电工技术第次课

电工技术第次课第1页，共43页，2023年，2月20日，星期一回顾高导磁性：磁性材料的磁性能产生与外磁场同方向的附加磁场磁饱和性：磁路及其基本定律磁路：磁阻磁通流过的路径磁畴B-H磁化曲线BJ曲线和B0叠加磁滞性：磁感应强度滞后于磁场强度变化(铁心线圈中通有交变电流时)剩磁感应强度矫顽磁力磁滞回线磁路的欧姆定律：磁压降磁路的计算：求产生预定磁通所需的磁通势交流铁心线圈电路电磁关系铁心线圈的漏磁电感为常数铁心线圈的主磁电感不为常数电压电流关系☆☆第2页，共43页，2023年，2月20日，星期一三、功率损耗问题交流铁心线圈中的功率损耗包括两部分：铜损△Pcu1）铜损：线圈电阻R上的功率损△Pcu=I2R铁损△PFeΦi+u++eeΦ(线圈上的损耗)(铁心中的损耗)§7-4交流铁心线圈电路第3页，共43页，2023年，2月20日，星期一

措施：选用磁滞回线狭小的磁性材料来制造铁心2）铁损：铁心在交变电流磁场的磁化下，也有功率损耗，它由两部分组成。A.磁滞损耗△Ph：可以证明，交变磁化一周在铁心上的单位体积内所产生的磁滞损耗能量与磁滞回线所包围的面积成正比；由于磁滞损耗要引起铁心发热，应尽量减小磁滞损耗。Φi+u++eeΦ第4页，共43页，2023年，2月20日，星期一B.涡流损耗△Pe

Ф涡流损耗也要引起铁心发热.铁心线圈中通有交流电流时，它所产生的磁通也是交变的因此，不仅要在线圈中感应电动势，而且在铁心内也要产生感应电动势和感应电流。这种感应电流称为涡流，它在垂直于磁通方向的平面内环流着，呈旋涡状。Ф磁性物质不仅是导磁材料，又是导电材料。第5页，共43页，2023年，2月20日，星期一

措施：在顺磁场的方向铁芯可由彼此绝缘的钢片叠成Ф

此外，通常所用的硅钢片中含有少量的硅，因而电阻率较大，也可以使涡流减小。第6页，共43页，2023年，2月20日，星期一第7页，共43页，2023年，2月20日，星期一涡流也有有利的一面，例如：涡流检测，电度表的计数器就是用涡流和磁场相互作用而产生电磁力的原理来制成的。利用涡流的热效应来冶炼金属等。第8页，共43页，2023年，2月20日，星期一注意：铁损只存在于交流铁心线圈中，直流铁心线圈不存在PFe

铁心线圈交流电流的有功功率：第9页，共43页，2023年，2月20日，星期一四、等效电路（*）铁心线圈交流电路也可用等效电路来进行分析,即用一个不含铁心的交流电路来等效代替之。等效条件：在同样电压作用下，功率、电流及各量之间的相位关系保持不变，使磁路计算的问题简化为电路计算问题。在除去线圈的电阻和感抗之后，理想铁心线圈中仍有能量的损耗和储放。Φi+u+u’=-euΦuR第10页，共43页，2023年，2月20日，星期一Φi+u+u’=-euΦuRiu’=-euR0uRRX0++用一个具有电阻R0

和感抗X0

的一段电路来等效代替第11页，共43页，2023年，2月20日，星期一其中，R0

为与铁损相对应的等效电阻，其值为：X0为与铁心中能量储放（与电源发生能量互换）相对应的等效感抗iu’=-euR0uRRX0++是理想铁心线圈中的无功功率第12页，共43页，2023年，2月20日，星期一等效电路的阻抗模为：iu’=-euR0uRRX0++第13页，共43页，2023年，2月20日，星期一例7.4.1U=220V，I=4A，P=100W，f=50Hz，忽略线圈电阻与漏磁通，求（1）cos，

(2)R0,X0

解：iu’=-euR0uRRX0++第14页，共43页，2023年，2月20日，星期一iu’=-euR0uRRX0++第15页，共43页，2023年，2月20日，星期一§7-5变压器发电厂欲将P=UIcosφ的电功率输送到用电的区域，在P、cosφ为一定值时，若采用的电压愈高，则输电线路中的电流愈小，因而可以减少输电线路上的损耗一、变压器的用途及分类把某种数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压目前，我国交流输电的电压最高已达750kV第16页，共43页，2023年，2月20日，星期一

发电机的输出电压一般有3.15kV、6.3kV、10.5kV、15.75kV等几种，因此必须用升压变压器将电压升高才能远距离输送。升压，降压，阻抗变换，电流变换在用电方面，多数用电器所需电压是380V、220V或36V，少数电机也采用3kV、6kV等。

变压器的作用：

第17页，共43页，2023年，2月20日，星期一二、变压器基本结构接负载接电源原线圈副线圈闭合铁芯第18页，共43页，2023年，2月20日，星期一三、变压器电路符号i1u1i2u2N1N2++第19页，共43页，2023年，2月20日，星期一四、工作原理1.空载运行变压器原线圈接上额定的交变电压，副线圈开路不接负载，称为空载运行在外加正弦电压u1的作用下，线圈内有交变电流i0流过。这时原线圈内的电流，称作变压器的空载电流，又称激磁电流。N1Fi0u1u2i2＝0+++e1+e2Φ1+e1N2第20页，共43页，2023年，2月20日，星期一由于铁心的磁导率远大于空气的磁导率，所以i0产生的磁通大部分集中在铁心里，沿铁心而闭合，该磁通称作主磁通（或工作磁通），用Φ表示。空载电流（激磁电流）的有效值I0一般都很小，约为额定电流的3%～8%i0还将产生漏磁通，用Φ1表示N1Fi0u1u2i2＝0+++e1+e2Φ1+e1N2第21页，共43页，2023年，2月20日，星期一①电磁关系N1Fi0u1u2i2＝0+++e1+e2Φ1+e1N2第22页，共43页，2023年，2月20日，星期一则原线圈中的感应电动势为感应电动势最大值设主磁通按正弦规律变化，即N1Fi0u1u2i2＝0+++e1+e2Φ1+e1N2第23页，共43页，2023年，2月20日，星期一感应电动势有效值同理，副线圈中感应电动势上式中,N2为副线圈匝数。由此可得：N1Fi0u1u2i2＝0+++e1+e2Φ1+e1N2第24页，共43页，2023年，2月20日，星期一②电压平衡方程原边KVL方程R1为原边绕组的电阻为原边绕组的漏磁感抗在工程计算中常忽略原绕组中的阻抗不计。因此：N1Fi0u1u2i2＝0+++e1+e2Φ1+e1N2第25页，共43页，2023年，2月20日，星期一这说明，在变压器原线圈中，主磁(自感)电动势和电源电压几乎相等，但相位相反。上式表明：在电源频率和原线圈匝数一定的情况下，当电源电压不变时，变压器铁心中的Φm基本上是个常数由于空载时i2=0，副线圈的端电压为：第26页，共43页，2023年，2月20日，星期一③电压变比式中k称为变压器的变压比，简称变比，表明变压器空载时，原、副边端电压之比等于原、副线圈的匝数之比k＞1，是降压变压器；k＜1，是升压变压器。第27页，共43页，2023年，2月20日，星期一2.有载运行变压器副边接上负载阻抗Z后，副线圈中通过电流i2，如图所示。电动势e2将在副绕组上一边的电路中产生电流i2，此时，原绕组的电流将从空载电流i0相应地增大到i1N1Fi1u1u2i2+++e1+e2Φ1+e1N2ZΦ2e2+第28页，共43页，2023年，2月20日，星期一①电磁关系N1Fi1u1u2i2+++e1+e2Φ1+e1N2ZΦ2e2+有载时，铁心中的磁通由原、副绕组的磁通势共同产生。第29页，共43页，2023年，2月20日，星期一②原、副绕组的KVL方程N1Fi1u1u2i2+++e1+e2Φ1+e1N2ZΦ2e2+第30页，共43页，2023年，2月20日，星期一R2为副绕组电阻为漏磁感抗u2为副绕组输出电压N1Fi1u1u2i2+++e1+e2Φ1+e1N2ZΦ2e2+第31页，共43页，2023年，2月20日，星期一在原、副绕组的阻抗都忽略不计时：第32页，共43页，2023年，2月20日，星期一因此，变压器有载时的总磁通势应与变压器空载时的磁通势基本相等N1i1+N2i2≈N1

i0前已述及，在电源频率和原线圈匝数一定的情况下，当电源电压不变时，变压器铁心中的Φm基本上是个常数N1Fi1u1u2i2+++e1+e2Φ1+e1N2ZΦ2e2+

即：铁心中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时是差不多恒定的。第33页，共43页，2023年，2月20日，星期一原边电流和副边电流在相位上几乎相差180°由于空载电流很小，可忽略。第34页，共43页，2023年，2月20日，星期一变压器的电流变换变压器带载后，原边电流由副边电流决定第35页，共43页，2023年，2月20日，星期一变压器带载后：表明：在不考虑变压器本身损耗的情况下，变压器原绕组输入的功率等于副绕组输出的功率。第36页，共43页，2023年，2月20日，星期一（3）阻抗变换等效条件：输入电路的电压、电流和功率不变i1i2u1u2N1N2Z++Z’i1u1+第37页，共43页，2023年，2月20日，星期一阻抗匹配的概念Z’i1u1+匝数比不同，负载阻抗Z

折算到原边的等效阻抗Z’

也不同采用不同的匝数比，把负载阻抗变换为所需要的、比较合适的数值。第38页，共43页，2023年，2月20日，星期一（1）欲使RL’=R0,求N1/N2，信号源输出功率。(R0=800Ω,RL=8Ω，E=120V)（2）将负载直接与信号源连接时，信号源输出多大功率？例解N1N2RLR0U+第39页，共43页，2023年，2月20日，星期一五、变压器的额定值1.额定电压：

10000/230V反映了变比2.额定电流：

I1N、I2N是指变压器按规定工作方式运行时原、副边允许的最大电流3.额定容量：是指副绕组的额定电压与额定电流的乘积称为变压器的额定容量。

(空载电压)第40页，共43页，2023年，2月20日，星期一六、外特性当变压器的负载增加时，原、副线圈绕组中的电流都要增大。I2cosφ=1cosφ=0.8U2U20I2N