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1、1,第5章变压器,5.1磁路,5.2电磁铁,5.3变压器的工作原理,5.4变压器的基本结构,5.5三相变压器,*5.6仪用互感器,*5.7自耦变压器,*5.8三绕组变压器,*5.9绕组的极性,下一章,上一章,返回主页,大连理工大学电气工程系,2,5.1磁路,一、磁场的基本物理量,单位：特斯拉(T)，1T=1Wb/m2,1.磁通磁场中穿过某一截面积A的磁感线数。单位：韦伯（Wb）。2.磁感应强度B描述介质中的实际磁场强弱和方向。B是一个矢量，其方向为磁场的方向大小：,磁场是由电流产生的，磁场用磁感线描述。,磁通密度,大连理工大学电气工程系,3,3.磁场强度HH是进行磁场计算引进的辅助物理量。H是
2、一个矢量，其方向B与相同。,H与B的区别：(1)HI，与介质的性质无关。(2)B与电流的大小和介质的性质均有关。单位：安/米（A/m）。,4.磁导率是用来表示媒质导磁能力的物理量。,真空中的磁导率：0=4107H/m,大连理工大学电气工程系,4,二、物质的磁性能,0（为常数）(1)顺磁物质例如变压器油和空气：略大于0。(2)反磁物质例如铜和铋：略小于0。,自然界的物质按磁导率分类：非磁性物质、磁性物质。,非磁性物质：,磁性物质的磁性能主要有以下三点。,大连理工大学电气工程系,6,2.磁饱和性,初始磁化曲线,3.磁滞性,剩磁,矫顽磁力,磁滞回线,基本磁化曲线,大连理工大学电气工程系,7,磁性物质
3、的分类：硬磁物质、软磁物质、矩磁物质。,铸铁和硅钢的磁化曲线,大连理工大学电气工程系,8,三、磁路欧姆定律,根据全电流定律：,铁心中：,气隙中：,大连理工大学电气工程系,9,左边=H1l1H0l0,=(RmcRm0)=RmRm=RmcRm0,Rmc、Rm0、Rm铁心、空气隙、磁路的磁阻。,右边=I=NI或I=F（磁通势）,磁路欧姆定律:,Rm=F,或,大连理工大学电气工程系,10,磁路中的气隙的影响因为10，所以Rm0Rm1当F一定时，因Rm0的存在，使大大减小。若要保持一定，则需增大磁通势F。,大连理工大学电气工程系,11,5.2电磁铁,电磁铁的常见结构形式,电磁铁的种类：直流电磁铁、交流电
4、磁铁。,大连理工大学电气工程系,12,一、直流电磁铁,UINI,(1)电压与电流的关系,(2)线圈的功率：P=RI22.电磁吸力衔铁吸合后磁阻,1.直流铁心线圈电路,I不变,f,大连理工大学电气工程系,13,二、交流电磁铁,1.交流铁心线圈电路,uiNie,(1)电压与电流关系设=msint则e=Nmcost=Nmsin(t90o)Em=Nm=2fNm,大连理工大学电气工程系,14,E=4.44fNm,漏磁通磁路对应的电感,漏感抗（漏电抗）X=L,=2fL,漏阻抗,大连理工大学电气工程系,15,忽略漏阻抗，有,则,当U、f一定时，m基本不变。(2)功率视在功率:S=UI无功功率:Q=Ssin有
5、功功率:P=Scos=PCuPFe,铜损耗,铁损耗,=RI2+(PhPe),磁滞损耗,涡流损耗,大连理工大学电气工程系,16,磁滞损耗Ph,涡流损耗Pe,铁损耗使铁心发热。减小铁损耗的方法使用软磁材料减小Ph；增大铁心的电阻率，减小涡流及其损耗；用很薄的硅钢片叠成铁心，减小涡流及其损耗。,大连理工大学电气工程系,17,(1)变化f变化电磁吸力用平均值衡量。m不变fm不变。(2)衔铁吸合后磁阻起动电流工作电流。3.结构特点(1)铁心和衔铁用硅钢片叠成。(2)加短路环消除衔铁的振动。,2.电磁吸力,m不变,磁通势励磁电流,平均吸力,大连理工大学电气工程系,18,例5.2.1一铁心线圈，加上12V直
6、流电压时，电流为1A；加上110V交流电压时，电流为2A，消耗的功率为88W。求后一种情况下线圈的铜损耗、铁损耗和功率因数。,解由直流电压和电流求得线圈的电阻为,由交流电流求得线圈的铜损耗为PCu=RI2=1222W=48W由有功功率和铜损耗求得线圈的铁损耗为PFe=PPCu=(8848)W=40W功率因数为,大连理工大学电气工程系,19,5.3变压器的工作原理,电磁关系,一次绕组,二次绕组,用图形符号表示的变压器电路,大连理工大学电气工程系,20,一、电压变换,1.一次侧电压方程,R1、X1和Z1一次绕组的电阻、漏电抗和漏阻抗。,2.二次侧电压方程,R2、X2和Z2二次绕组的电阻、漏电抗和漏
7、阻抗。,大连理工大学电气工程系,21,规定U1=U1N时，U20=U2N。如铭牌上标注：10000/230VU1N/U2N,I2=0I1=I010%I1NU2=U20=E2U1E1,3.电压比,变压器空载时,一般U2N比满载时的电压高5%10%。,大连理工大学电气工程系,22,当U1=U1N，cos2不变时：U2=f(I2),电力变压器：VR5%,4.变压器的外特性,电压调整率,大连理工大学电气工程系,23,例5.3.1某单相变压器的额定电压为10000/230V接在10000V的交流电源上向一电感性负载供电，电压调整率为0.03，求变压器的电压比、空载和满载时的二次电压。,解变压器的电压比为
8、,空载时的二次电压为U20=U2N=230V满载时的二次电压为U2=U2N(1VR)=230(10.03)V=223V,大连理工大学电气工程系,24,二、电流变换,U1NE1=4.44fN1m,磁通势平衡方程：,忽略I0：,大连理工大学电气工程系,25,例5.3.2在例5.3.1中，ZL=0.966时正好满载，求该变压器的电流。,解变压器的电压比为,大连理工大学电气工程系,26,三、阻抗变换,忽略Z1、Z2、I0，则,=k,|Ze|=k2|ZL|,例5.3.3一只电阻为8的扬声器(喇叭)，需要把电阻提高到800才可以接入半导体收音机的输出端，问应该利用电压比为多大的变压器才能实现这一阻抗匹配。
9、,解,大连理工大学电气工程系,27,四、功率传递,1.一次绕组的视在功率S1=U1I12.二次绕组的视在功率S2=U2I23.输入功率P1=U1I1cos14.输出功率P2=U2I2cos25.变压器的损耗P=PFePCu,可变损耗,(1)铜损耗PCu=R1I12+R2I22(2)铁损耗PFe=PhPe6.效率,不变损耗,小型电力变压器=80%90%大型电力变压器=98%99%,大连理工大学电气工程系,28,解忽略电压调整率，则P2=SNcos2=101030.8W=8kWP=PFePCu=(300400)W=700WP1=P2P=(8000700)W=8.7kW,例5.3.4一变压器容量为1
10、0kVA，铁损耗为300W，满载时铜损耗为400W，求该变压器在满载情况下向功率因数为0.8的负载供电时输入和输出的有功功率及效率。,大连理工大学电气工程系,29,5.4变压器的基本结构,一、主要部件,1.铁心用硅钢片叠成。2.绕组（线圈）高压绕组和低压绕组同心地套在铁心上。3.其他油箱、油、储油柜、绝缘套管、保护设备等。,大连理工大学电气工程系,30,1.按相数分类三相变压器、单相变压器。2.按每相绕组的个数分类双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器。3.按结构分类心式变压器、壳式变压器。3.按冷却方式分类干式变压器、油浸式变压器。,二、主要种类,大连理工大学电气工程系,31,心式变压器,壳
11、式变压器,大连理工大学电气工程系,32,S9型10kV三相油浸配电变压器,大连理工大学电气工程系,33,树脂浇注干式变压器,大连理工大学电气工程系,34,5.5三相变压器,一、三相变压器的种类1.三相组式变压器,特点：三相之间只有电的联系，没有磁的联系。,大连理工大学电气工程系,35,2.三相心式变压器,特点：三相之间既有电的联系，又有磁的联系。,大连理工大学电气工程系,36,连接方式高压绕组低压绕组星形有中性线YNyn星形无中性线Yy三角形DdGB:Yyn、Yd、YNd、Yy、YNy,二、三相绕组的连接方式,最常用的三种,大连理工大学电气工程系,37,例5.5.1某三相变压器，YN,d联结，
12、SN=500kVA，U1N/U2N=35/11kV，Y,d联结，向求2=0.9感性负载供电。满载时二次绕组的线电压为380V。求：(1)满载时一次、二次绕组的线电流和相电流；(2)输出的有功功率。,解(1)满载时一次、二次绕组的电流,大连理工大学电气工程系,38,相电流为,(2)输出的有功功率,大连理工大学电气工程系,39,*5.6仪用互感器,一、电压互感器,国产互感器：U2N=100V2.使用注意(1)二次绕组禁止短路。(2)二次绕组与铁心必须接地。,1.工作原理空载运行的降压变压器。,大连理工大学电气工程系,40,E2,二、电流互感器,1.工作原理短路运行的升压变压器。,国产互感器：I2N
13、=5A2.使用注意(1)二次绕组禁止开路。开路时：I2=0，I1不变,(2)一次绕组工作电压较高时，二次绕组与铁心必须接地。,12匝,大连理工大学电气工程系,41,*5.7自耦变压器,一、结构,手柄,接线柱,调压器,大连理工大学电气工程系,42,二、工作原理,降压自耦变压器,升压自耦变压器,忽略漏阻抗，则,大连理工大学电气工程系,43,*5.8三绕组变压器,有三个绕组和三个电压等级。,三绕组变压器,=k12,=k13,=k23,各绕组间的电压关系,大连理工大学电气工程系,44,各绕组间的电流关系,在满载或接近满载时，,I0可忽略不计，则,容量,SN=U1NI1N工作时应当保证各个绕组的视在功率不超过其绕组容量。,大连理工大学电气工程系,45,*5.9绕组的极性,(a)绕向相同,U1与u1是同极性端(同名端)U1与u2是异极性端(异名端),(b)绕向相反,U1与u2是同极性端(同名端)U1与u1是异极性端(异名端),大连理工大学电气工程系,46,(a)绕向相同,(b)绕向相反,绕组极性的标注方法,大连理工大学电气工程系,47,(a)绕组的串联,(b)绕组的并联,绕组的正确接法,大连理工大学电气工程系,48,第5章结束,下一章,上一章,返回主页,
