[信息与通信]第3章磁路和变压器.ppt

第 3 章磁路和变压器 图 3 - 1磁通 图 3 - 3通电的长直导线 3.2铁磁材料的磁性能 图 3 - 5磁化曲线 3.3磁路和磁路欧姆定律 图 3 - 8磁路 图 3 - 9均匀磁路 图 3 - 10不均匀磁路 图 3 - 11涡流（a） 涡流； （b） 减小涡流 3.4变压器 图 3 - 12变压器结构示意图 图 3 - 15变压器的阻抗变换 3.5其 它 变 压 器 图 3 - 16三相变压器（a） 三个单相变压器的组合; (b） 由三个单相变压器合成一个三相变压器 图 3- 17三相变压器 图 3 - 18自耦变压器 图 3 - 19调压变压器原理图 图 3 – 20 普通变压器和电焊变压器外特性 变压器是一种常见的电气设备， 可用来把某种数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压。  发电厂欲将P=3UIcosφ的电功率输送到用电的区域，在P、cosφ为一定值时，若采用的电压愈高，则输电线路中的电流愈小，因而可以减少输电线路上的损耗，节约导电材料。 所以远距离输电采用高电压是最为经济的。  目前，我国交流输电的电压最高已达500kV。这样高的电压，无论从发电机的安全运行方面或是从制造成本方面考虑， 都不允许由发电机直接生产。 发电机的输出电压一般有3.15kV、6.3kV、10.5 kV、 15.75 kV等几种，因此必须用升压变压器将电压升高才能远距离输送。  电能输送到用电区域后，为了适应用电设备的电压要求， 还需通过各级变电站（所）利用变压器将电压降低为各类电器所需要的电压值。  在用电方面，多数用电器所需电压是380V、220V或36 V，少数电机也采用3kV、6kV等。  变压器种类很多，按其用途不同，有电源变压器、控制变压器、电焊变压器、自耦变压器、仪用互感器等。变压器种类虽多，但基本原理和结构是一样的。 一、变压器的基本结构 变压器由套在一个闭合铁心上的两个或多图 3 - 12变压器结构示意图个线圈（绕组）构成，如图 3 - 12 所示。铁心和线圈是变压器的基本组成部分。为了减少磁通变化时所引起的涡流损失，变压器的铁心要用厚度为0.35～0.5mm的硅钢片叠成。片间用绝缘漆隔开。变压器和电源相连的线圈称为原绕组（或原边, 或初级绕组），和负载相连的线圈称为副绕组（或副边, 或次级绕组）。绕组与绕组及绕组与铁心之间都是互相绝缘的。 变压器的工作原理  为了叙述方便， 下面分两种情况分析变压器的运行状态。  1. 变压器的空载运行 压器原线圈接上额定的交变电压，副线圈开路不接负载， 称为空载运行，如图 3 -13 所示 。 1）空载电流I0 在外加正弦电压u1的作用下，线圈内有交变电流i0流过。 这时原线圈内的电流，称作变压器的空载电流，又称激磁电流。它与原线圈匝数N1的乘积i0N1称为激磁磁势。  图 3 -13空载时的变压器 由于铁心的磁导率远大于空气的磁导率， 所以激磁磁势产生的磁通绝大部分集中在铁心里，沿铁心而闭合，该磁通称作主磁通（或工作磁通），用Φ表示。  空载电流（激磁电流）的有效值I0一般都很小，约为额定电流的3%～8% 。  2）原、副绕组中的感应电动势设主磁通按正弦规律变化，即 Φ=Φm sinωt 则原线圈中的感应电动势为 上式表明, e1按正弦规律变化，且在相位上滞后于主磁通π/2 。  感应电动势最大值  E1m=N1ωΦm=2πfN1Φm  感应电动势有效值 同理， 副线圈中感应电动势的有效值为  E2≈4.44fN2Φm 式中, N2为副线圈匝数。由式（3 - 9）、（3 - 10）可得 3） 电压平衡方程、 电压比 空载时变压器的原绕组电路是一个含有铁心线圈的交流电路， 在工程计算中常忽略原绕组中的阻抗不计。所以原绕组一侧的电压平衡方程可简化为 u1≈-e1 (3 - 11) 这说明，在变压器原线圈中，自感电动势和电源电压几乎相等，但相位相反。 由此可得u1的有效值为 U1≈E1=4.44fN1Φm (