电工与电子技术第五章磁路和变压器课件

5.1,磁路的基本概念,5.2,变压器的用途与结构,5.3,变压器,5.4,殊变压器,磁路和变压器,第,5,章,第,5,章 小结,5.1 磁路的基本概念5.2 变压器的用途与结构5.,5.1,磁路的基本概念,5.1.1,磁路的基本物理量,5.1.3,交流铁心线圈,5.1.2,磁路的欧姆定律,5.1 磁路的基本概念5.1.1 磁路的基本物理量5.1.,电工设备中常见的磁路及铁心线圈,变压器,铁心,+,S,N,电机,铁心,绕组,绕组,绕组,绕组,电工设备中常见的磁路及铁心线圈变压器 铁心+SN电机,5.1.1,磁路的基本物理量,1.,磁感应强度,B,(,磁通密度,),：是表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量。,均匀磁场,磁场内各点的,B,大小相等，方向相同。,单位：T（特,斯拉,）,方向：,与电流之间用,右螺旋定则,确定。,（该点磁场作用于,1,米长、,1,安电流的导体上的力）,2.,磁通,F,等于磁感应强度,B,与垂直于磁场方向的面积,S,的乘积。,5.1.1 磁路的基本物理量 1.磁感应强度B(磁,4.,磁场强度,H,定义：,H,=,B,/,3.,磁导率,相对,磁导率,r,=,/,0,对于铁,磁材料,r,=10,2,10,5,单位：,A,/,m (,安,/,米,),铁,磁材料广泛应用在变压器、电机、电工仪表等。,真空,磁导率,0,=4,10,7,H,/,m,（亨,/,米）,对于均匀磁场,F,=,B,S,F,-,标量,单位：,Wb,（韦,伯,）,2.,磁通,F,等于磁感应强度,B,与垂直于磁场方向的面积,S,的乘积。,4.磁场强度 H 定义：H=B/3.磁导率 相对,5.1.2,磁路的欧姆定律,磁通势：,F,=,NI,单位,A,(,安）,磁路磁阻：,单位,H,-1,(,每亨）,磁路欧姆定律：,I,N,U,+,铁心磁路,5.1.2 磁路的欧姆定律磁通势：F=NI 单位A(安,磁路与电路各物理量的对应关系,磁通势：,F,磁路,电路,电动势：,E,磁通,:,电流,:,I,磁路磁阻：,电路电阻,:,磁路欧姆定律：,电路欧姆定律：,（,不是常数）,F,F,0,0,磁通随磁通势变化曲线,空心线圈,铁心线圈,磁饱和,磁路与电路各物理量的对应关系磁通势：F,5.1.3,交流铁心线圈,i,u,+,主磁通,e,e,漏磁通,设：,=,m,sin,t,1.,主,磁通产生的感应电动势,=,N,m,cos,t,=,E,m,sin(,t,-90),感应电动势的有效值：,2.,外加电压与电动势及磁通的关系,由,KVL,：,u,=,i,R,e,e,u,e,R,和,e,很小,U,E,=,4.44,f N,m,当电源频率和线圈匝数一定时，只要电压,U,不变,就要求磁通,m,不能变。,5.1.3 交流铁心线圈i u+主磁通ee 漏,铁心线圈的功率损耗,=,铜损,+,铁损,线圈导线电阻产生的损耗,铜损：,铁损：,（,在铁心中产生的感应 电流而引起的损耗）,磁滞损耗（,铁心反复磁化时所消耗的功率）,涡流损耗,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,0.35mm,或,0.5mm,硅钢片叠装而成。,铁心线圈的功率损耗=铜损+铁损线圈导线电阻产生的损耗铜损,5.2,变压器的用途与结构,5.2.1,变压器的用途,5.2.2,变压器的基本结构,5.2 变压器的用途与结构5.2.1 变压器的用途5.2.,5.2.1,变压器的用途,变压器可以变换电压、电流和阻抗的功能。应用非常广泛。,电力系统,：,变压器用于改变供电系统的电压。,电子线路：,变压器用于改变电压、耦合电路、传送信 号和实现阻抗的匹配等。,还有一些,特殊变压器,（如：自耦变压器、电流互感器等）及,专用变压器,（如：电焊变压器、整流变压器等）。,按相数分,:,单相、三相和多相变压器。,分类：,按用途分,:,电力变压器，特殊用途变压器。,按结构分,:,心式变压器、壳式变压器。,按冷却方式分,:,自冷变压器、油冷变压器。,5.2.1 变压器的用途 变压器可以变换电压、电流和,5.2.2,变压器的基本结构,其它部件,:,油箱、冷却装置、保护装置等,壳式变压器,变压器主要组成部分,变压器铁心,:,硅钢片叠压而成,变压器绕组,:,原边,(,一次线圈、高压绕组,),副边,(,二次线圈、低压绕组,),心式变压器,线圈,铁心,铁心,线圈,5.2.2 变压器的基本结构其它部件:油箱、冷却,低压绕组,高压绕组,同心式绕组,交叠式绕组,低压绕组,高压绕组,低压绕组 高压绕组同心式绕组交叠式绕组 低压绕组 高压绕组,5.3,变压器,5.3.1,变压器的工作原理,5.3.2,变压器的使用,*5.3.2,变压器线圈极性的测定,5.3 变压器5.3.1 变压器的工作原理5.3.2 变,+,u,1,e,1,5.3.1,变压器的工作原理,变压器原理示意图,i,1,e,1,主磁通,1,N,1,e,2,e,2,i,2,u,2,+,Z,L,N,2,2,原绕组,副绕组,2,e,2,1,e,1,变压器符号,+u1e15.3.1 变压器的工作原理变压器原理示意图i,U,1,U,20,=,=,K,N,1,N,2,U,1,U,20,E,1,E,2,4.44,f N,1,m,4.44,f N,2,m,N,1,N,2,=,变压器变比,E,2,=,4.44,f N,2,m,1.,电压变换,变压器空载：,E,1,=,4.44,f N,1,m,+,u,1,e,1,i,1,e,1,N,1,e,2,N,2,u,20,+,变压器带载工作时,U,1,U,2,=,K,N,1,N,2,U1U20=KN1N2U1U20E1E2,i,2,u,2,+,Z,L,e,2,+,u,1,e,1,i,1,e,1,N,1,e,2,N,2,2.,电流变换,变压器接负载：,U,1,E,1,=,4.44,f N,1,m,变压器接负载后,副边磁势也产生磁通,主磁通,为,合成磁通。,电源电压,U,1,没有变,变压器接负载后,主磁通,m,不变,。,（空载电流很小）,N,1,I,1,=N,2,I,2,结论,有效值,i2u2+ZLe2+u1e1i1 e1 N1e,3.,阻抗变换,I,2,K,U,2,U,1,I,1,+,+,Z,2,Z,1,负载,阻抗,结论,在电子线路和通信工程中，常用变压器来实现阻抗的匹配。,3.阻抗变换I2KU2U1I1+Z2Z1负载,4.,三相,变压器,三相低压绕组，可,Y,接或,接,三相高压绕组，可,Y,接或,接,常用的接线方式：,Y,yn,(Y/Y,O,),、,Y,d,(Y/,),、,YN,d,(,Y,O,/,),U,1,U,2,v,1,u,1,V,1,V,2,W,1,W,2,u,2,v,2,w,1,w,2,N,1,N,2,4.三相变压器三相低压绕组，可Y接或接三相高压绕组，可Y接,Y,yn,联结,Y,d,联结,U,V,W,u,v,w,+,-,U,1,+,-,+,-,+,-,U,V,W,+,-,U,1,+,-,+,-,+,-,w,u,v,Y,yn 联结Y,d 联结UVWuvw+-U1+-+-+-U,电压变化率,1.,变压器的外特性,cos,1,cos,=1,0,U,2,I,2,U,20,I,2N,5.3.2,变压器的使用,I,2,K,U,2,U,1,I,1,+,+,Z,2,（电压变化率越小越好，一般在,5%,左右）,变压器外特性,当电源电压,U,1,和负载功率因数一定时，的关系曲线称为变压器的,外特性,。,电压变化率1.变压器的外特性cos1cos=10,损耗,铜损,效率,电力变压器,=,(,90,99,),%,2.,变压器的损耗与效率,铁损,P,Fe,与,B,m,、,f,有关,3.,变压器的主要额定值,（,1,）额定容量（,VA,、,KVA,）,三相变压器,单相变压器,（,2,）额定电压（,V,、,KV,）,U,2N,原绕组加,U,1N,时，副绕组的开路电压。,U,1N,原绕组的额定电压。,三相变压器为线电压。,损耗铜损效率电力变压器=(9099)%2.变压器,（,3,）额定电流（,A,）,I,2N,副绕组的额定电流。,I,1N,原绕组的额定电流。,三相变压器为线电流。,例,:5.1,某收音机输出变压器的原线圈匝数,N,1,=600,匝，,N,2,=30,匝，接有阻抗为,16,扬声器（匹配），现要改接成,4,扬声器，问二次线圈匝数为多少才能匹配？,解：,原变比,K,+,（3）额定电流（A）I2N 副绕组的额定电流。I1N,例,5.2,有一单相容量为,10kVA,、额定电压,3300/220V,的变压 器。问：,（,1,）,变压器的变比；原、副边额定电流是多少？,（,2,）,副边接,220V,、,40W,的白炽灯，如变压器在额定状态下运行，可接多少盏？,（,3,）,如果副边接的是,220V,、,40W,、,cos,=0.45,的日光灯可接多少盏？,解：,（,3,）,A,18,.,0,220,40,=,=,=,U,P,I,每盏灯电流,（,2,）,每盏灯电流,A,40,.,0,45,.,0,220,40,cos,=,=,=,j,U,P,I,（,1,）,例5.2 有一单相容量为10kVA、额定电压,*5.3.2,变压器线圈极性的测定,如果变压 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,同极性端,。,1.,同极性端,（同名端）：,当电流从同极性端流入时，两线圈产生的,磁通方向相同,。,1,、,3,为同名端,1,、,4,为同名端,正确的串联接法,同名端标注,i,1,i,2,1,2,4,3,2,1,i,1,i,2,1,2,4,3,2,1,*5.3.2 变压器线圈极性的测定 如果变压,2.,同名端,的测定,（,1,）直流法（三“正”法）,1,4,2,3,s,mA,0,100,+,_,电流表正指，,1,、,3,为,同名端,（,2,）交流法,1,4,2,3,V,0,100,1,、,3,为,同名端,1,、,4,为,同名端,2.同名端的测定（1）直流法（三“正”法）1423smA01,5.4,特殊,变压器,5.4.1,自耦变压器,5.4.2,电流互感器,5.4 特殊变压器5.4.1 自耦变压器5.4.2 电,N,1,N,2,u,1,u,2,+,+,-,-,5.4.1,自耦变压器,滑动头,原理图,U,1,N,1,N,2,U,2,I,1,I,2,Z,接零线,接火线,N1N2u1u2+-5.4.1 自耦变压器滑动头原理图,5.4.2,电流互感器,被测电流,电流互感器用来扩大测量交流电流的量程。,i,2,N,1,N,2,A,i,1,Z,通常电流表的表盘上直接标出被测的电流值。,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，危及设备及人身安全。,注意,5.4.2 电流互感器被测电流 电流互感器用,小 结,第,5,章,小 结第 5章,3.,变压器可以变换电压、电流和阻抗的功能。,4.,变压器的主要额定值,1.,磁路欧姆定律：,2.,交流铁心线圈外加电压与电动势及磁通的关系,U,E,=,4.44,f N,m,只要电压,U,不变,就要求磁通,m,不能变。,U,1,U,2,=,K,N,1,N,2,三相变压器,单相变压器,额定容量：,3.变压器可以变换电压、电流和阻抗,额定电压：,U,2N,原绕组加,U,1N,时，副绕组的开路电压。,U,1N,原绕组的额定电压。,三相变压器为线电压。,I,2N,副绕组的额定电流。,I,1N,原绕组的额定电流。,三相变压器为线电流。,额定电流：,5.,三相,变压器,常用的接线方式：,6.,当电流从同极性端流入时，两线圈产生的磁通方向相同。,Y,yn,(Y/Y,O,),、,Y,d,(Y/,),、,YN,d,(,Y,O,/,),额定电压：U2N 原绕组加U1N时，副绕组的开路电压。U1,8.,电流互感器用来扩大测量交流电流的量程。,测量时副绕组电路不允许开路。,7.,实验室中常用,自耦变压器，,其副绕组是原绕组的一部分。,8.电流互感器用来扩大测量交流电流的量程。测量时副绕组电,