城市軌道交通電工電子技術(shù)單元3 磁路與變壓器

單元3.磁路與變壓器單元學(xué)習(xí)目標掌握磁場的基本物理量；了解鐵磁材料的性質(zhì)；掌握磁路的歐姆定律；了解交流鐵心線圈的電磁性質(zhì)；掌握變壓器的結(jié)構(gòu)、工作原理和應(yīng)用。磁感應(yīng)強度B

磁感應(yīng)強度B是表示磁場內(nèi)某點磁場強弱及方向的物理量。B的大小等于通過垂直于磁場方向單位面積的磁力線數(shù)目，B的方向用右手螺旋定則確定。單位是特斯拉(T)。磁通Φ

均勻磁場中磁通Φ等于磁感應(yīng)強度B與垂直于磁場方向的面積S的乘積，單位是韋伯(Wb)。1、磁路的基本物理量一．磁路的基本概念

磁導(dǎo)率μ

磁導(dǎo)率μ表示物質(zhì)的導(dǎo)磁性能，單位是亨/米(H/m)。真空的磁導(dǎo)率

非鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空極為接近，鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率遠大于真空的磁導(dǎo)率。

相對磁導(dǎo)率μr：物質(zhì)磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率的比值。非鐵磁物質(zhì)μr近似為1，鐵磁物質(zhì)的μr遠大于1。1、磁路的基本物理量一．磁路的基本概念

磁場強度H

磁場強度只與產(chǎn)生磁場的電流以及這些電流分布有關(guān)，而與磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率無關(guān)，單位是安／米（A／m）。是為了簡化計算而引入的輔助物理量。1、磁路的基本物理量一．磁路的基本概念

高導(dǎo)磁性：磁導(dǎo)率可達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不會隨H的增強而無限增強，H增大到一定值時，B不能繼續(xù)增強。磁滯性：鐵心線圈中通過交變電流時，H的大小和方向都會改變，鐵心在交變磁場中反復(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。2、鐵磁材料的性質(zhì)一．磁路的基本概念

鐵磁材料的類型：軟磁材料：磁導(dǎo)率高，磁滯特性不明顯，矯頑磁力和剩磁都小，磁滯回線較窄，磁滯損耗小。硬磁材料：剩磁和矯頑磁力均較大，磁滯性明顯，磁滯回線較寬。矩磁材料：只要受較小的外磁場作用就能磁化到飽和，當外磁場去掉，磁性仍保持，磁滯回線幾乎成矩形。磁化曲線磁滯回線2、鐵磁材料的性質(zhì)一．磁路的基本概念

安培環(huán)路定律

計算電流代數(shù)和時，與繞行方向符合右手螺旋定則的電流取正號，反之取負號。若閉合回路上各點的磁場強度相等且其方向與閉合回路的切線方向一致，則：3、磁路定律一．磁路的基本概念

磁路歐姆定律稱為磁阻，表示磁路對磁通的阻礙作用。

因鐵磁物質(zhì)的磁阻Rm不是常數(shù)，它會隨勵磁電流I的改變而改變，因而通常不能用磁路的歐姆定律直接計算，但可以用于定性分析很多磁路問題。3、磁路定律一．磁路的基本概念

磁路和電路中對應(yīng)的物理量及其關(guān)系式電路磁路

電流I

磁通Φ

電阻R=ρl/S

磁阻

電阻率ρ

磁導(dǎo)率μ

電動勢E

磁通勢F=IN

電路歐姆定律I=E/R

磁路歐姆定律Φ=F/Rm

設(shè)線圈的電阻為R，主磁電動勢為e和漏感電動勢為eσ，由KVL，有：e的有效值為：電磁關(guān)系：二.交流鐵心線圈及變壓器

1、交流鐵心線圈寫成相量形式：設(shè)漏磁電感為Lσ，則：磁滯損耗—應(yīng)采用磁滯回線窄小的鐵磁材料，如變壓器的硅鋼片；渦流損耗—當線圈用于一般工頻交流時，可采用由彼此絕緣且順著磁場方向的硅鋼片疊成鐵心。功率損耗：二.交流鐵心線圈及變壓器

1、交流鐵心線圈電力系統(tǒng)中—升壓、降價，傳輸電能；電子電路中—作為獲得合適電壓的電源，還可用來傳遞信號和實現(xiàn)阻抗匹配。按交流電的相數(shù)不同，可分為單相變壓器和三相或其他相數(shù)的變壓器；按用途分，電力變壓器、控制變壓器、自耦變壓器、電焊變壓器和電爐變壓器、儀用互感器以及電子設(shè)備中常用的電源變壓器、耦合變壓器脈沖變壓器等。

?用途?分類二.交流鐵心線圈及變壓器

2、變壓器結(jié)構(gòu)：變壓器通常由一個公共鐵心和兩個或兩個以上的繞組組成，分為心式變壓器和殼式變壓器兩類。接電源的繞組稱為原繞組（又稱初級繞組或一次繞組），接負載的繞組稱為副繞組（又稱次級繞組或二次繞組）。心式變壓器殼式變壓器二.交流鐵心線圈及變壓器

2、變壓器

原繞組匝數(shù)為N1，電壓u1，電流i1，主磁電動勢e1

，漏磁電動勢eσ1；副繞組匝數(shù)為N2

，電壓u2

，電流i2

，主磁電動勢e2，漏磁電動勢eσ2

。二.交流鐵心線圈及變壓器

2、變壓器原繞組的電壓方程：副繞組的電壓方程：忽略電阻R1和漏抗Xσ1的電壓，則：k稱為變壓器的變比。（1）電壓變換原理（變壓器空載運行）二.交流鐵心線圈及變壓器

2、變壓器二.交流鐵心線圈及變壓器

2、變壓器

由U1≈E1=4.44N1fΦm可知，U1和f不變時，E1和Φm也都基本不變。因此，有負載時產(chǎn)生主磁通的原、副繞組的合成磁動勢（i1N1+i2N2）和空載時產(chǎn)生主磁通的原繞組的磁動勢i0N1基本相等，即：空載電流i0很小，可忽略不計。（2）電流變換原理（變壓器負載運行）二.交流鐵心線圈及變壓器

2、變壓器

設(shè)接在變壓器副繞組的負載阻抗Z的模為|Z|，則：Z反映到原繞組的阻抗模|Z'|為：（3）阻抗變換原理二.交流鐵心線圈及變壓器

2、變壓器三相電力變壓器三.交流鐵心線圈及變壓器

3、變壓器的應(yīng)用三相電力變壓器三相變壓器高、低壓繞組各有不同接法，形成六種不同組合形式。其中最常用的有三種：Y，yn；Y，d和YN，d。①Y，yn接法用于給三相四線制電路供電的配電變壓器，高壓不超過35kV，低壓為400/230V，容量一般不超過1800kV·A。②Y，d接法常用于高壓35kV，低壓為3～10kV的變壓器，其最大容量為5600kV·A。③YN，d連接方式主要用在輸電線路上，它提供了高壓側(cè)電網(wǎng)接地的可能。三.交流鐵心線圈及變壓器

3、變壓器的應(yīng)用（1）產(chǎn)品型號。表示變壓器的結(jié)構(gòu)和規(guī)格，如SJL一500/10，其中S表示三相（D表示單相），J表示油浸自冷式，L表示鋁線（銅線無文字表示），500表示容量為500kVA，10表示高壓側(cè)線電壓為10kV。（2）額定電壓。指高壓繞組接于電網(wǎng)的額定電壓，與此相應(yīng)的是低壓繞組的空載線電壓，例如10000±5％/400V，其中10000±5％表示高壓繞組額定線電壓為10000V，并允許在±5％范圍內(nèi)變動，低壓繞組輸出空載線電壓為400V。（3）額定電流。額定電流I1N和I2N是指原繞組加上額定電壓U1N，原、副繞組允許長期通過的最大電流。三相變壓器的I1N和I2N均為線電流。變壓器的額定值三.交流鐵心線圈及變壓器

3、變壓器的應(yīng)用

（4）額定容量。是在額定工作條件下，變壓器輸出能力的保證值。單相變壓器的額定容量為副繞組額定電壓與額定電流的乘積，即：

SN=U2NI2N≈U1NI1N三相變壓器的額定容量為：三.交流鐵心線圈及變壓器

3、變壓器的應(yīng)用

自耦變壓器三.交流鐵心線圈及變壓器

3、變壓器的應(yīng)用特點：副繞組是原繞組的一部分，原、副壓繞組不但有磁的聯(lián)系，也有電的聯(lián)系。

(1)電流互感器：原繞組線徑較粗，匝數(shù)很少，與被測電路負載串聯(lián)；副繞組線徑較細，匝數(shù)很多，與電流表及功率表、電度表、繼電器的電流線圈串聯(lián)。用于將大電流變換為小電流。使用時副繞組電路不允許開路。儀用互感器電流互感器的接線圖及符號三.交流鐵心線圈及變壓器

3、變壓器的應(yīng)用