第3章 磁路和變壓器

1、電工電子技術(shù)基礎(chǔ),主編 李中發(fā) 制作 李中發(fā) 2003年7月,第3章 磁路和變壓器,3.1 磁路 3.2 變壓器,簡(jiǎn)單磁路概念和分析方法 變壓器工作原理,學(xué)習(xí)要點(diǎn),3.1 磁路,實(shí)際電路中有大量電感元件的線圈中有鐵心。線圈通電后鐵心就構(gòu)成磁路，磁路又影響電路。因此電工技術(shù)不僅有電路問(wèn)題，同時(shí)也有磁路問(wèn)題。,3.1.1 磁路的基本物理量,1磁感應(yīng)強(qiáng)度B,磁感應(yīng)強(qiáng)度B是表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱及方向的物理量。 B的大小等于通過(guò)垂直于磁場(chǎng)方向單位面積的磁力線數(shù)目，B的方向用右手螺旋定則確定。單位是特斯拉(T)。,2磁通,均勻磁場(chǎng)中磁通等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場(chǎng)方向的面積S的乘積，單位是韋伯(Wb)。

2、,3磁導(dǎo)率,磁導(dǎo)率表示物質(zhì)的導(dǎo)磁性能，單位是亨/米(H/m)。,真空的磁導(dǎo)率,非鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空極為接近，鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于真空的磁導(dǎo)率。,相對(duì)磁導(dǎo)率r：物質(zhì)磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率的比值。非鐵磁物質(zhì)r近似為1，鐵磁物質(zhì)的r遠(yuǎn)大于1。,4磁場(chǎng)強(qiáng)度H,磁場(chǎng)強(qiáng)度只與產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流以及這些電流分布有關(guān)，而與磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率無(wú)關(guān)，單位是安米（Am）。是為了簡(jiǎn)化計(jì)算而引入的輔助物理量。,3.1.2 磁場(chǎng)的基本定律,1安培環(huán)路定律,計(jì)算電流代數(shù)和時(shí)，與繞行方向符合右手螺旋定則的電流取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)。 若閉合回路上各點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等且其方向與閉合回路的切線方向一致，則：,2磁路歐姆定律,稱為磁阻，表示磁

3、路對(duì)磁通的阻礙作用。,因鐵磁物質(zhì)的磁阻Rm不是常數(shù)，它會(huì)隨勵(lì)磁電流I的改變而改變，因而通常不能用磁路的歐姆定律直接計(jì)算，但可以用于定性分析很多磁路問(wèn)題。,3電磁感應(yīng)定律,3.1.3 鐵磁材料的磁性能,高導(dǎo)磁性：磁導(dǎo)率可達(dá)102104，由鐵磁材料組成的磁路磁阻很小，在線圈中通入較小的電流即可獲得較大的磁通。 磁飽和性：B不會(huì)隨H的增強(qiáng)而無(wú)限增強(qiáng)，H增大到一定值時(shí)，B不能繼續(xù)增強(qiáng)。 磁滯性：鐵心線圈中通過(guò)交變電流時(shí)，H的大小和方向都會(huì)改變，鐵心在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化，在反復(fù)磁化的過(guò)程中，B的變化總是滯后于H的變化。,鐵磁材料的類型：,軟磁材料：磁導(dǎo)率高，磁滯特性不明顯，矯頑力和剩磁都小，磁滯回線較窄

4、，磁滯損耗小。 硬磁材料：剩磁和矯頑力均較大，磁滯性明顯，磁滯回線較寬。 矩磁材料：只要受較小的外磁場(chǎng)作用就能磁化到飽和，當(dāng)外磁場(chǎng)去掉，磁性仍保持，磁滯回線幾乎成矩形。,磁化曲線,磁滯回線,設(shè)線圈的電阻為R，主磁電動(dòng)勢(shì)為e和漏感電動(dòng)勢(shì)為e，由KVL，有：,3.1.4 交流鐵心線圈電路,e 的有效值為：,1電壓、電流和磁通的關(guān)系,寫成相量形式：,設(shè)漏磁電感為L(zhǎng)，則：,2功率損耗,3等效電路,圖中X0是反映線圈能量?jī)?chǔ)放的等效感抗。,3.2 變壓器,3.2.1 變壓器的工作原理,原繞組匝數(shù)為N1，電壓u1，電流i1，主磁電動(dòng)勢(shì)e1 ，漏磁電動(dòng)勢(shì)e1；副繞組匝數(shù)為N2 ，電壓u2 ，電流i2 ，主磁電

5、動(dòng)勢(shì)e2 ，漏磁電動(dòng)勢(shì)e2 。,1電壓變換,原繞組的電壓方程：,副繞組的電壓方程：,忽略電阻R1和漏抗X1的電壓，則：,k稱為變壓器的變比。,三相變壓器的兩種接法及電壓的變換關(guān)系,2電流變換,由U1E1=4.44N1fm可知，U1和f不變時(shí)，E1和m也都基本不變。因此，有負(fù)載時(shí)產(chǎn)生主磁通的原、副繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)（i1N1+i2N2）和空載時(shí)產(chǎn)生主磁通的原繞組的磁動(dòng)勢(shì)i0N1基本相等，即：,空載電流i0很小，可忽略不計(jì)。,3阻抗變換,設(shè)接在變壓器副繞組的負(fù)載阻抗Z的模為|Z|，則：,Z反映到原繞組的阻抗模|Z|為：,3.2.2 變壓器的使用,1外特性,電壓變化率反映電壓U2的變化程度。 通常希望

6、U2的變動(dòng)愈小愈好，一般變壓器的電壓變化率約在5%左右。,2損耗與效率,鐵損PFe包括磁滯損耗和渦流損耗。,損耗：,銅損：,效率：,3額定值,(1)額定電壓UN：指變壓器副繞組空載時(shí)各繞組的電壓。三相變壓器是指線電壓。 (2)額定電流IN：指允許繞組長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的線電流。 (3)額定容量SN：在額定工作條件下變壓器的視在功率。,三相變壓器：,單相變壓器：,4變壓器線圈極性的測(cè)定,(1)同極性端的標(biāo)記,(2)同極性端的測(cè)定,毫安表的指針正偏1和3是同極性端；反偏1和4是同極性端。,U13=U12U34時(shí)1和3是同極性端； U13=U12U34時(shí)1和4是同極性端。,3.2.3 特殊變壓器,1自耦變壓器,特點(diǎn)：副繞組是原繞組的一部分，原、副壓繞組不但有磁的聯(lián)系，也有電的聯(lián)系。,2儀用互感器,(1)電流互感器：原繞組線徑較粗，匝數(shù)很少，與被測(cè)電路負(fù)載串聯(lián)；副繞組線徑較細(xì)，匝數(shù)很多，與電流表及功率表、電度表、繼電器的電流線圈串聯(lián)。用于將大電流變換為小電流。使用時(shí)副繞