第三章磁路與變壓器4

電工電子技術(shù)烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系ElectricTechnique&ElectronicTechnique第三章、磁路與變壓器第一節(jié)磁性材料的磁性質(zhì)第二節(jié)交流鐵心線圈電路第三節(jié)變壓器的工作原理第四節(jié)幾種常用的變壓器第五節(jié)變壓器的額定值及型號(hào)學(xué)習(xí)指導(dǎo)教學(xué)要求：

1、掌握變壓器的用途與結(jié)構(gòu)；

2、掌握單相變壓器與三相變壓器；

3、熟悉磁路的基本概念；

4、熟悉電磁鐵。第一節(jié)、磁性材料的磁性質(zhì)1.磁場(chǎng)的基本物理量磁通Φ：通過與磁場(chǎng)線方向垂直的某一截面內(nèi)磁場(chǎng)線的總數(shù)。通電線圈中的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B：表示磁場(chǎng)內(nèi)某一點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。磁場(chǎng)線在該點(diǎn)處的方向就是磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向，在數(shù)值上B等于該點(diǎn)與磁場(chǎng)方向垂直的單位面積內(nèi)所通過的磁通。1.磁場(chǎng)的基本物理量均勻磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B：通電線圈中的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的國際單位：特【拉斯】（T）磁場(chǎng)強(qiáng)度H：——輔助物理量安培環(huán)路定律磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量沿任意閉合路徑的線積分等于穿過該閉合路徑所包圍的全部電流的代數(shù)和。I1I3I2Hdl右圖為例：方向：右手螺旋法則磁導(dǎo)率u：表示介質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量真空介質(zhì)中磁導(dǎo)率：相對(duì)磁導(dǎo)率：2.鐵磁材料磁疇：鐵心自身具有的自然磁性小區(qū)域。沒有外磁場(chǎng)作用，各個(gè)磁疇的磁場(chǎng)方向總體上不規(guī)則，宏觀不顯磁性。II磁疇和鐵心的磁化IAB曲線2直線1磁化過程直線1空心線圈時(shí)的情況曲線2線圈中放入鐵心時(shí)情況磁化過程說明稱為飽和狀態(tài)，鐵心的增磁作用已經(jīng)達(dá)極限，同直線1B點(diǎn)以后

所有磁疇的磁場(chǎng)逐漸沿外磁場(chǎng)的方向排列，鐵心磁場(chǎng)從未飽和到飽和

AB段

大部分磁疇的磁場(chǎng)沿外磁場(chǎng)方向排列，與I成正比且增加率較大

OA段

曲線2即磁化曲線

與I成正比

直線1鐵磁材料的磁性能高導(dǎo)磁性：磁導(dǎo)率可達(dá)102~104，由鐵磁材料組成的磁路磁阻很小，在線圈中通入較小的電流即可獲得較大的磁通。磁飽和性：B不會(huì)隨H的增強(qiáng)而無限增強(qiáng)，H增大到一定值時(shí)，B不能繼續(xù)增強(qiáng)。磁滯性：鐵心線圈中通過交變電流時(shí)，H的大小和方向都會(huì)改變，鐵心在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化，在反復(fù)磁化的過程中，B的變化總是滯后于H的變化。+u－

i

eseΦσΦ+－EIR磁路電路磁通電流I磁通勢(shì)F=NI電動(dòng)勢(shì)E磁阻Rm電阻R磁路歐姆定律＝F/Rm電路歐姆定律I=E/R磁路與電路產(chǎn)生磁場(chǎng)的激勵(lì)磁通通過時(shí)，磁路呈現(xiàn)阻礙作用的大小磁路的歐姆定律磁路歐姆定律揭示了磁路中的磁通Φ與勵(lì)磁電流I之間的關(guān)系：得：鐵心內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：注：鐵心環(huán)路的平均路徑。N：線圈匝數(shù)I：線圈中通過的電流l：鐵心環(huán)路平均值Ir安培環(huán)路定律磁路的歐姆定律假設(shè)環(huán)形鐵心截面積S的半徑比環(huán)的平均半徑r小的多，即可認(rèn)為環(huán)內(nèi)磁場(chǎng)線在S上均勻分布，則：?。夯颍篒r則磁通：這就是磁路的歐姆定律。磁通勢(shì)：F磁阻第二節(jié)、交流鐵心線圈電路

直流磁路線圈中通入的是直流電流，磁路中的磁通Φ恒定不變，不會(huì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此直流線圈電路中的電壓、電流關(guān)系、功率損耗與一般直流電路相同。交流鐵心線圈電路圖uie

交流磁路勵(lì)磁線圈中通入的是交流電流，交流磁路中會(huì)產(chǎn)生交變磁通，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。一、各磁量之間的關(guān)系交流電壓u交流鐵心線圈電路圖uie勵(lì)磁電流i磁通勢(shì)Ni主磁通Φ感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e在交流磁路中，主磁通Φ是交變的，交變磁通在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e，各電磁量的關(guān)系如下：二、主磁通與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)設(shè)主磁通：交流鐵心線圈電路圖uie感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e式中：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值E三、電壓平衡方程向量表示：忽略勵(lì)磁線圈中的導(dǎo)線電阻產(chǎn)生的壓降Ri后，可以列出基爾霍夫電壓定律方程：uie有效值表示：上式表明，在電源電壓的有效值U和頻率f保持不變時(shí)，只要匝數(shù)N不變，主磁通的最大值Φm就基本不變。恒磁通原理第三節(jié)、變壓器工作原理變壓器：靜止電器，把交流電壓轉(zhuǎn)換為同頻率的另一 數(shù)值交流電壓。作用：1.輸電、配電（電壓越高，電流越小，輸電線

橫截面積越小，節(jié)省材料）。2.減少線路上的功率損耗。工作原理變壓器符號(hào)：變壓器的基本結(jié)構(gòu)：心式變壓器殼式變壓器特點(diǎn)是：線圈包圍鐵心特點(diǎn)是：鐵心包圍線圈功率較大的變壓器多采用心式變壓器，以減少鐵心體積，節(jié)省材料。空載運(yùn)行：原邊接入電源，副邊開路，變電壓作用。接上交流電源原邊電流i1等于勵(lì)磁電流i10

產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)二.變壓器的工作原理

i10

產(chǎn)生磁通（交變）（

方向符合右手定則）-+-+結(jié)論：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。K稱為變比原、副邊電壓關(guān)系根據(jù)交流磁路的分析可得：時(shí)（變電壓）負(fù)載運(yùn)行：變電流、變阻抗作用Z

副邊帶負(fù)載后對(duì)磁路的影響：在副邊感應(yīng)電壓的作用下，副邊線圈中有了電流i2

。此電流在磁路中也會(huì)產(chǎn)生磁通，從而影響原邊電流i1。但當(dāng)外加電壓、頻率不變時(shí)，鐵芯中主磁通的最大值在變壓器空載或有負(fù)載時(shí)基本不變

。帶負(fù)載后磁通勢(shì)的平衡關(guān)系為：空載時(shí)的磁通勢(shì)帶負(fù)載時(shí)的合成磁通勢(shì)結(jié)論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比由于變壓器鐵芯材料的磁導(dǎo)率高、空載勵(lì)磁電流很小，可忽略。即：原、副邊電流關(guān)系（變電流）（變阻抗）原、副邊阻抗關(guān)系從原邊等效：結(jié)論：變壓器原邊的等效負(fù)載，為副邊所帶負(fù)載乘以變比的平方。變壓器的外特性1．外特性電壓調(diào)整率反映了供電電壓的穩(wěn)定性。通常希望的變動(dòng)愈小愈好，一般變壓器的電壓調(diào)整率約在5%左右。2．損耗與效率鐵損ΔPFe包括磁滯損耗和渦流損耗。損耗：銅損：效率：空載電壓二次繞組輸出電壓第四節(jié)、幾種常用的變壓器1自耦變壓器使用時(shí)，改變滑動(dòng)端的位置，便可得到不同的輸出電壓。實(shí)驗(yàn)室中用的調(diào)壓器就是根據(jù)此原理制作的。注意：原、副邊千萬不能對(duì)調(diào)使用，以防變壓器損壞。因?yàn)镹變小時(shí)，磁通增大，電流會(huì)迅速增加。電壓互感器：用低量程的電壓表測(cè)高電壓1.副邊不能短路，以防產(chǎn)生過流；2.鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損壞時(shí)，在副邊出現(xiàn)高壓。使用注意：被測(cè)電壓=電壓表讀數(shù)N1/N2電壓表電流互感器：用低量程的電流表測(cè)大電流被測(cè)電流=電流表讀數(shù)N2/N11.副邊不能開路，以防產(chǎn)生高電壓；2.鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損壞時(shí)，在副邊出現(xiàn)過壓。使用注意事項(xiàng)：電流表

額定電壓

變壓器副邊開路（空載）時(shí)，原、副邊繞組允許的電壓值。額定電流

變壓器滿載運(yùn)行時(shí)，原、副邊繞組允許的電流值。變壓器的銘牌數(shù)據(jù)（以單相變壓器為例）第五節(jié)、變壓器的額定值及型號(hào)

額定容量

傳送功率的最大能力。

額定頻率

變壓器正常工作所加交流電源的頻率。我國和世界上多數(shù)國家使用的電力標(biāo)準(zhǔn)頻率是50Hz電源變壓器一次繞組的匝數(shù)N1=660匝，接電源電壓U1=220V。它有兩個(gè)二次繞組，開路電壓分別是U20=36V、U30=12V。計(jì)算兩個(gè)二次繞組的匝數(shù)N2和N3。例3-1二次繞組匝數(shù)與電壓比例關(guān)系不變：解：二次繞組匝數(shù)：額定容量10kV·A的變壓器，額定電壓是3300V/220V。計(jì)算（1）一、二次繞組的額定電流I1N和I2N；（2）負(fù)載是220V、40W、λ=cosφ=0.44的日光燈。變壓器滿載時(shí)可接入多少盞這樣的日光等？例3-2一次繞組的額定電流：解：二次繞組額定電流：額定容量10kV·A的變壓器，額定電壓是3300V/220V。計(jì)算（1）一、二次繞組的額定電流I1N和I2N；（2）負(fù)載是220V、40W、λ=cosφ=0.44的日光燈。變壓器滿載時(shí)可接入多少盞這樣的日光等？例3-2每盞日光燈的電流：解：可以接入的日光燈數(shù)：已知交流信號(hào)源的電壓有效值U=6V，內(nèi)阻R0=100Ω，負(fù)載是揚(yáng)聲器，其電阻RL=8Ω。（1）把揚(yáng)聲器直接接在信號(hào)源的輸出端(左圖)，計(jì)算負(fù)載得到的功率P’；（2）為使負(fù)載獲得最大功率，在信號(hào)源與負(fù)載之間接入變壓器(右圖)，使RL折算到一次側(cè)的等效電阻RL’=R0。計(jì)算滿足這一條件的變壓器變比K負(fù)載得到的功率P？例3-3+-+-已知交流信號(hào)源的電壓有效值U=6V，內(nèi)阻R0=100Ω，負(fù)載是揚(yáng)聲器，起電阻是計(jì)算RL=8Ω。（1）把揚(yáng)聲器直接接在信號(hào)源的輸出端，計(jì)算負(fù)載得到的功率P’例3-3+-解：負(fù)載獲的功率：電流有效值：已知交流信號(hào)源的電壓有效值U=6V，內(nèi)阻R0=100Ω，負(fù)載是揚(yáng)聲器，起電阻是計(jì)算RL=8Ω。（2）為了使負(fù)載獲得最大功率，在信號(hào)源與負(fù)載之間接入變壓器，使RL折算到一次測(cè)的等效電阻RL’=R0。計(jì)算滿足這一條件的變壓器變比K負(fù)載得到的功率P？例3-3+-解：帶入計(jì)算得：要使負(fù)載獲得最大功率，需滿足：變壓器一次繞組電流有效值：負(fù)載獲得的功率：三相變壓器結(jié)構(gòu)示意圖U2U1V2