第8章 鐵心線圈與變壓器

1、第8章鐵心線圈與變壓器8.1磁路的基本概念和定律8.2直流鐵心線圈與直流電磁鐵8.3交流鐵心線圈與交流電磁鐵8.4變壓器8.5理想變壓器的仿真分析8.1磁路的基本概念和定律8.1.1磁場的基本物理量8.1.2磁路的基本定律8.1.3磁性材料的BH曲線8.1.1磁場的基本物理量1.磁感應(yīng)強度具有外部磁場的物體稱為磁體(也稱為磁鋼或磁鐵)。2.磁通在工程上通常用磁力線來形象地描述空間磁場的強弱和方向，磁力線上各點的方向與該點B的方向一致，大小則用磁力線的疏密來表示。3.磁場強度、磁導率表征磁場性質(zhì)的另一個基本物理量是磁場強度，用H表示。表81各類物質(zhì)的相對磁導率8.1.1磁場的基本物理量8.1.2

2、磁路的基本定律1.安培環(huán)路定律(全電流定律)2.磁路的歐姆定律3.磁路的基爾霍夫定律1.安培環(huán)路定律(全電流定律)圖8-1環(huán)形鐵心線圈2.磁路的歐姆定律圖8-2有分支的磁路3.磁路的基爾霍夫定律表8-2磁路與電路各量的對應(yīng)關(guān)系8.1.3磁性材料的BH曲線已知磁通密度和磁場強度的關(guān)系為B=r0H,不同的磁性材料有不同的r,同一材料當磁通密度不同時r亦不相同。因此，不同的磁性材料有著不同的BH曲線。它是磁性材料最基本的特性，亦稱為磁性材料的磁化曲線。8.1.3磁性材料的BH曲線圖8-3磁化曲線a鑄鐵b鑄鋼c硅鋼片8.2直流鐵心線圈與直流電磁鐵1.直流鐵心線圈圖8-4是一直流鐵心線圈的原理圖。2.直

3、流電磁鐵直流電磁鐵、直流繼電器的基本結(jié)構(gòu)如圖8-4所示。1)由于勵磁電流是直流，磁動勢和磁通是恒定的，因而在勵磁線圈兩端不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。2)當勵磁線圈外加電壓U，線圈的電阻為R，則勵磁電流為3)由于鐵心中的磁通是恒定的，因而在鐵心中沒有能量損耗(無鐵損耗)，直流鐵心線圈的功率損耗為4)磁路中儲存的磁場能量對銜鐵將產(chǎn)生電磁吸力，通電后將使銜鐵迅速吸合。8.2直流鐵心線圈與直流電磁鐵1.直流鐵心線圈圖8-4直流鐵心線圈(電磁鐵)原理圖2.直流電磁鐵直流電磁鐵、直流繼電器的基本結(jié)構(gòu)主要由靜鐵心、線圈和銜鐵三部分構(gòu)成，是通過電磁吸力工作的。直流繼電器通電吸合后，其動鐵心所帶動的觸點可實現(xiàn)電路的接通

4、或斷開；直流電磁鐵利用其通電后的電磁吸力可制造成醫(yī)用的電磁吸盤及電磁起重機等。8.3交流鐵心線圈與交流電磁鐵8.3.1交流鐵心線圈的電磁關(guān)系與電壓平衡方程式8.3.2交流鐵心線圈的功率損耗8.3.3交流電磁鐵8.3.1交流鐵心線圈的電磁關(guān)系與電壓平衡方程式線圈加交變電壓u，則線圈中產(chǎn)生了交變電流i及與之相應(yīng)的交變磁動勢。和直流磁動勢一樣，交變的磁動勢也要產(chǎn)生兩種磁通：主磁通和漏磁通 。但它們都是交變的。兩種交變磁通在線圈中又分別產(chǎn)生了交變電動勢e和e 。8.3.1交流鐵心線圈的電磁關(guān)系與電壓平衡方程式圖8-5交流鐵心線圈8.3.2交流鐵心線圈的功率損耗圖8-6渦流的形成和抑制8.3.3交流電磁

5、鐵1)吸力f是交變的，為防止顫動，鐵心要嵌加分磁短路環(huán)。2)當外加電壓的有效值不變時，主磁通的最大值也幾乎不變。3)交流電磁鐵的鐵心和銜鐵是用硅鋼片疊裝而成，目的是減少磁滯和渦流損耗。8.3.3交流電磁鐵圖8-7交流電磁鐵的吸力8.3.3交流電磁鐵8.4變壓器8.4.1變壓器的分類和構(gòu)造8.4.2變壓器的額定值8.4.3變壓器的工作原理8.4.4變壓器的損耗與效率8.4.5其他類型變壓器簡介8.4.1變壓器的分類和構(gòu)造1.分類變壓器可以按用途、繞組數(shù)目、相數(shù)、冷卻方式分別進行分類。2.構(gòu)造變壓器主要由鐵心和繞組兩大部分構(gòu)成。1.分類按用途分類：電力變壓器、互感器、特殊用途變壓器。按繞組數(shù)目分類

6、：雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器。按相數(shù)分類：單相變壓器、三相變壓器。按冷卻方式分類：干式變壓器、油浸變壓器。2.構(gòu)造圖8-9單相變壓器外形a)心式變壓器b)殼式變壓器1鐵心2繞組8.4.2變壓器的額定值(1)額定容量SN它也是變壓器的視在功率。(2)一次側(cè)、二次側(cè)額定電壓U1N、U2N規(guī)定二次側(cè)額定電壓U2N是當變壓器一次側(cè)外加額定電壓U1N時二次側(cè)的空載電壓。(3)一次側(cè)、二次側(cè)額定電流I1N、I2N對于三相變壓器，額定電流指線電流。(4)額定頻率f我國電網(wǎng)頻率f=50Hz。(5)額定運行時繞組溫升油浸變壓器的線圈溫升限值為65K。8.4.3變壓器的工作原理1.變壓器的空載運行為方

7、便計，我們先來分析變壓器的空載運行情況。2.變壓器的負載運行變壓器二次繞組接上負載的運行狀態(tài)就叫變壓器的負載運行狀態(tài)，如圖8-11所示。3.變壓器的功能1.變壓器的空載運行圖8-10變壓器的空載運行2.變壓器的負載運行圖8-11變壓器的負載運行3.變壓器的功能(1)電壓變換(2)電流變換(3)阻抗變換(1)電壓變換一、二次側(cè)兩邊的電壓之比近似地等于其匝數(shù)之比。實際上當正常負載運行時仍然成立，即電壓之比近似地等于匝數(shù)之比，這就是變壓器變換電壓的功能。(2)電流變換圖8-12參數(shù)集中的變壓器電路(3)阻抗變換圖8-13變壓器的阻抗變換8.4.4變壓器的損耗與效率由于電流的大小和負載有關(guān)，負載變化時

8、銅損耗的大小也要相應(yīng)變化，因此銅損耗又稱可變損耗。變壓器正常工作時，一次電壓的有效值大小是不變的，因此主磁通最大值的大小也不變，從而鐵損耗也基本不變，所以鐵損耗又稱不變損耗。8.4.5其他類型變壓器簡介1.三相變壓器電能的發(fā)生、傳輸和分配都是用三相制的，三相電壓的變換在電力系統(tǒng)中占據(jù)著特殊重要的地位。2.自耦變壓器這種變壓器只有一個繞組，二次繞組是一次繞組的一部分，因此它的特點是一、二次繞組之間不僅有磁的聯(lián)系，電的方面也是連通的。3.電流互感器 電流互感器用來測量交流大電流或進行交流高電壓下電流的測量，它是根據(jù)變壓器的變流原理制成的。8.4.5其他類型變壓器簡介圖8-15三相心式變壓器的構(gòu)造原

9、理1低壓繞組2高壓繞組3鐵心柱4磁軛1.三相變壓器(1)三相變壓器的原理結(jié)構(gòu)和聯(lián)結(jié)法三相心式變壓器的構(gòu)造原理如圖8-15所示，它是由三根鐵心柱和三組高低壓繞組等組成。(2)聯(lián)結(jié)組單相變壓器的高低壓繞組都繞在同一個鐵心柱上，它們被同一個主磁通所交鏈。(1)三相變壓器的原理結(jié)構(gòu)和聯(lián)結(jié)法表8-3變壓器繞組的首端和末端標志圖8-16三相繞組的星形、三角形聯(lián)結(jié)a)星形聯(lián)結(jié)b)星形聯(lián)結(jié)中性點引出c)三角形逆聯(lián)d)三角形順聯(lián)(2)聯(lián)結(jié)組圖8-17單相變壓器兩繞組同繞向(2)聯(lián)結(jié)組圖8-18單相變壓器兩繞組反繞向(2)聯(lián)結(jié)組圖8-19Yy0聯(lián)結(jié)組(2)聯(lián)結(jié)組圖8-20Yd11聯(lián)結(jié)組2.自耦變壓器圖8-自耦變壓器2.自耦變壓器圖8-22自耦變壓器原理圖3.電流互感器圖8-23電流互感器a)原理圖b)電路符號c)測流鉗8.5理想變壓器的仿真分析可以用EDA軟件對理想變壓器進行仿真分析。對例8-7進行分析。取變壓器的變比為10,分別將信號源通過變壓器帶負載和不通