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1、电工技术之磁路电工技术之磁路和变压器和变压器第1页，本讲稿共33页7.1 磁路磁路实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。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。线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，同时也有磁路因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。问题。第2页，本讲稿共33页7.1.1 磁路的基本物理量磁路的基本物理量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是表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。向的物理量。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
2、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与垂直于磁场与垂直于磁场方向的面积方向的面积S的乘积，单位是韦伯的乘积，单位是韦伯(Wb)。第3页，本讲稿共33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(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，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。铁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 r
3、：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。第4页，本讲稿共33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这些磁场强度只与产生磁场的电流以及这些电流分布有关，而与磁介质的磁导率无关，电流分布有关，而与磁介质的磁导率无关，单位是安米（单位是安米（Am）。是为了简化计算）。是为了简化计算而引入的辅助物理量。而引入的辅助物理量。第5页，本讲稿共33页7.1.2 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计算电流代数和时，与绕行方向符合右手螺旋
4、定则的电流取正号，反之取负号。螺旋定则的电流取正号，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：向与闭合回路的切线方向一致，则：第6页，本讲稿共33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。第7页，本讲稿共33页3
5、电磁感应定律电磁感应定律 第8页，本讲稿共33页7.1.3 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可获得较大的磁通。即可获得较大的磁通。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不能继续增强。不能继续增强。磁磁磁磁滞滞滞滞性性性性：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
6、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。第9页，本讲稿共33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，矫顽力和：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。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，磁滞回线几乎成矩和，当外磁场去掉，磁性仍保持，磁滞回线几乎成矩形。形。磁磁化化
7、曲曲线线磁磁滞滞回回线线第10页，本讲稿共33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：7.2.1 电磁关系电磁关系e 的有效值为：的有效值为：7.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路第11页，本讲稿共33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：第12页，本讲稿共33页等效电路：等效电路：图中图中X0是反映是反映线圈能量储放的线圈能量储放的等效感抗。等效感抗。7.2.2 功率损耗功率损耗第13页，本讲稿共33页第14页，本讲稿共33页7.3 单相变压器单相变压器7.3.1 变压器的基本结构变压
8、器的基本结构变压器通常由一个公共铁心和两个或两个以上的线圈（又称变压器通常由一个公共铁心和两个或两个以上的线圈（又称绕组）组成，分为心式变压器和壳式变压器两类。绕组）组成，分为心式变压器和壳式变压器两类。接电源的绕组称为原绕组（又称初级绕组或一次绕组），接电源的绕组称为原绕组（又称初级绕组或一次绕组），接负载的绕组称为副绕组（又称次级绕组或二次绕组）。接负载的绕组称为副绕组（又称次级绕组或二次绕组）。心式变压器心式变压器壳式变压器壳式变压器第15页，本讲稿共33页7.3.2 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
9、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。第16页，本讲稿共33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：第17页，本讲稿共33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L1，则：，则：忽略电阻忽略电阻R1和漏抗和漏抗X1的电压，则：的电压，则：e 1的有效值为：的有效值为：第18页，本讲稿共33页副绕组的电压方程：副绕组的电压方程：k称为变压器的变比。称为变压器的变比。第19页，本讲稿共33页第20页，本讲稿共33页2电流变换电流变换 由由U1E1=4.44N1fm可可知知，U
10、1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。第21页，本讲稿共33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的模的模为为|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：第22页，本讲稿共33页第23页，本讲稿共33页7.3.3 变压器的工作特性变压
11、器的工作特性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变化率约在压变化率约在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：效率：效率：第24页，本讲稿共33页(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；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
12、时时1和和4是同极性端。是同极性端。7.3.4 变压器线圈极性测定变压器线圈极性测定第25页，本讲稿共33页7.4 三相变压器三相变压器7.4.1 三相变压器的结构三相变压器的结构外形外形铁心绕组铁心绕组第26页，本讲稿共33页7.4.2 变压器的额定值变压器的额定值（1）产产品品型型号号。表表示示变变压压器器的的结结构构和和规规格格，如如SJL一一500/10，其其中中S表表示示三三相相（D表表示示单单相相），J表表示示油油浸浸自自冷冷式式，L表表示示铝铝线线（铜铜线线无无文文字字表表示示），500表表示示容容量量为为500kVA，10表表示示高高压压侧线电压为侧线电压为10kV。（2）额额
13、定定电电压压。指指高高压压绕绕组组接接于于电电网网的的额额定定电电压压，与与此此相相应应的的是是低低压压绕绕组组的的空空载载线线电电压压，例例如如100005/400V，其其中中100005表表示示高高压压绕绕组组额额定定线线电电压压为为10000V，并并允允许许在在5范围内变动，低压绕组输出空载线电压为范围内变动，低压绕组输出空载线电压为400V。（3）额额定定电电流流。额额定定电电流流I1N和和I2N是是指指原原绕绕组组加加上上额额定定电电压压U1N，原原、副副绕绕组组允允许许长长期期通通过过的的最最大大电电流流。三三相相变变压压器器的的I1N和和I2N均为线电流。均为线电流。第27页，本
14、讲稿共33页（4）额定容量。是在额定工作条件下，变压器输出能力的）额定容量。是在额定工作条件下，变压器输出能力的保证值。单相变压器的额定容量为副绕组额定电压与额定电保证值。单相变压器的额定容量为副绕组额定电压与额定电流的乘积，即：流的乘积，即：SN=U2NI2N U1NI1N三相变压器的额定容量为：三相变压器的额定容量为：（5）连接组标号。连接组标号表明变压器高压、低压绕组）连接组标号。连接组标号表明变压器高压、低压绕组的连接方式。星形连接时，高压端用大写字母的连接方式。星形连接时，高压端用大写字母Y，低压端用，低压端用小写字母小写字母y表示。三角形接法时高压端用大写字母表示。三角形接法时高压
15、端用大写字母D，低压，低压端用小写字母端用小写字母d表示。有中线时加表示。有中线时加n。例如，。例如，Y，yn0表示该表示该变压器的高压侧为无中线引出的星形连接，低压侧为有中线变压器的高压侧为无中线引出的星形连接，低压侧为有中线引出的星形连接，标号的最后一个数字引出的星形连接，标号的最后一个数字0表示高低压对应绕表示高低压对应绕组的相位差为零。组的相位差为零。第28页，本讲稿共33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第29页，本讲稿共33页7.5.1 自耦变压器自耦变压器特点：副绕组是原绕组的一部分，原、副压绕特点：副绕组是原绕组的一部分，原、副压绕组不但
16、有磁的联系，也有电的联系。组不但有磁的联系，也有电的联系。7.5 特殊变压器特殊变压器第30页，本讲稿共33页 (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。使使用用时时副副绕绕组组电电路路不不允允许开路。许开路。7.5.2 仪用互感器仪用互感器第31页，本讲稿共33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
17、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。第32页，本讲稿共33页7.5.3 电焊变压器电焊变压器特点：因为在焊接过程中，特点：因为在焊接过程中，电焊变压器的负载经常处电焊变压器的负载经常处于从空载（当焊条与工件于从空载（当焊条与工件分离时）到短路（当焊条分离时）到短路（当焊条与工件接触时）或者从短与工件接触时）或者从短路到空载之间急剧变化的路到空载之间急剧变化的状态，所以，要求电焊变状态，所以，要求电焊变压器具有急剧下降的外特压器具有急剧下降的外特性。这样，短路时，由于性。这样，短路时，由于输出电压迅速下降，副边输出电压迅速下降，副边电流也不至于过大；空载电流也不至于过大；空载时，由于副边电流为零，时，由于副边电流为零，输出电压能迅速恢复到点输出电压能迅速恢复到点火电压。火电压。第33页，本讲稿共33页