第6章 磁路与变压器

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,*,第6章 磁路与变压器,6.1 磁路,6.2 变压器的工作原理,6.3 变压器的使用,6.4 特殊变压器简介,磁路：主磁通所经过的闭合路径。,i,6.1 磁路,6.1.1.磁路的基本概念,线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁通。,：,主磁通,：,漏磁通,铁心,（导磁性能好,的磁性材料）,线圈,6.1.2 磁路计算中的基本物理量,一、磁感应强度,（磁通密度）,与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通（磁,力线）,单位：韦伯,1,Tesla=10,4,高斯,B,的单位：特斯拉（,Tesla）,二、磁导率,：表征各种材料导磁能力的物理量,（,亨/米）,真空中的磁导率()为常数,一般材料的磁导率 和真空中的磁导率之比，,称为这种材料的相对磁导率,，则称为磁性材料,，则称为非磁性材料,磁性材料的磁性能：,1.非线性,大,小,B,H,(,I,),2.磁饱和性,H,B,B,H,3.磁滞性,根据磁性能，磁性材料又可分为三种：软磁材料（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、永磁材料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、矩磁材料（滞回,线接近矩形。可用做记忆元件）。,三、磁场强度,H,磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁,感应强度和导磁率之比。,单位：,B,：,特斯拉,：亨/米,：,安/米,一.安培环路定律（全电流律）：,6.1.3 磁路的基本定律,磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等于通过这个闭合路径内电流的代数和.,I,1,I,2,I,3,电流方向和磁场强度的方向,符合右手定则，电流取正；,否则取负。,在无分支的均匀磁路,（磁路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：,磁路,长度,L,线圈,匝数,N,I,HL,：,称为磁压降。,NI,：,称为磁动势。一般,用,F,表示。,F,=,NI,总磁动势,在非均匀磁路,（磁路的材料或截面积不同，或磁场强度不等）中，,总磁动势等于各段磁压降之和。,例：,I,N,对于均匀磁路,磁路中的,欧姆定律,二.磁路的欧姆定律：,则：,I,N,S,L,注：由于磁性材料 是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性,分析，不做定量计算。,令：,R,m,称为磁阻,磁路和电路的比较（一）,磁,路,电,路,磁通,I,N,R,+,_,E,I,磁压降,磁动势,电动势,电流,电压降,U,基本定律,磁阻,磁感应,强度,安培环路,定律,磁 路,I,N,欧姆定律,电阻,电流,强度,克氏,电压定律,克氏,电流定律,磁路与电路的比较,(二),电 路,R,+,_,E,I,励磁电流：,在磁路中用来产生磁通的电流,励磁电流,直流,-,直流磁路,交流 -交流磁路,磁路分析,直流磁路,交流磁路,6.1.4 磁路的分析,I,U,一.直流磁路的分析,直流磁路的特点:,直流磁路和电路中的恒压源类似,直流电路中,E,固定,I,随,R,变化,随 变化,直流磁路中,F,固定,一定,一定,磁动势,F=IN,一定,磁通和磁通成反比,（线圈中没有反电动势）,（,R,为线圈的电阻）,电路方程：,一般情况下 很小,交流激励 线圈中产生感应电势,二.交流磁路的分析,：主磁通,：漏磁通,u,i,的感应电势,和 产生,假设,则,最大值,有效值,u,i,u,i,一定时磁动势,IN,随磁阻 的变化而变化。,当外加电压,U,、,频率,f,与,线圈匝数,N,一定时，便,确定下来。根据磁路欧姆,定律 ，当,交流磁路的特点:,交流磁路和电路中的恒流源类似,直流磁路中：,固定,F,随 变化,直流电路中：,I,S,固定,U,随,R,变化,交流磁路中磁阻 对电流的影响,电磁铁吸合过程的分析：,在吸合过程中若外加电压不变,则,基本不变。,i,u,电磁铁吸合前(气隙大）,大 起动电流大,电磁铁吸合后(气隙小）,小 电流小,如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。,注意：,(,U,不变，,I,不变）,(,I,随,R,m,变化）,（,U,不变时，,基本不变,）,直流磁路,交流磁路,磁路,小结,（,随,R,m,变化）,变压器功能：,变电压：,电力系统,变阻抗：,电子电路中的阻抗匹配,（如喇叭的输出变压器）,变电流：,电流互感器,6.2 变压器的工作原理,发电厂,1.05万伏,输电线,22万伏,升压,变电站,1万伏,降压,变压器应用举例,降压,实验室,380/220伏,降压,仪器,36伏,降压,单相变压器,变压器的基本结构和工作原理,铁芯,原边,绕组,副边,绕组,一,.,结构：,变压器符号：,工作过程：,空载运行,：原边接入电源，副边开路。,接上,交流电源,原边电流,i,1,等,于励 磁电流,i,10,产生感应电动势,二.工作原理,i,10,产生磁通,（交变）,（,方向符合右手定则）,结论：改变匝数比，就能改变输出电压。,K,为,变比,原、副边电压关系,根据交流磁路的分析,可得：,时,（变电压）,负载运行,Z,副边带负载后对磁路的,影响：在副边感应电压的,作用下，副边线圈中有了,电流,i,2,。,此电流在磁路中,也会产生磁通，从而影响原边电流,i,1,。,但当外加电压、频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时基本不变,。,带负载后磁动势的平衡关系为：,结论：原、副边电流与匝数成反比,由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流,很小，可忽略。即：,原、副边电流关系,（变电流）,（变阻抗）,原、副边阻抗关系,从原边等效：,结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以,变比的平方。,阻抗变换举例：,扬声器上如何得到最大输出功率,R,s,R,L,信号源,设：,信号电压的有效值:,U,1,=50V;,信号内阻：,R,s,=100,;,负载为扬声器，其等,效电阻：,R,L,=8,。,求：负载上得到的功率,解：,（1）将负载直接接到信号源上,，得到的输出功,率为：,R,s,（,2）将负载通过变压器接到信号源上。,输出功率为：,设变比,则：,结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了,很多。原因是满足了电路中获得最大输出的条,件（信号源内、外阻抗差不多相等）。,额定电压,变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允,许的电压值。,额定电流,变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。,额定容量,传送功率的最大能力。,（,理想）,6.3.1 变压器的铭牌数据（以单相变压器为例）,6.3 变压器的使用,容量,S,N,输出功率,P,2,原边输入功率,P,1,输出功率,P,2,注意：变压器几个功率的关系,效率,变压器功,率因数,容量：,原边输入功率：,输出功率：,6.3.2 变压器的效率(,),为防止涡流损失，铁芯一般由一片片导磁材料叠合而成。,变压器的损耗包括两部分：,铜损(,P,CU,)：,绕组导线电阻所致。,磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，,造成的损失。,涡流损失：交变磁通在铁芯中产生,的感应电流（涡流），,造成的损失。,铁损(,)：,P,FE,6.3.3 变压器的外特性,副边输出电压和输出电流的关系。即：,U,2,I,2,U,20,U,20,：,原边加额定电压、,副边开路时，副边的输,出电压。,一般供电系统希望要硬特性（随,I,2,的变化，,U,2,变化不多）,当电流流入两个线圈(或流出）时，若产生的磁通方向相同，则两个流入端称为同极性端（同名端）。或者说，当铁芯中磁通变化（增大或减小）时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。,同极性端(同名端),A,X,a,x,*,*,6.3.4 变压器绕组极性及连接方法,A,X,a,x,*,*,电器使用时两种电压（220,V/110V）,的切换：,220,V：,联结 2 3,110,V：,联结 1 3，2 4,线圈的接法,1,3,2,4,*,*,220,V,：,联结 2 3,励磁,两种接法下线圈工作情况的分析,*,*,1,3,2,4,110,V：,联结 1 3，2 4,1,3,2,4,220,V：,联结 2 3,1,3,2,4,*,*,说明：两种接法下 不变，所以铁芯磁路的设计相同,励磁,问题1：,在110,V,情况下，如果只用一个绕组（,N,），,行不行？,答：,不行（两绕组必须并绕）,原边有两个相同绕组的电源变压器（220/110），使用中应注意的问题：,*,*,1,3,2,4,1,3,2,4,N,若两种接法铁芯中的磁通相等，则：,问题2,：,如果两绕组的极性端接错，结果如何？,结论：,在极性不明确时，一定要先测定极性再通电。,答：,有可能烧毁变压器,两个线圈中的磁通抵消,烧毁,感应电势,电流,很大,原因：,*,*,1,3,2,4,方法一：交流法,A,X,a,x,同极性端的测定方法,若 说明,A,与,a,或,X,与,x,为同,极性端。,把两个线圈的任意两端(,X,-,x,),连,接,然后在,AX,上加一小电压,u,。,测量：,若 说明,A,与,x,或,X,与,a,是同,极性端,；,结论：,方法二：直流法,mA,表,+,_,A,X,a,x,K,+,-,*,*,A,X,a,x,+,_,K,设,K,闭合时,增加。,感应电动势的方向，阻止,的增加。,如果当,K,闭合时，,mA,表正偏，则,Aa,为同极性端;,如果当,K,闭合时，,mA,表反偏，则,Ax,为同极性端,结论：,变压器设计,中的一些概念(1),一定,额定容量,定铁芯窗口,定导线直径,定,定,则 （,铜多、铁少）,则 （,铜少、铁多）,(,一定时,),在同样变比情况下，匝数多好，还是少好？,（,省铜）,（,费铁）,截面积,A,变压器设计,中的一些概念(2),6.4.1 自耦变压器,A,B,P,6.4 特殊变压器简介,使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。,注意：原、副边千万不能对调使用，,以防变压器损坏。因为,N,变小时，磁通增大，电流会迅速增加。,6.4.2 电压互感器：用低量程的电压表测高电压,1.副边不能短路，以,防产生过流；,2.铁心、低压绕组的,一端接地，以防在,绝缘损时，在副边,出现高压。,使用注意：,V,R,N,1,（,匝数多,）,保险丝,N,2,（,匝数少,）,u,（被测电压）,电压表,被测电压=电压表读数,N,1,/,N,2,6.4.3 电流互感器：用低量程的电流表测大电流,（,被测电流）,N,1,（,匝数少,）,N,2,（,匝数多,）,A,R,i,1,i,2,电流表,被测电流=电流表读数,N,2,/,N,1,1.副边不能开路，以,防产生高电压；,2.铁心、低压绕组的,一端 接地，以防在,绝缘损坏时，在副,边出现过压。,使用注意事项：,