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1、第6章 磁路和变压器第第6章章 磁磁路和变压器路和变压器6.1 磁路磁路6.2 变压变压器器6.1 磁磁路路 磁路的基本知磁路的基本知识识把能够吸引金属铁等物质的性质，称为磁性；具有磁性的物体称为磁体，如扬声器背面的磁钢就是磁体。磁铁是一个典型的磁体，如图6-1所示。注意：注意：同一铁磁材料的r并不是常数，它随励磁电流的大小和温度的高低而变化。（4）磁场强度（H）磁场强度H的定义为磁场强度H与介质的磁导率无关，不受介质的影响，只与电流产生的磁场有关。磁场强度H的单位为A/m（安培每米）。2.铁磁材料的磁性铁磁材料的磁性能能（1）铁磁材料的磁化曲线磁化曲线是铁磁材料的磁感应强度B与外磁场的磁场强
2、度H之间的关系曲线，如图6-3所示。起始磁化曲线大体上可以分为四段， 即Oa、ab、bc和c点以后。c点以后的区域叫饱和区。（2）磁滞回线几个概念：剩磁、磁滞、矫顽磁力、磁滞回线铁磁材料具有以下磁性能。高导磁性：磁饱和性：剩磁性：磁滞性：磁滞损耗的概念。（3）铁磁材料的分类硬磁材料。硬磁材料的磁滞回线如图6-5（a）所示。软磁材料。软磁材料的磁滞回线如图6-5（b）所示。矩磁材料。矩磁材料磁滞回线如图6-5（c）所示。3.磁路和磁路的欧姆定磁路和磁路的欧姆定律律（1）磁路磁路主要是由铁磁材料构成而为磁通集中通过的闭合回路。集中在一定路径上的磁通称为主磁通，如图6-6中的。漏磁通，如图6-6（a
3、）所示的l。主磁通磁路有纯铁芯磁路，如图6-6（a）、（c）所示；包含有气隙的磁路，如图6-6（b）所示；不分支磁路，如图6-6（a）、（b）所示；分支磁路，如图6-6（c）所示。用来产生磁通的电流叫励磁电流，流过励磁电流的线圈叫励磁线圈。由直流电流励磁的磁路叫直流磁路，由交流电流励磁的磁路叫交流磁路。（2）磁路的欧姆定律4.涡涡流流如图6-8（a）中的虚线所示。由于这种感应电流是一种自成闭合回路的环流，故称为涡流。涡流损耗与磁滞损耗合称为铁损。在磁饱和状态下，铁损的大小与铁芯中磁感应强度的平方成正比。为了减小铁芯中的涡流，铁芯通常采用0.350.5mm的硅钢片叠压成，如图6-8（b）所示。硅
4、钢片间有绝缘层（涂绝缘漆）。互感与互感电互感与互感电压压1.互感现互感现象象图6-9中，磁通11叫自感磁通，11= N111叫线圈1的自感磁链。磁通21称为互感磁通，21= N221称为互感磁链。由于i1的变化引起21的变化，从而引起线圈2中产生的电压叫互感电压。同理线圈2中电流i2的变化，也会在线圈1中产生互感电压。由一个线圈的交变电流在另一个线圈中产生感应电压的现象称为互感现象。3.耦合系耦合系数数定义为k0，属于松耦合；k1，属于紧耦合；理想情况下k=1，称为全耦合。例例6-1 已知两个具有耦合关系的电感线圈的互感系数M0.04mH，自感系数分别为L10.03mH，L20.06mH。求：
5、耦合系数k？4.互感电互感电压压当互感电压与互感磁链两者的参考方向符合右手螺旋定则关系时，因线圈1中电流i1的变化在线圈2中产生的互感电压为：同理，因线圈2中电流i2的变化在线圈1中产生的互感电压为：当线圈中通过的电流为正弦电流时，如i1I1msint，i2I2msint，则同理互感电压用相量表示为式中，XMM称为互感抗，单位为欧姆（）。6.1.3 互感线圈的同极性互感线圈的同极性端端1.互感线圈的同极性互感线圈的同极性端端同极性端用符号“*”、“”或“”标记。为了便于区别，仅在两个线圈的一对同极性端用标记标出，另一对同极性端不需标注，如图6-9所示。2.互感线圈的同极性端的测互感线圈的同极性
6、端的测定定直流法。如图6-10（a）所示，当开关S迅速闭合时，若电压表正向偏转，则1、3端为同极性端。若电压表反向偏转，则1、3端为异极性端。交流法。如图6-10（b）所示，用交流电压表分别测量U12、U13、U34。如果测得：U13U12U34，则1和3端为同极性端。若测得：U13U12U34，则1、3为异极性端。6.1.4 6.1.4 互感线圈的连互感线圈的连接接1 1. .互感线圈串互感线圈串联联（1）顺向串联。如图6-11所示。顺向串联时的等效电感为LFL1L22M（2）反向串联。如图6-12所示。反向串联的等效电感为LRL1L22M根据LF和LR可以求出两线圈的互感M为例例6-3 两
7、个磁耦合线圈串联接到220V，50Hz的正弦交流电源上，一种连接情况的电流为2.7A，功率为219W；另一种连接情况的电流为7A。试分析哪种情况为顺向串联，哪种情况为反向串联，并求它们的互感系数。2.互感线圈的并互感线圈的并联联（1）同侧并联如图6-13所示的电路，为两线圈同侧并联，其等效电感L为（2）异侧并联如图6-14所示的电路，为两线圈异侧并联，其等效电感L为6.2 变压变压器器6.2.1 单相变压单相变压器器1.变压器的结变压器的结构构构成变压器的主要部件是铁芯和绕组。变压器铁芯用磁滞损耗很小的硅钢片（厚度为0.350.5mm）叠装而成，片间相互绝缘，以减小涡流损失。心式变压器的绕组套
8、在各铁芯柱上，如图6-15（a）所示；壳式变压器的绕组只套在中间的铁芯柱上，绕组两侧被外侧铁芯柱包围，如图6-15（b）所示。变压器从电源输入电能的绕组称为一次绕组；向负载输出电能的绕组称为二次绕组。电路图中表示单相变压器的符号如图6-16所示。2.变压器的工作原变压器的工作原理理（1）变压器的空载运行有关概念：变压器的空载运行、空载电流。交变的主磁通在一、二次绕组中分别感应出电动势e1与e2有设msint，则e1与e2的有效值分别为由此可得由于变压器的空载电流I0很小，一次绕组中的电压降可略去不计，故U1E1。而二次绕组是开路的，U20E2。于是有例例6-4 有一台单相降压变压器，一次绕组接
9、到6600V的交流电源上，二次绕组的电压为220V，试求其变比。若一次绕组的匝数N13300匝，试求二次绕组的匝数N2。若电源电压减小到6000V，为使二次绕组的电压保持不变，试问一次绕组的匝数应调整到多少？（2）变压器负载运行变压器的负载运行是指一次绕组加额定电压，二次绕组与负载相接通时的运行状态，如图6-18所示。变压器负载时仍可近似地认为U1等于E1。负载时的合成磁通势应近似等于空载时的磁通势，即变压器的外特性，如图6-19所示的曲线表示。变压器的阻抗变换作用：设在变压器的副边接入阻抗为ZL，由图6-20可知，从一次绕组输入端看进去的输入阻抗值为4、变压器的功率和效率变压器的功率和效率变
10、压器的额定电压U1N-、U2N；额定电流I1N、I2N；额定容量SN；损耗：铜损耗Pcu、铁损耗Pfe；效率：例例6-5 有一台降压变压器，一次绕组电压为220V，二次绕组电压为110V，一次绕组为2200匝，若二次绕组接入阻抗为10的阻抗，问变压器的变比；二次绕组匝数；一、二次绕组中电流各为多少？6.2.2 三相变压三相变压器器1.三相变压器的结构和工作原三相变压器的结构和工作原理理对于三相电源进行电压变换，可用三台单相变压器组成的三相变压器组，或用一台三相变压器来完成。三相变压器的铁芯有三个芯柱，每个芯柱上装有属于同一相的两个绕组，如图6-21所示。就每一相来说，其工作情况和单相变压器完全
11、相同。三相变压器或三个单相变压器的一次绕组和二次绕组都可分别接成星形或三角形，实际上常用的接法有Y，y、Y，yn和Y，d连接，逗号前表示高压线圈连接，逗号后表示低压线圈连接，yn表示Y形连接有中线引出。2.三相变压器的铭牌和额定三相变压器的铭牌和额定值值型号、额定电压、额定电流；额定容量：单位为VA或kVA。单相变压器的额定容量为：SNU2NI2NU1NI1N。三相变压器的额定容量为：变压器的效率：额定频率；此外还有温升、阻抗电压、连接组别等参数，1000kVA以上的变压器铭牌上还标有空载电流、空载损耗及短路损耗等。6.2.3 其他用途的变压其他用途的变压器器1.自耦变压自耦变压器器如图6-2
12、2所示，一、二次绕组公用一部分绕组，所以自耦变压器一、二次绕组之间除有磁的耦合外，又有电的直接联系。自耦变压器的工作原理与普通变压器一样，原边和副边的电压、电流与匝数的关系仍为三相自耦变压器通常是接成星形的，如图6-23所示。2.电焊变压电焊变压器器对电焊变压器有以下几点要求：空载时应有足够的引弧电压，空载起弧电压不超过85V。有载时，变压器应具有迅速降压的外特性。在额定负载时的输出电压约为30V。短路时，短路电流不能过大，以免损坏焊机。为了适应不同的焊件和不同规格的焊条，要求焊接电流的大小在一定范围内要均匀可调。图6-24是在二次绕组电路中串联一个可变电抗器的电焊变压器的原理图。调节电抗器的调节螺栓来改变电抗器空气隙的长度，就可调节其电抗的大小，从而调节焊接电流的大小。空气隙增大，电抗器的感抗随之减小，电流就随之增大。3.仪用互感仪用互感器器电压互感器的原理图如图6-25所示。为防止互感器一、二次绕组之间绝缘损坏时造成危险，铁芯以及二次绕组的一端应当接地。电压互感器的主要原理是根据电流互感器的原理图如图6-26所示。电流互感器的主要原理是根据便携式钳形电流表就是利用电流互感器原理制成的，图6-27是它的外形图和原理图。测量电流时，不需断开待测电路，只需张开铁芯将待测的载流导线钳入，这根导线就成为互感器的一次绕组，于是可从电流表直接读出待测电流值。