第4章 磁路與變壓器

第四章磁路與變壓器

第一節(jié)

磁路的基本知識第二節(jié)單相變壓器第三節(jié)三相變壓器

第四節(jié)自耦變壓器返回主目錄第一節(jié)磁路的基本知識一、鐵磁性物質(zhì)如鐵、鈷、鎳、硅鋼、坡莫合金、鐵氧體等，其磁導(dǎo)率很大，是真空磁導(dǎo)率的幾百甚至幾千倍，而且不是一個(gè)常數(shù)，是隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度和溫度而變化的。順磁性物質(zhì)：如空氣、鋁、鉑等，其磁導(dǎo)率稍大于真空磁導(dǎo)率。逆磁性物質(zhì)：如氫、銅等，其磁導(dǎo)率稍小于真空磁導(dǎo)率。非鐵磁性物質(zhì)鐵磁性物質(zhì)導(dǎo)磁性能分類磁導(dǎo)率：表征物質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量。軟磁

:硬磁（永磁）:

1．鐵磁性物質(zhì)的磁化曲線圖4-1鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線

圖4-2鐵磁性物質(zhì)的基本磁化曲線

磁飽和剩磁工程上常用oa段基本磁化曲線來表示鐵磁性物質(zhì)的磁性能，進(jìn)行磁路計(jì)算。磁場強(qiáng)度H：表征磁場強(qiáng)弱的物理量，與磁介質(zhì)的導(dǎo)磁性能無關(guān)。

磁感應(yīng)強(qiáng)度B：表征磁場強(qiáng)弱的物理量，與磁介質(zhì)的導(dǎo)磁性能有關(guān)。

（2）剩磁性鐵磁材料經(jīng)磁化后，若磁化場的磁場強(qiáng)度降為零，鐵磁材料中仍能保留一定的剩磁。2．鐵磁性物質(zhì)的磁性能

（1）高導(dǎo)磁性在一定的溫度范圍內(nèi)，鐵磁材料的磁導(dǎo)率很大，其值為真空磁導(dǎo)率的數(shù)百乃至數(shù)千倍。（4）磁滯性鐵磁材料在交變磁化過程中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化總是滯后于磁場強(qiáng)度的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象，簡稱磁滯。（3）磁飽和性當(dāng)磁化場的磁場強(qiáng)度增大到一定數(shù)值后，若再增大，則鐵磁材料中的磁感應(yīng)強(qiáng)度幾乎不再增大，磁化達(dá)到飽和狀態(tài)。由于鐵磁材料具有磁飽和特性，因而鐵磁材料的與之間呈非線性關(guān)系，磁導(dǎo)率不是常數(shù)。3.鐵磁性物質(zhì)的種類與用途鐵磁性物質(zhì)硬磁:軟磁:磁滯回線較寬，剩磁和嬌頑力較大，常用的硬磁材料有鋁鎳鈷合金、鎢鋼、鈷鋼、鋇鐵氧體、鍶鉄氧體等。（永磁）磁導(dǎo)率高，磁滯回線狹窄，磁滯損耗小。常用的有鐵氧體，如半導(dǎo)體收音機(jī)的磁棒和中周變壓器的鐵心就用的是軟磁鐵氧體。用于低頻的軟磁材料有硅鋼、鑄鋼、坡莫合金等，電機(jī)、變壓器中用的鐵心多為硅鋼片。圖4-3二、磁路圖4-4磁路磁路：磁通流通的路徑。工程上把約束在鐵心及其氣隙所限定的范圍內(nèi)的磁通路徑稱為磁路。主磁通：經(jīng)過變壓器鐵心而閉合的磁通稱為主磁通漏磁通：部分經(jīng)過空氣而閉合的磁通稱為漏磁通。三、交流鐵心線圈1.電壓與磁通的關(guān)系

不考慮線圈的電阻及漏磁通，根據(jù)式（1-17）、式（1-18）可得

當(dāng)電壓u為正弦量時(shí)，磁通也是正弦量，因此若設(shè)，則有式中，U的單位為V，f的單位為Hz，的單位為Wb。圖4-5（4-1）（4-2）三、交流鐵心線圈1.電壓與磁通的關(guān)系

圖4-5結(jié)論1、2、相位關(guān)系上，端電壓超前于磁通3、量值關(guān)系上，2.鐵心損耗鐵心損耗在交變磁通作用下，鐵心中存在著能量損耗，稱為鐵心損耗，簡稱鐵損，用表示。渦流損耗磁滯損耗1）渦流損耗鐵心中的交變磁通在鐵心中感應(yīng)出電壓，由于鐵心也是導(dǎo)體，就產(chǎn)生了一圈一圈的電流，這種電流稱為渦流。渦流產(chǎn)生的功率損耗與感應(yīng)電壓的平方成正比。由式（4-2）可知感應(yīng)電壓U與磁通交變的頻率f及磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值Bm成正比，因此渦流損耗與f及Bm的平方成正比。2）磁滯損耗鐵磁性物質(zhì)在反復(fù)磁化時(shí)，會產(chǎn)生一種類似于摩擦生熱的能量損耗，這就是磁滯損耗。第二節(jié)單相變壓器一、基本結(jié)構(gòu)及工作原理1．基本結(jié)構(gòu)（1）鐵心鐵心構(gòu)成了變壓器的磁路，并作為繞組的支撐骨架。心式殼式符號

（2）繞組繞組構(gòu)成變壓器的電路。4-6式中，N稱為變壓比，簡稱變比，它是變壓器的一個(gè)重要參數(shù)。當(dāng)K>1時(shí)為降壓變壓器；當(dāng)K<1時(shí)為升壓變壓器。

2．工作原理（１）空載運(yùn)行設(shè)則可根據(jù)電磁感應(yīng)定律一次繞組二次繞組圖4-7（2）負(fù)載運(yùn)行

理想情況下：變壓器一次側(cè)視在功率與二次側(cè)視在功率相等，即圖4-8（３）阻抗變換變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，從一次繞組看進(jìn)去的阻抗為有一單相變壓器，當(dāng)一次繞組接在220V的交流電源上時(shí)，測得二次繞組的端電壓為22V，若該變壓器一次繞組的匝數(shù)為2100匝，求其變比和二次繞組的匝數(shù)。

匝例解二、工作特性1．外特性

工程上，常用電壓變化率來反映變壓器二次側(cè)端電壓隨負(fù)載而變化的情況。式中，是空載時(shí)二次繞組的端電壓，是負(fù)載時(shí)二次繞組的端電壓。電壓變化率反映了變壓器帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)性能的好壞，是變壓器的一個(gè)重要性能指標(biāo)，一般控制在３﹪～６﹪左右。圖4-9變壓器在運(yùn)行過程中會有一定的損耗，主要分為銅損耗和鐵損耗。變壓器的輸出功率與輸入功率之比稱為效率，用表示，即2．損耗與效率（1）損耗（2）效率

第三節(jié)三相變壓器

一、三相變壓器的種類和結(jié)構(gòu)1.種類圖4-10圖4-11三相心式變壓器2.結(jié)構(gòu)圖4-12電力變壓器外型橢圓形油箱結(jié)構(gòu)長方形波紋油箱結(jié)構(gòu)圖4-13電力變壓器銘牌電力變壓器產(chǎn)品型號S7-500/10標(biāo)準(zhǔn)代號××××額定容量500kV?A產(chǎn)品代號××××額定頻率50Hz出廠序號××××相數(shù)3相聯(lián)接組Y，yn0阻抗電壓4﹪?yán)鋮s方式油冷使用條件戶外開關(guān)位置額定電壓額定電流高

壓低

壓高

壓低

壓Ⅰ10.5kV27.5AⅡ10kV400V28.9A721.7AⅢ9kV30.4A二、電力變壓器的銘牌及主要參數(shù)××變壓器廠××年××月高壓側(cè)電壓(kV)變壓器容量(kV?A)S7—500/101．型號設(shè)計(jì)序號三相變壓器高壓側(cè)額定電壓據(jù)變壓器的絕緣強(qiáng)度和允許發(fā)熱而規(guī)定的一次繞組的正常工作電壓值。低壓側(cè)額定電壓變壓器空載時(shí)，高壓側(cè)加額定電壓后，低壓側(cè)的端電壓。2．額定電壓額定電壓均指

線電壓??！額定電流據(jù)變壓器的允許發(fā)熱而規(guī)定的允許繞組長期通過的最大電流值。3．額定電流線電流！！額定電流均指？額定容量變壓器在額定工作狀態(tài)下，二次繞組的視在功率，常以kV·A為單位。4．額定容量單相變壓器的額定容量為（kV·A）三相變壓器的額定容量為（kV·A）5．聯(lián)接組別Yyno二次側(cè)連接成星形一次側(cè)接成星形，中性點(diǎn)不引線二次側(cè)中性點(diǎn)接地，并引出線表示一、二次側(cè)繞組線電壓的相位差（0～11共十二個(gè)時(shí)鐘數(shù)碼）三、三相變壓器的用途

目前我國交流輸電的電壓為110kV、220kV、330kV及500kV等多種。主要用于輸、配電系統(tǒng)。包括升壓變壓器、降壓變壓器和配電變壓器。據(jù)在輸送和一定時(shí)節(jié)約輸電線材料，減小輸電線路的損耗，輸電線的截面積第四節(jié)自耦變壓器把一次繞組和二次繞組合二為一，如圖所示，就成為只有一個(gè)繞組的變壓器，這種變壓器稱為自耦變壓器。特點(diǎn)：一、二次繞組之間不僅有磁耦合，而且還有電的直接聯(lián)系。圖4-14原理圖自耦變壓器的原理與普通變壓器一樣