电工学(少学时)(第二版)学习辅导与习题全解(唐介)

本文由寒江书生贡献ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。第5章变压器第5章变压器5.1磁路5.2铁心线圈电路5.3变压器的基本结构5.4变压器的工作原理5.5自耦变压器和三绕组变压器5.6三相电压的变换5.7绕组的极性返回主页教学基本要求分析与思考练习题第5章变压器5.1磁路(一)磁场的基本物理量一电流→磁场←用磁场线描述磁通Φ:通过磁场中某一面积的磁场线的总数。磁通通过磁场中某一面积的磁场线的总数。单位：单位：Wb。。(1)磁感应强度BB：矢量。其数值B表示磁场的强弱，矢量。表示磁场的强弱，其方向表示磁场的方向。其方向表示磁场的方向。Φ在均匀磁场中：在均匀磁场中：B=（T）——磁通密度）AA——与磁场线垂直的某面积（m2)与磁场线垂直的某面积（返回下一节上一页下一页第5章变压器(2)磁场强度HH：矢量。方向与B的方向相同。矢量。的方向相同。H的大小：只与产生该磁场的电流大小成正的大小：与介质的性质无关。比，与介质的性质无关。还与介质的性质有关。还与介质的性质有关。单位：※单位：A/m。。B磁导率μ：※磁导率：μ=）H（H/m）×真空中的磁导率:※真空中的磁导率μ0=4π×10－7H/m返回下一节B的大小：不仅与产生该磁场的电流大小有关，的大小：不仅与产生该磁场的电流大小有关，上一页下一页第5章变压器(二)物质的磁性能二非磁性物质（非铁磁物质）▲非磁性物质（非铁磁物质）μ≈μ0顺磁物质、反磁物质。※顺磁物质、反磁物质。▲磁性物质（非铁磁物质）磁性物质（非铁磁物质）(1)高导磁性μ＞＞0＞＞μ＞＞铸钢：※铸钢：μ≈1000μ0硅钢片：※硅钢片：μ≈(6000~7000)μ0返回下一节上一页下一页第5章变压器(2)磁饱和性μ——不是常数(3)磁滞性矫顽磁力剩磁BrH0－BrBB0BHCHmH图5.1.2初始磁化曲线－Hm－HCH0图5.1.4基本磁化曲线返回下一节上一页下一页图5.1.3磁滞回线第5章变压器磁性物质的分类：▲磁性物质的分类：硬磁物质:硬磁物质Br大、HC大软磁物质：软磁物质：Br小、HC小矩磁物质：矩磁物质：Br大、HC小返回下一节上一页下一页第5章变压器(三)磁路欧姆定律三用于定性分析磁路。用于定性分析磁路。ΦBC=ACΦB0=A0BC=ΦHC=μμCACCB0H0=μ0=Φμ0A0返回下一节上一页下一页第5章变压器全电流定律:全电流定律∮Hdl=∑I左边=∮Hdl=∮Hdl=HClC+H0l0lC=(μCAC令：l0+μ0A0)ΦlCRmc=μACCl0Rm0=μA00——铁心的磁阻——空气隙的磁阻磁路的磁阻：磁路的磁阻：Rm=Rmc+Rm0l0lC=μA+μA00CC返回下一节上一页下一页第5章变压器因此：因此：右边=右边∑I=NI——磁路的磁通势RmΦ=NINI——磁路欧姆定律Φ=Rm→Rm0＞＞mc＞＞R∵∴μC＞＞μ0NI一定时，Rm0的存在，使Φ大大减小。一定时，的存在，大大减小。因若要保持一定的Φ，若要保持一定的，则需要大大增加NI。。返回下一节上一页下一页第5章变压器5.2铁心线圈电路(一)直流铁心线圈电路一直流铁心线圈电路电压与电流的关系:电压与电流的关系:UI=R线圈消耗的功率：线圈消耗的功率：P=UI=RI2返回上一节下一节上一页下一页第5章变压器(二)交流铁心线圈电路二交流铁心线圈电路dΦ励磁：励磁：u→i→Ni→Φ→e=－NdtΦl→el=－NdΦl=－Lldidtdt(1)电压与电流关系设:Φ=Φmsinωt则:e=－NωΦmcosωt－=NωΦmsin(ωt－90o)－Em=NωΦm=2πfNΦm返回上一节下一节上一页下一页第5章变压器E=4.44fNΦmE=－j4.44fNΦm－漏磁通磁路对应的电感：漏磁通磁路对应的电感：NΦlLl=i漏电感（漏电抗）：漏电感（漏电抗）：X=ωLl=2πfLlU=UR－El－E=－E+jωLlI+RI－i+euel－ΦΦl图5.2.1交流铁心线圈电路漏阻抗=－E+(R+jωLl)I=－E+ZI－－返回上一节下一节上一页下一页第5章变压器忽略漏阻抗，忽略漏阻抗，有：则：U=－E－UΦm=4.44fN当：U、f一定时，Φm基本不变。一定时，基本不变。(2)功率功率:视在功率:视在功率无功功率:无功功率有功功率:有功功率S=UIQ=Ssin?铁损铜损P=Scos?涡流损耗磁滞损耗+P=PCuFe=RI2+(Ph+Pe)返回上一节下一节上一页下一页第5章变压器Φ(a)磁滞损耗Ph：(b)涡流损耗Pe：铜损耗使线圈发热，※铜损耗使线圈发热，铁损耗使铁心发热。铁损耗使铁心发热。减小铁损耗的方法：※减小铁损耗的方法：①使用软磁材料减小Ph；增大铁心的电阻率，②增大铁心的电阻率，减小涡流及其损耗；0.35mm0.30mm用很薄的硅钢片叠成铁心，③用很薄的硅钢片叠成铁心，0.27mm减小涡流及其损耗。返回上一节(a)Φ(b)0.22mm5.2.2涡流损耗图下一节上一页下一页第5章变压器［例5.2.1］一个铁心线圈，加上12V直流电］一个铁心线圈，压时，交流时，压时，电流为1A；加上110V交流时，电流为2A，；交流时，消耗的功率为88W。求后一种情况线圈的铜。损耗、铁损耗和功率因数。损耗、铁损耗和功率因数。线圈施加直流电压时：［解］(1)线圈施加直流电压时：U12==12R=I1(2)线圈施加交流电压时：线圈施加交流电压时：PCu=RI2=12×22W=48W×PFe=P－PCu=(88－48)W=48W－－P88=0.4=cos?=UI110×2×返回上一节下一节上一页下一页第5章变压器5.3变压器的基本结构(一)变压器的用途一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。电能的电压和电流等级的电气设备。在电力系统中：在电力系统中：升、10kV压110kV、220kV变远距离输电、压330kV、500kV器返回上一节电能降压变压器10kV6kV380V220V下一节负荷上一页下一页第5章变压器输电距离、输电功率与输电电压的关系:▲输电距离、输电功率与输电电压的关系:输电电压110kV220kV500kV输电功率5×104kW×(20~30)×104kW×100×104kW×输电距离50~150km200~400km≥500km在电子线路和自动控制系统中，变压器起着在电子线路和自动控制系统中，信号传递、阻抗变换以及信号隔离等作用。信号传递、阻抗变换以及信号隔离等作用。返回上一节下一节上一页下一页第5章变压器(二)变压器的基本结构二(1)铁心铁心:用硅钢片叠成；分铁心柱和铁轭两部分。用硅钢片叠成；分铁心柱和铁轭两部分。(2)绕组（线圈）：绕组（线圈）：接电源的绕组——一次绕组，一次绕组，接电源的绕组接负载的绕组——二次绕组；二次绕组；接负载的绕组工作电压高的绕组——高压绕组，高压绕组，或工作电压高的绕组工作电压低的绕组——低压绕组。低压绕组。工作电压低的绕组(3)其他其他:油箱、油枕、散热器、保护设备等。油箱、油、油枕、散热器、保护设备等。返回上一节下一节上一页下一页第5章变压器变压器常用的结构型式有两种：※变压器常用的结构型式有两种：心式变压器、心式变压器、壳式变压器返回上一节下一节上一页下一页第5章变压器返回上一节下一节上一页下一页第5章变压器5.4变压器的工作原理返回上一节下一节上一页下一页第5章变压器E1=－j4.44fN1Φm－U1=－E1+(R1+jX1)I1=－E1+Z1I1－－一次绕组的参数：※一次绕组的参数：R1(电阻、X1(漏电抗、Z1(漏阻抗。电阻)、漏电抗漏电抗)、漏阻抗)。电阻漏阻抗E2=－j4.44fN2Φm－U2=E2－(R2+jX2)I2=E2－Z2I2=ZLI2二次绕组的参数：※二次绕组的参数：电阻)、R2(电阻、电阻X2(漏电抗、漏电抗)、漏电抗漏阻抗)。Z2(漏阻抗。漏阻抗返回上一节下一节上一页下一页第5章变压器(一)电压变换一电压比:电压比:E1N1=k=E2N2U1=Z1I1－E1≈－E1－U2=E2－Z2I2≈－E2变压器空载时:变压器空载时I2=0，I1=I0≤10%I1N，U2=U20=E2，U1≈E1U1N1=k=U2N2返回上一节下一节上一页下一页第5章变压器一般取高压绕组的电压与低压绕组的电※一般取高压绕组的电压与低压绕组的电压之比，压之比，即：k＞1＞规定:※规定:当U1=U1N时,U20=U2N如铭牌上标注:※如铭牌上标注电压10000/230VU1NU2N返回上一节下一节上一页下一页第5章变压器U2=E2－Z2I2变压器的外特性:▲变压器的外特性当U1=U1N,不变时:λ2=cos?2不变时U2=f(I2)电压调整率:▲电压调整率?U％=％U2N－U2×100%U2NU2U2Nλ2=0.8(容性容性)容性λ2=1λ2=0.8(感性感性)感性0I2图5.4.4变压器的外特性U％=2~3%％返回上一节下一节上一页下一页第5章变压器［例5.4.1］某单相变压器的额定电压为］10000/230V，接在10000V的交流电源上向一电，感性负载供电，感性负载供电，电压调整率为0.03。求变压器的电。压比及空载和满载时的二次电压。压比及空载和满载时的二次电压。［解］U1N10000电压比：电压比：=43.5k=U=2302N空载电压：空载电压：U20=U2N=230V满载电压:U2=U2N(1－?U％)PCu满载电压－％=230×(1－0.03)V=223V×－返回上一节下一节上一页下一页第5章变压器(二)电流变换二U1N≈E1=4.44fN1ΦmΦm≈U1N4.44fN1N1i1↓N1i0→Φ↑N2i2磁通势平衡方程：N1I1+N2I2=N1I0磁通势平衡方程：忽略I忽略0，则：N1I1+N2I2=0N2I1=－NI21I1N21==I2N1k返回上一节下一节上一页下一页第5章变压器［例5.4.2］上例中的变压器，当|ZL|=0.966］上例中的变压器，变压器正好满载。求该变压器的电流。时，变压器正好满载。求该变压器的电流。U2223［解］==224AI2=|ZL|0.966I2=5.15AI1=k返回上一节下一节上一页下一页第5章变压器(三)阻抗变换作用三忽略Z1、Z2、I0：I2N1U1=I=N=kU212U1kU2|ZL'|=I=I2/k1=k2U2I2U1I1I2U2|ZL|等I1效U1k2|ZL|=k2|ZL|图5.4.5变压器的阻抗变换返回上一节下一节上一页下一页第5章变压器的扬声器（［例5.4.3］一只电阻为8的扬声器（喇］），需要把电阻提高到叭），需要把电阻提高到800才可以接入半导体收音机的输出端。收音机的输出端。问：应该利用电压比为多大的变压器才能实现这一阻抗匹配。压器才能实现这一阻抗匹配。［解］∵R=k2RLRL∴k==R800=108返回上一节下一节上一页下一页第5章变压器(四)变压器的功率关系四一次绕组的视在功率：S1=U1I1一次绕组的视在功率：二次绕组的视在功率：二次绕组的视在功率：S2=U2I2变压器的额定容量：变压器的额定容量：SN=U2NI2N=U1NI1N输入功率：输入功率：输出功率：输出功率：变压器的损耗：变压器的损耗：铜损耗：铜损耗：P1=U1I1cos?1P2=U2I2cos?2P=P1－P2=PCu+PFePCu=R1I12+R2I22可变损耗返回上一节下一节上一页下一页第5章变压器铁损耗：铁损耗：效率:效率:当PFe=Ph+Peη=P2×100%P1不变损耗※电力变压器:电力变压器:I2=(60%～80%)I2N时，(%%η=ηmax小型电力变压器:※小型电力变压器:η=80%～90%%%大型电力变压器:※大型电力变压器:η=98%～99%%%返回上一节下一节上一页下一页第5章变压器［例5.4.4］一变压器容量为10kV·A，铁耗］，为300W，满载时的铜耗为400W。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。的有功功率及效率。［解］忽略电压变化率，