《电工电子技术》课件第3章.ppt

1、磁路与变压器磁路与变压器变压器变压器 铁铁心心+SN电机电机 铁心铁心绕组绕绕组组绕组绕组 1.1.磁感应强度磁感应强度B B(磁通密度磁通密度)：是表示磁场内某：是表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量。点的磁场强弱和方向的物理量。均匀磁场均匀磁场 磁场内各点的磁场内各点的 B 大小相等，方向相同。大小相等，方向相同。单位：单位：T（特（特斯拉斯拉）IlFB :大小大小方向：方向：与电流之间用与电流之间用确定。确定。（该点磁场作用于（该点磁场作用于1 1米长、米长、1 1安电流的导体上的力）安电流的导体上的力）4.磁场强度磁场强度 H 定义：定义：H=B/3.磁导率磁导率 相对相对磁导率磁导

2、率 r=/0 对于铁对于铁磁材料磁材料 r=102 105单位：单位：A/m (安安/米米)铁铁磁材料广泛应用在变压器、电机、电工仪表等。磁材料广泛应用在变压器、电机、电工仪表等。真空真空磁导率磁导率 0=410 7 H/m （亨亨/米）米）对于均匀磁场对于均匀磁场 =B S -标量标量 单位：单位：Wb （韦（韦伯伯）2.磁通磁通 等于磁感应强度等于磁感应强度B B与垂直于磁场方向的面积与垂直于磁场方向的面积S S的乘积。的乘积。无量纲）（r0r ：物质磁导率与真空磁导率的比值。物质磁导率与真空磁导率的比值。真空真空的磁导率：的磁导率：H/m10470-磁通势：磁通势：F=NI 单位单位A(

3、安）安）磁路截面积磁路截面积磁路长度磁路长度-Sl,单位单位H-1(每亨）每亨）磁路欧姆定律：磁路欧姆定律：mRF I NU+铁心磁路铁心磁路 I NU+铁心磁路铁心磁路 磁通势：励磁电流和线圈匝数的乘积。磁通势：励磁电流和线圈匝数的乘积。磁路磁阻：磁路磁阻：SlR m磁路磁阻：磁路磁阻：SlR m磁通势：磁通势：F 电动势：电动势：E 磁通磁通:电流电流:I磁路磁阻：磁路磁阻：SlR m电路电阻电路电阻:rSlR mRF 磁路欧姆定律：磁路欧姆定律：电路欧姆定律：电路欧姆定律：REI （不是常数）不是常数）F F 00空心线圈空心线圈铁心线圈铁心线圈 磁饱和磁饱和i u+主磁通主磁通 ee

4、漏磁通漏磁通 )(Niiuee 一、一、电磁关系电磁关系mmm44.4222 fNfNEE 感应电动势的有效值：感应电动势的有效值：dtdNe-设：设：=msin t=N mcos t=Emsin(t-90)mmm2 fNNE 感应电动势的有效值：感应电动势的有效值：当电源频率和线圈匝数一定当电源频率和线圈匝数一定时，只要电压时，只要电压U不变不变,就要求磁就要求磁通通不能变。不能变。u eR和和 e 很小很小由由KVL：u=iR e e 二、二、功率损耗功率损耗铁心线圈的功率损耗铁心线圈的功率损耗 =铜损铜损+铁损铁损线圈导线电阻产生的损耗线圈导线电阻产生的损耗铜损：铜损：铁损：铁损：（在铁

5、心中产生的感应在铁心中产生的感应 电流而引电流而引 起的损耗）起的损耗）磁滞损耗（磁滞损耗（涡流损耗涡流损耗 为了减少铁心损耗，变压器、电机等电器设备中为了减少铁心损耗，变压器、电机等电器设备中铁心通常用厚度为铁心通常用厚度为0.35mm或或0.5mm硅钢片叠装而成。硅钢片叠装而成。铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极性取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转的过性取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转的过程中，由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称程中，由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为为。铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极性取向随着外磁

6、场的交变来回翻转，在翻转的过性取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转的过程中，由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称程中，由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为为。涡流在铁芯中造成的热量损耗。涡流在铁芯中造成的热量损耗。为减小涡流损耗，常用硅钢片为减小涡流损耗，常用硅钢片叠压制成电机电器的铁芯。叠压制成电机电器的铁芯。1.为什么说磁路为什么说磁路欧姆定律只能用欧姆定律只能用于定性分析？于定性分析？2.磁滞损耗和涡流磁滞损耗和涡流损耗是怎么产生的损耗是怎么产生的？如何减小这两种？如何减小这两种损耗？损耗？变压器可以变换电压、电流和阻抗的功能。应用非常广泛。变压器可以变换电压、电流和阻抗的功能。应用非

7、常广泛。电力系统电力系统：电子线路：电子线路：还有一些还有一些特殊变压器特殊变压器（如：自耦变压器、电流互感器等）（如：自耦变压器、电流互感器等）及及专用变压器专用变压器（如：电焊变压器、整流变压器等）。（如：电焊变压器、整流变压器等）。按相数分按相数分:单相、三相和多相变压器。单相、三相和多相变压器。按用途分按用途分:电力变压器，特殊用途变压器。电力变压器，特殊用途变压器。按结构分按结构分:心式变压器、壳式变压器。心式变压器、壳式变压器。按冷却方式分按冷却方式分:自冷变压器、油冷变压器。自冷变压器、油冷变压器。其它部件其它部件:油箱、冷却装置、保护装置等油箱、冷却装置、保护装置等壳式变压器壳

8、式变压器变压器铁心变压器铁心:硅钢片叠压而成硅钢片叠压而成变压器绕组变压器绕组:原边原边(一次线圈、高压绕组一次线圈、高压绕组)副边副边(二次线圈、低压绕组二次线圈、低压绕组)心式变压器心式变压器线圈线圈铁心铁心铁心铁心线圈线圈 变压器的绕圈通常称为变压器的绕圈通常称为在变压器中，接到高在变压器中，接到高压电网的绕组称为压电网的绕组称为，接到低压电网的绕组称为，接到低压电网的绕组称为。按照高压绕按照高压绕组和低压绕组和低压绕组的相互位组的相互位置和形状的置和形状的不同，绕组不同，绕组可以分为同可以分为同心式和交叠心式和交叠式两种。式两种。低压绕组低压绕组 高压绕组高压绕组同心式绕组同心式绕组交

9、叠式绕组交叠式绕组 低压绕组低压绕组 高压绕组高压绕组其中其中N N1 1为一次绕组的匝数，一次绕组也称为原绕组或原边。为一次绕组的匝数，一次绕组也称为原绕组或原边。N N2 2为二次绕组的匝数，二次绕组也称为副绕组或副边。为二次绕组的匝数，二次绕组也称为副绕组或副边。+u1e1变压器原理示意图变压器原理示意图i1 e 1 主磁通主磁通 1N1e 2 e2i2u2+ZLN2 2原绕组原绕组副绕组副绕组)(111iNiu 1e2e-)(222iNi 2 e 2 1 e 1变压器符号变压器符号U1U20=KN1N2U1U20E1E2 4.44 f N1 m 4.44 f N2 mN1N2=+u1e

10、1i1 e 1 N1e2N2u20+11111ERIEU-11EU-202EU 21021EEUU-U1U2 =KN1N2i2u2+ZLe 2+u1e1i1 e 1 N1e2N2 变压器接负变压器接负载后载后,副边磁势副边磁势也产生磁通也产生磁通,主主磁通磁通 为为合成合成磁通。磁通。电源电压电源电压U1变压器接负载后变压器接负载后,主磁通主磁通 。012211INININ 02211 ININ（空载电流很小）（空载电流很小）N1I1=N2 I2有效值有效值2211ININ-KNNII11221 I2KU2U1I1+Z2Z1负载负载阻抗阻抗 在电子在电子线路和通信线路和通信工程中，常工程中，常

11、用变压器来用变压器来实现阻抗的实现阻抗的匹配。匹配。222IUZ 111IUZ 22222IUKKIKU 22ZK 221ZKZ U2N 原绕组加原绕组加U1N时，副绕组的开路电压。时，副绕组的开路电压。U1N 原绕组的额定电压。原绕组的额定电压。三相变压器三相变压器单相变压器单相变压器2NN21NN1NIUIUS 2NN21NN1N33IUIUS I2N 副绕组的额定电流。副绕组的额定电流。I1N 原绕组的额定电流。原绕组的额定电流。额定频率fN是指变压器应接入的电源频率，我国电力系统的标准频率为50Hz。例例:某收音机输出变压器的原线圈匝数某收音机输出变压器的原线圈匝数N1=600匝，匝，

12、N2=30匝，接有阻抗为匝，接有阻抗为16 扬声器（匹配），现要改扬声器（匹配），现要改接成接成4 扬声器，问二次线圈匝数为多少才能匹配？扬声器，问二次线圈匝数为多少才能匹配？解：解：原变比原变比203060021 NNK 640016202221ZKZ匝匝154)600(6400222 NNK+EOZ1I2I 161Z电压变化率电压变化率cos 1cos =10U2I2 U20I2NI2KU2U1I1+Z2（电压变化率越小越好，一般在（电压变化率越小越好，一般在5%左右）左右）%10020220UUUU-变压器外特性变压器外特性 当电源电压当电源电压U U1 1和负载功率因数一定时，和负载功

13、率因数一定时，的关系曲线称为变压器的的关系曲线称为变压器的外特性外特性。)(22Ifu 铜损铜损铁损铁损 PFe与与Bm、f有关有关euFC2212PPPPPP euFCPPP 222211CuIRIRP 例例:有一单相容量为有一单相容量为10kVA、额定电压、额定电压3300/220V的变的变压压 器。问：器。问：（1）变压器的变比；原、副边额定电流是多少？变压器的变比；原、副边额定电流是多少？（2）副边接副边接220V、40W的白炽灯，如变压器在额定状态下的白炽灯，如变压器在额定状态下运行，可接多少盏？运行，可接多少盏？（3）如果副边接的是如果副边接的是220V、40W、cos=0.45的

14、日光的日光灯可接多少盏？灯可接多少盏？解：解：（3）A18.022040 UPI每盏灯电流每盏灯电流A03.3330010103N1NN1 USI152203300 KA45.4522010103N2NN1N2 USKII（2）（盏）（盏）25318.045.452N II（盏）（盏）11440.045.452N II每盏灯电流每盏灯电流A40.045.0220 40cos UPI（1）1.为什么变压器为什么变压器的铁心要用硅钢的铁心要用硅钢片叠成？用整块片叠成？用整块的铁心行不行？的铁心行不行？变压器能否用来变换直变压器能否用来变换直流电压？如果将变压器流电压？如果将变压器接到与额定电压相同

15、的接到与额定电压相同的直流电源上，会有输出直流电源上，会有输出吗？会产生什么后果？吗？会产生什么后果？有一台有一台220110V的的变压器，可否把变变压器，可否把变压器原绕组绕压器原绕组绕2匝，匝，副绕组绕副绕组绕1匝来满足匝来满足变比的要求？为什变比的要求？为什么？么？N1N2u1u2+-KNNUU 2121滑滑动动头头原理图原理图 U1 N1N2 U2I1 I2ZKNNII11221 接零线接零线接火线接火线(1)原、副边不能对调使用，否则可能会烧坏绕组，甚至造成电源短路。(2)接通电源前，应先将滑动触头调到零位，接通电源后再慢慢转动手柄，将输出电压调至所需值。在各种仪器设备中提供所需电源

16、电压的变压器，一般容量和体积都较小。小功率电源变压器小功率电源变压器 如果变压如果变压 器有两个相同的原边，串联时可接于高压，并联器有两个相同的原边，串联时可接于高压，并联时可接于低压，但接线时一定要注意时可接于低压，但接线时一定要注意。当电流从同极性端流入时，两线圈产当电流从同极性端流入时，两线圈产生的生的1、3为同名端为同名端1、4为同名端为同名端i1 i2 1 24321i1 i2 1 243211423smA0100+_电流表电流表正指，正指，、为为1423V0100341213UUU-若若341213UUU 若若、为为、4为为 在电力系统中，用来变换三相交流电压，输送电能的变在电力系

17、统中，用来变换三相交流电压，输送电能的变压器称为压器称为三相电力变压器三相电力变压器。三相电力变压器三相电力变压器 三相变压器的接法三相变压器的接法 N2N2N3SUI 三相变压器的原、三相变压器的原、副边绕组可以根据需要副边绕组可以根据需要分别接成星形或三角形，分别接成星形或三角形，三相电力变压器的常见三相电力变压器的常见连接方式有连接方式有Y.yn(Y/Y0星形连接有中线星形连接有中线)和和Y.d(Y/星形三角形连星形三角形连接接)，如图所示，如图所示。有一带有负载的三相电力变压器，其额定数据如下：有一带有负载的三相电力变压器，其额定数据如下：SN=100kVA，U1N=6000V，U2N

18、=U20=400V，f=50Hz，绕组接，绕组接成成Yyn，由试验测得，由试验测得，PFe=600W，额定负载时的，额定负载时的Pcu=2400W。试求：。试求：(1)变压器的额定电流。变压器的额定电流。(2)满载和半载满载和半载时的效率。时的效率。(2)满载时和半载时的效率分别为满载时和半载时的效率分别为N2N2N3SUI3N2N2N100 10144A33400SIU3N1N1N100 109.62A336000SIU32132Fecu100 1097.1100 106002400PPPP 解解：(1)由由 得得例：例：仪用互感器按用途不同可分为和两种。外形及结构原理如图所示。2u2211

19、UKUNNU 通常电压表的表盘上通常电压表的表盘上直接标出被测的电压值。直接标出被测的电压值。注意注意 测量时副绕组电路不允测量时副绕组电路不允许短路，否则，副边会有很许短路，否则，副边会有很大的电流，危及设备及人身大的电流，危及设备及人身安全。安全。被测被测电流电流 电流互感器用电流互感器用来扩大测量交流电来扩大测量交流电流的量程。流的量程。KNNII11221 21KII i2N1N2Ai1Z 通常电流表的表盘上直通常电流表的表盘上直接标出被测的电流值。接标出被测的电流值。测量时副绕组电路不允许开路，否则，测量时副绕组电路不允许开路，否则，副边会有很高的感应电动势，危及设备及人副边会有很高的感应电动势，危及设备及人身安全。身安全。注意注意1.自耦变压器与自耦变压器与普通变压器相比普通变压器相比，有何特点？，有何特点？3.调压器用毕后为什么必调压器用毕后为什么必须调回零点？如果错误须调回零点？如果错误地把电源电压地把电源电压220V接到接到调压器的输出端，试分调压器的输出端，试分析会出现什么问题？析会出现什么问题？2.为什么在运行时，电压为什么在运行时，电压互感器二次侧不允许短互感器二次侧不允许短路？而电流互感器的二路？而电流互感器的二次侧不能开路？次侧不能开路？