第6章-磁路与变压器.ppt

第六章
磁路与变压器本章要求:本章将介绍与磁路有关的电路问题。6.1磁路6.1.1磁场的基本物理量磁感应强度B的大小及方向：当然，对磁感应强度的定义也可从运动电荷的角度进行定义。2.磁通如果用磁力线描述磁场，磁力线的密度就反映了磁场的大小。
通过某一面积的磁力线总数应表示通过该面积的磁通的大小。
由于磁通的连续性，磁力线是闭合的空间曲线。3.磁场强度以环形线圈为例，计算线圈内的磁场强度。4.磁导率相对磁导率：某种物质的磁导率μ与真空磁导率μ0的比值称为相对磁导率，用μr表示。6.1.2磁性材料的磁性能高磁导率的成因磁性物质的磁化示意图2.磁饱和性3.磁滞性4.磁性物质的分类铸铁、铸钢及硅钢片的磁化曲线常用磁性材料最大相对磁导率、剩磁及矫顽磁力6.1.3磁路的分析方法式中：F=IN称为磁动势，此为产生磁通的激励；磁路的计算气隙中的磁场强度H0例6.2交流铁心线圈电路6.2.1电磁关系u据KVL有：式中Xσ为漏磁感抗，R为线圈的电阻。有效值为：2．铁损②涡流损耗在交流磁通的作用下，铁心内的这两种损耗合称铁损△PFe0铁损差不多与铁心内磁感应强度的最大值Bm的平方成正比，故Bm不宜选得过大。例：有一交流铁心线圈，电源电压U=220V，电路中电流I=4A，功率表读数P=100W，频率f=50Hz,漏磁通和线圈上的电压降可忽略不计，试求（1）铁心线圈的功率因数.2）铁心线圈的等效电阻和感抗例题：要绕制一个铁心线圈，已知电源电压U=220V，频率f=50Hz,今量得铁心截面为30.2cm2，铁心由硅钢片叠成，设叠片间隙系数为0.91（一般取0.9-0.93）。
（1）如取Bm=1.2T,问线圈匝数应为多少？
（2）如磁路平均长度为60cm，问励磁电流应为多大？6.3变压器发电机的输出电压一般有3.15kV、6.3kV、10.5kV、15.75kV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36V，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。6.3.1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变压器结构示意图个线圈（绕组）构成，如图所示。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。变压器结构示意图为了叙述方便，分两种情况分析变压器的运行状态。
1.变压器的空载运行
变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，如图所示。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%。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
（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
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由于空载时变压器副线圈是开路的，i2=0，副线圈的端电压为
u2=e2
有效值为:U2≈E2=4.44fN2Φm从式可以得到
负载时的变压器前已指出，当电源电压U不变时，铁心中主磁通Φ也基本不变。
因此，当变压器带上负载后，原边磁动势i1N1和副边磁动势i2N2共同产生的磁通，与变压器空载时的激磁磁势i0N1所产生的磁通也应基本相等，用数学式表示为
i1N1+i2N2=i0N1
矢量式为
I1N1+I2N2=I0N1
式称为变压器负载运行时的磁势平衡方程式。它说明，变压器有载时，原边与副边磁动势的矢量和，与空载时的磁动势相等。因为I0很小，当变压器在满载（额定负载）或接近于满载的情况下运行时，激磁磁势I0N1比原边磁势I1N1或副边磁势I2N2小得多，可以忽略不计。故可简化为
I1N1+I2N2≈0
或者I1N1≈-I2N2式中的负号表明，变压器负载运行时，副边磁势与原边磁势相位相反，副边磁势对原边磁势