電工電子技術(shù)基礎(chǔ)第3章 磁路與變壓器ppt課件

1、1 第3章 磁路與變壓器1.磁路3.1 磁路的根本概念內(nèi)容提要1.磁路的根本概念；2.變壓器；3.特殊用途變壓器。一、磁場的根本物理量 磁路是用來將磁場聚集在空間一定范圍內(nèi)的總體，本質(zhì)上是局限在一定途徑內(nèi)的磁場。磁場中的各個(gè)根本物理量也適用于磁路。2022/7/111磁感應(yīng)強(qiáng)度B 磁感應(yīng)強(qiáng)度是描畫空間某點(diǎn)磁場強(qiáng)弱與方向的物理量。 即： B的方向即該點(diǎn)的磁場方向，與產(chǎn)生該磁場的電流之間的方向關(guān)系符合右手螺旋法那么。 式中：F牛頓N， q庫侖C， v米每秒m/s， B特斯拉T。 第3章 磁路與變壓器2.磁場的根本物理量2022/7/112磁通量 磁通量或稱為磁通是表示穿過某一截面S的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量

2、B的通量，也可了解為穿過該截面的磁力線總數(shù)。 即： 的方向與B的方向一樣，即與產(chǎn)生該磁場的電流之間的方向關(guān)系符合右手螺旋法那么。 式中：S平方米m2 韋伯Wb， B特斯拉T。 第3章 磁路與變壓器2022/7/113磁場強(qiáng)度H 磁場中某點(diǎn)的磁場強(qiáng)度的大小等于該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與介質(zhì)導(dǎo)磁率的比值。 即： 磁場強(qiáng)度的大小只與其鼓勵(lì)電流有關(guān)，而與介質(zhì)資料的導(dǎo)磁性能無關(guān)。 H的方向與該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向一致。 式中：S安/米A/m 第3章 磁路與變壓器4導(dǎo)率 磁導(dǎo)率是表示物質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量。 其SI單位是亨/米H/m。 第3章 磁路與變壓器 真空中的磁導(dǎo)率為的物質(zhì)稱為非磁性資料；的物質(zhì)稱為鐵磁性資

3、料；1.鐵磁性物質(zhì)的磁化二、鐵磁性資料的磁性能1磁疇：在鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部存在許多體積約10-9cm3的磁化小區(qū)域，稱為磁疇。2在沒有外磁場作用時(shí)，這些磁疇的陳列是無序的，它們所產(chǎn)生的磁場的平均值幾乎等于零，對(duì)外不顯示磁性。3在一定的外磁場作用下，這些磁疇將轉(zhuǎn)向外磁場方向，作有序陳列，顯示出很強(qiáng)的磁性，構(gòu)成磁化磁場。從而使鐵磁性物質(zhì)內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大大加強(qiáng)，這就是鐵磁性物質(zhì)在外磁場作用下產(chǎn)生的磁化景象。4非磁性資料內(nèi)沒有磁疇構(gòu)造，所以不具有磁化特性。 第3章 磁路與變壓器2022/7/11a磁化前 (b)磁化后 第3章 磁路與變壓器2022/7/11 由于磁化景象，從而使鐵磁性資料具有高導(dǎo)磁性能，其

4、磁導(dǎo)率很大，是工業(yè)消費(fèi)中用于制造電機(jī)、電器與電工儀表的主要資料。利用鐵磁性物質(zhì)的高導(dǎo)磁性，可用較小的勵(lì)磁電流產(chǎn)生足夠大的磁通，如優(yōu)質(zhì)的鐵磁性物質(zhì)可使一樣容量的變壓器或電動(dòng)機(jī)的分量和體積大大減小。 鐵磁性資料還具有磁飽和性。當(dāng)外加磁場H添加到一定程度后，即使H再繼續(xù)添加，B的數(shù)值幾乎不再增長，即進(jìn)入飽和形狀了。 第3章 磁路與變壓器2.高導(dǎo)磁性3.磁飽和性2022/7/11 磁滯性表如今鐵磁性物質(zhì)在交變磁場中反復(fù)磁化時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化總是滯后于磁場強(qiáng)度的變化。磁滯性是由于分子熱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的。在交變磁化過程中，磁疇在外磁場作用下不斷轉(zhuǎn)向，但它的分子熱運(yùn)動(dòng)又阻止其轉(zhuǎn)向。故磁疇的轉(zhuǎn)向總是跟不上外加磁

5、場的變化，從而產(chǎn)生了磁滯景象。4.磁滯性 第3章 磁路與變壓器2022/7/11 第3章 磁路與變壓器1軟磁性資料：容易被磁化，但去掉外磁場后，磁性大部分消逝。如硅鋼、鑄鐵、鑄鋼、電工鋼、坡莫合金、鐵氧體等都屬于軟磁性資料。常被用來制造變壓器、交流電機(jī)和各種繼電器的鐵心等。 5.鐵磁性物質(zhì)的分類和用途2硬磁性資料：須用較強(qiáng)的外磁場才干使之磁化，但去掉外磁場后，磁性不易消逝，將保管下很強(qiáng)的剩磁。如碳鋼、鈷鋼、鋁鎳鈷合金、釹鐵硼等都屬于硬磁性資料。適用于制造永久磁鐵、磁電式儀表、永磁式揚(yáng)聲器、耳機(jī)中的永久磁鐵和小型直流電機(jī)中的永磁磁極等。2022/7/113矩磁性資料：很容易被磁化，剩磁大不易去磁

6、。如鎂錳鐵氧體及鋰錳鐵氧體等。適用于存儲(chǔ)與記錄信號(hào)，常用來制造記憶元件，比如比如計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器的磁心和外部設(shè)備中的磁鼓、磁帶及磁盤等。 第3章 磁路與變壓器2022/7/11 第3章 磁路與變壓器1.渦流及渦流損耗二、渦流與趨膚效應(yīng)1渦流：鐵心線圈在外加交流電源作用下，產(chǎn)生交變磁通穿過鐵心，使得鐵心內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流。由于這種電流在鐵心中自成回路，其外形好像水中旋渦，所以稱做渦流。2022/7/11 第3章 磁路與變壓器2渦流損耗：渦流所經(jīng)途徑是有電阻的，因此會(huì)耗費(fèi)能量而使得鐵心發(fā)熱，這種由渦流引起的電能損耗叫做渦流損耗。渦流的大小與鐵心資料的電阻率成正比，與鐵心的厚度成反比。故減

7、小渦流損耗常用兩種方法：一是增大鐵心資料的電阻率，在鋼片中滲入硅能使其電阻率大大提高。二是把鐵心沿磁場方向剖分為許多薄片且相互絕緣后再疊裝成鐵心，以減小鐵心的厚度，增大鐵心中渦流途徑的電阻。2022/7/11 第3章 磁路與變壓器2.趨膚效應(yīng)1直流電經(jīng)過導(dǎo)線時(shí)：導(dǎo)線橫截面上各處的電流密度相等。2交流電經(jīng)過導(dǎo)線時(shí)：導(dǎo)線橫截面上電流的分布是不均勻的，越接近導(dǎo)線中心處電流密度越??；越接近導(dǎo)線外表電流密度越大。此種交變電流在導(dǎo)線內(nèi)趨于導(dǎo)線外表流動(dòng)的景象叫做趨膚效應(yīng)也叫集膚效應(yīng)。2022/7/11由于趨膚效應(yīng)的影響，使電流比較集中地分布在導(dǎo)線外表，此種景象隨著頻率的添加而更加顯著。為了減小趨膚效應(yīng)帶來的

8、不利影響，在高頻電路中常采用空心導(dǎo)線，有時(shí)那么用假設(shè)干條細(xì)導(dǎo)線絞合而成的多股絞線以增大導(dǎo)線的外表來減小趨膚效應(yīng)的影響。趨膚效應(yīng)可以用來進(jìn)展高頻淬火。把待處置的金屬工件放置在通有高頻電流的線圈中，由于趨膚效應(yīng)，金屬工件中將產(chǎn)生趨于工件外表的高頻渦流，使工件外表的溫度急速升高，而工件中心處幾乎不發(fā)熱，到達(dá)外表淬火的目的。外表淬火的深度用改動(dòng)電流頻率來控制，電流頻率越高，外表淬火深度越淺。 第3章 磁路與變壓器2022/7/111變壓器的用途：變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的一種靜止的電氣設(shè)備。它具有變換電壓、變換電流、變換阻抗等作用。被廣泛運(yùn)用于電力系統(tǒng)、丈量系統(tǒng)、電子線路和電子設(shè)備中。 第3章 磁

9、路與變壓器1.變壓器的用途和分類3.1 變壓器一、變壓器的用途、分類和根本構(gòu)造2022/7/11 第3章 磁路與變壓器2變壓器的分類：按交流電的相數(shù)不同普通分為：單相變壓器和三相變壓器；按用途可為：輸配電用的電力變壓器，部分照明和控制用的控制變壓器，用于平滑調(diào)壓用的自耦變壓器，電加工用的電焊變壓器和電爐變壓器，丈量用的儀用互感器以及電子線路和電子設(shè)備中常用的電源變壓器、耦合變壓器、輸入輸出變壓器、脈沖變壓器等。2022/7/11 第3章 磁路與變壓器簡單的電力系統(tǒng)表示圖2022/7/11變壓器的種類很多，構(gòu)造外形各異，用途也各不一樣，但其根本構(gòu)造和任務(wù)原理卻是一樣的。變壓器的主要構(gòu)造是鐵心、繞

10、組、箱體及其它零部件。 第3章 磁路與變壓器2.變壓器的根本構(gòu)造2022/7/111鐵心鐵心是變壓器的主磁路，又作為繞組的支撐骨架。為了減少鐵心內(nèi)的磁滯和渦流損耗，通常采用含硅量為5%、厚度為0.35mm或0.5mm、兩平面涂絕緣漆或經(jīng)氧化膜處置的硅鋼片疊裝而成。按繞組套入鐵心的方式，變壓器分為心式和殼式兩種。 第3章 磁路與變壓器(a) 心式 (b) 殼式2022/7/112繞組繞組是變壓器的電路部分，普通用高強(qiáng)度漆包銅線也可用鋁線繞制而成。接高壓電網(wǎng)的繞組稱高壓繞組，接低壓電網(wǎng)的繞組稱低壓繞組。3油箱及其它零部件 油箱、貯油柜、絕緣導(dǎo)管、分接開關(guān)、氣體繼電器、平安氣道、測溫器等。 第3章

11、磁路與變壓器2022/7/11次級(jí)：與負(fù)載相接的繞組稱二次繞組又稱副邊或次級(jí)繞組，匝數(shù)為N2，其電壓、電流、電動(dòng)勢分別用表示。 第3章 磁路與變壓器初級(jí)：接電源的繞組稱為一次繞組又稱原邊或初級(jí)繞組，匝數(shù)為N1，其電壓、電流、電動(dòng)勢分別用表示。二、變壓器的任務(wù)原理2022/7/11 第3章 磁路與變壓器1.變壓器的變壓原理變壓器的空載運(yùn)轉(zhuǎn) 在u1的作用下，原繞組中有電流i1經(jīng)過，此時(shí)i1=i0稱為空載電流。它在原邊建立磁動(dòng)勢i0N1，在鐵心中產(chǎn)生同時(shí)交鏈著原、副繞組的主磁通，主磁通的存在是變壓器運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件。2022/7/11根據(jù)電磁感應(yīng)原理，主磁通會(huì)在原、副繞組中分別產(chǎn)生頻率一樣的感應(yīng)電動(dòng)勢

12、e1和e2。 第3章 磁路與變壓器由于原、副繞組本身阻抗壓降很小，可以近似以為由此可以得出原邊電壓與副邊電壓之間的關(guān)系為2022/7/11K稱為變壓器的變壓比簡稱為變比，該式闡明變壓器原、副繞組的電壓與原副繞組的匝數(shù)成正比。當(dāng)K1時(shí)為降壓變壓器，K1時(shí)為升壓變壓器。對(duì)于曾經(jīng)制成的變壓器而言，值一定，故副繞組電壓隨原繞組電壓的變化而變化。 第3章 磁路與變壓器2022/7/11【例3-1】某單相變壓器接到U1=220V伏的正弦交流電源上，知副邊空載電壓U20=20伏，副繞組匝數(shù)匝。求：變壓器的變壓比K及原邊匝數(shù)N1。解：變壓比 第3章 磁路與變壓器原邊匝數(shù)2022/7/11 第3章 磁路與變壓器

13、2.變壓器的變流原理變壓器的負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)接上負(fù)載后，副繞組中便有電流i2經(jīng)過，原繞組中的電流由i0變到i1，以抵消副邊電流的去磁作用。正是負(fù)載的去磁作用和原邊電流所作的相應(yīng)變化以維持主磁通不變的這種特性，使得變壓器可以經(jīng)過電與磁的聯(lián)絡(luò)，把輸入到原邊的功率傳送到副邊電路中去。此概念是相當(dāng)重要的。2022/7/11當(dāng)變壓器在額定負(fù)載下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，勵(lì)磁分量i0很小，約為原邊額定電流的2%，在分析原、副邊電流的數(shù)量關(guān)系時(shí)，可將i0忽略不計(jì)。于是有 第3章 磁路與變壓器闡明，變壓器負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其原繞組和副繞組電流有效值之比，等于它們?cè)褦?shù)比的倒數(shù)，即變壓比的倒數(shù)。這也就是變壓器的電流變換原理。2022/7/11

14、變壓器的原邊接上電源電壓，副邊接入負(fù)載阻抗，從原邊看進(jìn)去，可用一個(gè)阻抗來等效， 第3章 磁路與變壓器3.變壓器的變阻抗原理當(dāng)副邊的負(fù)載阻抗一定時(shí)，經(jīng)過選取不同的匝數(shù)比的變壓器，在原邊可得到不同的等效阻抗。在一些電子設(shè)備中，利用變壓器將負(fù)載的阻抗變換到正好等于電源的內(nèi)阻抗，即“阻抗匹配。2022/7/11 第3章 磁路與變壓器【例3-2】一個(gè)R=10的負(fù)載電阻，接在電壓有效值U=12V、內(nèi)阻R0=250的交流信號(hào)源上。求：1上獲得的功率； 2假設(shè)在負(fù)載與信號(hào)源之間接入一個(gè)變壓器進(jìn)展阻抗變換，為使該負(fù)載獲得最大功率，需選擇多大變壓比的變壓器？ 3上獲得的最大功率。2022/7/11 第3章 磁路與

15、變壓器解：1RL直接接到電源上時(shí)，RL上獲得的功率為P2阻抗匹配時(shí)變壓器的變壓比為3RL上獲得的最大功率為PLmax很顯然，利用變壓器使其負(fù)載阻抗與電源內(nèi)阻抗相匹配，可以獲得較高的功率輸出。2022/7/11變壓器的效率就定義為輸出功率P2與輸入功率P1的百分比，即 第3章 磁路與變壓器4.變壓器的效率由于變壓器中沒有轉(zhuǎn)動(dòng)的部分，故效率較高。通常在額定負(fù)載的80%左右時(shí)，變壓器的任務(wù)效率最高。小型變壓器的效率約為60%90%，大型電力變壓器的效率可達(dá)99%。2022/7/11額定值是變壓器制造廠家根據(jù)國家技術(shù)規(guī)范，對(duì)變壓器正常可靠任務(wù)所作的運(yùn)用規(guī)定，由于額定值通常是標(biāo)注在銘牌上，故又稱為銘牌值

16、。 第3章 磁路與變壓器1.額定電壓U1N、U2N三、變壓器的額定值原繞組額定電壓U1N：變壓器在額定運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，根據(jù)變壓器的絕緣等級(jí)和允許溫升所規(guī)定的原繞組的電壓值。副繞組的額定電壓U2N：指變壓器空載、原繞組加上額定電壓時(shí)，副繞組兩端的空載電壓。三相變壓器的額定電壓是指其線電壓。2022/7/11 第3章 磁路與變壓器2.額定電流I1N、I2N是指變壓器在額定運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，根據(jù)絕緣資料所允許的溫升而規(guī)定的原、副繞組中允許長期經(jīng)過的最大電流值。三相變壓器的額定電流是指其線電流。3.額定頻率f我國規(guī)定規(guī)范工業(yè)頻率為50Hz2022/7/11 第3章 磁路與變壓器4.額定容量SN額定容量是指變壓器

17、副邊輸出的視在功率，單位是VA或KVA。單相變壓器三相變壓器36 第3章 磁路與變壓器3.3 特殊用途變壓器一、 自耦調(diào)壓器(a) 單相自耦調(diào)壓器的外形圖 (b) 單相自耦調(diào)壓器的原理圖 (c) 三相自耦變壓器的原理圖2022/7/11 第3章 磁路與變壓器運(yùn)用自耦調(diào)壓器時(shí)還應(yīng)留意如下幾點(diǎn)：1原繞組接交流電源，副繞組接負(fù)載，不能接錯(cuò)，否那么能夠會(huì)發(fā)生觸電事故或燒毀變壓器。所以，自耦變壓器不允許作為平安變壓器運(yùn)用。2接通電源前，應(yīng)將調(diào)壓器上的手柄滑動(dòng)觸頭旋至零位，通電后再逐漸將輸出電壓調(diào)到所需數(shù)值。運(yùn)用終了后，手柄應(yīng)退回到零位。38 第3章 磁路與變壓器二、 儀用互感器電壓互感器的原繞組匝數(shù)較多，其端線并聯(lián)在被測的高壓線路上；副繞組匝數(shù)較少，其端線可同電壓表、電壓繼電器、功率表或電能表的電壓線圈相聯(lián)接。由于上述負(fù)載的阻抗都較高，因此，電壓互感器在運(yùn)用時(shí)相當(dāng)于副邊開路的降壓變壓器。1.電壓互感器TV2022/7/11 第3章 磁路與變壓器電壓互感器運(yùn)用規(guī)那么：1電壓互感器在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)副繞組絕對(duì)不允許短路。由于副繞組匝數(shù)少，阻抗小，如發(fā)生短路，短路電流將很大，足以燒壞互感器。運(yùn)用時(shí)低壓側(cè)要串聯(lián)熔斷器作短路維護(hù)。2電壓互感器的鐵心和副繞組的一端都必需可靠接地，以防止高、低壓繞組間的繞組層損壞時(shí)，副繞組和儀表帶上高電壓而危及人身平安。40 第3章 磁路