城市軌道交通電工電子技術(shù)單元3 磁路與變壓器

單元3.磁路與變壓器單元學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握磁場(chǎng)的基本物理量；了解鐵磁材料的性質(zhì)；掌握磁路的歐姆定律；了解交流鐵心線圈的電磁性質(zhì)；掌握變壓器的結(jié)構(gòu)、工作原理和應(yīng)用。磁感應(yīng)強(qiáng)度B

磁感應(yīng)強(qiáng)度B是表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱及方向的物理量。B的大小等于通過(guò)垂直于磁場(chǎng)方向單位面積的磁力線數(shù)目，B的方向用右手螺旋定則確定。單位是特斯拉(T)。磁通Φ

均勻磁場(chǎng)中磁通Φ等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場(chǎng)方向的面積S的乘積，單位是韋伯(Wb)。1、磁路的基本物理量一．磁路的基本概念

磁導(dǎo)率μ

磁導(dǎo)率μ表示物質(zhì)的導(dǎo)磁性能，單位是亨/米(H/m)。真空的磁導(dǎo)率

非鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空極為接近，鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于真空的磁導(dǎo)率。

相對(duì)磁導(dǎo)率μr：物質(zhì)磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率的比值。非鐵磁物質(zhì)μr近似為1，鐵磁物質(zhì)的μr遠(yuǎn)大于1。1、磁路的基本物理量一．磁路的基本概念

磁場(chǎng)強(qiáng)度H

磁場(chǎng)強(qiáng)度只與產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流以及這些電流分布有關(guān)，而與磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率無(wú)關(guān)，單位是安／米（A／m）。是為了簡(jiǎn)化計(jì)算而引入的輔助物理量。1、磁路的基本物理量一．磁路的基本概念

高導(dǎo)磁性：磁導(dǎo)率可達(dá)102~104，由鐵磁材料組成的磁路磁阻很小，在線圈中通入較小的電流即可獲得較大的磁通。磁飽和性：B不會(huì)隨H的增強(qiáng)而無(wú)限增強(qiáng)，H增大到一定值時(shí)，B不能繼續(xù)增強(qiáng)。磁滯性：鐵心線圈中通過(guò)交變電流時(shí)，H的大小和方向都會(huì)改變，鐵心在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化，在反復(fù)磁化的過(guò)程中，B的變化總是滯后于H的變化。2、鐵磁材料的性質(zhì)一．磁路的基本概念

鐵磁材料的類型：軟磁材料：磁導(dǎo)率高，磁滯特性不明顯，矯頑磁力和剩磁都小，磁滯回線較窄，磁滯損耗小。硬磁材料：剩磁和矯頑磁力均較大，磁滯性明顯，磁滯回線較寬。矩磁材料：只要受較小的外磁場(chǎng)作用就能磁化到飽和，當(dāng)外磁場(chǎng)去掉，磁性仍保持，磁滯回線幾乎成矩形。磁化曲線磁滯回線2、鐵磁材料的性質(zhì)一．磁路的基本概念

安培環(huán)路定律

計(jì)算電流代數(shù)和時(shí)，與繞行方向符合右手螺旋定則的電流取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)。若閉合回路上各點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等且其方向與閉合回路的切線方向一致，則：3、磁路定律一．磁路的基本概念

磁路歐姆定律稱為磁阻，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(wèn)題。3、磁路定律一．磁路的基本概念

磁路和電路中對(duì)應(yīng)的物理量及其關(guān)系式電路磁路

電流I

磁通Φ

電阻R=ρl/S

磁阻

電阻率ρ

磁導(dǎo)率μ

電動(dòng)勢(shì)E

磁通勢(shì)F=IN

電路歐姆定律I=E/R

磁路歐姆定律Φ=F/Rm

設(shè)線圈的電阻為R，主磁電動(dòng)勢(shì)為e和漏感電動(dòng)勢(shì)為eσ，由KVL，有：e的有效值為：電磁關(guān)系：二.交流鐵心線圈及變壓器

1、交流鐵心線圈寫成相量形式：設(shè)漏磁電感為L(zhǎng)σ，則：磁滯損耗—應(yīng)采用磁滯回線窄小的鐵磁材料，如變壓器的硅鋼片；渦流損耗—當(dāng)線圈用于一般工頻交流時(shí)，可采用由彼此絕緣且順著磁場(chǎng)方向的硅鋼片疊成鐵心。功率損耗：二.交流鐵心線圈及變壓器

1、交流鐵心線圈電力系統(tǒng)中—升壓、降價(jià)，傳輸電能；電子電路中—作為獲得合適電壓的電源，還可用來(lái)傳遞信號(hào)和實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。按交流電的相數(shù)不同，可分為單相變壓器和三相或其他相數(shù)的變壓器；按用途分，電力變壓器、控制變壓器、自耦變壓器、電焊變壓器和電爐變壓器、儀用互感器以及電子設(shè)備中常用的電源變壓器、耦合變壓器脈沖變壓器等。

?用途?分類二.交流鐵心線圈及變壓器

2、變壓器結(jié)構(gòu)：變壓器通常由一個(gè)公共鐵心和兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組組成，分為心式變壓器和殼式變壓器兩類。接電源的繞組稱為原繞組（又稱初級(jí)繞組或一次繞組），接負(fù)載的繞組稱為副繞組（又稱次級(jí)繞組或二次繞組）。心式變壓器殼式變壓器二.交流鐵心線圈及變壓器

2、變壓器

原繞組匝數(shù)為N1，電壓u1，電流i1，主磁電動(dòng)勢(shì)e1

，漏磁電動(dòng)勢(shì)eσ1；副繞組匝數(shù)為N2

，電壓u2

，電流i2

，主磁電動(dòng)勢(shì)e2，漏磁電動(dòng)勢(shì)eσ2

。二.交流鐵心線圈及變壓器

2、變壓器原繞組的電壓方程：副繞組的電壓方程：忽略電阻R1和漏抗Xσ1的電壓，則：k稱為變壓器的變比。（1）電壓變換原理（變壓器空載運(yùn)行）二.交流鐵心線圈及變壓器

2、變壓器二.交流鐵心線圈及變壓器

2、變壓器

由U1≈E1=4.44N1fΦm可知，U1和f不變時(shí)，E1和Φm也都基本不變。因此，有負(fù)載時(shí)產(chǎn)生主磁通的原、副繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)（i1N1+i2N2）和空載時(shí)產(chǎn)生主磁通的原繞組的磁動(dòng)勢(shì)i0N1基本相等，即：空載電流i0很小，可忽略不計(jì)。（2）電流變換原理（變壓器負(fù)載運(yùn)行）二.交流鐵心線圈及變壓器

2、變壓器

設(shè)接在變壓器副繞組的負(fù)載阻抗Z的模為|Z|，則：Z反映到原繞組的阻抗模|Z'|為：（3）阻抗變換原理二.交流鐵心線圈及變壓器

2、變壓器三相電力變壓器三.交流鐵心線圈及變壓器

3、變壓器的應(yīng)用三相電力變壓器三相變壓器高、低壓繞組各有不同接法，形成六種不同組合形式。其中最常用的有三種：Y，yn；Y，d和YN，d。①Y，yn接法用于給三相四線制電路供電的配電變壓器，高壓不超過(guò)35kV，低壓為400/230V，容量一般不超過(guò)1800kV·A。②Y，d接法常用于高壓35kV，低壓為3～10kV的變壓器，其最大容量為5600kV·A。③YN，d連接方式主要用在輸電線路上，它提供了高壓側(cè)電網(wǎng)接地的可能。三.交流鐵心線圈及變壓器

3、變壓器的應(yīng)用（1）產(chǎn)品型號(hào)。表示變壓器的結(jié)構(gòu)和規(guī)格，如SJL一500/10，其中S表示三相（D表示單相），J表示油浸自冷式，L表示鋁線（銅線無(wú)文字表示），500表示容量為500kVA，10表示高壓側(cè)線電壓為10kV。（2）額定電壓。指高壓繞組接于電網(wǎng)的額定電壓，與此相應(yīng)的是低壓繞組的空載線電壓，例如10000±5％/400V，其中10000±5％表示高壓繞組額定線電壓為10000V，并允許在±5％范圍內(nèi)變動(dòng)，低壓繞組輸出空載線電壓為400V。（3）額定電流。額定電流I1N和I2N是指原繞組加上額定電壓U1N，原、副繞組允許長(zhǎng)期通過(guò)的最大電流。三相變壓器的I1N和I2N均為線電流。變壓器的額定值三.交流鐵心線圈及變壓器

3、變壓器的應(yīng)用

（4）額定容量。是在額定工作條件下，變壓器輸出能力的保證值。單相變壓器的額定容量為副繞組額定電壓與額定電流的乘積，即：

SN=U2NI2N≈U1NI1N三相變壓器的額定容量為：三.交流鐵心線圈及變壓器

3、變壓器的應(yīng)用

自耦變壓器三.交流鐵心線圈及變壓器

3、變壓器的應(yīng)用特點(diǎn)：副繞組是原繞組的一部分，原、副壓繞組不但有磁的聯(lián)系，也有電的聯(lián)系。

(1)電流互感器：原繞組線徑較粗，匝數(shù)很少，與被測(cè)電路負(fù)載串聯(lián)；副繞組線徑較細(xì)，匝數(shù)很多，與電流表及功率表、電度表、繼電器的電流線圈串聯(lián)。用于將大電流變換為小電流。使用時(shí)副繞組電路不允許開(kāi)路。儀用互感器電流互感器的接線圖及符號(hào)三.交流鐵心線圈及變壓器

3、變壓器的應(yīng)用