磁路與鐵心線圈電路分析方法

1、磁路與鐵心線圈電路分析方法6.2 交流鐵心線圈電路6.3 變壓器6.1 磁路及其分析方法 在很多電工設備（如變壓器、電機、電磁鐵、電工測量儀器等）中，不僅有電路的問題，同時還有磁路的問題。只有同時掌握了電路和磁路的基本理論，才能對以上電工設備進行全面分析。 在電機、變壓器及各種鐵磁元件中常用磁性材料做成一定形狀的鐵心。鐵心的磁導率比周圍空氣或其它物質(zhì)的磁導率高的多，磁通的絕大部分經(jīng)過鐵心形成閉合通路，磁通的閉合路徑稱為磁路。 交流鐵心線圈電路6.2.1 電磁關系+e+e+ui(磁通勢)主磁通 ：通過鐵心閉合的磁通。漏磁通：經(jīng)過空氣或其它非導磁媒質(zhì)閉合的磁通。線圈鐵心 i，鐵心線圈的漏磁電感 與

2、 I 不是線性關系。6.2.2 電壓電流關系根據(jù)KVL:式中：R是線圈導線的電阻 L 是漏磁電感 當 u 是正弦電壓時，其它各電壓、電流、電動勢可視作正弦量，則電壓、電流關系的相量式為：N+e+e+ui設主磁通 則有效值 由于線圈電阻 R 和感抗X(或漏磁通)較小, 其電壓降也較小，與主磁電動勢 E 相比可忽略，故有式中：Bm是鐵心中磁感應強度的最大值，單位T； A 是鐵心截面積，單位m2。6.2.3 功率損耗 交流鐵心線圈的功率損耗主要有銅損和鐵損兩種。1. 銅損(Pcu) 在交流鐵心線圈中, 線圈電阻R上的功率損耗稱銅損，用Pcu 表示。 Pcu = RI2式中：R是線圈的電阻；I 是線圈

3、中電流的有效值。2. 鐵損(PFe) 在交流鐵心線圈中，處于交變磁通下的鐵心內(nèi)的功率損耗稱鐵損，用PFe 表示。它與鐵心內(nèi)磁感應強度的最大值Bm的平方成正比。鐵損由磁滯和渦流產(chǎn)生。(1) 磁滯損耗(Ph) 由磁滯所產(chǎn)生的能量損耗稱為磁滯損耗(Ph ) 。磁滯損耗的大?。?單位體積內(nèi)的磁滯損耗正比與磁滯回線的面積和磁場交變的頻率 f。 磁滯損耗轉化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。減少磁滯損耗的措施： 選用磁滯回線狹小的磁性材料制作鐵心。變壓器和電機中使用的硅鋼等材料的磁滯損耗較低。 設計時應適當選擇值以減小鐵心飽和程度。(2) 渦流損耗(Pe )渦流損耗: 由渦流所產(chǎn)生的功率損耗。 渦流：交變磁通在鐵心內(nèi)

4、產(chǎn)生感應電動勢和電流，稱為渦流。渦流在垂直于磁通的平面內(nèi)環(huán)流。渦流損耗轉化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。減少渦流損耗措施： 提高鐵心的電阻率(通常由于硅鋼片）。鐵心用彼此絕緣的鋼片疊成，把渦流限制在較小的截面內(nèi)。鐵心線圈交流電路的有功功率為： 變壓器 變壓器是一種常見的電氣設備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應用廣泛。變電壓：電力系統(tǒng) 變阻抗：電子線路中的阻抗匹配變電流：電流互感器 變壓器的主要功能有： 在能量傳輸過程中，當輸送功率P =UI cos 及負載功率因數(shù)cos 一定時：電能損耗小節(jié)省金屬材料（經(jīng)濟）6.3.1 概述U IP = I RlI A 電力工業(yè)中常采用高壓輸電，以減小遠距離傳輸中的線路損耗

5、。在到達目的地后，再由配電變壓器降低電壓等級，以降低電氣設備的絕緣等級和保證用電安全。具體如下： 發(fā)電廠10.5kV輸電線220kV升壓儀器36V降壓實驗室380 / 220V降壓變電站 10kV降壓降壓變壓器的分類電力變壓器 (輸配電用)電壓互感器 電流互感器 按用途分儀用變壓器 整流變壓器 按相數(shù)分單相變壓器 三相變壓器按制造方式殼式心式干式變壓器 高燃點全密封變壓器 330KV變壓器 樹脂澆注干式變壓器單相變壓器變壓器的結構變壓器的磁路繞組：一次繞組二次繞組由高導磁硅鋼片疊成厚0.35mm 或 0.5mm鐵心變壓器的電路一次繞組N1二次繞組N2鐵心單相變壓器 變壓器的工作原理 一次、二次

6、繞組互不相連，能量的傳遞靠磁耦合。一次繞組N1二次繞組N2鐵心單相變壓器(1) 空載運行情況1. 電磁關系一次側接交流電源，二次側開路。i0 ( i0N1) 1空載時，鐵心中主磁通 是由一次繞組磁通勢產(chǎn)生的。+1+(2) 帶負載運行情況1. 電磁關系 一次側接交流電源，二次側接負載。+11i1 ( i1N1) i1i2 ( i2N2) 22i2+e2+e2+u2Z 有載時，鐵心中主磁通 是由一次、二次繞組磁通勢共同產(chǎn)生的合成磁通。2. 電壓變換（設加正弦交流電壓）有效值:同 理：主磁通按正弦規(guī)律變化，設為 則(1) 一次、二次側主磁通感應電動勢變壓器一次側等效電路如圖 繞組電阻 R1 和漏磁通

7、較小, 其兩端的電壓也較小, 忽略不計, 則(2) 一次、二次側電壓變壓器空載時:變壓器空載電壓（匝比）K為變比結論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出電壓。故有三相變壓器Y/Y0聯(lián)結 高壓側接成Y形，相電壓只有線電壓的 ，可以降低每相繞組的絕緣要求。線電壓之比：三相變壓器Y/聯(lián)結線電壓之比： 低壓側接成形，相電流只有線電流的 ，可以減小每相繞組的導線截面。3. 電流變換有載運行當U1、 f 不變，則 m 基本不變，近于常數(shù)?？蛰d：有載：由磁勢平衡式：空載磁勢有載磁勢一般情況下：I0 一般為 10%I1N 以內(nèi)很小可忽略。結論：一次、二次側電流與匝數(shù)成反比?；颍捍艅萜胶馐剑核?. 阻抗變換由圖可知：

8、結論： 變壓器一次側的等效阻抗模，為二次側所帶負載的阻抗模的K 2 倍。 (2) 額定值額定電壓 U1N、U2N 變壓器二次側開路（空載）時，一次、二次側繞組允許的電壓值單相：U1N ，一次側電壓， U2N，二次側空載時的電壓三相：U1N、U2N，一次、二次側的線電壓 額定電流 I1N、I2N 變壓器滿載運行時，一次、二次側繞組允許的電流值。單相：一次、二次側繞組允許的電流值三相：一次、二次側繞組線電流 額定容量 SN 傳送功率的最大能力。單相：三相：容量 SN 輸出功率 P2 一次側輸入功率 P1 輸出功率 P2注意：變壓器幾個功率的關系(單相)效率容量：一次側輸入功率：輸出功率： 變壓器運行時的功率取決于負載的性質(zhì)(2) 額定值 使用時，改變滑動端的位置, 便可得到不同的輸出電壓。實驗室中用的調(diào)壓器就是根據(jù)此原理制作的。注意：一次、二次側千萬不能對調(diào)使用，以防變壓器損壞。因為N變小時，磁通增大，電流會迅速增加。 特殊變壓器1. 自耦變壓器被測電壓=電壓表讀數(shù) N1/N22.電壓互感器 實現(xiàn)用低量程的電壓表測量高電壓其中：一次電壓U1N是電網(wǎng)的額定電壓,且已標準化(如10,35, 110，220,330,500千伏等), 二次電壓U2N,一般設計為100伏。電壓