的變換方法；,本章要求：,第7章 磁路與鐵心線圈電路,5. 了解電磁鐵的基本工作原理及其應(yīng)用知識(shí)。,1. 理解磁場(chǎng)的基本物理量的意義，了解磁性材料的基本知識(shí)及磁路的基本定律，會(huì)分析計(jì)算交流鐵心線圈電路；,7.1 磁場(chǎng)的基本物理量,7.1.1 磁感應(yīng)強(qiáng)度,磁感應(yīng)強(qiáng)度B : 表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)

2、磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小:,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向: 與電流的方向之間符合右手螺旋定則。,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位: 特斯拉(T)，1T = 1Wb/m2,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)，也稱勻強(qiáng)磁場(chǎng)。,7.1.2 磁通,磁通 ：穿過(guò)垂直于B方向的面積S中的磁力線總數(shù)。,說(shuō)明: 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。,磁通 的單位:韋伯(Wb) 1Wb =1Vs,7.1.3 磁場(chǎng)強(qiáng)度,磁場(chǎng)強(qiáng)度H ：介質(zhì)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 與介質(zhì) 磁導(dǎo)率

3、 之比。,磁場(chǎng)強(qiáng)度H的單位 ：安培/米（A/m),任意選定一個(gè)閉合回線的圍繞方向，凡是電流方向與閉合回線圍繞方向之間符合右螺旋定則的電流作為正、反之為負(fù)。,式中： 是磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量沿任意閉合 線(常取磁通作為閉合回線)的線積分；,I 是穿過(guò)閉合回線所圍面積的電流的代數(shù)和。,安培環(huán)路定律電流正負(fù)的規(guī)定：,安培環(huán)路定律（全電流定律）,安培環(huán)路定律將電流與磁場(chǎng)強(qiáng)度聯(lián)系起來(lái)。,在均勻磁場(chǎng)中 Hl = IN,例: 環(huán)形線圈如圖，其中媒質(zhì)是均勻的， 試計(jì)算 線 圈內(nèi)部各點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。,解: 取磁通作為閉合回線，以 其 方向作為回線的圍繞方向，則有：,線圈匝數(shù)與電流的乘積NI ，稱為磁通勢(shì)，用字母 F 表示，

4、則有 F = NI 磁通由磁通勢(shì)產(chǎn)生，磁通勢(shì)的單位是安培。,式中：N 線圈匝數(shù)； lx=2x是半徑為x的圓周長(zhǎng)； Hx 半徑x處的磁場(chǎng)強(qiáng)度； NI 為線圈匝數(shù)與電流的乘積。,故得：,真空的磁導(dǎo)率為常數(shù)，用 0表示，有：,7.1.4 磁導(dǎo)率,磁導(dǎo)率 ：表示磁場(chǎng)媒質(zhì)磁性的物理量，衡量物質(zhì) 的導(dǎo)磁能力。,相對(duì)磁導(dǎo)率 r： 任一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率 和真空的磁導(dǎo)率0的比值。,磁導(dǎo)率 的單位：亨/米（H/m）,例：環(huán)形線圈如圖，其中媒質(zhì)是均勻的，磁導(dǎo)率為，試計(jì)算線圈內(nèi)部各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。,解：半徑為x處各點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為,故相應(yīng)點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度為,由上例可見(jiàn),磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 只與電流大小、線圈匝數(shù)、以及該

5、點(diǎn)的幾何位置有關(guān)，與磁場(chǎng)媒質(zhì)的磁性() 無(wú)關(guān)；而磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 與磁場(chǎng)媒質(zhì)的磁性有關(guān)。,7.1.5 物質(zhì)的磁性,1. 非磁性物質(zhì),非磁性物質(zhì)分子電流的磁場(chǎng)方向雜亂無(wú)章，幾乎不受外磁場(chǎng)的影響而互相抵消，不具有磁化特性。 非磁性材料的磁導(dǎo)率都是常數(shù)，有：,所以磁通 與產(chǎn)生此磁通的電流 I 成正比，呈線性關(guān)系。,當(dāng)磁場(chǎng)媒質(zhì)是非磁性材料時(shí)，有：,即 B與 H 成正比，呈線性關(guān)系。,由于, 0 r 1,B = 0 H,( ),( I ),2. 磁性物質(zhì),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，稱這些小區(qū)域?yàn)榇女牎?在外磁場(chǎng)作用下，磁疇方向發(fā)生變

6、化，使之與外磁場(chǎng)方向趨于一致，物質(zhì)整體顯示出磁性來(lái)，稱為磁化。即磁性物質(zhì)能被磁化。,磁 疇,外 磁 場(chǎng),在沒(méi)有外磁場(chǎng)作用的普通磁性物質(zhì)中，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,7.2 磁性材料的磁性能,7.2.1 高導(dǎo)磁性,磁性材料的磁導(dǎo)率通常都很高，即 r 1 (如坡莫合金，其 r 可達(dá) 2105 ) 。 磁性材料能被強(qiáng)烈的磁化，具有很高的導(dǎo)磁性能。,磁性材料主要指鐵、鎳、鈷及其合金等。,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。,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

7、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。,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)。,7.2.2 磁飽和性,BJ 磁場(chǎng)內(nèi)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,a,b,磁化曲線,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)的磁感應(yīng)強(qiáng)度將趨向某一定值。如圖。,B-H 磁化曲線的特征： Oa段：B

8、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。,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。,有磁性物質(zhì)存在時(shí)，與 I 不成 正比。,磁性物質(zhì)的磁化曲線在磁路計(jì)算上極為重要，其為非線性曲線，實(shí)際中通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出。,磁化曲線,B和與H的關(guān)系,7.2.3 磁滯性,磁性材料在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化，其B-H關(guān)系曲線是一條回形閉合曲線，稱為磁滯回線。,磁滯性：磁性材料中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化總是滯后于 外磁場(chǎng)變化的性質(zhì)。,磁滯回線,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。,矯頑磁力

9、Hc： 使 B = 0 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。,幾種常見(jiàn)磁性物質(zhì)的磁化曲線,按磁性物質(zhì)的磁性能，磁性材料分為三種類型： (1)軟磁材料 具有較小的矯頑磁力，磁滯回線較窄。一般用來(lái)制造電機(jī)、電器及變壓器等的鐵心。常用的有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金即鐵氧體等。 (2)永磁材料 具有較大的矯頑磁力，磁滯回線較寬。一般用來(lái)制造永久磁鐵。常用的有碳鋼及鐵鎳鋁鈷合金等。 (3)矩磁材料 具有較小的矯頑磁力和較大的剩磁，磁滯回線接近矩形，穩(wěn)定性良好。在計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中用作記憶元件、開(kāi)關(guān)元件和邏輯元件。常用的有鎂錳鐵氧體等。,7.3 磁路及其基本定律,7.3.1 磁路的概念,

10、在電機(jī)、變壓器及各種鐵磁元件中常用磁性材料做成一定形狀的鐵心。鐵心的磁導(dǎo)率比周?chē)諝饣蚱渌镔|(zhì)的磁導(dǎo)率高的多，磁通的絕大部分經(jīng)過(guò)鐵心形成閉合通路，磁通的閉合路徑稱為磁路。,直流電機(jī)的磁路,交流接觸器的磁路,7.3.2 磁路的歐姆定律,磁路的歐姆定律是分析磁路的基本定律,環(huán)形線圈如圖，其中媒質(zhì)是均 勻的，磁導(dǎo)率 為， 試計(jì)算線圈內(nèi)部 的磁通 。,解：根據(jù)安培環(huán)路定律，有,設(shè)磁路的平均長(zhǎng)度為 l，則有,1. 引例,式中：F=NI 為磁通勢(shì)，由其產(chǎn)生磁通； Rm 稱為磁阻，表示磁路對(duì)磁通的阻礙作用； l 為磁路的平均長(zhǎng)度； S 為磁路的截面積。,2. 磁路的歐姆定律,若某磁路的磁通為，磁通勢(shì)為F ，

11、磁阻為Rm，則,即有：,此即磁路的歐姆定律。,3. 磁路與電路的比較,4. 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(kāi)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；,7.3.3 磁路的分析計(jì)算,主要任務(wù): 預(yù)先選定磁性材料中的磁通 (或磁感應(yīng)強(qiáng)度)，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材料,求產(chǎn)生預(yù)定的磁通所需要

12、的磁通勢(shì)F=NI ， 確定線圈匝數(shù)和勵(lì)磁電流。,基本公式:,設(shè)磁路由不同材料或不同長(zhǎng)度和截面積的 n 段組成，則基本公式為：,即,基本步驟: （由磁通 求磁通勢(shì)F=NI ）,(1) 求各段磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bi 各段磁路截面積不同，通過(guò)同一磁通 ，故有：,(2) 求各段磁場(chǎng)強(qiáng)度 Hi 根據(jù)各段磁路材料的磁化曲線 Bi=f ( Hi) ,求B1， B2 ，相對(duì)應(yīng)的 H1， H2 ，。,(3) 計(jì)算各段磁路的磁壓降 （Hi li ）,(4) 根據(jù)下式求出磁通勢(shì)（ NI ）,例1:一個(gè)具有閉合的均勻的鐵心線圈，其匝數(shù)為300， 鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 0.9T，磁路的平均長(zhǎng)度為 45cm，試求： (1)鐵心

13、材料為鑄鐵時(shí)線圈中的電 流; (2)鐵心材料為硅鋼片時(shí)線圈中的電流。,解：,（1）查鑄鐵材料的磁化曲線， 當(dāng) B=0.9 T 時(shí)，,(2)查硅鋼片材料的磁化曲線， 當(dāng) B=0.9 T 時(shí)，,磁場(chǎng)強(qiáng)度 H=9000 A/m，則,磁場(chǎng)強(qiáng)度 H=260 A/m，則,結(jié)論：如果要得到相等的磁感應(yīng)強(qiáng)度，采用磁導(dǎo)率高的鐵心材料，可以降低線圈電流，減少用銅量。,如線圈中通有同樣大小的電流0.39A，則鐵心中的磁場(chǎng)強(qiáng)度是相等的，都是260 A/m。,查磁化曲線可得，,在例1(1)，(2)兩種情況下，如線圈中通有同樣大小的電流0.39A，要得到相同的磁通 ，鑄鐵材料鐵心的截面積和硅鋼片材料鐵心的截面積，哪一個(gè)比

14、較?。?【分析】,B硅鋼是B鑄鐵的17倍。 因 =BS，如要得到相同的磁通 ，則鑄鐵鐵心的截面積必須是硅鋼片鐵心的截面積的17倍。,B鑄鐵 = 0.05T、 B硅鋼 =0.9T,結(jié)論：如果線圈中通有同樣大小的勵(lì)磁電流，要得到相等的磁通，采用磁導(dǎo)率高的鐵心材料，可使鐵心的用鐵量大為降低。,查鑄鋼的磁化曲線， B=0.9 T 時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度 H1=500 A/m,例2: 有一環(huán)形鐵心線圈，其內(nèi)徑為10cm，外徑為 5cm，鐵心材料為鑄鋼。磁路中含有一空氣隙， 其長(zhǎng)度等于 0.2cm。 設(shè)線圈中通有 1A 的電流， 如要得到 0.9T 的磁感應(yīng)強(qiáng)度，試求線圈匝數(shù)。,解:,空氣隙的磁場(chǎng)強(qiáng)度,鑄鋼鐵心的磁

15、場(chǎng)強(qiáng)度，,鐵心的平均長(zhǎng)度,磁路的平均總長(zhǎng)度為,對(duì)各段有,總磁通勢(shì)為,線圈匝數(shù)為,磁路中含有空氣隙時(shí)，由于其磁阻較大，磁通勢(shì)幾乎都降在空氣隙上面。,結(jié)論：當(dāng)磁路中含有空氣隙時(shí)，由于其磁阻較大，要得到相等的磁感應(yīng)強(qiáng)度，必須增大勵(lì)磁電流（設(shè)線圈匝數(shù)一定）。,7.4 交流鐵心線圈電路,7.4 .1 電磁關(guān)系,（磁通勢(shì)）,主磁通 ：通過(guò)鐵心閉合的磁通。,漏磁通：經(jīng)過(guò)空氣或其它非導(dǎo)磁媒質(zhì)閉合的磁通。,線圈,鐵心, i，,鐵心線圈的漏磁電感, 與i不是線性關(guān)系。,7.4 .2 電壓電流關(guān)系,根據(jù)KVL:,式中：R是線圈導(dǎo)線的電阻,L 是漏磁電感,當(dāng) u 是正弦電壓時(shí)，其它各電壓、電流、電動(dòng)勢(shì)可視作正弦量，則

16、電壓、電流關(guān)系的相量式為：,設(shè)主磁通 則,有效值,由于線圈電阻 R 和感抗X（或漏磁通）較小，其電壓降也較小，與主磁電動(dòng)勢(shì) E 相比可忽略，故有,式中：Bm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。,7.4 .3 功率損耗,交流鐵心線圈的功率損耗主要有銅損和鐵損兩種。,1. 銅損（Pcu）,在交流鐵心線圈中, 線圈電阻R 上的功率損耗稱銅損，用Pcu 表示。,Pcu = RI2,式中：R是線圈的電阻；I 是線圈中電流的有效值。,2. 鐵損（PFe）,在交流鐵心線圈中，處于交變磁通下的鐵心內(nèi)的功率損耗稱鐵損，用PFe 表示。,鐵損由磁滯和渦流產(chǎn)生。,（1）磁滯損耗（Ph）

17、,由磁滯所產(chǎn)生的能量損耗稱為磁滯損耗（Ph）。,磁滯損耗的大?。?單位體積內(nèi)的磁滯損耗正比與磁滯回線的面積和磁場(chǎng)交變的頻率 f。,磁滯損耗轉(zhuǎn)化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。,減少磁滯損耗的措施： 選用磁滯回線狹小的磁性材料制作鐵心。變壓器和電機(jī)中使用的硅鋼等材料的磁滯損耗較低。,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)選擇值以減小鐵心飽和程度。,(2)渦流損耗（Pe）,渦流損耗: 由渦流所產(chǎn)生的功率損耗。,渦流：交變磁通在鐵心內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，稱為渦流。渦流在垂直于磁通的平面內(nèi)環(huán)流。,渦流損耗轉(zhuǎn)化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。,減少渦流損耗措施：,提高鐵心的電阻率。鐵心用彼此絕緣的鋼片疊成，把渦流限制在較小的截面內(nèi)。,鐵心線圈交流

18、電路的有功功率為：,先將實(shí)際鐵心線圈的線圈電阻R、漏磁感抗X分出，得到用理想鐵心線圈表示的電路；,實(shí)際鐵心線圈電路,理想鐵心線圈電路,線圈電阻,漏磁感抗,7.4 .4 等效電路,用一個(gè)不含鐵心的交流電路來(lái)等效替代鐵心線圈交流電路。,等效條件：在同樣電壓作用下，功率、電流及各量之間的相位關(guān)系保持不變。,理想鐵心線圈的等效電路 理想鐵心線圈有能量的損耗和儲(chǔ)放，可用具有電阻R0和感抗X0串聯(lián)的電路等效。,式中： PFe為鐵損， QFe為鐵心儲(chǔ)放能量的無(wú)功功率。,故有：,理想鐵心線圈的等效電路 理想鐵心線圈有能量的損耗和儲(chǔ)放，可用具有電阻R0和感抗X0串聯(lián)的電路等效。其中：電阻R0是和鐵心能量損耗(鐵

19、損)相應(yīng)的等效電阻，感抗X0是和鐵心能量?jī)?chǔ)放相應(yīng)的等效感抗。其參數(shù)為：,等效電路,例1: 有一交流鐵心線圈，電源電壓 U= 220 V電路中電流 I=4 A，功率表讀數(shù)P=100W，頻率f=50Hz，漏磁通和線圈電阻上的電壓降可忽略不計(jì)，試求:(1)鐵心線圈的功率因數(shù)；（2）鐵心線圈的等效電阻和感抗。,解:,(1),(2) 鐵心線圈的等效阻抗模為,等效電阻為,等效感抗為,例2: 要繞制一個(gè)鐵心線圈，已知電源電壓 U= 220 V，頻率 f=50Hz ，今量得鐵心截面為30.2 cm2,鐵心由硅鋼片疊成，設(shè)疊片間隙系數(shù)為0.91 (一般取0.90.93)。（1）如取 Bm=1.2T，問(wèn)線圈匝數(shù)應(yīng)

20、為多少? (2)如磁路平均長(zhǎng)度為 60cm,問(wèn)勵(lì)磁電流應(yīng)多大?,鐵心的有效面積為,(1)線圈匝數(shù)為,(2)查磁化曲線圖，B=1.2T時(shí),=700 ，則,解:,7.5 變壓器,變壓器是一種常見(jiàn)的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應(yīng)用廣泛。,變壓器的主要功能有：,在能量傳輸過(guò)程中，當(dāng)輸送功率P =UI cos 及負(fù)載功率因數(shù)cos 一定時(shí)：,電能損耗小,節(jié)省金屬材料（經(jīng)濟(jì)）,7.5.1 概述,U I,P = I Rl,I S,電力工業(yè)中常采用高壓輸電低壓配電，實(shí)現(xiàn)節(jié)能并保證用電安全。具體如下：,變壓器的結(jié)構(gòu),變壓器的磁路,變壓器的電路,變壓器的結(jié)構(gòu),變壓器的分類,7.5.2 變壓器的工作原理,一次、

21、二次繞組互不相連，能量的傳遞靠磁耦合。,(1) 空載運(yùn)行情況,1. 電磁關(guān)系,一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)開(kāi)路。,空載時(shí)，鐵心中主磁通是由一次繞組磁通勢(shì)產(chǎn)生的。,(2) 帶負(fù)載運(yùn)行情況,1. 電磁關(guān)系,一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)接負(fù)載。,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。,2. 電壓變換（設(shè)加正弦交流電壓）,有效值:,同 理：,主磁通按正弦規(guī)律變化，設(shè)為 則,(1) 一次、二次側(cè)主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),根據(jù)KVL：,變壓器一次側(cè)等效電路如圖,由于電阻 R1 和感抗 X1 (或漏磁通)較小,其兩端的電壓也較小,與主磁電動(dòng)勢(shì) E1比較可忽略不計(jì)，則,(2) 一次、二次側(cè)電壓,式中

22、 R1 為一次側(cè)繞組的電阻; X1=L1 為一次側(cè)繞組的感抗(漏磁感抗，由漏磁產(chǎn)生)。,對(duì)二次側(cè)，根據(jù)KVL：,結(jié)論：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。,式中 R2 為二次繞組的電阻; X2=L2 為二次繞組的感抗； 為二次繞組的端電壓。,變壓器空載時(shí):,式中U20為變壓器空載電壓。,故有,三相電壓的變換,1) 三相變壓器的結(jié)構(gòu),高壓繞組： A-X B-Y C-Z,X、Y 、Z ：尾端,A、B、C ：首端,低壓繞組： a-x b-y c-z,a、b、c：首端,x、y、z：尾端,2) 三相變壓器的聯(lián)結(jié)方式,聯(lián)結(jié)方式：,高壓繞組接法,低壓繞組接法,三相配電變壓器,動(dòng)力供電系統(tǒng)（井下照明）,高壓、超高壓

23、供電系統(tǒng),常用接法:,（1）三相變壓器Y/Y0聯(lián)結(jié),線電壓之比：,（2）三相變壓器Y0/聯(lián)結(jié),線電壓之比：,3. 電流變換,(一次、二次側(cè)電流關(guān)系),有載運(yùn)行,可見(jiàn)，鐵心中主磁通的最大值m在變壓器空載和有載時(shí)近似保持不變。即有,不論變壓器空載還是有載，一次繞組上的阻抗壓降均可忽略，故有,由上式，若U1、 f 不變，則 m 基本不變，近于常數(shù)。,空載：,有載：,或,結(jié)論：一次、二次側(cè)電流與匝數(shù)成反比。,或：,1.提供產(chǎn)生m的磁勢(shì),磁勢(shì)平衡式：,空載磁勢(shì),有載磁勢(shì),4. 阻抗變換,由圖可知：,結(jié)論： 變壓器一次側(cè)的等效阻抗模，為二次側(cè)所帶負(fù)載的阻抗模的K 2 倍。,(1) 變壓器的匝數(shù)比應(yīng)為：,解

24、:,例1: 如圖，交流信號(hào)源的電動(dòng)勢(shì) E= 120V，內(nèi)阻 R 0=800，負(fù)載為揚(yáng)聲器，其等效電阻為RL=8。要求: （1）當(dāng)RL折算到原邊的等效電阻 時(shí)，求變壓器的匝數(shù)比和信號(hào)源輸出的功率；（2）當(dāng)將負(fù)載直接與信號(hào)源聯(lián)接時(shí),信號(hào)源輸出多大功率？,信號(hào)源的輸出功率：,電子線路中，常利用阻抗匹配實(shí)現(xiàn)最大輸出功率。,結(jié)論：接入變壓器以后，輸出功率大大提高。,原因：滿足了最大功率輸出的條件：,（2）將負(fù)載直接接到信號(hào)源上時(shí)，輸出功率為：,例2: 有一機(jī)床照明變壓器,50VA, U1=380 V, U2 =36 V，其繞組已燒毀，要拆去重繞。今測(cè)得其鐵心截面積為22mm41mm（如圖）。鐵心材料是0

25、.35mm厚的硅鋼片。試計(jì)算一次、二次繞組匝數(shù)及導(dǎo)線線徑。,解:,鐵心的有效截面積為,式中 0.9 為鐵心疊片間隙系數(shù),對(duì) 0.35mm的硅鋼片，可取Bm=1.1T,一次繞組匝數(shù)為,二次繞組匝數(shù)為,（設(shè)U20=1.05U2）,二次繞組電流為,一次繞組電流為,導(dǎo)線直徑計(jì)算公式,式中，J是電流密度，一般取J 2.5 A/mm2。,二次繞組線徑為,一次繞組線徑為,1） 變壓器的型號(hào),5.變壓器的銘牌和技術(shù)數(shù)據(jù),2） 額定值, 額定電壓 U1N、U2N 變壓器二次側(cè)開(kāi)路（空載）時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許的電壓值, 額定電流 I1N、I2N 變壓器滿載運(yùn)行時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許的電流值。, 額定容量 S

26、N 傳送功率的最大能力。,容量 SN 輸出功率 P2,一次側(cè)輸入功率 P1 輸出功率 P2,注意：變壓器幾個(gè)功率的關(guān)系（單相）,效率,變壓器運(yùn)行時(shí)的功率取決于負(fù)載的性質(zhì),2) 額定值,7.5.3 變壓器的外特性與效率,1. 變壓器的外特性,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和輸出電流 I2的關(guān)系，U2 = f (I2)。,U20：一次側(cè)加額定電壓、二次側(cè)開(kāi)路時(shí)，二次側(cè)的輸出電壓。,一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨I2的變化，U2 變化不大），電壓變化率約在5%左右。,電壓變化率：,2. 變壓器的效率(),為減少渦流損耗，鐵心一般由導(dǎo)磁鋼片疊成。,變壓器的損耗

27、包括兩部分：,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 )：,變壓器的效率為,一般 95% ,負(fù)載為額定負(fù)載的(5075)%時(shí)，最大。,輸出功率,輸入功率,例: 有一帶電阻負(fù)載的三相變壓器，其額定數(shù)據(jù)如下：SN=100kVA, U1N=6000V, f=50Hz。 U2N= U20=400V , 繞組連接成。由試驗(yàn)測(cè)得: PFe =600 W，額定負(fù)載時(shí)的 PCu =2400W 。 試求 (1) 變壓器的額定電流； (2) 滿載和半載時(shí)的效率。,解:,(1) 定電流,() 滿載和半載時(shí)的效率,當(dāng)電流流入(或流出）兩個(gè)

28、線圈時(shí)，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個(gè)流入(或流出）端稱為同極性端。,1. 同極性端 ( 同名端 ),或者說(shuō)，當(dāng)鐵心中磁通變化時(shí)，在兩線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性相同的兩端為同極性端。,同極性端用“”表示。,增加,+,+,+,+,同極性端和繞組的繞向有關(guān)。,7.5.4 變壓器繞組的極性,聯(lián)接 23,變壓器原一次側(cè)有兩個(gè)額定電壓為 110V 的繞組：,2. 線圈的接法,聯(lián)接 13， 2 4,當(dāng)電源電壓為220V時(shí)：,電源電壓為110V時(shí)：,問(wèn)題1：在110V 情況下，如果只用一個(gè)繞組 （N），行不行？,答：不行（兩繞組必須并接）,一次側(cè)有兩個(gè)相同繞組的電源變壓器(220/110)，使用中應(yīng)注意的問(wèn)題

29、：,問(wèn)題2：如果兩繞組的極性端接錯(cuò)，結(jié)果如何？,結(jié)論：在同極性端不明確時(shí)，一定要先測(cè)定同極性端 再通電。,答：有可能燒毀變壓器,+,方法一：交流法,把兩個(gè)線圈的任意兩端 (X - x)連接, 然后在 AX 上加一低電壓 uAX 。,測(cè)量：,若 說(shuō)明 A 與 x 或 X 與 a 是同極性端.,3. 同極性端的測(cè)定方法,方法二：直流法,如果當(dāng) S 閉合時(shí)，電流表正偏，則 A-a 為同極性端;,結(jié)論：,如果當(dāng) S 閉合時(shí)，電流表反偏，則 A-x 為同極性端。,使用時(shí)，改變滑動(dòng)端的位置，便可得到不同的輸出電壓。實(shí)驗(yàn)室中用的調(diào)壓器就是根據(jù)此原理制作的。注意：一次、二次側(cè)千萬(wàn)不能對(duì)調(diào)使用，以防變壓器損壞。

30、因?yàn)镹變小時(shí)，磁通增大，電流會(huì)迅速增加。,7.5.5 特殊變壓器,1.自耦變壓器,二次側(cè)不能短路， 以防產(chǎn)生過(guò)流； 2. 鐵心、低壓繞組的 一端接地，以防在 絕緣損壞時(shí)，在二次側(cè)出現(xiàn)高壓。,使用注意事項(xiàng)：,被測(cè)電壓=電壓表讀數(shù) N1/N2,2.電壓互感器,實(shí)現(xiàn)用低量程的電壓表測(cè)量高電壓,被測(cè)電流=電流表讀數(shù) N2/N1,二次側(cè)不能開(kāi)路， 以防產(chǎn)生高電壓； 2. 鐵心、低壓繞組的 一端接地，以防在 絕緣損壞時(shí)，在二次側(cè)出現(xiàn)過(guò)壓。,使用注意事項(xiàng)：,3.電流互感器,實(shí)現(xiàn)用低量程的電流表測(cè)量大電流,7.6 電磁鐵,1. 概述,電磁鐵是利用通電的鐵心線圈吸引銜鐵或保持某種機(jī)械零件、工件于固定位置的一種電器。當(dāng)電源斷開(kāi)時(shí)電磁鐵的磁性消失，銜鐵或其它零件即被釋放。電磁鐵銜鐵的動(dòng)作可使其它機(jī)械裝置發(fā)生聯(lián)動(dòng)。,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。,2. 基本結(jié)構(gòu),電磁鐵由線圈、鐵心及銜鐵三部分組成，常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)如圖所示。,鐵心,銜鐵,銜鐵,有時(shí)是機(jī)械零件 、工件充當(dāng)銜鐵,線圈,