3磁路与变压器实用教案

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1、 (2)通电螺线管的磁场-安培定则（右手螺旋定则） 用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向(fngxing)与电流方向(fngxing)一致，大拇指所指的方向(fngxing)就是螺线管内部磁感线的方向(fngxing)，也就是通电螺线管的N极。第2页/共35页第1页/共35页第一页，共36页。3.1 磁路(c l)基本知识 实际实际(shj)电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。线圈电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电路。因此电工技术不仅有通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电路。因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。电路问题，同时也有磁路问题。第3

2、页/共35页第2页/共35页第二页，共36页。磁感应强度(qingd)（B）1.磁感应强度2.磁感应强度B是表征磁场中某点磁场强弱和方向的物理量。3.均匀磁场中，与磁力线方向垂直的单位(dnwi)面积上的磁通，称为磁感应强度。单位：特斯拉（T T） 方向：磁感线上某点的切线方向，就是(jish)(jish)该点磁感应强度的方向。第4页/共35页第3页/共35页第三页，共36页。磁通（ ）垂直(chuzh)磁力线方向的某一横截面上的磁感线的总数，称为通过该面积的磁通量，简称磁通。单位：韦伯（Wb）F第5页/共35页第4页/共35页第四页，共36页。磁导率 磁导率表示(biosh)物质的导磁性能，

3、单位是亨/米(H/m)。真空真空(zhnkng)的磁导率：的磁导率： 非铁磁物质非铁磁物质(wzh)的磁导率与真空极为接近，铁磁物质的磁导率与真空极为接近，铁磁物质(wzh)的磁导率远大于真空的磁导率。的磁导率远大于真空的磁导率。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。第6页/共35页第5页/共35页第五页，共36页。 非磁性物质：非磁性物质：r1r1的物质，如铜、铝、橡胶的物质，如铜、铝、橡胶(xingjio)(xingjio)、空气、塑料等。、空气、塑料等。 铁磁性物质铁磁性物质(wzh)(wzh)：r1r1的物质的物质(wzh)(wzh

4、)，如，如铁、镍、钴、钢、合金钢、坡莫合金等。铁、镍、钴、钢、合金钢、坡莫合金等。物质根据物质根据(gnj)相对磁导率的不同可分为相对磁导率的不同可分为两大类两大类第7页/共35页第6页/共35页第六页，共36页。3.1.2 3.1.2 磁路磁路(c l)(c l)的基本的基本概念概念iu交流交流(jioli)(jioli)铁心线圈示铁心线圈示意图意图电路(dinl)部分磁路部分电流通过电流通过N N匝线圈产生的磁动势：匝线圈产生的磁动势：磁动势是磁路中产生磁场的源头。磁动势是磁路中产生磁场的源头。F= N I 第8页/共35页第7页/共35页第七页，共36页。磁路磁路(c l)(c l)欧姆

5、定律：欧姆定律：磁路欧姆定律可以用来磁路欧姆定律可以用来(yn li)(yn li)定性的分析磁路的情况。定性的分析磁路的情况。 一个一个(y )(y )磁路中若有气隙存在，则气隙磁阻磁路中若有气隙存在，则气隙磁阻铁芯磁铁芯磁阻阻, ,磁路中应尽量减小非必要的空气隙磁路中应尽量减小非必要的空气隙. . 第9页/共35页第8页/共35页第八页，共36页。 具有 磁导率极高、磁化后只有正、负两个饱和状态特点的铁磁材料。矩磁材料适用于制作(zhzu)各类存储器记忆元件的磁芯。 具有 磁导率不太高、但一经磁化、能保留(boli)很大的剩磁且不易去磁 特点的铁磁材料。硬磁材料适用于制作各种人造磁体。如钨

6、钢、铝镍钴合金等。 具有 磁导率很高、易磁化、易去磁 特点的铁磁材料。软磁材料适用于制作各种电机电器(dinq)的铁心。如纯铁、硅钢等。铁磁材料的分类和用途 铁磁材料根据工程上用途的不同可分为三大类铁磁材料根据工程上用途的不同可分为三大类软磁材料软磁材料硬磁材料硬磁材料矩磁材料矩磁材料第10页/共35页第9页/共35页第九页，共36页。 磁滞现象使铁磁材料在交变磁化(chu)过程中产生磁滞损耗。铁磁材料反复磁化(chu)时，由于磁畴间相互摩擦发热而引起的能量损耗称为磁滞损耗。3.2.3 3.2.3 铁芯损耗铁芯损耗(snho)(snho)1. 1.磁滞磁滞(c (c zh)zh)损耗损耗 铁损

7、由铁损由磁滞损耗磁滞损耗和和涡流损耗涡流损耗组成，是线圈通以交流电时组成，是线圈通以交流电时线圈交变磁化时的铁心损耗。线圈交变磁化时的铁心损耗。第11页/共35页第10页/共35页第十页，共36页。1. 涡流 在整块铁心的周围绕有线圈，当线圈中通以交变(jio bin)电流时，就会产生交变(jio bin)的磁场，处在该交变(jio bin)磁场中的铁心就要产生感应电动势和自成回路的感应电流，这种感应电流形如水中的漩涡，故称为涡流。2.涡流损耗涡流损耗涡流损耗 涡流在铁芯的电阻(dinz)中造成的热量损耗。第12页/共35页第11页/共35页第十一页，共36页。 根据(gnj)电流的热效应，涡

8、流通过铁芯将使铁芯发热，严重时会造成设备烧损。在交变(jio bin)磁场作用下，整块铁芯中产生的旋涡状感应电流称为涡流。涡流(wli)对电气设备有何影响？为减小涡流损耗，常用硅钢片叠压制成电机电器的铁芯。第13页/共35页第12页/共35页第十二页，共36页。 涡流现象应用(yngyng)：高频感应炉、电度表第14页/共35页第13页/共35页第十三页，共36页。3.3 变压器的基本结构和工作(gngzu)原理1、变压器是一种能变换(binhun)电压、变换(binhun)电流、变换(binhun)阻抗的“静止”电气设备。变压器在传递电能的过程中频率不变。3.3.1 变压器的基本(jbn)结

9、构2、变压器主要由、变压器主要由铁心铁心和和绕组绕组组成。铁心是变压器的磁路通路。组成。铁心是变压器的磁路通路。为了减小涡流和磁滞损耗，让更多的磁感线通过磁路，铁心为了减小涡流和磁滞损耗，让更多的磁感线通过磁路，铁心用用导磁率较高而且相互绝缘的硅钢片导磁率较高而且相互绝缘的硅钢片叠装而成。叠装而成。 绕组是变压器的电路部分。用具有良好绝缘性的漆包线、绕组是变压器的电路部分。用具有良好绝缘性的漆包线、纱包线或丝包线绕城的。纱包线或丝包线绕城的。为什么远距离输电采用高压输电？第15页/共35页第14页/共35页第十四页，共36页。N1i10u1AXN2| |ZL| |u20Saxx由硅钢片叠压制成

10、的变压器铁心(ti xn)磁路。变压器一次绕组(roz)（原线圈）变压器二次绕组(roz)（副线圈）变压器图形符号第16页/共35页第15页/共35页第十五页，共36页。硅钢片硅钢片第17页/共35页第16页/共35页第十六页，共36页。3.3.2 3.3.2 变压器的工作变压器的工作(gngzu)(gngzu)原理原理（1 1）变压器的空载运行与变换电压）变压器的空载运行与变换电压(diny)(diny)作作用用N1i10u1AXN2| |ZL| |u20Saxx 变压器的一次侧接电源，二次侧开路，这种运行状态(zhungti)称为空载。变压器空载时原边电流 i i1010很小很小，在铁心磁

11、路中产生按正弦规律变化的磁通，当穿过两线圈时，分别感应电压： 变压器原、副边电压与感变压器原、副边电压与感应电压的关系为：应电压的关系为： 变压器原、副边电压与变压器原、副边电压与感应电压的关系为：感应电压的关系为： 其中K 称为变压器的变比。显然：变压器通过改变原、副边的通过改变原、副边的匝数即可变换电压匝数即可变换电压。第18页/共35页第17页/共35页第十七页，共36页。（2）变压器的负载(fzi)运行与变换电流作用 变压器的一次侧接电源，二次侧与负载接通，这种运行状态(zhungti)称为负载运行。 变压器负载运行(ynxng)时原边电流由 i10增大至i1。由恒磁通原理，负载、空载

12、主磁通最大值不变，即前后磁动势不变为： 变压器在能量传递的过变压器在能量传递的过程中损耗甚小，因此：程中损耗甚小，因此：因此因此： 其中1/K 称为变压器的变流比。显然：变压器在在改变电改变电压的同时也改变了电流，压的同时也改变了电流，即变压器还可以变换电流即变压器还可以变换电流。N1i1u1AXN2| |ZL| |u2Saxi2第19页/共35页第18页/共35页第十八页，共36页。（3）变压器的变换阻抗(zkng)作用 变压器的副边所接负载变压器的副边所接负载(fzi)为为|ZL|，原，原边输入阻抗为边输入阻抗为Z1时，有：时，有：把变压比和变流比公式把变压比和变流比公式(gngsh)代代

13、入可得：入可得： 变压器的阻抗变换作变压器的阻抗变换作用常用于电子电路中用常用于电子电路中。N1i1u1AXN2| |ZL| |u2Saxi2第20页/共35页第19页/共35页第十九页，共36页。 已知某收音机输出变已知某收音机输出变压器的原边匝数为压器的原边匝数为600,副边匝副边匝数为数为30,副边接有副边接有16的扬声器，的扬声器，问：问：1.原边输入阻抗是多少原边输入阻抗是多少(dusho)2.现要改接成现要改接成4 扬声器，求扬声器，求副绕组匝数副绕组匝数N2应改为多少应改为多少(dusho)？例如例如(lr)：N1i1u1AXN2| |ZL| |u2Saxi2第21页/共35页第

14、20页/共35页第二十页，共36页。4 4变压器的外特性变压器的外特性(txng)(txng) 输出电压随电流变化的规律为变压器的外特性。变输出电压随电流变化的规律为变压器的外特性。变压器的外特性就是描述压器的外特性就是描述(mio sh)(mio sh)输出电压输出电压u2u2随负载随负载电流电流 i2 i2变化的关系，即：变化的关系，即： u2 u2f f（i2i2）u2U2Ni2I2N0cos(-2)=0.8超前超前cos2=1cos2=0.8滞滞后后(zh hu)输出电压随负载电流变化的程度可用输出电压随负载电流变化的程度可用电压调整率电压调整率表示：表示： 电压调整率电压调整率反映了

15、变压器运行时输出电压的稳定性，是变压器的主要性能指标之一。 第22页/共35页第21页/共35页第二十一页，共36页。 有一台变压器在接通负载后，副绕组的输出电压为有一台变压器在接通负载后，副绕组的输出电压为5700V，他电压调整，他电压调整率为率为4.8%。求二次绕组的额定。求二次绕组的额定( dng)电压电压U2N是多少？是多少？例如例如(lr)：第23页/共35页第22页/共35页第二十二页，共36页。变压器的损耗变压器的损耗(snho)(snho)和效率和效率（1）损耗(snho)铁损耗包括磁滞损耗和涡流损耗。铁损耗包括磁滞损耗和涡流损耗。电力电力(dinl)(dinl)变压器的效率变

16、压器的效率95%99%95%99%。（2）效率负载吸收的有功功率第24页/共35页第23页/共35页第二十三页，共36页。变压器的额定值变压器的额定值（1）额定电压U1N、U2NU1N一次侧绕组(roz)电压的额定值。U2N一次侧绕组(roz)加额定电压，二次侧绕组(roz)的空载电压。三相变压器中，额定电压指线电压。（2）额定电流I1N、I2N在一次侧绕组额定电压U1N 的作用下，一次、二次绕组允许长期(chngq)通过的最大电流值。三相变压器中，额定电流指线电流。（3）额定容量SN在额定工作(gngzu)状态下，变压器的最大输出能力，以视在功率表示。单相变压器的额定容量SN=U2NI2N三

17、相变压器的额定容量 SN=3U2NI2N。第25页/共35页第24页/共35页第二十四页，共36页。 有一台有一台40kVA,6400/230单相变压器，测得铁损为单相变压器，测得铁损为450W,额定负载额定负载(fzi)时铜时铜损为损为1430W，供照明负载，供照明负载(fzi)用电，满载时二次侧电压为用电，满载时二次侧电压为220V。求：。求：（1）额定电流（）额定电流（2）额定负载）额定负载(fzi)时的效率时的效率例如例如(lr)：第26页/共35页第25页/共35页第二十五页，共36页。补充(bchng)： 三相电力变压器讯号(xn ho)式温度计吸湿(x sh)计储油柜安全气道油表

18、气体继电器高压套管低压套管分接开关油箱铁芯绕组放油阀门 变压器主要由变压器主要由铁芯铁芯和和绕组绕组两大部分构成。铁芯是两大部分构成。铁芯是它的磁路部分，绕组是它的电路部分。它的磁路部分，绕组是它的电路部分。第27页/共35页第26页/共35页第二十六页，共36页。电力(dinl)变压器的型号S7-500/10低损耗系列产品低损耗系列产品额定容量（额定容量（KVA）高压绕组额定电压（高压绕组额定电压（KV）变压器的额定值变压器的额定值额定容量(rngling)：三相变压器的总容量(rngling)：额定( dng)电压：原、副边额定( dng)值均指线电压数值。额定电流电流：I1N、I2N均指

19、原、副边线线电流值。第28页/共35页第27页/共35页第二十七页，共36页。变压器同名变压器同名(tngmng)(tngmng)端判别端判别axAXAXAX是变压是变压器的原边绕器的原边绕组组(roz)(roz)axax是变压器是变压器的副边绕组的副边绕组(roz)(roz)AaAa是变压器一对同名端同名端绕向相同：绕向相同：绕向相反：绕向相反：电流同时由同名端同名端流入（或流出）时，它们所产生的磁场相互增强磁场相互增强，反之相互削弱。判别方法：判别方法：绕组同名端绕组同名端是绕组与绕组之间、绕组和其他是绕组与绕组之间、绕组和其他电气元件之间正确连接的依据。电气元件之间正确连接的依据。绕组极

20、性绕组极性指绕组在任一瞬时两端产生的指绕组在任一瞬时两端产生的感应电动势的瞬时极性。感应电动势的瞬时极性。同名端同名端是原、副绕组瞬时极性相同的端点。是原、副绕组瞬时极性相同的端点。实验的方法：包括直流法直流法和交流法交流法。第29页/共35页第28页/共35页第二十八页，共36页。特点特点(tdin)：副绕组是原绕组的一部分，：副绕组是原绕组的一部分，原、副压绕组不但有磁的耦合，也有电的联原、副压绕组不但有磁的耦合，也有电的联系。系。3.4 3.4 特殊特殊(tsh)(tsh)变压器变压器1 1自耦变压器自耦变压器u1u2自耦变压器的工作原理和普通双绕组(roz)变压器一样，因此变比相同自耦

21、变压器也称为自耦调压器自耦调压器，它的最大特点特点就是可以通过转动手柄来获得原、副边所需要的各种电压各种电压。u1u2自耦变压器的电路图符号自耦变压器的电路图符号第30页/共35页第29页/共35页第二十九页，共36页。电压互感器：电压互感器的原绕组匝数很多，并联于待测电路(dinl)两端；副绕组匝数较少，与电压表及电度表、功率表、继电器的电压线圈并联。用于将高电压变换成低电压。使用时副绕组不允许短路。L1L2N1N2V 电压互感器使用时，二次侧并联阻抗不得太小，否则影响测量(cling)精度。 电压互感器二次侧表头额定值为标准值100V。2 2仪用互感器仪用互感器第31页/共35页第30页/

22、共35页第三十页，共36页。电电流流互互感感器器：原原绕绕组组线线径径较较粗粗，匝匝数数很很少少，与与被被测测电电路路负负载载(fzi)(fzi)串串联联；副副绕绕组组线线径径较较细细，匝匝数数很很多多，与与电电流流表表及及功功率率表表、电电度度表表、继继电电器器的的电电流流线线圈圈串串联联。用用于于将将大大电电流流变变换换为为小小电电流流。使使用用时时副副绕绕组电路不允许开路。组电路不允许开路。AN2N1 电流互感器二次侧所接仪表的阻抗(zkng)不得大于规定值！ 电流互感器二次侧表头额定值为标准值5A（或1A）。第32页/共35页第31页/共35页第三十一页，共36页。3 3电焊电焊(di

23、nhn)(dinhn)变压器变压器电焊变压器：交流弧焊机实质是一种特殊的降压变压器，因此也称为电焊变压器。靠电弧放电的热量来融化焊条和金属以达到(d do)焊接金属的目的。交流交流(jioli)(jioli)电焊机电焊机示意图示意图u1u26080Vi2手柄手柄电抗器电抗器变压器变压器可动铁心可动铁心焊钳焊钳2530V工件工件第33页/共35页第32页/共35页第三十二页，共36页。电焊变压器必须满足下列电焊变压器必须满足下列(xili)(xili)要求：要求： 3. 为了适应不同的焊接要求，要求电焊变压器的焊接电流能够在较大的范围内进行调节，而且(r qi)工作电流要比较稳定。 1. 具有较

24、高的起弧电压(diny)。起弧电压(diny)应达到6070V，额定负载时约为30V； 2. 起弧以后，要求电压能够迅速下降迅速下降，同时在短路时（如焊条碰到工件上，副边输出电压为零）次级电流也不要过大，一般不超过额定值的两倍。也就是说，电焊变压器要具有陡降的外特具有陡降的外特性性。第34页/共35页第33页/共35页第三十三页，共36页。自耦变压器为什么不能用作安全(nqun)变压器使用？因为自耦变压器的原、因为自耦变压器的原、副边存在电的联系，高副边存在电的联系，高压侧如果出现故障，必压侧如果出现故障，必然波及到低压侧，低压然波及到低压侧，低压侧直接与设备相连，因侧直接与设备相连，因此此(

25、ync)是不安全的，是不安全的，故自耦变压器不能当作故自耦变压器不能当作安全变压器使用。安全变压器使用。何谓变压器绕组的同极性端？如何(rh)判断同极性端？由同一电流产生的感应电动势的由同一电流产生的感应电动势的极性极性极性极性始终保持一致的端子称为同名端始终保持一致的端子称为同名端始终保持一致的端子称为同名端始终保持一致的端子称为同名端。判断同名端可以用实验的方法，判断同名端可以用实验的方法，包括包括直流法直流法直流法直流法和和交流法交流法交流法交流法。第35页/共35页第34页/共35页第三十四页，共36页。谢谢您的观看(gunkn)！第35页/共35页第三十五页，共36页。内容(nirng)总结(2)通电螺线管的磁场-安培定则（右手螺旋定则）。因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。磁感应强度B是表征磁场中某点磁场强弱和方向的物理量。磁导率表示物质的导磁性能，单位是亨/米(H/m)。物质磁导率与真空磁导率的比值。一个磁路中若有气隙存在，则气隙磁阻铁芯磁阻,磁路中应尽量减小非必要的空气隙.。磁滞现象使铁磁材料在交变磁化过程中产生磁滞损耗(snho)。把变压比和变流比公式代入可得：。谢谢您的观看第三十六页，共36页。