最好的电工课件-磁路与变压器

电工技术＋u2－e1e2e2＋u1－ZLΦΦ1Φ2i2i1e1第8章磁路与变压器电工技术LFChun制作大连理工大学电气工程系第8章磁路与变压器课堂讨论8.8特殊变压器8.7三相变压器8.5变压器的基本结构与额定值8.1磁场的基本物理量8.3磁路及其基本定律8.2物质的磁性能8.4铁心线圈电路与电磁铁8.6变压器的工作原理下一章上一章返回主页LFChun制作大连理工大学电气工程系一、磁感应强度磁感应强度B是一个矢量。1.磁感应强度B的大小2.磁感应强度B的方向与产生磁场的电流的方向符合右手螺旋定则。3.均匀磁场磁场中各点B的大小相等、方向相同的磁场。8.1磁场的基本物理量第8章磁路与变压器FlIB=（T）※F——电磁力。l——载流导体的长度。I——通过导体的电流。LFChun制作大连理工大学电气工程系二、磁通磁场是用磁感线来描述的。磁通是通过某给定曲面总磁感线的条数。8.1磁场的基本物理量——磁通密度SB=关于单位——韦伯(Wb)。B——特斯拉(T)，1T=1Wb/m2。LFChun制作大连理工大学电气工程系三、磁场强度磁场强度H是一个矢量。1.安培环路定律8.1磁场的基本物理量电流的方向与积分路径的绕行方向符合右螺旋定则的电流取正，反之取负。H的单位：安/米（A/m）。2.H与B的区别H∝I，与介质的性质无关。B与电流的大小和介质的性质均有关。Hdl=∑I∮LFChun制作大连理工大学电气工程系四、磁导率磁导率是用来表示媒质磁性的物理量。8.1磁场的基本物理量BH=（H/m）真空中的磁导率0=4×10－7H/m相对磁导率0r=BB0=LFChun制作大连理工大学电气工程系8.2物质的磁性能物质按磁导率分类：非磁性物质、磁性物质。一、非磁性物质≈0（为常数）r≈11.顺磁物质例如空气：略大于0。2.反磁物质例如铜：略小于0。第8章磁路与变压器BHO磁化曲线LFChun制作大连理工大学电气工程系二、磁性物质（铁磁物质）1.高导磁性0，r1常用磁性材料的磁导率铸钢：≈10000硅钢片：≈(6000~7000)0玻莫合金：≈(20000~200000)0磁性物质具有被强烈磁化的特点8.2物质的磁性能磁畴（磁化前）磁畴（磁化后）外磁场磁畴杂乱无章地排列，对外不呈磁性磁化磁场与外磁场同方向内部B很强LFChun制作大连理工大学电气工程系＋u－i主磁通漏磁通8.2物质的磁性能磁性物质的高导磁性被广泛应用于变压器和电机中。铁心励磁绕组※由于铁心的高导磁性，通过铁心中的主磁通远远大于漏磁通。LFChun制作大连理工大学电气工程系2.磁饱和性不是常数。BHO初始磁化曲线8.2物质的磁性能HO与H关系LFChun制作大连理工大学电气工程系3.磁滞性剩磁Hm－Hm矫顽磁力－HcHcBHOBr－Br磁滞回线BHO基本磁化曲线8.2物质的磁性能常用磁性材料的剩磁和矫顽磁力铸钢：Br=0.475~0.5T，Hc=880~1040A/m硅钢片：Br=0.8~1.2T，Hc=32~64A/m玻莫合金：Br=1.1~1.4T，Hc=4~14A/mLFChun制作大连理工大学电气工程系4.磁性物质的分类8.2物质的磁性能(1)硬磁物质B－H曲线宽，Br大、Hc大。用于制造永磁铁。(2)软磁物质B－H曲线窄，Br小、Hc小。用于制造变压器、电机等电器的铁心。(3)矩磁物质B－H曲线形状接近矩形，Br大、Hc小。用于计算机中，作记忆单元。LFChun制作大连理工大学电气工程系8.3磁路及其基本定律第8章磁路与变压器一、磁路欧姆定律1S1l10S0l0Φ＋U－I根据B1=ΦS1H1=B11Φ1S1=B0=ΦS0H0=B00Φ0S0=铁心中：气隙中：Hdl=∑I∮LFChun制作大连理工大学电气工程系※用于定性分析磁路，不能用于定量计算。左边=H1l1＋H0l0l00S0l11S1=＋8.3磁路及其基本定律=(＋)l00S0l11S1=(Rm1＋Rm0)=Rm磁阻:Rm=Rm1＋Rm0l00S0l11S1＋=右边=∑I=NI或∑I=F因此磁路欧姆定律Rm=F——磁动势=FRm不是常数LFChun制作大连理工大学电气工程系8.3磁路及其基本定律磁路中的气隙的影响∵1＞＞0∴Rm0＞＞Rm1当F一定时，因Rm0的存在，使大大减小。若要保持一定，则需增大磁动势F。I1I2Φ1Φ2Φ3二、磁路基尔霍夫定律闭合面1.第一定律3－1－2=0任一闭合面：=0LFChun制作大连理工大学电气工程系8.3磁路及其基本定律2.第二定律根据得出Hl=NI※Hl称为磁压降。对于下图所示的磁路，取外围回路有Hl=H1l1－H2l2=F1－F2取左回路有F1=H1l1＋H3l3取右回路有F2=H1l1＋H3l3I1I2Φ1Φ2Φ3l1l3l2Hdl=NI∮Ｎ1Ｎ2=N1I1－N2I2LFChun制作大连理工大学电气工程系8.3磁路及其基本定律磁路和电路的比较磁通电流I磁动势F=NI电动势E磁导率电导率磁阻Rm=l/(S)电阻R=l/(S)磁压降Hl=Rm电压降U=RI磁路欧姆定律F=Rm欧姆定律E=RI基尔霍夫第一定律=0基尔霍夫第一定律I=0基尔霍夫第二定律Hl=F基尔霍夫第二定律RI=E磁路电路LFChun制作大连理工大学电气工程系8.4铁心线圈电路与电磁铁第8章磁路与变压器一、直流电磁铁Φ＋U－SNNSIF励磁U→I→NI→URI=电压与电流的关系根据I→磁化曲线→Φ线圈的功率：P=RI21.直流铁心线圈电路LFChun制作大连理工大学电气工程系2.电磁吸力F衔铁吸合后→磁阻I不变→F8.4磁路及其基本定律电磁铁的常见结构型式＋U－静铁心衔铁线圈静铁心衔铁线圈静铁心衔铁线圈牵引杆LFChun制作大连理工大学电气工程系二、交流电磁铁Φ＋u－i1.交流铁心线圈电路Fe励磁u→i→Ni→→e→eddt=－Nddt=－Ndidt=－L(1)电压与电流关系设=msint则e=－Nmcost=Nmsin(t－90o)Em=Nm=2fNm8.4磁路及其基本定律LFChun制作大连理工大学电气工程系E=4.44fNm漏磁通磁路对应的电感NiL=漏感抗（漏电抗）X=ωL=2fLU=UR－E－E=－E＋jLI＋RI=－E＋(R＋jL)I=－E＋ZI漏阻抗E=－j4.44fNΦmΦ＋u－ie8.4磁路及其基本定律LFChun制作大连理工大学电气工程系U=－E忽略漏阻抗，有U4.44fNm=则当U、f一定时，m基本不变。(2)功率视在功率:S=UI无功功率:Q=Ssin有功功率:P=Scos=PCu＋PFe铜损铁损=RI2+(Ph＋Pe)磁滞损耗涡流损耗8.4磁路及其基本定律LFChun制作大连理工大学电气工程系磁滞损耗Ph涡流损耗PeΦΦ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Ph；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。(a)(b)0.35mm0.30mm0.27mm0.22mm8.4磁路及其基本定律LFChun制作大连理工大学电气工程系铁心(1)变化→f变化电磁吸力用平均值衡量。m不变→Fm不变。(2)衔铁吸合后→磁阻起动电流工作电流。3.结构特点(1)铁心和衔铁用硅钢片叠成。(2)加短路环消除衔铁的振动。2.电磁吸力f和励磁电流I的变化m不变磁动势→励磁电流OftFFm平均吸力8.4磁路及其基本定律短路环12LFChun制作大连理工大学电气工程系8.5变压器的基本结构与额定值一、变压器的用途变压器是一种利用电磁感应作用来改变交流电能的电压和电流等级的电气设备。在电力系统中110、220kV330、500kV电能负荷10kV升压变压器远距离输电降压变压器10kV6kV380V220V在电子线路和自动控制系统中，变压器起着信号传递、阻抗变换以及信号隔离等作用。第8章磁路与变压器LFChun制作大连理工大学电气工程系二、变压器的基本结构1.铁心用硅钢片叠成分铁心柱和铁轭两部分2.绕组（线圈）一次绕组和二次绕组高压绕组和低压绕组11112222铁心柱铁轭铁轭单相芯式变压器结构图8.5变压器的基本结构与额定值铁心柱低压绕组高压绕组LFChun制作大连理工大学电气工程系二、变压器的基本结构1.铁心2.绕组（线圈）3.其他油箱、油、油枕、保护设备等。1122单相壳式变压器结构图8.5变压器的基本结构与额定值铁心柱铁轭铁轭LFChun制作大连理工大学电气工程系1.按用途分类电力变压器、配电变压器、整流变压器、电焊变压器、船用变压器、电源变压器…2.按相数分类三相变压器、单相变压器。3.按每相绕阻的个数分类双绕阻变压器、三绕阻变压器、自耦变压器。4.按冷却方式分类干式变压器、油浸式变压器。5.按结构分类芯式变压器、壳式变压器。三、变压器的分类图例8.5变压器的基本结构与额定值LFChun制作大连理工大学电气工程系1.额定容量SN（V·A或kV·A）即变压器的额定视在功率。2.额定电压U1N和U2N（V或kV）各绕组在空载额定分接下端子间电压的保证值。3.额定电流I1N和I2N（A或kA）单相变压器：SN=U1NI1N=U2NI2N三相变压器：4.额定频率fN（Hz）GB：fN=50Hz5.额定效率N6.额定温升N四、变压器的额定值8.5变压器的基本结构与额定值SN=3U1NI1N=3U2NI2NLFChun制作大连理工大学电气工程系＋u2－e18.6变压器的工作原理一、电磁关系e2e2＋u1－ZLΦΦ1Φ2施加：u1→i1→N1i11→e1e1e2u2→i2→N2i2→Φ2→e2→L1→L2第8章磁路与变压器i2i1e1LFChun制作大连理工大学电气工程系变压器的等效电路二、等效电路8.6变压器的工作原理＋u2－e1e2e2＋u1－ZLΦΦ1Φ2i2i1e1ZL＋U1－I1R1jX1－E1＋＋E2－jX2R2I2＋U2－一次侧电阻和漏电抗二次侧电阻和漏电抗LFChun制作大连理工大学电气工程系三、电压变换U1=Z1I1－E1≈－E1=N1N2E1E2k=U2=E2－Z2I2≈E2I2=0I1=I0≤10%I1NU2=U20=E2U1≈E1==kU1U2N1N21.电压比E1=4.44fN1mE2=4.44fN2m变压器空载时8.6变压器的工作原理※Z1=R1＋jL1Z2=R2＋jL2U2=ZLI2LFChun制作大连理工大学电气工程系U1NU2N压之比，即k＞1。规定当U1=U1N时，U20=U2N。如铭牌上标注电压10000/230V一般取高压绕组的电压与低压绕组的电8.6变压器的工作原理※一般U2N比满载时的电压高5%~10%。LFChun制作大连理工大学电气工程系U2=E2－Z2I2当U1=U1N，cos2不变时：U2=f(I2)U2I2OU2Ncos2=1U％=U2N－U2U2N×100%U％=2%~3%2.变压器的外特性电压调整率8.6变压器的工作原理I2NU2LFChun制作大连理工大学电气工程系四、电流变换U1N≈E1=4.44fN1ΦmU1N4.44fN1Φm≈N1i1↓↑N2i2N1i0→ΦN1I1＋N2I2=N1I0磁动势平衡方程：I1=－I2N2N1N1I1＋N2I2=08.6变压器的工作原理＋u2－e1e2e2＋u1－ZLΦΦ1Φ2i2i1e1LFChun制作大连理工大学电气工程系(1)i1与i2反相位i1＞0时，i2＜0，即i2是去磁的。(2)i1与i2的大小关系I1I2N2N1==1k8.6变压器的工作原理＋u2－e1e2e2＋u1－ZLΦΦ1Φ2i2i1e1I1=－I2N2N1LFChun制作大连理工大学电气工程系五、阻抗变换作用忽略Z1、Z2