建筑电工学第4章-磁路与变压器课件.pptx

1、第第 4 章章 磁路和变压器磁路和变压器上一页上一页下一页下一页返返 回回4.1 磁路磁路4.2 交流铁芯线圈交流铁芯线圈4.3单相单相变压器变压器4.4 三相变压器三相变压器4.5 特殊变压器特殊变压器4.1 磁磁 路路(一一)磁场的基本物理量磁场的基本物理量电流电流 磁场磁场用磁力线描述用磁力线描述（1）磁通）磁通:A 与磁力线垂直的某面积（与磁力线垂直的某面积（m m2)AB=（T）通过磁场中某一面积通过磁场中某一面积A的磁力线的的磁力线的总数。总数。单位：单位：Wb。(2)磁感应强度磁感应强度 B B：矢量；矢量；其数值其数值 B 表示磁场的强弱，表示磁场的强弱，其方向表示磁场的方向。

2、其方向表示磁场的方向。在均匀磁场中：在均匀磁场中：磁通密度磁通密度H：矢量。矢量。0=4107 H/mBH=方向与方向与 B 的方向相同。的方向相同。单位：单位：A/m。（4）磁导率磁导率：真空中的磁导率真空中的磁导率:(3)磁场强度磁场强度 HH 的大小：的大小：只与产生该磁场的电流大小成正只与产生该磁场的电流大小成正比，与介质的性质无关。比，与介质的性质无关。B 的大小：的大小：不仅与产生该磁场的电流大小有关，不仅与产生该磁场的电流大小有关，还与介质的性质有关。还与介质的性质有关。（H/m）相对磁导率相对磁导率:r=/0上一页上一页下一页下一页返返 回回(二二)物质的磁性能物质的磁性能 非

3、磁性物质（非铁磁物质）非磁性物质（非铁磁物质）0 顺磁物质、顺磁物质、磁性物质（铁磁物质）磁性物质（铁磁物质）(1)高导磁性高导磁性0 铸钢：铸钢：1 0000 硅钢片：硅钢片：(6 000 7 000)0反磁物质。反磁物质。BH0初始磁化曲线初始磁化曲线(2)磁饱和性磁饱和性 不是常数不是常数(3)磁滞性磁滞性BH0HmBr剩磁剩磁HC矫顽磁力矫顽磁力HmBrHC 磁滞回线磁滞回线BH0基本磁化曲线基本磁化曲线上一页上一页下一页下一页返返 回回硬磁物质硬磁物质:磁性物质的分类：磁性物质的分类：Br 大、大、HC 大大软磁物质：软磁物质：Br 小、小、HC 小小矩磁物质：矩磁物质：Br 大、大

4、、HC 小小上一页上一页下一页下一页返返 回回(三三)磁路欧姆定律磁路欧姆定律用于定性分析磁路。用于定性分析磁路。BC=ACB0=A0HC=BCCC AC=H0=B000 A0=4上一页上一页下一页下一页返返 回回全电流定律全电流定律:H dl=I左边=H dl =H dl =HC lC+H 0 l0lCC AC=(+l 00 A0)Rm=Rmc+Rm0令：令：Rmc=lCC ACl 00 A0Rm0=+lCC ACl 00 A0 铁心的磁阻铁心的磁阻 空气隙的磁阻空气隙的磁阻磁路的磁阻：磁路的磁阻：上一页上一页下一页下一页返返 回回右边右边=I =N I 磁路的磁动势磁路的磁动势因此：因此：

5、=N IRmRm=N I 磁路欧姆定律磁路欧姆定律C 0 Rm0 Rmc N I 一定时，一定时，因因 Rm0 的存在，使的存在，使 大大减小。大大减小。若要保持一定的若要保持一定的，则需要大大增加，则需要大大增加 N I。上一页上一页下一页下一页返返 回回4.2 交流铁心线圈交流铁心线圈(一一)直流直流铁心线圈电路铁心线圈电路电压与电流的关系电压与电流的关系:URI=线圈消耗的功率：线圈消耗的功率：P=U I=R I 2上一页上一页下一页下一页返返 回回(二二)交流交流铁心线圈电路铁心线圈电路励磁：励磁：u i N i edd t=N(1)(1)电压与电流关系电压与电流关系设设:=m sin

6、t则则:e=Nm cost =Nmsin(t90o)Em=Nm =2f Nmie+u交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路上一页上一页下一页下一页返返 回回E=4.44 Nf mE=j4.44 f Nmie+u交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路上一页上一页下一页下一页返返 回回U=E 忽略漏阻抗，有：忽略漏阻抗，有：U4.44 f Nm=则：则：当：当：U、f 一定时，一定时，m 基本不变。基本不变。(2)功率损耗功率损耗:P=PCu+PFe铜损铜损铁损铁损=RI2+(Ph+Pe)磁滞损耗磁滞损耗涡流损耗涡流损耗上一页上一页下一页下一页返返 回回(a)磁滞损耗磁滞损耗 Ph：(b)涡流损耗涡流损耗 P

7、e：铜损耗使线圈发热，铜损耗使线圈发热，铁损耗使铁心发热。铁损耗使铁心发热。减小铁损耗的方法：减小铁损耗的方法：使用软磁材料减小使用软磁材料减小 Ph；增大铁心的电阻率，增大铁心的电阻率，减小涡流及其损耗减小涡流及其损耗；用很薄的硅钢片叠成铁心，用很薄的硅钢片叠成铁心，减小涡流及其损耗减小涡流及其损耗。0.35mm0.30mm0.27mm0.22mm(a)(b)上一页上一页下一页下一页返返 回回 一个铁心线圈，加上一个铁心线圈，加上 12 V 直流电压时，直流电压时，电流为电流为 1 A；加上；加上 110 V交流时，电流为交流时，电流为 2 A，消耗，消耗的功率为的功率为 88 W。求后一种

8、情况线圈的铜。求后一种情况线圈的铜损耗、铁损耗和功率因数。损耗、铁损耗和功率因数。解解例例(1)线圈施加直流电压时：线圈施加直流电压时：UIR=121=12(2)线圈施加交流电压时：线圈施加交流电压时：PCu=RI2=1222 W=48 WPFe=PPCu=(8848)W=48 W PU Icos =881102=0.4上一页上一页下一页下一页返返 回回(一一)单相变压器的基本结构单相变压器的基本结构(1)铁心铁心:用硅钢片叠成用硅钢片叠成(2)绕组（线圈）：绕组（线圈）：接电源的绕组接电源的绕组 一次绕组，一次绕组，接负载的绕组接负载的绕组 二次绕组；二次绕组；或或 工作电压高的绕组工作电压

9、高的绕组 高压绕组，高压绕组，工作电压低的绕组工作电压低的绕组 低压绕组。低压绕组。(3)其他其他:油箱、油、油枕、散热器、保护设备等。油箱、油、油枕、散热器、保护设备等。4.3 单相变压器单相变压器上一页上一页下一页下一页返返 回回(二二)单相变压器的工作单相变压器的工作原理原理E1=j4.44 f N1mE2=j4.44 f N2mU2 E2(忽略漏阻抗忽略漏阻抗)U1 E1U1=Z1I1E1(1)电压变换电压变换U2=E2 Z2I2E1E2电压比电压比:=N1N2 E1E2k=U1U2=N1N2=k结论结论:上一页上一页下一页下一页返返 回回 某单相变压器的额定电压为某单相变压器的额定电

10、压为 10 000/230 V，接在，接在 10 000 V 的交流电源上向一电的交流电源上向一电感性负载供电。求变压器的电压比。感性负载供电。求变压器的电压比。解解例例电压比：电压比：U1NU2Nk=10 000230=43.5上一页上一页下一页下一页返返 回回(2)电流变换电流变换N1i1N2i2U1N E1=4.44 f N1mN1i0 U1N4.44 f N1m 磁通势平衡方程：磁通势平衡方程：N1I1+N2I2=N1I0 忽略忽略I0，则：，则：I1=N2N1 I2 N1I1+N2I2=0 I1I2 N2N1=1k=上一页上一页下一页下一页返返 回回 上例的变压器，当上例的变压器，当

11、|ZL|=0.966 时，时，变压器正好满载。求该变压器的电流。变压器正好满载。求该变压器的电流。解解例例 U2|ZL|I2=2230.966=224 A=5.15 A I2kI1=上一页上一页下一页下一页返返 回回(3)阻抗变换作用阻抗变换作用U1U2I1I2|ZL|忽略忽略 Z1、Z2、I0：=U1U2I2I1=N1N2=k|Ze|=U1I1=kU2I2/kU2I2=k2=k2|ZL|等等 效效U1I1k2|ZL|上一页上一页下一页下一页返返 回回 结论：结论：变压器一次侧的等效阻抗模，为二次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侧所带负载的阻抗模的k2 倍。倍。上一页上一页

12、下一页下一页返返 回回 交流信号源的电动势交流信号源的电动势E=120V,内阻内阻 ，负载电阻，负载电阻 ，折算到一次测的折算到一次测的电阻等效电阻电阻等效电阻 时，时，(1)求变压器的匝数比和求变压器的匝数比和信号源输出的功率。信号源输出的功率。(2)当将负载直接与信号源连当将负载直接与信号源连接时，信号源输出功率？接时，信号源输出功率？解解例例返返 回回0800R 8LR LR0eRR(1)(1)变压器的匝数比为变压器的匝数比为 :eL800108RkR信号源的输出功率为信号源的输出功率为:上一页上一页下一页下一页返返 回回22e0e120()()800W=4.5W800+800EPRRR

13、（2 2）当将负载直接接在信号源上时）当将负载直接接在信号源上时:22L0L120()()8W=0.176W800+8EPRRR(三三)变压器的外特性变压器的外特性122222)称称为变压器的外特性为变压器的外特性。上一页上一页下一页下一页返返 回回222%100%NNUUUU U2 I20U2Ncos 2=1cos 2=0.8(感性感性)cos2=0.8(容性容性)变压器变压器的外特性的外特性满载满载电压电压满载（额定）电流满载（额定）电流上一页上一页下一页下一页返返 回回(四四)变压器的功率及功率损耗变压器的功率及功率损耗一次绕组的视在功率一次绕组的视在功率：S1=U1I1二次绕组的视在功

14、率二次绕组的视在功率：S2=U2I2变压器的额定容量变压器的额定容量：SN=U2NI2N=U1NI1N输入功率：输入功率：P1=U1I1cos 1输出功率：输出功率：P2=U2I2cos 2变压器的损耗变压器的损耗：P =P1 P2=PCu+PFe铜损耗：铜损耗：PCu=R1I12+R2I22可变损耗可变损耗上一页上一页下一页下一页返返 回回不变损耗不变损耗PFe=Ph+Pe铁损耗：铁损耗：P1P2=100%效率效率:(磁滞损耗和涡流损耗)上一页上一页下一页下一页返返 回回 一变压器容量为一变压器容量为 10 kVA，铁损为，铁损为 300 W，满载时的铜损为，满载时的铜损为 400 W。求该

15、变压器在满。求该变压器在满载时向功率因数为载时向功率因数为 0.8 的负载供电时输入和输出的的负载供电时输入和输出的有功功率及效率。有功功率及效率。解解例例忽略电压变化率，则忽略电压变化率，则P2=SN cos 2=101030.8 W=8 kWP=PCu+PFe=(300+400)W=0.7 kWP1=P2+P=(8+0.7)kW=8.7 kWP1P2=100%88.7=100%=92%上一页上一页下一页下一页返返 回回 AXax Aax 同极性端用同极性端用“”表示表示。增加增加+(五五)变压器的极性变压器的极性上一页上一页下一页下一页返返 回回联接联接 23 联接联接 13，2 4ii当

16、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 上一页上一页下一页下一页返返 回回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uiRu iR感应电势感应电势0e1324NNi +u上一页上一页下一页下一页返返 回回4.4 4.4 三相变压器三相变压器 三相变压器的磁路系统分成三相变压器的磁路系统分成各相磁路彼此无关各相磁路彼此无关和和彼此有关彼此有关的两类。的两类。将三台相同的单相变压器的绕组按一定方式作三将三台相同的单相变压器的绕组按一定方式作三相联结，可组成三相组式变压器如图相联结，可组成三相

17、组式变压器如图:(a)(a)磁路系统磁路系统 三相三相组式变压器组式变压器 上一页上一页下一页下一页返返 回回 这种变压器各相磁路是相互独立的，彼此无关。这种变压器各相磁路是相互独立的，彼此无关。当一次绕组施加三相对称交流正弦电压时，三相主磁当一次绕组施加三相对称交流正弦电压时，三相主磁通通UVW也是对称的。也是对称的。(b)(b)对称磁通对称磁通三相三相组式变压器组式变压器 上一页上一页下一页下一页返返 回回 设外施电压三相对称，则三相磁通的总和设外施电压三相对称，则三相磁通的总和UVW0，可将中间铁心柱省去，可将中间铁心柱省去三相三相心式铁心的构成心式铁心的构成上一页上一页下一页下一页返返

18、 回回高压绕组：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、w1:首端首端u2、v2、w2:尾端尾端U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w2三相三相心式变压器心式变压器 上一页上一页下一页下一页返返 回回1.1.星形联结法（星形联结法（Y Y联结法）联结法）将三相绕组的尾端连在一起，作为中点，而将三将三相绕组的尾端连在一起，作为中点，而将三个首端个首端引出引出2.2.三角形联结法（三角形联结法（联结法）联结法）将一相绕组的尾端和另一相绕组的首端连在一起，将一相绕组的尾端和另一相绕组的首端连在一起，顺次连成一个闭合回路顺次连成一个闭合回路

19、;上一页上一页下一页下一页返返 回回例例某三相变压器某三相变压器 ,N=50kV AS因数因数 1N2N/10000/400VUUY/Y/联结，联结，向功率向功率 2cos0.9的感性负载供电，的感性负载供电，满载时二次绕组的满载时二次绕组的 线电压为线电压为380V380V，求求:(1)满载时一、二次绕组的线电流和相电流；满载时一、二次绕组的线电流和相电流；(2)(2)输出输出的有功功率。的有功功率。解解(1)(1)满载时一、二次绕组的线电流即额定电流满载时一、二次绕组的线电流即额定电流3N1N1N50 10A=2.9A33 10000SIU3N1N2N50 10A=72.2A33400SI

20、U上一页上一页下一页下一页返返 回回相电流为相电流为:1p1N2.9AII2N2p72.2A=41.7A33II(2)输出的有功功率:222233cos3 380 72.2 0.9W=42.8 10 W=42.8kWPU I上一页上一页下一页下一页返返 回回KNNIIKNNUU112212121 ABP1u2u1i2iLR1N2N+上一页上一页下一页下一页返返 回回电压表电压表被测电压被测电压=电压表读数电压表读数 N N1 1/N N2 2VR N N1 1（匝数多（匝数多）保险丝保险丝 N N2 2（匝数少（匝数少）u（被测电压）（被测电压）上一页上一页下一页下一页返返 回回电流表电流表被

21、测电流被测电流=电流表读数电流表读数 N N2 2/N N1 1（被测电流被测电流）ARi1i2上一页上一页下一页下一页返返 回回电源用变压器电源用变压器上一页上一页下一页下一页返返 回回电源隔离变压器电源隔离变压器上一页上一页下一页下一页返返 回回自耦调压器自耦调压器上一页上一页下一页下一页返返 回回全密封配电变压器全密封配电变压器（10 kV）上一页上一页下一页下一页返返 回回S9 型配电变压器（型配电变压器（10 kV）上一页上一页下一页下一页返返 回回大型电力油浸变压器大型电力油浸变压器(110 kV)上一页上一页下一页下一页返返 回回大型电力油浸变压器大型电力油浸变压器上一页上一页下一页下一页返返 回回树脂浇注干式变压器树脂浇注干式变压器上一页上一页下一页下一页返返 回回