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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,本書由,天瘋,上傳于,世界工廠網(wǎng),-,下載中心,本書由,天瘋,上傳于,世界工廠網(wǎng),-,下載中心,主編 曾令琴,磁路概念、變壓器工作原理,磁路與變壓器,主要授課內(nèi)容,第,1,章,主編 曾令琴磁路概念、變壓器工作原理磁路與變壓器主要授課,1,第4章 磁路與變壓器,4.1,鐵芯線圈、磁路,4.2,變壓器的基本結構和工作原理,4.3,三相電力變壓器,4.4,特殊變壓器,第,1,章,第4章 磁路與變壓器4.1 鐵芯線圈、磁路4.2 變壓器,2,4.1,鐵芯線圈、磁路,實際電路中有大量電感元件的線圈中有鐵心。線圈通電后

2、鐵心就構成磁路，磁路又影響電路。因此電工技術不僅有電路問題，同時也有磁路問題。,第,2,頁,4.1 鐵芯線圈、磁路 實際電路,3,1.,磁路的基本概念,i,u,交流鐵心線圈示意圖,電路部分,磁路部分,電流通過,N,匝線圈產(chǎn)生的磁動勢：,f=i N,f,在鐵芯中激發(fā)按正弦規(guī)律變化，沿鐵芯閉合的工作磁通,。,均勻,磁場中,磁通,等于磁感應強度,B,與垂直于磁場方向的面積,S,的乘積，單位是,韋伯,(,Wb),。,1Wb=10,8,Mx,第,2,頁,1.磁路的基本概念iu交流鐵心線圈示意圖電路部分磁路部分,4,磁導率,磁導率,表示物質(zhì)的,導磁性能,，單位是亨/米(,H/m)。,真空,的磁導率：,非鐵

3、磁物質(zhì)的磁導率與真空極為接近，鐵磁物質(zhì)的磁導率遠大于真空的磁導率。,相對磁導率,r,：,物質(zhì)磁導率與真空磁導率的比值。,第,2,頁,磁導率 磁導率表示物質(zhì)的導磁性能，單位是亨/米(H/m),5,非磁性,物質(zhì)：,r,1,的物質(zhì)，如銅、鋁、橡膠、空,氣、塑料等。,鐵磁性,物質(zhì)：,r,1,的物質(zhì)，如鐵、鎳、鈷、鋼、,合金鋼、坡莫合金等。,鐵磁性物質(zhì),彼此之間的相對磁導率,差別很大。,如鑄鐵的,r,200,400,；鑄鋼的,r,500,2200,；硅鋼的,r,7000,10000,；坡莫合金的,r,20000,200000,。,一個磁路中若有氣隙存在，則,氣隙,磁阻,鐵芯,磁阻,。,物質(zhì)根據(jù),相對磁導

4、率的不同,可分為兩大類,第,2,頁,非磁性物質(zhì)：r1的物質(zhì)，如銅、鋁、橡膠、空,6,磁感應強度,B,和磁場強度,H,1.,磁感應強度,B,是表征磁場中某點強弱和方向的物理量。,B,的大小與磁場周圍介質(zhì)的,磁導率,有關,；,2.,磁場強度,H,是表征電流的磁場強弱和方向的物理量。,H,的大小與磁場周圍介質(zhì)的,磁導率,無關,。,磁路歐姆定律：,磁路歐姆定律可以用來,定性,的分析磁路的情況。,第,2,頁,磁感應強度B和磁場強度H 1.磁感應強度B是表征磁場中某點,7,鐵磁材料內(nèi)部往往有相鄰的幾百個分子電流圈流向一致，因此在這些極小的區(qū)域內(nèi)就形成了一個個天然的磁性區(qū)域,磁疇,。,2.,鐵磁材料的磁性能

5、,鐵磁材料內(nèi)部的磁疇排列,雜亂無章,，,磁性相互抵消,，因此對外不顯示磁性。,鐵磁材料之所以具有高導磁性，是因為在它們的內(nèi)部具有一種特殊的物質(zhì)結構,磁疇,。,磁疇是怎么形成的？,顯然，磁疇是由分子電流產(chǎn)生的。,磁疇因受外磁場作用而順著外磁場的方向發(fā)生歸順性重新排列，在內(nèi)部形成一個很強的,附加磁場,。,（,a,）無外磁場情況,（,b,）有外磁場情況,第,2,頁,鐵磁材料內(nèi)部往往有相鄰的幾百個分子電流圈流向,8,磁滯回線中,H,為零時,B,并不為零,的現(xiàn)象說明鐵磁材料具有,剩磁性,。,B,H,0,c,b,a,起始磁化曲線,oa,段是,線性段,ab,段是,上升段,bc,段是磁化曲線的,膝部,C,點以

6、后是,飽和段,起始磁化曲線反映了什么？,起始磁化曲線的,ab,段反映了鐵磁材料的,高導磁性,；,c,點以后說明鐵磁材料具有,磁飽和性,。,磁滯回線中,B,的變化總是落后于,H,的變化,說明鐵磁材料具有,磁滯性,；,鐵磁材料反復磁化一周所構成的曲線稱為,磁滯回線,。,起始磁化曲線和磁滯回線,第,2,頁,磁滯回線中H為零時B并不為零 的現(xiàn)象說明鐵磁材料具有剩磁性。,9,鐵心線圈中通過交變電流時，,H,的大小和方向都會改變，鐵心在交變磁場中反復磁化的過程中，,B,的變化總是滯后于,H,的變化，這種現(xiàn)象稱為,磁滯性,；當,H,減為零時,B,并不為零。,磁導率可達10,2,10,4,，由鐵磁材料組成的磁

7、路磁阻很小，在線圈中通入較小的電流即可獲得較大的磁通,。,B,不會隨,H,的增強而無限增強，,H,增大到一定值時，,B,不能繼續(xù)增強。,高導磁性,磁滯性和剩磁性,磁飽和性,：,鐵磁性材料具有高導磁性、磁飽和性、磁滯性和剩磁性。,第,2,頁,10,渦流在鐵芯中造成的熱量損耗。,根據(jù)電流的熱效應，渦流通過鐵芯將使鐵芯發(fā)熱，嚴重時會造成設備燒損。,鐵磁材料反復磁化時，內(nèi)部磁疇的極性取向隨著外磁場的交變來回翻轉(zhuǎn)，在翻轉(zhuǎn)的過程中，由于磁疇間相互摩擦而引起的能量損耗稱為,磁滯損耗,。,3.,鐵芯損耗,磁滯損耗,渦流損耗,在交變磁場作用下，整塊鐵芯中產(chǎn)生的旋渦狀感應電流稱為,渦流,。,渦流對電氣設備有何影響

8、？,為減小渦流損耗，常用硅鋼片疊壓制成電機電器的鐵芯。,第,2,頁,渦流在鐵芯中造成的熱量損耗。根據(jù),11,具有,磁導率極高、磁化后只有正、負兩個飽和狀態(tài),特點的鐵磁材料。矩磁材料,適用于制作各類存儲器記憶元件的磁芯,。,具有,磁導率不太高、但一經(jīng)磁化、能保留很大的剩磁且不易去磁,特點的鐵磁材料。硬磁材料,適用于制作各種人造磁體,。,具有,磁導率很高、易磁化、易去磁,特點的鐵磁材料。軟磁材料,適用于制作各種電機電器的鐵心,。,4.,鐵磁材料的分類和用途,鐵磁材料根據(jù)工程上用途的不同可分為三大類,軟磁材料,硬磁材料,矩磁材料,對交流鐵芯而言，當外加電壓有效值及電源頻率不變時，主磁通的最大值,m,

9、也將基本維持不變。,5.,主磁通原理,第,2,頁,具有 磁導率極,12,由主磁通原理可知，發(fā)生機械故障時電源電壓和電源頻率并沒有發(fā)生變化，因此磁路中的主磁通應基本維持不變。,例：,一個交流電磁鐵，由于機械故障造成通電后不能吸合，結果把線圈燒壞，試分析原因。,分析,根據(jù)磁路歐姆定律：,由式可得：交流電磁鐵由于卡住而不能吸合，,空氣隙增大,造成磁路中的,磁阻大大增加,，而,主磁通又要維持不變,，因此電流,i,將大大增加,，結果使,線圈燒損,。,鐵損包括磁滯損耗和渦流損耗,。鐵損不僅造成能量損耗，還可造成電機、電器的鐵芯發(fā)熱，若,發(fā)熱嚴重時,將造成,設備絕緣的永久性損壞,。,何謂鐵損？鐵損對電器有何

10、影響？,第,2,頁,由主磁通原理可知，發(fā)生機械故障時電源電壓和電源頻率,13,第,2,頁,第2頁,14,4.2,變壓器的基本結構和工作原理,T,r,N,1,i,10,u,1,A,X,N,2,|,Z,L,|,u,20,S,a,x,x,由硅鋼片疊壓制成的變壓器鐵心磁路。,變壓器一次側(cè)繞組,（原邊）,變壓器二次側(cè)繞組,（副邊）,變壓器圖形符號,變壓器,是一種能變換電壓、變換電流、變換阻抗的,“靜止”電氣設備,。變壓器在傳遞電能的過程中,頻率不變,。,1.,變壓器的基本結構,第,2,頁,4.2 變壓器的基本結構和工作原理TrN1i10u1A,15,2,變壓器的工作原理,（,1,）變壓器的空載運行與變換

11、電壓作用,N,1,i,10,u,1,A,X,N,2,|,Z,L,|,u,20,S,a,x,x,變壓器的,一次側(cè)接電源,，,二次側(cè)開路,，這種運行狀態(tài)稱為,空載,。,變壓器空載時原邊電流,i,10,很小,，在鐵心磁路中產(chǎn)生按正弦規(guī)律變化的磁通,，當,穿過兩線圈時，分別感應電壓：,變壓器原、副邊電壓與感應電壓的關系為：,變壓器原、副邊電壓與感應電壓的關系為：,其中,k,稱為變壓器的變比。顯然：變壓器,通過改變原、副邊的匝數(shù)即可,變換電壓,。,第,2,頁,2變壓器的工作原理（1）變壓器的空載運行與變換電壓作用N,16,（,2,）,變壓器的負載運行與變換電流作用,變壓器的,一次側(cè)接電源,，,二次側(cè)與負

12、載接通,，這種運行狀態(tài)稱為,負載運行,。,變壓器負載運行時由于副邊電流存在的去磁作用，因此原邊電流由,i,10,增大至,i,1,。原邊磁動勢增加的數(shù)值恰好等于二次側(cè)負載所需要的磁動勢。即,：,變壓器在能量傳遞的過程中損耗甚小，因此：,因此：,其中,1,/,k,稱為變壓器的變流比。顯然：變壓器,在改變電壓的同時也改變了電流，即變壓器還可以,變換電流,。,N,1,i,1,u,1,A,X,N,2,|,Z,L,|,u,2,S,a,x,i,2,第,2,頁,（2）變壓器的負載運行與變換電流作用 變壓器,17,已知某收音機輸出變壓器的原邊匝數(shù)為,600,副邊匝數(shù)為,30,原邊原接有,16,的揚聲器，現(xiàn)要改接

13、成,4,揚聲器，求,N,2,應改為多少？,（,3,）,變壓器的變換阻抗作用,變壓器的副邊所接負載為,|,Z,L,|,，原邊輸入阻抗為,Z,1,時，有,：,把變壓比和變流比公式代入可得,：,變壓器的阻抗變換作用常用于電子電路中。,例如：,N,1,i,1,u,1,A,X,N,2,|,Z,L,|,u,2,S,a,x,i,2,第,2,頁,已知某收音機輸出變壓器的原邊匝,18,第,2,頁,第2頁,19,2,變壓器的外特性,變壓器的外特性,就是描述輸出電壓,u,2,隨負載電流,i,2,變化的關系，即：,u,2,f,（,i,2,）,兩者之間的對應關系可用左圖所示曲線進行描述。,u,2,U,2N,i,2,I,

14、2N,0,cos(-,2,)=0.8,超前,cos,2,=1,cos,2,=0.8,滯后,2,電壓調(diào)整率,電壓調(diào)整率,反映了變壓器運行時輸出電壓的穩(wěn)定性，是變壓器的主要性能指標之一。,4,變壓器的損耗和效率,（,1,）損耗,鐵損耗,包括,磁滯損耗,和,渦流損耗,。,第,2,頁,2變壓器的外特性變壓器的外特性就是描述輸出電壓u2隨負載電,20,4.3,三相電力變壓器,訊號式溫度計,吸濕計,儲油柜,安全氣道,油表,氣體繼電器,高壓套管,低壓套管,分接開關,油箱,鐵芯,繞組,放油閥門,變壓器主要由鐵芯和繞組兩大部分構成。,鐵芯,是它的,磁路,部分，,繞組,是它的,電路,部分。,第,2,頁,4.3 三

15、相電力變壓器訊號式溫度計吸濕計儲油柜安全氣道油,21,電力變壓器的型號,S7-500/10,低損耗系列產(chǎn)品,額定容量（,KVA,）,高壓繞組額定電壓（,KV,）,變壓器同極性端判別,變壓器的額定值,額定,容量,：三相變壓器的總?cè)萘浚?S,N,=3I,2N,U,2N,額定,電壓,：原、副邊額定值均指,線電壓,數(shù)值。,額定,電流,：,I,1N,、,I,2N,均指原、副邊,線,電流值。,a,x,A,X,AX,是變壓器的原邊繞組,ax,是變壓器的副邊繞組,Aa,是變壓器一對,同名端,由同一電流感應的電動勢，,極性始終保持一致的端子為,同名端,。,電流同時由,同名端,流入（或流出）時，它們所產(chǎn)生的,磁場

16、相互增強,，反之相互削弱。,判別方法：,第,2,頁,電力變壓器的型號S7-500/10低損耗系列產(chǎn)品額定容量（K,22,用實驗的方法測試同極性端,S,閉合時：毫伏表指示,正值，,則,1和3,是,同極性,端，若指針,反偏，,則,1和4,是,同極性,端。,S,打開時指針偏轉(zhuǎn)情況相反。,先將兩線圈的一對端子相聯(lián)，構成串聯(lián)連接。,U,13,=,U,12,U,34,時，,1和3,是,同極性,端；,U,13,=,U,12,U,34,時，,1和4,是,同極性,端。,3,4,V,1,2,S,U,S,3,4,V,u,S,1,2,V,第,2,頁,用實驗的方法測試同極性端S閉合時：毫伏表指示正值，則1和3是,23,三相變壓器的聯(lián)接組別較多，為了制造和使用的方便，國家標準規(guī)定，三相雙繞組電力變壓器的,標準,聯(lián)接組別有五種：,Y,，,yn0,；,YN,，,y0,；,Y,，,y0,；,Y,，,d11,；,YN,，,d11,。,其中,大寫字母,Y,表示,高壓繞組為,星形,聯(lián)接方式，后面加,N,表示帶有,中線,；,小寫字母,y,或,d,，表示,低壓繞組,聯(lián)接為星形或三角形，星形有中線引出時，后面加字母,n,（,0,表