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電工電子技術(shù)第6章變壓器6.2變壓器6.1磁路和交流鐵芯線圈電路:本章要求1234理解變壓器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理以及運(yùn)行性能;重、難點(diǎn)
掌握磁場(chǎng)的物理量,磁性材料的磁性能;掌握磁路基本定律;重、難點(diǎn)特殊變壓器的應(yīng)用;難點(diǎn)磁路和交流鐵芯線圈電路主要內(nèi)容:重難點(diǎn):6.1磁路和交流鐵芯線圈電路磁場(chǎng)的物理量,磁性材料的磁性能;磁路基本定律磁路基本定律6.1磁路和交流鐵芯線圈電路(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B磁場(chǎng)的基本物理量——矢量單位:T(特斯拉),
B=F/(LI),B=H
均勻磁場(chǎng)——磁場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的B
大小相等,方向相同?!獦?biāo)量單位:Wb對(duì)于均勻磁場(chǎng)
=B·S——矢量定義H=B/
單位:A/m(安/米)(2)磁通
(3)磁場(chǎng)強(qiáng)度H——真空磁導(dǎo)率
0=410–7H/m(亨/米)(4)磁導(dǎo)率
相對(duì)磁導(dǎo)率r=/0
對(duì)于鐵磁材料r=1021056.1磁路和交流鐵芯線圈電路(1)高導(dǎo)磁性
在外磁場(chǎng)的作用下,磁性物質(zhì)被強(qiáng)烈磁化而呈現(xiàn)出很強(qiáng)的磁性。Hm–HmBr–HCBH(2)磁滯性B的變化落后于H。剩磁矯頑力鐵磁性材料特性6.1磁路和交流鐵芯線圈電路(3)磁飽和性
H增加,B增加很小的現(xiàn)象。Hm–HmBrHCBHB-H
-HbcBH
aa、c段
值大、過c點(diǎn)出現(xiàn)飽和鐵磁性材料特性6.1磁路和交流鐵芯線圈電路
磁路是研究局限于一定范圍內(nèi)的磁場(chǎng)問題。I
主磁通
漏磁通鐵心線圈磁路:磁通相對(duì)集中通過的路徑磁路及其基本定律6.1磁路和交流鐵芯線圈電路lNui–+根據(jù)得Hl=NI磁通勢(shì):F=NI(單位:安)磁壓降:Hl
磁路歐姆定律:磁路為不同材料組成時(shí)磁路磁阻:Rm磁路的歐姆定律6.1磁路和交流鐵芯線圈電路
一均勻閉合鐵心線圈如圖,匝數(shù)為300,鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.9T,磁路的平均長(zhǎng)度為45cm。試求:(1)鐵心材料為鑄鐵時(shí)線圈中的電流;(2)鐵心材料為硅鋼片時(shí)線圈中的電流。例題[解]先從磁化曲線中查出磁場(chǎng)強(qiáng)度的H值,然后再計(jì)算電流:(1)(2)6.1磁路和交流鐵芯線圈電路1、電磁關(guān)系
Φ
Φ
Nuiee
––+–++設(shè):
=
msinte=–Nmcost=Emsin(t–90)Em=Nm=
2f
Nm=
2f
NBmS
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值:交流鐵心線圈電路
(1)主磁電動(dòng)勢(shì)e
(2)漏磁電動(dòng)勢(shì)e
6.1磁路和交流鐵芯線圈電路2、
外加電壓與磁通的關(guān)系
Nuiee
––+–++u→Fm=iN→uR
=iR
(主磁通)→
(漏磁通)→由KVL:u=iR–e–e
因?yàn)镽和e
很小所以
u–eU的有效值U
E=
4.44fNmU=
4.44fNBmS6.1磁路和交流鐵芯線圈電路3、功率損耗
Nie
–+u–+e–+(1)磁滯損耗?Ph鐵心反復(fù)磁化時(shí)所消耗的功率。(2)渦流損耗?Pe
在鐵心中產(chǎn)生的感應(yīng)電流而引起的損耗。(3)鐵心損耗?PFe鐵心損耗=磁滯損耗+渦流損耗(4)銅損耗?PCu
線圈電阻產(chǎn)生的損耗?PCu
=I2R交流鐵心線圈工作時(shí)功率損耗為:P=UICOSθ=
I2R+?PFe6.1磁路和交流鐵芯線圈電路小結(jié)
1、磁場(chǎng)的物理量;2、磁性材料的磁性能;
3、磁路基本定律思考交流鐵芯線圈電路怎樣分析電磁關(guān)系?變壓器主要內(nèi)容:重難點(diǎn):6.2變壓器變壓器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理;變壓器電壓、電流和阻抗變換作用變壓器的工作原理;特殊變壓器的應(yīng)用6.2變壓器變壓器:是各種電氣設(shè)備及電子系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的一種多端子磁耦合基本電路元件,利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)從一種電壓的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓的交流電能。變壓器的功能:在能量傳輸過程中,當(dāng)輸送功率P=UIcos
及負(fù)載功率因數(shù)cos
一定時(shí):電能損耗小節(jié)省金屬材料(經(jīng)濟(jì))U
I
P=
I2RlI
S變壓器概述6.2變壓器變壓器概述電力工業(yè)中常采用高壓輸電低壓配電,實(shí)現(xiàn)節(jié)能并保證用電安全6.2變壓器電壓互感器
電流互感器
按用途分電力變壓器(輸配電用)儀用變壓器
特種變壓器
按鐵心方式殼式心式變壓器符號(hào)變壓器的分類實(shí)驗(yàn)變壓器
按相數(shù)分三相變壓器單相變壓器按繞組分雙繞組變壓器三繞組變壓器自耦變壓器
按冷卻分干式變壓器油浸式變壓器6.2變壓器變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器鐵心:硅鋼片疊壓而成。變壓器繞組:高強(qiáng)度漆包線繞制而成。其他部件:油箱、冷卻裝置、保護(hù)裝置鐵心線圈心式變壓器鐵心線圈殼式變壓器繞組:一次繞組二次繞組變壓器電路鐵心由高導(dǎo)磁硅鋼片疊成厚0.35mm或0.5mm變壓器磁路
6.2變壓器變壓器的工作原理6.2變壓器(1)空載運(yùn)行情況電磁關(guān)系一次側(cè)接交流電源,二次側(cè)開路。+–+–+–+–+–
1
i0(i0N1)
1空載時(shí),鐵心中主磁通
是由一次繞組磁通勢(shì)產(chǎn)生的。變壓器的工作原理6.2變壓器
1N1N2
??I0?E2
?U20?E1
?U1
?
E
1
?–+––+++–變壓器空載:E1
=
4.44fN1
mE2
=
4.44fN2
m結(jié)論U1U20—–=–—=KN1N2—變比變壓器的工作原理(2)空載運(yùn)行情況電壓變換6.2變壓器(1)帶負(fù)載運(yùn)行情況電磁關(guān)系一次側(cè)接交流電源,二次側(cè)接負(fù)載。+–+–+–
1
1i1(i1N1)i1i2(i2N2)
2有載時(shí),鐵心中主磁通
是由一次、二次繞組磁通勢(shì)共同產(chǎn)生的合成磁通。
2i2+–e2+–e2+–u2
Z
變壓器的工作原理6.2變壓器變壓器的工作原理(2)負(fù)載運(yùn)行情況電壓平衡方程SZLN1N2
??I1E2
?U2
?E1
?U1
?
E
1
??I2+–+–
E
2
?+–+–+–+–+6.2變壓器SZLN1N2
??I1E2
?U2
?E1
?U1
?
E
1
??I2+–+–
E
2
?+–+–+–+–+
?(I0
小)結(jié)論產(chǎn)生主磁通
的磁通勢(shì)有效值I0=I1N(2.55)
變壓器接負(fù)載:變壓器的工作原理(3)負(fù)載運(yùn)行情況電流變換6.2變壓器?I2KZL?U2?U1?I1Z0E?+––++–'ZL結(jié)論可利用變壓器進(jìn)行阻抗匹配變壓器的工作原理(4)阻抗變換+–6.2變壓器
如圖所示,交流信號(hào)源E=120V,內(nèi)阻R0=800
,負(fù)載RL=8
。(1)當(dāng)RL
折算到一次側(cè)的等效電阻RL=R0
時(shí),求變壓器的匝數(shù)和信號(hào)源的輸出功率;(2)當(dāng)將負(fù)載直接與信號(hào)源連接時(shí),信號(hào)源輸出多大功率?例題[解]?I2KRL?U2?U1?I1R0E?+–+–+–'RL(2)直接接負(fù)載時(shí)此時(shí)信號(hào)源的輸出功率:(1)變壓器的匝數(shù)比應(yīng)為:6.2變壓器
單相變壓器一次繞組N1=1000匝,二次繞組N2=500匝,現(xiàn)一次側(cè)加電壓U1=220V,二次側(cè)接電阻性負(fù)載,測(cè)得二次側(cè)電流I2=4A,試求(1)二次側(cè)的額定電壓為U2N;(2)變壓器一次側(cè)的等效負(fù)載
;(3)變壓器輸出功率
P2。例題[解](1)
,而,所以(2)由于,因此,有:V
(3)W6.2變壓器變壓器的運(yùn)行性能
1、電壓調(diào)整率:當(dāng)一次側(cè)電壓U1和負(fù)載功率因數(shù)cos
2保持不變時(shí),二次側(cè)輸出電壓U2和輸出電流I2的關(guān)系,U2=f(I2)。
U20:一次側(cè)加額定電壓、二次側(cè)開路時(shí),二次側(cè)的輸出電壓。一般供電系統(tǒng)希望要硬特性(隨I2的變化,U2
變化不大),電壓變化率約在5%左右。電壓變化率:cos
2=0.8(感性)U2I2U20I2Ncos
2=1O
(容性負(fù)載)電壓變化率約在5%左右6.2變壓器變壓器的運(yùn)行性能2.變壓器的效率()變壓器的損耗包括兩部分:銅損(
PCu):繞組導(dǎo)線電阻的損耗。與負(fù)載大?。ㄕ扔陔娏髌椒剑┯嘘P(guān)。
鐵損(
PFe):變壓器的效率為一般
95%,負(fù)載為額定負(fù)載的(50~75)%時(shí),最大。輸出功率輸入功率磁滯損耗:渦流損耗它與鐵心內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值Bm的平方成正比。與負(fù)載大小無關(guān)。6.2變壓器
有一單相變壓器的額定容量50kV·A、額定電壓10000V/250V,當(dāng)該變壓器向
的負(fù)載供電時(shí),正好滿載,試求變壓器一次側(cè)、二次側(cè)繞組額定電流和電壓變化率。例題[解]
AAV6.2變壓器特殊變壓器U1?N1N2ZL?U2+
+
?U1
?N1N2
?U2ZLI1
?I2
?I+
+
(1)自耦變壓器(1)使用時(shí),改變滑動(dòng)端的位置,便可得到不同的輸出電壓。(2)實(shí)驗(yàn)室中用的調(diào)壓器就是根據(jù)此原理制作的。(3)注意:一次、二次側(cè)千萬不能對(duì)調(diào)使用,以防變壓器損壞。6.2變壓器特殊變壓器(2)電壓互感器被測(cè)電壓=電壓表讀數(shù)
N1/N2VZLN1(匝數(shù)多)保險(xiǎn)絲N2(匝數(shù)少)~u(被測(cè)電壓)使用注意事項(xiàng):(1)
鐵心、低壓繞組的一端接地,以防在絕緣損壞時(shí),在二次側(cè)出現(xiàn)高壓。(2)二次側(cè)不能短路,以防產(chǎn)生過流;實(shí)現(xiàn)用低量程的電壓表測(cè)量高電壓6.2變壓器特殊變壓器電流表(被測(cè)電流)N1(匝數(shù)少)N2(匝數(shù)多)AZLi1i2被測(cè)電流=電流表讀數(shù)
N2/N1實(shí)現(xiàn)用低量程的電流表測(cè)量大電流使用注意事項(xiàng):(1)二次側(cè)不能開路,以防產(chǎn)生高電壓;(2)鐵心、低壓繞組的一端接地,以防在絕緣損壞時(shí),在二次側(cè)出現(xiàn)過壓。(3)電流互感器6.2變壓器變壓器繞組的極性判定同極性端:當(dāng)電流流入(或流出)兩個(gè)線圈時(shí),若產(chǎn)生的磁通方向相同,則兩個(gè)流入(或流出)端。(1)同極性端(同名端)??UXux?UXux
同極性端用“?”表示。增加+–+++–––同極性端和繞組的繞向有關(guān)。?6.2變壓器(2)線圈的接法變壓器繞組的極性判定聯(lián)接
2-3
變壓器原一次側(cè)有兩個(gè)額定電壓為110V的
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