項目3 磁路分析與變壓器基礎(chǔ)

1、項目項目3磁路分析與變壓器基礎(chǔ)磁路分析與變壓器基礎(chǔ)項目項目3磁路分析與變壓器基礎(chǔ)磁路分析與變壓器基礎(chǔ)1掌握磁場的基本物理量。掌握磁場的基本物理量。2能分析變壓器的工作原理。能分析變壓器的工作原理。任務(wù)目標任務(wù)目標任務(wù)任務(wù)3.1掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律3.1.1磁路磁路磁感應(yīng)強度是磁場的基本物理量，磁感應(yīng)強度是磁場的基本物理量，它是根據(jù)洛侖茲力來定義的，是一它是根據(jù)洛侖茲力來定義的，是一個矢量，用符號個矢量，用符號B來表示。來表示。3.1.1.1磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度任務(wù)任務(wù)3.1掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律3.1.1磁路

2、磁路3.1.1.2磁通磁通磁感應(yīng)強度矢量的通量稱為磁通磁感應(yīng)強度矢量的通量稱為磁通量量(magnetic flux)，是一個標量，用符號，是一個標量，用符號 來表示。來表示。用數(shù)學式表示磁通的定義為用數(shù)學式表示磁通的定義為BS(3-2)任務(wù)任務(wù)3.1掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律3.1.1磁路磁路3.1.1.3磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 是表示物質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量，它的單位是表示物質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量，它的單位是是H/m(亨亨/米米)。r0r0 或或(3-6)3.1.1.4磁場強度磁場強度磁場強度磁場強度H的大小與磁感應(yīng)強度的大小與磁感應(yīng)強度B的大小之間的關(guān)系是的

3、大小之間的關(guān)系是BHBH或或(3-7)任務(wù)任務(wù)3.1掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律3.1.2鐵磁材料的磁性能鐵磁材料的磁性能3.1.2.1磁化曲線與磁滯回線磁化曲線與磁滯回線(1) 起始磁化曲線。起始磁化曲線。圖圖3-1磁化曲線磁化曲線任務(wù)任務(wù)3.1掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律3.1.2鐵磁材料的磁性能鐵磁材料的磁性能3.1.2.1磁化曲線與磁滯回線磁化曲線與磁滯回線(2) 磁滯回線。磁滯回線。在交流電機或電器中的鐵磁物質(zhì)常受到交變在交流電機或電器中的鐵磁物質(zhì)常受到交變磁化，反復(fù)磁化過程的磁化，反復(fù)磁化過程的BH曲線稱磁滯回

4、曲線稱磁滯回線，而不是起始磁化曲線。線，而不是起始磁化曲線。任務(wù)任務(wù)3.1掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律3.1.2鐵磁材料的磁性能鐵磁材料的磁性能3.1.2.1磁化曲線與磁滯回線磁化曲線與磁滯回線(3) 基本磁化曲線?；敬呕€。圖圖3-2磁滯回線磁滯回線任務(wù)任務(wù)3.1掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律3.1.2鐵磁材料的磁性能鐵磁材料的磁性能3.1.2.2鐵磁材料的磁性能鐵磁材料的磁性能高導(dǎo)磁性。高導(dǎo)磁性。1磁飽和性。磁飽和性。 2磁滯性。磁滯性。3任務(wù)任務(wù)3.1掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律

5、3.1.2鐵磁材料的磁性能鐵磁材料的磁性能3.1.2.3鐵磁材料的種類和用途鐵磁材料的種類和用途按磁滯回線的形狀按磁滯回線的形狀(1) 軟磁材料。軟磁材料。(2) 硬磁材料。硬磁材料。任務(wù)任務(wù)3.1掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律3.1.3磁路和磁路歐姆定律磁路和磁路歐姆定律3.1.3.1磁路磁路特點特點在對磁路的初步計算時常將漏掉的磁在對磁路的初步計算時常將漏掉的磁通忽略不計，認為全部磁通都集中在通忽略不計，認為全部磁通都集中在磁路里，磁路通常由若干段組成，若磁路里，磁路通常由若干段組成，若每段由同一種材料組成且具有相同的每段由同一種材料組成且具有相同的截面積

6、，磁路中任意截面上的磁通的截面積，磁路中任意截面上的磁通的分布被認為是均勻的，同時認為各段分布被認為是均勻的，同時認為各段中的磁場強度相同且與磁路路徑一致。中的磁場強度相同且與磁路路徑一致。任務(wù)任務(wù)3.1掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律3.1.3磁路和磁路歐姆定律磁路和磁路歐姆定律3.1.3.2磁通勢磁通勢圍繞磁路的某一線圈的電流圍繞磁路的某一線圈的電流i與其匝數(shù)與其匝數(shù)N的的乘積乘積Ni稱為該線圈電流產(chǎn)生的磁通勢，簡稱為該線圈電流產(chǎn)生的磁通勢，簡稱磁勢。用符號稱磁勢。用符號Fm表示，即表示，即Fm=Ni。任務(wù)任務(wù)3.1掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律掌握磁路的

7、基本定律和電磁感應(yīng)定律3.1.3磁路和磁路歐姆定律磁路和磁路歐姆定律3.1.3.3磁路歐姆定律磁路歐姆定律(1) 磁路中的基爾霍夫定律。磁路中的基爾霍夫定律。 0，或，或 入入 出出(3-8)(2) 基爾霍夫第二定律。基爾霍夫第二定律。 Hl= Ni (3-9)任務(wù)任務(wù)3.1掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律3.1.3磁路和磁路歐姆定律磁路和磁路歐姆定律3.1.3.3磁路歐姆定律磁路歐姆定律(3) 磁路中的歐姆定律。磁路中的歐姆定律。Um=Rm (3-8)(4) 線性磁路的計算。線性磁路的計算。任務(wù)任務(wù)3.1掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律掌握磁路的基本定律和電磁

8、感應(yīng)定律3.1.3磁路和磁路歐姆定律磁路和磁路歐姆定律3.1.3.4渦流渦流圖圖3-4渦流示意圖渦流示意圖任務(wù)任務(wù)3.1掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律掌握磁路的基本定律和電磁感應(yīng)定律3.1.3磁路和磁路歐姆定律磁路和磁路歐姆定律3.1.3.4渦流渦流圖圖3-5渦流的應(yīng)用渦流的應(yīng)用任務(wù)任務(wù)3.2認識變壓器認識變壓器3.2.1認識變壓器的基本結(jié)構(gòu)認識變壓器的基本結(jié)構(gòu)圖圖3-6變壓器結(jié)構(gòu)示意圖變壓器結(jié)構(gòu)示意圖任務(wù)任務(wù)3.2認識變壓器認識變壓器3.2.2分析變壓器的工作原理分析變壓器的工作原理圖圖3-7空載時的變壓器空載時的變壓器3.2.2.1變壓器的空載運行變壓器的空載運行任務(wù)任務(wù)3.2認識變壓器

9、認識變壓器3.2.2分析變壓器的工作原理分析變壓器的工作原理3.2.2.1變壓器的空載運行變壓器的空載運行(1) 空載電流空載電流I0。 在外加正弦電壓在外加正弦電壓u1的作用下，線圈內(nèi)有的作用下，線圈內(nèi)有交變電流交變電流i0流過。這時原線圈內(nèi)的電流，流過。這時原線圈內(nèi)的電流，稱作變壓器的空載電流，又稱激磁電流。稱作變壓器的空載電流，又稱激磁電流。它與原線圈匝數(shù)它與原線圈匝數(shù)N1的乘積的乘積i0N1稱為激磁稱為激磁磁勢。磁勢。任務(wù)任務(wù)3.2認識變壓器認識變壓器3.2.2分析變壓器的工作原理分析變壓器的工作原理3.2.2.1變壓器的空載運行變壓器的空載運行(2) 原、副繞組中的感應(yīng)電動勢。原、副

10、繞組中的感應(yīng)電動勢。設(shè)主磁通按正弦規(guī)律變化，即設(shè)主磁通按正弦規(guī)律變化，即= msint (3-12)則原線圈中的感應(yīng)電動勢為則原線圈中的感應(yīng)電動勢為111m1mdcossin()d2 eNNtNtt (3-13)任務(wù)任務(wù)3.2認識變壓器認識變壓器3.2.2分析變壓器的工作原理分析變壓器的工作原理3.2.2.1變壓器的空載運行變壓器的空載運行(2) 原、副繞組中的感應(yīng)電動勢。原、副繞組中的感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電動勢最大值感應(yīng)電動勢最大值1m1m1m2 ENfN (3-14)感應(yīng)電動勢有效值感應(yīng)電動勢有效值(3-15)1 m11m4 .4 42EEfN 任務(wù)任務(wù)3.2認識變壓器認識變壓器3.2.2分析

11、變壓器的工作原理分析變壓器的工作原理3.2.2.1變壓器的空載運行變壓器的空載運行(3) 電壓平衡方程、電壓比。電壓平衡方程、電壓比。(3-18)111u222UENKUEN任務(wù)任務(wù)3.2認識變壓器認識變壓器3.2.2分析變壓器的工作原理分析變壓器的工作原理3.2.2.2變壓器的負載運行變壓器的負載運行變壓器副邊接上負載阻抗變壓器副邊接上負載阻抗Z后，副線圈中通過電流后，副線圈中通過電流i2，如圖，如圖3-8所示。所示。圖圖3-8有負載時的變壓器有負載時的變壓器任務(wù)任務(wù)3.2認識變壓器認識變壓器3.2.2分析變壓器的工作原理分析變壓器的工作原理3.2.2.2變壓器的負載運行變壓器的負載運行用數(shù)

12、學式表示為用數(shù)學式表示為(3-19)112201i Ni Ni N矢量式為矢量式為(3-20)112201I NI NI N任務(wù)任務(wù)3.2認識變壓器認識變壓器3.2.2分析變壓器的工作原理分析變壓器的工作原理3.2.2.3變壓器的阻抗變換作用變壓器的阻抗變換作用若在變壓器副邊接一電阻若在變壓器副邊接一電阻R，如圖，如圖3-9所示。那么從所示。那么從原邊兩端來看，等效電阻為原邊兩端來看，等效電阻為211221212 2122/()/UNUNNURIN INNI因為因為22URI所以所以212()NRRN(3-25)稱為折算電阻。稱為折算電阻。R任務(wù)任務(wù)3.2認識變壓器認識變壓器3.2.2分析變壓

13、器的工作原理分析變壓器的工作原理3.2.2.3變壓器的阻抗變換作用變壓器的阻抗變換作用圖圖3-9變壓器的阻抗變換變壓器的阻抗變換任務(wù)任務(wù)3.2認識變壓器認識變壓器3.2.3變壓器的額定值、功率和效率變壓器的額定值、功率和效率3.2.3.1變壓器的額定值變壓器的額定值變壓器的額定值標注在銘牌上或書寫在使用說明書變壓器的額定值標注在銘牌上或書寫在使用說明書中，主要有：中，主要有：(1) 額定電壓。額定電壓。(2) 額定電流。額定電流。(3) 額定容量。額定容量。(4) 額定頻率額定頻率 。(5) 額定溫升。額定溫升。Nf任務(wù)任務(wù)3.2認識變壓器認識變壓器3.2.3變壓器的額定值、功率和效率變壓器的

14、額定值、功率和效率3.2.3.2變壓器的功率變壓器的功率變壓器的功率消耗等于輸入功率變壓器的功率消耗等于輸入功率 和輸和輸出功率出功率 之差，即之差，即11 11cosPU I22 22cosPU IL12PPP(3-26)變壓器功率損耗包括鐵損和銅損。變壓器功率損耗包括鐵損和銅損。任務(wù)任務(wù)3.2認識變壓器認識變壓器3.2.3變壓器的額定值、功率和效率變壓器的額定值、功率和效率3.2.3.3變壓器的效率變壓器的效率變壓器的效率為變壓器輸出功率與輸入功率的百分變壓器的效率為變壓器輸出功率與輸入功率的百分比，即比，即21100%PP(3-27)大容量變壓器的效率可達大容量變壓器的效率可達98%99

15、%，小型電源變，小型電源變壓器效率約為壓器效率約為70%80%。任務(wù)任務(wù)3.3變壓器的應(yīng)用變壓器的應(yīng)用3.3.1自耦變壓器的認識與應(yīng)用自耦變壓器的認識與應(yīng)用3.3.1.1自耦變壓器的工作原理自耦變壓器的工作原理自耦變壓器沒自耦變壓器沒有獨立的二次有獨立的二次繞組，它將原繞組，它將原繞組的一部分繞組的一部分作為二次繞組。作為二次繞組。如圖如圖3-10所示所示為一臺單相降為一臺單相降壓自耦變壓器壓自耦變壓器的工作原理圖。的工作原理圖。圖圖3-10單相自耦變壓器工作原理圖單相自耦變壓器工作原理圖任務(wù)任務(wù)3.3變壓器的應(yīng)用變壓器的應(yīng)用3.3.1自耦變壓器的認識與應(yīng)用自耦變壓器的認識與應(yīng)用3.3.1.2

16、使用時應(yīng)注意的問題使用時應(yīng)注意的問題(1) 在電網(wǎng)中運行的自耦變壓器，中性在電網(wǎng)中運行的自耦變壓器，中性點必須可靠接地。點必須可靠接地。(2) 一次側(cè)、二次側(cè)需加裝避雷裝置。一次側(cè)、二次側(cè)需加裝避雷裝置。任務(wù)任務(wù)3.3變壓器的應(yīng)用變壓器的應(yīng)用3.3.1自耦變壓器的認識與應(yīng)用自耦變壓器的認識與應(yīng)用3.3.1.2使用時應(yīng)注意的問題使用時應(yīng)注意的問題(3) 自耦變壓器的短路阻抗比普通變壓自耦變壓器的短路阻抗比普通變壓器小，產(chǎn)生的短路電流大，所以對自器小，產(chǎn)生的短路電流大，所以對自耦變壓器短路保護措施的要求比雙繞耦變壓器短路保護措施的要求比雙繞組變壓器要高，要求有限制短路電流組變壓器要高，要求有限制短

17、路電流的措施。的措施。(4) 使用三相自耦變壓器時，由于一般使用三相自耦變壓器時，由于一般采用采用Y/y連接，為了防止產(chǎn)生三次諧波連接，為了防止產(chǎn)生三次諧波磁通，通常增加一個三角形連接的附磁通，通常增加一個三角形連接的附加繞組，用來抵消三次諧波。加繞組，用來抵消三次諧波。任務(wù)任務(wù)3.3變壓器的應(yīng)用變壓器的應(yīng)用3.3.2儀用互感器的認識與應(yīng)用儀用互感器的認識與應(yīng)用3.3.2.1電壓互感器電壓互感器圖圖3-12電壓互感器接線圖電壓互感器接線圖任務(wù)任務(wù)3.3變壓器的應(yīng)用變壓器的應(yīng)用3.3.2儀用互感器的認識與應(yīng)用儀用互感器的認識與應(yīng)用3.3.2.2電流互感器電流互感器圖圖3-13電流互感器接線圖電流

18、互感器接線圖任務(wù)任務(wù)3.3變壓器的應(yīng)用變壓器的應(yīng)用3.3.2儀用互感器的認識與應(yīng)用儀用互感器的認識與應(yīng)用3.3.2.2電流互感器電流互感器圖圖3-14鉗形電流表鉗形電流表任務(wù)任務(wù)3.3變壓器的應(yīng)用變壓器的應(yīng)用3.3.3電焊機變壓器的認識與應(yīng)用電焊機變壓器的認識與應(yīng)用3.3.3.1電焊工藝對變壓器的要求電焊工藝對變壓器的要求(1) 空載時，空載電壓空載時，空載電壓 一般應(yīng)在一般應(yīng)在6075V，以保證容，以保證容易起弧。易起弧。(2) 負載負載(即焊接即焊接)時，變壓器應(yīng)具有迅速下降的外特時，變壓器應(yīng)具有迅速下降的外特性，如圖性，如圖3-15所示，在額定負載時的輸出電壓所示，在額定負載時的輸出電壓 (焊鉗焊鉗與工件間的電弧與工件間的電弧)約為約為30V左右。左右。(3) 當短路當短路(焊鉗與工件間接觸焊鉗與工件間接觸)時，短路電流時，短路電流 不不應(yīng)過大，一般應(yīng)過大，一般 2 。2kI2kI任務(wù)任務(wù)3.3變壓器的應(yīng)用變壓器的應(yīng)用3.3.3電焊機變壓器的認識與應(yīng)用電焊機變壓器的認識與應(yīng)用3.3.3.1電焊工藝對變壓器的要求電焊工藝對變壓器的要求(4) 為了適應(yīng)不同焊接工件和焊條，要求焊接電流大為了適應(yīng)不同焊接工件和焊條，要求焊接電流大小在一定范圍內(nèi)要均勻可調(diào)。小在一定范圍內(nèi)要均勻可調(diào)。圖圖3-15電焊變壓器的外特性電焊變壓器的外特性任務(wù)任務(wù)3.3變壓器的應(yīng)用變壓