磁路和變壓器

磁路和變壓器第1頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月1.磁感應(yīng)強(qiáng)度

B—矢量2.磁通

F

—標(biāo)量單位：Wb4.磁場強(qiáng)度

H—矢量定義：H=B/

3.磁導(dǎo)率

真空磁導(dǎo)率

0=4

10–

7H/m(亨/米)均勻磁場—磁場內(nèi)各點(diǎn)的B大小相等，方向相同。對(duì)于均勻磁場

F

=B

·S相對(duì)磁導(dǎo)率

r=

/

0對(duì)于鐵磁材料

r=102105單位：A/m(安培/米)單位：T（特斯拉），Gs（高斯），1T=104Gs3.1.1磁場的基本物理量3.1磁路及其分析方法用于確定磁場和電流之間的關(guān)系第2頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月1.高導(dǎo)磁性

在外磁場的作用下，磁性物質(zhì)被強(qiáng)烈磁化而呈現(xiàn)出很強(qiáng)的磁性。Hm–HmBr–HCBH3.1.2

磁性物質(zhì)的基本性能2.磁滯性

B的變化落后于H。

剩磁矯頑力第3頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3.磁飽和性

H增加，B增加很小的現(xiàn)象。Hm–HmBrHCBHB-H

-HbcBH

aa、b段，B值隨H的增加而增大3.1.2

磁性物質(zhì)的基本性能b、c段B值隨H的增加的趨勢變緩、過c點(diǎn)出現(xiàn)飽和第4頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月1、右手螺旋定則

（安培定則）(1)通電直導(dǎo)線中的安培定則（安培定則一）：用右手握住通電直導(dǎo)線，讓大拇指指向電流的方向，那么四指的指向就是磁感線的環(huán)繞方向；

(2)通電螺線管中的安培定則（安培定則二）：用右手握住通電螺線管，使四指彎曲與電流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極。復(fù)習(xí)：關(guān)于電磁場的幾個(gè)定則左手定則（安培定則）：已知電流方向和磁感線方向，判斷通電導(dǎo)體在磁場中受力方向，伸開左手,讓磁感線穿入手心(手心對(duì)準(zhǔn)N極，手背對(duì)準(zhǔn)S極)，四指指向電流方向，那么大拇指的方向就是導(dǎo)體受力方向。（電動(dòng)機(jī)）

2、左手定則：

第5頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3、右手定則確定導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)在導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向的定則。（發(fā)電機(jī)）

左手定則說的是磁場對(duì)電流作用力的方向，或者是磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力。

右手定則的內(nèi)容是：伸開右手，使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi)，把右手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入手心，大拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向，則其余四指指向感應(yīng)電流的方向。

右手定則所應(yīng)用的現(xiàn)象，就是導(dǎo)線在磁場里面，切割磁感線運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向

；4、怎么區(qū)分左手定則和右手定則？第6頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

磁路是研究局限于一定范圍內(nèi)的磁場問題。磁路與電路一樣，也是電工學(xué)課程所研究的基本對(duì)象。I

主磁通

漏磁通鐵心線圈磁路：磁通相對(duì)集中通過的路徑。3.1.3磁路的分析方法第7頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月1.磁通連續(xù)性原理通過任意閉合面的磁通量總為0。即穿入閉合面的磁感線，必同時(shí)穿出該閉合面。2.安培環(huán)路定律磁場強(qiáng)度沿任意閉合路徑的線積分，等于穿過該閉合路徑所包圍的電流的代數(shù)和。I3I1I23.1.3磁路的分析方法第8頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月得

Hl=NI磁壓降：HllNui根據(jù)磁通勢：F=NI(單位：安)

=BS=

HS磁路磁阻：Rm磁路歐姆定律：–+返回3.磁路的歐姆定律由于不是常數(shù)，它隨勵(lì)磁電流而變，所以不能用這個(gè)公式來計(jì)算，只能用于定性分析！參見P107磁路與電路對(duì)照表第9頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月主磁通

漏磁通

Nui設(shè)：

=

msint1.感應(yīng)電動(dòng)勢與磁通的關(guān)系ee

e=-Nmcost=Emsin(t

-90)感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值：––+–++3.2交流鐵心線圈電路*第10頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月2.外加電壓與磁通的關(guān)系u→Fm=iN→uR=iR

(主磁通)

→

(漏磁通)→由KVL：u=iR–e

–e

所以u(píng)

–e因?yàn)?/p>

R和e

很小，U的有效值U

E=

4.44fNmU=

4.44fNBmS

Nuiee

––+–++第11頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

Ni(4)銅損線圈電阻產(chǎn)生的損耗(1)

磁滯損耗鐵心反復(fù)磁化時(shí)所消耗的功率。(2)渦流損耗

在鐵心中產(chǎn)生的感應(yīng)電流而引起的損耗。

(3)鐵心損耗=磁滯損耗+渦流損耗PCu

=I2R3.

功率損耗e

–+u–+e–+返回在交變磁通的作用下，鐵損差不多與鐵心內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值Bm的平方成正比，所以一般Bm不宜選太大；第12頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月(a)磁滯損耗Ph：(b)渦流損耗Pe：※銅損耗使線圈發(fā)熱，鐵損耗使鐵心發(fā)熱?！鶞p小鐵損耗的方法：①使用軟磁材料減小Ph；②增大鐵心的電阻率，減小渦流及其損耗

；③用很薄的硅鋼片疊成鐵心，減小渦流及其損耗

。上一節(jié)下一節(jié)上一頁下一頁ΦΦ圖5.2.2渦流損耗(a)(b)返回※減小鐵損耗的方法：使用磁回線狹小的磁性材料，例如硅鋼材料；第13頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月按用途分:電力變壓器，特種用途變壓器。按相數(shù)分:

單相、三相和多相變壓器。按繞組數(shù)分:

雙繞組、多繞組及自耦變壓器。3.3.1

變壓器的工作原理1.變壓器的分類3.3變壓器變壓器是一種利用電磁感應(yīng)作用來改變交流電能的電壓和電流等級(jí)的電氣設(shè)備。第14頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月110kV、220kV330kV、500kV電能負(fù)荷升壓變壓器遠(yuǎn)距離輸電降壓變壓器10kV10kV6kV380V220V上一節(jié)下一節(jié)上一頁下一頁返回▲輸電距離、輸電功率與輸電電壓的關(guān)系:輸電電壓輸電功率輸電距離110kV5×104kW50~150km220kV(20~30)×104kW200~400km500kV100×104kW≥500km在電子線路和自動(dòng)控制系統(tǒng)中，變壓器起著信號(hào)傳遞、阻抗變換以及信號(hào)隔離等作用。變壓器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用：第15頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月變壓器鐵心:硅鋼片疊壓而成。變壓器繞組:高強(qiáng)度漆包線繞制而成。其他部件:油箱、冷卻裝置、保護(hù)裝置等。鐵心線圈殼式變壓器心式變壓器鐵心線圈2.變壓器的結(jié)構(gòu)第16頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月上一節(jié)下一節(jié)上一頁下一頁返回舉例：第17頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

1N1i1一次繞組二次繞組AXax變壓器符號(hào)Axu1–+e1–+e1

–+N2e2u20axSZLi2–++–3.變壓器的工作原理第18頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月S|ZL

|

1N1N2

i1e2u2e1u1e

1

2i2u1

→i1(

i1N1)

1→e1

→e1i2(i2N2

)→

2→e23.變壓器的工作原理e2–++––++–+–e

2+–第19頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

1N1N2AXax

??U1

–

E1

??E2?–

E1?U1

??U20—–

=—–U1U20—–=–—=KN1N2U20=

E2

?

?I0?U1U20E1E2

4.44fN1

m

4.44fN2

mN1N2—–=–—=–—–—–—–=–—E2

?U20?E1

?U1

?E

1

?結(jié)論—變比U1=–E1–E

1+R1I0????E2

=

4.44fN2

m變壓器空載：E1

=

4.44fN1

m–+––+++–有效值之比(1)電壓變換第20頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月aSZLN1I1=N2

I2N1N2AXx

??I1E2?U2?E1?U1?E

1??I2結(jié)論產(chǎn)生主磁通

的磁通勢有效值關(guān)系式I0=

I1N(2.

5)

變壓器接負(fù)載：+–+–E

2?+–+–+–+–+空載時(shí)一次繞組的磁通勢(2)電流變換第21頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月'ZL=—U1I1??ZL=—–U2I2??=–——–KU2–I2/K??=

K2

–—

U2I2

??=K2ZL'ZL=K2ZL結(jié)論?I2KZL?U2?U1?I1Z0'ZLE?可利用變壓器進(jìn)行阻抗匹配！'|ZL|=K2|ZL|+––++–(3)阻抗變換第22頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月一只電阻為8Ω的揚(yáng)聲器（喇叭），需要把電阻提高到800Ω才可以接入半導(dǎo)體收音機(jī)的輸出端。問：應(yīng)該利用電壓比為多大的變壓器才能實(shí)現(xiàn)這一阻抗匹配。［解］∵=10∴R=k2RL

RLRk==8008上一節(jié)下一節(jié)上一頁下一頁返回［例1］第23頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月如圖所示，交流信號(hào)源E=120V，內(nèi)阻R0=800，負(fù)載RL=8，(1)當(dāng)RL折算到原邊的等效電阻R

L=R0時(shí)，求變壓器的匝數(shù)和信號(hào)源的輸出功率；(2)當(dāng)將負(fù)載直接與信號(hào)源聯(lián)接時(shí)，信號(hào)源輸出多大功率？[解](1)

R'L

=K2RL=R0?I2KRL?U2?U1?I1R0'RLE?+–+–+–(2)

[例2]

第24頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)

額定容量

SNSN

=U1NI1N=U2NI2N三相變壓器單相變壓器SN=U1NI1N=U2NI2N(2)

額定電壓U1N和

U2N(3)

額定電流I1N和

I2N

(4)額定頻率

fNU2N—

一次側(cè)加

U1N時(shí)，二次側(cè)繞組的開路電壓。U2N應(yīng)比滿載運(yùn)行時(shí)的輸出電壓

U2高出5%10%。允許通過的最大電流。4.變壓器的銘牌數(shù)據(jù)為何其單位是伏安或千伏安，而不是瓦或者千瓦？這是因?yàn)樽儔浩鞯妮敵龅挠泄β逝c負(fù)載的功率因數(shù)有關(guān)。第25頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月有一臺(tái)額定容量50kV·A、額定電壓3300/220V的變壓器，高壓繞組為6000匝，試求：(1)低壓繞組匝數(shù)；(2)高壓邊低壓邊額定電流；(3)當(dāng)一次側(cè)保持額定電壓不變，二次側(cè)達(dá)到額定電流，輸出功率9kW，功率因數(shù)為cos

=0.8時(shí)的副邊端電壓U2。[解](1)N2=N1U2NU1N=4006000×2203300=(3)

P=U2I2Ncos

I2N=K

I1N=600040015.1=227API2Ncos

U2=9×103227×0.8==215VSNU1N(2)I1N==15.1A=50×1033300

[例3]

第26頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月cos

=0.8cos

=1OU2I2外特性U2=f(I2)電壓變化率（也叫電壓調(diào)整率）U20–U2U20

U=100%U20I2N?I2KRL?U2?U1?I1RiUS?+–+–+–3.3.2變壓器的外特性是指當(dāng)變壓器的U1不變時(shí)，由于二次繞組負(fù)載增加（I2增大）引起的U2的變動(dòng)；第27頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月某單相變壓器的額定電壓為10000/230V，接在10000V的交流電源上向一電感性負(fù)載供電，電壓調(diào)整率為0.03。求變壓器的電壓比及空載和滿載時(shí)的二次電壓。［解］電壓比：U1NU2Nk==10000230=43.5空載電壓：=230V滿載電壓:=223VU20=U2N

U2=U2N(1－ΔU％)PCu

=230×(1－0.03)

V上一節(jié)下一節(jié)上一頁下一頁返回［例4］第28頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月上例中的變壓器，當(dāng)|ZL|=0.966Ω時(shí)，變壓器正好滿載。求該變壓器的電流。［解］

U2|ZL|I2==2230.966=224A=5.15A

I2kI1=上一節(jié)下一節(jié)上一頁下一頁返回［例5］第29頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月1.損耗

P=PCu+PFe銅損2.效率P2

P1

=

—×100%P2+PCu+PFeP2

=

————×100%

=(9099)%鐵損

PFe與Bm有關(guān)3.3.3變壓器的損耗與效率不變損耗可變損耗第30頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月P1P2η=×100%變壓器的效率:※電力變壓器:當(dāng)I2=(60%～80%)I2N時(shí)，

η=ηmax※小型電力變壓器:η=80%～90%※大型電力變壓器:η=98%～99%上一節(jié)下一節(jié)上一頁下一頁返回第31頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月U1?N1N2ZL?U2I=(1–—–)I1N1

N2N2N1=(1–—–)

I21.自耦變壓器?U1?N1N2?U2ZLI1?I2

?I3.3.4特殊變壓器該變壓器的二次繞組是一次繞組的一部分。在實(shí)驗(yàn)室使用該變壓器時(shí)應(yīng)注意：使用完畢后必須調(diào)到零位！第32頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月2.電流互感器3.3.4

特殊變壓器N1N2負(fù)載A~i1i2

用來擴(kuò)大測量交流電流的量程，并保證人身與設(shè)備的安全。其典型應(yīng)用就是鉗型電流表，如圖：注意：測量時(shí)二次繞組電路不允許開路！第33頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月AXax??ii

1

2同名端1.同名端當(dāng)兩個(gè)端口同為流入電流時(shí)，產(chǎn)生的磁通的方向相同，兩個(gè)繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢極性也相同的端口。AXax??++––e1e23.3.5變壓器繞組的極性第34頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月X與a相連，兩個(gè)

1的方向相同u=–e1–e1+R1i+R1i=–2e1+2R1iX與x相連，兩個(gè)

1的方向相反u=–e1+e1+R1i+R1i=2R1i正確聯(lián)接方法，u加在Ax端，錯(cuò)誤聯(lián)接方法，u加在Aa端，將產(chǎn)生很大電流，不允許！2.繞組的連接AXax??ii

1

1e1e1++––AXax??ii

1

1e1e1++––返回第35頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

一臺(tái)單相變壓器，一次側(cè)為兩個(gè)繞組，額定電壓均為110V，試問電源電壓為220V時(shí)，如何連接？電源電壓為110V時(shí)，如何連接？[解]電源電壓為220V時(shí)，接線如右圖所示；電源電壓為110V時(shí)，接線如下圖所示。AXax??AXax??uAXax??u[例6]第36頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

P1193.3.1——3.3.10

思考與練習(xí)第37頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月銜鐵鐵心鐵心線圈線圈銜鐵結(jié)構(gòu)：線圈、鐵心、銜鐵利用電磁力實(shí)現(xiàn)某一機(jī)械發(fā)生動(dòng)作的電磁元件。3.4電磁鐵第38頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月1.直流電磁鐵(1)電磁吸力通入直流，無鐵損，鐵心用整塊的鑄鋼、軟鋼。在吸合后，線圈電流不變，但吸力變大！(2)吸合前后的電磁吸力變化情況吸力的大小與氣隙的截面積S0、氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0的平方成正比。第39頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)平均電磁吸力鐵心由硅鋼片疊成；為了避免吸力變化過程中為零帶來的銜鐵顫動(dòng)和噪聲——加入分磁環(huán)（短路環(huán)）。2.交流電磁鐵(2)吸合前后的電磁平均吸力不變，而勵(lì)磁電流由大變小。電磁吸力是脈動(dòng)的，見P121圖3.4.3第40頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月t

、ff

1鐵心電磁吸力

由于

1與

2之間出現(xiàn)了相位差，合成磁通所產(chǎn)生的電磁吸力就不會(huì)為零。磁通為零，吸力也為零

2短路銅環(huán)(3)分磁環(huán)結(jié)構(gòu)第41頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月1）假如因機(jī)械故障，交流電磁鐵的銜鐵或機(jī)械可動(dòng)部分被卡住，通電后銜鐵吸合不上，會(huì)出現(xiàn)什么問題？[答]線圈中的電流會(huì)比較大，而使線圈發(fā)熱，甚至燒毀。思考：2）把一臺(tái)50Hz、380V的交流電磁鐵接在50Hz、220V的交流電源上，會(huì)出現(xiàn)什么問題？怎樣解決？[答]根據(jù)U4.44fNmU

m

F

吸力不足減少N第42頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月M3~抱閘電磁鐵制動(dòng)輪彈簧電磁鐵應(yīng)用一例第43頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月M3~M3~抱閘電磁鐵制動(dòng)輪彈簧返回第44頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

P1233.3.33.3.73.3.8

本章習(xí)題第45頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月本章小結(jié)

1.了解物質(zhì)的磁性能，理解磁路歐姆定律；2.了解鐵心線圈電路中的電壓與電流的關(guān)系及功率和損耗問題；3.了解變壓器的基本結(jié)構(gòu)，理解變壓器的電壓變換、電流變換和阻抗變換作用以及變壓器的功率和損耗4.理解變壓器的額定值；5.了解繞組同極性端(同名端)和異極性端(異名端)的含義。返回第46頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)額定電壓一定的交流鐵心線圈能否施加大小相同的直流電壓？返回分析與思考題集上一題下一題【答】如果給交流鐵心線圈施加了與交流電壓大小相等的直流電壓會(huì)把線圈燒毀。這是因?yàn)榻涣麒F心線圈上施加的交流電壓絕大部分被感應(yīng)電動(dòng)勢所平衡（U≈E），漏阻抗上的電壓很小，因而勵(lì)磁電流很小。如果是施加同樣大小的直流電壓，由于線圈中沒有感應(yīng)電動(dòng)勢與之平衡，全部電壓降落在線圈本身的電阻上，該電阻值是很小的，因此將會(huì)產(chǎn)生很大的直流勵(lì)磁電流，使線圈燒毀。如果系統(tǒng)有過流保護(hù)裝置，此時(shí)保護(hù)裝置將動(dòng)作跳閘。復(fù)習(xí)題1第47頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)在求變壓器的電壓比時(shí)，為什么一般都用空載時(shí)一、二次繞組電壓之比來計(jì)算？=N1N2E1E2k=【答】因?yàn)樽儔浩鞯碾妷罕鹊扔谝?、二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢之比，也即匝數(shù)之比：空載時(shí)：U1≈E1，E2=U20=U2N，而負(fù)載時(shí)：U1≈E1，E2≈U2，顯然用空載時(shí)一、二次繞組電壓之比來計(jì)算電壓比精確度較高。返回分析與思考題集上一題下一題復(fù)習(xí)題2第48頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月【答】滿載時(shí)變壓器的二次側(cè)電壓U2不等于額定電壓U2N。因?yàn)樽儔浩鞯亩蝹?cè)額定電壓U2N是定義為空載電壓（一次側(cè)為額定電壓時(shí)）U20的，即U2N=U20=E2。變壓器滿載（I2=I2N）時(shí)，(3)滿載時(shí)變壓器的電流等于額定電流，這是的二次側(cè)電壓是否也等于額定電壓？U2=E2－

Z2I2，因而U2≠U2N。返回分析與思考題集上一題下一題復(fù)習(xí)題3第49頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)為了判斷圖所示變壓器實(shí)物中一次側(cè)兩個(gè)線圈的極性，可以將這兩個(gè)線圈的任意兩端串聯(lián)后，在二次側(cè)加一個(gè)不超過其額定值的電壓，如果測得一次側(cè)兩串聯(lián)線圈的總電壓為兩個(gè)線圈電壓之和，則說明現(xiàn)在是異極性端串聯(lián)；如果測得的總電壓為兩個(gè)線圈電壓之差，則說明是同極性端串聯(lián)。試說明此方法的原理。+U1-+

U2(施加)-+U