第五章变压器报告.ppt

第五章 变压器 了解磁路的基本概念、铁磁材料的性能及磁路的分析； 掌握变压器的结构和工作原理； 掌握变压器的特性和额定值； 了解自耦变压器和仪用互感器 5.1 磁路 一、磁路概念 很多电工设备，如变压器、电机、电工仪表等，工 作时都要有磁场参与作用，因此必须把磁场聚集在一 定的空间范围内，以便加以利用。电工设备中常用高 导磁率的铁磁材料做成一定形状的铁心，使之形成一 个磁通的路径，使磁通的绝大部分通过这一路径而闭 合。这种磁通的路径称为磁通。 电磁铁是一种绕组通电后对铁磁物质产生吸力，将 电能转变为机械能的电器或电器部件。电磁铁的结构 有多种，静铁心和街铁都是用铁磁材料制成，它们之 间存在着空气隙，当励磁绕组没有通电时，街铁在反 力弹簧作用下，和静铁心之间保持一个较大的空气隙 5.1 磁路 当励磁绕组外加直流电压通入电流后，铁心被磁化， 静铁心和衔铁之间产生电磁力，若吸力大于弹簧的反 作用力，衔铁就被吸向静铁心。励磁绕组通电衔铁被 吸合后，电磁铁中磁通的绝大部分沿着高导磁率的静 铁心、衔铁以及它们之间很小的空气隙而闭合，即由 于铁心材料的磁导率比空气高很多，励磁绕组产生的 磁通的绝大部分都集中在铁心里，磁通路径由铁心的 形状决定。 变压器、电机和电器的磁路中，它们的空气隙不大 磁路由大部分的铁磁材料构成，小部分由空气或其他 非磁性材料构成。空气隙虽不大，但在磁路的工作情 况影响极大。磁路可分为直流磁路和交流磁路。 5.1 磁路 二、铁磁材料和磁性能 铁磁材料指铁、钢、镍、钴及其合金等材料，是制 造变压器、电机和电器的主要材料之一。 铁磁材料被放入磁场内，会受到强烈的磁化。当磁 场强度H由零逐渐增加时，磁感应强度B随之变化的曲 线称为磁化曲线。由图可见，开始时，随着H的增加B 增加较快，后来随着H的增加B增加缓慢，逐渐出现磁 饱和现象。在磁化曲线上任何一点的B与H之比就是磁 导率μ（μ=B/H），它是表征物质导磁性能的一个物理 量。根据磁化曲线可画出μ-H曲线，为了比较，画出 μ0-H曲线。μ0是真空磁导率常数。它是一条水平线。 5.1 磁路 而铁材料的B与H的关系是非线性的，故磁导率不是一 个常数，它随H而变，在中间有一个最大值μm，并在接 近磁饱和时逐渐减小。由于磁化曲线的非线性，磁路 也是非线性的。 各种铁磁材料的μ-H曲线是不同，各种铁磁材料的μ 值远比真空磁导率μ0大，因此各种变压器、电机和电 器几乎都用铁磁材料构成铁心，以便用较小的励磁电 流来获得较大的磁通，并磁通集中在由铁心形状所决 定的路径中，形成磁路。在相同的励磁绕组匝数和励 磁电流的条件下，采用铁心后可使磁感应强度增强几 百倍甚至几千倍。 5.1 磁路 当铁磁物质被磁化，磁场强度H由零增加到某一值（ H=+Hm）时，如减少H，此时B并不沿原来的曲线返回 而是沿着位于其上部的另一条曲线减弱。当H=0时， B=Br，Br称为剩磁感应强度，简称剩磁。只有当H反向 变化到 -Hc时，B才下降到零，Hc称为矫顽力。由此可 见，磁感应强度B的变化滞后于磁场强度H的变化，称 为磁滞现象。 如果继续增大反向磁场强度，当到达H=-Hm时把反 向磁场强度逐渐减少，到达H=0时再把正向磁场强度逐 渐增加到+Hm，如此在+Hm和-Hm之间进行反复磁化， 得到的是一条如图5-3所示的闭合曲线称为磁滞回线。 5.1 磁路 不同的铁磁材料，磁滞回线的形状不同。纯铁、硅钢 坡莫合金和软磁铁氧体等的磁滞回线较狭，剩磁感应 强度Br低，矫顽力Hc小。这类铁磁材料称为软磁材料 ，通常用于制造变压器、电机和电器铁心。而炭钢、 铝镍钴、稀土钴和硬角磁氧体等的磁滞回线较宽，具 有较高的剩磁感应强度Br和较大的矫顽力Hc。这类材 料称这硬磁材料（又称永磁材料），常用于制造永久 磁铁。 磁铁现象使铁磁材料在交变磁化的过程中产生磁滞 损耗，这是铁磁物质内分子反复取向所产生的功率损 耗。交变磁化一个循环在单位体积内的磁滞损耗与磁 滞回线的面积成正比。软磁材料的磁滞损耗较小，所 5.1 磁路 所以变压器、电机和电器常用软磁材料作铁心。 铁磁材料在交变磁化的过程中还有另一种损耗—— 涡流损耗。当整块铁心中的磁通发生变化时，铁心中 产生感应电动势，在垂直于磁力线的平面上产生感应 电流，它围绕磁力线成漩涡状流动，称为涡流。如图 所示。涡流在铁心上的电阻上引起的功率损耗称为涡 流损耗。涡流损耗和铁心厚度的平方成正比。如果像 图5-4b那样，沿着垂直于涡流面的方向把整块铁心分 成许多薄片，片间彼此绝缘，就可以减少涡流损耗， 因此交流电机和变压器的铁心都用硅钢片叠成。此外 硅钢中因含有少量的硅，电阻率较