《电工电子技术》课件——第四章 变压器
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一种特殊的物质结构—磁畴。
（b）有外磁场情况
磁畴因受外 磁场作用而顺着外 磁场的方向发生归 顺性重新排列，在 内部形成一个很强 的附加磁场。
铁磁材料内部往往有相邻的几百个分 子电流圈流向一致，因此在这些极小的区域 内就形成了一个个天然的磁性区域—磁畴。
显然，磁畴是由分子电流产生的。
铁磁材料的磁性能
一个磁路中若有气隙存在，则气隙磁阻>>铁芯磁阻。
磁路的基本概念
磁感应强度B和磁场强度H
磁感应强度B是表征磁场中某点强弱和方向的物理量。B的大小与磁场周围 介质的磁导率μ有关；
磁场强度H是表征电流的磁场强弱和方向的物理量。H的大小与磁场周围介 质的磁导率μ无关。
磁路欧姆定律：
F IN
Rm Rm
U1 U L1 4.44 fN 1 m N1 k U 20 U M 2 4.44fN 2 m N 2
其中k 称为变压器的变比。显然： 变压器通过改变原、副边的匝数即可 变换电压。
变压器的工作原理
2.变压器的负载运行与变换电流作用
在交变磁场作用下Hale Waihona Puke 整块铁芯中产生的旋涡状感应电
φ
流称为涡流。
涡流对电 气设备有 何影响？
涡流损耗
涡流在铁芯中 造成的热量损耗。
根据电流的热效应，涡流通过铁芯将使铁芯发热 ，严重时会造成设备烧损。
为减小涡流损耗，常用 硅钢片叠压制成电机电 器的铁芯。
04
铁磁材料的分类和用途
铁磁材料的分类和用途 铁磁材料根据工程上用途的不同可分为三大类
1.铁芯线圈、磁路 目录 CONTENTS
01 磁路的基本概念
02 铁磁材料的磁性能
03 铁芯损耗
04 铁磁材料的分类和用途
铁芯线圈、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。
(a) 电磁铁的磁路
磁滞性和剩磁性
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的过程中，B的变化总是滞 后于H的变化，这种现象称为磁滞性；当H减为零时B并 不为零。
03
铁芯损耗
铁芯损耗
铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极性取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转 的过程中，由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为磁滞损耗。
物质根据相对磁导率的不同可分为两大类
非磁性物质 铁磁性物质
μr ≈1的物质，如铜、铝、橡胶、空气、塑料等。
μr > > 1的物质，如铁、镍、钴、钢、合金钢、坡莫合金等。 铁磁性物质彼此之间的相对磁导率差别很大。如铸铁的μr ≈200～ 400；铸钢的μr ≈500～2200；硅钢的μr ≈7000～10000；坡莫 合金的μr ≈20000～200000。
起始磁化曲线和磁滞回线
铁磁材料反复磁化一周 所构成的曲线称为磁滞 回线。
磁滞回线中B的变化总 是落后于H的变化说明 铁磁材料具有磁滞性；
磁滞回线中H为 零时B并不为零 的现象说明铁 磁材料具有剩 磁性。
B
bc段是磁化曲线的膝部
c
b
C点以后是饱和段
ab段是上升段
a H
0 起始磁化曲线
起始磁化 曲线反映 了什么？
变压器图 形符号
• 变压器是一种能变换电压、变换电流、变换阻抗的“静止”电气设备。变压器在传递 电能的过程中频率不变。
02
变压器的工作原理
变压器的工作原理
1.变压器的空载运行与变换电压作用
i10 A X u1
Φ
N1N2
S
a u20
x
x
|ZL|
变压器的一次侧接电源，二次侧开路，这 种运行状态称为空载。
多参数组合的正弦交流电路
小 结
2.变压器 目录 CONTENTS
01 变压器的基本结构
02 变压器的工作原理
01
变压器的基本结构
变压器的基本结构
i10 A X u1
变压器一次 侧绕组
（原边）
Φ
N1N2
由硅钢片叠 压制成的变 压器铁心磁 路。
S
a u20
x
x
|ZL|
变压器二次 侧绕组
（副边）
Tr
BS ……1Wb=108Mx
磁路的基本概念 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： 0 4 107 H/m
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。
r
0
（r无量纲）
磁路的基本概念
oa段是线性段
起始磁化曲线的ab段反映了铁磁材料 的高导磁性；c点以后说明铁磁材料具 有磁饱和性。
铁磁材料的磁性能
铁磁性材料具有高导磁性、磁饱和性、磁滞 性和剩磁性。
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。
变压器空载时原边电流i10很小，在铁心磁 路中产生按正弦规律变化的磁通φ，当φ穿 过两线圈时，分别感应电压：
U L1 4.44 fN1m U M2 4.44 fN 2m
变压器原、副边电压与感应 电压的关系为：
U 1 U L1 4.44fN 1m U 20 U M2 4.44fN 2m
变压器原、副边电压与感应 电压的关系为：
其中 :
Rm
l
S
l — 磁路的长度；S — 磁路的截面积。
• 磁路欧姆定律可以用来定性的分析磁路的情况。
02
铁磁材料的磁性能
铁磁材料的磁性能
（a）无外磁场情况 铁磁材料内部
的磁畴排列杂乱无章 ，磁性相互抵消，因 此对外不显示磁性。
磁畴是怎么 形成的？
铁磁材料之所以具有高导 磁性，是因为在它们的内部具有
(b) 变压器的磁路
+ －
(c) 直流电机的磁路
01
磁路的基本概念
磁路的基本概念
电流通过N匝线圈产生的 磁动势： f = i N
f 在铁芯中激发按正弦规律 变化，沿铁芯闭合的工作磁 通φ。
磁路部分
φ
ui
电路部分 交流铁心线圈示意图
• 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)。
软磁材料
具有磁导率很高、易磁化、易去磁特点的铁磁材料。 软磁材料适用于制作各种电机电器的铁心。
硬磁材料
具有磁导率不太高、但一经磁化、能保留很大的剩磁且不 易去磁特点的铁磁材料。硬磁材料适用于制作各种人造磁 体。
矩磁材料
具有磁导率极高、磁化后只有正、负两个饱和状态特点的 铁磁材料。矩磁材料适用于制作各类存储器记忆元件的磁 芯。
（b）有外磁场情况
磁畴因受外 磁场作用而顺着外 磁场的方向发生归 顺性重新排列，在 内部形成一个很强 的附加磁场。
铁磁材料内部往往有相邻的几百个分 子电流圈流向一致，因此在这些极小的区域 内就形成了一个个天然的磁性区域—磁畴。
显然，磁畴是由分子电流产生的。
铁磁材料的磁性能
一个磁路中若有气隙存在，则气隙磁阻>>铁芯磁阻。
磁路的基本概念
磁感应强度B和磁场强度H
磁感应强度B是表征磁场中某点强弱和方向的物理量。B的大小与磁场周围 介质的磁导率μ有关；
磁场强度H是表征电流的磁场强弱和方向的物理量。H的大小与磁场周围介 质的磁导率μ无关。
磁路欧姆定律：
F IN
Rm Rm
U1 U L1 4.44 fN 1 m N1 k U 20 U M 2 4.44fN 2 m N 2
其中k 称为变压器的变比。显然： 变压器通过改变原、副边的匝数即可 变换电压。
变压器的工作原理
2.变压器的负载运行与变换电流作用
在交变磁场作用下Hale Waihona Puke 整块铁芯中产生的旋涡状感应电
φ
流称为涡流。
涡流对电 气设备有 何影响？
涡流损耗
涡流在铁芯中 造成的热量损耗。
根据电流的热效应，涡流通过铁芯将使铁芯发热 ，严重时会造成设备烧损。
为减小涡流损耗，常用 硅钢片叠压制成电机电 器的铁芯。
04
铁磁材料的分类和用途
铁磁材料的分类和用途 铁磁材料根据工程上用途的不同可分为三大类
1.铁芯线圈、磁路 目录 CONTENTS
01 磁路的基本概念
02 铁磁材料的磁性能
03 铁芯损耗
04 铁磁材料的分类和用途
铁芯线圈、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。
(a) 电磁铁的磁路
磁滞性和剩磁性
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的过程中，B的变化总是滞 后于H的变化，这种现象称为磁滞性；当H减为零时B并 不为零。
03
铁芯损耗
铁芯损耗
铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极性取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转 的过程中，由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为磁滞损耗。
物质根据相对磁导率的不同可分为两大类
非磁性物质 铁磁性物质
μr ≈1的物质，如铜、铝、橡胶、空气、塑料等。
μr > > 1的物质，如铁、镍、钴、钢、合金钢、坡莫合金等。 铁磁性物质彼此之间的相对磁导率差别很大。如铸铁的μr ≈200～ 400；铸钢的μr ≈500～2200；硅钢的μr ≈7000～10000；坡莫 合金的μr ≈20000～200000。
起始磁化曲线和磁滞回线
铁磁材料反复磁化一周 所构成的曲线称为磁滞 回线。
磁滞回线中B的变化总 是落后于H的变化说明 铁磁材料具有磁滞性；
磁滞回线中H为 零时B并不为零 的现象说明铁 磁材料具有剩 磁性。
B
bc段是磁化曲线的膝部
c
b
C点以后是饱和段
ab段是上升段
a H
0 起始磁化曲线
起始磁化 曲线反映 了什么？
变压器图 形符号
• 变压器是一种能变换电压、变换电流、变换阻抗的“静止”电气设备。变压器在传递 电能的过程中频率不变。
02
变压器的工作原理
变压器的工作原理
1.变压器的空载运行与变换电压作用
i10 A X u1
Φ
N1N2
S
a u20
x
x
|ZL|
变压器的一次侧接电源，二次侧开路，这 种运行状态称为空载。
多参数组合的正弦交流电路
小 结
2.变压器 目录 CONTENTS
01 变压器的基本结构
02 变压器的工作原理
01
变压器的基本结构
变压器的基本结构
i10 A X u1
变压器一次 侧绕组
（原边）
Φ
N1N2
由硅钢片叠 压制成的变 压器铁心磁 路。
S
a u20
x
x
|ZL|
变压器二次 侧绕组
（副边）
Tr
BS ……1Wb=108Mx
磁路的基本概念 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： 0 4 107 H/m
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。
r
0
（r无量纲）
磁路的基本概念
oa段是线性段
起始磁化曲线的ab段反映了铁磁材料 的高导磁性；c点以后说明铁磁材料具 有磁饱和性。
铁磁材料的磁性能
铁磁性材料具有高导磁性、磁饱和性、磁滞 性和剩磁性。
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。
变压器空载时原边电流i10很小，在铁心磁 路中产生按正弦规律变化的磁通φ，当φ穿 过两线圈时，分别感应电压：
U L1 4.44 fN1m U M2 4.44 fN 2m
变压器原、副边电压与感应 电压的关系为：
U 1 U L1 4.44fN 1m U 20 U M2 4.44fN 2m
变压器原、副边电压与感应 电压的关系为：
其中 :
Rm
l
S
l — 磁路的长度；S — 磁路的截面积。
• 磁路欧姆定律可以用来定性的分析磁路的情况。
02
铁磁材料的磁性能
铁磁材料的磁性能
（a）无外磁场情况 铁磁材料内部
的磁畴排列杂乱无章 ，磁性相互抵消，因 此对外不显示磁性。
磁畴是怎么 形成的？
铁磁材料之所以具有高导 磁性，是因为在它们的内部具有
(b) 变压器的磁路
+ －
(c) 直流电机的磁路
01
磁路的基本概念
磁路的基本概念
电流通过N匝线圈产生的 磁动势： f = i N
f 在铁芯中激发按正弦规律 变化，沿铁芯闭合的工作磁 通φ。
磁路部分
φ
ui
电路部分 交流铁心线圈示意图
• 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)。
软磁材料
具有磁导率很高、易磁化、易去磁特点的铁磁材料。 软磁材料适用于制作各种电机电器的铁心。
硬磁材料
具有磁导率不太高、但一经磁化、能保留很大的剩磁且不 易去磁特点的铁磁材料。硬磁材料适用于制作各种人造磁 体。
矩磁材料
具有磁导率极高、磁化后只有正、负两个饱和状态特点的 铁磁材料。矩磁材料适用于制作各类存储器记忆元件的磁 芯。