機(jī)本第章磁路和變壓器

第7章磁路和變壓器§7.1磁路的基本物理量與鐵磁材料§7.2磁路的概念及磁路的基本定律§7.3變壓器本章要求：第7章磁路與變壓器了解磁路基本物理量和關(guān)系式；了解磁性材料的三種磁性能；理解簡單磁路的分析計(jì)算；了解變壓器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理；掌握變壓器電壓、電流和阻抗變換作用及計(jì)算;實(shí)際電路中有大量電感元件的線圈中有鐵心。線圈通電后鐵心就構(gòu)成磁路，磁路又影響電路。因此電工技術(shù)不僅有電路問題，同時(shí)也有磁路問題。§7.1磁路的基本物理量與鐵磁材料一、磁場的基本物理量磁感應(yīng)強(qiáng)度B磁通——表征磁場內(nèi)某一點(diǎn)磁場的強(qiáng)弱和方向的量，矢量，方向與電流符合右手螺旋定則。單位正電荷在磁場中以單位速度與磁場垂直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的最大磁場力。Ｆ＝ｑｖ×Ｂ

單位：T——穿過垂直于B方向的面積S中的磁力線總數(shù)。

在均勻磁場中=BS

單位：1V

S=1Wb§7.1磁路的基本物理量與鐵磁材料磁場強(qiáng)度H磁導(dǎo)率——表征磁場與產(chǎn)生磁場的電流之間的關(guān)系，矢量，H與I

符合右手螺旋定則。單位：A/m（安培/米）——衡量各種物質(zhì)導(dǎo)磁能力的量。

B=H

單位：H/m（亨利/米）相對(duì)磁導(dǎo)率

r——=

r

0

0=410-7H/m—真空的磁導(dǎo)率磁通的連續(xù)性原理1.磁導(dǎo)率高2.磁飽和現(xiàn)象3.磁滯現(xiàn)象二、鐵磁材料高導(dǎo)磁性

在外磁場的作用下，磁性物質(zhì)被強(qiáng)烈磁化而呈現(xiàn)出很強(qiáng)的磁性。磁滯性

B的變化落后于H。

Hm–HmBr–HCBH剩磁矯頑力二、鐵磁材料磁滯性回線磁飽和性

H增加，B增加很小的現(xiàn)象。Hm–HmBrHCBHB-H

-HbcBHaa、c段值大、過c點(diǎn)出現(xiàn)飽和鐵磁材料分類：(1)軟磁材料(2)硬磁材料(3)矩形材料剩磁小、矯頑力小用途：交流電機(jī)、變壓器的鐵心等

剩磁大、矯頑力大用途：永久磁鐵、永磁同步電動(dòng)機(jī)剩磁大、矯頑力小用途：記憶元件、存儲(chǔ)器的磁芯等

磁路是研究局限于一定范圍內(nèi)的磁場問題。磁路與電路一樣，也是電工學(xué)課程所研究的基本對(duì)象。I主磁通漏磁通鐵心線圈磁路：磁通相對(duì)集中通過的路徑?！?.2磁路的概念及磁路的基本定律一、磁路的分析方法1．磁通連續(xù)性原理：通過任意閉合面的磁通量總為0。即穿入閉合面的磁感線，必同時(shí)穿出該閉合面。2．安培環(huán)路定律：I1I2I3磁場強(qiáng)度沿任意閉合路徑的線積分，等于穿過該閉合路徑所包圍的電流的代數(shù)和。3．磁路的歐姆定律lNui–+根據(jù)得Hl=NI磁通勢：F=NI(單位：安)磁壓降：Hl

磁路歐姆定律：磁路為不同材料組成時(shí)磁路磁阻：Rm——表示磁路對(duì)磁通的阻礙作用因鐵磁物質(zhì)的磁阻Rm不是常數(shù)，它會(huì)隨勵(lì)磁電流I的改變而改變，因而通常不能用磁路的歐姆定律直接計(jì)算，但可以用于定性分析很多磁路問題。二、交流鐵心線圈電路1．感應(yīng)電動(dòng)勢與磁通的關(guān)系

Nuiee

––+–++設(shè)：

=msinte=–Nmcost=

Emsin(t

–90)Em=Nm=

2f

Nm=

2f

NBmS

感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值：2．外加電壓與磁通的關(guān)系Nuiee

––+–++u→Fm=iN

→uR

=iR(主磁通)

→(漏磁通)

→由KVL：u=iR

–e

–e

因?yàn)镽

和e

很小所以

u–eU的有效值UE

=

4.44fNmU=

4.44fNBmS3．功率損耗Nie

–+u–+e–+(1)磁滯損耗鐵心反復(fù)磁化時(shí)所消耗的功率。(2)渦流損耗

在鐵心中產(chǎn)生的感應(yīng)電流而引起的損耗。

(3)鐵心損耗鐵心損耗=磁滯損耗+渦流損耗(4)銅損耗線圈電阻產(chǎn)生的損耗PCu

=I2R一、變壓器的工作原理1．變壓器的分類按用途分：電力變壓器，特種用途變壓器。按相數(shù)分：單相、三相和多相變壓器。按繞組數(shù)分：雙繞組、多繞組及自耦變壓器。2．變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器鐵心：硅鋼片疊壓而成。變壓器繞組：高強(qiáng)度漆包線繞制而成。其他部件：油箱、冷卻裝置、保護(hù)裝置等。§7.3變壓器幾種常見的變壓器變壓器鐵心：硅鋼片疊壓而成。變壓器繞組：高強(qiáng)度漆包線繞制而成。其他部件：油箱、冷卻裝置、保護(hù)裝置等。鐵心線圈殼式變壓器心式變壓器鐵心線圈2．變壓器的結(jié)構(gòu)1N1i1一次繞組二次繞組3．變壓器的工作原理u1–+e1–+e1

–+N2e2u2SZLi2–++–變壓器符號(hào)U1U2u1u2e2

–+u1

→i1(

i1N1)1→e1

→e1i2(i2N2

)→2→e23．變壓器的工作原理e2S|Z|1N1N2i1e2u2e1u1e12i2–++––++–+–e2+–1N1N2??I0?E2

?U20?E1

?U1

?

E1

?–+––+++–(1)電壓變換變壓器空載：E1

=

4.44fN1mE2

=

4.44fN2m結(jié)論U1U20—–=–—=KN1N2—變比(2)電流變換SZLN1N2??I1E2

?U2

?E1

?U1

?

E1

??I2+–+–

E2

?+–+–+–+–+N1I1=N2

I2

?(I0

小)結(jié)論產(chǎn)生主磁通

的磁通勢有效值I0=I1N(2.55)變壓器接負(fù)載：(3)阻抗變換?I2KZL?U2?U1?I1Z0E?+––++–結(jié)論'ZL可利用變壓器進(jìn)行阻抗匹配[例7.7.1]一正弦信號(hào)源的電壓,內(nèi)阻為負(fù)載電阻。用一變壓器將負(fù)載與信號(hào)源接通，如圖7.7.3所示，使電路達(dá)到阻抗匹配，，信號(hào)源輸出的功率最大。試求：⑴變壓器的匝數(shù)比；⑵變壓器的一次和二次電流；⑶負(fù)載獲得的功率；⑷如果不用變壓器耦合，直接將負(fù)載接通電源時(shí)負(fù)載獲得的功率。

圖7.7.3解：⑴將二次電阻換算為所需變壓器匝數(shù)比：因?yàn)樗寓埔淮坞娏鳎憾坞娏鳎孩秦?fù)載的功率：⑷直接接電源時(shí)負(fù)載的功率：4．變壓器的銘牌數(shù)據(jù)(1)額定容量

SN:三相變壓器SN

=U1NI1N=U2NI2N單相變壓器SN=U1NI1N=U2NI2N(2)額定電壓

U1N

和

U2NU2N

應(yīng)比滿載運(yùn)行時(shí)的輸出電壓U2

高出5%10%。(3)額定電流

I1N

和

I2N

允許通過的最大電流。(4)額定頻率

fN變壓器在額定電壓、電流下運(yùn)行連續(xù)輸送的容量二、額定值

1.額定電壓1000V/400V高壓一側(cè)的（線）電壓低壓一側(cè)的（線）電壓

2.額定電流一次側(cè)接額定電壓時(shí)原、二次側(cè)允許長時(shí)間通過的最大（線）電流。

3.額定容量

4.溫升

[例]

有一臺(tái)額定容量50kV

·

A、額定電壓3300/220V的變壓器，高壓繞組為6000匝，試求：(1)低壓繞組匝數(shù)；(2)高壓邊\低壓邊額定電流；(3)當(dāng)一次側(cè)保持額定電壓不變，二次側(cè)達(dá)到額定電流，輸出功率9kW，cos=0.8時(shí)的二次側(cè)端電壓U2。[解](1)(2)I2N=K

I1N=6000400×15.1A=226.5A(3)

P=U2I2NcosPI2NcosU2=391032270.8=V=215V?I2KRL?U2?U1?I1R0E?+–+–+–[例]如圖所示，交流信號(hào)源

E=120V，內(nèi)阻R0=800，負(fù)載

RL=8。(1)當(dāng)RL

折算到一次側(cè)的等效電阻RL

=R0

時(shí)，求變壓器的匝數(shù)和信號(hào)源的輸出功率；(2)當(dāng)將負(fù)載直接與信號(hào)源連接時(shí)，信號(hào)源輸出多大功率？

[解]'RL(2)三、變壓器的外特性cos

=0.8cos=10U2I2外特性

U2

=f(I2)電壓變化率U20–U2U20U=100%U20I2N?I2KRL?U2?U1?I1RiUs?+–+–+–四、變壓器的損耗與效率1．損耗

P=PCu+PFe銅損鐵損PFe

與Bm

有關(guān)2．效率

=(9099)%五、變壓器繞組的極性1234ii12??同名端1．同名端感應(yīng)電動(dòng)勢的同極性端++––e1e21234??2與3相連，兩個(gè)1

的方向相同u=–e1–e1+R1i+R1i=–2e1+2R1i2與4相連，兩個(gè)1

的方向相反u=–e1+e1+R1i+R1i=2R1i正確連接方法，u加在1、4端錯(cuò)誤連接方法，u加在1、3