电工电子技术全套课件

第3章磁路与变压器3.2交流铁心线圈电路3.3变压器(自学为主)3.1磁路3.1磁路iΦ+u－磁路：主磁通所经过的闭合路径。磁场的特性可用磁通、磁感应强度、磁场强度、磁导率等几个物理量表示。一、磁通磁场中穿过某一截面积S的磁感应线数，称为通过该面积的磁通[量]。磁感应线上每一点的切线方向既为该点的磁场方向。的单位：伏•秒，通称为韦[伯]Wb或麦克斯韦Mx1Wb＝108Mx3.1.1磁场的基本物理量如磁场内各点的磁感应强度的大小相等，方向相同，这样的磁场则称为均匀磁场。二、磁感应强度与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通（磁力线），可表示磁场内某点的磁场强弱和方向。SBB的单位：特[斯拉]（T）的单位：韦伯矢量＝BS磁力线的疏密程度，反映了该处磁场的强弱。三、磁场强度磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁感应强度和导磁率之比。BHH的单位：安／米的单位：亨／米矢量•真空中的磁导率为常数mH/10470四、磁导率磁导率是一个用来表示磁场媒质磁性和衡量物质导磁能力的物理量。•一般材料的磁导率和真空磁导率0的比值，称为该物质的相对磁导率r0r或00BBHHr磁性材料非磁性材料11rr磁性材料的磁性能一、高导磁性指磁性材料的磁导率很高，r1，使其具有被强烈磁化的特性。3.1.2磁性材料的磁性能高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性磁性物质的磁化二、磁饱和性当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，磁性材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一致，磁化磁场的磁感应强度BJ达到饱和值。磁化曲线注:当有磁性物质存在时B与H不成比例,Φ与I也不成比例。HBB，BHO三、磁滞性当铁心线圈中通有交变电流（大小和方向都变化）时，铁心就受到交变磁化，电流变化时，B随H而变化，当H已减到零值时，但B未回到零，这种磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称磁性物质的磁滞性。BH123456O磁滞回线剩磁：当线圈中电流减到零（H＝0），铁心在磁化时所获的磁性还未完全消失，这时铁心中所保留的磁感应强度称为剩磁感应强度BrBrBrHcH（I）B(φ)0BrHcH（I）B(φ)0BrHcH（I）B(φ)0铁磁材料分类：软磁材料（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）永磁材料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）矩磁材料（磁滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。安培环路定律（全电流定律）：磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等于通过这个闭合路径内电流的代数和。即3.1.3磁路及其分析HI1I2I3电流方向和磁场强度的方向符合右手定则，电流取正；否则取负。IHdl在无分支的均匀磁路（磁路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：IxHxNIIxHlHHdlxxx2xxxlFlNIH其中lx＝2x是半径为x的圆周长Hx是半径x处的磁场强度F＝NI即线圈匝数与电流的乘积，称磁通势单位为安[培]（A）磁路的欧姆定律对于环形线圈lSlBHlNImRFSlNI磁路的欧姆定律说明F=NI为磁通势Rm为磁阻l为磁路的平均长度S为磁路的截面积磁路长度L线圈匝数NI磁路和电路的比较（一）磁路电路磁通ΦINR+_EI磁压降HL磁通势INF电动势电流电压降UEIU基本定律mRF磁阻SlRm磁感应强度SΦB安培环路定律HLNI0磁路IN欧姆定律电阻电流强度克氏电压定律克氏电流定律0IUEREISlRSIJ磁路与电路的比较(二)电路R+_EI一.电磁关系＋u－－e＋－es＋si铁心线圈的交流电路dtdNedtdiLdtdNesss3.2交流铁心线圈电路ui（Ni）sees电路方程：)()()(eRieeuuRs一般情况下很小RutΦNudd交流激励线圈中产生感应电势二、交流磁路的分析ΦsΦ：主磁通：漏磁通uΦsΦeseiΦ的感应电势和产生sΦ-+-++-假设tΦmsin则tfNΦtNΦummcos2cos有效值mmfNΦUU44.42tΦNudduΦsΦLesei交流磁路的特点:当外加电压U、频率f、线圈匝数N一定时，恒定。mΦ变压器是变换各种交流电压的电器。它是利用电磁感应定律并通过磁路的耦合作用,把某一个数量级的交流电压，变换成同频率的另一个数量级的交流电压的能量变换装置。3.3变压器S9-M-400/10配电变压器变压器的分类按用途分电力变压器(输配电用)仪用变压器整流变压器按相数分三相变压器单相变压器1u2uLZ1i2iΦ单相变压器+–+–N1二次绕组N2铁心变压器的基本结构一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。变压器符号：设变压器空载运行一次侧接交流电源，二次侧开路。1udd11tΦNei0(i0N1)dd011tiLeσσtΦNedd22空载时，铁心中主磁通是由一次绕组磁通势产生的。s11N2N0i02i2e+–1σe+–20u+–1σe+–s11e+–1u+–1.电压变换3.3.1变压器的工作原理m10Ni结论：改变匝数比，就能改变输出电压。KNNEEUU212121K为变比10i1u20u2i1e2e原、副边电压关系mmΦNfEΦNfE221144.444.4根据交流铁心线圈电路的分析可得：202uu02i时（变电压）带负载运行情况一次侧接交流电源，二次侧接负载。1N2N1udd11tΦNes1dd111tiLeσσtΦNedd22i1(i1N1)i2(i2N2)s2有载时，铁心中主磁通是由一次、二次绕组磁通势共同产生的合成磁通。dd2tiLeσ2σ21u+–1σe+–i1i2+–e2Z1e+–s1s2+–es2+–u2m2211NiNi2.电流变换+–|Z|2i1u2e1iΦ1e1N2N+–+–+–2u1m11444Nf.EU由上式，若U1、f不变，则m基本不变，近于常数。空载磁势：有载磁势：m2211NiNim10Ni=10Ni2211NiNi磁势平衡式：102211NiNiNi一般情况下：I0(2~3)%I1N很小可忽略。2211NiNi所以或2211NINI2211NINI所以KNNII11221结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。1U2U1I2IZ+–+–1U1IZ+–由图可知：22IUZ11IUZZKIUKKIKUIUZ22222211ZKZ2结论：变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模的K2倍。3.阻抗变换阻抗变换举例：扬声器上如何得到最大输出功率。i1uRsRL信号源设：信号电压的有效值:U1=50V;信号内阻：Rs=100;负载为扬声器，等效电阻：RL=8。求：负载上得到的功率解：（1）将负载直接接到信号源上，得到的输出功率为：W)(7.181085022LLSRRRUpL1i1u2u2iLR1N2NRs（2）将负载通过变压器接到信号源上。输出功率为：W25.698981005022LLSLRRRUp设变比1:5.321NNK9885.32LR则：结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了很多。原因是满足了电路中获得最大输出的条件（信号源内、外阻抗差不多相等）。额定电压变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许的电压值。NNUU21、额定电流变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。NNII21二、变压器的铭牌数据（以单相变压器为例）U2N应比满载运行时的输出电压U2高出510%额定容量传送功率的最大能力。NSNNNNNIUIUS2211（理想）二、变压器的铭牌数据SN=U1NI1N=U2NI2N三相变压器单相变压器（理想）3.3.2变压器的等值电路及外特性R1jXs1RmjXmE1•U1••I1nZL•E2•I2•E1R1jXs1•I1R2jXs2•U2•U11.变压器的等值电路（1）空载运行等值电路（2）负载运行等值电路XS1—漏磁感抗Xm—励磁感抗•I2nZL•U2•U1•I1Z0E•10U2/U2NI2/I2N1外特性U2=f(I2)2.变压器的外特性1.损耗P=PCu+PFePCu=I1R1+I2R2222.效率P2P1=—×100%P2+PCu+PFeP2=————×100%通常大于95%3.3.3变压器的损耗与效率P2–变压器的输出功率P1–变压器的输入功率容量SN输出功率P2原边输入功率P1输出功率P2注意：变压器几个功率的关系NNNIUS11容量：21PP原边输入功率：cos222IUP输出功率：变压器的功率因数变压器的效率1、自耦变压器KNNIIKNNUU112212121ABP1u2u1i2iLR1N2N3.3.4特殊变压器简介使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意：原、副边千万不能对调使用，以防变压器损坏。2.电流互感器用低量程的电流表测大电流（被测电流）N1（匝数少）N2（匝数多）ARi1i2电流表被测电流=电流表读数N2/N11.副边不能开路，以防产生高电压；2.铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在副边出现过压。使用注意事项：AXax••AXax••ii1••2AXaxii12AXax••同名端同名端3.3.5变压器绕组的极性当电流流入两个线圈(或流出）时，若产生的磁通方向相同，则两个流入端称为同极性端（同名端）。123123两绕阻串联两绕阻并联第P122-125页：A选择题：3.2.4、3.3.1B基本题：3.3.8作业