电工电子技术：磁路与变压器

R = —S–l
由于的非线性使得磁路欧姆定律不能用于定量计算
三、磁性材料的磁性能
1
2
1
2
1. 高导磁性 2. 磁饱和性 3. 磁滞性
相同的H，则B1>B2
相同的B，则H1<H2------N1I1<N2I2
*铁磁物质的 不是常数，在膝部最高。
*H是由磁动势NI、磁路结构、位置等因数决定，和 无关，而B和
U1=4.44 f NFm 恒磁通原理
第五章 磁路与变压器
第一节 磁路概述 第二节 变压器的基本结构 第三节 变压器工作原理 第四节 变压器的绕组极性 第五节 三相变压器 第六节 变压器的额定值 第七节 自耦变压器 第六节 仪用互感器
第一节 磁路概述
一、磁场的基本物理量
1. 磁感应强度 B —矢量 单位：T
B
S
与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通
36伏
降压
降压
二. 负载运行和电流变换
F•
A
I•1
U• 1
E• 1
X
N1 N2
漏磁通忽略
a S I•2
E• 2 U• 2
ZL
x
i1N1→ F (主磁通)→e1, e2 ZL i2→i2N2 u→ i1R1
i2N2 → F2(对F起阻碍作用)→ →为保持主磁通Fm不变,只有增大电流 i1( >空载电流i0)
第二节 变压器的基本结构
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。
概述
一. 分类 按用途分: 电力变压器，特种用途变压器。 按相数分: 单相、三相和多相变压器。
按绕组数分: 双绕组、多绕组及自耦变压器。
密切相关，采用B高导磁率的材料做铁心可以B在较小的磁势时获得足够的B
c
1
F1 1
F2 2
B-H
b
2
I1
–Hm
N1 1
I2 HmN2H 2
-H
a
H
磁路和电路的比较
磁I 路
F
N
I
电+
路 EU
_
R
磁动势 磁通
F IN Φ
电动势 电流
EI
磁压降 基本定律
HL F F
Rm
电压降 欧姆定律
U
IE R
•
—–EE•–21
A
a
X
x
图形符号
—UU12– = –EE—12 = 44–..—4444–ff—NN–12—FFmm– = N–N—12
结论 —UU–12 = –NN—21 = K — 变比
普遍适用
变压器应用举例
发电厂 1.05万伏
升压
输电线 22万伏
降压
变电站 1万伏
降压
…
实验室
仪器
380 / 220伏
二. 构造
变压器铁心: 硅钢片叠压而成。 变压器绕组: 高强度漆包线绕制而成。 其它部件: 油箱、冷却装置、保护装置等。
线圈 铁心
铁心
壳式变压器
线圈 心式变压器
单相变压器的基本结构
i1 Φ
u1
铁芯
i2
u2 RL
原边 绕组
副边 绕组
单相变压器
第三节 变压器工作原理
一. 空载运行和电压变换
A
e1
u1
磁感应强度和导磁率之比。
二、 磁路的基本定律
磁路是研究局限于一定范围内的磁场问题。磁路 与电路一样，也是电工技术课程所研究的基本对象。
1. 全电流定律： 磁路的概念
H d l • I 均匀磁场 l H I NI
磁压降 Um=H•l
磁动势 Fm=N•I
I
F
F
铁心
线圈
Hl = NI =N1I1-N2I2
F
I2
I1
N2 N1
l0
l1
1
0
H H NI N I
11
00
11
22
2. 磁路的欧姆定律
F2
I2
F =BS= HS
=
— S–
l
Hl
= —FRmm–
A
F3
I1 l1
F1
N2 l2 N1
l3
l0
定义：Rm = —lS–
可与电路类比
单位：1/H (1/亨)
U = R• I
Байду номын сангаас
或 Um=Fm=NI
Um= Rm• F
由KVL： u= iR– e – e
i
F
∵R和 e 很小 u – e
e
F
U 的有效值
u e
N
U E=4.44 f NFm
恒磁通原理：当外加的电压、频率一定时，主磁通的 最大值几乎是不变的，与输入的电流、磁路的磁阻等都无关。
3. 功率损耗
磁滞损耗 Ph (1)铁心损耗 磁滞现象引起铁芯发热，造成的损失。
均匀磁场 — 磁场内各点的 B 大小相等，方向相同。
2. 磁通 F —标量 单位：Wb 对于均匀磁场 F=B•S
3. 磁导率 真空磁导率 0= 410–7 H/m （亨/米） 相对磁导率 r=/0 对于铁磁材料 r=102 105
4. 磁场强度 H —矢量 定义：H=B/ 单位：A/m
磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为 (安培/米)
X
漏磁通忽略
e1N1 —ddFt– e2N2 —ddF–t
F
N1
N2
aS
e2 u20
ZL
x
I 为空载电流，又称励磁电流。 I I (3 8)%
0
0
N1
A
I•0
U• 1
E• 1
X
F•
a
N1 N2
E• 2 U• 20 x
I I
0
N1
U• 1
=
–
•
E1
U• 20 = E• 2
—U•• 1– U20
=
涡流损耗 Pe
交变磁通在铁芯中产生 的感应 电流（涡流）， 造成的损失。
i
PC=
Ph + Pe
B2 m
(2)铜损 PCu = I2R
e u e
F
N
F
铜损和负载大小有关、铁损和负载无关。
i
Φ U 4.44 f NFm
交流磁路的特点:
Φ
u
eL
e
当外加电压U、频率 f 与
l0 线圈匝数N一定时，Φm 便
确定下来。根据磁路欧姆
定律
IN
Φ
Rm
，当Φ m
一定时磁动势IN随磁阻 Rm 的变化而变化。
当有气隙出现时， m 不变，而I会变化。
磁路小结
直流磁路
I U R
(U不变，I不变）
交流磁路
Φ m
U 4.44
fN
（ U不变时，
Φ m
基本不变）
Φ IN
Rm
（Φ 随Rm变化）
IN
ΦR m
( I 随 Rm 变化）
F
F
N
设 F = Fmsin t
e = – NFmcos t = Emsin( t-90)
Em= NFm = 2 f NFm= E
E
=
–2—
f
NFm
=
4.44
f
NFm
2. 外加电压与磁通的关系
u→
Fm= iN →
uR= iR
F(主磁通) → e – N —ddFt– F(漏磁通) → e – N —ddF—t
四、直流磁路的工作特点
F
直流电流不会在磁路中引
起感应电动势。 电压和电流关系：
U I1
N1
l0
I U R
线圈内阻
= —FRmm–
U一定 I 一定
有气隙后磁阻增大， 磁势不变，故磁通减小。
五、交流磁路的工作特点
1. 感应电动势与磁通的关系
e – N —ddFt– e – N —ddF—t
i
e u e