《电工电子技术》教学课件—第3章磁路与变压器

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1、3.1 磁路的基本知识磁路的基本知识3.2 交流铁芯线圈电路交流铁芯线圈电路3.3 变压器变压器磁路与变压器磁路与变压器磁路与变压器磁路与变压器第第 3 章章3.4 常用变压器常用变压器电工设备中常见的磁路及铁心线圈电工设备中常见的磁路及铁心线圈变压器变压器 铁铁心心+SN电机电机 铁心铁心绕组绕绕组组绕组绕组3.1 磁路的基本知识磁路的基本知识一、一、磁路的概念磁路的概念 1. 1. 磁感应强度磁感应强度B B( (磁通密度磁通密度) )：是表示磁场内某：是表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量。点的磁场强弱和方向的物理量。均匀磁场均匀磁场 磁场内各点的磁场内各点的 B 大小相等，方向相同。

2、大小相等，方向相同。单位：单位： T （特（特斯拉斯拉）方向：方向：与电流之间用与电流之间用右螺旋定则右螺旋定则右螺旋定则右螺旋定则确定。确定。（该点磁场作用于（该点磁场作用于1 1米长、米长、1 1安电流的导体上的力）安电流的导体上的力）4. 磁场强度磁场强度 H 定义：定义：H=B/ 3. 磁导率磁导率 相对相对磁导率磁导率 r= / 0 对于铁对于铁磁材料磁材料 r=102 105单位：单位：A/m (安安/米米)铁铁磁材料广泛应用在变压器、电机、电工仪表等。磁材料广泛应用在变压器、电机、电工仪表等。真空真空磁导率磁导率 0= 410 7 H/m （亨亨/米）米）对于均匀磁场对于均匀磁场

3、 =B S - - 标量标量 单位：单位：Wb （韦（韦伯伯）2. 磁通磁通 等于磁感应强度等于磁感应强度B B与垂直于磁场方向的面积与垂直于磁场方向的面积S S的乘积。的乘积。二、二、铁磁材料铁磁材料 根据导磁性能的不同根据导磁性能的不同根据导磁性能的不同根据导磁性能的不同, ,自然界的物质可分为两大自然界的物质可分为两大自然界的物质可分为两大自然界的物质可分为两大类：一类称为为铁磁材料，另一类为非铁磁材料。类：一类称为为铁磁材料，另一类为非铁磁材料。类：一类称为为铁磁材料，另一类为非铁磁材料。类：一类称为为铁磁材料，另一类为非铁磁材料。相对磁导率相对磁导率相对磁导率相对磁导率 r r ：相

4、对磁导率相对磁导率相对磁导率相对磁导率 r r ： 物质磁导率与真空磁导率的比值。物质磁导率与真空磁导率的比值。真空真空的磁导率：的磁导率：三、磁路欧姆定律三、磁路欧姆定律磁通势：磁通势：F=NI 单位单位A(安）安） 单位单位H-1(每亨）每亨）磁路欧姆定律：磁路欧姆定律：I NU+铁心磁路铁心磁路 I NU+铁心磁路铁心磁路 磁通势：励磁电流和线圈匝数的乘积。磁通势：励磁电流和线圈匝数的乘积。磁路磁阻：磁路磁阻：磁路磁阻：磁路磁阻：磁路与电路各物理量的对应关系磁路与电路各物理量的对应关系磁通势：磁通势：F 磁路磁路磁路磁路电路电路电路电路电动势：电动势：E 磁通磁通: 电流电流: I磁路磁

5、阻：磁路磁阻：电路电阻电路电阻: 磁路欧姆定律：磁路欧姆定律：电路欧姆定律：电路欧姆定律： （不是常数）不是常数） F F 00磁通随磁通势变化曲线磁通随磁通势变化曲线磁通随磁通势变化曲线磁通随磁通势变化曲线空心线圈空心线圈铁心线圈铁心线圈 磁饱和磁饱和3.2 交流铁芯线圈电路交流铁芯线圈电路i u+ 主磁通主磁通 ee 漏磁通漏磁通 一、一、 电磁关系电磁关系感应电动势的有效值：感应电动势的有效值：设：设： = msin t= N mcos t = Emsin( t-90 )感应电动势的有效值：感应电动势的有效值： 当电源频率和线圈匝数一定当电源频率和线圈匝数一定时，只要电压时，只要电压U不

6、变不变,就要求磁通就要求磁通 mm不能变。不能变。 u eR和和 e 很小很小U U E E = = 4.44 4.44 f Nf N mm由由KVL： u= iR e e 二、二、 功率损耗功率损耗铁心线圈的功率损耗铁心线圈的功率损耗 = =铜损铜损 + 铁损铁损线圈导线电阻产生的损耗线圈导线电阻产生的损耗铜损：铜损：铁损：铁损：（在铁心中产生的感应在铁心中产生的感应 电流而引电流而引 起的损耗）起的损耗）磁滞损耗（磁滞损耗（铁心反复磁化时所消耗的功率）铁心反复磁化时所消耗的功率）铁心反复磁化时所消耗的功率）铁心反复磁化时所消耗的功率）涡流损耗涡流损耗 为了减少铁心损耗，变压器、电机等电器设

7、备中为了减少铁心损耗，变压器、电机等电器设备中铁心通常用厚度为铁心通常用厚度为0.35mm或或0.5mm硅钢片叠装而成。硅钢片叠装而成。 铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极性取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转的过性取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转的过程中，由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称程中，由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为为磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗。磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗 铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极性取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转的过性取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转的过程中，由于

8、磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称程中，由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为为磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗。磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗涡流在铁芯中造成的热量损耗。涡流在铁芯中造成的热量损耗。涡流损耗涡流损耗涡流损耗涡流损耗为减小涡流损耗，常用硅钢片为减小涡流损耗，常用硅钢片叠压制成电机电器的铁芯。叠压制成电机电器的铁芯。1.为什么说磁路为什么说磁路欧姆定律只能用欧姆定律只能用于定性分析？于定性分析？ 2.磁滞损耗和涡流磁滞损耗和涡流损耗是怎么产生的损耗是怎么产生的？如何减小这两种？如何减小这两种损耗？损耗？ 变压器可以变换电压、电流和阻抗的功能。应用非常广泛。变压器可以变换电压、电流

9、和阻抗的功能。应用非常广泛。电力系统电力系统：变压器用于改变供电系统的电压。变压器用于改变供电系统的电压。变压器用于改变供电系统的电压。变压器用于改变供电系统的电压。电子线路：电子线路：变压器用于改变电压、耦合电路、传送信变压器用于改变电压、耦合电路、传送信变压器用于改变电压、耦合电路、传送信变压器用于改变电压、耦合电路、传送信 号和实现号和实现号和实现号和实现阻抗的匹配等。阻抗的匹配等。阻抗的匹配等。阻抗的匹配等。 还有一些还有一些特殊变压器特殊变压器（如：自耦变压器、电流互感器等）（如：自耦变压器、电流互感器等）及及专用变压器专用变压器（如：电焊变压器、整流变压器等）。（如：电焊变压器、整

10、流变压器等）。 按相数分按相数分: : 单相、三相和多相变压器。单相、三相和多相变压器。分类：分类：分类：分类：按用途分按用途分: : 电力变压器，特殊用途变压器。电力变压器，特殊用途变压器。按结构分按结构分: : 心式变压器、壳式变压器。心式变压器、壳式变压器。按冷却方式分按冷却方式分: : 自冷变压器、油冷变压器。自冷变压器、油冷变压器。3.3 变压器变压器其它部件其它部件: 油箱、冷却装置、保护装置等油箱、冷却装置、保护装置等壳式变压器壳式变压器变压器变压器变压器变压器主要组主要组主要组主要组成部分成部分成部分成部分变压器铁心变压器铁心: 硅钢片叠压而成硅钢片叠压而成变压器绕组变压器绕组

11、: 原边原边(一次线圈、高压绕组一次线圈、高压绕组)副边副边(二次线圈、低压绕组二次线圈、低压绕组)心式变压器心式变压器线圈线圈铁心铁心铁心铁心线圈线圈1 1、铁心、铁心、铁心、铁心一、一、变压器的结构变压器的结构2、绕组、绕组 变压器的绕圈通常称为变压器的绕圈通常称为绕组。绕组。绕组。绕组。在变压器中，接到高压在变压器中，接到高压电网的绕组称为电网的绕组称为高压绕组高压绕组高压绕组高压绕组，接到低压电网的绕组称为，接到低压电网的绕组称为低压绕组低压绕组低压绕组低压绕组。 按照高压绕按照高压绕组和低压绕组和低压绕组的相互位组的相互位置和形状的置和形状的不同，绕组不同，绕组可以分为同可以分为同心

12、式和交叠心式和交叠式两种。式两种。 壳式变压器绕组和铁心的结构示意图壳式变压器绕组和铁心的结构示意图壳式变压器绕组和铁心的结构示意图壳式变压器绕组和铁心的结构示意图 低压绕组低压绕组 高压绕组高压绕组同心式绕组同心式绕组交叠式绕组交叠式绕组 低压绕组低压绕组 高压绕组高压绕组变压器的绕组变压器的绕组变压器的绕组变压器的绕组 二、二、变压器的工作原理变压器的工作原理其中其中N N1 1为一次绕组的匝数，一次绕组也称为原绕组或原边。为一次绕组的匝数，一次绕组也称为原绕组或原边。N N2 2为二次绕组的匝数，二次绕组也称为副绕组或副边。为二次绕组的匝数，二次绕组也称为副绕组或副边。 +u1e1变压器

13、原理示意图变压器原理示意图i1 e 1 主磁通主磁通 1N1e 2 e2i2u2+ZLN2 2原绕组原绕组副绕组副绕组 2 e 2 1 e 1变压器符号变压器符号U1U20 = = KN1N2U1U20E1E2 4.44 f N1 m 4.44 f N2 mN1N2 = = = 变压器变比变压器变比变压器变比变压器变比E E2 2 = = 4.44 4.44 f Nf N2 2 mm1. 空载运行空载运行变压器空载：变压器空载：变压器空载：变压器空载：E E1 1 = = 4.44 4.44 f Nf N1 1 mm+u1e1i1 e 1 N1e2N2u20+变压器带载工作时变压器带载工作时变

14、压器带载工作时变压器带载工作时U1U2 = KN1N2i2u2+ZLe 2 +u1e1i1 e 1 N1e2N22. 负载运行负载运行变压器接负载：变压器接负载：变压器接负载：变压器接负载：U U1 1 E E1 1 = = 4.44 4.44 f Nf N1 1 mm 变压器接负变压器接负载后载后,副边磁势副边磁势也产生磁通也产生磁通,主主磁通磁通 为为合成合成磁通。磁通。 电源电压电源电压U1没有变没有变没有变没有变变压器接负载后变压器接负载后,主磁通主磁通 mm 不变不变不变不变。（空载电流很小）（空载电流很小）N1I1= N2 I2结论结论有效值有效值3. 阻抗变换阻抗变换I2KU2U

15、1I1+Z2Z1负载负载阻抗阻抗结论结论结论结论 在电子在电子线路和通信线路和通信工程中，常工程中，常用变压器来用变压器来实现阻抗的实现阻抗的匹配。匹配。三、三、变压器的额定值和运行特性变压器的额定值和运行特性1. 变压器的额定值变压器的额定值 （1 1 1 1）额定电压（）额定电压（）额定电压（）额定电压（V V V V、KVKVKVKV）U2N 原绕组加原绕组加U1N时，副绕组的开路电压。时，副绕组的开路电压。U1N 原绕组的额定电压。原绕组的额定电压。三相变压器为线电压。三相变压器为线电压。三相变压器为线电压。三相变压器为线电压。（2 2 2 2）额定容量（）额定容量（）额定容量（）额定

16、容量（VAVAVAVA、KVAKVAKVAKVA）三相变压器三相变压器单相变压器单相变压器（3 3 3 3）额定电流（）额定电流（）额定电流（）额定电流（A A A A） I2N 副绕组的额定电流。副绕组的额定电流。I1N 原绕组的额定电流。原绕组的额定电流。三相变压器为线电流。三相变压器为线电流。三相变压器为线电流。三相变压器为线电流。（4 4 4 4）额定频率）额定频率）额定频率）额定频率f f f fN N N N 额定频率fN是指变压器应接入的电源频率，我国电力系统的标准频率为50Hz。 （5 5 5 5）型号）型号）型号）型号 例例: 某收音机输出变压器的原线圈匝数某收音机输出变压器的原线圈匝数N1=600匝，匝，N2=30匝，接有阻抗为匝，接有阻抗为16 扬声器（匹配），现要改扬声器（匹配），现要改接成接成4 扬声器，问二次线圈匝数为多少才能匹配？扬声器，问二次线圈匝数为多少才能匹配？解：解：原变比原变比K+电压变化率电压变化率2. 2. 变压器的外特性变压器的外特性变压器的外特性变压器的外特性cos 1cos =10U2I2 U20I2NI2KU2U1I1+Z2（电压变化