《磁路與變壓器》課件.ppt

1、第3章 磁路與變壓器,3.3 變壓器,3.4 電磁鐵,3.1 磁路及其分析方法,3.2 交流鐵心線圈電路,2. 了解變壓器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行特性和繞組的同極性端，理解變壓器額定值的意義；,3. 掌握變壓器電壓、電流和阻抗變換作用；,4.了解三相電壓的變換方法；,本章要求：,第3章 磁路與變壓器,5. 了解電磁鐵的基本工作原理及其應(yīng)用知識(shí)。,1. 理解磁場的基本物理量的意義，了解磁性材料的基本知識(shí)及磁路的基本定律，會(huì)分析計(jì)算交流鐵心線圈電路；,3.1.1 磁場的基本物理量,1. 磁感應(yīng)強(qiáng)度,表示磁場內(nèi)某點(diǎn)磁場強(qiáng)弱和方向的物理量。,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小:,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向: 與電流的方向之

2、間符合右手螺旋定則。,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位: 特斯拉(T)，1T = 1Wb/m2,均勻磁場: 各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同的 磁場，也稱勻強(qiáng)磁場。,3.1 磁路及其基本定律,2. 磁通,穿過垂直于B方向的面積S中的磁力線總數(shù)。,說明: 如果不是均勻磁場，則取B的平均值。,在均勻磁場中 = B S 或 B= /S,磁感應(yīng)強(qiáng)度B在數(shù)值上可以看成為與磁場方向垂直的單位面積所通過的磁通,故又稱磁通密度。,磁通 的單位:韋伯(Wb) 1Wb =1Vs,3. 磁場強(qiáng)度,介質(zhì)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 與介質(zhì)磁導(dǎo)率 之比。,磁場強(qiáng)度H的單位 ：安培/米（A/m),任意選定一個(gè)閉合回線的圍繞方向，凡是電流方向

3、與閉合回線圍繞方向之間符合右螺旋定則的電流作為正、反之為負(fù)。,式中： 是磁場強(qiáng)度矢量沿任意閉合 線(常取磁通作為閉合回線)的線積分；,I 是穿過閉合回線所圍面積的電流的代數(shù)和。,安培環(huán)路定律電流正負(fù)的規(guī)定：,安培環(huán)路定律（全電流定律）,I,H,安培環(huán)路定律將電流與磁場強(qiáng)度聯(lián)系起來。,在均勻磁場中 Hl = IN,例: 環(huán)形線圈如圖，其中媒質(zhì)是均勻的， 試計(jì)算 線圈內(nèi)部各點(diǎn)的磁場強(qiáng)度。,解: 取磁通作為閉合回線，以 其 方向作為回線的圍繞方向，則有：,線圈匝數(shù)與電流的乘積NI ，稱為磁通勢， 用字母 F 表示，則有 F = NI 磁通由磁通勢產(chǎn)生，磁通勢的單位是安培。,式中：N 線圈匝數(shù)； lx

4、=2x是半徑為x的圓周長； Hx 半徑x處的磁場強(qiáng)度； NI 為線圈匝數(shù)與電流的乘積。,故得：,真空的磁導(dǎo)率為常數(shù)，用 0表示，有：,4. 磁導(dǎo)率,表示磁場媒質(zhì)磁性的物理量，衡量物質(zhì)的導(dǎo)磁能力。,相對磁導(dǎo)率 r： 任一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率 和真空的磁導(dǎo)率0的比值。,磁導(dǎo)率 的單位：亨/米（H/m）,例：環(huán)形線圈如圖，其中媒質(zhì)是均勻的，磁導(dǎo)率為，試計(jì)算線圈內(nèi)部各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。,解：半徑為x處各點(diǎn)的磁場強(qiáng)度為,故相應(yīng)點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度為,由上例可見,磁場內(nèi)某點(diǎn)的磁場強(qiáng)度 H 只與電流大小、線圈匝數(shù)、以及該點(diǎn)的幾何位置有關(guān)，與磁場媒質(zhì)的磁性() 無關(guān)；而磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 與磁場媒質(zhì)的磁性有關(guān)。,5. 物質(zhì)的磁性

5、,（1）非磁性物質(zhì),非磁性物質(zhì)分子電流的磁場方向雜亂無章，幾乎不受外磁場的影響而互相抵消，不具有磁化特性。 非磁性材料的磁導(dǎo)率都是常數(shù)，有：,所以磁通 與產(chǎn)生此磁通的電流 I 成正比，呈線性關(guān)系。,當(dāng)磁場媒質(zhì)是非磁性材料時(shí)，有：,即 B與 H 成正比，呈線性關(guān)系。,由于, 0 ， r 1,B = 0 H,( ),( I ),（2） 磁性物質(zhì),磁性物質(zhì)內(nèi)部形成許多小區(qū)域，其分子間存在的一種特殊的作用力使每一區(qū)域內(nèi)的分子磁場排列整齊，顯示磁性，稱這些小區(qū)域?yàn)榇女牎?在外磁場作用下，磁疇方向發(fā)生變化，使之與外磁場方向趨于一致，物質(zhì)整體顯示出磁性來，稱為磁化。即磁性物質(zhì)能被磁化。,磁 疇,外 磁 場,

6、在沒有外磁場作用的普通磁性物質(zhì)中，各個(gè)磁疇排列雜亂無章，磁場互相抵消，整體對外不顯磁性。,磁 疇,3.1.2 磁性材料的磁性能,1. 高導(dǎo)磁性,磁性材料的磁導(dǎo)率通常都很高，即 r 1 (如坡莫合金，其 r 可達(dá) 2105 ) 。 磁性材料能被強(qiáng)烈的磁化，具有很高的導(dǎo)磁性能。,磁性材料主要指鐵、鎳、鈷及其合金等。,磁性物質(zhì)的高導(dǎo)磁性被廣泛地應(yīng)用于電工設(shè)備中，如電機(jī)、變壓器及各種鐵磁元件的線圈中都放有鐵心。,磁性物質(zhì)的高導(dǎo)磁性被廣泛地應(yīng)用于電工設(shè)備中，如電機(jī)、變壓器及各種鐵磁元件的線圈中都放有鐵心。在這種具有鐵心的線圈中通入不太大的勵(lì)磁電流，便可以產(chǎn)生較大的磁通和磁感應(yīng)強(qiáng)度。,磁性物質(zhì)由于磁化所產(chǎn)

7、生的磁化磁場不會(huì)隨著外磁場的增強(qiáng)而無限的增強(qiáng)。,2. 磁飽和性,BJ 磁場內(nèi)磁性物質(zhì)的磁化磁場 的磁感應(yīng)強(qiáng)度曲線；,B0 磁場內(nèi)不存在磁性物質(zhì)時(shí)的 磁感應(yīng)強(qiáng)度直線；,B BJ曲線和B0直線的縱坐標(biāo)相 加即磁場的 B-H 磁化曲線。,BJ,B,a,b,磁化曲線,磁性物質(zhì)由于磁化所產(chǎn)生的磁化磁場不會(huì)隨著外磁場的增強(qiáng)而無限的增強(qiáng)。當(dāng)外磁場增大到一定程度時(shí)，磁性物質(zhì)的全部磁疇的磁場方向都轉(zhuǎn)向與外部磁場方向一致，磁化磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度將趨向某一定值。如圖。,B-H 磁化曲線的特征： Oa段：B 與H幾乎成正比地增加； ab段： B 的增加緩慢下來； b點(diǎn)以后：B增加很少，達(dá)到飽和。,有磁性物質(zhì)存在時(shí)，B

8、與 H不成 正比，磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率不是常數(shù)，隨H而變。,有磁性物質(zhì)存在時(shí)，與 I 不成 正比。,磁性物質(zhì)的磁化曲線在磁路計(jì)算上極為重要，其為非線性曲線，實(shí)際中通過實(shí)驗(yàn)得出。,磁化曲線,B和與H的關(guān)系,3. 磁滯性,磁性材料在交變磁場中反復(fù)磁化，其B-H關(guān)系曲線是一條回形閉合曲線，稱為磁滯回線。,磁滯性：磁性材料中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化總是滯后于 外磁場變化的性質(zhì)。,磁滯回線,Br,Hc,剩磁感應(yīng)強(qiáng)度Br (剩磁) ： 當(dāng)線圈中電流減小到零(H=0)時(shí)，鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。,矯頑磁力Hc： 使 B = 0 所需的 H 值。,磁性物質(zhì)不同，其磁滯回線和磁化曲線也不同。,幾種常見磁性物質(zhì)的磁化曲線,按磁

9、性物質(zhì)的磁性能，磁性材料分為三種類型：,(3)矩磁材料 具有較小的矯頑磁力和較大的剩磁，磁滯回線接近矩形，穩(wěn)定性良好。在計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中用作記憶元件、開關(guān)元件和邏輯元件。常用的有鎂錳鐵氧體等。,(2)硬磁材料 具有較大的矯頑磁力，磁滯回線較寬。一般用來制造永久磁鐵。常用的有碳鋼及鐵鎳鋁鈷合金等。,(1)軟磁材料 具有較小的矯頑磁力，磁滯回線較窄。一般用來制造電機(jī)、電器及變壓器等的鐵心。常用的有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金即鐵氧體等。,3.1.3 磁路的分析方法,在電機(jī)、變壓器及各種鐵磁元件中常用磁性材料做成一定形狀的鐵心。鐵心的磁導(dǎo)率比周圍空氣或其它物質(zhì)的磁導(dǎo)率高的多，磁通的絕大部分經(jīng)過鐵心形成閉合

10、通路，磁通的閉合路徑稱為磁路。,直流電機(jī)的磁路,交流接觸器的磁路,磁路歐姆定律是分析磁路的基本定律,環(huán)形線圈如圖，其中媒質(zhì)是均 勻的，磁導(dǎo)率 為， 試計(jì)算線圈內(nèi)部 的磁通 。,解：根據(jù)安培環(huán)路定律，有,設(shè)磁路的平均長度為 l，則有,1. 引例,式中：F=NI 為磁通勢，由其產(chǎn)生磁通； Rm 稱為磁阻，表示磁路對磁通的阻礙作用； l 為磁路的平均長度； S 為磁路的截面積。,2. 磁路的歐姆定律,若某磁路的磁通為，磁通勢為F ，磁阻為Rm，則,即有：,3. 磁路與電路的比較,4. 磁路分析的特點(diǎn),(1)在處理電路時(shí)不涉及電場問題，在處理磁路時(shí)離不開磁場的概念；,(2)在處理電路時(shí)一般可以不考慮漏

11、電流，在處理磁路時(shí)一般都要考慮漏磁通；,(3)磁路歐姆定律和電路歐姆定律只是在形式上相似。由于 不是常數(shù)，其隨勵(lì)磁電流而變，磁路歐姆定律不能直接用來計(jì)算，只能用于定性分析；,(4)在電路中，當(dāng) E=0時(shí)，I=0；但在磁路中，由于有剩磁，當(dāng) F=0 時(shí)， 不為零；,5. 磁路的分析計(jì)算,主要任務(wù): 預(yù)先選定磁性材料中的磁通 (或磁感應(yīng)強(qiáng)度)，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材料,求產(chǎn)生預(yù)定的磁通所需要的磁通勢F=NI ， 確定線圈匝數(shù)和勵(lì)磁電流。,基本公式:,設(shè)磁路由不同材料或不同長度和截面積的 n 段組成，則基本公式為：,即,基本步驟: （由磁通 求磁通勢F=NI ）,(1) 求各段磁感應(yīng)強(qiáng)度

12、 Bi 各段磁路截面積不同，通過同一磁通 ，故有：,(2) 求各段磁場強(qiáng)度 Hi 根據(jù)各段磁路材料的磁化曲線 Bi=f ( Hi) ,求B1， B2 ，相對應(yīng)的 H1， H2 ，。,(3) 計(jì)算各段磁路的磁壓降 （Hi li ）,(4) 根據(jù)下式求出磁通勢（ NI ）,例1:一個(gè)具有閉合的均勻的鐵心線圈，其匝數(shù)為300， 鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 0.9T，磁路的平均長度為 45cm，試求： (1)鐵心材料為鑄鐵時(shí)線圈中的電 流; (2)鐵心材料為硅鋼片時(shí)線圈中的電流。,解：,（1）查鑄鐵材料的磁化曲線， 當(dāng) B=0.9 T 時(shí)，,(2)查硅鋼片材料的磁化曲線， 當(dāng) B=0.9 T 時(shí)，,磁場強(qiáng)度

13、 H=9000 A/m，則,磁場強(qiáng)度 H=260 A/m，則,結(jié)論：如果要得到相等的磁感應(yīng)強(qiáng)度，采用磁導(dǎo)率高的鐵心材料，可以降低線圈電流，減少用銅量。,如線圈中通有同樣大小的電流0.39A，則鐵心中的磁場強(qiáng)度是相等的，都是260 A/m。,查磁化曲線可得，,在例1(1)，(2)兩種情況下，如線圈中通有同樣大小的電流0.39A，要得到相同的磁通 ，鑄鐵材料鐵心的截面積和硅鋼片材料鐵心的截面積，哪一個(gè)比較小？,【分析】,B硅鋼是B鑄鐵的17倍。 因 =BS，如要得到相同的磁通 ，則鑄鐵鐵心的截面積必須是硅鋼片鐵心的截面積的17倍。,B鑄鐵 = 0.05T、 B硅鋼 =0.9T,結(jié)論：如果線圈中通有

14、同樣大小的勵(lì)磁電流，要得到相等的磁通，采用磁導(dǎo)率高的鐵心材料，可使鐵心的用鐵量大為降低。,查鑄鋼的磁化曲線， B=0.9 T 時(shí)，磁場強(qiáng)度 H1=500 A/m,例2: 有一環(huán)形鐵心線圈，其內(nèi)徑為10cm，外徑為 5cm，鐵心材料為鑄鋼。磁路中含有一空氣隙， 其長度等于 0.2cm。 設(shè)線圈中通有 1A 的電流， 如要得到 0.9T 的磁感應(yīng)強(qiáng)度，試求線圈匝數(shù)。,解:,空氣隙的磁場強(qiáng)度,鑄鋼鐵心的磁場強(qiáng)度，,鐵心的平均長度,磁路的平均總長度為,對各段有,總磁通勢為,線圈匝數(shù)為,磁路中含有空氣隙時(shí)，由于其磁阻較大，磁通勢幾乎都降在空氣隙上面。,結(jié)論：當(dāng)磁路中含有空氣隙時(shí)，由于其磁阻較大，要得到相

15、等的磁感應(yīng)強(qiáng)度，必須增大勵(lì)磁電流（設(shè)線圈匝數(shù)一定）。,3.2 交流鐵心線圈電路,3.2 .1 電磁關(guān)系,（磁通勢）,主磁通 ：通過鐵心閉合的磁通。,漏磁通：經(jīng)過空氣或其它非導(dǎo)磁媒質(zhì)閉合的磁通。,線圈,鐵心, i，,鐵心線圈的漏磁電感, 與i不是線性關(guān)系。,3.2 .2 電壓電流關(guān)系,根據(jù)KVL:,式中：R是線圈導(dǎo)線的電阻,L 是漏磁電感,當(dāng) u 是正弦電壓時(shí)，其它各電壓、電流、電動(dòng)勢可視作正弦量，則電壓、電流關(guān)系的相量式為：,設(shè)主磁通 則,有效值,由于線圈電阻 R 和感抗X（或漏磁通）較小，其電壓降也較小，與主磁電動(dòng)勢 E 相比可忽略，故有,式中：Bm是鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值，單位T； S

16、是鐵心截面積，單位m2。,3.2 .3 功率損耗,交流鐵心線圈的功率損耗主要有銅損和鐵損兩種。,1. 銅損（Pcu）,在交流鐵心線圈中, 線圈電阻R 上的功率損耗稱銅損，用Pcu 表示。,Pcu = RI2,式中：R是線圈的電阻；I 是線圈中電流的有效值。,2. 鐵損（PFe）,在交流鐵心線圈中，處于交變磁通下的鐵心內(nèi)的功率損耗稱鐵損，用PFe 表示。,鐵損由磁滯和渦流產(chǎn)生。,（1）磁滯損耗（Ph）,由磁滯所產(chǎn)生的能量損耗稱為磁滯損耗（Ph）。,磁滯損耗的大小： 單位體積內(nèi)的磁滯損耗正比與磁滯回線的面積和磁場交變的頻率 f。,磁滯損耗轉(zhuǎn)化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。,減少磁滯損耗的措施： 選用磁滯回

17、線狹小的磁性材料制作鐵心。變壓器和電機(jī)中使用的硅鋼等材料的磁滯損耗較低。,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇適當(dāng)值以減小鐵心飽和程度。,(2)渦流損耗（Pe）,渦流損耗: 由渦流所產(chǎn)生的功率損耗。,渦流：交變磁通在鐵心內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和電流，稱為渦流。渦流在垂直于磁通的平面內(nèi)環(huán)流。,渦流損耗轉(zhuǎn)化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。,減少渦流損耗措施：,提高鐵心的電阻率。鐵心用彼此絕緣的鋼片疊成，把渦流限制在較小的截面內(nèi)。,鐵心線圈交流電路的有功功率為：,理想鐵心線圈電路,先將實(shí)際鐵心線圈的線圈電阻R、漏磁感抗X分出，得到用理想鐵心線圈表示的電路；,實(shí)際鐵心線圈電路,線圈電阻,漏磁感抗,3.2 .4 等效電路,用一個(gè)不含鐵心的交流

18、電路來等效替代鐵心線圈交流電路。,等效條件：在同樣電壓作用下，功率、電流及各量之間的相位關(guān)系保持不變。,理想鐵心線圈有能量的損耗和儲(chǔ)放，可用R0X0串聯(lián)的電路等效。其中：電阻R0是和鐵心能量損耗(鐵損)相應(yīng)的等效電阻，感抗X0是和鐵心能量儲(chǔ)放相應(yīng)的等效感抗。,等效電路,理想鐵心線圈的等效電路,鐵損,鐵心儲(chǔ)放能量的無功功率,例1: 有一交流鐵心線圈，電源電壓 U= 220 V電路中電流 I=4 A，功率表讀數(shù)P=100W，頻率f=50Hz，漏磁通和線圈電阻上的電壓降可忽略不計(jì)，試求:(1)鐵心線圈的功率因數(shù)；（2）鐵心線圈的等效電阻和感抗。,解:,(1),(2) 鐵心線圈的等效阻抗模為,等效電阻

19、為,等效感抗為,例2: 要繞制一個(gè)鐵心線圈，已知電源電壓 U= 220 V，頻率 f=50Hz ，今量得鐵心截面為30.2 cm2,鐵心由硅鋼片疊成，設(shè)疊片間隙系數(shù)為0.91 (一般取0.90.93)。 （1）如取 Bm=1.2T，問線圈匝數(shù)應(yīng)為多少? （2）如磁路平均長度為 60cm，問勵(lì)磁電流應(yīng)多大?,鐵心的有效面積為,(1)線圈匝數(shù)為,(2)查磁化曲線圖，B=1.2T時(shí),=700 ，則,解:,3.3 變壓器,變壓器是一種常見的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應(yīng)用廣泛。,變壓器的主要功能有：,在能量傳輸過程中，當(dāng)輸送功率P =UI cos 及負(fù)載功率因數(shù)cos 一定時(shí)：,電能損耗小,節(jié)省金

20、屬材料（經(jīng)濟(jì)）,U I,P = I Rl,I S,電力工業(yè)中常采用高壓輸電低壓配電，實(shí)現(xiàn)節(jié)能并保證用電安全。具體如下：,變壓器的結(jié)構(gòu),(1) 鐵心: 用硅鋼片疊成；,分鐵心柱和鐵軛兩部分。,(2) 繞組（線圈）： 接電源的繞組 一次繞組， 接負(fù)載的繞組 二次繞組； 或 工作電壓高的繞組 高壓繞組， 工作電壓低的繞組 低壓繞組。,(3) 其他: 油箱、油、油枕、散熱器、保護(hù)設(shè)備等。,變壓器的結(jié)構(gòu),變壓器的磁路,變壓器的電路,變壓器的結(jié)構(gòu),變壓器的分類,3.3.1 變壓器的工作原理,一次、二次繞組互不相連，能量的傳遞靠磁耦合。,(1) 空載運(yùn)行情況,1. 電磁關(guān)系,一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)開路。,

21、空載時(shí)，鐵心中主磁通是由一次繞組磁通勢產(chǎn)生的。,(2) 帶負(fù)載運(yùn)行情況,1. 電磁關(guān)系,一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)接負(fù)載。,有載時(shí)，鐵心中主磁通是由一次、二次繞組磁通勢共同產(chǎn)生的合成磁通。,2. 電壓變換（設(shè)加正弦交流電壓）,有效值:,同 理：,主磁通按正弦規(guī)律變化，設(shè)為 則,(1) 一次、二次側(cè)主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢,根據(jù)KVL：,變壓器一次側(cè)等效電路,由于電阻 R1 和感抗 X1 (或漏磁通)較小,其兩端的電壓也較小,與主磁電動(dòng)勢 E1比較可忽略不計(jì)，則,(2) 一次、二次側(cè)電壓,R1 ：一次側(cè)繞組的電阻; X1=L1 ：一次側(cè)繞組的漏磁感抗,對二次側(cè)，根據(jù)KVL：,結(jié)論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出

22、電壓。,式中 R2 為二次繞組的電阻; X2=L2 為二次繞組的感抗； 為二次繞組的端電壓。,變壓器空載時(shí):,式中U20為變壓器空載電壓。,故有,三相電壓的變換,1) 三相變壓器的結(jié)構(gòu),高壓繞組： A-X B-Y C-Z,X、Y 、Z ：尾端,A、B、C ：首端,低壓繞組： a-x b-y c-z,a、b、c：首端,x、y、z：尾端,2) 三相變壓器的聯(lián)結(jié)方式,聯(lián)結(jié)方式：,高壓繞組接法,低壓繞組接法,三相配電變壓器,動(dòng)力供電系統(tǒng)（井下照明）,高壓、超高壓供電系統(tǒng),常用接法:,（1）三相變壓器Y/Y0聯(lián)結(jié),線電壓之比：,（2）三相變壓器Y0/聯(lián)結(jié),線電壓之比：,3. 電流變換,(一次、二次側(cè)電流

23、關(guān)系),有載運(yùn)行,可見，鐵心中主磁通的最大值m在變壓器空載和有載時(shí)近似保持不變。即有,不論變壓器空載還是有載，一次繞組上的阻抗壓降均可忽略，故有,若U1、 f 不變，則 m 基本不變，近于常數(shù)。,空載：,有載：,或,結(jié)論：一次、二次側(cè)電流與匝數(shù)成反比。,或：,1.提供產(chǎn)生m的磁勢,磁勢平衡式：,空載磁勢,有載磁勢,注意：,（2）高壓繞組匝數(shù)多，電流小；低壓繞組匝數(shù)少，電流大。,（1）升壓變壓器的一次側(cè)為低壓繞組，二次側(cè)為高壓繞組；降壓變壓器的一次側(cè)為高壓繞組，二次側(cè)為低壓繞組。,（3）二次側(cè)電流 由負(fù)載決定，一次側(cè)電流由二次側(cè)電流決定。,（4）變壓器不能變換直流電壓。如誤接，因此時(shí)電源電壓全部

24、加在一次側(cè)繞組上，可能燒壞繞組。,4. 阻抗變換,由圖可知：,結(jié)論： 變壓器一次側(cè)的等效阻抗模，為二次側(cè)所帶負(fù)載的阻抗模的K 2 倍。,(1) 變壓器的匝數(shù)比應(yīng)為：,解:,例: 如圖，交流信號源的電動(dòng)勢 E= 120V，內(nèi)阻 R 0=800，負(fù)載為揚(yáng)聲器，其等效電阻為RL=8。要求: （1）當(dāng)RL折算到原邊的等效電阻 時(shí)，變壓器的匝數(shù)比和信號源輸出的功率；（2）當(dāng)將負(fù)載直接與信號源聯(lián)接時(shí),信號源輸出多大功率？,信號源的輸出功率：,電子線路中，常利用阻抗匹配實(shí)現(xiàn)最大輸出功率。,結(jié)論：接入變壓器以后，輸出功率大大提高。,原因：滿足了最大功率輸出的條件：,（2）將負(fù)載直接接到信號源上時(shí)，輸出功率為：

25、,1） 變壓器的型號,5.變壓器的銘牌和技術(shù)數(shù)據(jù),2） 額定值, 額定電壓 U1N、U2N 變壓器二次側(cè)開路（空載）時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許的電壓值, 額定電流 I1N、I2N 變壓器滿載運(yùn)行時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許的電流值。, 額定容量 SN 傳送功率的最大能力。,容量 SN 輸出功率 P2,一次側(cè)輸入功率 P1 輸出功率 P2,注意：變壓器幾個(gè)功率的關(guān)系（單相）,效率,容量：,一次側(cè)輸入功率：,輸出功率：,變壓器運(yùn)行時(shí)的功率取決于負(fù)載的性質(zhì),2) 額定值,3.3.2. 變壓器的外特性,當(dāng)一次側(cè)電壓 U1和負(fù)載功率因數(shù) cos2保持不變時(shí)，二次側(cè)輸出電壓 U2和輸出電流 I2的關(guān)系，U2 =

26、 f (I2)。,U20：一次側(cè)加額定電壓、二次側(cè)開路時(shí)，二次側(cè)輸出電壓,一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨I2的變化，U2 變化不大），電壓變化率約在5%左右。,電壓變化率（調(diào)整率）：,3.3.3 變壓器的損耗與效率,為減少渦流損耗，鐵心一般由導(dǎo)磁鋼片疊成。,變壓器的損耗包括兩部分：,銅損 (PCu) ：繞組導(dǎo)線電阻的損耗。,渦流損耗：交變磁通在鐵心中產(chǎn)生的感 應(yīng)電流(渦流)造成的損耗。,鐵損(PFe )：,變壓器的效率為,一般 95% ,負(fù)載為額定負(fù)載的(5075)%時(shí)，最大。,輸出功率,輸入功率,某單相變壓器的額定電壓為10 000/230 V，接在 10 000 V 的交流電源上向一電感性負(fù)

27、載供電，電壓變化率為 0.03。求變壓器的電壓比及空載和滿載時(shí)的二次電壓。當(dāng) |ZL| = 0.966 時(shí)，變壓器正好滿載。求該變壓器的電流。,例1：,電壓比：,= 43.5,空載電壓：,= 230 V,滿載電壓:,= 223 V,U20 = U2N,U2 = U2N (1U ) = 230(10.03),解：,= 224 A,= 5.15 A,一變壓器容量為 10 kVA，鐵損為 300 W，滿載時(shí)的銅損為 400 W。求該變壓器在滿載時(shí)向功率因數(shù)為 0.8 的負(fù)載供電時(shí)輸入和輸出的有功功率及效率。 解：,例2,忽略電壓變化率，則,P2 = SN cos2,= 101030.8 W,= 8

28、kW,P = PCu + PFe,= (300 + 400) W,= 0.7 kW,P1 = P2 + P,= (8 + 0.7) kW,= 8.7 kW,= 92 %,例3：,有一臺(tái)50kVA，6600 / 220V單相變壓器，若忽略電壓變化率和空載電流，求：（1）負(fù)載是220V、40W、cos = 0.5的日光燈440盞時(shí)，I1、I2分別是多少？（2）是否已滿載？若未滿載，還能接入多少盞這樣的日光燈？如果接入的是220V、40W、cos = 1的白熾燈，還能接入多少盞？,解：,再接入日光燈：,再接入白熾燈：,例4: 有一帶電阻負(fù)載的三相變壓器，其額定數(shù)據(jù)如下：SN=100kVA, U1N=

29、6000V, f=50Hz。 U2N= U20=400V , 繞組連接成。由實(shí)驗(yàn)測得: PFe =600 W，額定負(fù)載時(shí)的 PCu =2400W 。 試求 (1) 變壓器的額定電流； (2) 滿載和半載時(shí)的效率。,解:,(1) 額定電流,() 滿載和半載時(shí)的效率,使用時(shí)，改變滑動(dòng)端的位置，便可得到不同的輸出電壓。實(shí)驗(yàn)室中用的調(diào)壓器就是根據(jù)此原理制作的。注意：一次、二次側(cè)千萬不能對調(diào)使用，以防變壓器損壞。因?yàn)镹變小時(shí)，磁通增大，電流會(huì)迅速增加。,3.3.4 特殊變壓器,1.自耦變壓器,二次側(cè)不能短路， 以防產(chǎn)生過流； 2. 鐵心、低壓繞組的 一端接地，以防在 絕緣損壞時(shí)，在二次側(cè)出現(xiàn)高壓。,使用

30、注意事項(xiàng)：,被測電壓=電壓表讀數(shù) N1/N2,2.電壓互感器,實(shí)現(xiàn)用低量程的電壓表測量高電壓,被測電流=電流表讀數(shù) N2/N1,二次側(cè)不能開路， 以防產(chǎn)生高電壓； 2. 鐵心、低壓繞組的 一端接地，以防在 絕緣損壞時(shí)，在二次側(cè)出現(xiàn)過壓。,使用注意事項(xiàng)：,3.電流互感器,實(shí)現(xiàn)用低量程的電流表測量大電流,當(dāng)電流流入(或流出）兩個(gè)線圈時(shí)，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個(gè)流入(或流出）端稱為同極性端。,1. 同極性端 ( 同名端 ),或者說，當(dāng)鐵心中磁通變化時(shí)，在兩線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢極性相同的兩端為同極性端。,用“”或“*”表示同極性端。,增加,+,+,+,+,同極性端和繞組的繞向有關(guān)。,3.3.5

31、變壓器繞組的極性,當(dāng)一次側(cè)或二次側(cè)有兩個(gè)以上繞組時(shí)，須正確聯(lián)接。,聯(lián)接 23,變壓器原一次側(cè)有兩個(gè)額定電壓為 110V 的繞組：,2. 線圈的接法,聯(lián)接 13，2 4,當(dāng)電源電壓為220V時(shí)：,電源電壓為110V時(shí)：,兩線圈串聯(lián)，,兩線圈并聯(lián)，,問題1：在110V 情況下，如果只用一個(gè)繞組 （N），行不行？,答：不行（兩繞組必須并接）,一次側(cè)有兩個(gè)相同繞組的電源變壓器(220/110)，使用中應(yīng)注意的問題：,問題2：如果兩繞組的極性端接錯(cuò)，結(jié)果如何？,結(jié)論：在同極性端不明確時(shí)，一定要先測定同極性端 再通電。,答：有可能燒毀變壓器,+,3.4 電磁鐵,1. 概述,電磁鐵是利用通電的鐵心線圈吸引銜鐵或保持某種機(jī)械零件、工件于固定位置的一種電器。當(dāng)電源斷開時(shí)電磁鐵的磁性消失，銜鐵或其它零件即被釋放。電磁鐵銜鐵的動(dòng)作可使其它機(jī)械裝置發(fā)生聯(lián)動(dòng)。,根據(jù)使用電源類型分為：,直流電磁鐵：用直流電源勵(lì)磁；,交流電磁鐵：用交流電源勵(lì)磁。,2. 基本結(jié)構(gòu),電磁鐵由線圈、鐵心及銜鐵三部分組成，常見的結(jié)構(gòu)如圖