第3章 磁路和变压器——电工电子技术.ppt

跳转到第一页 跳转到第一页 电工电子技术基础 第3章 磁路和变压器 3.1 磁路 3.2 变压器 简单磁路概念和分析方法 变压器工作原理 学习要点 3.1 磁路 实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电路。因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。 3.1.1 磁路的基本物理量 1．磁感应强度B 磁感应强度B是表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。 B的大小等于通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目，B的方向用右手螺旋定则确定。单位是特斯拉(T)。 2．磁通Φ 均匀磁场中磁通Φ等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，单位是韦伯(Wb)。 3．磁导率μ 磁导率μ表示物质的导磁性能，单位是亨/米(H/m)。 真空的磁导率 非铁磁物质的磁导率与真空极为接近，铁磁物质的磁导率远大于真空的磁导率。 相对磁导率μr：物质磁导率与真空磁导率的比值。非铁磁物质μr近似为1，铁磁物质的μr远大于1。 4．磁场强度H 磁场强度只与产生磁场的电流以及这些电流分布有关，而与磁介质的磁导率无关，单位是安／米（A／m）。是为了简化计算而引入的辅助物理量。 3.1.2 磁场的基本定律 1．安培环路定律 计算电流代数和时，与绕行方向符合右手螺旋定则的电流取正号，反之取负号。 若闭合回路上各点的磁场强度相等且其方向与闭合回路的切线方向一致，则： 2．磁路欧姆定律 称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用。 因铁磁物质的磁阻Rm不是常数，它会随励磁电流I的改变而改变，因而通常不能用磁路的欧姆定律直接计算，但可以用于定性分析很多磁路问题。 3．电磁感应定律 3.1.3 铁磁材料的磁性能 高导磁性：磁导率可达102~104，由铁磁材料组成的磁路磁阻很小，在线圈中通入较小的电流即可获得较大的磁通。 磁饱和性：B不会随H的增强而无限增强，H增大到一定值时，B不能继续增强。 磁滞性：铁心线圈中通过交变电流时，H的大小和方向都会改变，铁心在交变磁场中反复磁化，在反复磁化的过程中，B的变化总是滞后于H的变化。 铁磁材料的类型： 软磁材料：磁导率高，磁滞特性不明显，矫顽力和剩磁都小，磁滞回线较窄，磁滞损耗小。 硬磁材料：剩磁和矫顽力均较大，磁滞性明显，磁滞回线较宽。 矩磁材料：只要受较小的外磁场作用就能磁化到饱和，当外磁场去掉，磁性仍保持，磁滞回线几乎成矩形。 磁化曲线 磁滞回线 设线圈的电阻为R，主磁电动势为e和漏感电动势为eσ，由KVL，有： 3.1.4 交流铁心线圈电路 e 的有效值为： 1．电压、电流和磁通的关系 写成相量形式： 设漏磁电感为Lσ，则： 2．功率损耗 3．等效电路 图中X0是反映线圈能量储放的等效感抗。 3.2 变压器 3.2.1 变压器的工作原理 原绕组匝数为N1，电压u1，电流i1，主磁电动势e1 ，漏磁电动势eσ1；副绕组匝数为N2 ，电压u2 ，电流i2 ，主磁电动势e2 ，漏磁电动势eσ2 。 1．电压变换 原绕组的电压方程： 副绕组的电压方程： 忽略电阻R1和漏抗Xσ1的电压，则： k称为变压器的变比。 三相变压器的两种接法及电压的变换关系 2．电流变换 由U1≈E1=4.44N1fΦm可知，U1和f不变时，E1和Φm也都基本不变。因此，有负载时产生主磁通的原、副绕组的合成磁动势（i1N1+i2N2）和空载时产生主磁通的原绕组的磁动势i0N1基本相等，即： 空载电流i0很小，可忽略不计。 3．阻抗变换 设接在变压器副绕组的负载阻抗Z的模为|Z|，则： Z反映到原绕组的阻抗模|Z|为： 3.2.2 变压器的使用 1．外特性 电压变化率反映电压U2的变化程度。 通常希望U2的变动愈小愈好，一般变压器的电压变化率约在5%左右。 2．损耗与效率 铁损ΔPFe包括磁滞损耗和涡流损耗。 损耗： 铜损： 效率： 3．额定值 (1)额定电压UN：指变压器副绕组空载时各绕组的电压。三相变压器是指线电压。 (2)额定电流IN：指允许绕组长时间连续工作的线电流。 (3)额定容量SN：在额定工作条件下变压器的视在功率。 三相变压器： 单相变压器： 4．变压器线圈极性的测定 (1)同极性端的标记 (2)同极性端的测定 毫安表的指针正偏1和3是同极性端；反偏1和4是同极性端。 U13=U12－U34时1和3是同极性端； U13=U12＋U34时1和4是同极性端。 3.2.3 特殊变压器 1．自耦变压器 特点：副绕组是原绕组