第四章 磁路與變壓器.ppt

1、第四章 磁路與變壓器,第一節(jié) 磁路的基本知識 第二節(jié) 變壓器 第三節(jié) 幾種常用變壓器,第一節(jié) 磁路的基本知識,一、磁路 由鐵芯制成，使磁通集中能過的回路稱磁路。如圖4-1所示。鐵芯中的磁通稱為主磁通。 若用表示磁通，線圈中電流有效值I與線圈匝數(shù)N的乘積表示磁動勢，Rm表示磁阻。磁路與電路對照如表4-1所示。,下一頁,第一節(jié) 磁路的基本知識,二、磁滯現(xiàn)象 當(dāng)鐵芯線圈通入交流電時，鐵芯中的磁疇會隨交流電的變化而被反復(fù)磁化。但由于磁疇本身存在“慣性”，使得磁通的變化滯后于電流的變化。這種現(xiàn)象稱為磁滯。反復(fù)磁化形成的封閉曲線稱為磁滯回線。如圖4-4所示。 外磁場不斷克服磁疇的“慣性”要消耗一定的能量，

2、稱磁滯損耗。磁滯損耗是引起鐵芯發(fā)熱的原因之一。在交流供電用電設(shè)備中，應(yīng)選擇磁滯損耗小的鐵磁材料，稱軟磁材料。相反，磁滯損耗較大的鐵磁材料稱硬磁材料。不同鐵磁材料可用專門儀器測出其磁滯回線進行比較，以區(qū)分各屬于何性。 表4 -3對硬、軟磁材料進行了比較、,下一頁,上一頁,第一節(jié) 磁路的基本知識,三、渦流 交變的磁通穿過鐵芯導(dǎo)體時，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在其內(nèi)部產(chǎn)生旋渦形的電流，稱為渦流、如圖4-5 ( a)所示 渦流會使鐵芯發(fā)熱并消耗能量，稱渦流損耗，為廠減少渦流損耗，鐵芯通常采用彼此絕緣的硅鋼片疊成，而且所用的硅鋼片中含有少量的硅(0. 8%-4. 8%)，如圖4-5 ( b)所示。,下一頁

3、,上一頁,第一節(jié) 磁路的基本知識,四、交流鐵芯線圈電路 圖4 -6為交流鐵芯線圈電路。由于線圈中有鐵芯存在，使線圈的外加電壓與線圈中的電流是非線性關(guān)系。這種非線性關(guān)系主要是因為磁通與電流的非線性關(guān)系造成的。其非線性關(guān)系可由磁化曲線分析得出。而電壓與磁通的關(guān)系由以下公式得出。 式中 U加在鐵芯線圈上的電壓的有效值; N線圈匝數(shù); f電源頻率; m鐵芯中交變磁通的幅值。,上一頁,返 回,第二節(jié) 變壓器,一、變壓器的基本結(jié)構(gòu) 1.線圈 線圈又稱為繞組。 接電源的繞組稱為原繞組(或初級繞組、一次繞組)，接負(fù)載的繞組稱為副繞組(或次級繞組、二次繞組)。 2.鐵芯 變壓器鐵芯的作用是構(gòu)成磁路。 變壓器的鐵

4、芯一般分為心式和殼式兩大類。如圖4 -7所示。心式變壓器在兩側(cè)鐵芯柱上放置線圈，殼式變壓器在中間鐵芯柱上放置線圈。,下一頁,第二節(jié) 變壓器,二、變壓器的工作原理 圖4 -8為變壓器空載運行原理圖。變壓器空載運行是指原繞組接電源，副繞組開路的狀態(tài)。 理想狀態(tài)下，變壓器的電壓變換關(guān)系為 當(dāng)副繞組接入負(fù)載Z2時，稱有載運行。圖4-9為變壓器的有載運行原理圖。 在理想情況下，輸入變壓器的功率全部消耗在負(fù)載上，有,下一頁,上一頁,第二節(jié) 變壓器,二、變壓器的工作原理 在圖4-10中，副繞組接入阻抗值為|Z2|的負(fù)載，從原繞組看進去等效阻抗值為|Z1| ，有,下一頁,上一頁,第二節(jié) 變壓器,三、變壓器的外

5、特性 在電源電壓和負(fù)載功率因數(shù)不變的條件下，變壓器副繞組電壓U2與電流I2的關(guān)系稱為變壓器的外特性。變壓器副繞組所接負(fù)載變化時，電壓U2將隨負(fù)載電流I2的增加而下降，如圖4-11所示。,下一頁,上一頁,第二節(jié) 變壓器,四、變壓器的損耗及效率 變壓器主要有兩部分功率損耗，鐵損耗和銅損耗。 變壓器鐵芯中的磁滯損耗和渦流損耗稱為鐵損耗。當(dāng)外加電壓一定時，工作磁通一定，鐵損耗是不變的，也稱為固定損耗。 變壓器繞組有電阻，電流通過繞組時功率損耗稱為銅損耗。銅損耗的大小隨通過繞組中的電流變化而變化，也稱銅損耗為可變損耗。 變壓器的輸出功率與輸入功率之比稱為變壓器的效率。變壓器的效率常用下式確定,上一頁,返

6、 回,第三節(jié) 幾種常用變壓器,一、自藕變壓器 在普通的變壓器中，原、副繞組之間僅有磁藕合，而無直接的電聯(lián)系。而自藕變壓器原、副繞組共用一部分繞組，它們之間不僅有磁藕合，還有電的聯(lián)系，其原理圖如圖4 -12所示。 圖4 -13表示用自鍋變壓器給攜帶式行燈提供12V的工作電壓的電路圖。圖(a)的接法是錯誤的。正確的接法見圖(b)。 自鍋變壓器也可以用于升壓，接法如圖4-14所示,下一頁,第三節(jié) 幾種常用變壓器,一、自藕變壓器 自藕變壓器還可以把抽頭制成能夠沿線圈自由滑動的觸點，可平滑調(diào)節(jié)副繞組電壓。其鐵芯制成環(huán)形，靠手柄轉(zhuǎn)動滑動觸點來調(diào)壓。圖4-15為實驗室常用的低壓小容量的自藕變壓器。 自藕變壓

7、器可以制成三相結(jié)構(gòu)，繞組作星形連接，用于改變?nèi)嘟涣麟妷?。常用于三相異步中動機的降壓啟動。圖4-16為三相自藕變壓器的結(jié)構(gòu)圖,下一頁,上一頁,第三節(jié) 幾種常用變壓器,二、電焊變壓器 電弧焊接是在焊條與焊件之間燃起電弧，用電弧的高溫使金屬熔化進行焊接。電焊變壓器就是為滿足電弧焊接的需要而設(shè)計制造的特殊的變壓器。圖4 -17是其原理圖。 三、電力變壓器 電力系統(tǒng)一般均采用三相制，所以電力變壓器均系三相變壓器。三相變壓器的工作原理與單相變壓器相同。圖4-18為三相變壓器的結(jié)構(gòu)圖。,下一頁,上一頁,第三節(jié) 幾種常用變壓器,四、互感器 在電工測量中，被測量的電量經(jīng)常是高電壓或大電流。為了保證測量者的安全

8、，必須將待測電壓或電流按一定比例降低，以便于測量。用于測量的變壓器稱為儀用互感器。按用途可分為電壓互感器和電流互感器。 圖4 -20是接有電壓互感器和電流互感器測量電壓和電流的電路圖。 1.電壓互感器 電壓互感器的原繞組接待測高壓，副繞組接電壓表。其工作原理為,下一頁,上一頁,第三節(jié) 幾種常用變壓器,四、互感器 2.電流互感器 電流互感器的原繞組串聯(lián)在待測電路中，待測電路的電流I1, 即為原繞組電流。副繞組接電流表，流過電流為I2，其工作原理為,上一頁,返 回,圖4-1 磁路,返 回,表4-1 磁路與電路對照表,返 回,圖4-4 磁滯回線,返 回,表4-3 硬、軟磁材料比較表,下一頁,表4-3 硬、軟磁材料比較表,返 回,圖4-5 渦流,返 回,圖4-6 交流鐵芯線圈電路,返 回,圖4-7 變壓器的結(jié)構(gòu)和圖形符號,返 回,圖4-8 變壓器空載運行原理圖,返 回,圖4-9 變壓器有載運行原理圖,返 回,圖4-10 負(fù)載阻抗的等效變換,返 回,圖4-11 變壓器外特性曲線,返 回,圖4-12 自藕變壓器工作原理,返 回,