《电工电子技术 少学时 第2版 教学课件 ppt 作者 罗厚军 第3章 磁路与变压器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工电子技术 少学时 第2版 教学课件 ppt 作者 罗厚军 第3章 磁路与变压器（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章 磁路与变压器,3.1 磁路与铁磁材料 3.2 变压器的结构及工作原理 3.3 变压器的工作特性 *3.4 其他变压器,3.1 磁路与铁磁材料,3.1.1 磁场基本物理量 在中学物理中我们已知，不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场。 1.磁感应强度B,2.磁通,3.1 磁路与铁磁材料,3. 磁导率,4.磁场强度H,3.1 磁路与铁磁材料,图3-1 环形通电线圈,例如图3-1所示的环形通电线圈，通电电流为I，匝数为N，则在线圈内部半径为X某点的磁感应强度Bx,该式表明：磁感应强度与磁场中介质的磁性有关。,3.1 磁路与铁磁材料,3.1.2 铁磁材料及性能 铁磁材料是制造变压器、电机和电器等
2、各种电工设备的主要材料，其磁性能对电磁设备的性能和工作状态影响较大。 1.高磁导性,铁磁材料的磁导率很高，在外磁场作用下，其内部的磁感应强度大大增强，即被磁化。铁磁材料的磁化现象，说明了铁磁材料是有很高的导磁性能，这一磁性能被广泛地应用于电工设备中，以减轻其重量和体积。,3.1 磁路与铁磁材料,2.磁饱和性 在铁磁材料的磁化过程中，其磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限增大。当外磁场（或励磁电流）增大到到一定值时，磁化磁场不再随励磁电流的增加而继续增大。这种现象称为磁饱和现象，如图3-2的磁化曲线所示。,图3-2 磁化曲线,3.1 磁路与铁磁材料,3.磁滞性 当铁心线圈中通有交变电流时，则铁磁材
3、料将受到交变磁化。磁感应强度B随磁场强度H变化的关系如图3-3所示。,图3-3 磁滞曲线,3.1 磁路与铁磁材料,铁磁材料的导磁性较好，铁心线圈通电时，产生的磁通绝大部分被集中在铁心中，沿铁心而闭合，这部分磁通称为主磁通。而主磁通所通过的闭合路径，称为磁路。如图3-4所示为几种常见电气设备的磁路。,3.1.3 磁路及其欧姆定律,图3-4 几种常见电气设备的磁路,3.1 磁路与铁磁材料,主磁通,此式和电路中的欧姆定律有相同的的形式，故称其为磁路的欧姆定律。 对于均匀磁路，可以直接用式（3-5）求解，若磁路是由不同的材料或不同长度和截面积的几段组成，则可认为磁路是由几段磁阻串联而成，即,3.1 磁
4、路与铁磁材料,表3-1 电路和磁路欧姆定律的对照表,表3-1是电路和磁路欧姆定律的对照,3.2 变压器的结构及工作原理,3.2.1 交流铁心线圈电路 当交流铁心线圈采用交流电源激励时，产生交变的磁通，并在线圈中产生感应电动势。 1.电磁关系 在图3-5所示的交流铁心线圈电路中，设线圈的匝数为N，当在线圈两端加上交流激励电压u时，产生的交变励磁电流为i 。,图3-5 交流铁心线圈电路,3.2 变压器的结构及工作原理,2.电压与电流关系,若不考虑线圈电阻和漏磁电动势,，则电压u和电动势e的关系,u -e,设主磁通按正弦规律变化，,则主磁通电动势的有效值为,所以,3.2 变压器的结构及工作原理,3.
5、功率损耗 (1)磁滞损耗Pn 铁磁材料在交变磁化时，因磁滞而在内部产生的发热损耗。 (2)涡流损耗Pe 线圈中的交变电流，在铁心中产生交变磁通，在交变磁通的作用下，铁心中产生感应电动势和呈旋涡状的电流，称为涡流。,3.2 变压器的结构及工作原理,3.2.2 变压器的种类及结构 1.变压器的种类及作用 变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止的电气设备，具有电压变换、电流变换和阻抗变换的功能。 在电力系统中用作电力变压器。 在电子线路中，除了实现将电网电压转换到所需的电压数值外，还用作耦合电路和实现阻抗变换等。 另外，还有一些特殊用途和专用变压器，尽管用途不同，但基本结构和工作原理是相同的。,3.
6、2 变压器的结构及工作原理,2.变压器的结构 (1)铁心 铁心是变压器的磁路部分，采用铁磁材料以增强磁感应强度，增大线圈间的耦合程度。 (2)绕组 绕组是变压器的电路部分，多采用电阻率低、导电性能良好的绝缘铜线绕成，一般小容量变压器的绕组采用高强度漆包线绕制，靠自然冷却方式带走因损耗而产生的热量；大容量变压器可用绝缘扁铜线或铝线绕制，多采用油冷式冷却散热。,图3-6 变压器的结构,3.2 变压器的结构及工作原理,3.2.3 单相变压器的工作原理 图37为单相变压器的原理图。为了分析方便，把两个绕组分别画在两个铁心柱上，设一次绕组匝数为N1，二次绕组匝数为N2，现分别就变压器空载和负载运行状况，
7、分析其工作过程及特性。,图3-7 单相变压器的原理图,3.2 变压器的结构及工作原理,1.电压变换原理 在图3-7（a）中，加在一次线圈上的交流电压为u1，则线圈中的电流为i1，若二次线圈不接负载，即开路，这种状态，称为变压器的空载运行。 变压器空载运行，一次绕组的工作状况类似于交流铁心线圈。由（3-10）式可知，感应电动势的有效值分别为:,3.2 变压器的结构及工作原理,若忽略漏磁通及绕组上电阻的压降影响，则一、二次绕组上的电压值近似等于其电动势。设二次绕组的开路电压为u2，则:,由式（3-12）、式（3-13）可得,即:,3.2 变压器的结构及工作原理,2.电流变换原理,在图3-7（b）所
8、示的图中，若一次线圈接上负载ZL，形成闭合回路，则称为变压器的负载运行。变压器负载运行时，一次绕组中磁通势N1、i1通过二次绕组时，产生感应电动势e2和感应电流i2，则二次绕组中的磁通势N2、i2产生的磁通也通过闭合铁心（抵抗一次绕组中磁通的变化），因此，铁心中的主磁通由一、二次绕组磁通势共同作用产生的。,所以,只要保持 和f不变，变压器无论是空载运行，还是负载运行，在闭合铁心中的磁通量 基本保持不变，那么产生磁通量的磁通势基本相等。即:,3.2 变压器的结构及工作原理,由于空载电流 很小，和满载电流 相比，不到额定电流10%，可忽略，故式（3-15）可写成,用一、二次绕组电流的有效值表示:,
9、3.2 变压器的结构及工作原理,3.阻抗变换原理 变压器的一、二次绕组虽然没有直接的电的联系，但从以上分析可知，一次绕组中的电流I1随着二次绕组的负载ZL变化而变化。从变压器的一次绕组看进去，用一个等效阻抗 来代替这种作用。,图3-8 变压器的阻抗变换,由式（3-14）、（3-18）得,3.2 变压器的结构及工作原理,例3.1 某交流信号源的电压Us=100V，其内阻R0= 500，负载电阻RL= 5，试求： (1)将负载直接与信号源相接，负载得到的功率是多少？ (2)若接入变压器，使一次绕组等效阻抗RL = R0= 500 ，求变压器的电压比及信号源输出的功率。,图3-9 例3.1图,3.2
10、 变压器的结构及工作原理,(2)如图3-9b所示，接入变压器后，一次绕组等效阻抗为RL=R0=500,解：(1)直接接负载如图3-9a所示，则信号源输出功率为,3.2 变压器的结构及工作原理,此时信源输出功率为,3.2 变压器的结构及工作原理,图3-10 三相心式变压器,*3.2.4 三相变压器的结构与工作原理 三相变压器用于三相交流电压的变换、传递电能。三相变压器有两种结构：一种称为三相组成变压器，由三个单相变压器组成；另一种称为三相心式变压器，在一个共有的铁心上有三个心柱，每个心柱上绕有同一相的两个绕组。我国电力系统中大都采用后种结构，如图3-10所示。,3.2 变压器的结构及工作原理,三
11、相变压器各相高压绕组的首端和末端分别用U1、V1、W1和U2、V2、W2表示； 低压绕组的首端和末端分别用u1、v1、w1和u2、v2、w2表示；三相变压器的每一相的工作情况和单相变压器相同。 三相变压器的三相绕组根据工作需要分别可将一、二次绕组接成星形（Y）或三角形（），常见的接线方式有：Y，y；Y，yn；Y，d三种。高压侧用大写字母，低压侧用小写字母表示，yn表示星形联结有中性线引出，d表示三角形联结。,3.2 变压器的结构及工作原理,3T10A.TIF,变压器的型号表示方法及意义：,3.3 变压器的工作特性,3.3.1 变压器的外特性 变压器的外特性，指在电源电压U1和负载功率因数cos
12、2不变时，二次绕组的端电压U2随负载电流I2变化而变化的规律，即 U2=f(I2)，用曲线表示则称为变压器的外特性曲线，如图311所示。,图3-11 变压器的外特性,变压器的工作性能指标，通常称为工作特性，它包括外特性和效率特性。,常用电压变化率（或称为电压调整率）来表示外特性的变化程度。,3.3 变压器的工作特性,*3.3.2 变压器的效率特性 变压器的效率特性，反映变压器负载运行的经济性。输出功率与输入功率之比，称为效率 。即,图3-12 变压器的效率特性曲线,变压器的效率与负载电流有关,效率关系曲线如图3-12所示。,3.3 变压器的工作特性,3.3.3 变压器的额定值 额定值通常标注在
13、变压器的铭牌上，也称为铭牌值，是厂家根据国家技术标准，对其正常可靠工作所作的使用规定。 (1)额定电压 一次绕组额定电压U1N是根据绝缘等级，变压器长时间运行所能承受的工作电压。 (2)额定电流 在额定容量和允许温升条件下，长时间通过的电流值，分别用I1N、I2N表示一、二次绕组的额定电流。 (3)额定容量 在额定运行状态下二次绕组所能输送的容量(视在功率)，单位为伏安(VA)或千伏安(kVA)，用符号SN表示。,3.3 变压器的工作特性,解：三相变压器的一、二次绕组相电压之比，等于一、二次绕组每相的匝数之比，即电压比为Ku=10000V/400V=25,例3.2 有SL7160/10型电力变
14、压器，容量为160kVA，一次绕组电压为10kV，二次绕组电压为400V，问该变压器的电压比是多少？求一、二次绕组的额定电流。,3.3 变压器的工作特性,3.3.4 变压器绕组极性的测定 在使用变压器和有磁耦合的互感绕组时，要注意同极性绕组间的正确连接。在使用变压器和有磁耦合的互感线圈时，要注意线圈的同极性线圈间的正确联接。同极性端又称为同名端，是指各绕组电流瞬时极性相同的端点，也就是当有电流通过时，绕组中产生的磁通方向相同的端点。否则称为异名端或异极性端。绕组的同名端常用符号“”或“*”标记，,3.3 变压器的工作特性,图3-13 变压器绕组的正确连接,例如一台变压器的一次绕组有两个，如图3
15、-13（a）所示。1、3或2、4为同名端子，当两绕组串联时，即异名端如2、3端相连，如图3-13（b），则可接入较高电压；当两绕组并联时，即同名端相接如1和3，2和4相接后再接电源，如图3-13（c），可接入较低电压。,3.3 变压器的工作特性,图3-14 变压器绕组极性的测定,直流判别法 它是根据同名端定义以及绕组电压参考方向(或感应电动势)的标注原则而归纳出的一种实用方法。其判别方法如下： （a）直流判别法（b）交流判别法 图3-14 变压器绕组极性的测定 在图3-14（a）中，在开关S闭合的瞬间，电流从1端流入，若检流计或毫安表mA（当然也可以接一电压表）的指针向右偏转，说明绕组3-4中
16、的感应电流从3端进，因而两绕组中磁通量的方向相同，1、3端是同名端子。否则1、4为同名端子。,3.3 变压器的工作特性,(2) 交流判别法 它是根据绕组串联原理而归纳出的一种实用方法，在工程上应用更广泛。 将两个绕组如1-2和3-4的任意两端联接在一起，如1、3端相联，在一绕组两端如1-2之间加接一个较低的便于测量的交流电压U12，用电压表分别测量2、4端电压U24和3、4端电压U34，如图3-14（b）所示，根据电压的极性关系，若U24 = U12- U34，则说明两绕组是反向串联， 2、4（或1、3）端为同名端；若U13= U12 + U34，则说明两绕组是顺向串联，1、4（或2、3）为同名端。,*3.4 其他变压器,3.4.1 自耦变压器 实验室用的调压变压器就是自耦调压器，这种变压器的一、二次绕组并没有像前面讨论的变压器那样相互绝缘而分开，而是一、二次绕组共用一个绕组。,图3-15 自耦变压器,*3.4 其他变压器,1)自耦变压器不能用作安全隔离变压器。 2)一、二次绕组的公用端必
