电工学(少学时)(第二版)学习辅导与习题全解(唐介)

本文由寒江书生贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。第 5 章 变 压 器第 5 章变 压 器5.1 磁路 5.2 铁心线圈电路 5.3 变压器的基本结构 5.4 变压器的工作原理 5.5 自耦 变压器和三绕组变压器 5.6 三相电压的变换 5.7 绕组的极性返回主页 教学基本要求 分析与思考 练习题第 5 章 变 压 器5.1 磁 路(一) 磁场的基本物理量 一 电流 磁场 用磁场线描述 磁通 : 通过磁场中某一 面积的磁场线的总数。 磁通 通过磁场中某一面积的磁场线的总数。 单位： 单位：Wb。 。 (1) 磁感应强度 B B：矢量。其数值 B 表示磁场的强弱， 矢量。 表示磁场的强弱， 其方向表示磁场的方向。 其方向表示磁场的方向。 在均匀磁场中： 在均匀磁场中： B = （T） 磁通密度 ） A A 与磁场线垂直的某面积（m2 ) 与磁场线垂直的某面积 （返 回 下一节 上一页 下一页第 5 章 变 压 器(2) 磁场强度 H H ：矢量。 方向与 B 的方向相同。 矢量。 的方向相同。 H 的大小： 只与产生该磁场的电流大小成正 的大小： 与介质的性质无关。 比，与介质的性质无关。 还与介质的性质有关。 还与介质的性质有关。 单位： 单位：A/m。 。 B 磁导率 ： 磁导率 ： = ） H （H / m） × 真空中的磁导率: 真空中的磁导率 0 = 4×107 H / m返 回 下一节B 的大小：不仅与产生该磁场的电流大小有关， 的大小：不仅与产生该磁场的电流大 小有关，上一页下一页第 5 章 变 压 器(二) 物质的磁性能 二非磁性物质（非铁磁物质） 非磁性物质（非铁磁物质） 0 顺磁物质、反磁 物质。 顺磁物质、反磁物质。 磁性物质（非铁磁物质） 磁性物质（非铁磁物质） (1) 高导磁性 0 铸钢： 铸钢： 1 0000 硅钢片： 硅钢 片： (6 000 7 000)0返 回 下一节 上一页 下一页第 5 章 变 压 器(2) 磁饱和性 不是常数 (3) 磁滞性矫顽 磁力 剩磁 Br H 0BrBB0 B HC HmH图 5.1.2 初始磁化曲线 Hm HCH 0图 5.1.4 基本磁化曲线返 回 下一节 上一页 下一页图 5.1.3 磁滞回线第 5 章 变 压 器磁性物质的分类： 磁性物质的分类： 硬磁物质: 硬磁物质 Br 大、HC 大 软磁物 质： 软磁物质： Br 小、HC 小 矩磁物质： 矩磁物质： Br 大、HC 小返 回下一节上一页下一页第 5 章 变 压 器(三) 磁路欧姆定律 三用于定性分析磁路。 用于定性分析磁路。 BC = AC B0 = A0 BC = HC = C AC C B0 H0 = 0 = 0 A0返 回 下一节 上一页 下一页第 5 章 变 压 器全电流定律: 全电流定律H dl = I 左边=H dl =H dl = HC lC + H 0 l0lC =( C AC 令： l0 + 0 A0 )lC Rmc = A C C l0 Rm0 = A 0 0 铁心的磁阻 空气隙的磁阻磁路的磁阻： 磁路的磁阻： Rm = Rmc + Rm0l0 lC = A + A 0 0 C C返 回 下一节 上一页 下一页第 5 章 变 压 器因此： 因此：右边= 右边 I = N I 磁路的磁通势 Rm = N I NI 磁路欧姆定律 = R m Rm0 mc R C 0N I 一定时， Rm0 的存在，使 大大减小。 一定时， 的存在， 大大减小。 因 若 要保持一定的 ， 若要保持一定的 ，则需要大大增加 N I。 。返 回下一节上一页下一页第 5 章 变 压 器5.2 铁心线圈电路(一) 直流铁心线圈电路 一 直流铁心线圈电路电压与电流的关系: 电压与电流的关系: U I= R 线圈消耗的功率： 线圈消耗的功率： P=UI =RI2返 回上一节下一节上一页下一页第 5 章 变 压 器(二) 交流铁心线圈电路 二 交流铁心线圈电路d 励磁： 励磁：u i N i e =N d t l el =N dl =Ll d i dt dt (1) 电压与电流关系 设: =m sint 则: e =Nm cost = Nmsin(t90o) Em= Nm = 2f Nm返 回 上一节 下一节 上一页 下一页第 5 章 变 压 器E = 4.44 f Nm E =j4.44 f Nm 漏磁通磁路对应的电感： 漏磁通磁路对应的 电感： Nl Ll = i 漏电感（漏电抗）： 漏电感（漏电抗）： X = Ll = 2f Ll U = URElE =E + jLlI + RI i + e u e l l图 5.2.1 交流铁心线圈电路漏阻抗=E + (R + jLl) I =E + Z I 返 回 上一节 下一节 上一页 下一页第 5 章 变 压 器忽略漏阻抗， 忽略漏阻抗，有： 则：U =E U m= 4.44 f N当： U 、f 一定时， m 基本不变。 一定时， 基本不变。 (2) 功率 功率: 视在功 率: 视在功率 无功功率: 无功功率 有功功率: 有功功率 S=UI Q = S sin? 铁损 铜损 P = S cos ? 涡流损耗 磁滞损耗 + P = PCu Fe = RI2 +( Ph + Pe )返 回 上一节 下一节 上一页 下一页第 5 章 变 压 器(a) 磁滞损耗 Ph ： (b) 涡流损耗 Pe ： 铜损耗使线圈发热， 铜损耗使线圈发热，铁损耗使铁心发热。 铁损耗使铁心发热。 减小铁损耗的方法： 减小铁损耗的方法： 使用软磁材料减小 Ph ； 增大铁心的电阻率， 增大铁心的电阻率， 减小涡流及其 损耗 ； 0.35mm 0.30mm 用很薄的硅钢片叠成铁心， 用很薄的硅钢片叠成铁心， 0.27mm 减小涡流及其损耗 。返 回 上一节(a) (b)0.22mm5.2.2 涡流损耗 图下一节 上一页 下一页第 5 章 变 压 器例 5.2.1 一个铁心线圈，加上 12 V 直流电 一个铁心线圈， 压时， 交流时，压时，电流为 1 A；加上 110 V 交流时，电流为 2 A， ； 交流时 ， 消耗的功率为 88 W。求后一种情况线圈的铜 。 损耗、铁损耗和功率因数。 损耗、铁损耗和功率因数。 线 圈施加直流电压时： 解 (1) 线圈施加直流电压时： U 12 = = 12 R= I 1 (2) 线圈施加交流电压时： 线圈施加交流电压时： PCu = RI2 =12×22 W = 48 W × PFe = PPCu = (8848) W = 48 W P 88 = 0.4 = cos? = U I 110×2 ×返 回 上一节 下一节 上一页 下一页第 5 章 变 压 器5.3 变压器的基本结构(一) 变压器的用途 一变压器是一种利用电磁感应作用来改变交流 电能的电压和电流等级的电气设备。 电能 的电压和电流等级的电气设备。 在电力系统中： 在电力系统中：升 、 10 kV 压 110 kV、220 kV 变 远距离输电 、 压 330 kV、500 kV 器返 回 上一节电能降 压 变 压 器10 kV 6 kV 380 V 220 V下一节负荷上一页下一页第 5 章 变 压 器输电距离、输电功率与输电电压的关系: 输电距离、输电功率与输电电压的关系:输电电压 110 kV 220 kV 500 kV 输电功率 5×104 kW × (20 30)×104 kW × 100×104 kW × 输电距离 50 150 km 200 400 km 500 km在电子线路和自动控制系统中，变压器起着 在电子线路和自动控制系统中， 信号传递、 阻抗变换以及信号隔离等作用。 信号传递、阻抗变换以及信号隔离等作用。返 回上一节下一节上一页下一页第 5 章 变 压 器(二) 变压器的基本结构 二(1) 铁心 铁心: 用硅钢片叠成； 分铁心柱和铁轭两部分。 用硅钢片叠成； 分铁心柱 和铁轭两部分。 (2) 绕组（线圈）： 绕组（线圈）： 接电源的绕组 一次绕组， 一 次绕组， 接电源的绕组 接负载的绕组 二次绕组； 二次绕组； 接负载的绕组 工作电 压高的绕组 高压绕组， 高压绕组， 或 工作电压高的绕组 工作电压低的绕组 低 压绕组。 低压绕组。 工作电压低的绕组 (3) 其他 其他: 油箱、 油枕、散热器、保护设 备等。 油箱、油、油枕、散热器、保护设备等。返 回 上一节 下一节 上一页 下一页第 5 章 变 压 器变压器常用的结构型式有两种： 变压器常用的结构型式有两种： 心式变压器、 心 式变压器、壳式变压器返 回上一节下一节上一页下一页第 5 章 变 压 器返 回上一节下一节上一页下一页第 5 章 变 压 器5.4 变压器的工作原理返 回上一节下一节上一页下一页第 5 章 变 压 器E1 =j4.44 f N1m U1 =E1 + (R1 + j X1) I1 =E1 + Z1 I1 一次绕 组的参数： 一次绕组的参数： R1 (电阻 、X1 (漏电抗 、 Z1 (漏阻抗 。 电阻)、 漏 电抗 漏电抗)、 漏阻抗)。 电阻 漏阻抗 E2 =j4.44 f N2m U2 = E2(R2 + j X2) I2 =E2Z2 I2 = ZLI2 二次绕组的参数： 二次绕组的参数： 电阻)、 R2 (电阻 、 电 阻 X2 (漏电抗 、 漏电抗)、 漏电抗 漏阻抗)。 Z2 (漏阻抗 。 漏阻抗返 回 上一节 下一节 上一页 下一页第 5 章 变 压 器(一) 电压变换 一电压比: 电压比: E1 N1 = k= E2 N2 U1=Z1I1E1 E1 U2= E2 Z2I2 E2 变压器空载时: 变压器空载时 I2 = 0，I1 = I010% I1N ， U2 = U20 = E2，U1E1 U1 N1 =k = U2 N2返 回 上一节 下一节 上一页 下一页第 5 章 变 压 器一般取高压绕组的电压与低压绕组的电 一般取高压绕组的电压与低压绕组的电 压 之比， 压之比， 即：k1 规定: 规定: 当 U1 = U1N 时, U20 = U2N 如铭牌上标 注: 如铭牌上标注 电压 10 000 / 230V U1N U2N返 回上一节下一节上一页下一页第 5 章 变 压 器U2= E2 Z2I2 变压器的外特性: 变压器的外特性 当 U1 = U1N, 不变时: 2 = cos?2 不变时 U2 = f ( I2) 电压调整率: 电压调整率 ?U = U2NU2 ×100% U2NU2 U2N 2= 0.8(容性 容性) 容性 2=1 2= 0.8(感性 感性) 感性 0 I2图 5.4.4 变压器的外特性U = 2 3% 返 回 上一节 下一节 上一页 下一页第 5 章 变 压 器例 5.4.1 某单相变压器的额定电压为 10 000/230 V，接在 10 000 V 的交流 电源上向一电 ， 感性负载供电， 感性负载供电，电压调整率为 0.03。求变压器的电 。 压比及空载和满载时的二次电压。 压比及空载和满载时的二次电压。 解 U1N 10 000 电压比： 电压比： = 43.5 k=U