04 第4章 磁路与变压器.pptx

第1页：第4章磁路和变压器

本页为磁路和变压器章首页，列出本章主要小节与内容框架。

• 4.1 磁路
• 4.2 交流铁芯线圈
• 4.3 单相变压器
• 4.4 三相变压器
• 4.5 特殊变压器

本章围绕上述小节依次展开讲解。

第2页：4.1 磁路

单位

Wb。(2)磁感应强度BB：矢量；其数值B表示磁场的强弱，其方向表示磁场的方向

在均匀磁场中

——磁通密度

第3页：单位（磁路）

单位

A/m。（4）磁导率μ：※

真空中的磁导率

(3)磁场强度HH

的大小

只与产生该磁场的电流大小成正比，与介质的性质无关。B

的大小

不仅与产生该磁场的电流大小有关，还与介质的性质有关。（H / m）※

相对磁导率

μr=μ/μ0

第4页：铸钢（磁路）

铸钢

μ≈1 000μ0※

硅钢片

μ≈(6 000 ~ 7 000)μ0反磁物质

第5页：不是常数

BH0初始磁化曲线(2)磁饱和性μ——不是常数(3)磁滞性BH0HmBr剩磁－HC矫顽磁力－Hm－BrHC磁滞回线BH0基本磁化曲线

第6页：磁性物质的分类

硬磁物质

▲磁性物

质的分类

Br大、HC

大软磁物质

Br小、HC

小矩磁物质

Br大、HC小

第7页：磁路欧姆定律用于定性分析磁路

(三)磁路欧姆定律用于定性分析磁路。

第8页：全电流定律

全电流定律:∮Hdl=∑I左边=∮Hdl=∮Hdl=HClC+H0l0lCμCAC=(+l0μ0A0)ΦRm=Rmc+Rm0令：Rmc=lCμCACl0μ0A0Rm0== +lCμCACl0μ0A0——铁心的磁阻——空气隙的磁阻磁路的磁阻：

第9页：磁路的磁动势因此

右边=∑I=NI——磁路的磁动势因此：Φ=N IRmRmΦ=NI——磁路欧姆定律∵μC＞＞μ0→Rm0＞＞Rmc∴N I一定时，因Rm0的存在，使Φ大大减小。

若要保持一定的Φ，则需要大大增加N I。

第10页：4.2 交流铁芯线圈

电压与电流的关系

URI=

线圈消耗的功率

P=U I=R I2

第11页：电压（交流铁芯线圈）

铁心线圈电路励磁

u→i→N i→Φ→edΦdt=－N(1)

电压与电流关系设

Φ=Φmsinωt则:e=－NωΦmcosωt=NωΦmsin(ωt－90o)Em=NωΦm=2πfNΦmiΦe+u－交流铁心线圈电路

第12页：交流铁心线圈电路

E= 4.44NfΦmE=－j4.44fNΦmiΦe+u－交流铁心线圈电路

第13页：功率损耗

U=－E忽略漏阻抗，有：U4.44fNΦm=则：当：U、f一定时，Φm基本不变。

(2)功率损耗:ΔP=ΔPCu+ΔPFe铜损铁损=RI2+(ΔPh+ΔPe)磁滞损耗涡流损耗

第14页：减小铁损耗的方法

• (a)磁滞损耗ΔPh：(b)涡流损耗ΔPe：※铜损耗使线圈发热，铁损耗使铁心发热。※减小铁损耗的方法：①使用软磁材料减小ΔPh
• ②增大铁心的电阻率，减小涡流及其损耗
• ③用很薄的硅钢片叠成铁心，减小涡流及其损耗。ΦΦ0.35mm0.30mm0.27mm0.22mm(a)(b)

第15页：一个铁心线圈

圈施加直流电压时

UIR== Ω121= 12 Ω(2)线

圈施加交流电压时

PCu=RI2=12×22W= 48WPFe=P－PCu= (88－48)W= 48 WPU Icos ==88110×2= 0.4

第16页：铁心（单相变压器）

铁心

用硅钢片叠成(2)绕组（线圈）：接电源的绕组——一次绕组，接负载的绕组——二次绕组；或工作电压高的绕组——高压绕组，工作电压低的绕组——低压绕组。(3)

其他

油箱、油、油枕、散热器、保护设备等。4.3单相变压器

第17页：单相变压器的工作原理

(二)单相变压器的工作原理E1=－j4.44fN1ΦmE2=－j4.44fN2ΦmU2≈E2(忽略漏阻抗)U1≈－E1

第18页：电压比

U1=Z1I1－E1(1)电压变换U2=E2－Z2I2≈－E1≈E2电压比:=N1N2E1E2k=U1U2=N1N2=k结论:

第19页：电压比

某单相变压器的额定电压为10 000/230 V，接在10 000 V的交流电源上向一电感性负载供电。

求变压器的电压比。

［解］［例］电压比：U1NU2Nk==10 000230= 43.5

第20页：磁通势平衡方程

(2)电流变换N1i1↓↑N2i2U1N≈E1= 4.44f N1ΦmN1i0→ΦU1N4.44f N1Φm≈磁通势平衡方程：N1I1+N2I2=N1I0忽略I0，则：I1=－N2N1I2N1I1+N2I2= 0I1I2N2N1=1k=

第21页：上例的变压器

上例的变压器，当|ZL| = 0.966Ω时，变压器正好满载。

求该变压器的电流。

第22页：阻抗变换作用

(3)阻抗变换作用U1U2I1I2|ZL|忽略Z1、Z2、I0：=U1U2I2I1=N1N2=k|Ze|=U1I1=kU2I2/kU2I2=k2=k2|ZL|等效U1I1k2|ZL|

第23页：变压器一次侧的等效

结论：变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模的k2倍。

第24页：变压器的匝数比

交流信号源的电动势E=120V,内阻，负载电阻，折算到一次测的电阻等效电阻时，(1)求变压器的匝数比和信号源输出的功率。

(2)当将负载直接与信号源连接时，信号源输出功率？［解］［例］ (1)变压器的匝数比为:信号源的输出功率为:

第25页：当将负载直接接在信号源上时

（2）当将负载直接接在信号源上时:(三)变压器的外特性当一次侧电压U1和负载功率因数cos 2保持不变时，二次侧输出电压U2和输出电流I2的关系，U2=f(I2)称为变压器的外特性。

第26页：电压变化率

U2N：一次侧加额定电压U1N、二次侧开路时，二次侧的额定输出电压。

一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2变化不大），电压变化率约在5%左右。

电压变化率：U2I20U2Ncosφ2=1cosφ2= 0.8(感性)cosφ2= 0.8(容性)变压器的外特性I2NU2满载电压满载（额定）电流

第27页：变压器的额定容量

次绕组的视在功率

S1=U1I1二

次绕组的视在功率

S2=U2I2

变压器的额定容量

SN=U2NI2N=U1NI1N

输入功率

P1=U1I1cos 1

输出功率

P2=U2I2cos 2

变压器的损耗

ΔP=P1－P2=ΔPCu+ΔPFe

铜损耗

ΔPCu=R1I12+R2I22可变损耗

第28页：效率（单相变压器）

铁损耗

P1P2η=×100%

效率

(磁滞损耗和涡流损耗)

第29页：一变压器容量

一变压器容量为10 kV·A，铁损为300 W，满载时的铜损为400 W。

求该变压器在满载时向功率因数为0.8的负载供电时输入和输出的有功功率及效率。

［解］［例］忽略电压变化率，则P2=SNcos 2=10×103×0.8 W=8 kWΔP=ΔPCu+ΔPFe= (300 + 400) W= 0.7kWP1=P2+ΔP= (8 + 0.7) kW= 8.7kWP1P2η=×100%88.7=×100%= 92 %

第30页：同极性端和绕组的绕向有关

当电流流入(或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入(或流出）端称为同极性端。

AXax AXax1.同极性端(同名端)或者说，当铁心中磁通变化时，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。

同极性端用“ ”表示。

增加++++–––同极性端和绕组的绕向有关。

(五)变压器的极性–

第31页：电源电压为

联接2－32.线圈的接法联接1－3，2－4当电源电压为220V时：+–+–电源电压为110V时：1324 1324

第32页：结论（单相变压器）

中的磁通抵消原因

电流很大烧毁变压器感应电势 1324 ’+–

结论

在同极性端不明确时，一定要先测定同极性端再通电

第33页：4.4 三相变压器

4.4三相变压器(1)三相变压器的结构三相变压器的磁路系统分成各相磁路彼此无关和彼此有关的两类。

将三台相同的单相变压器的绕组按一定方式作三相联结，可组成三相组式变压器如图:(a)磁路系统三相组式变压器

第34页：这种变压器各相磁路是相互独立

这种变压器各相磁路是相互独立的，彼此无关。

当一次绕组施加三相对称交流正弦电压时，三相主磁通也是对称的。

(b)对称磁通三相组式变压器

第35页：设外施电压三相对称

设外施电压三相对称，则三相磁通的总和，可将中间铁心柱省去三相心式铁心的构成

第36页：高压绕组

高压绕组

U2、V2、W2:尾端U1、V1、W1:

首端低压绕组

u1、v1、w1:首端u2、v2、w2:尾端U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w2三相心式变压器

第37页：三相绕组的联结方式

(2)三相绕组的联结方式1.星形联结法（Y联结法）将三相绕组的尾端连在一起，作为中点，而将三个首端引出2.三角形联结法（Δ联结法）将一相绕组的尾端和另一相绕组的首端连在一起，顺次连成一个闭合回路

第38页：某三相变压器

［例］某三相变压器,因数Y/Δ联结，向功率的感性负载供电，满载时二次绕组的线电压为380V，，求:(1)满载时一、二次绕组的线电流和相电流

(2)输出的有功功率。

［解］(1)满载时一、二次绕组的线电流即额定电流

第39页：相电流

相电流为:(2)输出的有功功率:

第40页：4.5 特殊变压器

4.5特殊变压器1.自耦变压器ABP+–+–

第41页：使用注意事项

1.二次侧不能短路，以防产生过流

2.铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在二次侧出现高压。

使用注意事项：电压表被测电压=电压表读数 N1/N2实现用低量程的电压表测量高电压VRN1（匝数多）保险丝N2（匝数少）~u（被测电压）2.电压互感器

第42页：使用注意事项

电流表被测电流=电流表读数 N2/N11.二次侧不能开路，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，在二次侧出现过压。

使用注意事项：3.电流互感器实现用低量程的电流表测量大电流（被测电流）N1（匝数少）N2（匝数多）ARi1i2

第43页：电源用变压器

电源用变压器

第44页：电源隔离变压器

电源隔离变压器

第45页：自耦调压器

自耦调压器

第46页：全密封配电变压器

全密封配电变压器（10 kV）

第47页：型配电变压器

S9型配电变压器（10 kV）

第48页：大型电力油浸变压器

大型电力油浸变压器(110 kV)

第49页：大型电力油浸变压器

大型电力油浸变压器

第50页：树脂浇注干式变压器

树脂浇注干式变压器