08变压器解析

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,*,第八章 铁心线圈与变压器,第一节 磁路的根本概念和定律,其次节 直流铁心线圈与直流电磁铁,第三节 沟通铁心线圈与沟通电磁铁,第四节 单相变压器,#,第八章 铁心线圈与变压器,本章介绍的根本物理量、根本定律以及磁性材料的磁性能。在此根底上重点争论铁心线圈电路和变压器。,第一节 磁路的根本概念和定律,电动机、继电器、电磁铁及变压器等电器都是基于电磁耦合的原理工作的，我们已经学过了电路，现在再来争论磁路。,一、磁场的根本物理量,1.磁通,2.磁感应强度,B,3.磁场强度,H,4.导磁系数,#,8-1,一、磁场的根本物理量,垂直穿过某一面积S 的磁力线的总根数。,韦伯wb,穿过单位面积的磁力线根数。,特斯拉,T,wb/m,2,磁场中某点的B 与该点的磁导率的比值。,1.磁通,2.磁感应强度,B,3.磁场强度,H,4.导磁系数,描述导磁能力大小的物理量。通常使用相对导磁系数,无量纲,真空导磁系数,第一节 磁路的根本概念和定律,安/米，A/m,A/cm,#,8-1,磁动势,第一节 磁路的根本概念和定律,二、磁路的根本定律,安培环路定律,磁路欧姆定律,与电路类似，磁路也有各种定律,安培环路定律,安培环路定律,安培环路定律,安培环路定律,安培环路定律,沿任一闭合路径，,H,的线积分等于包围在这闭合路径内各电流的代数和,假设磁场均匀则有,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,无分支磁路,平均长,l,线圈,N,匝,I,N,磁通,导磁系 数,截面积S,依据,得,磁路欧姆定律,磁阻,R,m,基尔霍夫定律,#,8-1,二、磁路的根本定律,安培环路定律,磁路欧姆定律,基尔霍夫定律,基尔霍夫定律,基尔霍夫定律,基尔霍夫定律,基尔霍夫定律,基尔霍夫定律,基尔霍夫定律,基尔霍夫定律,基尔霍夫定律,有分支磁路,I,1,N,1,I,2,N,2,1,2,3,1.磁路的基尔霍夫磁通定律,在节点A 处,A,1,+,2,-,3,=0,2.,磁路的基尔霍夫磁压降定律,任一闭合回路中均有：,或,磁压降的代数和等于磁动势的代数和,#,8-1,I,N,HI,B,（,）,a,b,c,B,铁磁材料,B-H,，-,H,曲线,从曲线上能明显看出，,不是常数,导磁性,工程上利用它来使,磁通尽量地约束在有限的范围,内，提高电磁设备的利用率，,一般使用,B,-,H,曲线的,ab,段。,磁滞,B,的变化滞后于,H,的变化,如曲线的,oa,段,o,磁饱和,当H 到达确定程度，B 不再随H 而增加，此为磁饱和。,如曲线的cs 段。,s,假设对铁心线圈而言，磁饱和意为,当电流I 增加到确定程度，不再随之增加。,关于磁滞,祥看请点击,#,三、磁性材料的磁性能,8-1,8-1,几点说明：,磁阻,R,m,的,大小取决于磁路的尺寸和材料的磁导率。,很大，但不是常数，因此 也不是常数。所以磁,路欧姆定律不能用来进行定量计算，只用做定性分析。,通常磁路计算应用磁路基尔霍夫定律。,磁路和电路有相像之处，但却有本质的区分。,祥见教材P149,#,其次节,其次节 直流铁心线圈与直流电磁铁,一、直流铁心线圈 磁路计算略,二、直流电磁铁,1.构成,铁心,铁心,线圈,线圈,衔铁,衔铁,8-2,2.工作原理,通电的铁心线圈对衔铁会产生吸力,请看通电演示,3.吸力,磁动势主要降在空气隙上,磁动势,#,电磁铁应用？,直流电磁铁的特点,8-2,励磁电流是由励磁线圈的外加电压U 和线圈电阻R 预备的,2.无磁滞和涡流损耗，铁心可以使用整块的铸钢、软铁。,电流是恒定的，无感应电动势产生。,3.吸合后电磁力比吸合前大得多，但励磁电流不变。,因磁动势 NI 不变，磁阻Rm B ，所以吸力F,电流恒定，无感应电动势产生。,无磁滞和涡流损耗，可使用整块铁心,3.,吸合后，励磁电流不变，,F,#,第三节 沟通铁心线圈与沟通电磁铁,8-3,一、沟通铁心线圈的损耗,P=,P,CU,+,P,h,+,P,e,总损耗,铜损,涡流损耗,铁损,磁滞损耗,铜损,P,CU,线圈电阻上的损耗,P,CU,=,I,2,R,磁滞损耗,其大小与铁心材料反复磁化后的磁滞回线面积成正比,涡流损耗,交变磁通穿过铁心时，铁心既导磁又导电，因铁心在交变磁通作用下产生感应电动势，从而在垂直于磁通方向的铁心平面内产生旋涡状的感应电流，叫涡流。涡流在铁心内电阻上产生的损耗称,涡流损耗,。,减小涡流损耗的方法,增大涡流通路的电阻即用薄的材料叠成铁心,减小磁滞损耗的方法,铁心尽量承受软磁材料,#,8-3,二、电压平衡方程式,i,N,L,沟通铁心线圈,大局部经铁心闭合,线圈中,磁通,产生e,e,主磁通,少局部经空气闭合,产生e,L,漏磁通,e,L,u,线圈电阻上压降为,iR,依据KVL得：,或,电压平衡方程式,#,#,8-3,二、电压平衡方程式,有效值,忽略了漏磁感应电动势 和线圈内阻压降 后，方程变为：,或,重要结论,外加电压不变时，沟通铁心线圈的铁心内主磁通最大值几,乎是不变的。这是分析变压器和沟通电动机时的重要概念。,注意,8-3,三、沟通电磁铁,铁心,线圈,衔铁,沟通电磁铁也是一种电磁器件，构造形式与直流电磁铁类似。在工业部门应用极为广泛。如冶金工业中用于提放钢材的电磁吊车；夹持工件的电磁工作台；传递动力的电磁离合器；液压传动中的电磁阀；沟通接触器及接触器等。,铁心中的磁通是交变的，空气隙处的磁感应强度为：,吸力,平均值,#,8-3,三、沟通电磁铁,瞬时值,有效值,明显 f 是交变的，存在过零值。会消逝吸合不牢的现象。,通常在尾端留一切口，套上铜环或称磁环，铜环产生的感应电流阻碍的变化，致使穿过铜环的与其它存在一相位差，结果产生两个相位不同的电磁吸力，平均后，不再有过零点。,见教材P156,交流电磁,铁特点,1.吸力是交变的，铁心需加分磁环。,2.励磁电流吸合前大，吸合后减小。前后吸力不变,3.铁心和衔铁均由硅钢片叠成，为减小铁损。,#,交、直流电磁铁的特点,8-3,电流恒定，无感应电动势产生。,无磁滞和涡流损耗，可使用整块铁心,3.,吸合后，励磁电流不变，,F,#,交流电磁,铁特点,1.吸力是交变的，铁心需加分磁环。,2.励磁电流吸合前大，吸合后减小。前后吸力不变,3.铁心和衔铁均由硅钢片叠成，为减小铁损。,直流电磁,铁特点,8-4,一、变压器的用途、构造和分类,变压器是基于电磁感应原理而制成的静止的电器设备,用途,变电压，变电流，变阻抗,构造,心式和壳式两种,心式变压器,壳式变压器,分类,单相，三相，多相；,升压，降压；,仪用电压、电流互感器；,焊接变压器，自藕变压器。,#,有两个绕组,也有两个绕组,第四节 单相变压器,8-4,二、变压器的工作原理,原边绕组,N,1,名词介绍,幅边绕组,N,2,一次绕组,N,1,二次绕组,N,2,一次侧,二次侧,均指电源侧,均指,负载侧,什么是,变压器任载运行？,什么是,变压器空载运行？,u,u,Z,2,Z,2,s,一次侧接电源,二次侧负载开路,一次侧接电源,二次侧接负载,8-4,二、变压器的工作原理,变压器空载运行,u,Z,2,s,I,0,空载电流,U,1,U,20,此时的变压器相当 于沟通铁心线圈,变比,二次侧额定电压,空载运行的结论：,原幅边之比等于原幅边匝数之比，等于常数,k,这就是变压器的,变电压作用,u,Z,2,变压器任载运行,U,1,I,1,U,2,I,2,两边绕组中通过的磁通是一样的,8-4,只要U1不变，主磁通就不应当变，所以有：,磁动势平衡方程式,有载时原边磁动势,分为两局部,1.产生主磁通 （励磁分量）,I,0,2.用来补偿I2N2负载重量I2,又称去磁,一般,I,0,很小，小型变压器只有2 3%，大的不过10%，,当略去,I,0,N,1,后有：,变电流作用,任载运行结论：,变电流作用,任载后，电压比是否还等于变比,k,?,变电压作用,还有一个作用是变阻抗,幅边,Z,2,原边,Z,1,变阻抗作用,或,8-4,二、变压器的工作原理,空载运行结论：,任载运行结论：,变电流作用,变电压作用,变阻抗作用,或,总结,变压器的外特性和额定值,2.额定值,一般变压器的额定值在其名牌上给出。,额定,电压,额定电流,额定容量,额定频率,一次额定电压,U,1N,正常时一次绕组所加电压的有效值。,二次额定电压,U,2N,一次电压为,U,1N,时，变压器空载时对应二次侧的空载电压有效值，即,U,20,=,U,2N,一次额定电流,I,1N,一次绕组加额定电压，正常工作时一次绕组允许长期通过的最大电流有效值。,二次额定电流,I,2N,一次绕组加额定电压，正常工作时二次绕组允许长期通过的最大电流有效值。,指二次侧的输出额定视在功率,即：,额定频率50H,Z,8-4,三、变压器的外特性和额定值,1.外特性,电压保持不变，变压器任载后，由于一、二次侧均有电流通过，必定在一次侧、二次侧内阻抗上产生电压降，从而使二次电压随负载电流增加变小。称,曲线,为变压器的外特性。,变压器外特性,电压调整率,满载时电压,空载电压,一般在5%以内,8-4,四、变压器的损耗和效率,8-4,变压器损耗,p,分铁损,p,Fe,和铜损,p,Cu,1.铁损,是交变的主磁通在铁心中产生磁滞损耗,p,h,和涡流损耗,p,e,之和,又称为固定损耗,2.铜损,又称为可变损耗,变压器一次侧、二次侧均有电阻，当有电流通过时，产生损耗,3.效率,一次侧输入功率,p,1,，二次侧输出功率,p,2,，效率为,p,=,p,Fe,+,p,Cu,小型变压器的效率为7085%，大型变压器效率可达98%,第八章完毕,课后练习,第八章习题解答,铁心,线圈,衔铁,直流电磁铁通电演示,返回,衔铁的吸合应是瞬间完成,#,通电演示,铁心,线圈,衔铁,关于磁滞,当外电场,H,值作正负变化使铁磁材料反复磁化过程中，,B,的变化总是落后于,H,的变化。铁磁材料反复磁化后，得到近,似对称原点的闭合曲线，叫,磁滞回线,。,不同的磁性材料，其磁滞回线外形不同,H,B,H,B,软磁材料,H,B,硬磁材料,#,返回,返回,返回,返回,箱式变压器-简称：箱变,