電工技術(shù)-5章-磁路及變壓器

第5章磁路與變壓器5.2交流鐵芯線圈電路5.1磁路5.3變壓器5.4電磁鐵5.1磁路1.

磁感應強度B5.1.1磁場的基本物理量2.磁通3.磁場強度H4.磁導率相對磁導率

r：

任一種物質(zhì)的磁導率和真空的磁導率0的比值。物質(zhì)的磁性（非磁性物質(zhì)，磁性物質(zhì)）1.非磁性物質(zhì)：

不具有磁化特性。0

，r

12.磁性物質(zhì)磁性物質(zhì)內(nèi)有許多顯磁性的小區(qū)域，稱為磁疇。在無外磁場作用時，各磁疇無序排列，磁場互相抵消，整體對外不顯磁性。磁疇外磁場在外磁場作用下，磁疇極性方向趨向外磁場，物質(zhì)整體顯出磁性。這一現(xiàn)象稱為磁性物質(zhì)被磁化。5.1.2磁性物質(zhì)的磁性能1.高導磁性磁性材料主要指鐵、鎳、鈷及其合金等。廣泛地應用于電工設備中，如電機、變壓器及各種鐵磁元件線圈內(nèi)的鐵心。在具有高導磁鐵心的線圈中，通入不太大的

勵磁電流，便可產(chǎn)生較大的磁通和磁感應強度。2.磁飽和性BJ

磁場內(nèi)，磁性物質(zhì)磁化的磁感應強度曲線；B0

磁場內(nèi)不存在磁性物質(zhì)時的磁感應強度直線；B

BJ曲線和B0直線疊加后的

磁化曲線。OHBB0BJB?a?b磁化曲線當外磁場增大到一定程度時，磁性物質(zhì)內(nèi)全部磁疇的磁場方向都轉(zhuǎn)向與外磁場方向一致，磁化磁場的磁感應強度趨向某一定值，稱為磁飽和。（用圖形來表示某種鐵磁材料在磁化過程中磁感強度B與H磁場強度之間關(guān)系的一種曲線，又叫磁化曲線，B-H曲線）3.磁滯性磁性材料在交變磁場中反復磁化，其B-H關(guān)系曲線是一條回形閉合曲線，稱為磁滯回線。即磁性材料中磁感應強度B的變化總是滯后于外磁場變化的性質(zhì)。剩磁感應強度Br(剩磁)：

當線圈中電流減小到零(H=0)時，鐵心中的磁感應強度。矯頑磁力Hc：

使B=0所需的H值。磁性物質(zhì)不同，其磁滯回線和磁化曲線也不同。按磁性物質(zhì)的磁性能，磁性材料分為三種類型：(1)軟磁材料具有較小的矯頑磁力，磁滯回線較窄。一般用來制造電機、電器及變壓器等的鐵心。常用的有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金即鐵氧體等。(2)永磁材料具有較大的矯頑磁力，磁滯回線較寬。一般用來制造永久磁鐵。常用的有碳鋼及鐵鎳鋁鈷合金等。(3)矩磁材料具有較小的矯頑磁力和較大的剩磁，磁滯回線接近矩形，穩(wěn)定性良好。在計算機和控制系統(tǒng)中用作記憶元件、開關(guān)元件和邏輯元件。常用的有鎂錳鐵氧體等。5.1.3磁路基本定律1.磁路的概念磁通的閉合路徑稱為磁路。+–NIfNSS直流電機的磁路交流接觸器的磁路鐵芯勵磁線圈在電機、變壓器及各種鐵磁元件中，常用磁性材料做成一定形狀的鐵心。鐵心的磁導率比周圍

空氣或其它物質(zhì)的磁導率高的多，磁通的絕大部分經(jīng)

過鐵心形成閉合通路。2.磁路的歐姆定律它是分析磁路的基本定律。（1）磁路中的磁通SxHxIN匝式中：F=NI為磁通勢，由其產(chǎn)生磁通；

Rm稱為磁阻，表示磁路對磁通的阻礙作用；

l為磁路的平均長度；

S為磁路的截面積。有：（2）磁路的歐姆定律磁通為，磁通勢為F，磁阻為Rm。3.磁路與電路的比較磁路磁通勢F磁通磁阻電路電動勢E電流密度J電阻磁感應強度B電流INI+_EIR4.磁路分析的特點(1)處理磁路時離不開磁場的概念；(2)在處理磁路時一般還要考慮漏磁通；(3)磁路歐姆定律和電路歐姆定律只是在形式上相似。由于不是常數(shù)，其隨勵磁電流而變，磁路歐姆定律不能直接用來計算，只能用于定性分析；(4)在電路中，當E=0時，I=0；但在磁路中，由于有剩磁，當F=0時，不為零；5.2交流鐵心線圈電路5.2.1電磁關(guān)系–+e–+e+–uNi（磁通勢）主磁通：通過鐵心閉合的磁通。漏磁通：經(jīng)過空氣或其它非導磁媒質(zhì)閉合的磁通。線圈鐵心i，鐵心線圈的漏磁電感與i不是線性關(guān)系。5.2.2電壓電流關(guān)系根據(jù)KVL:式中：R是線圈導線的電阻L是漏磁電感

當u是正弦電壓時，其它各電壓、電流、電動勢可視作正弦量，則電壓、電流關(guān)系的相量式為：漏感抗：Xσ=ωLσ

因線圈電阻R和漏抗X（或漏磁通）較小，其電壓降也較小，與主磁電動勢E相比可忽略，故有設主磁通則有效值則：當：U、f

一定時，Φm

基本不變。交流鐵心線圈的功率損耗主要有銅損和鐵損兩種。1.銅損（Pcu）：線圈電阻R的功率損耗。Pcu=RI2式中：I是線圈電流的有效值。2.鐵損（PFe）：交變磁通下的鐵心內(nèi)功率損耗。鐵損包括：磁滯損耗和渦流損耗。5.2.3功率損耗（1）磁滯損耗（Ph）：由磁滯現(xiàn)象所產(chǎn)生的能量損耗。磁滯損耗的大小正比與磁滯回線面積和磁場交變頻率f。OHB后果：磁滯損耗轉(zhuǎn)化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。1、選用磁滯回線狹小的磁性材料制作鐵心。

變壓器和電機中使用的硅鋼等材料的磁滯

損耗較低。2、設計時，適當選擇值,以減小鐵心飽和程度。

減少磁滯損耗的措施：(2)渦流損耗（Pe）渦流損耗:由渦流所產(chǎn)生的功率損耗。渦流：交變磁通在鐵心內(nèi)產(chǎn)生感應電動勢和電流，稱為渦流。渦流在垂直于磁通的平面內(nèi)環(huán)流。渦流損耗轉(zhuǎn)化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。電工技術(shù)中減少渦流損耗措施：1.提高鐵心的電阻率。選用硅鋼。2.鐵心用彼此絕緣的硅鋼片疊成，把渦流限制在較小的截面內(nèi)。鐵心線圈交流電路的有功功率為：先將實際鐵心線圈的線圈電阻R、漏磁感抗X分離出，剩下就得到用理想鐵心線圈電路；用一個不含鐵心的交流電路來等效替代實際鐵心線圈交流電路。5.2.4等效電路電阻R0是鐵損相應的等效電阻，感抗X0是和鐵心能量儲放相應的等效感抗。

電力工業(yè)中常采用高壓輸電低壓配電，實現(xiàn)節(jié)能并保證用電安全。具體如下：

發(fā)電廠10.5kV輸電線220kV升壓儀器36V降壓…實驗室380/220V降壓變電站10kV降壓降壓5.3變壓器

變壓器是一種常見的電氣設備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應用廣泛。變電壓：電力系統(tǒng)

變阻抗：電子線路中的阻抗匹配變電流：電流互感器

變壓器的主要功能有：在能量傳輸過程中，當輸送功率P=UIcos及負載功率因數(shù)cos

一定時：電能損耗小節(jié)省金屬材料（經(jīng)濟）5.3.1概述UIP=I2RlIS變壓器的磁路繞組：一次繞組二次繞組單相變壓器+–+–由高導磁硅鋼片疊成厚0.35mm或0.5mm鐵心變壓器的電路一次繞組N1二次繞組N2鐵心變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的分類電壓互感器電流互感器按用途分電力變壓器(輸配電用)儀用變壓器整流變壓器按相數(shù)分三相變壓器單相變壓器5.2.2變壓器的工作原理單相變壓器+–+–一次繞組N1二次繞組N2鐵心一次、二次繞組互不相連，能量的傳遞靠磁耦合。(1)空載運行情況1.電磁關(guān)系一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)開路。+–+–+–+–+–1i0(i0N1)1空載時，鐵心中主磁通是由一次繞組磁通勢產(chǎn)生的。(2)帶負載運行情況1.電磁關(guān)系一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)接負載。+–+–+–11i1(i1N1)i1i2(i2N2)

2有載時，鐵心中主磁通是由一次、二次繞組磁通勢共同產(chǎn)生的合成磁通。2i2+–e2+–e2+–u2Z2

2.變壓器的三個變比關(guān)系1）電壓變比2）電流變比3）阻抗變比2.電壓變換（設加正弦交流電壓）（匝比）K為變比結(jié)論：改變匝數(shù)比K，就能改變輸出電壓。U20為副邊開路電壓3.電流變換(一次、二次側(cè)電流關(guān)系)有載運行結(jié)論：一次、二次側(cè)電流與匝數(shù)成反比。4.阻抗變換由圖可知：結(jié)論：折算到變壓器一次側(cè)的等效阻抗模，為二次側(cè)所帶負載阻

抗模的K2

倍。(折算到變壓器原邊的阻抗)則或變壓器應用

的三變比關(guān)系:電流變比阻抗變換電壓變比(1)負載直接接在信號源上，信號源輸出電流解:交流信號源的電動勢E=80V，內(nèi)阻R0=400，負載電阻RL=4。（1）負載直接接在信號源上，計算信號源的輸出功率；

（2）按圖示方法接入負載時，欲使折算到一次側(cè)繞組的等效電阻

求變壓器電壓比和信號源輸出功率。例5-5信號源輸出功率(2)

負載RL經(jīng)過變壓器連接到信號源由阻抗變換此時信號源輸出電流為：信號源輸出功率為變壓器匝數(shù)比為：則電子線路中，常利用阻抗匹配實現(xiàn)最大輸出功率。結(jié)論：

接入變壓器以后，輸出功率大大提高。原因：

滿足了最大功率輸出的條件：三相電壓的變換1)三相變壓器的鐵芯結(jié)構(gòu)三相心式變壓器的鐵芯結(jié)構(gòu)ABC三相電壓的變換ABCXYZabczyx1)三相變壓器的結(jié)構(gòu)高壓繞組：A-XB-YC-ZX、Y、Z：尾端A、B、C：首端低壓繞組：a-xb-yc-za、b、c：首端x、y、z：尾端2)三相變壓器的連接方式連接方式：高壓繞組接法低壓繞組接法三相配電變壓器動力供電系統(tǒng)（井下照明）高壓、超高壓供電系統(tǒng)常用接法:（1）三相變壓器Y/Y0連接線電壓之比：（2）三相變壓器Y0/連接線電壓之比：1）變壓器的型號5.變壓器的銘牌和技術(shù)數(shù)據(jù)SJL1000/10

變壓器額定容量(KVA)

鋁線圈

冷卻方式J:油浸自冷式F:風冷式相數(shù)S:三相D:單相

高壓繞組的額定電壓(KV)

2）額定值額定電壓U1N、U2N

變壓器二次側(cè)開路（空載）時，一次、二次側(cè)繞組允許的電壓值單相：U1N，一次側(cè)電壓，

U2N，二次側(cè)空載時的電壓三相：U1N、U2N，一次、二次側(cè)的線電壓額定電流I1N、I2N

變壓器滿載運行時，一次、二次側(cè)繞組允許的電流值。單相：一次、二次側(cè)繞組允許的電流值三相：一次、二次側(cè)繞組線電流

額定容量

SN

傳送功率的最大能力。單相：三相：容量SN

輸出功率P2

一次側(cè)輸入功率P1

輸出功率P2注意：變壓器幾個功率的關(guān)系（單相）效率容量：一次側(cè)輸入功率：輸出功率：變壓器運行時的功率取決于負載的性質(zhì)5.3.4特殊變壓器1.自耦變壓器u1u2電壓關(guān)系：電流關(guān)