电工与电子技术演示文稿

第4章变压器4.1磁路的基本知识4.2交流铁心线圈4.3变压器*4.4三相电力变压器4.5自耦变压器*4.6互感器*4.7电焊变压器4.1磁路的基本知识4.1.1铁磁材料4.1.2磁路4.1.3磁滞现象4.1.4涡流用铁磁材料人为造成的磁通闭合路径称为磁路。是一种自身有自然磁性小区域的材料，小区域称为磁畴。没有外磁场，铁磁材料不显磁性。在没有外磁场作用时，各个磁畴磁场方向不规则，宏观不显磁性。4.1.1铁磁材料当带有铁心的线圈通电，铁心中的磁畴便沿电流产生外磁场方向定向排列。产生附加磁场，使总磁场显著增强。其原因是磁畴被磁化而形成内磁场。磁化过程直线1曲线2FI能方便磁化的材料称为铁磁材料，除铁以外，还有钴，镍以及它们的合金和氧化物等。磁化过程：曲线2(磁化曲线)OA段大部分磁畴的磁场沿外磁场方向排列，F与I成正比且增加率较大AB段所有磁畴的磁场最终都沿外磁场方向排列，铁心磁场从未饱和状态过渡到饱和状态B点以后饱和状态，铁心的增磁作用已达到极限，同直线1直线1F与I成正比且增加率较小直线1曲线2FIOAB••电机、变压器等铁心中工作磁通选在磁化曲线AB段动画：磁化曲线由铁心形成而使磁通集中通过的回路叫磁路。铁心中的磁通F称主磁通。少量磁通通过空气也会构成回路称漏磁通。主磁通F与磁通势IN和磁阻RM的关系可与电路欧姆定律对应。F是由励磁电流I产生的，I与线圈匝数N的乘积叫磁通势。磁通通过铁心时，铁心物质会阻碍磁通通过，不同物质的铁心阻碍作用不同。其阻碍作用用磁阻表示，记作RM。铁心4.1.2磁路磁路与电路对应关系磁路电路磁通F电流I磁通势IN电动势E磁阻RM电阻R磁路欧姆定律电路欧姆定律I=E/RMRINFE+-RIN-+UIF铁心线圈通入交流电，铁心将被反复磁化。由于磁畴本身存在“惯性”，磁通的变化滞后于线圈电流的变化。磁滞现象。反复磁化形成的封闭曲线称为磁滞曲线。4.1.3磁滞现象交变磁通若穿过铁心会在铁心中产生感生电动势从而产生电流的现象，如图(a)所示。为了减小涡流将铁心做成许多彼此绝缘的薄片，如图(b)所示。涡流在铁心电阻上引起损耗会使铁心发热并消耗能量称为涡流损耗。涡流损耗和磁滞损耗之和称为铁损，其值与磁通量和频率有关，二者值越大铁损越大。4.1.4涡流4.2交流铁心线圈铁心线圈上加交流电压ui铁心中产生F。m44.4FfNUFm为交变磁通的幅值，单位为韦[伯](Wb)。实验和理论推导可得出电压和磁通之间的关系为式中U为加在铁心线圈上电压的有效值，单位是伏[特](V)；N为线圈匝数；Фu+-if为电源频率，单位是赫[兹](Hz)；[例]一个有铁心的线圈，接在交流220V、50Hz的电源上，若要使铁心中产生磁通的最大值为0.002Wb，问铁心上的线圈至少应绕多少匝？匝496002.05044.422044.4mFfUN[解]根据公式m44.4FfNU上题中如果铁心上的线圈只绕100匝，其他不变，通电后会产生什么后果？线圈只绕了100匝，磁通将远远超过了规定的最大值。根据磁化曲线可知线圈中的电流将远远超过正常值，线圈通电后可能会被烧坏。你想好了吗？4.3变压器4.3.1变压器的基本结构4.3.2变压器的工作原理4.3.3变压器的外特性4.3.4变压器的损耗及效率变压器是由铁心和线圈组成的。铁心线圈铁心线圈1.铁心：硅钢片叠压而成。小变压器也有用铁氧体或坡莫合金替代硅钢片。变压器铁心一般分为心式和壳式两大类。心式壳式4.3.1变压器的基本结构铁心绕组绕组铁心(I)(I)高压绕组高压绕组低压绕组低压绕组(a)心式(b)壳式2.线圈(绕组)：小容量多用高强度漆包线绕制而成。一般有两个或以上绕组。接电源的绕组称为一次绕组，接负载的绕组称为二次绕组。3．变压器冷却装置:油箱、散热器等。4．变压器的图形符号12341、2为一次绕组3、4为二次绕组u2+-u1+-u1、u2分别为输入与输出电压动画：单相变压器的基本结构1．空载运行一次绕组接电源，二次绕组开路状态(如图示)kNNUU2121k：匝数比外加电压u1，N1中形成电流i0(空载电流)。→i0产生工作磁通是F→F使｛一次绕组二次绕组感应电动势e1感应电动势e2→二次绕组与输出的空载电压U2因为u1e1，有效值U1E1=4.44fN1Fmu2e2，有效值U2E2=4.44fN2Fm动画：变压器的变压功能4.3.2变压器的工作原理2．变压器有载运行kNNII11221一次、二次绕组电流有效值与匝数成反比。在理想情况下[例]有一台降压变压器，一次绕组电压为220V，二次绕组电压为110V，一次绕组为2200匝，若二次绕组接入阻抗为10W的阻抗，问变压器的变比、二次绕组匝数，一次、二次绕组中电流各为多少?[解]变压器变比为二次绕组匝数为匝100122011020021212UUNN211022021UUk二次绕组电流为A11A10110L22ZUI一次绕组电流为A5.5A11200210012121INNI在电源电压不变的条件下，变压器二次绕组电压U2与电流I2的关系，即外特性U2=f(I2)电压调整率%100%Δ20N220-UUUU电压调整率越小越好，一般为3%~5%。4.3.3变压器的外特性特点这是因变压器自身内阻抗压降引起的，U2随负载电流的增大而降低。1．变压器的功率损耗外加电压固定时磁通固定，铁损不变，称固定损耗。主要有两部分铁损耗铜损耗磁滞损耗涡流损耗铜损的大小随电流变化而变化，称可变损耗。2．变压器的效率效率=输出功率输入功率输出功率输出功率+铁损耗+铜损耗=×100%变压器效率一般在95%~98%以上，负载一般在40%~60%额定负载时效率最高。4.3.4变压器的损耗及效率*4.4三相电力变压器电力系统一般采用三相制供电，变压器均系三相变压器。其工作原理与单相变压器相同。三相变压器的结构三套高压绕组U1U2、V1V2、W1W2(一次绕组)。三套低压绕组u1u2、v1v2、w1w2(二次绕组)。高压绕组低压绕组工作时，一次绕组根据额定电压和电力网线电压可以接成星形或三角形；二次绕组根据供电需要可以接成星形或三角形。高压绕组低压绕组油浸式电力变压器4.5自耦变压器一次、二次绕组共用一个绕组的变压器称自耦变压器。kNNIIUU211221优点设一次绕组匝数为N1，二次绕组匝数为N2，则一次、二次绕组电压之比和电流之比与普通变压器相同，即结构简单节省材料体积小成本低缺点一次、二次绕组之间有电的联系使用时一定要注意安全，要正确接线。自耦变压器错误接线这种接法因U2端接地，此时连接灯泡的每根导线对地的电压都是200V以上，这对持灯人极不安全。动画：自耦变压器外形图*自耦变压器可以用于升压*自耦变压器输出电压调节把抽头制成能够沿线圈自由滑动的触点，靠手柄转动活动能点移动来调压。一次绕组U1U2接220V交流电压，u1u2输出电压可在0~250V范围内调节。原理图*4.6互感器4.6.1电压互感器4.6.2电流互感器在电工测量中，被测量的电量经常是高电压或大电流，为了保证测量者的安全及按标准规格生产测量仪表，必须将待测电压或电流按一定比例降低，以便于测量。用于测量的变压器称为仪用互感器。电压互感器互感器电流互感器是降压变压器。一次绕组接待测高压，二次绕组接电压表。1122UNNU*需要N2N1；*通常二次绕组额定电压设计成标准值100V；*电压互感器可以接成三相使用；*使用互感器时，二次绕组不允许短路。4.6.1电压互感器1212INNI电压互感器的接线电流互感器的一次绕组串联在待测电路中，待测电流即为一次绕组电流。二次绕组接电流表，流过电流N2N1；通常二次绕组额定电流设计成标准值5A。使用电流互感器时二次绕组不能开路。动画：电压互感器4.6.2电流互感器*用钳形电流表测量电流时不用断开电路，使用非常方便。钳形电流表将闭合铁心张开，被测载流导线钳入铁心窗口中，一次绕组N11。铁心上绕有二次绕组，与测量表头连接，可直接读出被测电流的数值。*若被测电流较小，可将一次边绕成N匝，钳入铁心窗口，其测量值NII量测*4.7电焊变压器为了起弧容易，电焊变压器的空载电压一般为60~80V，当电弧起燃后，焊接电流通过电抗器产生电压降。调节电抗器上的旋柄可改变电抗的大小以控制焊接电流及焊接电压。维持电弧工作电压一般为25~30V。电焊变压器是为满足电弧焊接的需要而设计制造的特殊的变压器。动画：电焊机变压器基本工作原理