電工技術之磁路和變壓器

1、電工技術之磁路和變壓器第1頁，共33頁，2022年，5月20日，5點2分，星期五7.1 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，同時也有磁路問題。第2頁，共33頁，2022年，5月20日，5點2分，星期五7.1.1 磁路的基本物理量1磁感應強度B 磁感應強度B是表示磁場內某點磁場強弱及方向的物理量。 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 均勻磁場中磁通等于磁感應強度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，2022年，5月

2、20日，5點2分，星期五3磁導率 磁導率表示物質的導磁性能，單位是亨/米(H/m)。真空的磁導率 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。 相對磁導率r：物質磁導率與真空磁導率的比值。非鐵磁物質r近似為1，鐵磁物質的r遠大于1。第4頁，共33頁，2022年，5月20日，5點2分，星期五4磁場強度H 磁場強度只與產生磁場的電流以及這些電流分布有關，而與磁介質的磁導率無關，單位是安米（Am）。是為了簡化計算而引入的輔助物理量。第5頁，共33頁，2022年，5月20日，5點2分，星期五7.1.2 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

3、的電流取正號，反之取負號。 若閉合回路上各點的磁場強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，2022年，5月20日，5點2分，星期五2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，2022年，5月20日，5點2分，星期五3電磁感應定律 第8頁，共33頁，2022年，5月20日，5點2分，星期五7.1.3 鐵磁材料的磁性能高導磁性：磁導率可達102104，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

4、通。磁飽和性：B不會隨H的增強而無限增強，H增大到一定值時，B不能繼續(xù)增強。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磁化，在反復磁化的過程中，B的變化總是滯后于H的變化。第9頁，共33頁，2022年，5月20日，5點2分，星期五鐵磁材料的類型：軟磁材料：磁導率高，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，2022年，5月20日，5點2分，星期五 設線圈的電

5、阻為R，主磁電動勢為e和漏感電動勢為e，由KVL，有：7.2.1 電磁關系e 的有效值為：7.2 交流鐵心線圈電路第11頁，共33頁，2022年，5月20日，5點2分，星期五寫成相量形式：設漏磁電感為L，則：第12頁，共33頁，2022年，5月20日，5點2分，星期五等效電路： 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，2022年，5月20日，5點2分，星期五第14頁，共33頁，2022年，5月20日，5點2分，星期五7.3 單相變壓器7.3.1 變壓器的基本結構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。

6、接電源的繞組稱為原繞組（又稱初級繞組或一次繞組），接負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，2022年，5月20日，5點2分，星期五7.3.2 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e1；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e2 。第16頁，共33頁，2022年，5月20日，5點2分，星期五1電壓變換原繞組的電壓方程：第17頁，共33頁，2022年，5月20日，5點2分，星期五寫成相量形式：設漏磁電感為L1，則：忽略電阻R1和漏抗X1的電壓，則：e 1的有效值為：第

7、18頁，共33頁，2022年，5月20日，5點2分，星期五副繞組的電壓方程：k稱為變壓器的變比。第19頁，共33頁，2022年，5月20日，5點2分，星期五第20頁，共33頁，2022年，5月20日，5點2分，星期五2電流變換 由U1E1=4.44N1fm可知，U1和f不變時，E1和m也都基本不變。因此，有負載時產生主磁通的原、副繞組的合成磁動勢（i1N1+i2N2）和空載時產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，2022年，5月20日，5點2分，星期五3阻抗變換 設接在變壓器副繞組的負載阻抗Z的模為|Z|，則：Z反映到原繞組的阻抗模|

8、Z|為：第22頁，共33頁，2022年，5月20日，5點2分，星期五第23頁，共33頁，2022年，5月20日，5點2分，星期五7.3.3 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PFe包括磁滯損耗和渦流損耗。損耗：銅損：效率：第24頁，共33頁，2022年，5月20日，5點2分，星期五(1)同極性端的標記(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=U12U34時1和3是同極性端； U13=U12U34時1和4是同極性端。7.3.4 變壓器線圈極性測定第

9、25頁，共33頁，2022年，5月20日，5點2分，星期五7.4 三相變壓器7.4.1 三相變壓器的結構外形鐵心繞組第26頁，共33頁，2022年，5月20日，5點2分，星期五7.4.2 變壓器的額定值（1）產品型號。表示變壓器的結構和規(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表示高壓側線電壓為10kV。（2）額定電壓。指高壓繞組接于電網的額定電壓，與此相應的是低壓繞組的空載線電壓，例如100005/400V，其中100005表示高壓繞組額定線電壓為10000V，并允許在5范圍內變動，低壓繞組輸

10、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，2022年，5月20日，5點2分，星期五（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）連接組標號。連接組標號表明變壓器高壓、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，y

11、n0表示該變壓器的高壓側為無中線引出的星形連接，低壓側為有中線引出的星形連接，標號的最后一個數(shù)字0表示高低壓對應繞組的相位差為零。第28頁，共33頁，2022年，5月20日，5點2分，星期五三相變壓器的兩種接法及電壓的變換關系第29頁，共33頁，2022年，5月20日，5點2分，星期五7.5.1 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，2022年，5月20日，5點2分，星期五 (1)電流互感器：原繞組線徑較粗，匝數(shù)很少，與被測電路負載串聯(lián)；副繞組線徑較細，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，2022年，5月20日，5點2分，星期五 (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，2022年，5月20日，5點2分，星期五7.5.3