磁路与变压器课件3

磁路與變壓器電工設備中常見的磁路及鐵心線圈變壓器

鐵心–+SN電機

鐵心繞組繞組繞組繞組3.1

磁路的基本知識一、磁路的概念1.磁感應強度B(磁通密度)：是表示磁場內某點的磁場強弱和方向的物理量。均勻磁場—磁場內各點的B大小相等，方向相同。單位：T（特[斯拉]）方向：與電流之間用右螺旋定則確定。（該點磁場作用於1米長、1安電流的導體上的力）4.磁場強度

H定義：H=B/

3.磁導率

相對磁導率

r=

/

0

對於鐵磁材料

r=102

105單位：A/m(安/米)鐵磁材料廣泛應用在變壓器、電機、電工儀錶等。真空磁導率

0=4

10

–

7H/m（亨/米）對於均勻磁場

F

=B

•S

F-標量單位：Wb

（韋[伯]）2.磁通F等於磁感應強度B與垂直於磁場方向的面積S的乘積。二、鐵磁材料

根據導磁性能的不同,自然界的物質可分為兩大類：一類稱為為鐵磁材料，另一類為非鐵磁材料。相對磁導率μr

：相對磁導率μr

：

物質磁導率與真空磁導率的比值。真空的磁導率：三、磁路歐姆定律磁通勢：F=NI單位A(安）單位H-1(每亨）磁路歐姆定律：INU–+鐵心磁路

INU–+鐵心磁路

磁通勢：勵磁電流和線圈匝數的乘積。磁路磁阻：磁路磁阻：磁路與電路各物理量的對應關係磁通勢：F

磁路電路電動勢：E

磁通:

電流:

I磁路磁阻：電路電阻:磁路歐姆定律：電路歐姆定律：

（不是常數）

F

F

00磁通隨磁通勢變化曲線空心線圈鐵心線圈

磁飽和3.2

交流鐵芯線圈電路iu–+

主磁通

ee

漏磁通

一、電磁關係感應電動勢的有效值：設：

=

msint=–

N

mcost=

Emsin(t-90)感應電動勢的有效值：

當電源頻率和線圈匝數一定時，只要電壓U不變,就要求磁通

m不能變。

u

–e∵R和e

很小U

E

=

4.44fNm由KVL：u=iR–e

–e

二、功率損耗鐵心線圈的功率損耗=銅損

+鐵損線圈導線電阻產生的損耗銅損：鐵損：（在鐵心中產生的感應電流而引

起的損耗）磁滯損耗（鐵心反復磁化時所消耗的功率）渦流損耗

為了減少鐵心損耗，變壓器、電機等電器設備中鐵心通常用厚度為0.35mm或0.5mm矽鋼片疊裝而成。

鐵磁材料反復磁化時，內部磁疇的極性取向隨著外磁場的交變來回翻轉，在翻轉的過程中，由於磁疇間相互摩擦而引起的能量損耗稱為磁滯損耗。磁滯損耗

鐵磁材料反復磁化時，內部磁疇的極性取向隨著外磁場的交變來回翻轉，在翻轉的過程中，由於磁疇間相互摩擦而引起的能量損耗稱為磁滯損耗。磁滯損耗渦流在鐵芯中造成的熱量損耗。渦流損耗為減小渦流損耗，常用矽鋼片疊壓制成電機電器的鐵芯。1.為什麼說磁路歐姆定律只能用於定性分析？

2.磁滯損耗和渦流損耗是怎麼產生的？如何減小這兩種損耗？

變壓器可以變換電壓、電流和阻抗的功能。應用非常廣泛。電力系統：變壓器用於改變供電系統的電壓。電子線路：變壓器用於改變電壓、耦合電路、傳送信號和實現阻抗的匹配等。

還有一些特殊變壓器（如：自耦變壓器、電流互感器等）及專用變壓器（如：電焊變壓器、整流變壓器等）。按相數分:

單相、三相和多相變壓器。分類：按用途分:

電力變壓器，特殊用途變壓器。按結構分:

心式變壓器、殼式變壓器。按冷卻方式分:

自冷變壓器、油冷變壓器。3.3

變壓器其他部件:

油箱、冷卻裝置、保護裝置等殼式變壓器變壓器主要組成部分變壓器鐵心:

矽鋼片疊壓而成變壓器繞組:

原邊(一次線圈、高壓繞組)副邊(二次線圈、低壓繞組)心式變壓器線圈鐵心鐵心線圈1、鐵心一、變壓器的結構2、繞組

變壓器的繞圈通常稱為繞組。在變壓器中，接到高壓電網的繞組稱為高壓繞組，接到低壓電網的繞組稱為低壓繞組。

按照高壓繞組和低壓繞組的相互位置和形狀的不同，繞組可以分為同心式和交疊式兩種。殼式變壓器繞組和鐵心的結構示意圖

低壓繞組

高壓繞組同心式繞組交疊式繞組

低壓繞組

高壓繞組變壓器的繞組二、變壓器的工作原理其中N1為一次繞組的匝數，一次繞組也稱為原繞組或原邊。N2為二次繞組的匝數，二次繞組也稱為副繞組或副邊。–+u1e1變壓器原理示意圖i1

e

1

主磁通

1N1e

2

e2i2u2–+ZLN2

2原繞組副繞組

2→e2→

1→e

1→變壓器符號U1U20—–=–—=

KN1N2U1U20E1E2

4.44fN1

m

4.44fN2

mN1N2—–=–—=–—–—–—–=–—變壓器變比E2

=

4.44fN2

m1.

空載運行變壓器空載：E1

=

4.44fN1

m–+u1e1i1

e

1

N1e2N2u20–+變壓器帶載工作時U1U2—–≈–—=

KN1N2i2u2–+ZLe

2

–+u1e1i1

e

1

N1e2N22.

負載運行變壓器接負載：∵U1≈E1

=

4.44fN1

m

變壓器接負載後,副邊磁勢也產生磁通,主磁通

為合成磁通。

電源電壓U1沒有變∴變壓器接負載後,主磁通

m

不變。（空載電流很小）N1I1=N2

I2結論有效值3.

阻抗變換•I2K•U2•U1•I1–++–Z2Z1負載阻抗結論

在電子線路和通信工程中，常用變壓器來實現阻抗的匹配。三、變壓器的額定值和運行特性1.

變壓器的額定值（1）額定電壓（V、KV）U2N

原繞組加U1N時，副繞組的開路電壓。U1N

原繞組的額定電壓。三相變壓器為線電壓。（2）額定容量（VA、KVA）三相變壓器單相變壓器（3）額定電流（A）

I2N

副繞組的額定電流。I1N

原繞組的額定電流。三相變壓器為線電流。（4）額定頻率fN

額定頻率fN是指變壓器應接入的電源頻率，我國電力系統的標準頻率為50Hz。（5）型號

例:某收音機輸出變壓器的原線圈匝數N1=600匝，N2=30匝，接有阻抗為16揚聲器（匹配），現要改接成4揚聲器，問二次線圈匝數為多少才能匹配？解：原變比K+–電壓變化率2.變壓器的外特性cos

﹤1cos

=10U2I2U20I2N•I2K•U2•U1•I1–++–Z2（電壓變化率越小越好，一般在5%左右）變壓器外特性

當電源電壓U1和負載功率因數一定時，的關係曲線稱為變壓器的外特性。損耗銅損效率電力變壓器

=

(90

99)%3.變壓器的功率損耗與效率鐵損

PFe與Bm、f有關例:有一單相容量為10kVA、額定電壓3300/220V的變壓器。問：（1）變壓器的變比；原、副邊額定電流是多少？（2）副邊接220V、40W的白熾燈，如變壓器在額定狀態下運行，可接多少盞？（3）如果副邊接的是220V、40W、cos

=0.45的日光燈可接多少盞？解：（3）A18.022040===UPI每盞燈電流（2）每盞燈電流A40.045.0220

40cos===jUPI（1）1.為什麼變壓器的鐵心要用矽鋼片疊成？用整塊的鐵心行不行？

變壓器能否用來變換直流電壓？如果將變壓器接到與額定電壓相同的直流電源上，會有輸出嗎？會產生什麼後果？有一臺220\110V的變壓器，可否把變壓器原繞組繞2匝，副繞組繞1匝來滿足變比的要求？為什麼？

3.4

常用變壓器一、自耦變壓器和調壓器N1N2u1u2++--滑動頭原理圖•U1•N1N2•U2I1•I2Z接零線接火線(1)原、副邊不能對調使用，否則可能會燒壞繞組，甚至造成電源短路。(2)接通電源前，應先將滑動觸頭調到零位，接通電源後再慢慢轉動手柄，將輸出電壓調至所需值。使用自耦調變壓器時應該注意：二、小功率電源變壓器

小功率電源變壓器：在各種儀器設備中提供所需電源電壓的變壓器，一般容量和體積都較小。小功率電源變壓器變壓器線圈極性的測定

如果變壓器有兩個相同的原邊，串聯時可接於高壓，並聯時可接於低壓，但接線時一定要注意同極性端。

1.

同極性端（同名端）：當電流從同極性端流入時，兩線圈產生的磁通方向相同。1、3為同名端1、4為同名端正確的串聯接法

同名端標注i1

i2

1

24321i1

i2

1

243212.同名端的測定（1）直流法（三“正”法）1423smA0100+_電流錶正指，1、3為同名端（2）交流法1423~V01001、3為同名端1、4為同名端三、三相電力變壓器

在電力系統中，用來變換三相交流電壓，輸送電能的變壓器稱為三相電力變壓器。三相電力變壓器三相變壓器的接法三相電力變壓器的額定容量為：

三相變壓器的原、副邊繞組可以根據需要分別接成星形或三角形，三相電力變壓器的常見連接方式有Y.yn(Y/Y0星形連接有中線)和Y.d(Y/△星形三角形連接)，如圖所示。

有一帶有負載的三相電力變壓器，其額定數據如下：SN=100kV·A，U1N=6000V，U2N=U20=400V，f=50Hz，繞組接成Yyn，由試驗測得，△PFe=600W，額定負載時的△Pcu=2400W。試求：(1)變壓器的額定電流。(2)滿載和半載時的效率。(2)滿載時和半載時的效率分別為

解

：(1)由得例：四、儀用互感器儀用互感器按用途不同可分為電壓互感器和電流互感器兩種。1、電壓互感器外形及結構原理如圖所示。

電壓互感器用來擴大測量交流電壓的量程。

通常電壓表的錶盤上直接標出被測的電壓值。注意

測量時副繞組電路不允許短路，否則，副邊會有很大的電流，危及設備及人身