電工與電子技術(shù)演示文稿

1、第 4 章變壓器4.1磁路的基本知識(shí) 4.2交流鐵心線(xiàn)圈 4.3變壓器* 4.4三相電力變壓器 4.5自耦變壓器* 4.6互感器* 4.7電焊變壓器4.1磁路的基本知識(shí)4.1.1鐵磁材料4.1.2磁路4.1.3磁滯現(xiàn)象4.1.4渦流用鐵磁材料人為造成的磁通閉合路徑稱(chēng)為磁路。是一種自身有自然磁性小區(qū)域的材料，小區(qū)域稱(chēng)為磁疇。沒(méi)有外磁場(chǎng)，鐵磁材料不顯磁性。在沒(méi)有外磁場(chǎng)作用時(shí)，各個(gè)磁疇磁場(chǎng)方向不規(guī)則，宏觀(guān)不顯磁性。4.1.1鐵磁材料當(dāng)帶有鐵心的線(xiàn)圈通電，鐵心中的磁疇便沿電流產(chǎn)生外磁場(chǎng)方向定向排列。產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，使總磁場(chǎng)顯著增強(qiáng)。其原因是磁疇被磁化而形成內(nèi)磁場(chǎng)。磁化過(guò)程直線(xiàn)1曲線(xiàn)2FI能方便磁化的材料

2、稱(chēng)為鐵磁材料，除鐵以外，還有鈷，鎳以及它們的合金和氧化物等。磁化過(guò)程：曲線(xiàn) 2(磁化曲線(xiàn))OA 段大部分磁疇的磁場(chǎng)沿外磁場(chǎng)方向排列， 與 I 成正比且增加率較大AB 段所有磁疇的磁場(chǎng)最終都沿外磁場(chǎng)方向排列，鐵心磁場(chǎng)從未飽和狀態(tài)過(guò)渡到飽和狀態(tài)B 點(diǎn)以后飽和狀態(tài)，鐵心的增磁作用已達(dá)到極限，同直線(xiàn) 1直線(xiàn) 1 與 I 成正比且增加率較小直線(xiàn)1曲線(xiàn)2FIOAB電機(jī)、變壓器等鐵心中工作磁通選在磁化曲線(xiàn) AB 段動(dòng)畫(huà)：磁化曲線(xiàn)由鐵心形成而使磁通集中通過(guò)的回路叫磁路。鐵心中的磁通 稱(chēng)主磁通。少量磁通通過(guò)空氣也會(huì)構(gòu)成回路稱(chēng)漏磁通。主磁通 與磁通勢(shì) IN 和磁阻 RM 的關(guān)系可與電路歐姆定律對(duì)應(yīng)。F 是由勵(lì)磁電

3、流 I 產(chǎn)生的，I 與線(xiàn)圈匝數(shù) N 的乘積叫磁通勢(shì)。磁通通過(guò)鐵心時(shí)，鐵心物質(zhì)會(huì)阻礙磁通通過(guò)，不同物質(zhì)的鐵心阻礙作用不同。其阻礙作用用磁阻表示，記作 RM。鐵心4.1.2磁路磁路與電路對(duì)應(yīng)關(guān)系磁 路電 路 磁通 電流 I 磁通勢(shì) IN 電動(dòng)勢(shì) E 磁阻 RM 電阻 R 磁路歐姆定律 電路歐姆定律 I = E/RE+-RIN-+UI鐵心線(xiàn)圈通入交流電，鐵心將被反復(fù)磁化。由于磁疇本身存在“慣性”，磁通的變化滯后于線(xiàn)圈電流的變化。磁滯現(xiàn)象。反復(fù)磁化形成的封閉曲線(xiàn)稱(chēng)為磁滯曲線(xiàn)。4.1.3磁滯現(xiàn)象 交變磁通若穿過(guò)鐵心會(huì)在鐵心中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)從而產(chǎn)生電流的現(xiàn)象，如圖(a)所示。為了減小渦流將鐵心做成許多彼此

4、絕緣的薄片，如圖(b)所示。渦流在鐵心電阻上引起損耗會(huì)使鐵心發(fā)熱并消耗能量稱(chēng)為渦流損耗。渦流損耗和磁滯損耗之和稱(chēng)為鐵損，其值與磁通量和頻率有關(guān)，二者值越大鐵損越大。4.1.4渦流4.2交流鐵心線(xiàn)圈鐵心線(xiàn)圈上加交流電壓 u i 鐵心中產(chǎn)生 F 。F m 為交變磁通的幅值，單位為韋伯(Wb)。實(shí)驗(yàn)和理論推導(dǎo)可得出電壓和磁通之間的關(guān)系為式中U 為加在鐵心線(xiàn)圈上電壓的有效值，單位是伏特(V)；N 為線(xiàn)圈匝數(shù)； u+-i f 為電源頻率，單位是赫茲(Hz)；例 一個(gè)有鐵心的線(xiàn)圈，接在交流 220 V、50 Hz 的電源上，若要使鐵心中產(chǎn)生磁通的最大值為 0.002 Wb，問(wèn)鐵心上的線(xiàn)圈至少應(yīng)繞多少匝？解

5、 根據(jù)公式 上題中如果鐵心上的線(xiàn)圈只繞 100 匝，其他不變，通電后會(huì)產(chǎn)生什么后果？線(xiàn)圈只繞了 100 匝，磁通將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了規(guī)定的最大值。根據(jù)磁化曲線(xiàn)可知線(xiàn)圈中的電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常值，線(xiàn)圈通電后可能會(huì)被燒壞。你想好了嗎？想一想4.3變壓器4.3.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)4.3.2變壓器的工作原理4.3.3變壓器的外特性4.3.4變壓器的損耗及效率變壓器是由鐵心和線(xiàn)圈組成的。鐵心線(xiàn)圈鐵心線(xiàn)圈1. 鐵心：硅鋼片疊壓而成。小變壓器也有用鐵氧體或坡莫合金替代硅鋼片。變壓器鐵心一般分為心式和殼式兩大類(lèi)。心式殼式4.3.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)2. 線(xiàn)圈(繞組)：小容量多用高強(qiáng)度漆包線(xiàn)繞制而成。一般有兩個(gè)或以上繞組。

6、接電源的繞組稱(chēng)為一次繞組，接負(fù)載的繞組稱(chēng)為二次繞組。3變壓器冷卻裝置: 油箱、散熱器等。4變壓器的圖形符號(hào)12341、2 為一次繞組3、4 為二次繞組u2+-u1+- u1、u2 分別為輸入與輸出電壓動(dòng)畫(huà)：?jiǎn)蜗嘧儔浩鞯幕窘Y(jié)構(gòu)1空載運(yùn)行一次繞組接電源，二次繞組開(kāi)路狀態(tài)(如圖示)k：匝數(shù)比外加電壓 u1， N1 中形成電流 i0 (空載電流)。i0 產(chǎn)生工作磁通是 使一次繞組二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e1感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e2二次繞組與輸出的空載電壓 U2因?yàn)?u1 e1，有效值 U1 E1= 4.44fN1 mu2 e2，有效值 U2 E2= 4.44fN2 m動(dòng)畫(huà)：變壓器的變壓功能4.3.2變壓器的工作

7、原理2變壓器有載運(yùn)行一次、二次繞組電流有效值與匝數(shù)成反比。在理想情況下例 有一臺(tái)降壓變壓器，一次繞組電壓為 220 V，二次繞組電壓為 110 V，一次繞組為 2200 匝，若二次繞組接入阻抗為 10 W 的阻抗，問(wèn)變壓器的變比、二次繞組匝數(shù)，一次、二次繞組中電流各為多少?解 變壓器變比為二次繞組匝數(shù)為二次繞組電流為一次繞組電流為在電源電壓不變的條件下，變壓器二次繞組電壓 U2 與電流 I2 的關(guān)系，即外特性U2 = f (I2)電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率越小越好，一般為 3% 5%。4.3.3變壓器的外特性特點(diǎn)這是因變壓器自身內(nèi)阻抗壓降引起的，U2 隨負(fù)載電流的增大而降低。1變壓器的功率損耗外加電

8、壓固定時(shí)磁通固定，鐵損不變，稱(chēng)固定損耗。主要有兩部分鐵損耗銅損耗磁滯損耗渦流損耗銅損的大小隨電流變化而變化，稱(chēng)可變損耗。2變壓器的效率效率 =輸出功率輸入功率輸出功率輸出功率 + 鐵損耗 + 銅損耗= 100%變壓器效率一般在 95% 98% 以上，負(fù)載一般在 40% 60% 額定負(fù)載時(shí)效率最高。4.3.4變壓器的損耗及效率* 4.4三相電力變壓器電力系統(tǒng)一般采用三相制供電，變壓器均系三相變壓器。其工作原理與單相變壓器相同。三相變壓器的結(jié)構(gòu)三套高壓繞組 U1U2、V1V2、W1W2(一次繞組)。三套低壓繞組 u1u2、v1v2、w1w2(二次繞組)。高壓繞組低壓繞組工作時(shí)，一次繞組根據(jù)額定電壓

9、和電力網(wǎng)線(xiàn)電壓可以接成星形或三角形；二次繞組根據(jù)供電需要可以接成星形或三角形。高壓繞組低壓繞組油浸式電力變壓器4.5自耦變壓器一次、二次繞組共用一個(gè)繞組的變壓器稱(chēng)自耦變壓器。優(yōu)點(diǎn)設(shè)一次繞組匝數(shù)為 N1，二次繞組匝數(shù)為 N2，則一次、二次繞組電壓之比和電流之比與普通變壓器相同，即結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單節(jié)省材料體積小成本低缺點(diǎn)一次、二次繞組之間有電的聯(lián)系使用時(shí)一定要注意安全，要正確接線(xiàn)。自耦變壓器錯(cuò)誤接線(xiàn)這種接法因 U2 端接地，此時(shí)連接燈泡的每根導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地的電壓都是 200 V 以上，這對(duì)持燈人極不安全。動(dòng)畫(huà)：自耦變壓器外形圖* 自耦變壓器可以用于升壓* 自耦變壓器輸出電壓調(diào)節(jié)把抽頭制成能夠沿線(xiàn)圈自由滑動(dòng)的觸點(diǎn)

10、，靠手柄轉(zhuǎn)動(dòng)活動(dòng)能點(diǎn)移動(dòng)來(lái)調(diào)壓。一次繞組 U1U2 接 220 V 交流電壓，u1u2 輸出電壓可在 0 250 V 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。原理圖* 4.6互感器4.6.1電壓互感器4.6.2電流互感器在電工測(cè)量中，被測(cè)量的電量經(jīng)常是高電壓或大電流，為了保證測(cè)量者的安全及按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格生產(chǎn)測(cè)量?jī)x表，必須將待測(cè)電壓或電流按一定比例降低，以便于測(cè)量。用于測(cè)量的變壓器稱(chēng)為儀用互感器。電壓互感器互感器電流互感器是降壓變壓器。一次繞組接待測(cè)高壓，二次繞組接電壓表。*需要 N2 N1；通常二次繞組額定電流設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)值 5 A。使用電流互感器時(shí)二次繞組不能開(kāi)路。動(dòng)畫(huà)：電壓互感器4.6.2電流互感器*用鉗形電流表測(cè)量電流時(shí)不用斷開(kāi)電路，使用非常方便。鉗形電流表將閉合鐵心張開(kāi)，被測(cè)載流導(dǎo)線(xiàn)鉗入鐵心窗口中，一次繞組 N1 = 1。鐵心上繞有二次繞組，與測(cè)量表頭連接，可直接讀出被測(cè)電流的數(shù)值。*若被測(cè)電流較小，可將一次邊繞成 N 匝，鉗入鐵