第6章 磁路与铁心线圈电路

1、2. 了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义;3. 掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用;4. .了解三相电压的变换方法了解三相电压的变换方法;5. 了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。1. 理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的基本知识及磁路的基本定律，会分析计算交流铁基本知识及磁路的基本定律，会分析计算交流铁心线圈电路心线圈电路; 在很多电工设备（如变压

2、器、电机、电磁铁、电在很多电工设备（如变压器、电机、电磁铁、电工测量仪器等）中，不仅有电路的问题，同时还有磁工测量仪器等）中，不仅有电路的问题，同时还有磁路的问题。只有同时掌握了电路和磁路的基本理论，路的问题。只有同时掌握了电路和磁路的基本理论，才能对以上电工设备进行全面分析。才能对以上电工设备进行全面分析。 在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，或其它物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的闭合路径

3、称为磁路。铁心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。四极直流电机和交流接触器的磁路四极直流电机和交流接触器的磁路 FB H/m10470 HBmHmsmAsVmAmWb /2位位的的单单即：即：0r lAlBHlNI IHdlmRF 式中：式中：F = NI 为磁通势，由其产生磁通；为磁通势，由其产生磁通； Rm : 磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用； l : 磁路的平均长度；磁路的平均长度； A: 磁路的截面积。磁路的截面积。 若某磁路的磁通为若某磁路的磁通为 ，磁通势为磁通势为F ，磁阻为，磁阻为Rm，AlNI mRF 则则nn2211lHlHlHNI nlH

4、NI1iii ,lH,lH2211 , . , , nn2211ABABAB nlHNI1iii A 5133004509000.NHlI A 390300450260.NHlI cm 23921510.l A19510)20239(500211 .lH A/m10271049057000 .BH A 16351951440110 lHHNI A 144010201027250 .H 163511635 ININu)( Nii ddtNe tNedd (磁通势磁通势)tiLdd 常常数数 iNLeeRi u )(ddetiLRi )()(EEIRU )(jEIXIR t, sinm )sin(

5、ddddmttNtNe tN cosm )90t(sin2m fN)90(sinm tE mmm444222 fN.fNEE EU (V) 444444mmAfNB.fN.EU Fe2PRIcosUIP 2Fe0IPR 2Fe0IQX IUIUXRZ 2020011404220100cos.UIP 554220 IUZ0RIPRRR 25. 64100220022220 6 5425655X.RZXXX 2cm 527910230.A 3001052721504442204444m .AfB.UN A13002106070022m NlHI 变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电变压器是一

6、种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。子线路中应用广泛。变电压：变电压：电力系统电力系统 变阻抗：变阻抗：电子线路中的阻抗匹配电子线路中的阻抗匹配变电流：变电流：电流互感器电流互感器 ： 在能量传输过程中，当输送功率在能量传输过程中，当输送功率P =UI cos 及及负载功率因数负载功率因数cos 一定时：一定时：电能损耗小电能损耗小节省金属材料（经济）节省金属材料（经济）U I P = I RlI A 发电厂发电厂10.5kV输电线输电线220kV升压升压仪器仪器36V降压降压实验室实验室380 / 220V降压降压变电站变电站 10kV降压降压降压降压高燃点全密封变压器高燃点全

7、密封变压器 变压器的磁路变压器的磁路由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成厚厚0.35mm 或或 0.5mm铁心铁心一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心单相变压器单相变压器一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心单相变压器单相变压器(1) 空载运行情况空载运行情况一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧开路。二次侧开路。1u dd11tNe i0 ( i0N1) 1 dd011tiLe tNedd 22 空载时，空载时，铁心中主铁心中主磁通磁通 是是由一次绕由一次绕组磁通势组磁通势产生的。产生的。0i02 i1u+20u+2e+1e+ 1 1e+(2) 带负载运行情况带负载

8、运行情况 一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧二次侧。1u+1e+1e+ 1 1u dd11tNe 1 dd111tiLe tNedd 22 i1 ( i1N1) i1i2 ( i2N2) 2 2i2+e2+e 2+u2 dd2tiLe22 有载时，铁心有载时，铁心中主磁通中主磁通 是是由一次、二次由一次、二次绕组磁通势共绕组磁通势共同产生的合成同产生的合成磁通。磁通。)sin(ddddm111ttNtNe tN cosm1 )90t(sinm1 E1m144.4NfE 222m1m11 fNEE)90t(sinm22 Ee2m244. 4NfE t, sinm 变压器一次侧等效电路如图

9、变压器一次侧等效电路如图1m1111444Nf.EUEU 绕组电阻绕组电阻 R1 和漏磁通较小和漏磁通较小, 其其两端的电压也较小两端的电压也较小, 忽略不计忽略不计, 则则2m220224440Nf.EUU,I KNNEEUU 2121201结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。高压绕组：高压绕组：U2、 V2 、 W2 : 尾端尾端U1、 V1 、 W1 : 首端首端低压绕组：低压绕组：u1 、v1 、w2: 首端首端u2 、v2 、w2: 尾端尾端/000YYYYYYYY、：高压绕组接法高压绕组接法低压绕组接法低压绕组接法:YY0/三相配电变压器三相配电

10、变压器: Y/动力供电系统（井下照明）动力供电系统（井下照明）: Y0/ 高压侧接成高压侧接成Y形，相电压只有线电压的形，相电压只有线电压的 ，可以，可以降低每相绕组的绝缘要求。降低每相绕组的绝缘要求。3/ 1KUUUUUU 2P1P2P1P2133KUUUUUUPPPP333212121 低压侧接成低压侧接成 形，相电流只有线电流的形，相电流只有线电流的 ，可以，可以减小每相绕组的导线截面。减小每相绕组的导线截面。3/ 12222ZUIZ m10 Nim2211 NiNi1m11 44 4 Nf.EU 102211NiNiNi 一般情况下：一般情况下： I0 一般一般为为 10%I1N 以内

11、很小可忽略。以内很小可忽略。2211NINI 或或：KNNII11221 结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。或：或：221011NININI 102211NiNiNi 2211 NINI 所以所以ZKZ2 结论：结论： 变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所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带负载的阻抗模的K 2 倍。倍。 11IUZ ZKIUKKIKU222222 有一台额定容量有一台额定容量50 kVA、额定电压为、额定电压为 3300/220V的变压器，高压绕组为的变压器，高压绕组为 6000匝匝, 试求：试求：( (1) )低压绕组

12、匝数；低压绕组匝数；( (2) )高压边低压边额定电流高压边低压边额定电流; ( (3) )当当一次侧保持额定电压不变一次侧保持额定电压不变, 二次侧达到额定电流二次侧达到额定电流, 输出输出功率功率9 kW, 功率因数为功率因数为 cos = 0.8 时的副边端电压时的副边端电压 U2。 (1)N2=N1U2NU1N= 4006 000 2203 300=( (3) ) P = U2I2Ncos I2N = K I1N =6 00040015.1 = 227 API2N cos U2=391032270.8= = 215 VSNU1N( (2) )I1N = 15.1 A=50 1033 3

13、0021N2N1NNUU 108800L21 LRRNNK如图如图, 交流信号源的电交流信号源的电动势动势 E= 120V,内阻内阻R 0=800 ,负载为扬声器，其等效电阻为负载为扬声器，其等效电阻为RL=8 。要求。要求: (1)当当RL折算到折算到原边的等效电阻原边的等效电阻 时，时，求变压器的匝数比和信号源输求变压器的匝数比和信号源输出的功率；（出的功率；（2）当将负载直）当将负载直接与信号源联接时接与信号源联接时,信号源输信号源输出多大功率？出多大功率？0LRR W548008008001202L2L0.RRREP 0LRR W1760888001202L2L0.RRREP (2)

14、， 变压器额定容量变压器额定容量(KVA)S: 三相三相D: 单相单相 N1N1N2N2NIUIUS N1N1N2N2N33IUIUS N1N1NIUS 容量：容量： 21PP 一次侧输入功率：一次侧输入功率： cos222IUP 输出功率：输出功率： 变压器运行变压器运行时的功率取时的功率取决于负载的决于负载的性质性质122222)。%100%20220 UUUU)(22IfU 2 U2I2U20I2N2 OFeCu2212PPPPPP 输出功率输出功率输入功率输入功率AXax 同极性端用同极性端用“”表示表示。增加增加+ Aax+ 联接联接 23 Nf.Um2444220 联接联接 13，

15、 2 4 Nf.U444110m 当电源电压为当电源电压为220V时：时：220u+110u+电源电压为电源电压为110V时：时：NN1324NN1324 ii两个线圈中的磁通抵消两个线圈中的磁通抵消原因：原因：电流电流 很大很大11Rui 1111eiuR 感应电势感应电势0 e axAaAXUUU、测量：测量：说明说明 A 与与 x 或或 X 与与 a 是是同极性端同极性端。 axAXAaUUU VVAXu+axAXAaUUU 若若aAXxKNNIIKNNUU112212121 被测电压被测电压=电压表读数电压表读数 N1/N2其中：其中：一次电压一次电压U1N是是电网的额定电压电网的额定电压, ,且已且已标准化标准化(如如10, ,35, 110，220, ,330, ,500千伏等千伏等), 二次电压二次电压U2N, ,一般设一般设计为计为100伏伏。U1N / U2N = K被测电压被测电压=电压表读数电压表读数 N1/N2JDZ-15电压互感器电压互感器 JDZ2-1浇注式电压互感器浇注式电压互感器JDJ2-35油浸式电压互感器油浸式电压互感器JZW-12型型电压互感器电压互感器被测电流被测电流=电流表读数电流表读数 N2/N1二次线圈额定电流二次线圈额定电流I2N一般为一般