12电工(第6章磁路与变压器)

海南风光第6章磁路与变压器清华大学电机系电工学教研室唐庆玉编第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。i6.1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1Tesla=104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BH(I)2.磁饱和性HBBH3.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.I1I2I3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NIHL：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：IN对于均匀磁路磁路中的欧姆定律二.磁路的欧姆定律则：INSL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：Rm称为磁阻磁路和电路的比较（一）磁路电路磁通INR+_EI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IN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+_EI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IU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ui的感应电势和产生假设则最大值有效值uiui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：IS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。iu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Rm变化）（U不变时，基本不变）直流磁路交流磁路磁路小结（随Rm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伏降压单相变压器铁芯原边绕组副边绕组一、变压器的基本结构变压器符号：工作过程：1.空载运行原边接入电源，副边开路。接上交流电源原边电流i1等于励磁电流i10产生感应电动势二、变压器的工作原理i10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）2.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i2。此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响原边电流i1。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。RsRL信号源设：信号电压的有效值:U1=50V;信号内阻：Rs=100;负载为扬声器，其等效电阻：RL=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：Rs（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SN输出功率P2原边输入功率P1输出功率P2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(PCU)：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()：PFE6.3.3变压器的外特性副边输出电压和输出电流的关系。即：U2I2U20U20：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I2的变化，U2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)AXax**6.3.4变压器绕组极性及连接方法AXax**电器使用时两种电压（220V/110V）的切换：220V：联结2－3110V：联结1－3，2－4线圈的接法1324**220V：联结2－3励磁两种接法下线圈工作情况的分析**1324110V：联结1－3，2－41,32,4220V：联结2－31324**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110V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：**13241,32,4N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：**1324’方法一：交流法AXax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+_AXaxK+-**AXax+_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A－a为同极性端;如果当K闭合时，mA表反偏，则A－x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ABP6.4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：VRN1（匝数多）保险丝N2（匝数少）~u（被测电压）电压表被测电压=电压表读数N1/N26.4.3电流互感器用低量程的电流表测大电流（被测电流）N1（匝数少）N2（匝数多）ARi1i2电流表被测电流=电流表读数N2/N11.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：