电工技术-5章-磁路与变压器ppt课件

电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室第第第第5 5 5 5章章章章 磁路与变压器磁路与变压器磁路与变压器磁路与变压器5.2 5.2 交流铁芯线圈电路交流铁芯线圈电路交流铁芯线圈电路交流铁芯线圈电路5.1 5.1 磁路磁路磁路磁路5.3 5.3 变压器变压器变压器变压器5.4 5.4 电磁铁电磁铁电磁铁电磁铁第5章 磁路与变压器5.2 交流铁芯线圈电路5.1 磁电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室5.1 5.1 5.1 5.1 磁路磁路磁路磁路1.1.磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度 B B B B5.1.15.1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量磁场的基本物理量磁场的基本物理量2.2.磁通磁通磁通磁通 3.3.磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度 HH4.磁导率磁导率 相对磁导率相对磁导率相对磁导率相对磁导率 r r：任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率 和真空的磁导率和真空的磁导率和真空的磁导率和真空的磁导率 0 0的比值的比值的比值的比值。5.1 磁路1.磁感应强度 B5.1.1 磁场的基本物理电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室物质的磁性（物质的磁性（物质的磁性（物质的磁性（非磁性物质非磁性物质非磁性物质非磁性物质 ，磁性物质，磁性物质，磁性物质，磁性物质 ）1.1.非磁性物质：非磁性物质：非磁性物质：非磁性物质：不具有磁化特性。不具有磁化特性。不具有磁化特性。不具有磁化特性。0 0 ，r r 1 12.2.磁性物质磁性物质磁性物质磁性物质 磁性物质内有许多显磁性的磁性物质内有许多显磁性的磁性物质内有许多显磁性的磁性物质内有许多显磁性的小区域小区域小区域小区域，称为，称为，称为，称为磁畴磁畴磁畴磁畴。在无外磁场作用时，各磁畴无序排列，磁场互相抵消，整体对外在无外磁场作用时，各磁畴无序排列，磁场互相抵消，整体对外在无外磁场作用时，各磁畴无序排列，磁场互相抵消，整体对外在无外磁场作用时，各磁畴无序排列，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。不显磁性。不显磁性。不显磁性。磁磁磁磁畴畴畴畴外外外外磁磁磁磁场场场场 在外磁场作用下，磁畴极性方向趋向在外磁场作用下，磁畴极性方向趋向在外磁场作用下，磁畴极性方向趋向在外磁场作用下，磁畴极性方向趋向外磁场外磁场外磁场外磁场，物质整体显，物质整体显，物质整体显，物质整体显出磁性。这一现象称为出磁性。这一现象称为出磁性。这一现象称为出磁性。这一现象称为磁性物质被磁化磁性物质被磁化磁性物质被磁化磁性物质被磁化。物质的磁性（非磁性物质，磁性物质）1.非磁性物质：不电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室5.1.25.1.2 磁性物质的磁性能磁性物质的磁性能磁性物质的磁性能磁性物质的磁性能1.1.高导磁性高导磁性高导磁性高导磁性 磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件线圈内的各种铁磁元件线圈内的各种铁磁元件线圈内的各种铁磁元件线圈内的铁心铁心铁心铁心。在具有在具有在具有在具有高导磁铁心高导磁铁心高导磁铁心高导磁铁心的线圈中，通入的线圈中，通入的线圈中，通入的线圈中，通入不太大的不太大的不太大的不太大的励磁电流励磁电流励磁电流励磁电流，便可，便可，便可，便可产生较大的磁通产生较大的磁通产生较大的磁通产生较大的磁通和和和和磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度。5.1.2 磁性物质的磁性能1.高导磁性 磁性材料主电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室2.2.磁饱和性磁饱和性磁饱和性磁饱和性B BJ J 磁场内，磁性物质磁化磁场内，磁性物质磁化磁场内，磁性物质磁化磁场内，磁性物质磁化 的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线；B B0 0 磁场内不存在磁性物质时的磁场内不存在磁性物质时的磁场内不存在磁性物质时的磁场内不存在磁性物质时的 磁感应强度直线；磁感应强度直线；磁感应强度直线；磁感应强度直线；B B B BJ J曲线和曲线和曲线和曲线和B B0 0直线叠加后的直线叠加后的直线叠加后的直线叠加后的 磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁化曲线。O OHHB BB B0 0B BJ JB B a a b b磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁化曲线当外磁场增大到一定程度时，磁性物质内全部当外磁场增大到一定程度时，磁性物质内全部磁畴的磁场方向都转向与外磁场方向一致，磁化磁磁畴的磁场方向都转向与外磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度趋向某一定值，称为场的磁感应强度趋向某一定值，称为磁饱和磁饱和。（用图形来表示某种铁磁材料在磁化过程中磁感强度（用图形来表示某种铁磁材料在磁化过程中磁感强度B与与H磁场强度之间磁场强度之间关系的一种曲线，又叫关系的一种曲线，又叫磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁化曲线，B-H曲线）曲线）2.磁饱和性BJ 磁场内，磁性物质磁化B0 磁场内不电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室3.3.磁滞性磁滞性磁滞性磁滞性 磁性材料在磁性材料在磁性材料在磁性材料在交变磁场交变磁场交变磁场交变磁场中反复磁化，其中反复磁化，其中反复磁化，其中反复磁化，其B B-HH关系曲线关系曲线关系曲线关系曲线是一条是一条是一条是一条回形闭合曲线回形闭合曲线回形闭合曲线回形闭合曲线，称为，称为，称为，称为磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线。即即即即磁性材料中磁性材料中磁性材料中磁性材料中磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B的变化总是的变化总是的变化总是的变化总是滞后滞后滞后滞后于外磁场于外磁场于外磁场于外磁场变化的性质。变化的性质。变化的性质。变化的性质。剩磁感应强度剩磁感应强度Br(剩磁剩磁)：当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零(H=0)时，铁心中的磁感应强度。时，铁心中的磁感应强度。矫顽磁力矫顽磁力矫顽磁力矫顽磁力HHc c：使使使使 B B=0=0 所需的所需的所需的所需的 H H 值。值。值。值。磁性物质不同，其磁滞回线磁性物质不同，其磁滞回线磁性物质不同，其磁滞回线磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。3.磁滞性 磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B-H电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：(1)(1)软磁材料软磁材料软磁材料软磁材料 具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用一般用一般用一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。(2)(2)永磁材料永磁材料永磁材料永磁材料 具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用一般用一般用一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。(3)(3)矩磁材料矩磁材料矩磁材料矩磁材料 具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性良好。接近矩形，稳定性良好。接近矩形，稳定性良好。接近矩形，稳定性良好。在计算机和控制系统中用在计算机和控制系统中用在计算机和控制系统中用在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。铁氧体等。铁氧体等。铁氧体等。按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室5.1.3 5.1.3 磁路基本定律磁路基本定律磁路基本定律磁路基本定律1.1.磁路的概念磁路的概念磁路的概念磁路的概念磁通的闭合路径称为磁通的闭合路径称为磁通的闭合路径称为磁通的闭合路径称为磁路。磁路。磁路。磁路。+NIfNSS直流电机的磁路直流电机的磁路直流电机的磁路直流电机的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路铁芯铁芯励磁励磁线圈线圈在电机、变压器及各种铁磁元件中，常用在电机、变压器及各种铁磁元件中，常用在电机、变压器及各种铁磁元件中，常用在电机、变压器及各种铁磁元件中，常用磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，磁通的空气或其它物质的磁导率高的多，磁通的空气或其它物质的磁导率高的多，磁通的空气或其它物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分绝大部分绝大部分绝大部分经经经经过铁心形成闭合通路。过铁心形成闭合通路。过铁心形成闭合通路。过铁心形成闭合通路。5.1.3 磁路基本定律1.磁路的概念磁通的闭合路径称为电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室2.2.磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律它是分析磁路的基本定律。它是分析磁路的基本定律。它是分析磁路的基本定律。它是分析磁路的基本定律。（1 1）磁路中的磁通）磁路中的磁通）磁路中的磁通）磁路中的磁通S Sx x HHx xI IN N匝匝匝匝式中：式中：式中：式中：F=N IF=N I 为为为为磁通势磁通势磁通势磁通势，由其产生磁通；，由其产生磁通；，由其产生磁通；，由其产生磁通；R Rmm 称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；l l 为磁路的平均长度；为磁路的平均长度；为磁路的平均长度；为磁路的平均长度；S S 为磁路的截面积。为磁路的截面积。为磁路的截面积。为磁路的截面积。有：有：有：有：2.磁路的欧姆定律它是分析磁路的基本定律。（1）磁路中的磁电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室（2 2）磁路的欧姆定律）磁路的欧姆定律）磁路的欧姆定律）磁路的欧姆定律磁通为磁通为磁通为磁通为 ，磁通势为磁通势为磁通势为磁通势为F F ，磁阻为，磁阻为，磁阻为，磁阻为R Rmm。（2）磁路的欧姆定律磁通为，磁通势为F，磁阻为Rm。电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室3.3.磁路与电路的比较磁路与电路的比较磁路与电路的比较磁路与电路的比较 磁路磁路磁路磁路磁通势磁通势磁通势磁通势F F磁通磁通磁通磁通 磁阻磁阻磁阻磁阻电路电路电路电路电动势电动势电动势电动势 E E电流密度电流密度电流密度电流密度 J J 电阻电阻电阻电阻磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B电流电流电流电流 I I N NI I+_ _E EI IR R3.磁路与电路的比较 磁路磁通势F磁通磁阻电路电动势 电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室4.4.磁路分析的特点磁路分析的特点磁路分析的特点磁路分析的特点(1)(1)处理处理处理处理磁路磁路磁路磁路时离不开时离不开时离不开时离不开磁场磁场磁场磁场的概念；的概念；的概念；的概念；(2)(2)在处理磁路时一般还要考虑在处理磁路时一般还要考虑在处理磁路时一般还要考虑在处理磁路时一般还要考虑漏磁通漏磁通漏磁通漏磁通；(3)(3)磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式形式形式形式上相似。上相似。上相似。上相似。由于由于由于由于 不是常数不是常数不是常数不是常数，其，其，其，其随励磁电流而变随励磁电流而变随励磁电流而变随励磁电流而变，磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律不能直接用来计算，只能用于定性分析不能直接用来计算，只能用于定性分析不能直接用来计算，只能用于定性分析不能直接用来计算，只能用于定性分析；(4)(4)在电路中，当在电路中，当在电路中，当在电路中，当 E E=0=0时，时，时，时，I I=0=0；但在磁路中，由于有；但在磁路中，由于有；但在磁路中，由于有；但在磁路中，由于有剩磁剩磁剩磁剩磁，当当当当 F F=0=0 时，时，时，时，不为零不为零不为零不为零；4.磁路分析的特点(1)处理磁路时离不开磁场的概念；(电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室5.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路5.2.1 电磁关系电磁关系 +e e+e e +u uN Ni i（磁通势）（磁通势）主磁通主磁通主磁通主磁通 ：通过铁心闭合的通过铁心闭合的通过铁心闭合的通过铁心闭合的磁通。磁通。磁通。磁通。漏磁通漏磁通漏磁通漏磁通 ：经过空气或其经过空气或其经过空气或其经过空气或其它非导磁媒质闭合的磁通。它非导磁媒质闭合的磁通。它非导磁媒质闭合的磁通。它非导磁媒质闭合的磁通。线圈线圈线圈线圈铁心铁心铁心铁心 i i，铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感 与与与与i i不是线性关系。不是线性关系。不是线性关系。不是线性关系。5.2 交流铁心线圈电路5.2.1 电磁关系+电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室5.2.2 电压电流关系电压电流关系根据根据根据根据KVLKVL:式中：式中：R是线圈导线的电阻是线圈导线的电阻 L 是漏磁电感是漏磁电感 当当当当 u u 是正弦电压时是正弦电压时是正弦电压时是正弦电压时，其它各电压、电流、电动势可视作，其它各电压、电流、电动势可视作，其它各电压、电流、电动势可视作，其它各电压、电流、电动势可视作正正正正弦量弦量弦量弦量，则电压、电流关系的，则电压、电流关系的，则电压、电流关系的，则电压、电流关系的相量式相量式相量式相量式为：为：为：为：漏感抗：漏感抗：X=L 因线圈电阻因线圈电阻因线圈电阻因线圈电阻 R R 和和和和漏漏漏漏抗抗抗抗X X （或漏磁通（或漏磁通（或漏磁通（或漏磁通 ）较小，其电压降也较）较小，其电压降也较）较小，其电压降也较）较小，其电压降也较小，与主磁电动势小，与主磁电动势小，与主磁电动势小，与主磁电动势 E E 相比可忽略，故有相比可忽略，故有相比可忽略，故有相比可忽略，故有5.2.2 电压电流关系根据KVL:式中：R是线圈导线的电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室设主磁通设主磁通设主磁通设主磁通 则则则则有效值有效值有效值有效值则：则：当：当：U、f 一定时，一定时，m 基本不变。基本不变。设主磁通 则有效值则：当：U、f 电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室 交流铁心线圈的功率损耗主要有交流铁心线圈的功率损耗主要有交流铁心线圈的功率损耗主要有交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损铜损铜损铜损和和和和铁损铁损铁损铁损两种。两种。两种。两种。1.1.铜损（铜损（铜损（铜损（P Pcucu）：）：）：）：线圈电阻线圈电阻线圈电阻线圈电阻R R的功率损耗。的功率损耗。的功率损耗。的功率损耗。P Pcu cu=R I R I 2 2式中：式中：式中：式中：I I 是线圈电流的有效值。是线圈电流的有效值。是线圈电流的有效值。是线圈电流的有效值。2.2.铁损（铁损（铁损（铁损（P PFeFe）：）：）：）：交变磁通交变磁通交变磁通交变磁通下的下的下的下的铁心内铁心内铁心内铁心内功率损耗。功率损耗。功率损耗。功率损耗。铁损包括：铁损包括：铁损包括：铁损包括：磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗和和和和涡流损耗涡流损耗涡流损耗涡流损耗。5.2.3 5.2.3 功率损耗功率损耗功率损耗功率损耗 交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。1电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室（1 1）磁滞损耗（）磁滞损耗（）磁滞损耗（）磁滞损耗（P Ph h）：）：）：）：由磁滞现象所产生的能量损耗。由磁滞现象所产生的能量损耗。由磁滞现象所产生的能量损耗。由磁滞现象所产生的能量损耗。磁滞损耗的大小正比与磁滞损耗的大小正比与磁滞回线面积磁滞回线面积和和磁场交变频率磁场交变频率 f。O OHHB B后果：后果：磁滞损耗转化为热能，引起磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热铁心发热。1、选、选用磁滞回线狭小的磁性材料用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。制作铁心。变压器和电机中使用的变压器和电机中使用的硅钢硅钢等材料的磁滞等材料的磁滞损耗较低。损耗较低。2 2、设计时，适当选择值、设计时，适当选择值、设计时，适当选择值、设计时，适当选择值,以以以以减小铁心饱和程度减小铁心饱和程度减小铁心饱和程度减小铁心饱和程度。减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施：（1）磁滞损耗（Ph）：由磁滞现象所产生的能量损耗。电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室(2)(2)涡流损耗（涡流损耗（涡流损耗（涡流损耗（P Pe e）涡流损耗涡流损耗涡流损耗涡流损耗:由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。涡流涡流：交变磁通在交变磁通在铁心内铁心内产生感应电动产生感应电动势和电流，称为势和电流，称为涡流涡流。涡流在垂直于磁。涡流在垂直于磁通的平面内环流。通的平面内环流。涡流涡流涡流涡流损耗转化为热能，引起铁心发热。损耗转化为热能，引起铁心发热。损耗转化为热能，引起铁心发热。损耗转化为热能，引起铁心发热。电工技术中减少涡流损耗措施：电工技术中减少涡流损耗措施：1.1.提高提高提高提高铁心的电阻率铁心的电阻率铁心的电阻率铁心的电阻率。选用。选用。选用。选用硅钢。硅钢。2.2.铁心用彼此绝缘的铁心用彼此绝缘的铁心用彼此绝缘的铁心用彼此绝缘的硅钢片叠成硅钢片叠成硅钢片叠成硅钢片叠成，把涡流，把涡流，把涡流，把涡流限制限制限制限制在在在在较小的截面内。较小的截面内。较小的截面内。较小的截面内。铁心线圈交流电路的有功功率为：铁心线圈交流电路的有功功率为：铁心线圈交流电路的有功功率为：铁心线圈交流电路的有功功率为：(2)涡流损耗（Pe）涡流损耗:由涡流所产生的功率损耗电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室 先将实际铁心线圈的先将实际铁心线圈的线圈电阻线圈电阻R、漏磁感抗、漏磁感抗X 分离出分离出，剩下就得到用剩下就得到用理想铁心线圈电路理想铁心线圈电路；用一个用一个不含铁心的交流电路不含铁心的交流电路来等效替代实际来等效替代实际铁心线圈交流电路铁心线圈交流电路。5.2.4 5.2.4 等效电路等效电路等效电路等效电路电阻电阻R 0是是铁损铁损相应的等效电阻，感抗相应的等效电阻，感抗X 0是和铁心是和铁心能量储放能量储放相应的等效感抗。相应的等效感抗。先将实际铁心线圈的线圈电阻R、漏磁感抗X分离出，电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室 电力电力电力电力工业中常采用工业中常采用工业中常采用工业中常采用高压输电高压输电高压输电高压输电低压配电低压配电低压配电低压配电，实现节能，实现节能，实现节能，实现节能并保证用电安全。具体如下：并保证用电安全。具体如下：并保证用电安全。具体如下：并保证用电安全。具体如下：发电厂发电厂10.5kV输电线输电线220kV升压升压仪器仪器36V降压降压实验室实验室380/220V降压降压变电站变电站 10kV降压降压降压降压 电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室5.3 变压器变压器 变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。子线路中应用广泛。变电压：变电压：电力系统电力系统 变阻抗：变阻抗：电子线路中的阻抗匹配电子线路中的阻抗匹配变电流：变电流：电流互感器电流互感器 变压器的主要功能有变压器的主要功能有变压器的主要功能有变压器的主要功能有：在能量传输过程中，当输送功率在能量传输过程中，当输送功率P=UI cos 及及负载功率因数负载功率因数cos 一定时：一定时：电能损耗小电能损耗小节省金属材料（经济）节省金属材料（经济）5.3.15.3.1 概述概述概述概述U I P =I RlI S5.3 变压器 变压器是一种常见的电气设备，电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室变压器的磁路变压器的磁路绕组：绕组：绕组：绕组：一次绕组一次绕组一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组二次绕组二次绕组单相变压器单相变压器+由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成厚厚0.35mm 或或 0.5mm铁心铁心变压器的电路变压器的电路变压器的电路变压器的电路一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心变压器的结构变压器的结构变压器的结构变压器的结构变压器的磁路绕组：一次绕组二次绕组单相变压器+由高导磁电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室变压器的分类变压器的分类电压互感器电压互感器电压互感器电压互感器 电流互感器电流互感器电流互感器电流互感器 按用途分按用途分按用途分按用途分电力变压器电力变压器电力变压器电力变压器(输配电用输配电用输配电用输配电用)仪用变压器仪用变压器仪用变压器仪用变压器 整流变压器整流变压器整流变压器整流变压器 按相数分按相数分按相数分按相数分三相变压器三相变压器三相变压器三相变压器 单相变压器单相变压器单相变压器单相变压器 变压器的分类电压互感器 电流互感器 按用途分电力变压器(输电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室5.2.2 变压器的工作原理变压器的工作原理单相变压器单相变压器+一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心 一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合磁耦合磁耦合磁耦合。5.2.2 变压器的工作原理单相变压器+一次N1二次N电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室(1)空载运行情况空载运行情况1.1.电磁关系电磁关系电磁关系电磁关系一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧开路二次侧开路。+1 i0(i0N1)1空载时，空载时，铁心中主铁心中主磁通磁通 是是由一次绕由一次绕组磁通势组磁通势产生的。产生的。(1)空载运行情况1.电磁关系一次侧接交流电源，二次侧电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室(2)带负载运行情况带负载运行情况1.1.电磁关系电磁关系电磁关系电磁关系一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧二次侧接负载接负载接负载接负载。+1 1i1(i1N1)i1i2(i2N2)2有载时，铁心中有载时，铁心中主磁通主磁通 是是由一由一次、二次绕组磁次、二次绕组磁通势共同产生的通势共同产生的合成磁通合成磁通。2i2+e2+e 2+u2 Z Z2 2 (2)带负载运行情况1.电磁关系一次侧接交流电源，二次电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室2.变压器的三个变比关系变压器的三个变比关系1）电压变比）电压变比2）电流变比）电流变比3）阻抗变比）阻抗变比2.变压器的三个变比关系1）电压变比电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室2.2.电压变换电压变换电压变换电压变换（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）（匝比）（匝比）（匝比）（匝比）K K为变比为变比为变比为变比结论：结论：改变匝数比改变匝数比K，就能改变输出电压。，就能改变输出电压。U U20为副边开路电压为副边开路电压为副边开路电压为副边开路电压2.电压变换（设加正弦交流电压）（匝比）K为变比结论：改变电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室3.3.电流变换电流变换电流变换电流变换(一次、二次侧电流关系一次、二次侧电流关系一次、二次侧电流关系一次、二次侧电流关系)有载运行有载运行有载运行有载运行结论：结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。一次、二次侧电流与匝数成反比。3.电流变换(一次、二次侧电流关系)有载运行结论：一次、二电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室4.4.阻抗变换阻抗变换阻抗变换阻抗变换由图可知：由图可知：由图可知：由图可知：结论：结论：折算到折算到变压器一次侧的变压器一次侧的等效等效阻抗模阻抗模，为二次侧所带负载，为二次侧所带负载阻阻抗模抗模的的K 2 倍。倍。(折算到变压器原边的阻折算到变压器原边的阻抗抗)则则4.阻抗变换由图可知：结论：折算到变压器一次侧的等效阻抗电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室或或或电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室变压器应用变压器应用的三变比关系的三变比关系:电流变比电流变比电流变比电流变比阻抗变换阻抗变换阻抗变换阻抗变换电压变比电压变比电压变比电压变比变压器应用的三变比关系:电流变比阻抗变换电压变比电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室(1)(1)负载负载直接接在直接接在信号源上，信号信号源上，信号源输出电流源输出电流解解解解:交流信号源的电动势交流信号源的电动势E=80V，内阻内阻 R 0=400，负载电阻负载电阻RL=4。（1）负载）负载直接接在直接接在信号源上，计算信号信号源上，计算信号源的输出功率；源的输出功率；（2）按图示方法接入负载时，欲使折算）按图示方法接入负载时，欲使折算到一次侧绕组的等效电阻到一次侧绕组的等效电阻求变压器电压比和信号源输出功率。求变压器电压比和信号源输出功率。例例例例5-55-5信号源输出功率信号源输出功率(1)负载直接接在信号源上，信号源输出电流解:电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室(2)(2)负载负载负载负载R RL L经过变压器连接到信号经过变压器连接到信号经过变压器连接到信号经过变压器连接到信号源源源源由由由由阻抗变换阻抗变换阻抗变换阻抗变换此时信号源输出电流为：此时信号源输出电流为：信号源输出功率为信号源输出功率为变压器匝数比为变压器匝数比为变压器匝数比为变压器匝数比为：则则(2)负载RL经过变压器连接到信号源由阻抗变换此时信号源输电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室电子线路中，常利用电子线路中，常利用电子线路中，常利用电子线路中，常利用阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配实现实现实现实现最大输出功率最大输出功率最大输出功率最大输出功率。结论：结论：结论：结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。接入变压器以后，输出功率大大提高。接入变压器以后，输出功率大大提高。接入变压器以后，输出功率大大提高。原因：原因：原因：原因：满足了最大功率输出的条件：满足了最大功率输出的条件：满足了最大功率输出的条件：满足了最大功率输出的条件：电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。结论：接电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室三相电压的变换三相电压的变换三相电压的变换三相电压的变换1)1)三相变压器的铁芯结构三相变压器的铁芯结构三相变压器的铁芯结构三相变压器的铁芯结构三相心式变压器的铁芯结构三相心式变压器的铁芯结构三相心式变压器的铁芯结构三相心式变压器的铁芯结构ABC三相电压的变换1)三相变压器的铁芯结构三相心式变压器的铁电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室三相电压的变换三相电压的变换三相电压的变换三相电压的变换ABCXYZabczyx1)1)三相变压器的结构三相变压器的结构三相变压器的结构三相变压器的结构高压绕组：高压绕组：A-X B-Y C-ZX、Y、Z：尾端：尾端A、B、C：首端首端低压绕组：低压绕组：a-x b-y c-za、b、c：首端：首端x、y、z：尾端：尾端2)2)三相变压器的连接方式三相变压器的连接方式三相变压器的连接方式三相变压器的连接方式连接方式连接方式连接方式连接方式：高压绕组接法高压绕组接法低压绕组接法低压绕组接法三相配电变压器三相配电变压器动力供电系统（井下照明）动力供电系统（井下照明）高压、超高压供电系统高压、超高压供电系统高压、超高压供电系统高压、超高压供电系统常用接法常用接法常用接法常用接法:三相电压的变换ABCXYZabczyx1)三相变压器的结电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室（1 1）三相变压器）三相变压器）三相变压器）三相变压器Y/YY/Y0 0连接连接连接连接线电压之比：线电压之比：线电压之比：线电压之比：（1）三相变压器Y/Y0连接线电压之比：电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室（2 2）三相变压器）三相变压器）三相变压器）三相变压器Y Y0 0/连接连接连接连接线电压之比：线电压之比：线电压之比：线电压之比：（2）三相变压器Y0/连接线电压之比：电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室1 1）变压器的型号变压器的型号变压器的型号变压器的型号5.5.变压器的铭牌和技术数据变压器的铭牌和技术数据变压器的铭牌和技术数据变压器的铭牌和技术数据S J L 1000/10S J L 1000/10 变压器额定容量变压器额定容量(KVA)铝线圈铝线圈铝线圈铝线圈 冷却方式冷却方式冷却方式冷却方式J:J:油浸自冷式油浸自冷式油浸自冷式油浸自冷式F:F:风冷式风冷式风冷式风冷式相数相数相数相数S:三相三相D:单相单相 高压绕组的额定电压高压绕组的额定电压高压绕组的额定电压高压绕组的额定电压(KV)(KV)1）变压器的型号5.变压器的铭牌和技术数据S J L 电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室2 2）额定值额定值额定值额定值 额定电压额定电压额定电压额定电压 U U1N1N、U U2N2N 变压器二次侧变压器二次侧变压器二次侧变压器二次侧开路开路开路开路（空载）时，一次、二次侧（空载）时，一次、二次侧（空载）时，一次、二次侧（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值绕组允许的电压值绕组允许的电压值绕组允许的电压值单相：单相：单相：单相：U U1N 1N，一次侧电压，一次侧电压，一次侧电压，一次侧电压，U U2N2N，二次侧，二次侧，二次侧，二次侧空载空载空载空载时的电压时的电压时的电压时的电压三相：三相：三相：三相：U U1N1N、U U2N2N，一次、二次侧的，一次、二次侧的，一次、二次侧的，一次、二次侧的线电压线电压线电压线电压 额定电流额定电流额定电流额定电流 I I1N1N、I I2N2N 变压器变压器变压器变压器满载满载满载满载运行时，一次、二次侧绕组允许的运行时，一次、二次侧绕组允许的运行时，一次、二次侧绕组允许的运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。电流值。电流值。电流值。单相：一次、二次侧绕组允许的电流值单相：一次、二次侧绕组允许的电流值单相：一次、二次侧绕组允许的电流值单相：一次、二次侧绕组允许的电流值三相：一次、二次侧绕组三相：一次、二次侧绕组三相：一次、二次侧绕组三相：一次、二次侧绕组线电流线电流线电流线电流2）额定值 额定电压 U1N、U2N 单相：U1N，一电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室 额定容量额定容量额定容量额定容量 S SN N 传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。单相：单相：单相：单相：三相：三相：三相：三相：容量容量容量容量 S SN N 输出功率输出功率输出功率输出功率 P P2 2 一次侧输入功率一次侧输入功率一次侧输入功率一次侧输入功率 P P1 1 输出功率输出功率输出功率输出功率 P P2 2注意：变压器几个功率的关系（单相）注意：变压器几个功率的关系（单相）注意：变压器几个功率的关系（单相）注意：变压器几个功率的关系（单相）效率效率效率效率容量：容量：一次侧输入功率：一次侧输入功率：输出功率：输出功率：变压器运行变压器运行时的功率取时的功率取决于负载的决于负载的性质性质 额定容量 SN 单相：容量 SN 输出功率 电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室5.3.4 特殊变压器特殊变压器1.1.自耦变压器自耦变压器u1u2电压关系：电压关系：电流关系：电流关系：使用时注意：使用时注意：一次、二次侧千万不能对调使用，一次、二次侧千万不能对调使用，以防变压器损坏。因当以防变压器损坏。因当N 小时，磁通大，电流小时，磁通大，电流迅速增加，线圈会严重发热。迅速增加，线圈会严重发热。由于自耦变压器的一次、二次侧绕组是相由于自耦变压器的一次、二次侧绕组是相连的，虽然有磁的联系，也连的，虽然有磁的联系，也有电的联系有电的联系，接线，接线不当或零线断路即不当或零线断路即带电带电，所以不安全。，所以不安全。5.3.4 特殊变压器1.自耦变压器u1u2电压关系：电流电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室2.2.2.2.电流互感器电流互感器电流互感器电流互感器实现用低量程的电流表测量大电流。实现用低量程的电流表测量大电流。使用注意事项：使用注意事项：1、二次侧不能开路二次侧不能开路，以防一次侧大，以防一次侧大电流在铁芯中产生大磁通，而在电流在铁芯中产生大磁通，而在二次边感应出高电压；二次边感应出高电压；2、铁心、低压绕组的一端接地铁心、低压绕组的一端接地，以，以防绝缘损坏时，二次侧出现过压。防绝缘损坏时，二次侧出现过压。被测电流被测电流(I1)=电流表读数电流表读数(I2)N2/N12.电流互感器实现用低量程的电流表测量大电流。使用注意事项：电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室本章结束本章结束本章结束电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室电工技术-5章-磁路与变压器ppt课件电工技术电工技术第第5章章 磁路与变压器磁路与变压器武汉理工大学武汉理工大学 电工电子教研室电工电子教研室电工技术-5章-磁路与变压器ppt课件