电工磁路与变压器市公开课一等奖省赛课获奖课件

海南风光第6章磁路与变压器清华大学电机系电工学教研室唐庆玉编1电工磁路与变压器第1页第6章磁路与变压器6.1磁路6.2变压器工作原理6.3变压器使用6.4特殊变压器介绍2电工磁路与变压器第2页磁路：主磁通所经过闭合路径。i6.1磁路6.1.1.磁路基本概念线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁通。：主磁通：漏磁通铁心（导磁性能好磁性材料）线圈3电工磁路与变压器第3页6.1.2磁路计算中基本物理量一、磁感应强度（磁通密度）与磁场方向相垂直单位面积上经过磁通（磁力线）单位：韦伯1Tesla=104高斯B

单位：特斯拉（Tesla）4电工磁路与变压器第4页二、磁导率：表征各种材料导磁能力物理量（亨/米）真空中磁导率()为常数普通材料磁导率和真空中磁导率之比，称为这种材料相对磁导率，则称为磁性材料，则称为非磁性材料5电工磁路与变压器第5页磁性材料磁性能：1.非线性大小BH(I)

2.磁饱和性HBBH

3.磁滞性依据磁性能，磁性材料又可分为三种：软磁材料（磁滞回线窄长。惯用做磁头、磁心等）、永磁材料（磁滞回线宽。惯用做永久磁铁）、矩磁材料（滞回线靠近矩形。可用做记忆元件）。6电工磁路与变压器第6页三、磁场强度H磁场强度是计算磁场所用物理量，其大小为磁感应强度和导磁率之比。单位：B

：特斯拉：亨/米：安/米7电工磁路与变压器第7页一.安培环路定律（全电流律）：6.1.3磁路基本定律磁场中任何闭合回路磁场强度线积分,等于经过这个闭合路径内电流代数和.I1I2I3电流方向和磁场强度方向符合右手定则，电流取正；不然取负。8电工磁路与变压器第8页

在无分支均匀磁路（磁路材料和截面积相同，各处磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：磁路长度L线圈匝数NIHL：称为磁压降。NI：称为磁动势。普通用F表示。F=NI9电工磁路与变压器第9页总磁动势

在非均匀磁路（磁路材料或截面积不一样，或磁场强度不等）中，总磁动势等于各段磁压降之和。例：IN10电工磁路与变压器第10页对于均匀磁路磁路中欧姆定律二.磁路欧姆定律则：INSL注：因为磁性材料是非线性，磁路欧姆定律多用作定性分析，不做定量计算。令：Rm称为磁阻11电工磁路与变压器第11页磁路和电路比较（一）磁路电路磁通INR+_EI磁压降磁动势电动势电流电压降U12电工磁路与变压器第12页基本定律磁阻磁感应强度安培环路定律磁路IN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比较(二)电路R+_EI13电工磁路与变压器第13页励磁电流：在磁路中用来产生磁通电流励磁电流直流-------直流磁路交流-------交流磁路磁路分析直流磁路交流磁路6.1.4磁路分析14电工磁路与变压器第14页IU一.直流磁路分析直流磁路特点:直流磁路和电路中恒压源类似直流电路中

E

固定I

随R改变随改变

直流磁路中

F固定

一定一定磁动势F=IN一定磁通和磁通成反比（线圈中没有反电动势）（R为线圈电阻）15电工磁路与变压器第15页电路方程：普通情况下很小交流激励线圈中产生感应电势二.交流磁路分析：主磁通：漏磁通ui感应电势和产生16电工磁路与变压器第16页假设则最大值有效值ui17电工磁路与变压器第17页ui一定时磁动势IN随磁阻改变而改变。当外加电压U、频率f与线圈匝数N一定时，便确定下来。依据磁路欧姆定律，当交流磁路特点:交流磁路和电路中恒流源类似直流磁路中：

固定F随改变直流电路中：

IS固定U

随R改变18电工磁路与变压器第18页交流磁路中磁阻对电流影响电磁铁吸合过程分析：在吸合过程中若外加电压不变,则基本不变。iu电磁铁吸合前(气隙大）

大起动电流大电磁铁吸合后(气隙小）小电流小假如气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线圈中电流一直很大，将会造成过热，把线圈烧坏。注意：19电工磁路与变压器第19页(U不变，I不变）(I随Rm

改变）（U不变时，基本不变）直流磁路交流磁路磁路小结（随Rm改变）20电工磁路与变压器第20页变压器功效：变电压：电力系统变阻抗：电子电路中阻抗匹配（如喇叭输出变压器）

变电流：电流互感器

6.2变压器工作原理21电工磁路与变压器第21页发电厂1.05万伏输电线22万伏升压变电站1万伏降压变压器应用举例…降压试验室380/220伏降压仪器36伏降压22电工磁路与变压器第22页单相变压器铁芯原边绕组副边绕组一、变压器基本结构23电工磁路与变压器第23页变压器符号：工作过程：24电工磁路与变压器第24页1.空载运行

原边接入电源，副边开路。接上交流电源原边电流i1等于励磁电流i10

产生感应电动势二、变压器工作原理

i10产生磁通（交变）（方向符合右手定则）25电工磁路与变压器第25页结论：改变匝数比，就能改变输出电压。K为变比原、副边电压关系依据交流磁路分析可得：时（变电压）26电工磁路与变压器第26页2.负载运行Z

副边带负载后对磁路影响：在副边感应电压作用下，副边线圈中有了电流i2

。此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响原边电流i1。但当外加电压、频率不变时，铁芯中主磁通最大值在变压器空载或有负载时基本不变

。带负载后磁动势平衡关系为：27电工磁路与变压器第27页结论：原、副边电流与匝数成反比因为变压器铁芯材料导磁率高、空载励磁电流很小，可忽略。即：原、副边电流关系（变电流）28电工磁路与变压器第28页（变阻抗）原、副边阻抗关系从原边等效：结论：变压器原边等效负载，为副边所带负载乘以变比平方。29电工磁路与变压器第29页阻抗变换举例：扬声器上怎样得到最大输出功率。RsRL信号源设：信号电压有效值:U1=50V;信号内阻：Rs=100;负载为扬声器，其等效电阻：RL=8。求：负载上得到功率解：（1）将负载直接接到信号源上，得到输出功率为：30电工磁路与变压器第30页Rs（2）将负载经过变压器接到信号源上。输出功率为：设变比则：结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提升了很多。原因是满足了电路中取得最大输出条件（信号源内、外阻抗差不多相等）。31电工磁路与变压器第31页

额定电压

变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许电压值。额定电流

变压器满载运行时，原、副边绕组允许电流值。

额定容量

传送功率最大能力。（理想）6.3.1变压器铭牌数据（以单相变压器为例）

6.3变压器使用32电工磁路与变压器第32页容量SN输出功率P2

原边输入功率P1

输出功率P2注意：变压器几个功率关系效率变压器功率因数容量：原边输入功率：输出功率：33电工磁路与变压器第33页6.3.2变压器效率()为预防涡流损失，铁芯普通由一片片导磁材料叠合而成。变压器损耗包含两部分：铜损(PCU)：绕组导线电阻所致。磁滞损失：磁滞现象引发铁芯发烧，造成损失。涡流损失：交变磁通在铁芯中产生感应电流（涡流），造成损失。铁损()：PFE34电工磁路与变压器第34页6.3.3变压器外特征副边输出电压和输出电流关系。即：U2I2U20U20：原边加额定电压、副边开路时，副边输出电压。普通供电系统希望要硬特征（随I2改变，U2改变不多）35电工磁路与变压器第35页当电流流入两个线圈(或流出）时，若产生磁通方向相同，则两个流入端称为同极性端（同名端）。或者说，当铁芯中磁通改变（增大或减小）时，在两线圈中产生感应电动势极性相同两端为同极性端。同极性端(同名端)AXax**6.3.4变压器绕组极性及连接方法AXax**36电工磁路与变压器第36页电器使用时两种电压（220V/110V）切换：220V：联结2－3110V：联结1－3，2－4线圈接法1324**37电工磁路与变压器第37页220V：联结2－3励磁两种接法下线圈工作情况分析**132438电工磁路与变压器第38页110V：联结1－3，2－41,32,4220V：联结2－31324**说明：两种接法下不变，所以铁芯磁路设计相同励磁'39电工磁路与变压器第39页问题1：在110V

情况下，假如只用一个绕组（N），行不行？答：不行（两绕组必须并绕）原边有两个相同绕组电源变压器（220/110），使用中应注意问题：**13241,32,4N若两种接法铁芯中磁通相等，则：40电工磁路与变压器第40页问题2：假如两绕组极性端接错，结果怎样？结论：在极性不明确时，一定要先测定极性再通电。答：有可能烧毁变压器两个线圈中磁通抵消烧毁感应电势电流

很大原因：**1324’41电工磁路与变压器第41页方法一：交流法AXax同极性端测定方法若说明A与a或X与x为同极性端。把两个线圈任意两端(X-x)连接,然后在AX上加一小电压u。测量：若说明A与x或X与a是同极性端；结论：42电工磁路与变压器第42页方法二：直流法mA表+_AXaxK+-**AXax+_K设K闭合时增加。感应电动势方向，阻止增加。假如当K闭合时，mA表正偏，则A－a为同极性端;假如当K闭合时，mA表反偏，则A－x为同极性端结论：43电工磁路与变压器第43页变压器设计中一些概念(1)一定额定容量定铁芯窗口定导线直径定定则（铜多、铁少）则（铜少、铁多）(,一定时,)44电工磁路与变压器第44页在