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1、第第3章磁路和变章磁路和变压器压器本讲稿第一页，共二十八页第第3章章 磁路和变压器磁路和变压器n n3.1 磁路磁路n n3.2 变压器变压器n n简单磁路概念和分析方法简单磁路概念和分析方法n n变压器工作原理变压器工作原理学习要点学习要点本讲稿第二页，共二十八页3.1 磁路磁路实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。线实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电路。因圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电路。因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。本讲稿第三页，共二十八页3.1.1 磁路的基本物理量磁路的基本
2、物理量1磁感应强度磁感应强度B 磁感应强度磁感应强度B是表示磁场内某点磁场强弱及方向是表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。的物理量。B的大小等于通过垂直于磁场方向单位的大小等于通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目，面积的磁力线数目，B的方向用右手螺旋定则确定。的方向用右手螺旋定则确定。单位是特斯拉单位是特斯拉(T)。2磁通磁通 均匀磁场中磁通均匀磁场中磁通等于磁感应强度等于磁感应强度B与垂直于磁与垂直于磁场方向的面积场方向的面积S的乘积，单位是韦伯的乘积，单位是韦伯(Wb)。本讲稿第四页，共二十八页3磁导率磁导率 磁导率磁导率表示物质的导磁性能，单位是亨表示物质的导磁性能，单位是亨/米米(
3、H/m)。真空的磁导率真空的磁导率 非铁磁物质的磁导率与真空极为接近，铁非铁磁物质的磁导率与真空极为接近，铁磁物质的磁导率远大于真空的磁导率。磁物质的磁导率远大于真空的磁导率。相对磁导率相对磁导率r：物质磁导率与真空磁导率物质磁导率与真空磁导率的比值。非铁磁物质的比值。非铁磁物质r近似为近似为1，铁磁物质的，铁磁物质的r远大于远大于1。本讲稿第五页，共二十八页4磁场强度磁场强度H 磁场强度只与产生磁场的电流以及磁场强度只与产生磁场的电流以及这些电流分布有关，而与磁介质的磁导这些电流分布有关，而与磁介质的磁导率无关，单位是安米（率无关，单位是安米（Am）。）。是为是为了简化计算而引入的辅助物理量
4、。了简化计算而引入的辅助物理量。本讲稿第六页，共二十八页3.1.2 磁场的基本定律磁场的基本定律1安培环路定律安培环路定律 计算电流代数和时，与绕行方向符合右手螺旋计算电流代数和时，与绕行方向符合右手螺旋定则的电流取正号，反之取负号。定则的电流取正号，反之取负号。若闭合回路上各点的磁场强度相等且其方向与若闭合回路上各点的磁场强度相等且其方向与闭合回路的切线方向一致，则：闭合回路的切线方向一致，则：本讲稿第七页，共二十八页2磁路欧姆定律磁路欧姆定律 称为磁阻，表示磁路对磁称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用。通的阻碍作用。因铁磁物质的磁阻因铁磁物质的磁阻Rm不是常数，它会不是常数，它会随励磁电流随
5、励磁电流I的改变而改变，因而通常不能的改变而改变，因而通常不能用磁路的欧姆定律直接计算，但可以用于用磁路的欧姆定律直接计算，但可以用于定性分析很多磁路问题。定性分析很多磁路问题。本讲稿第八页，共二十八页3电磁感应定律电磁感应定律 本讲稿第九页，共二十八页3.1.3 铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能高高导导磁磁性性：磁磁导导率率可可达达102104，由由铁铁磁磁材材料料组组成成的的磁磁路路磁磁阻阻很很小小，在在线线圈圈中中通通入入较较小小的的电电流流即即可获得较大的磁通可获得较大的磁通。磁磁饱饱和和性性：B不不会会随随H的的增增强强而而无无限限增增强强，H增增大到一定值时，大到一定值时，B不能继
6、续增强。不能继续增强。磁磁滞滞性性：铁铁心心线线圈圈中中通通过过交交变变电电流流时时，H的的大大小小和和方方向向都都会会改改变变，铁铁心心在在交交变变磁磁场场中中反反复复磁磁化化，在在反反复复磁磁化化的的过过程程中中，B的的变变化化总总是是滞滞后后于于H的变化。的变化。本讲稿第十页，共二十八页铁磁材料的类型：铁磁材料的类型：软磁材料软磁材料：磁导率高，磁滞特性不明显，矫顽力：磁导率高，磁滞特性不明显，矫顽力和剩磁都小，磁滞回线较窄，磁滞损耗小。和剩磁都小，磁滞回线较窄，磁滞损耗小。硬磁材料硬磁材料：剩磁和矫顽力均较大，磁滞性明显，：剩磁和矫顽力均较大，磁滞性明显，磁滞回线较宽。磁滞回线较宽。矩
7、磁材料矩磁材料：只要受较小的外磁场作用就能磁化到饱：只要受较小的外磁场作用就能磁化到饱和，当外磁场去掉，磁性仍保持，磁滞回线几乎成和，当外磁场去掉，磁性仍保持，磁滞回线几乎成矩形。矩形。磁磁化化曲曲线线磁磁滞滞回回线线本讲稿第十一页，共二十八页 设线圈的电阻为设线圈的电阻为R，主磁主磁电动势为电动势为e和漏感电动势为和漏感电动势为e，由由KVL，有：有：3.1.4 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路e 的有效值为：的有效值为：1电压、电流和磁通的关系电压、电流和磁通的关系本讲稿第十二页，共二十八页写成相量形式写成相量形式：设漏磁电感为设漏磁电感为L，则：则：本讲稿第十三页，共二十八页2功率损耗功
8、率损耗3等效电路等效电路 图中图中X0是反是反映线圈能量储放映线圈能量储放的等效感抗。的等效感抗。本讲稿第十四页，共二十八页本讲稿第十五页，共二十八页3.2 变压器变压器3.2.1 变压器的工作原理变压器的工作原理 原原绕绕组组匝匝数数为为N1，电电压压u1，电电流流i1，主主磁磁电电动动势势e1，漏漏磁磁电电动动势势e1；副副绕绕组组匝匝数数为为N2，电电压压u2，电电流流i2，主主磁磁电电动动势势e2，漏漏磁磁电电动动势势e2。本讲稿第十六页，共二十八页1电压变换电压变换原绕组的电压方程：原绕组的电压方程：副绕组的电压方程：副绕组的电压方程：忽略电阻忽略电阻R1和漏抗和漏抗X1的电压，则：
9、的电压，则：k称为变压器的变比。称为变压器的变比。本讲稿第十七页，共二十八页本讲稿第十八页，共二十八页三相变压器的两种接法及电压的变换关系三相变压器的两种接法及电压的变换关系本讲稿第十九页，共二十八页2电流变换电流变换 由由U1E1=4.44N1fm可可知知，U1和和f不不变变时时，E1和和m也也都都基基本本不不变变。因因此此，有有负负载载时时产产生生主主磁磁通通的的原原、副副绕绕组组的的合合成成磁磁动动势势（i1N1+i2N2）和和空空载载时时产产生生主主磁磁通通的的原原绕绕组组的的磁磁动动势势i0N1基基本本相等，即：相等，即：空载电流空载电流i0很小，可忽略不计。很小，可忽略不计。本讲稿
10、第二十页，共二十八页3阻抗变换阻抗变换 设接在变压器副绕组的负载阻抗设接在变压器副绕组的负载阻抗Z的的模为模为|Z|，则：则：Z反映到原绕组的阻抗模反映到原绕组的阻抗模|Z|为：为：本讲稿第二十一页，共二十八页本讲稿第二十二页，共二十八页3.2.2 变压器的使用变压器的使用1外特性外特性 电电压压变变化化率率反反映映电电压压U2的的变变化化程程度度。通通常常希希望望U2的的变变动动愈愈小小愈愈好好，一一般般变变压压器器的的电电压压变化率约在变化率约在5%左右。左右。2损耗与效率损耗与效率铁损铁损PFe包括磁滞损耗和涡流损耗。包括磁滞损耗和涡流损耗。损耗：损耗：铜损：铜损：本讲稿第二十三页，共二
11、十八页效率：效率：3额定值额定值 (1)额额定定电电压压UN：指指变变压压器器副副绕绕组组空空载载时时各各绕绕组的电压。三相变压器是指线电压。组的电压。三相变压器是指线电压。(2)额额定定电电流流IN：指指允允许许绕绕组组长长时时间间连连续续工工作作的的线线电流。电流。(3)额额定定容容量量SN：在在额额定定工工作作条条件件下下变变压压器器的的视视在功率在功率。三相变压器：三相变压器：单相变压器：单相变压器：本讲稿第二十四页，共二十八页4变压器线圈极性的测定变压器线圈极性的测定(1)同极性端的标记同极性端的标记(2)同极性端的测定同极性端的测定毫安表的指针正偏毫安表的指针正偏1和和3是同极性端
12、；反是同极性端；反偏偏1和和4是同极性端。是同极性端。U13=U12U34时时1和和3是同是同极性端；极性端；U13=U12U34时时1和和4是同极性端。是同极性端。本讲稿第二十五页，共二十八页3.2.3 特殊变压器特殊变压器1自耦变压器自耦变压器特点：副绕组是原绕组的一部分，原、副特点：副绕组是原绕组的一部分，原、副压绕组不但有磁的联系，也有电的联系。压绕组不但有磁的联系，也有电的联系。本讲稿第二十六页，共二十八页2仪用互感仪用互感器器 (1)电电流流互互感感器器：原原绕绕组组线线径径较较粗粗，匝匝数数很很少少，与与被被测测电电路路负负载载串串联联；副副绕绕组组线线径径较较细细，匝匝数数很很多多，与与电电流流表表及及功功率率表表、电电度度表表、继继电电器器的的电电流流线线圈圈串串联联。用用于于将将大大电电流流变变换换为为小小电电流流。使使用用时时副绕组电路不允许开路。副绕组电路不允许开路。本讲稿第二十七页，共二十八页 (2)电电压压互互感感器器：电电压压互互感感器器的的原原绕绕组组匝匝数数很很多多，并并联联于于待待测测电电路路两两端端；副副绕绕组组匝匝数数较较少少，与与电电压压表表及及电电度度表表、功功率率表表、继继电电器器的的电电压压线线圈圈并并联联。用用于于将将高高电电压压变变换换成成低低电电压压。使使用用时时副副绕绕组组不允许短路。不允许短路。本讲稿第二十八页，共二十八页