電工技術(shù)之磁路和變壓器

電工技術(shù)之磁路和變壓器第1頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二7.1磁路實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，同時也有磁路問題。第2頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二7.1.1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是表示磁場內(nèi)某點磁場強(qiáng)弱及方向的物理量。B的大小等于通過垂直于磁場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)。2．磁通Φ均勻磁場中磁通Φ等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場方向的面積S的乘積，單位是韋伯(Wb)。第3頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二3．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4頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二4．磁場強(qiáng)度H

磁場強(qiáng)度只與產(chǎn)生磁場的電流以及這些電流分布有關(guān)，而與磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率無關(guān)，單位是安／米（A／m）。是為了簡化計算而引入的輔助物理量。第5頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二7.1.2磁場的基本定律1．安培環(huán)路定律

計算電流代數(shù)和時，與繞行方向符合右手螺旋定則的電流取正號，反之取負(fù)號。若閉合回路上各點的磁場強(qiáng)度相等且其方向與閉合回路的切線方向一致，則：第6頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二2．磁路歐姆定律

稱為磁阻，表示磁路對磁通的阻礙作用。因鐵磁物質(zhì)的磁阻Rm不是常數(shù)，它會隨勵磁電流I的改變而改變，因而通常不能用磁路的歐姆定律直接計算，但可以用于定性分析很多磁路問題。第7頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二3．電磁感應(yīng)定律

第8頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二7.1.3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不會隨H的增強(qiáng)而無限增強(qiáng)，H增大到一定值時，B不能繼續(xù)增強(qiáng)。磁滯性：鐵心線圈中通過交變電流時，H的大小和方向都會改變，鐵心在交變磁場中反復(fù)磁化，在反復(fù)磁化的過程中，B的變化總是滯后于H的變化。第9頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二鐵磁材料的類型：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作用就能磁化到飽和，當(dāng)外磁場去掉，磁性仍保持，磁滯回線幾乎成矩形。磁化曲線磁滯回線第10頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二設(shè)線圈的電阻為R，主磁電動勢為e和漏感電動勢為eσ，由KVL，有：7.2.1電磁關(guān)系e

的有效值為：7.2交流鐵心線圈電路第11頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二寫成相量形式：設(shè)漏磁電感為Lσ，則：第12頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二等效電路：圖中X0是反映線圈能量儲放的等效感抗。7.2.2功率損耗第13頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二第14頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二7.3單相變壓器7.3.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器通常由一個公共鐵心和兩個或兩個以上的線圈（又稱繞組）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（又稱初級繞組或一次繞組），接負(fù)載的繞組稱為副繞組（又稱次級繞組或二次繞組）。心式變壓器殼式變壓器第15頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二7.3.2變壓器的工作原理原繞組匝數(shù)為N1，電壓u1，電流i1，主磁電動勢e1，漏磁電動勢eσ1；副繞組匝數(shù)為N2，電壓u2，電流i2，主磁電動勢e2，漏磁電動勢eσ2。第16頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二1．電壓變換原繞組的電壓方程：第17頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二寫成相量形式：設(shè)漏磁電感為L1，則：忽略電阻R1和漏抗X1的電壓，則：e

1的有效值為：第18頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二副繞組的電壓方程：k稱為變壓器的變比。第19頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二第20頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二2．電流變換由U1≈E1=4.44N1fΦm可知，U1和f不變時，E1和Φm也都基本不變。因此，有負(fù)載時產(chǎn)生主磁通的原、副繞組的合成磁動勢（i1N1+i2N2）和空載時產(chǎn)生主磁通的原繞組的磁動勢i0N1基本相等，即：空載電流i0很小，可忽略不計。第21頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二3．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，共33頁，2023年，2月20日，星期二第23頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二7.3.3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：效率：第24頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二(1)同極性端的標(biāo)記(2)同極性端的測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1和3是同極性端；U13=U12＋U34時1和4是同極性端。7.3.4變壓器線圈極性測定第25頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二7.4三相變壓器7.4.1三相變壓器的結(jié)構(gòu)外形鐵心繞組第26頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二7.4.2變壓器的額定值（1）產(chǎn)品型號。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，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、副繞組允許長期通過的最大電流。三相變壓器的I1N和I2N均為線電流。第27頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二（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：（5）連接組標(biāo)號。連接組標(biāo)號表明變壓器高壓、低壓繞組的連接方式。星形連接時，高壓端用大寫字母Y，低壓端用小寫字母y表示。三角形接法時高壓端用大寫字母D，低壓端用小寫字母d表示。有中線時加n。例如，Y，yn0表示該變壓器的高壓側(cè)為無中線引出的星形連接，低壓側(cè)為有中線引出的星形連接，標(biāo)號的最后一個數(shù)字0表示高低壓對應(yīng)繞組的相位差為零。第28頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二三相變壓器的兩種接法及電壓的變換關(guān)系第29頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二7.5.1自耦變壓器特點：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。7.5特殊變壓器第30頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二(1)電流互感器：原繞組線徑較粗，匝數(shù)很少，與被測電路負(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。使用時副繞組電路不允許開路。7.5.2儀用互感器第31頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二

(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、繼電器的電壓線圈并聯(lián)。用于將高電壓變換成低電壓。使用時副繞組不允許短路。第32頁，共33頁，