第19讲磁路与变压器精.ppt

《第19讲磁路与变压器精.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第19讲磁路与变压器精.ppt（48页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、第19讲磁路与变压器1第1页，本讲稿共48页第六章 磁路与变压器6.1 磁路磁路6.2 变压器的工作原理变压器的工作原理6.3 变压器的使用变压器的使用6.4 特殊变压器简介特殊变压器简介2第2页，本讲稿共48页磁路：主磁通所经过的闭合路径。磁路：主磁通所经过的闭合路径。i6.1 磁路磁路6.1.1.磁路的基本概念磁路的基本概念 线圈通入电流后，产线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏生磁通，分主磁通和漏磁通。磁通。：主磁通：漏磁通铁心（导磁性能好 的磁性材料）线圈3第3页，本讲稿共48页6.1.2 磁路计算中的基本物理量一、磁感应强度（磁通密度）与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通（磁与磁

2、场方向相垂直的单位面积上通过的磁通（磁力线）力线）单位：韦伯1 Tesla=104 高斯B 的单位：特斯拉（Tesla）4第4页，本讲稿共48页二、磁导率：表征各种材料导磁能力的物理量：表征各种材料导磁能力的物理量（亨/米）真空中的磁导率()为常数一般材料的磁导率 和真空中的磁导率之比，称为这种材料的相对磁导率，则称为磁性材料，则称为非磁性材料5第5页，本讲稿共48页 磁性材料的磁性能：1.非线性大小BH(I)2.磁饱和性HBBH 3.磁滞性 根据磁性能，磁性材料又可分为三种：软磁材料（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、永磁材料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、矩磁材料（滞回 线接近矩形。可用

3、做记忆元件）。6第6页，本讲稿共48页三、磁场强度 H 磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁感应强度和导磁率之比。单位：B：特斯拉：亨/米：安/米7第7页，本讲稿共48页一一.安培环路定律（全电流律）：安培环路定律（全电流律）：6.1.3 磁路的基本定律 磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等于通等于通过这个闭合路径内电流的代数和过这个闭合路径内电流的代数和.I1I2I3电流方向和磁场强度的方向符合右手定则，电流取正；否则取负。8第8页，本讲稿共48页 在无分支的均匀磁路（磁路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：磁路长度L线圈

4、匝数NIHL：称为磁压降。称为磁压降。NI：称为磁动势。一般 用 F 表示。F=NI9第9页，本讲稿共48页总磁动势 在非均匀磁路（磁路的材料或截面积不同，或磁场强度不等）中，总磁动势等于各段磁压降之和。例：例：IN10第10页，本讲稿共48页对于均匀磁路磁路中的欧姆定律二.磁路的欧姆律：则：INSL注：由于磁性材料 是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性 分析，不做定量计算。令：Rm 称为磁阻11第11页，本讲稿共48页磁路和电路的比较（一）磁路电路磁通INR+_EI磁压降磁动势电动势电流电压降U12第12页，本讲稿共48页基本定律 磁阻磁感应强度安培环路定律磁 路IN欧姆定律电阻电流强度克氏电

5、压定律克氏电流定律磁路与电路的比较(二)电 路R+_EI13第13页，本讲稿共48页励磁电流：励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流在磁路中用来产生磁通的电流励磁电流直流 -直流磁路 交流 -交流磁路磁路分析直流磁路交流磁路6.1.4 磁路的分析14第14页，本讲稿共48页IU一.直流磁路的分析直流磁路的特点:直流磁路和电路中的恒压源类似直流磁路和电路中的恒压源类似直流电路中 E 固定I 随 R 变化随 变化 直流磁路中 F 固定 一定一定磁动势 F=IN 一定磁通和磁通成反比（线圈中没有反电动势）（R 为线圈的电阻）15第15页，本讲稿共48页电路方程：一般情况下 很小交流激励 线圈中产生感应

6、电势二.交流磁路的分析：主磁通：漏磁通ui的感应电势 和 产生16第16页，本讲稿共48页假设则最大值有效值ui17第17页，本讲稿共48页ui一定时磁动势IN随磁阻 的变化而变化。当外加电压U、频率 f 与线圈匝数N一定时，便确定下来。根据磁路欧姆定律 ，当 交流磁路的特点:交流磁路和电路中的恒流源类似直流磁路中：固定F随 变化直流电路中：IS固定U 随 R 变化18第18页，本讲稿共48页交流磁路中磁阻 对电流的影响电磁铁吸合过程的分析：在吸合过程中若外加电压不变,则 基本不变。iu电磁铁吸合前(气隙大）大 起动电流大 电磁铁吸合后(气隙小）小 电流小 如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸

7、不上，线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。注意：19第19页，本讲稿共48页(U不变，I不变）(I 随 Rm 变化）（U不变时，基本不变）直流磁路交流磁路磁路小结（随Rm变化）20第20页，本讲稿共48页变压器功能：变压器功能：变电压：电力系统 变阻抗：电子电路中的阻抗匹配 （如喇叭的输出变压器）变电流：电流互感器 6.2 变压器的工作原理变压器的工作原理21第21页，本讲稿共48页 发电厂1.05万伏输电线22万伏升压变电站1万伏降压 变压器应用举例降压实验室380/220伏降压仪器36伏降压22第22页，本讲稿共48页单相变压器单相变压器铁芯原边绕组副边绕组一、变压器的基本结构

8、23第23页，本讲稿共48页变压器符号：工作过程：24第24页，本讲稿共48页1.空载运行 原边接入电源，副边开路。接上交流电源 原边电流 i1等 于励 磁电流 i10 产生感应电动势二、变压器的工作原理 i10 产生磁通（交变）（方向符合右手定则）25第25页，本讲稿共48页结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。K为变比原、副边电压关系根据交流磁路的分析可得：时（变电压）26第26页，本讲稿共48页2.负载运行Z 副边带负载后对磁路的影响：在副边感应电压的作用下，副边线圈中有了电流 i2。此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响原边电流 i1。但当外加电压、频率

9、不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时基本不变 。带负载后磁动势的平衡关系为：27第27页，本讲稿共48页结论：原、副边电流与匝数成反比结论：原、副边电流与匝数成反比 由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流 很小，可忽略。即：原、副边电流关系（变电流）28第28页，本讲稿共48页（变阻抗）原、副边阻抗关系从原边等效：结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以 变比的平方。变比的平方。29第29页，本讲稿共48页阻抗变换举例：扬声器上如何得到最大输出功率。RsRL信号源设：信号电压的有效值:U1=50V;信号内阻：Rs=100;负

10、载为扬声器，其等 效电阻：RL=8。求：负载上得到的功率求：负载上得到的功率解：（1）将负载直接接到信号源上，得到的输出功 率为：30第30页，本讲稿共48页Rs（2）将负载通过变压器接到信号源上。输出功率为：设变比 则：结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了 很多。原因是满足了电路中获得最大输出的条很多。原因是满足了电路中获得最大输出的条 件（信号源内、外阻抗差不多相等）。件（信号源内、外阻抗差不多相等）。31第31页，本讲稿共48页 额定电压 变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允 许的电压值。额定电流 变压器满载运行时，原、副边绕组

11、允许的电流值。额定容量 传送功率的最大能力。（理想）6.3.1 变压器的铭牌数据（以单相变压器为例）6.3 变压器的使用变压器的使用32第32页，本讲稿共48页容量 SN 输出功率 P2 原边输入功率 P1 输出功率 P2注意：变压器几个功率的关系效率变压器功率因数容量：原边输入功率：输出功率：33第33页，本讲稿共48页6.3.2 变压器的效率()为防止涡流损失，铁芯一般为防止涡流损失，铁芯一般由一片片导磁材料叠合而成。由一片片导磁材料叠合而成。变压器的损耗包括两部分：铜损(PCU)：绕组导线电阻所致。磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，造成的损失。涡流损失：交变磁通在铁芯中产生 的感应电流（涡

12、流），造成的损失。铁损()：PFE34第34页，本讲稿共48页6.3.3 变压器的外特性副边输出电压和输出电流的关系。即：U2I2U20U20：原边加额定电压、：原边加额定电压、副边开路时，副边的输副边开路时，副边的输出电压。出电压。一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2 变化不多）35第35页，本讲稿共48页 当电流流入两个线圈当电流流入两个线圈(或流出）时，若产生的磁通方或流出）时，若产生的磁通方向相同，则两个流入端称为同极性端（同名端）。或者向相同，则两个流入端称为同极性端（同名端）。或者说，当铁芯中磁通变化（增大或减小）时，在两线圈中说，当铁芯中磁通变化（增大或减小）时，在两线圈

13、中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。同极性端(同名端)AXax*6.3.4 变压器绕组极性及连接方法AXax*36第36页，本讲稿共48页电器使用时两种电压（220V/110V）的切换：220V：联结联结 2 3110V：联结联结 1 3，2 4线圈的接法1324*37第37页，本讲稿共48页220V：联结 2 3励磁两种接法下线圈工作情况的分析*132438第38页，本讲稿共48页110V：联结：联结 1 3，2 41,32,4220V：联结 2 31324*说明：两种接法下 不变，所以铁芯磁路的设计相同励磁39第39页，本讲稿共48页问题1

14、：在110V 情况下，如果只用一个绕组（N），行不行？答：答：不行（两绕组必须并绕）不行（两绕组必须并绕）原边有两个相同绕组的电源变压器（220/110），使用中应注意的问题：*13241,32,4N若两种接法铁芯中的磁通相等，则：40第40页，本讲稿共48页问题2：如果两绕组的极性端接错，结果如何？结论：结论：在极性不明确时，一定要先测定极性再通电。在极性不明确时，一定要先测定极性再通电。答：答：有可能烧毁变压器有可能烧毁变压器两个线圈中的磁通抵消烧毁感应电势电流 很大原因：*1324 41第41页，本讲稿共48页方法一：交流法方法一：交流法AXax同极性端的测定方法若 说明 A 与 a 或

15、 X 与 x 为同 极性端。把两个线圈的任意两端(X-x)连接,然后在 AX 上加一小电压 u。测量：若 说明 A 与 x 或 X 与 a 是同 极性端；结论：42第42页，本讲稿共48页方法二：直流法mA表+_AXaxK+-*AXax+_K设K闭合时 增加。感应电动势的方向，阻止 的增加。如果当 K 闭合时，mA 表正偏，则 Aa 为同极性端;如果当 K 闭合时，mA 表反偏，则 Ax 为同极性端结论：43第43页，本讲稿共48页 变压器设计中的一些概念(1)一定额定容量定铁芯窗口定导线直径定定则 （铜多、铁少）则 （铜少、铁多）(,一定时,)44第44页，本讲稿共48页在同样变比情况下，匝

16、数多好，还是少好？（省铜）（费铁）截面积 A 变压器设计中的一些概念(2)45第45页，本讲稿共48页6.4.1 自耦变压器自耦变压器ABP6.4 特殊变压器简介特殊变压器简介 使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。制作的。注意：原、副边千万不能对调使用，注意：原、副边千万不能对调使用，以以防变压器损坏。因为防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流会变小时，磁通增大，电流会迅速增加。迅速增加。46第46页，本讲稿共48页6.4.2 电压互感器 用低量程的电压表测高电压1.副边不能短路，以 防产生过流；2.铁心、低压绕组的 一端接地，以防在 绝缘损时，在副边 出现高压。使用注意：VR N1（匝数多）保险丝 N2（匝数少）u（被测电压）电压表被测电压被测电压=电压表读数电压表读数 N1/N247第47页，本讲稿共48页6.4.3 电流互感器 用低量程的电流表测大电流（被测电流）N1（匝数少）N2（匝数多）ARi1i2电流表被测电流被测电流=电流表读数电流表读数 N2/N11.副边不能开路，以 防产生高电压；2.铁心、低压绕组的 一端 接地，以防在 绝缘损坏时，在副 边出现过压。使用注意事项：48第48页，本讲稿共48页