磁路及變壓器

1、鐵芯線圈、磁路鐵芯線圈、磁路變壓器的基本結構和工作原理變壓器的基本結構和工作原理三相電力變壓器三相電力變壓器特殊變壓器特殊變壓器+(a) 電磁鐵的磁路 (b) 變壓器的磁路 (c) 直流電機的磁路 實際電路中有大量電感元件的線圈中有鐵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成磁路，磁路又影響電心。線圈通電后鐵心就構成磁路，磁路又影響電路。因此電工技術不僅有電路問題，同時也有磁路。因此電工技術不僅有電路問題，同時也有磁路問題。路問題。第第2頁頁iu電路部分電路部分磁路部分磁路部分 f 在鐵芯中激發(fā)按正在鐵芯中激發(fā)按正弦規(guī)律變化，沿鐵芯弦規(guī)律變化，沿鐵芯閉合的工作磁通閉合的工作磁

2、通。 磁場中磁場中 等于磁感應強度等于磁感應強度B與垂直于磁場方與垂直于磁場方向的面積向的面積S的乘積，單位是的乘積，單位是(Wb)。BS1Wb=108Mx第第2頁頁 真空真空的磁導率：的磁導率：H/m10470 非鐵磁物質的磁導率與真空極為接近，鐵磁物質非鐵磁物質的磁導率與真空極為接近，鐵磁物質的磁導率遠大于真空的磁導率。的磁導率遠大于真空的磁導率。：無量綱）（r0r 物質磁導率與真空磁導率的比值。物質磁導率與真空磁導率的比值。第第2頁頁r1的物質，如銅、鋁、橡膠、空的物質，如銅、鋁、橡膠、空 氣、塑料等。氣、塑料等。r1的物質，如鐵、鎳、鈷、鋼、的物質，如鐵、鎳、鈷、鋼、 合金鋼、坡莫合金

3、等。合金鋼、坡莫合金等。彼此之間的相對磁導率彼此之間的相對磁導率如鑄鐵的如鑄鐵的r200400；鑄鋼的；鑄鋼的r5002200；硅鋼的；硅鋼的r700010000；坡莫合金的；坡莫合金的r20000200000。磁阻磁阻磁阻磁阻第第2頁頁 1. 是表征磁場中某點強弱和方向的物理量。是表征磁場中某點強弱和方向的物理量。B的大小與磁場周圍介質的的大小與磁場周圍介質的磁導率磁導率2. 是表征電流的磁場強弱和方向的物理量。是表征電流的磁場強弱和方向的物理量。H的大小與磁場周圍介質的的大小與磁場周圍介質的磁導率磁導率磁路的截面積。磁路的長度；其中SlSlRRINRFmmm: 第第2頁頁 鐵磁材料內部往往

4、有相鄰的幾百個分子鐵磁材料內部往往有相鄰的幾百個分子電流圈流向一致，因此在這些極小的區(qū)域內電流圈流向一致，因此在這些極小的區(qū)域內就形成了一個個天然的磁性區(qū)域就形成了一個個天然的磁性區(qū)域。 鐵磁材料內部的鐵磁材料內部的磁疇排列磁疇排列，因此，因此對外不顯示磁性。對外不顯示磁性。 鐵磁材料之所以具有高導磁鐵磁材料之所以具有高導磁性，是因為在它們的內部具有一性，是因為在它們的內部具有一種特殊的物質結構種特殊的物質結構。磁疇是怎么磁疇是怎么形成的？形成的？ 磁疇因受外磁磁疇因受外磁場作用而順著外磁場作用而順著外磁場的方向發(fā)生歸順場的方向發(fā)生歸順性重新排列，在內性重新排列，在內部形成一個很強的部形成一個

5、很強的。第第2頁頁磁滯回線中磁滯回線中H為為零時零時B并不為零并不為零 的現象說明鐵的現象說明鐵磁材料具有磁材料具有。BH0cbaoa段是段是ab段是段是bc段是磁化曲線的段是磁化曲線的C點以后是點以后是起始磁化起始磁化曲線反映曲線反映了什么？了什么？起始磁化曲線的起始磁化曲線的ab段反映了鐵磁材料的段反映了鐵磁材料的；c點以后說明鐵磁材料具有點以后說明鐵磁材料具有。磁滯回線中磁滯回線中B的變化總的變化總是落后于是落后于H的變化的變化說明說明鐵磁材料具有鐵磁材料具有鐵磁材料反復磁化一周鐵磁材料反復磁化一周所構成的曲線稱為所構成的曲線稱為。第第2頁頁 鐵心線圈中通過交變電流時，鐵心線圈中通過交變

6、電流時，H的大的大小和方向都會改變，鐵心在交變磁場中反復磁化的過小和方向都會改變，鐵心在交變磁場中反復磁化的過程中，程中，B的變化總是滯后于的變化總是滯后于H的變化，這種現象稱為的變化，這種現象稱為；當；當H減為零時減為零時B并不為零。并不為零。 磁導率可達磁導率可達102104，由鐵磁材料組成的，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大的磁通。 B不會隨不會隨H的增強而無限增強，的增強而無限增強，H增大到增大到一定值時，一定值時，B不能繼續(xù)增強。不能繼續(xù)增強。第第2頁頁 渦流在鐵芯中渦流在鐵芯中造成的熱量損耗。造成

7、的熱量損耗。 根據電流的熱效應，根據電流的熱效應，渦流通過鐵芯將使鐵芯發(fā)渦流通過鐵芯將使鐵芯發(fā)熱，嚴重時會造成設備燒熱，嚴重時會造成設備燒損。損。 鐵磁材料反復磁化時，內部磁疇的極性取向隨著外鐵磁材料反復磁化時，內部磁疇的極性取向隨著外磁場的交變來回翻轉，在翻轉的過程中，由于磁疇間相互摩擦而引磁場的交變來回翻轉，在翻轉的過程中，由于磁疇間相互摩擦而引起的能量損耗稱為起的能量損耗稱為。在交變磁場作用下，整塊鐵芯中產在交變磁場作用下，整塊鐵芯中產生的旋渦狀感應電流稱為生的旋渦狀感應電流稱為。渦流對電渦流對電氣設備有氣設備有何影響？何影響？為減小渦流損耗，常用硅鋼片疊為減小渦流損耗，常用硅鋼片疊壓制

8、成電機電器的鐵芯。壓制成電機電器的鐵芯。第第2頁頁 具有具有 特特點的鐵磁材料。矩磁材料點的鐵磁材料。矩磁材料。 具有具有 特點的鐵磁材料。硬磁材料特點的鐵磁材料。硬磁材料。 具有具有 特點的鐵磁材料。特點的鐵磁材料。軟磁材料軟磁材料。第第2頁頁TrN1i10u1AXN2| |ZL| |u20Saxx由硅鋼片疊由硅鋼片疊壓制成的變壓制成的變壓器鐵心磁壓器鐵心磁路。路。變壓器變壓器一次側一次側繞組繞組（原邊）（原邊）變壓器變壓器二次側二次側繞組繞組（副邊）（副邊）變壓器圖變壓器圖形符號形符號 是一種能變換電壓、變換電流、變換阻抗的是一種能變換電壓、變換電流、變換阻抗的。變壓器在傳遞電能的過程中。

9、變壓器在傳遞電能的過程中。1. 第第2頁頁N1i10u1AXN2| |ZL| |u20Saxx 變壓器的變壓器的，這種運行狀態(tài)稱為，這種運行狀態(tài)稱為。變壓器空載時原邊電流變壓器空載時原邊電流 ，在鐵心，在鐵心磁路中產生按正弦規(guī)律變化的磁通磁路中產生按正弦規(guī)律變化的磁通，當當穿過兩線圈時，分別感應電壓：穿過兩線圈時，分別感應電壓：m2M2m1L144.444.4fNUfNUm2M220m1L1144.444.4fNUUfNUU 變壓器原、副邊電壓變壓器原、副邊電壓與感應電壓的關系為：與感應電壓的關系為： 變壓器原、副邊電壓變壓器原、副邊電壓與感應電壓的關系為：與感應電壓的關系為：kNNfNUUU

10、UML21m2m1212014.44fN44. 4 其中其中k 稱為變壓器的變比。稱為變壓器的變比。顯然：變壓器顯然：變壓器。第第2頁頁（2） 變壓器的變壓器的，這種運行狀態(tài)稱為，這種運行狀態(tài)稱為。 變壓器負載運行時由于副邊電流存變壓器負載運行時由于副邊電流存在的去磁作用，因此原邊電流由在的去磁作用，因此原邊電流由 。原邊磁動勢增加的數值恰好等于。原邊磁動勢增加的數值恰好等于二次側負載所需要的磁動勢。即二次側負載所需要的磁動勢。即：2211011NININI221121 IUIUPP或： 變壓器在能量傳遞的變壓器在能量傳遞的過程中損耗甚小，因此：過程中損耗甚小，因此：因此：因此：kNUUII1

11、N121221 其中其中1/k 稱為變壓器的變稱為變壓器的變流比。顯然：變壓器流比。顯然：變壓器。N1i1u1AXN2| |ZL| |u2Saxi2第第2頁頁 已知某收音機輸出已知某收音機輸出變壓器的原邊匝數為變壓器的原邊匝數為600,副邊副邊匝數為匝數為30,原邊原接有原邊原接有16的揚的揚聲器，現要改接成聲器，現要改接成4 揚聲器揚聲器，求，求N2應改為多少？應改為多少？（3） 變壓器的副邊所接負載為變壓器的副邊所接負載為| |ZL| |，原邊，原邊輸入阻抗為輸入阻抗為Z1時，有時，有：把變壓比和變流比公式代入可得把變壓比和變流比公式代入可得：；22LIUZL222222111ZkIUkk

12、IkUIUZ 變壓器的阻抗變換作變壓器的阻抗變換作用常用于電子電路中。用常用于電子電路中。例如：例如：匝所以：則，揚聲器后改接成解：1540600 40 160046400 464001620 2030600122L2L2121kNNkkZZkZNNkN1i1u1AXN2| |ZL| |u2Saxi2111IUZ 第第2頁頁例例：設交流信號源電壓V 100U，內阻800oR，負載8LR。（1）將負載直接接至信號源，負載獲得多大功率？（2）經變壓器進行阻抗匹配，求負載獲得的最大功率是多少？變壓器變比是多少？解解：（1）負載直接接信號源時，負載獲得功率為： W123. 08880010022o2L

13、LLRRRURIP（2）最大輸出功率時，LR折算到原繞組應等于800oR。負載獲得的最大功率為： W125. 380080080010022o2maxLLLRRRURIP變壓器變比為：108800RLo21RNNk第第2頁頁就是描述輸出電壓就是描述輸出電壓u2隨隨負載電流負載電流 i2變化的關系，即：變化的關系，即： 兩者之間的對應關系可用左圖所示曲線兩者之間的對應關系可用左圖所示曲線進行描述。進行描述。u2U2Ni2I2N0cos(-2)=0.8超前超前cos2=1cos2=0.8滯后滯后%100%20N220UUUU反映了變壓器運行反映了變壓器運行時輸出電壓的穩(wěn)定性，是變壓時輸出電壓的穩(wěn)定

14、性，是變壓器的主要性能指標之一。器的主要性能指標之一。 （1）損耗）損耗222121CuFeCu RIRIPPPP其中：包括包括和和。第第2頁頁訊號式溫度計吸濕計儲油柜安全氣道油表氣體繼電器高壓套管低壓套管分接開關油箱鐵芯繞組放油閥門第第2頁頁低損耗系列產品低損耗系列產品額定容量（額定容量（KVA）高壓繞組額定電壓（高壓繞組額定電壓（KV）額定額定：三相變壓器的總容量：三相變壓器的總容量：SN=3I2NU2N額定額定：原、副邊額定值均指：原、副邊額定值均指數值。數值。額定額定：I1N、I2N均指原、副邊均指原、副邊電流值。電流值。axAX是變壓器是變壓器的原邊繞組的原邊繞組是變壓器是變壓器的副

15、邊繞組的副邊繞組是變壓器是變壓器一對一對由同一電流感應的電動勢，由同一電流感應的電動勢，。電流同時由電流同時由流入（或流流入（或流出）時，它們所產生的出）時，它們所產生的，反之相互削弱。，反之相互削弱。第第2頁頁S閉合時：毫伏表指示閉合時：毫伏表指示則則1和和3是是端，若指針端，若指針則則1和和4是是端。端。S打開打開時指針偏轉情況相反。時指針偏轉情況相反。先將兩線圈的一對端子先將兩線圈的一對端子相聯(lián)，構成串聯(lián)連接。相聯(lián)，構成串聯(lián)連接。U13=U12U34時，時，1和和3是是端；端； U13=U12U34時，時，1和和4是是端。端。3412S US34uS12第第2頁頁 三相變壓器的聯(lián)接組別較

16、多，為了制造和使用的三相變壓器的聯(lián)接組別較多，為了制造和使用的方便，國家標準規(guī)定，三相雙繞組電力變壓器的方便，國家標準規(guī)定，三相雙繞組電力變壓器的聯(lián)接組別有五種：聯(lián)接組別有五種：。其中其中表示表示聯(lián)接聯(lián)接方式，后面加方式，后面加 表示帶有表示帶有；，表示，表示聯(lián)接為星形或三角形，星形有中線引出時，后聯(lián)接為星形或三角形，星形有中線引出時，后面加字母面加字母 （0 0表示指表示指0 0點）。點）。 abcxyzabcaUcUbUcUbUaUAUABCXYZCABBUCUAUBUCUABU第第2頁頁 ACBacbNACBacbNACBacbN將兩臺或兩臺以上將兩臺或兩臺以上變壓器的原、副繞變壓器的原

17、、副繞組分別并聯(lián)到原邊組分別并聯(lián)到原邊和副邊的和副邊的上，共同向負載供上，共同向負載供電的方式，稱為變電的方式，稱為變壓器的壓器的。1.并聯(lián)運行的變壓器，其并聯(lián)運行的變壓器，其；2.并聯(lián)運行的變壓器，其變比應當相等；并聯(lián)運行的變壓器，其變比應當相等；3.并聯(lián)運行的變壓器，其短路電壓應當相等。并聯(lián)運行的變壓器，其短路電壓應當相等。第第2頁頁副繞組是原繞組的一部分，原、副壓繞組不副繞組是原繞組的一部分，原、副壓繞組不但有但有的聯(lián)系，也有的聯(lián)系，也有的聯(lián)系。的聯(lián)系。kNNUU2121kNNII11221u1u2自耦變壓器的自耦變壓器的和普通雙和普通雙繞組變壓器繞組變壓器，因此，因此自耦變壓器也稱為自

18、耦變壓器也稱為，它的最大，它的最大就是就是可以通過可以通過轉動手柄來獲得原、副邊所需轉動手柄來獲得原、副邊所需要的要的。u1u2自耦變壓器的電路圖符號自耦變壓器的電路圖符號第第2頁頁交流弧焊機實質是一種特殊的降壓變壓交流弧焊機實質是一種特殊的降壓變壓器，因此也稱為電焊變壓器。器，因此也稱為電焊變壓器。u1u26080Vi2手柄手柄電抗器電抗器變壓器變壓器可動鐵心可動鐵心焊鉗焊鉗2530V工件工件第第2頁頁 3. 為了適應不同的焊接要求，要求電焊變壓器的為了適應不同的焊接要求，要求電焊變壓器的，而且，而且 1. 具有較高的起弧電壓。具有較高的起弧電壓。應達到應達到6070V，； 2. 起弧以后，要求電壓能夠起弧以后，要求電壓能夠，同時在短路時，同時在短路時（如焊條碰到工件上，副邊輸出電壓為零）次級電流也不（如焊條碰到工件上，副邊輸出電壓為零）次級電流也不要過大，一般不超過額定值的兩倍。也就是說，電焊變壓要過大，一般不超過額定值的兩倍。也就是說，電焊變壓器要器要。第第2頁頁電壓互感器的原繞組匝數電壓互感器的原繞組匝數，于待測電路兩端；副繞組匝數于待測電路兩端；副繞組匝數，與電壓表及電度表，與電壓表及電度表、功率表、繼電器的電壓線圈、功率表、繼電器的電壓線圈。用于將高電壓變換。用于將高電壓變換成低電壓。使用時成低電壓。使用時。kNNUU2121L1