03 第三章 磁路与变压器.pptx

第1页：磁路与电压器封面

第3章磁路与变压器

第2页：本章内容概览

第3章磁路与变压器3.1磁路及其分析方法3.2交流铁心线圈电路3.3变压器3.4电磁铁

第3页：3.1 磁路及其分析方法

3.1.1磁场的基本物理量1．磁感应强度B——矢量单位：T均匀磁场——磁场内各点的B大小相等，方向相同。

• 磁通Φ——标量单位：Wb对于均匀磁场Φ=B·S3．磁导率μ真空磁导率μ0= 4π×10–7H/m(亨/米)相对磁导率μr=μ/μ0对于铁磁材料μr= 102∼1054．磁场强度H——矢量定义H=B/μ单位：A/m(安/米)

第4页：磁性材料的磁性能1．高导磁性在外

3.1.2磁性材料的磁性能1．高导磁性在外磁场的作用下，磁性物质被强烈磁化而呈现出很强的磁性。

Hm–HmBr–HCBH2．磁滞性B的变化落后于H。

剩磁矫顽力

第5页：磁饱和性H增加

• 磁饱和性H增加，B增加很小的现象。

Hm–HmBrHCBHB-Hμ-HbcBHμaa、c段μ值大、过c点出现饱和3.1.2磁性材料的磁性能

第6页：磁路的分析方法磁路是研究局限于一

3.1.3磁路的分析方法磁路是研究局限于一定范围内的磁场问题。

磁路与电路一样，也是电工学课程所研究的基本对象。

IΦ主磁通Φσ漏磁通铁心线圈磁路：磁通相对集中通过的路径。

第7页：磁路的分析方法1．磁通连续性原理

3.1.3磁路的分析方法1．磁通连续性原理：通过任意闭合面的磁通量Φ总为0。

即穿入闭合面的磁感线，必同时穿出该闭合面。

• 安培环路定律：I1I2I3磁场强度沿任意闭合路径的线积分，等于穿过该闭合路径所包围的电流的代数和。

第8页：磁路的欧姆定律lNui–+根据得

• 磁路的欧姆定律lNui–+根据得Hl=NI磁通势：F=N I(单位：安)磁压降：H l磁路欧姆定律：磁路为不同材料组成时磁路磁阻：Rm

第9页：3.2 交流铁心线圈电路

• 感应电动势与磁通的关系ΦΦσNuieeσ––+–++设：Φ=Φmsinωte =–ωNΦmcosωt=Emsin(ωt–90°)Em=ωNΦm=2πfNΦm=2πfNBmS感应电动势的有效值

第10页：外加电压与磁通的关系ΦΦσ

• 外加电压与磁通的关系ΦΦσNuieeσ––+–++u→Fm=iN→uR=iRΦ(主磁通)→Φσ(漏磁通)→由KVL：u=iR–e–eσ因为R和eσ很小所以u≈–eU的有效值U≈E=4.44fNΦmU=4.44fNBmS

第11页：功率损耗ΦΦσNieσ–+u–+e–

• 功率损耗ΦΦσNieσ–+u–+e–+(1)磁滞损耗铁心反复磁化时所消耗的功率。
• 涡流损耗Φ在铁心中产生的感应电流而引起的损耗。
• 铁心损耗铁心损耗=磁滞损耗+涡流损耗(4)铜损耗线圈电阻产生的损耗PCu=I2R

第12页：3.3 变压器

3.3.1变压器的工作原理1．变压器的分类按用途分：电力变压器，特种用途变压器。

按相数分

单相、三相和多相变压器。

按绕组数分

双绕组、多绕组及自耦变压器。

• 变压器的结构变压器铁心：硅钢片叠压而成。

变压器绕组

高强度漆包线绕制而成。

其他部件

油箱、冷却装置、保护装置等。

第13页：变压器铁心

变压器铁心

硅钢片叠压而成。

变压器绕组

高强度漆包线绕制而成。

其他部件

油箱、冷却装置、保护装置等。

铁心线圈壳式变压器心式变压器铁心线圈2．变压器的结构

第14页：ΦΦσ1N1i1一次绕组二次绕组3．

ΦΦσ1N1i1一次绕组二次绕组3．变压器的工作原理u1–+e1–+eσ1–+N2e2u20SZLi2–++–变压器符号U1U2u1u2

第15页：ΦΦσ1N1i1一次绕组二次绕组3（续）

u1→i1(i1N1)Φσ1→eσ1Φ→e1i2(i2N2)→Φσ2→eσ23．变压器的工作原理e2S|Z|Φσ1N1N2Φi1e2u2e1u1eσ1Φσ2i2–++––++–+–eσ2+–

第16页：ΦΦσ1N1i1一次绕组二次绕组3（续）

Φσ1N1N2Φ••I0•E2•U20•E1•U1•Eσ1•–+––+++–(1)电压变换变压器空载：E1=4.44f N1ΦmE2=4.44f N2Φm结论U1U20—–=–—=KN1N2—变比

第17页：电流变换SZLN1N2Φ••

• 电流变换SZLN1N2Φ••I1E2•U2•E1•U1•Eσ1••I2+–+–Eσ2•+–+–+–+–+N1I1= N2I2•(I0小)结论产生主磁通Φ的磁通势有效值I0=I1N(2.5∼5)%变压器接负载：

第18页：阻抗变换•I2KZL•U2•U1•

• 阻抗变换•I2KZL•U2•U1•I1Z0E•+––++–结论'ZL可利用变压器进行阻抗匹配

第19页：变压器的铭牌数据(1)额定容量SN三

• 变压器的铭牌数据(1)额定容量SN三相变压器SN=√3U1NI1N=√3U2NI2N单相变压器SN=U1NI1N=U2NI2N(2)额定电压U1N和U2NU2N应比满载运行时的输出电压U2高出5%∼10%。
• 额定电流I1N和I2N允许通过的最大电流。

图中标注与公式片段：(4)额定频率fN

第20页：例题1：有一台额定容量50kV·A、额定

[例1]有一台额定容量50kV·A、额定电压3300/220V的变压器，高压绕组为6000匝，试求：(1)低压绕组匝数；

• 高压边\低压边额定电流；
• 当一次侧保持额定电压不变，二次侧达到额定电流，输出功率9kW，cosφ=0.8时的二次侧端电压U2。

图中标注与公式片段：[解](1)(2)I2N=KI1N=6000400×15.1 A = 226.5 A(3)P=U2I2NcosφPI2NcosφU2=39×103227×0.8=V =215V

第21页：例题1：有一台额定容量50kV·A（续）

•I2KRL•U2•U1•I1R0E•+–+–+–[例2]如图所示，交流信号源E=120V，内阻R0=800Ω，负载RL=8Ω。

• 当RL折算到一次侧的等效电阻R′L=R0时，求变压器的匝数和信号源的输出功率；
• 当将负载直接与信号源连接时，信号源输出多大功率？

图中标注与公式片段：[解]'RL(2)

第22页：变压器的外特性cosφ2=

3.3.2变压器的外特性cosφ2= 0.8cosφ2= 10U2I2外特性U2= f(I2)电压变化率U20–U2U20ΔU=100%U20I2N•I2KRL•U2•U1•I1RiUs•+–+–+–

第23页：变压器的损耗与效率1．损耗Δ

3.3.3变压器的损耗与效率1．损耗ΔP=ΔPCu+ΔPFe铜损铁损ΔPFe与Bm有关2．效率η=(90∼99)%

第24页：特殊变压器U1•N1N2ZL•

3.3.4特殊变压器U1•N1N2ZL•U2+−+−•U1•N1N2•U2ZLI1•I2•I+−+−1．自耦变压器

第25页：电流互感器3.3.4特殊变压器

• 电流互感器3.3.4特殊变压器N1N2负载A~i1i2用来扩大测量交流电流的量程注意：测量时二次绕组电路不允许开路。

第26页：变压器绕组的极性1234iiΦ

3.3.5变压器绕组的极性1234iiΦ1Φ2••同名端1．同名端感应电动势的同极性端++––e1e21234••

第27页：与3相连

• 与3相连，两个Φ1的方向相同u=–e1–e1+R1i+R1i=–2e1+2R1i2与4相连，两个Φ1的方向相反u =–e1+ e1+ R1i + R1i =2R1i正确连接方法，u加在1、4端错误连接方法，u加在1、3端产生很大电流，不允许2．绕组的连接1234••iiΦ1Φ1e1e1++––1234••iiΦ1Φ1e1e1++––

第28页：3.4 电磁铁

衔铁铁心铁心线圈线圈衔铁结构

线圈、铁心、衔铁利用电磁力实现某一机械发生动作的电磁元件。

第29页：直流电磁铁→F↑B0↑结论

• 直流电磁铁→F↑B0↑结论：吸力变大！

通入直流，无铁损，铁心用整块的铸钢、软钢。

• 电磁吸力(2)吸合前后的电磁吸力变化情况对电流U=IR U不变时，I不变磁通势Fm=IN=Um=ΦRm，也不变吸合前Rm=Rm0+Rm1后Rm=Rm1所以在吸合后Φ↑S不变

第30页：平均电磁吸力铁心由硅钢片叠成

• 平均电磁吸力铁心由硅钢片叠成；
• 交流电磁铁(2)吸合前后的电磁吸力—不变根据U=4.44fNΦm当U，f，N不变，Φm不变→Bm不变→吸力F不变。

磁通势Fm=iN=Um=ΦRm前Rm=Rm0+Rm1后Rm=Rm1吸合所以在吸合过程中，吸力不变，励磁电流由大变小大→iN↑→(有效值I大)小→iN↓→(有效值I小)

图中标注与公式片段：有分磁环。

第31页：平均电磁吸力铁心由硅钢片叠成（续）

tΦ，FFΦΦ1铁心电磁吸力由于Φ1与Φ2之间出现了相位差，合成磁通所产生的电磁吸力就不会为零。

磁通为零，吸力也为零Φ2短路铜环(3)分磁环结构

第32页：例题1：把一台50Hz、380V的交流电

[例1]把一台50Hz、380V的交流电磁铁接在50Hz、220V的交流电源上，会出现什么问题？

[解]根据U≈4.44f NΦmU↓→Φm↓→F↓吸力不足减少N解决方法

图中标注与公式片段：怎样解决？

第33页：例题2：一台单相变压器

[例2]一台单相变压器，一次侧为两个绕组，额定电压均为110V，试问电源电压为220V时，如何连接？

电源电压为110V时，如何连接？

[解]电源电压为220V电源电压为110V1234••1234••+u−1234••+u−

第34页：电磁铁应用一例M3~抱闸电磁铁制动轮

电磁铁应用一例M3~抱闸电磁铁制动轮弹簧

第35页：M3~电磁铁应用一例M3~抱闸电磁铁

M3~电磁铁应用一例M3~抱闸电磁铁制动轮弹簧