磁路和变压器

磁路和变压器第1页，课件共51页，创作于2023年2月第五章磁路和变压器5.1

变压器的工作原理5.2

变压器的应用第2页，课件共51页，创作于2023年2月5.1变压器的工作原理实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电路。因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。第3页，课件共51页，创作于2023年2月5.1.1变压器的分类及型号1.按电压的升降：升压、降压2.按相数：单相、三相、多相3.按用途：用于供配电系统的电力变压器，用于测量和继电保护的变压器等等。4.按冷却方式和冷却介质：干冷、油浸、水冷。符号含义：S:三相，D：单相，F：风冷，W：水冷，Z：有载调压，L:铝线圈变压器第4页，课件共51页，创作于2023年2月5.1.2变压器的结构变压器铁心（软磁性材料）绕组（电路部分）原边绕组副边绕组变压器的结构第5页，课件共51页，创作于2023年2月5.1.3变压器的额定值1.额定电压U1N/U2N（空载时端电压保证值，线电压有效值）2.额定电流I1N/I2N(连续运行时允许通过的最大电流，线电压有效值）3.额定容量SN（单相：SN＝U1NI1N＝U2NI2N

三相：SN＝√3U1NI1N＝√3U2NI2N）第6页，课件共51页，创作于2023年2月5.1.4磁路的基本物理量1．磁感应强度B磁感应强度B是表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。B的大小等于通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目，B的方向用右手螺旋定则确定。单位是特斯拉(T)。2．磁通Φ均匀磁场中磁通Φ等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，单位是韦伯(Wb)。第7页，课件共51页，创作于2023年2月3．磁导率μ磁导率μ表示物质的导磁性能，单位是亨/米(H/m)。真空的磁导率非铁磁物质的磁导率与真空极为接近，铁磁物质的磁导率远大于真空的磁导率。

相对磁导率μr：物质磁导率与真空磁导率的比值。非铁磁物质μr近似为1，铁磁物质的μr远大于1。第8页，课件共51页，创作于2023年2月4．磁场强度H

磁场强度只与产生磁场的电流以及这些电流分布有关，而与磁介质的磁导率无关，单位是安／米（A／m）。是为了简化计算而引入的辅助物理量。5．磁动势F第9页，课件共51页，创作于2023年2月理解：磁场的基本定律1．安培环路定律

计算电流代数和时，与绕行方向符合右手螺旋定则的电流取正号，反之取负号。若闭合回路上各点的磁场强度相等且其方向与闭合回路的切线方向一致，则：第10页，课件共51页，创作于2023年2月2．磁路欧姆定律

称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用。因铁磁物质的磁阻Rm不是常数，它会随励磁电流I的改变而改变，因而通常不能用磁路的欧姆定律直接计算，但可以用于定性分析很多磁路问题。第11页，课件共51页，创作于2023年2月3．电磁感应定律

第12页，课件共51页，创作于2023年2月3.磁路与电路的比较磁路磁通势F磁通磁阻电路电动势E电流密度J电阻磁感应强度B电流INI+_EIR第13页，课件共51页，创作于2023年2月5.1.5铁磁材料的磁性能高导磁性：磁导率可达102~104，由铁磁材料组成的磁路磁阻很小，在线圈中通入较小的电流即可获得较大的磁通。磁饱和性：B不会随H的增强而无限增强，H增大到一定值时，B不能继续增强。磁滞性：铁心线圈中通过交变电流时，H的大小和方向都会改变，铁心在交变磁场中反复磁化，在反复磁化的过程中，B的变化总是滞后于H的变化。第14页，课件共51页，创作于2023年2月铁磁材料的类型：软磁材料：磁导率高，磁滞特性不明显，矫顽力和剩磁都小，磁滞回线较窄，磁滞损耗小。硬磁材料：剩磁和矫顽力均较大，磁滞性明显，磁滞回线较宽。矩磁材料：只要受较小的外磁场作用就能磁化到饱和，当外磁场去掉，磁性仍保持，磁滞回线几乎成矩形。磁化曲线磁滞回线第15页，课件共51页，创作于2023年2月5.2变压器5.2.1变压器的工作原理原绕组匝数为N1，电压u1，电流i1，主磁电动势e1，漏磁电动势eσ1；副绕组匝数为N2，电压u2，电流i2，主磁电动势e2，漏磁电动势eσ2。第16页，课件共51页，创作于2023年2月变压器的结构第17页，课件共51页，创作于2023年2月1．电压变换原绕组的电压方程：副绕组的电压方程：忽略电阻R1和漏抗Xσ1的电压，则：k称为变压器的变比。第18页，课件共51页，创作于2023年2月第19页，课件共51页，创作于2023年2月三相变压器的两种接法及电压的变换关系第20页，课件共51页，创作于2023年2月2．电流变换由U1≈E1=4.44N1fΦm可知，U1和f不变时，E1和Φm也都基本不变。因此，有负载时产生主磁通的原、副绕组的合成磁动势（i1N1+i2N2）和空载时产生主磁通的原绕组的磁动势i0N1基本相等，即：空载电流i0很小，可忽略不计。第21页，课件共51页，创作于2023年2月3．阻抗变换设接在变压器副绕组的负载阻抗Z的模为|Z|，则：Z反映到原绕组的阻抗模|Z'|为：第22页，课件共51页，创作于2023年2月第23页，课件共51页，创作于2023年2月5.2.2变压器的工作特性1．外特性电压变化率反映电压U2的变化程度。通常希望U2的变动愈小愈好，一般变压器的电压变化率约在5%左右。2．损耗与效率铁损ΔPFe包括磁滞损耗和涡流损耗。损耗：铜损：第24页，课件共51页，创作于2023年2月效率：3．额定值(1)额定电压UN：指变压器副绕组空载时各绕组的电压。三相变压器是指线电压。(2)额定电流IN：指允许绕组长时间连续工作的线电流。(3)额定容量SN：在额定工作条件下变压器的视在功率。三相变压器：单相变压器：第25页，课件共51页，创作于2023年2月(1)同极性端的标记(2)同极性端的测定毫安表的指针正偏1和3是同极性端；反偏1和4是同极性端。U13=U12－U34时1和3是同极性端；U13=U12＋U34时1和4是同极性端。5.3.1变压器线圈极性测定第26页，课件共51页，创作于2023年2月5.3.2特殊变压器1．自耦变压器特点：副绕组是原绕组的一部分，原、副压绕组不但有磁的联系，也有电的联系。第27页，课件共51页，创作于2023年2月2．仪用互感器(1)电流互感器：原绕组线径较粗，匝数很少，与被测电路负载串联；副绕组线径较细，匝数很多，与电流表及功率表、电度表、继电器的电流线圈串联。用于将大电流变换为小电流。使用时副绕组电路不允许开路。第28页，课件共51页，创作于2023年2月电流表被测电流=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：实现用低量程的电流表测量大电流（被测电流）N1（匝数少）N2（匝数多）ARi1i2第29页，课件共51页，创作于2023年2月(2)电压互感器：电压互感器的原绕组匝数很多，并联于待测电路两端；副绕组匝数较少，与电压表及电度表、功率表、继电器的电压线圈并联。用于将高电压变换成低电压。使用时副绕组不允许短路。第30页，课件共51页，创作于2023年2月二次侧不能短路，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：电压表被测电压=电压表读数N1/N2实现用低量程的电压表测量高电压VR

N1（匝数多）保险丝

N2（匝数少）~u（被测电压）第31页，课件共51页，创作于2023年2月5.4磁路在其他方面的应用5.4.1磁电式仪表1.结构螺旋弹簧IINS指针永久磁铁圆柱形铁心O'O线圈(1)固定部分马蹄形永久磁铁、极掌NS及圆柱形铁心等。(2)可动部分铝框及线圈，两根半轴O和O，螺旋弹簧及指针。极掌与铁心之间的空气隙的长度是均匀的，其中产生均匀的辐射方向的磁场。第32页，课件共51页，创作于2023年2月2.工作原理(1)转动转矩T的产生(2)阻转矩TC的产生在线圈和指针转动时，螺旋弹簧被扭紧而产生阻转矩TC。线圈通入电流

I

电磁力

F线圈受到的转矩T=k1IFSNF线圈通入电流

I

电磁力

F线圈受到转矩

T线圈和指针转动，

弹簧的TC与指针的偏转角成正比，即TC=k2当弹簧的阻转矩T与线圈受到的转矩TC达到平衡时，可动部分停止转动，此时有T=TC

第33页，课件共51页，创作于2023年2月当弹簧阻转矩与转动转矩达到平衡即TC=T时，可转动部分便停止转动，T=k1I，

TC=k2。仪表的标度尺上作均匀刻度。3.阻尼作用的产生当线圈通入电流而发生偏转时，铝框切割磁通，在框内感应出电流，其电流再与磁场作用，产生与转动方向相反的制动力，于是可转动部分受到阻尼作用，快速停止在平衡位置。即指针的偏转角

结论:指针偏转的角度与流经线圈的电流成正比。

第34页，课件共51页，创作于2023年2月4.用途

5.优点：刻度均匀；灵敏度和准确度高；阻尼强；消耗电能量小；受外界磁场影响小。缺点：只能测量直流；价格较高；不能承受较大过载。测量直流电压、直流电流及电阻。第35页，课件共51页，创作于2023年2月5.4.2

电磁铁1.概述电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保持某种机械零件、工件于固定位置的一种电器。当电源断开时电磁铁的磁性消失，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。第36页，课件共51页，创作于2023年2月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FFFF线圈线圈衔铁铁心线圈铁心第37页，课件共51页，创作于2023年2月3.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，产生机械连动，实现控制要求。第38页，课件共51页，创作于2023年2月应用实例

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：M3~抱闸制动轮弹簧电磁铁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：第39页，课件共51页，创作于2023年2月5.5三相变压器ABCXYZabczyx1)三相变压器的结构高压绕组：A-XB-YC-ZX、Y、Z：尾端A、B、C：首端低压绕组：a-xb-yc-za、b、c：首端x、y、z：尾端2)三相变压器的联结方式联结方式：高压绕组接法低压绕组接法三相配电变压器动力供电系统（井下照明）高压、超高压供电系统常用接法:第40页，课件共51页，创作于2023年2月（1）三相变压器Y/Y0联结线电压之比：ACBbca+–+–+–+–第41页，课件共51页，创作于2023年2月（2）三相变压器Y0/联结线电压之比：ACBabc+–+–+–第42页，课件共51页，创作于2023年2月5.5三相变压器5.5.1磁路系统一、组式磁路变压器二、心式磁路变压器特点是：三相磁路彼此无关联。特点是：三相磁路彼此有关联。第43页，课件共51页，创作于2023年2月5.5.2电路系统一、变压器的端头标号绕组名称单相变压器三相变压器中性点首端末端首端末端高压绕组U1U2U1、V2、W1U2、V2、W2N低压绕组u1u2u1、v1、w1u2、v2、w2n中压绕组U1mU2mU1m、V1m、W1mU2m、V2m、W2mNm第44页，课件共51页，创作于2023年2月一、单相变压器的极性**一、二次绕组的同极性端同标志时，一、二次绕组的电动势同相位。******一、二次绕组的同极性端异标志时，一、二次绕组的电动势反相位。5.5.3电路系统第45页，课件共51页，创作于2023年2月二、三相变压器的连接组别连接组别：反映三相变压器连接方式及一、二次线电动势（或线电压）的相位关系。三相变压器的连接组别不仅与绕组的绕向和首末端标志有关，而且还与三相绕组的连接方式有关。理论和实践证明，无论采用怎样的连接方式，一、二次侧线电动势（可电压）的相位差总是300的整数倍。因此可以采用时钟表示法——作为时钟的分针，指向12点，作为时钟的时针，其指向的数字就是三相变压器的组别号。组别号的数字乘以300，就是二次绕组的线电动势滞后于一次侧电动势的相位角。第46页，课件共51页，创作于2023年2月连接组别可以用相量图来判断：若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可以得到Y,y4、Y,y8连接组别。1、Y，y连接同名端在对应端，对应的相电动势同相位，线电动势和也同相位，连接组别为Y，y0。同理，若异名端在对应端，可得到Y，y6、Y,y10和Y,y2连接组别。第47页，课件共51页，创作于2023年2月若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可以得到Y,d3、Y,d7连接组别。2、Y，d连接——1同名端在对应端，对应的相电动势同相位，线电动势和相差3300，连接组别为Y，d11。同理，若异名端在对应端，可得到Y，d5、Y,d9和Y,d1连接组别。第48页，课件共51页，创作于2023年2月若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可以得到Y,d5、Y,d9连接组别。3、Y，d连接——2同名端在对应端，对应的相电动势同相位，线电动势和相差300，连接组别为Y，d1。同理，若异名端在对应端，可得到Y，d7、Y,d11和Y,d3连接组别。第49页，课件共51页，创作于2023年2月总之，对于Y，y（或D，d）连接，可以得到0、2、4、6、8、10等六个偶数组别；而Y，d（或D，y）连接，可以得到1、3、5、7、9、11等六个奇数组别。变压器的连接组别很多，为了便于制造和并联运行，