第4章 磁路与变压器.ppt

第4章磁路与变压器 上一页 下一页 返回 4 1磁路4 2交流铁芯线圈4 3电磁铁4 4单相变压器4 5三相变压器4 6特殊变压器 4 1磁路 一 磁场的基本物理量 1 磁通 A 与磁力线垂直的某面积 m2 T 通过磁场中某一面积A的磁力线的总数 单位 Wb 2 磁感应强度BB 矢量 其数值B表示磁场的强弱 其方向表示磁场的方向 在均匀磁场中 磁通密度 上一页 下一页 返回 H 矢量 0 4 10 7H m 方向与B的方向相同 单位 A m 4 磁导率 真空中的磁导率 3 磁场强度H H的大小 只与产生该磁场的电流大小成正比 与介质的性质无关 B的大小 不仅与产生该磁场的电流大小有关 还与介质的性质有关 H m 相对磁导率 r 0 上一页 下一页 返回 二 物质的磁性能 非磁性物质 非铁磁物质 0 顺磁物质 磁性物质 铁磁物质 1 高导磁性 0 铸钢 1000 0 硅钢片 6000 7000 0 反磁物质 上一页 下一页 返回 磁路 初始磁化曲线 2 磁饱和性 不是常数 3 磁滞性 剩磁 矫顽磁力 磁滞回线 基本磁化曲线 上一页 下一页 返回 硬磁物质 磁性物质的分类 Br大 HC大 软磁物质 Br小 HC小 矩磁物质 Br大 HC小 上一页 下一页 返回 三 磁路欧姆定律 用于定性分析磁路 上一页 下一页 返回 磁路欧姆定律 全电流定律 Hdl I 左边 Hdl Hdl HClC H0l0 Rm Rmc Rm0 令 铁心的磁阻 空气隙的磁阻 磁路的磁阻 上一页 下一页 返回 右边 I NI 磁路的磁动势 因此 Rm NI 磁路欧姆定律 C 0 Rm0 Rmc NI一定时 因Rm0的存在 使 大大减小 若要保持一定的 则需要大大增加NI 上一页 下一页 返回 4 2交流铁心线圈 一 直流铁心线圈电路电压与电流的关系 线圈消耗的功率 P UI RI2 上一页 下一页 返回 二 交流铁心线圈电路 励磁 u i Ni e el 1 电压与电流关系设 msin t 则 e N mcos t N msin t 90o Em N m 2 fN m 上一页 下一页 返回 E 4 44Nf m 漏磁通磁路对应的电感 漏电感 漏电抗 X Ll 2 fLl 漏阻抗 上一页 下一页 返回 忽略漏阻抗 有 则 当 U f一定时 m基本不变 2 功率损耗 P PCu PFe 铜损 铁损 RI2 Ph Pe 磁滞损耗 涡流损耗 上一页 下一页 返回 a 磁滞损耗 Ph b 涡流损耗 Pe 铜损耗使线圈发热 铁损耗使铁心发热 减小铁损耗的方法 使用软磁材料减小 Ph 增大铁心的电阻率 减小涡流及其损耗 用很薄的硅钢片叠成铁心 减小涡流及其损耗 0 35mm0 30mm0 27mm0 22mm a b 上一页 下一页 返回 一个铁心线圈 加上12V直流电压时 电流为1A 加上110V交流时 电流为2A 消耗的功率为88W 求后一种情况线圈的铜损耗 铁损耗和功率因数 解 例 1 线圈施加直流电压时 12 2 线圈施加交流电压时 PCu RI2 12 22W 48W PFe P PCu 88 48 W 48W 0 4 上一页 下一页 返回 4 3电磁铁 铁心线圈通电 磁场 吸引衔铁或保持某种机械零件 工件于固定位置 当电源断开时 磁性消失 衔铁或其它零件即被释放 电磁铁衔铁的动作可使其它机械装置发生联动 根据使用电源类型分为 直流电磁铁 用直流电源励磁 交流电磁铁 用交流电源励磁 1 概述 上一页 下一页 返回 2 基本结构 电磁铁由线圈 铁心及衔铁三部分组成 常见的结构如图所示 铁心 衔铁 衔铁 有时是机械零件 工件充当衔铁 线圈 线圈 衔铁 铁心 线圈 铁心 上一页 下一页 返回 3 电磁铁吸力的计算 1 直流电磁铁吸力的大小与气隙的截面积S0及气隙中的磁感应强度B0的平方成正比 基本公式如下 式中 B0的单位是特 斯拉 S0的单位是平方米 F的单位是牛 顿 N 衔铁吸合后 磁动势不变 磁阻变小 磁通变大 F变大 上一页 下一页 返回 2 交流电磁铁的吸力 交流电磁铁中磁场是交变的 设 则吸力瞬时值为 式中 为吸力的最大值 吸力的波形 吸力平均值为 O 上一页 下一页 返回 为了消除衔铁振动现象 分磁环 或称短路环 感应电流 磁通 1 1和 2之间产生相位差 吸力不同时为零 消除振动和噪音 短路环 上一页 下一页 返回 4 电磁铁的应用 电磁铁在生产中获得广泛应用 其主要应用原理是 用电磁铁衔铁的动作带动其他机械装置运动 产生机械联动 实现控制要求 电磁铁吸合后的特点 1 U f不变 不变 F基本不变 2 磁阻变小 磁动势变小 吸合前 起动电流 电流比吸合后大 十几倍 几十倍 若频繁起动 励磁线圈过热而损坏 上一页 下一页 返回 应用实例图示为应用电磁铁实现制动机床或起重机电动机的基本结构 其中电动机和制动轮同轴 原理如下 通电 电磁铁动作 拉开弹簧 抱闸提起 松开制动轮 电机转动 断电 电磁铁释放 弹簧收缩 抱闸抱紧 抱紧制动轮 电机制动 启动过程 制动过程 上一页 下一页 返回 一 单相变压器的基本结构 1 铁心 用硅钢片叠成 2 绕组 线圈 接电源的绕组 一次绕组 接负载的绕组 二次绕组 或工作电压高的绕组 高压绕组 工作电压低的绕组 低压绕组 3 其他 油箱 油 油枕 散热器 保护设备等 4 4单相变压器 上一页 下一页 返回 二 单相变压器的工作原理 上一页 下一页 返回 变压器的结构原理图 变压器电路原理图 一次绕组的参数 R1 电阻 X1 漏电抗 Z1 漏阻抗 二次绕组的参数 R2 电阻 X2 漏电抗 Z2 漏阻抗 上一页 下一页 返回 变压器等效电路 三 电压变换 电压比 结论 上一页 下一页 返回 某单相变压器的额定电压为10000 230V 接在10000V的交流电源上向一电感性负载供电 求变压器的电压比 解 例 电压比 43 5 上一页 下一页 返回 二 电流变换 N1i1 N2i2 U1N E1 4 44fN1 m N1i0 磁通势平衡方程 忽略I0 则 上一页 下一页 返回 上例的变压器 当 ZL 0 966 时 变压器正好满载 求该变压器的电流 解 例 224A 5 15A 上一页 下一页 返回 三 阻抗变换作用 忽略Z1 Z2 I0 k Ze k2 ZL 等效 上一页 下一页 返回 结论 变压器一次侧的等效阻抗模 为二次侧所带负载的阻抗模的k2倍 上一页 下一页 返回 交流信号源的电动势E 120V 内阻 负载电阻 折算到一次测的电阻等效电阻时 1 求变压器的匝数比和信号源输出的功率 2 当将负载直接与信号源连接时 信号源输出功率 解 例 返回 1 变压器的匝数比为 信号源的输出功率为 上一页 下一页 返回 2 当将负载直接接在信号源上时 四 变压器的外特性 当一次侧电压U1和负载功率因数cos 2保持不变时 二次侧输出电压U2和输出电流I2的关系 U2 f I2 称为变压器的外特性 上一页 下一页 返回 U2N 一次侧加额定电压U1N 二次侧开路时 二次侧的额定输出电压 一般供电系统希望要硬特性 随I2的变化 U2变化不大 电压变化率约在5 左右 电压变化率 图5 4 4变压器的外特性 I2N U2 满载电压 满载 额定 电流 上一页 下一页 返回 五 变压器的功率及功率损耗 一次绕组的视在功率 S1 U1I1 二次绕组的视在功率 S2 U2I2 变压器的额定容量 SN U2NI2N U1NI1N 输入功率 P1 U1I1cos 1 输出功率 P2 U2I2cos 2 变压器的损耗 P P1 P2 PCu PFe 铜损耗 PCu R1I12 R2I22 可变损耗 上一页 下一页 返回 不变损耗 PFe Ph Pe 铁损耗 效率 磁滞损耗和涡流损耗 上一页 下一页 返回 一变压器容量为10kV A 铁损为300W 满载时的铜损为400W 求该变压器在满载时向功率因数为0 8的负载供电时输入和输出的有功功率及效率 解 例 忽略电压变化率 则 P2 SNcos 2 10 103 0 8W 8kW P PCu PFe 300 400 W 0 7kW P1 P2 P 8 0 7 kW 8 7kW 92 上一页 下一页 返回 当电流流入 或流出 两个线圈时 若产生的磁通方向相同 则两个流入 或流出 端称为同极性端 1 同极性端 同名端 或者说 当铁心中磁通变化时 在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端 同极性端用 表示 增加 同极性端和绕组的绕向有关 六 变压器的极性 上一页 下一页 返回 联接2 3 2 线圈的接法 联接1 3 2 4 当电源电压为220V时 电源电压为110V时 上一页 下一页 返回 如果两绕组的极性端接错 结果如何 答 有可能烧毁变压器 结论 在同极性端不明确时 一定要先测定同极性端再通电 上一页 下一页 返回 4 5三相变压器 1 三相变压器的结构 三相变压器的磁路系统分成各相磁路彼此无关和彼此有关的两类 将三台相同的单相变压器的绕组按一定方式作三相联结 可组成三相组式变压器如图 a 磁路系统 图4 5 1三相组式变压器 上一页 下一页 返回 这种变压器各相磁路是相互独立的 彼此无关 当一次绕组施加三相对称交流正弦电压时 三相主磁通 也是对称的 b 对称磁通 图4 5 1三相组式变压器 上一页 下一页 返回 设外施电压三相对称 则三相磁通的总和 可将中间铁心柱省去 图4 5 2三相心式铁心的构成 上一页 下一页 返回 高压绕组 U2 V2 W2 尾端 U1 V1 W1 首端 低压绕组 u1 v1 w1 首端 u2 v2 w2 尾端 图4 5 3三相心式变压器 上一页 下一页 返回 2 三相绕组的联结方式 1 星形联结法 Y联结法 将三相绕组的尾端连在一起 作为中点 而将三个首端引出如图4 5 4 a 2 三角形联结法 联结法 将一相绕组的尾端和另一相绕组的首端连在一起 顺次连成一个闭合回路 两种不同的联结顺序 1 U1U2 W1W2 V1V2 U1U2 如图4 5 4 b 所示 2 U1U2 V1V2 W1W2 U1U2 如图4 5 4 c 所示 上一页 下一页 返回 a Y形联结 b 形联结 c 另一种 联结图4 5 4三相绕组联结法及其对应的电动势相量图 上一页 下一页 返回 例 某三相变压器 因数 Y 联结 向功率 的感性负载供电 满载时二次绕组的 线电压为380V 求 1 满载时一 二次绕组的线电流和相电流 2 输出的有功功率 解 1 满载时一 二次绕组的线电流即额定电流 上一页 下一页 返回 相电流为 2 输出的有功功率 上一页 下一页 返回 4 6特殊变压器 1 自耦变压器 上一页 下一页 返回 二次侧不能短路 以防产生过流 2 铁心 低压绕组的一端接地 以防在绝缘损坏时 在二次侧出现高压 使用注意事项 被测电压 电压表读数 N1 N2 实现用低量程的电压表测量高电压 2 电压互感器 上一页 下一页 返回 被测电流 电流表读数 N2 N1 二次侧不能开路 以防产生高电压 2 铁心 低压绕组的一端接地 以防在绝缘损坏时 在二次侧出现过压 使用注意事项 3 电流互感器 实现用低量程的电流表测量大电流 上一页 下一页 返回 变压器内部 上一页 下一页 返