磁路和变压器

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,跳转到第一页,*,跳转到第一页,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,磁路概念、变压器工作原理,磁路与变压器,主要授课内容,第,1,章,1,第,5,章 磁路与变压器,5.1,铁芯线圈、磁路,5.2,变压器的基本结构和工作原理,5.3,三相电力变压器,5.4,特殊变压器,第,1,章,2,4.1,铁芯线圈、磁路,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,2,页,3,1.,磁路的基本概念,i,u,交流铁心线圈示意图,电路部分,磁路部分,电流通过,N,匝线圈产生的磁动势：,f = i N,f,在铁芯中激发按正弦规律变化，沿铁芯闭合的工作磁通,。,均匀,磁场中,磁通,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),。,1Wb=10,8,Mx,第,2,页,4,磁导率,磁导率,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,r,：,物质磁导率与真空磁导率的比值。,第,2,页,5,非磁性,物质：,r,1,的物质，如铜、铝、橡胶、空,气、塑料等。,铁磁性,物质：,r,1,的物质，如铁、镍、钴、钢、,合金钢、坡莫合金等。,铁磁性物质,彼此之间的相对磁导率,差别很大。,如铸铁的,r,200,400,；铸钢的,r,500,2200,；硅钢的,r,7000,10000,；坡莫合金的,r,20000,200000,。,一个磁路中若有气隙存在，则,气隙,磁阻,铁芯,磁阻,。,物质根据,相对磁导率的不同,可分为两大类,第,2,页,6,磁感应强度,B,和磁场强度,H,1.,磁感应强度,B,是表征磁场中某点强弱和方向的物理量。,B,的大小与磁场周围介质的,磁导率,有关,；,2.,磁场强度,H,是表征电流的磁场强弱和方向的物理量。,H,的大小与磁场周围介质的,磁导率,无关,。,磁路欧姆定律：,磁路欧姆定律可以用来,定性,的分析磁路的情况。,第,2,页,7,铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子电流圈流向一致，因此在这些极小的区域内就形成了一个个天然的磁性区域,磁畴,。,2.,铁磁材料的磁性能,铁磁材料内部的磁畴排列,杂乱无章,，,磁性相互抵消,，因此对外不显示磁性。,铁磁材料之所以具有高导磁性，是因为在它们的内部具有一种特殊的物质结构,磁畴,。,磁畴是怎么形成的？,显然，磁畴是由分子电流产生的。,磁畴因受外磁场作用而顺着外磁场的方向发生归顺性重新排列，在内部形成一个很强的,附加磁场,。,（,a,）无外磁场情况,（,b,）有外磁场情况,第,2,页,8,磁滞回线中,H,为零时,B,并不为零,的现象说明铁磁材料具有,剩磁性,。,B,H,0,c,b,a,起始磁化曲线,oa,段是,线性段,ab,段是,上升段,bc,段是磁化曲线的,膝部,C,点以后是,饱和段,起始磁化曲线反映了什么？,起始磁化曲线的,ab,段反映了铁磁材料的,高导磁性,；,c,点以后说明铁磁材料具有,磁饱和性,。,磁滞回线中,B,的变化总是落后于,H,的变化,说明铁磁材料具有,磁滞性,；,铁磁材料反复磁化一周所构成的曲线称为,磁滞回线,。,起始磁化曲线和磁滞回线,第,2,页,9,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的过程中，,B,的变化总是滞后于,H,的变化，这种现象称为,磁滞性,；当,H,减为零时,B,并不为零。,磁导率可达10,2,10,4,，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,。,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。,高导磁性,磁滞性和剩磁性,磁饱和性,：,铁磁性材料具有高导磁性、磁饱和性、磁滞性和剩磁性。,第,2,页,10,涡流在铁芯中造成的热量损耗。,根据电流的热效应，涡流通过铁芯将使铁芯发热，严重时会造成设备烧损。,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，在翻转的过程中，由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为,磁滞损耗,。,3.,铁芯损耗,磁滞损耗,涡流损耗,在交变磁场作用下，整块铁芯中产生的旋涡状感应电流称为,涡流,。,涡流对电气设备有何影响？,为减小涡流损耗，常用硅钢片叠压制成电机电器的铁芯。,第,2,页,11,具有,磁导率极高、磁化后只有正、负两个饱和状态,特点的铁磁材料。矩磁材料,适用于制作各类存储器记忆元件的磁芯,。,具有,磁导率不太高、但一经磁化、能保留很大的剩磁且不易去磁,特点的铁磁材料。硬磁材料,适用于制作各种人造磁体,。,具有,磁导率很高、易磁化、易去磁,特点的铁磁材料。软磁材料,适用于制作各种电机电器的铁心,。,4.,铁磁材料的分类和用途,铁磁材料根据工程上用途的不同可分为三大类,软磁材料,硬磁材料,矩磁材料,对交流铁芯而言，当外加电压有效值及电源频率不变时，主磁通的最大值,m,也将基本维持不变。,5.,主磁通原理,第,2,页,12,由主磁通原理可知，发生机械故障时电源电压和电源频率并没有发生变化，因此磁路中的主磁通应基本维持不变。,例：,一个交流电磁铁，由于机械故障造成通电后不能吸合，结果把线圈烧坏，试分析原因。,分析,根据磁路欧姆定律：,由式可得：交流电磁铁由于卡住而不能吸合，,空气隙增大,造成磁路中的,磁阻大大增加,，而,主磁通又要维持不变,，因此电流,i,将大大增加,，结果使,线圈烧损,。,铁损包括磁滞损耗和涡流损耗,。铁损不仅造成能量损耗，还可造成电机、电器的铁芯发热，若,发热严重时,将造成,设备绝缘的永久性损坏,。,何谓铁损？铁损对电器有何影响？,第,2,页,13,第,2,页,14,4.2,变压器的基本结构和工作原理,T,r,N,1,i,10,u,1,A,X,N,2,|,Z,L,|,u,20,S,a,x,x,由硅钢片叠压制成的变压器铁心磁路。,变压器一次侧绕组,（原边）,变压器二次侧绕组,（副边）,变压器图形符号,变压器,是一种能变换电压、变换电流、变换阻抗的,“静止”电气设备,。变压器在传递电能的过程中,频率不变,。,1.,变压器的基本结构,第,2,页,15,2,变压器的工作原理,（,1,）变压器的空载运行与变换电压作用,N,1,i,10,u,1,A,X,N,2,|,Z,L,|,u,20,S,a,x,x,变压器的,一次侧接电源,，,二次侧开路,，这种运行状态称为,空载,。,变压器空载时原边电流,i,10,很小,，在铁心磁路中产生按正弦规律变化的磁通,，当,穿过两线圈时，分别感应电压：,变压器原、副边电压与感应电压的关系为：,变压器原、副边电压与感应电压的关系为：,其中,k,称为变压器的变比。显然：变压器,通过改变原、副边的匝数即可,变换电压,。,第,2,页,16,（,2,）,变压器的负载运行与变换电流作用,变压器的,一次侧接电源,，,二次侧与负载接通,，这种运行状态称为,负载运行,。,变压器负载运行时由于副边电流存在的去磁作用，因此原边电流由,i,10,增大至,i,1,。原边磁动势增加的数值恰好等于二次侧负载所需要的磁动势。即,：,变压器在能量传递的过程中损耗甚小，因此：,因此：,其中,1,/,k,称为变压器的变流比。显然：变压器,在改变电压的同时也改变了电流，即变压器还可以,变换电流,。,N,1,i,1,u,1,A,X,N,2,|,Z,L,|,u,2,S,a,x,i,2,第,2,页,17,已知某收音机输出变压器的原边匝数为,600,副边匝数为,30,原边原接有,16,的扬声器，现要改接成,4,扬声器，求,N,2,应改为多少？,（,3,）,变压器的变换阻抗作用,变压器的副边所接负载为,|,Z,L,|,，原边输入阻抗为,Z,1,时，有,：,把变压比和变流比公式代入可得,：,变压器的阻抗变换作用常用于电子电路中。,例如：,N,1,i,1,u,1,A,X,N,2,|,Z,L,|,u,2,S,a,x,i,2,第,2,页,18,第,2,页,19,2,变压器的外特性,变压器的外特性,就是描述输出电压,u,2,随负载电流,i,2,变化的关系，即：,u,2,f,（,i,2,）,两者之间的对应关系可用左图所示曲线进行描述。,u,2,U,2N,i,2,I,2N,0,cos(-,2,)=0.8,超前,cos,2,=1,cos,2,=0.8,滞后,2,电压调整率,电压调整率,反映了变压器运行时输出电压的稳定性，是变压器的主要性能指标之一。,4,变压器的损耗和效率,（,1,）损耗,铁损耗,包括,磁滞损耗,和,涡流损耗,。,第,2,页,20,4.3,三相电力变压器,讯号式温度计,吸湿计,储油柜,安全气道,油表,气体继电器,高压套管,低压套管,分接开关,油箱,铁芯,绕组,放油阀门,变压器主要由铁芯和绕组两大部分构成。,铁芯,是它的,磁路,部分，,绕组,是它的,电路,部分。,第,2,页,21,电力变压器的型号,S7-500/10,低损耗系列产品,额定容量（,KVA,）,高压绕组额定电压（,KV,）,变压器同极性端判别,变压器的额定值,额定,容量,：三相变压器的总容量：,S,N,=3I,2N,U,2N,额定,电压,：原、副边额定值均指,线电压,数值。,额定,电流,：,I,1N,、,I,2N,均指原、副边,线,电流值。,a,x,A,X,AX,是变压器的原边绕组,ax,是变压器的副边绕组,Aa,是变压器一对,同名端,由同一电流感应的电动势，,极性始终保持一致的端子为,同名端,。,电流同时由,同名端,流入（或流出）时，它们所产生的,磁场相互增强,，反之相互削弱。,判别方法：,第,2,页,22,用实验的方法测试同极性端,S,闭合时：毫伏表指示,正值，,则,1和3,是,同极性,端，若指针,反偏，,则,1和4,是,同极性,端。,S,打开时指针偏转情况相反。,先将两线圈的一对端子相联，构成串联连接。,U,13,=,U,12,U,34,时，,1和3,是,同极性,端；,U,13,=,U,12,U,34,时，,1和4,是,同极性,端。,3,4,V,1,2,S,U,S,3,4,V,u,S,1,2,V,第,2,页,23,三相变压器的联接组别较多，为了制造和使用的方便，国家标准规定，三相双绕组电力变压器的,标准,联接组别有五种：,Y,，,yn0,；,YN,，,y0,；,Y,，,y0,；,Y,，,d11,；,YN,，,d11,。,其中,大写字母,Y,表示,高压绕组为,星形,联接方式，后面加,N,表示带有,中线,；,小写字母,y,或,d,，表示,低压绕组,联接为星形或三角形，星形有中线引出时，后面加字母,n,（,0,表示指,0,点）。,5.,三相电力变压器的连接组别,副边绕组,a,b,c,x,y,z,a,b,c,A,B,C,X,Y,Z,C,A,B,原边绕组,Y,d11,连接组别电路图与相量图,第,2,页,24,6.,三相电力变压器的并联运行,A,C,B,a,c,b,N,A,C,B,a,c,b,N,A,C,B,a,c,b,N,两台变压器并联运行,将两台或两台以上变压器的原、副绕组分别并联到原边和副边的,公共母线,上，共同向负载供电的方式，称为变压器的,并联运行,。,为了安全可靠地并联运行，变压器组必须满足下列三个条件：,1.,并联运行的变压器，其,连接组别标号必须相同,；,2.,并联运行的变压器，其变比应当相等；,3.,并联运行的变压器，其短路电压应当相等。,其中第,1,条必须严格遵守！,第,2,页,25,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。,4.4,特殊变压器,1自耦变压器,u,1,u,2,自耦变压器的,工作原理,和普通双绕组变压器,一样,，因此,变比相同,自耦变压器也称为,自耦调压器,，它的最大,特点,就是,可以通过转动手柄来获得原、副边所需要的,各种电压,。,u,1,u,2,自耦变压器的电路图符号,第,2,页,26,2,电焊变压器,电焊变压器：,交流弧焊机实质是一种特殊的降压变压器，因此也称为电焊变压器。,靠电弧放电的热量来融化焊条和金属以达到焊接金属的目的,。,交流电焊机示意图,u,1,u,2,60,80V,i,2,手柄,电抗器,变压器,可动铁心,焊钳,25,30V,工件,第,2,页,27,电焊变压器必须满足下列要求：,3.,为了适应不同的焊接要求，要求电焊变压器的,焊接电流能够在较大的范围内进行调节,，而且,工作电流要比较稳定。,1.,具有较高的起弧电压。,起弧电压,应达到,60,70V,，,额定负载时约为,30V,；,2.,起弧以后，要求电压能够,迅速下降,，同时在短路时（如焊条碰到工件上，副边输出电压为零）次级电流也不要过大，一般不超过额定值的两倍。也就是说，电焊变压器要,具有陡降的外特性,。,第,2,页,28,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,。,L,1,L,2,N,1,N,2,V,电压互感器使用时，二次侧并联,阻抗不得太小,，否则,影响测量精度,。,电压互感器二次侧表头额定值为,标准值,100V,。,3,仪用互感器,第,2,页,29,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,。,A,N,2,N,1,电流互感器二次侧所接仪表的阻抗,不得大于规定值,！,电流互感器二次侧表头额定值为,标准值,5A,（或,1A,）。,第,2,页,30,自耦变压器为什么不能用作安全变压器使用？,因为自耦变压器的原、副边,存在电的联系,，高压侧如果出现故障，必然波及到低压侧，低压侧直接与设备相连，因此是不安全的，故自耦变压器不能当作安全变压器使用。,何谓变压器绕组的同极性端？如何判断同极性端？,由同一电流产生的感应电动势的,极性始终保持一致的端子称为同名端,。判断同名端可以用实验的方法，包括,直流法,和,交流法,。,国家规定的电力变压器的标准连接组别有哪,5,种？,国家规定的电力变压器的标准连接组别有：,Y,，,yn0,；,YN,，,y0,；,Y,，,y0,；,Y,，,d11,；,YN,，,d11,五种,。,第,2,页,31,