磁路和變壓器

磁路和變壓器第1頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第五章磁路和變壓器5.1

變壓器的工作原理5.2

變壓器的應(yīng)用第2頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.1變壓器的工作原理實(shí)際電路中有大量電感元件的線(xiàn)圈中有鐵心。線(xiàn)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(wèn)題，同時(shí)也有磁路問(wèn)題。第3頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.1.1變壓器的分類(lèi)及型號(hào)1.按電壓的升降：升壓、降壓2.按相數(shù)：?jiǎn)蜗?、三相、多?.按用途：用于供配電系統(tǒng)的電力變壓器，用于測(cè)量和繼電保護(hù)的變壓器等等。4.按冷卻方式和冷卻介質(zhì)：干冷、油浸、水冷。符號(hào)含義：S:三相，D：?jiǎn)蜗?，F(xiàn)：風(fēng)冷，W：水冷，Z：有載調(diào)壓，L:鋁線(xiàn)圈變壓器第4頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.1.2變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器鐵心（軟磁性材料）繞組（電路部分）原邊繞組副邊繞組變壓器的結(jié)構(gòu)第5頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.1.3變壓器的額定值1.額定電壓U1N/U2N（空載時(shí)端電壓保證值，線(xiàn)電壓有效值）2.額定電流I1N/I2N(連續(xù)運(yùn)行時(shí)允許通過(guò)的最大電流，線(xiàn)電壓有效值）3.額定容量SN（單相：SN＝U1NI1N＝U2NI2N

三相：SN＝√3U1NI1N＝√3U2NI2N）第6頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.1.4磁路的基本物理量1．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(xiàn)數(shù)目，B的方向用右手螺旋定則確定。單位是特斯拉(T)。2．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)。第7頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3．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。第8頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4．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。5．磁動(dòng)勢(shì)F第9頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一理解：磁場(chǎng)的基本定律1．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(xiàn)方向一致，則：第10頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2．磁路歐姆定律

稱(chēng)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。第11頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3．電磁感應(yīng)定律

第12頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.磁路與電路的比較磁路磁通勢(shì)F磁通磁阻電路電動(dòng)勢(shì)E電流密度J電阻磁感應(yīng)強(qiáng)度B電流INI+_EIR第13頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.1.5鐵磁材料的磁性能高導(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(xiàn)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(xiàn)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。第14頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一鐵磁材料的類(lèi)型：軟磁材料：磁導(dǎo)率高，磁滯特性不明顯，矯頑力和剩磁都小，磁滯回線(xiàn)較窄，磁滯損耗小。硬磁材料：剩磁和矯頑力均較大，磁滯性明顯，磁滯回線(xiàn)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(xiàn)幾乎成矩形。磁化曲線(xiàn)磁滯回線(xiàn)第15頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.2變壓器5.2.1變壓器的工作原理原繞組匝數(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。第16頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變壓器的結(jié)構(gòu)第17頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1．電壓變換原繞組的電壓方程：副繞組的電壓方程：忽略電阻R1和漏抗Xσ1的電壓，則：k稱(chēng)為變壓器的變比。第18頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第19頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三相變壓器的兩種接法及電壓的變換關(guān)系第20頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2．電流變換由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)。第21頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3．阻抗變換設(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：第22頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第23頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.2.2變壓器的工作特性1．外特性電壓變化率反映電壓U2的變化程度。通常希望U2的變動(dòng)愈小愈好，一般變壓器的電壓變化率約在5%左右。2．損耗與效率鐵損ΔPFe包括磁滯損耗和渦流損耗。損耗：銅損：第24頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一效率：3．額定值(1)額定電壓UN：指變壓器副繞組空載時(shí)各繞組的電壓。三相變壓器是指線(xiàn)電壓。(2)額定電流IN：指允許繞組長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的線(xiàn)電流。(3)額定容量SN：在額定工作條件下變壓器的視在功率。三相變壓器：?jiǎn)蜗嘧儔浩鳎旱?5頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(1)同極性端的標(biāo)記(2)同極性端的測(cè)定毫安表的指針正偏1和3是同極性端；反偏1和4是同極性端。U13=U12－U34時(shí)1和3是同極性端；U13=U12＋U34時(shí)1和4是同極性端。5.3.1變壓器線(xiàn)圈極性測(cè)定第26頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.3.2特殊變壓器1．自耦變壓器特點(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。第27頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2．儀用互感器(1)電流互感器：原繞組線(xiàn)徑較粗，匝數(shù)很少，與被測(cè)電路負(fù)載串聯(lián)；副繞組線(xiàn)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(xiàn)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。第28頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電流表被測(cè)電流=電流表讀數(shù)N2/N1二次側(cè)不能開(kāi)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(guò)壓。使用注意事項(xiàng)：實(shí)現(xiàn)用低量程的電流表測(cè)量大電流（被測(cè)電流）N1（匝數(shù)少）N2（匝數(shù)多）ARi1i2第29頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(2)電壓互感器：電壓互感器的原繞組匝數(shù)很多，并聯(lián)于待測(cè)電路兩端；副繞組匝數(shù)較少，與電壓表及電度表、功率表、繼電器的電壓線(xiàn)圈并聯(lián)。用于將高電壓變換成低電壓。使用時(shí)副繞組不允許短路。第30頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二次側(cè)不能短路，以防產(chǎn)生過(guò)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。使用注意事項(xiàng)：電壓表被測(cè)電壓=電壓表讀數(shù)N1/N2實(shí)現(xiàn)用低量程的電壓表測(cè)量高電壓VR

N1（匝數(shù)多）保險(xiǎn)絲

N2（匝數(shù)少）~u（被測(cè)電壓）第31頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.4磁路在其他方面的應(yīng)用5.4.1磁電式儀表1.結(jié)構(gòu)螺旋彈簧IINS指針永久磁鐵圓柱形鐵心O'O線(xiàn)圈(1)固定部分馬蹄形永久磁鐵、極掌NS及圓柱形鐵心等。(2)可動(dòng)部分鋁框及線(xiàn)圈，兩根半軸O和O，螺旋彈簧及指針。極掌與鐵心之間的空氣隙的長(zhǎng)度是均勻的，其中產(chǎn)生均勻的輻射方向的磁場(chǎng)。第32頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.工作原理(1)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩T的產(chǎn)生(2)阻轉(zhuǎn)矩TC的產(chǎn)生在線(xiàn)圈和指針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺旋彈簧被扭緊而產(chǎn)生阻轉(zhuǎn)矩TC。線(xiàn)圈通入電流

I

電磁力

F線(xiàn)圈受到的轉(zhuǎn)矩T=k1IFSNF線(xiàn)圈通入電流

I

電磁力

F線(xiàn)圈受到轉(zhuǎn)矩

T線(xiàn)圈和指針轉(zhuǎn)動(dòng)，

彈簧的TC與指針的偏轉(zhuǎn)角成正比，即TC=k2當(dāng)彈簧的阻轉(zhuǎn)矩T與線(xiàn)圈受到的轉(zhuǎn)矩TC達(dá)到平衡時(shí)，可動(dòng)部分停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)有T=TC

第33頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一當(dāng)彈簧阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到平衡即TC=T時(shí)，可轉(zhuǎn)動(dòng)部分便停止轉(zhuǎn)動(dòng)，T=k1I，

TC=k2。儀表的標(biāo)度尺上作均勻刻度。3.阻尼作用的產(chǎn)生當(dāng)線(xiàn)圈通入電流而發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，鋁框切割磁通，在框內(nèi)感應(yīng)出電流，其電流再與磁場(chǎng)作用，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的制動(dòng)力，于是可轉(zhuǎn)動(dòng)部分受到阻尼作用，快速停止在平衡位置。即指針的偏轉(zhuǎn)角

結(jié)論:指針偏轉(zhuǎn)的角度與流經(jīng)線(xiàn)圈的電流成正比。

第34頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.用途

5.優(yōu)點(diǎn)：刻度均勻；靈敏度和準(zhǔn)確度高；阻尼強(qiáng)；消耗電能量小；受外界磁場(chǎng)影響小。缺點(diǎn)：只能測(cè)量直流；價(jià)格較高；不能承受較大過(guò)載。測(cè)量直流電壓、直流電流及電阻。第35頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.4.2

電磁鐵1.概述電磁鐵是利用通電的鐵心線(xiàn)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(kāi)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(lèi)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。第36頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.基本結(jié)構(gòu)電磁鐵由線(xiàn)圈、鐵心及銜鐵三部分組成，常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)如圖所示。鐵心銜鐵銜鐵有時(shí)是機(jī)械零件、工件充當(dāng)銜鐵FFFF線(xiàn)圈線(xiàn)圈銜鐵鐵心線(xiàn)圈鐵心第37頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.電磁鐵的應(yīng)用電磁鐵在生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用。其主要應(yīng)用原理是：用電磁鐵銜鐵的動(dòng)作帶動(dòng)其他機(jī)械裝置運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生機(jī)械連動(dòng)，實(shí)現(xiàn)控制要求。第38頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一應(yīng)用實(shí)例

圖示為應(yīng)用電磁鐵實(shí)現(xiàn)制動(dòng)機(jī)床或起重機(jī)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，其中電動(dòng)機(jī)和制動(dòng)輪同軸。原理如下：M3~抱閘制動(dòng)輪彈簧電磁鐵通電電磁鐵動(dòng)作拉開(kāi)彈簧抱閘提起松開(kāi)制動(dòng)輪電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)斷電電磁鐵釋放彈簧收縮抱閘抱緊抱緊制動(dòng)輪電機(jī)制動(dòng)啟動(dòng)過(guò)程：制動(dòng)過(guò)程：第39頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.5三相變壓器ABCXYZabczyx1)三相變壓器的結(jié)構(gòu)高壓繞組：A-XB-YC-ZX、Y、Z：尾端A、B、C：首端低壓繞組：a-xb-yc-za、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:第40頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（1）三相變壓器Y/Y0聯(lián)結(jié)線(xiàn)電壓之比：ACBbca+–+–+–+–第41頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）三相變壓器Y0/聯(lián)結(jié)線(xiàn)電壓之比：ACBabc+–+–+–第42頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.5三相變壓器5.5.1磁路系統(tǒng)一、組式磁路變壓器二、心式磁路變壓器特點(diǎn)是：三相磁路彼此無(wú)關(guān)聯(lián)。特點(diǎn)是：三相磁路彼此有關(guān)聯(lián)。第43頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.5.2電路系統(tǒng)一、變壓器的端頭標(biāo)號(hào)繞組名稱(chēng)單相變壓器三相變壓器中性點(diǎn)首端末端首端末端高壓繞組U1U2U1、V2、W1U2、V2、W2N低壓繞組u1u2u1、v1、w1u2、v2、w2n中壓繞組U1mU2mU1m、V1m、W1mU2m、V2m、W2mNm第44頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、單相變壓器的極性**一、二次繞組的同極性端同標(biāo)志時(shí)，一、二次繞組的電動(dòng)勢(shì)同相位。******一、二次繞組的同極性端異標(biāo)志時(shí)，一、二次繞組的電動(dòng)勢(shì)反相位。5.5.3電路系統(tǒng)第45頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、三相變壓器的連接組別連接組別：反映三相變壓器連接方式及一、二次線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)（或線(xiàn)電壓）的相位關(guān)系。三相變壓器的連接組別不僅與繞組的繞向和首末端標(biāo)志有關(guān)，而且還與三相繞組的連接方式有關(guān)。理論和實(shí)踐證明，無(wú)論采用怎樣的連接方式，一、二次側(cè)線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)（可電壓）的相位差總是300的整數(shù)倍。因此可以采用時(shí)鐘表示法——作為時(shí)鐘的分針，指向12點(diǎn)，作為時(shí)鐘的時(shí)針，其指向的數(shù)字就是三相變壓器的組別號(hào)。組別號(hào)的數(shù)字乘以300，就是二次繞組的線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)滯后于一次側(cè)電動(dòng)勢(shì)的相位角。第46頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一連接組別可以用相量圖來(lái)判斷：若高壓繞組三相標(biāo)志不變，低壓繞組三相標(biāo)志依次后移，可以得到Y(jié),y4、Y,y8連接組別。1、Y，y連接同名端在對(duì)應(yīng)端，對(duì)應(yīng)的相電動(dòng)勢(shì)同相位，線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)和也同相位，連接組別為Y，y0。同理，若異名端在對(duì)應(yīng)端，可得到Y(jié)，y6、Y,y10和Y,y2連接組別。第47頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一若高壓繞組三相標(biāo)志不變，低壓繞組三相標(biāo)志依次后移，可以得到Y(jié),d3、Y,d7連接組別。2、Y，d連接——1同名端在對(duì)應(yīng)端，對(duì)應(yīng)的相電動(dòng)勢(shì)同相位，線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)和相差3300，連接組別為Y，d11。同理，若異名端在對(duì)應(yīng)端，可得到Y(jié)，d5、Y,d9和Y,d1連接組別。第48頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一若高壓繞組三相標(biāo)志不變，低壓繞組三相標(biāo)志依次后移，可以得到Y(jié),d5、Y,d9連接組別。3、Y，d連接——2同名端在對(duì)應(yīng)端，對(duì)應(yīng)的相電動(dòng)勢(shì)同相位，線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)和相差300，連接組別為Y，d1。同理，若異名端在對(duì)應(yīng)端，可得到Y(jié)，d7、Y,d11和Y,d3連接組別。第49頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一總之，對(duì)于Y，y（或D，d）連接，可以得到0、2、4、6、8、10等六個(gè)偶數(shù)組別；而Y，d（或D，y）連接，可以得到1、3、5、7、9、11等六個(gè)奇數(shù)組別。變壓器的連接組別很多，為了便