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第8章磁路與變壓器第8章磁路與變壓器

課堂討論

8.8特殊變壓器8.7三相變壓器8.5變壓器的基本結(jié)構與額定值

8.1磁場的基本物理量8.3磁路及其基本定律8.2物質(zhì)的磁性能

8.4鐵心線圈電路與電磁鐵

8.6變壓器的工作原理

下一章上一章返回主頁LFChun制作大連理工大學電氣工程系一、磁感應強度磁感應強度B是一個矢量。磁感應強度B

的大小2.磁感應強度B的方向與產(chǎn)生磁場的電流的方向符合右手螺旋定則。3.均勻磁場

磁場中各點B的大小相等、方向相同的磁場。

8.1磁場的基本物理量第8章磁路與變壓器Fl

IB=（T）※

F——電磁力。

l——載流導體的長度。

I——通過導體的電流。

LFChun制作大連理工大學電氣工程系二、磁通磁場是用磁感線來描述的。磁通

是通過某給定曲面總磁感線的條數(shù)。8.1磁場的基本物理量——磁通密度

SB=

關于單位

——韋伯(Wb)。

B——特斯拉(T)，1T=1Wb/m2。LFChun制作大連理工大學電氣工程系三、磁場強度磁場強度

H

是一個矢量。1.安培環(huán)路定律

8.1磁場的基本物理量

電流的方向與積分路徑的繞行方向符合右螺旋定則的電流取正，反之取負。

H

的單位：安/米（A/m）。2.H與B的區(qū)別

H∝I，與介質(zhì)的性質(zhì)無關。

B與電流的大小和介質(zhì)的性質(zhì)均有關。H

dl=∑I∮LFChun制作大連理工大學電氣工程系四、磁導率磁導率

是用來表示媒質(zhì)磁性的物理量。8.1磁場的基本物理量BH

=（H/m）

真空中的磁導率

0=4

×10－7H/m

相對磁導率

0

r=BB0

=LFChun制作大連理工大學電氣工程系8.2物質(zhì)的磁性能物質(zhì)按磁導率分類：非磁性物質(zhì)、磁性物質(zhì)。一、非磁性物質(zhì)

≈

0（

為常數(shù)）

r≈11.順磁物質(zhì)例如空氣：

略大于

0

。2.反磁物質(zhì)例如銅：

略小于

0。第8章磁路與變壓器BHO磁化曲線LFChun制作大連理工大學電氣工程系二、磁性物質(zhì)（鐵磁物質(zhì)）1.高導磁性

0，

r

1

常用磁性材料的磁導率

鑄鋼：

≈1000

0

硅鋼片：

≈(6000~7000)

0

玻莫合金：

≈(20000~200000)

0

磁性物質(zhì)具有被強烈磁化的特點8.2物質(zhì)的磁性能磁疇（磁化前）磁疇（磁化后）外磁場磁疇雜亂無章地排列，對外不呈磁性磁化磁場與外磁場同方向內(nèi)部B

很強

LFChun制作大連理工大學電氣工程系＋u－

i主磁通漏磁通8.2物質(zhì)的磁性能

磁性物質(zhì)的高導磁性被廣泛應用于變壓器和電機中。鐵心勵磁繞組

※由于鐵心的高導磁性，通過鐵心中的主磁通遠遠大于漏磁通。

LFChun制作大連理工大學電氣工程系2.磁飽和性

不是常數(shù)。BHO初始磁化曲線8.2物質(zhì)的磁性能

HO

與H

關系LFChun制作大連理工大學電氣工程系3.磁滯性剩磁Hm－Hm矯頑磁力－HcHcBHOBr－Br磁滯回線BHO基本磁化曲線8.2物質(zhì)的磁性能常用磁性材料的剩磁和矯頑磁力

鑄鋼：Br=0.475~0.5T，Hc=880~1040A/m

硅鋼片：Br=0.8~1.2T，

Hc

=32~64A/m

玻莫合金：Br=1.1~1.4T

，

Hc

=4~14A/mLFChun制作大連理工大學電氣工程系4.磁性物質(zhì)的分類8.2物質(zhì)的磁性能(1)

硬磁物質(zhì)

B－H

曲線寬，Br大、Hc大。用于制造永磁鐵。(2)

軟磁物質(zhì)

B－H

曲線窄，Br小、Hc小。用于制造變壓器、電機等電器的鐵心。(3)矩磁物質(zhì)

B－H

曲線形狀接近矩形，Br大、Hc小。用于計算機中，作記憶單元。LFChun制作大連理工大學電氣工程系8.3磁路及其基本定律第8章磁路與變壓器一、磁路歐姆定律

1S1l1

0S0l0Φ＋U－I根據(jù)B1=ΦS1H1=

B1

1Φ

1S1=B0=ΦS0H0=

B0

0Φ

0S0=鐵心中：氣隙中：H

dl=∑I∮LFChun制作大連理工大學電氣工程系※

用于定性分析磁路，不能用于定量計算。

左邊=H1

l1＋H0l0

l0

0S0

l1

1

S1=＋8.3磁路及其基本定律=(＋)

l0

0

S0l1

1

S1

=(Rm1＋Rm0)

=Rm

磁阻:

Rm=Rm1＋Rm0l0

0

S0l1

1

S1＋=右邊=∑I=N

I或

∑I=F因此磁路歐姆定律

Rm

=F——磁動勢

=FRm不是常數(shù)

LFChun制作大連理工大學電氣工程系8.3磁路及其基本定律磁路中的氣隙的影響∵

1＞＞

0

∴

Rm0

＞＞Rm1

當F一定時，因Rm0的存在，使

大大減小。若要保持

一定，則需增大磁動勢F。I1I2Φ1Φ2Φ3二、磁路基爾霍夫定律閉合面1.第一定律

3－

1－

2

=

0任一閉合面：

=0LFChun制作大連理工大學電氣工程系8.3磁路及其基本定律2.第二定律根據(jù)得出

H

l=

N

I

※

H

l稱為磁壓降。

對于下圖所示的磁路，取外圍回路有

H

l=H1l1－H2l2=F1－F2

取左回路有

F1=H1l1＋H3l3取右回路有

F2=H1l1＋H3l3I1I2Φ1Φ2Φ3l1l3l2H

dl=N

I∮Ｎ1Ｎ2=N1I1－N2I2LFChun制作大連理工大學電氣工程系8.3磁路及其基本定律磁路和電路的比較

磁通

電流I磁動勢F=N

I電動勢

E磁導率

電導率

磁阻

Rm=l

/

(

S)

電阻R=l

/

(

S)磁壓降H

l=Rm

電壓降U=R

I磁路歐姆定律

F=Rm

歐姆定律

E=RI

基爾霍夫第一定律

=0基爾霍夫第一定律

I=0

基爾霍夫第二定律

H

l=

F基爾霍夫第二定律

RI

=

E磁路電路LFChun制作大連理工大學電氣工程系8.4鐵心線圈電路與電磁鐵第8章磁路與變壓器一、直流電磁鐵Φ＋U－SNNSIF勵磁

U

→I→N

I→

URI=電壓與電流的關系根據(jù)I→磁化曲線→Φ

線圈的功率：P=R

I21.直流鐵心線圈電路LFChun制作大連理工大學電氣工程系2.電磁吸力F

銜鐵吸合后→磁阻

I

不變

→

F

8.4磁路及其基本定律電磁鐵的常見結(jié)構型式

＋U－靜鐵心銜鐵線圈靜鐵心銜鐵線圈靜鐵心銜鐵線圈牽引桿

LFChun制作大連理工大學電氣工程系二、交流電磁鐵Φ＋u－

i1.交流鐵心線圈電路Fe

勵磁u→i→Ni→

→e→e

d

dt=－Nd

dt=－Ndidt=－L

(1)電壓與電流關系設

=

msin

t則

e

=－N

mcos

t=N

msin(

t－90o)

Em=N

m

=

2

fN

m8.4磁路及其基本定律LFChun制作大連理工大學電氣工程系E=4.44fN

m漏磁通磁路對應的電感N

iL

=漏感抗（漏電抗）

X=ωL

=2

fL

U=UR－E

－E=－E＋j

L

I＋RI=－E＋(R＋j

L

)I=－E＋ZI漏阻抗E=－j4.44fNΦm

Φ＋u－ie

8.4磁路及其基本定律LFChun制作大連理工大學電氣工程系U=－E

忽略漏阻抗，有U4.44fN

m=則當

U、f

一定時，

m

基本不變。(2)功率視在功率:S=U

I無功功率:Q=Ssin

有功功率:P=Scos

=PCu＋PFe銅損鐵損=RI2+(Ph＋Pe)磁滯損耗渦流損耗8.4磁路及其基本定律LFChun制作大連理工大學電氣工程系磁滯損耗Ph

渦流損耗Pe

ΦΦ

銅損耗使線圈發(fā)熱，鐵損耗使鐵心發(fā)熱。減小鐵損耗的方法①使用軟磁材料減小Ph

；②增大鐵心的電阻率，減小渦流及其損耗

；③用很薄的硅鋼片疊成鐵心，減小渦流及其損耗

。(a)(b)0.35mm0.30mm0.27mm0.22mm8.4磁路及其基本定律LFChun制作大連理工大學電氣工程系鐵心(1)

變化→f變化電磁吸力用平均值衡量。

m不變→Fm不變。(2)銜鐵吸合后→磁阻

起動電流

工作電流。3.結(jié)構特點(1)鐵心和銜鐵用硅鋼片疊成。(2)加短路環(huán)消除銜鐵的振動。2.電磁吸力f和勵磁電流I

的變化

m不變

磁動勢

→勵磁電流

Of

t

FFm平均吸力8.4磁路及其基本定律短路環(huán)

1

2

LFChun制作大連理工大學電氣工程系8.5變壓器的基本結(jié)構與額定值

一、變壓器的用途變壓器是一種利用電磁感應作用來改變交流電能的電壓和電流等級的電氣設備。在電力系統(tǒng)中110、220kV330、500kV電能負荷10kV升壓變壓器遠距離輸電降壓變壓器10kV6kV380V220V在電子線路和自動控制系統(tǒng)中，變壓器起著信號傳遞、阻抗變換以及信號隔離等作用。第8章磁路與變壓器LFChun制作大連理工大學電氣工程系二、變壓器的基本結(jié)構1.鐵心

用硅鋼片疊成分鐵心柱和鐵軛兩部分2.繞組（線圈）一次繞組和二次繞組高壓繞組和低壓繞組11112222鐵心柱鐵軛鐵軛單相芯式變壓器結(jié)構圖8.5變壓器的基本結(jié)構與額定值

鐵心柱低壓繞組

高壓繞組

LFChun制作大連理工大學電氣工程系二、變壓器的基本結(jié)構1.鐵心2.繞組（線圈）3.其他油箱、油、油枕、保護設備等。1122單相殼式變壓器結(jié)構圖8.5變壓器的基本結(jié)構與額定值

鐵心柱鐵

軛鐵

軛LFChun制作大連理工大學電氣工程系1.按用途分類

電力變壓器、配電變壓器、整流變壓器、電焊變壓器、船用變壓器、電源變壓器…2.按相數(shù)分類三相變壓器、單相變壓器。3.按每相繞阻的個數(shù)分類雙繞阻變壓器、三繞阻變壓器、自耦變壓器。4.按冷卻方式分類干式變壓器、油浸式變壓器。5.按結(jié)構分類芯式變壓器、殼式變壓器。三、變壓器的分類圖例8.5變壓器的基本結(jié)構與額定值

LFChun制作大連理工大學電氣工程系1.額定容量SN（V·A

或kV·A）

即變壓器的額定視在功率。2.額定電壓U1N和U2N

（V

或kV）各繞組在空載額定分接下端子間電壓的保證值。3.額定電流I1N和I2N

（A

或kA）單相變壓器：SN=U1NI1N=U2NI2N

三相變壓器：4.額定頻率fN（Hz）

GB：fN=50Hz

5.額定效率

N6.額定溫升

N四、變壓器的額定值8.5變壓器的基本結(jié)構與額定值

SN=3U1NI1N=3U2NI2NLFChun制作大連理工大學電氣工程系＋u2－e18.6變壓器的工作原理一、電磁關系e2e

2＋u1－ZLΦΦ

1Φ

2

施加：u1→i1→N1

i1

1

→e

1e1e2u2→i2→N2

i2→Φ

2→e

2

→L

1→L

2第8章磁路與變壓器i2i1e

1LFChun制作大連理工大學電氣工程系變壓器的等效電路二、等效電路8.6變壓器的工作原理

＋u2－e1e2e

2＋u1－ZLΦΦ

1Φ

2i2i1e

1ZL＋U1－I1R1jX1－E1＋＋

E2－jX2R2I2＋U2

－

一次側(cè)電阻和漏電抗二次側(cè)電阻和漏電抗LFChun制作大連理工大學電氣工程系三、電壓變換U1=Z1I1－E1≈－E1=N1N2E1E2k=U2=E2－Z2I2≈E2I2=0I1=I0≤10%I1NU2=U20=E2U1≈E1

==k

U1U2

N1N21.電壓比

E1=4.44fN1

mE2=4.44fN2

m

變壓器空載時8.6變壓器的工作原理

※

Z1=R1＋j

L

1Z2=R2＋j

L

2U2=ZLI2LFChun制作大連理工大學電氣工程系

U1N

U2N壓之比，即k＞1。

規(guī)定

當

U1=U1N時，U20=U2N。如銘牌上標注電壓10000/230V

一般取高壓繞組的電壓與低壓繞組的電8.6變壓器的工作原理

※一般U2N比滿載時的電壓高5%~10%。LFChun制作大連理工大學電氣工程系U2=E2－Z2I2當U1=U1N，cos

2不變時：

U2=f(I2)

U2

I2OU2Ncos

2=1cos

2=0.8(感性)cos

2=0.8(容性)

U％=

U2N－U2U2N×100%

U％=2%~3%2.變壓器的外特性

電壓調(diào)整率

8.6變壓器的工作原理

I2N

U2LFChun制作大連理工大學電氣工程系四、電流變換U1N≈E1=4.44fN1ΦmU1N4.44fN1Φm≈N1i1↓↑N2i2

N1i0→ΦN1I1＋N2I2=

N1I0

磁動勢平衡方程：I1=－I2

N2N1N1I1＋N2I2=08.6變壓器的工作原理

＋u2－e1e2e

2＋u1－ZLΦΦ

1Φ

2i2i1e

1LFChun制作大連理工大學電氣工程系(1)i1與i2反相位

i1＞0時，i2＜0，即i2是去磁的。(2)i1與i2的大小關系I1I2N2N1==1k8.6變壓器的工作原理

＋u2－e1e2e

2＋u1－ZLΦΦ

1Φ

2i2i1e

1I1=－I2

N2N1LFChun制作大連理工大學電氣工程系五、阻抗變換作用忽略Z1、Z2、I0，則＋U1－=

U1U2I2I1=

N1N2=k|ZL'|

=U1I1=

kU2I2/kU2I2=k2=

k2|

ZL|8.6變壓器的工作原理

U1=Z1I1－E1≈－E1U2=E2－Z2I2≈E2N1I1＋N2I2=

N1I0

I1I2＋U2－|ZL||ZL'

|＋U1－等效LFChun制作大連理工大學電氣工程系解：(1)例8.1有一臺音頻變壓器，一次側(cè)所接信號源的參數(shù)為E=10V，R0=72

，二次側(cè)接阻值為8

的揚聲器(RL)。試求(1)揚聲器獲得最大功率時,該變壓器的電壓比和最大功率值；(2)揚聲器若直接與信號源連接所獲得的功率；(3)比較上述結(jié)果，說明變壓器在信號傳輸中的作用。8.6變壓器的工作原理

＋E

－I1＋U2－I2RLRSN2N1＋U1－＋E

－I1k2RLRS＋U1－等效ERS＋k2RLPL=k2RLI1

=k2RL(

)

22LFChun制作大連理工大學電氣工程系阻抗匹配在什么條件下PL達到最大值?

通過求導，可知當k2RL=RS

時，PL

=PLmax。

8.6變壓器的工作原理

即k

=RSRL

==372

8ERS＋k2RLPLmax=k2RL(

)

2=0.694WE22k2RL=(2)ERS＋RLPL=RL(

)

2=0.125W(3)變壓器的阻抗變換起到了阻抗匹配的作用，從而能夠?qū)崿F(xiàn)信號的最大功率傳輸。

LFChun制作大連理工大學電氣工程系六、變壓器的功率關系1.一次繞組的視在功率

S1=U1I12.二次繞組的視在功率

S2=U2I23.輸入功率

P1=U1I1cos

14.輸出功率

P2=U2I2cos

25.變壓器的損耗(1)銅損耗可變損耗8.6變壓器的工作原理

PCu=R1I12+R2I22(2)鐵損耗

PFe=Ph＋Pe6.效率

P1P2

=×100%不變損耗LFChun制作大連理工大學電氣工程系電力變壓器

當I2=(60%～80%)I2N時，

=

max

小型電力變壓器

=80%～90%

大型電力變壓器

=98%～99%

額定輸出功率P2N=U2NI2Ncos

2=SNcos

2

P2N=U2I2Ncos

2

忽略

U％時!8.6變壓器的工作原理

LFChun制作大連理工大學電氣工程系七、繞組的極性

U1U2a)繞向相同U1與u1是同極性端(同名端)U1與u2是異極性端(異名端)u1u2U1U2b)繞向相反U1與u2是同極性端(同名端)U1與u1是異極性端(異名端)u1u28.6變壓器的工作原理

LFChun制作大連理工大學電氣工程系a)繞向相同b)繞向相反1.繞組極性的標注方法8.6變壓器的工作原理

U1U2u1u2U1U2u1u2LFChun制作大連理工大學電氣工程系110V110V＋220V－a)繞組的串聯(lián)＋110V－b)繞組的并聯(lián)繞組的正確接法8.6變壓器的工作原理

110V110VLFChun制作大連理工大學電氣工程系1234(1)交流法U13U12U34如果

U13=U12－U34，如果U13=U12＋U34，則1端與3端是同名端。則1端與3端是異名端。

1端與4端是同名端。2.繞組極性的判斷方法8.6變壓器的工作原理

結(jié)論LFChun制作大連理工大學電氣工程系1234＋U

－＋－mA(2)直流法結(jié)論

如果毫安表正向偏轉(zhuǎn)，則1端與3端是同名端。如果毫安表正向偏轉(zhuǎn)，則1端與3端是異名端。8.6變壓器的工作原理

LFChun制作大連理工大學電氣工程系8.7三相變壓器一、三相變壓器的種類1.三相組式變壓器U1

U2u1

u2V1

V2v1

v2W1

W2w1

w2特點：三相之間只有電的聯(lián)系，沒有磁的聯(lián)系。第8章磁路與變壓器LFChun制作大連理工大學電氣工程系2.三相心式變壓器

特點：三相之間既有電的聯(lián)系，又有磁的聯(lián)系。U1U2u1u28.7三相變壓器

V1V2v1v2W1W2w1w2LFChun制作大連理工大學電氣工程系

聯(lián)結(jié)方式高壓繞組低壓繞組

星形有中性線YNyn

星形無中性線Yy

三角形DdGB:

Yyn、Yd、YNd、Yy、YNy二、三相繞組的聯(lián)結(jié)方式最常用的三種8.7三相變壓器

LFChun制作大連理工大學電氣工程系a)Yynb)Ydc)YNd常用聯(lián)結(jié)方式8.7三相變壓器

U1

V1

W1U2

V2

W2u1

v1

w1nu2

v2

w2v1

w1u1

v2

w2u2U1

V1

W1Nu2

v2

w2U1

V1

W1U2

V2

W2v1

w1u1

v2

w2u2LFChun制作大連理工大學電氣工程系8.8特殊變壓器

第8章磁路與變壓器一、自耦變壓器1.結(jié)構只有一個繞組。手柄接線柱可調(diào)式自耦變壓器（調(diào)壓器）LFChun制作大連理工大學電氣工程系2.工作原理

I+U2－I1E1E2＋U1－

I2

I降壓自耦變壓器升壓自耦變壓器N1N2忽略漏阻抗，則=U1U2E1E2=N1N2=k+U1－I1E1E2－

U2＋I28.8特殊變壓器

LFChun制作大連理工大學電氣工程系二、三繞組變壓器1.結(jié)構有三個繞組和三個電壓等級?！ぁぁ恋蛪褐袎焊邏骸痢ぁ林袎旱蛪焊邏航祲鹤儔浩魃龎鹤儔浩?.8特殊變壓器

LFChun制作大連理工大學電氣工程系2.工作原理=k12

U1

U2=

N1

N2=k13

U1

U3=

N1

N3=k23

U2

U3=

N2

N3N1N3N2I1I2＋U1－I3＋U2－＋U3－三繞組變壓器(1)各繞組間的電壓關系8.8特殊變壓器

LFChun制作大連理工大學電氣工程系(2)各繞組間的電流關系在滿載或接近滿載時，I0可忽略不計，則N1I1+

N2I2+

N3I3=N1I0

N1I1+

N2I2+

N3I3=0

3.容量

SN=U1NI1N※工作時應當保證各個繞組的視在功率不超過其繞組容量。8.8特殊變壓器

LFChun制作大連理工大學電氣工程系三、儀用互感器8.8特殊變壓器

1.電壓互感器u1~Vu1u2U1U2=N1N2=ku

國產(chǎn)互感器：

U2N=100V(2)使用注意二次繞組禁止短路。二次繞組與鐵心必須接地。(1)工作原理空載運行的降壓變壓器。電壓互感器LFChun制作大連理工大學電氣工程系→

E2

2.電流互感器(1)工作原理

短路運行的升壓變壓器。I1I2=N2N1=ki

國產(chǎn)互感器：I2N=5A(2)使用注意

二次繞組禁止開路。開路時：I2=0，I1不變→Φ

一次繞組工作電壓較高時，二次繞組與鐵心必須接地。

~Ai2i1鉗形電流表

8.8特殊變壓器

N1N21~2匝LFChun制作大連理工大學電氣工程系第8章磁路與變壓器殼式變壓器LFChun制作大連理工大學電氣工程系第8章磁路與變壓器

芯式變壓器LFChun制作大連理工大學電氣工程系第8章磁路與變壓器

S9型10kV三相油浸配電變壓器LFChun制作大連理工大學電氣工程系第8章磁路與變壓器

S11型10kV卷鐵心配電變壓器LFChun制作大連理工大學電氣工程系第8章磁路與變壓器

SZ9型35kV三相油浸電力變壓器LFChun制作大連理工大學電氣工程系第8章磁路與變壓器

SZ－40000/110型變壓器LFChun制作大連理工大學電氣工程系第8章磁路與變壓器

SFSZ－180000/220型變壓器

三繞組變壓器LFChun制作大連理工大學電氣工程系第8章磁路與變壓器大型變壓器的內(nèi)部LFChun制作大連理工大學電氣工程系第8章磁路與變壓器

ZQSC型整流變壓器LFChun制作大連理工大學電氣工程系樹脂澆注干式變壓器第8章磁路與變壓器LFChun制作大連理工大學電氣工程系整流變壓器第8章磁路與變壓器LFChun制作大連理工大學電氣工程系

8.1磁路的結(jié)構一定時，下列關于磁路磁阻的說法哪種正確？答：（

）。a.對于結(jié)構一定的磁路，其磁阻一定是常數(shù)b.磁路的磁阻與工作點有關系，為非線性的c.直流磁路的磁阻為線性的，交流磁路的磁阻為非線性的

8.2恒定（直流）電流通過電路時會在電阻中產(chǎn)生功率損耗，恒定磁通通過磁路時（

）產(chǎn)生功率損耗。a.也會b.不會c.不一定

8.3額定電壓為UN的交流鐵心線圈能否施加大小相同的直流電壓？答：（

）。a.不能b.能

c.不一定課堂討論bba第8章磁路與變壓器LFChun制作大連理工大學電氣工程系

8.4

交流鐵心線圈，電壓的有效值不變，而將鐵心的平均