《磁路与变压器》PPT课件.ppt

第四章磁路与变压器 第一节铁磁物质及磁路 第二节交流铁心线圈 第三节变压器的基本结构及工作原理 第四节变压器的效率和外特性 第五节变压器的同名端 第六节三相电力变压器 第七节特殊变压器 第四章磁路与变压器 本章介绍的基本物理量 基本定律以及磁性材料的磁性能 在此基础上重点讨论铁心线圈电路和变压器 第一节铁磁物质及磁路 电动机 继电器 电磁铁及变压器等电器都是基于电磁耦合的原理工作的 我们已经学过了电路 现在再来研究磁路 一 铁磁物质 4 1 根据物质的导磁性将其分为铁磁物质和非铁磁物质 铁磁物质的磁化过程详见 电工学 第71页 二 磁场的基本物理量 垂直穿过某一面积S的磁力线的总根数 韦伯wb 穿过单位面积的磁力线根数 特斯拉Twb m2 磁场中某点的B与该点的磁导率 的比值 1 磁通 2 磁感应强度B 3 磁场强度H 4 导磁系数 描述导磁能力大小的物理量 通常使用相对导磁系数 无量纲 真空导磁系数 安 米 A m A cm 8 1 磁导率 表征各种材料导磁能力的物理量 H I a b c B 铁磁材料B H H曲线 从曲线上能明显看出 不是常数 导磁性 工程上利用它来使 磁通尽量地约束在有限的范围内 提高电磁设备的利用率 一般使用B H曲线的ab段 磁滞 B的变化滞后于H的变化如曲线的oa段 o 磁饱和 当H达到一定程度 B不再随H而增加 此为磁饱和 如曲线的cs段 s 若对铁心线圈而言 磁饱和意为 当电流I增加到一定程度 不再随之增加 关于磁滞 祥看请点击 三 磁性材料的磁性能 4 1 磁路 主磁通所经过的闭合路径 磁路的基本概念 线圈通入电流后 产生磁通 分主磁通和漏磁通 磁动势 四 磁路的基本定律 安培环路定律 磁路欧姆定律 与电路类似 磁路也有各种定律 安培环路定律 安培环路定律 安培环路定律 安培环路定律 安培环路定律 沿任一闭合路径 H的线积分等于包围在这闭合路径内各电流的代数和 若磁场均匀则有 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 无分支磁路 平均长l 线圈N匝 I N 磁通 导磁系数 截面积S 根据 磁路欧姆定律 磁阻Rm 基尔霍夫定律 4 1 了解 四 磁路的基本定律 安培环路定律 磁路欧姆定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 有分支磁路 I1 N1 I2 N2 1 磁路的基尔霍夫磁通定律 在节点A处 A 1 2 3 0 2 磁路的基尔霍夫磁压降定律 任一闭合回路中均有 或 磁压降的代数和等于磁动势的代数和 4 1 安培环路定律 全电流律 磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分 等于通过这个闭合路径内电流的代数和 电流方向和磁场强度的方向符合右手定则 电流取正 否则取负 在无分支的均匀磁路 磁路的材料和截面积相同 各处的磁场强度相等 中 安培环路定律可写成 磁路长度L 线圈匝数N HL 称为磁压降 总磁动势 在非均匀磁路 磁路的材料或截面积不同 或磁场强度不等 中 总磁动势等于各段磁压降之和 例 对于均匀磁路 磁路的欧姆定律 4 1 几点说明 磁阻Rm的大小取决于磁路的尺寸和材料的磁导率 很大 但不是常数 因此也不是常数 所以磁路欧姆定律不能用来进行定量计算 只用做定性分析 通常磁路计算应用磁路基尔霍夫定律 磁路和电路有相似之处 但却有本质的区别 磁路和电路的比较 一 磁路 电路 磁通 I N R E I 磁压降 磁动势 U 基本定律 磁阻 磁感应强度 安培环路定律 磁路 I N 欧姆定律 电阻 电流强度 克氏电压定律 克氏电流定律 磁路与电路的比较 二 电路 R E I 关于磁滞 当外电场H值作正负变化使铁磁材料反复磁化过程中 的变化总是落后于i的变化 铁磁材料反复磁化后 得到近似对称原点的闭合曲线 叫磁滞回线 不同的磁性材料 其磁滞回线形状不同 i 软磁材料 硬磁材料 第二节交流铁芯线圈 4 2 第二节交流铁芯线圈 4 2 一 交流铁心线圈的损耗 P PCU Ph Pe 总损耗 铜损 涡流损耗 铁损 磁滞损耗 铜损 PCU 线圈电阻上的损耗 PCU I2R 磁滞损耗 其大小与铁心材料反复磁化后的磁滞回线面积成正比 涡流损耗 交变磁通穿过铁心时 铁心既导磁又导电 因铁心在交变磁通作用下产生感应电动势 从而在垂直于磁通方向的铁心平面内产生旋涡状的感应电流 叫涡流 涡流在铁心内电阻上产生的损耗称涡流损耗 减小涡流损耗的办法 增大涡流通路的电阻即用薄的材料叠成铁心 减小磁滞损耗的办法 铁心尽量采用软磁材料 4 2 二 电压平衡方程式 交流铁心线圈 大部分经铁心闭合 产生e e 主磁通 少部分经空气闭合 产生eL 漏磁通 eL u 线圈电阻上压降为iR 根据KVL得 或 电压平衡方程式 4 2 二 电压平衡方程式 有效值 或 重要结论 外加电压不变时 交流铁心线圈的铁心内主磁通最大值几乎是不变的 这是分析变压器和交流电动机时的重要概念 注意 一 变压器的用途 构造和分类 变压器是基于电磁感应原理而制成的静止的电器设备 用途 变电压 变电流 变阻抗 构造 心式和壳式两种 心式变压器 壳式变压器 分类 单相 三相 多相 升压 降压 仪用电压 电流互感器 焊接变压器 自藕变压器 有两个绕组 也有两个绕组 第三节变压器的基本结构和工作原理 4 3 二 变压器的工作原理 原边绕组N1 名词介绍 幅边绕组N2 一次绕组N1 二次绕组N2 一次侧 二次侧 均指电源侧 均指负载侧 什么是变压器任载运行 什么是变压器空载运行 一次侧接电源二次侧负载开路 一次侧接电源二次侧接负载 4 3 二 变压器的工作原理 变压器空载运行 I0 U1 U20 此时的变压器相当于交流铁心线圈 变比 空载运行的结论 原幅边之比等于原幅边匝数之比 等于常数k 这就是变压器的变电压作用 变压器任载运行 U1 I1 U2 I2 两边绕组中通过的磁通是相同的 4 3 只要U1不变 主磁通就不应该变 所以有 磁动势平衡方程式 有载时原边磁动势分为两部分 1 产生主磁通 励磁分量 I0 2 用来补偿I2N2 负载分量I2 又称去磁 一般I0很小 小型变压器只有2 3 大的不过10 当略去I0N1后有 变电流作用 任载运行结论 变电流作用 任载后 电压比是否还等于变比k 变电压作用 还有一个作用是变阻抗 幅边Z2 原边Z1 变阻抗作用 或 4 3 二 变压器的工作原理 空载运行结论 任载运行结论 变电流作用 变电压作用 变阻抗作用 或 总结 三 额定值 一般变压器的额定值在其名牌上给出 额定电压 额定电流 额定容量 额定频率 一次额定电压U1N 正常时一次绕组所加电压的有效值 二次额定电压U2N 一次电压为U1N时 变压器空载时对应二次侧的空载电压有效值 即U20 U2N 一次额定电流I1N 一次绕组加额定电压 正常工作时一次绕组允许长期通过的最大电流有效值 二次额定电流I2N 一次绕组加额定电压 正常工作时二次绕组允许长期通过的最大电流有效值 指二次侧的输出额定视在功率 即 额定频率50HZ 4 3 注意 变压器几个功率的关系 一 变压器的损耗和效率 4 4 变压器损耗 p分铁损 pFe和铜损 pCu 1 铁损 是交变的主磁通在铁心中产生磁滞损耗 ph和涡流损耗 pe之和 又称为固定损耗 2 铜损 又称为可变损耗 变压器一次侧 二次侧均有电阻 当有电流通过时 产生损耗 3 效率 一次侧输入功率p1 二次侧输出功率p2 效率为 p pFe pCu 小型变压器的效率为70 85 大型变压器效率可达98 第四节变压器的效率和特性 2 外特性 电压保持不变 变压器任载后 由于一 二次侧均有电流通过 必然在一次侧 二次侧内阻抗上产生电压降 从而使二次电压随负载电流增加变小 称 曲线 为变压器的外特性 变压器外特性 电压调整率 满载时电压 空载电压 一般在5 以内 4 4 第四节变压器的效率和特性 当电流流入两个线圈 或流出 时 若产生的磁通方向相同 则两个流入端称为同极性端 同名端 或者说 当铁芯中磁通变化 增大或减小 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 同名端 第五节变压器的同名端 电器使用时两种电压 220V 110V 的切换 220V 联结2 3 110V 联结1 3 2 4 线圈的接法 220V 联结2 3 励磁 两种接法下线圈工作情况的分析 110V 联结1 3 2 4 220V 联结2 3 问题1 在110V情况下 如果只用一个绕组 N 行不行 答 不行 两绕组必须并绕 原边有两个相同绕组的电源变压器 220 110 使用中应注意的问题 问题2 如果两绕组的极性端接错 结果如何 结论 在极性不明确时 一定要先测定极性再通电 答 有可能烧毁变压器 方法一 交流法 同极性端的测定方法 若说明A与a或X与x为同极性端 测量 方法二 直流法 内容详见 电工学 P80 82 第六节三相电力变压器 7 1自耦变压器 使用时 改变滑动端的位置 便可得到不同的输出电压 实验室中用的调压器就是根据此原理制作的 注意 原 副边千万不能对调使用 以防变压器损坏 因为N变小时 磁通增大 电流会迅速增加 第七节特殊变压器 7 2电压互感器用低量程的电压表测高电压 被测电压 电压表读数 N1 N2 7 3电流互感器用低量程的电流表测大电流 被测电流 电流表读数 N2 N1 1 副边不能开路 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 在副边出现过压 使用注意事项 右手螺旋定则 左手定则 右手定则 右手螺旋定则判断磁场方向1 右手四指握导线 当大拇指方向与导线电流方向一致时 其余四指所指的方向 就是导线周围磁场的方向 2 右手四指握线圈 弯曲的四指指向线圈电流方向 则大拇指指的方向 即为线圈的磁场方向 左手定则判断电磁力的方向平伸左手 拇指与其余四