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电工学(少学时)(第二版)学习辅导与习题全解(唐介)

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1、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

2、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 = 4107 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

3、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

4、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 +

5、(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

6、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 =1222 W = 48 W PFe = PPCu = (8848) W = 48 W P 88 = 0.4 = cos? = U I 1102 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

7、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 5104 kW (20 30)104 kW 100104 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

8、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

9、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

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