电工技术项目六-课件.ppt

1、磁的性质与变压器磁的性质与变压器小型变压器及其故障检修小型变压器及其故障检修 1.了解磁路的概念，掌握电磁感应现象的特点；2.了解单相变压器的工作原理，掌握变压器的相关计算；3.了解特殊变压器的特点，掌握小型变压器参数测试的方法。4.掌握判别变压器同名端的方法；5.掌握小型变压器参数测试及故障检修的方法。学习目标学习目标 交流交流供电系统中，交流电的产生到用户使用到供电系统中，交流电的产生到用户使用到交流电，中间需要有交流电的传输和分配的环节。交流电，中间需要有交流电的传输和分配的环节。由于交流电的产生源头往往远离使用交流电的用户由于交流电的产生源头往往远离使用交流电的用户所在地，这就有一个长

2、距离电能的传送问题。实践所在地，这就有一个长距离电能的传送问题。实践证明，高压及超高压远距离送电，可以减少电能在证明，高压及超高压远距离送电，可以减少电能在传输线路上的损耗，到了用户端，用户使用的大多传输线路上的损耗，到了用户端，用户使用的大多数是数是220 V/380 V220 V/380 V的低压交流电，所以，在交流电的的低压交流电，所以，在交流电的传输和分配过程中，就必然用到变压器来进行升压传输和分配过程中，就必然用到变压器来进行升压和降压。因此变压器是交流电的传输和分配过程中和降压。因此变压器是交流电的传输和分配过程中必不可少的重要电气设备。必不可少的重要电气设备。一、磁与磁场（一）磁

3、的基本知识 电和磁是相互联系、不可分割的两类基本物质，电流产生磁场，磁场变化或运动又产生感应电动势，很多电气设备如电机、变压器、电磁铁、电工测量仪表以及其他各种电磁元件等，都是利用电与磁的基本原理进行工作的。在大多数情况下，电气设备的磁场都是由电流来产生的，并且利用铁磁性材料将磁场集中在一定的范围内，形成磁路。1.1.磁体与磁极磁体与磁极 物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质称为磁性。具有磁性的物体称为磁体。磁体分为天然磁体和人造磁体，现在常见的各种磁体几乎都是人造的，如条形磁铁、马蹄形磁铁和针形磁铁等，如图6-1所示。磁体两端磁性最强的区域称为磁极。实验证明，任何磁体都具有两个磁极，而且无论怎

4、样把磁体分割，它总是保持两个磁极。一端为北极，用N表示；一端为南极，用S表示。与电荷间的相互作用力相似，磁极间也具有相互作用力，即同极相排斥，异极相吸引。磁极间的相互作用力称为磁力，如图6-2所示。指南针就是利用这种性质制作的，因为地球本身就是个大磁体，地磁的北极在地球南极附近，地磁的南极在地球北极附近。图6-1 人造磁体图6-2 磁极间的相互作用2.2.磁场与磁力线磁场与磁力线 磁体周围存在磁力作用的空间，称为磁场。互不接触的磁体之间之所以具有相互作用力，就是通过磁场这一特殊物质进行传递的。磁场和电场一样，都是一种特殊物质，它们之所以被认为特殊，是因为它们不是由分子和原子所组成的。磁力线可以

5、用实验的方法形象地表示出来，如在条形磁体上放一块玻璃或纸板，撒上一些铁屑并轻敲，铁屑便会有规则地排列成如图6-3(a)所示的线条形状，这些线条就显示出条形磁体的磁力线分布情况。(1)磁力线是互不交叉的闭合曲线。在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极，如图6-3(b)所示。(2)磁力线的疏密程度反映了磁场的强弱。磁力线越密表示磁场越强，越疏表示磁场越弱。(3)磁力线上任意一点的切线方向，就是该点的磁场方向。图6-3 磁力线示意图3.3.电流产生的磁场电流产生的磁场1）通电直导线周围的磁场2）通电螺线管的磁场（二）磁场的基本物理量1.磁通2.磁感应强度B3.磁导率4.磁场强度H二、电磁

6、感应(一)电磁感应现象 电能生磁，磁也可以产生电。丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应之后，英国科学家法拉第在1831年发现了磁能够转换为电能的现象及其规律电磁感应定律。当导体作切割磁力线运动或者穿过线圈的磁通发生变化时，在导体或线圈中都会产生感应电动势。若导体或线圈构成闭合回路，则导体或线圈中将有电流流过。导体中的电流是由于穿过线圈的磁通变化而引起的。把这种由于磁通变化而在导体或线圈中产生感应电动势的现象称为电磁感应。由电磁感应产生的电动势称为感应电动势，由感应电动势产生的电流称为感应电流。（二）电磁感应定律1.1.法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 由电磁感应现象可知：当条形磁铁插入或拔

7、出线圈的速度越快，电流计指针偏转角度越大，说明线圈中产生的感应电动势就越大；当插入或拔出的速度越慢，电流计指针偏转角度愈小，说明线圈中产生的感应电动势就愈小。2.2.楞次定律楞次定律 电磁感应定律解决了感应电动势大小的计算问题，那么感应电动势的方向如何判断呢？1834年，俄国物理学家楞次概括了各种实验结果后，得出如下结论：感应电流具有这样的方向，即感应电流产生的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。这就是楞次定律。三、自感与互感（一）自感1.1.自感现象自感现象图6-9 自感现象 由以上电路可以看出，当线圈中的电流发生变化时，线圈本身会产生感应电动势，这个电动势总是阻碍线圈中电流的变化。这种

8、线圈由于本身的电流发生变化而产生感应电动势的现象称为自感现象，简称自感。在自感现象中产生的感应电动势，称为自感电动势，通常用eL表示。2.2.自感系数自感系数 当一个线圈中通有变化的电流后，使该线圈中每匝线圈具有的磁通称为自感磁通。而整个线圈具有的磁通称为自感磁链，用字母表示。则=N 把线圈中通过单位电流所产生的自感磁链称为自感系数，也称电感量，简称电感，用L表示，即：3.3.自感电动势自感电动势 1)自感电动势的大小 2)自感电动势的方向 自感电动势的方向仍可以根据楞次定律来判断。自感电动势表达式中的负号正是楞次定律的反映，它表明自感电动势的方向总是和原电流变化的趋势(增大或减小)相反。4.

9、4.电感线圈中的磁场能量电感线圈中的磁场能量 电感线圈和电容器一样都是储能元件。当电流产生磁场时，电能转化为磁场能量，储存在电感线圈内部；而磁场能量又可以通过电磁感应的作用，转化为电能。电感线圈的磁场能量的计算公式，在形式上与电场能量的计算公式相似。实践表明：电感线圈的磁场能量与线圈所通过的电流的二次方及线圈电感的乘积成正比，即：（二）互感 图6-11所示的电路中，线圈1和线圈2靠得很近，在线圈2两端接一灵敏电流计。当开关S闭合瞬间，会观察到电流计指针偏转了一下后又回到零位。这种现象的原因是由于开关闭合的瞬间，线圈1中产生了变化的磁通1，其中一部分磁通12穿过线圈2，使线圈2中产生了感应电动势

10、eM2，由此产生感应电流，使电流计指针发生偏转。S闭合后，因线圈1的电流恒定不变，不再发生上述过程，因而没有电流流过电流计，而指针回到零位。1.1.互感系数互感系数 在两个有互感耦合的线圈中，互感磁链与产生此磁链的电流之比值，称为这两个线圈的互感系数，简称互感，其表达式为：2.2.互感电动势互感电动势3.3.互感线圈的同名端互感线圈的同名端 在电力系统中，经常会用到三相电力变压器，电力变压器的三相绕组为星形或三角形连接时，绕组首尾端不能接错，否则会造成严重故障。对于电子线路中的振荡电路，其起振条件之一是电路要为正反馈，互感线圈的极性也必须连接正确，电路才能正常工作。所以判断线圈的缠绕方向甚为重

11、要。四、磁路及其基本定律1.1.磁路的基本概念磁路的基本概念 为了使较小的励磁电流就能产生足够强的磁场，大多数的电气设备都具有铁心，然后将励磁线圈缠绕在铁心上。由于铁心的磁导率比周围空气或其他非铁磁材料的磁导率大很多倍，所以磁力线几乎全部都从铁心中通过而形成一闭合的路径。这种约束在铁心所限定的范围内的磁通路径，称为磁路。因此在变压器、电机、电器等设备中既有电路部分又有磁路部分，二者互相结合，组成电气设备的基本构造。2.2.磁路欧姆定律磁路欧姆定律 磁路的分析和计算与电路的分析和计算一样，也要用到一些基本的定律，其中最基本的是磁路欧姆定律。通过实验发现，励磁电流I越大，通电线圈产生的磁场就越强；

12、线圈的匝数N越多，通电线圈产生的磁场也越强。把励磁线圈匝数N和励磁电流I的乘积称为磁通势F。意为磁通势是磁路中产生磁场的源头，类似于电路中电动势是产生电流的源头。F=NI 五、交流铁心线圈电路（一）电磁关系图6-16 交流线圈的磁场分布 图6-16所示是交流铁心线圈的电路图。当线圈通过励磁电流i，则在铁心中产生磁通势Ni。磁通势Ni由两部分组成：主磁通和漏磁通。主磁通是流经铁心的工作磁通，漏磁通是由于空气隙或其他原因损耗的磁通，它不流经铁心。主磁通和漏磁通都要在线圈中产生感应电动势，一个是主磁电动势e，另一个是漏磁电动势e。（二）电压电流关系 交流铁心线圈电路中的电压电流关系较为复杂，经过电磁

13、感应定律和基尔霍夫定律推导以及分析，可得出以下关系式：（三）功率损耗 与直流线圈不同，交流铁心线圈的功率损耗除了有铜损，还有由于铁心的交变磁化作用产生的铁损。所以，交流铁心线圈功率损耗为：1.磁滞损耗2.涡流损耗六、单相变压器1.1.变压器的基本构造变压器的基本构造铁心线圈(也称为绕组)2.2.单相变压器的工作原理单相变压器的工作原理图6-19 变压器的空载运行 变压器是按电磁感应原理工作的。如果把变压器的原线圈接在交流电源上，在原线圈中就有交流电流流过，交变电流将在铁心中产生交变磁通，这个变化的磁通经过闭合磁路同时穿过原线圈和副线圈。交变的磁通将在线圈中产生感应电动势，因此，在变压器原线圈中

14、产生自感电动势的同时，在副线圈中也产生了互感电动势。这时，如果在副线圈上接上负载，那么电能将通过负载转换成其他形式的能。3.3.变压器的外特性、损耗和效率变压器的外特性、损耗和效率 1）变压器的外特性 由于变压器原、副绕组有电阻和漏电抗，当变压器负载工作时，负载电流流经漏阻抗，在变压器内部产生电压降，因此变压器副边输出电压U2将随着负载电流的变化而变化。2）变压器的损耗和效率 在实际运行中，变压器是不能把从电网吸取的功率全部传递给负载的，因为在运行时变压器本身存在损耗。变压器负载运行时，原边从电源输入有功功率P1，其中很小部分消耗于原绕组的电阻(称为原边铜损)和铁心(称为铁损，包括磁滞损耗和涡

15、流损耗)中，其余部分以主磁通为媒介通过电磁感应传递给副绕组，称为电磁功率。4.4.单相变压器的额定值单相变压器的额定值 变压器正常运行的状态和条件，称为变压器的额定工作状况；变压器额定工作状况下的电压、电流和功率等参数，称为变压器的额定值，这些数据是正确使用变压器的依据。变压器的铭牌如图6-23所示。图6-23 某电力变压器的铭牌一、特殊变压器12345自耦变压器自耦变压器仪用互感器仪用互感器电焊变压器电焊变压器脉冲变压器脉冲变压器隔离变压器隔离变压器二、小型变压器参数测试及故障检修 小型变压器一般指容量小型变压器一般指容量1 000 VA1 000 VA以下的单相变压器。小型以下的单相变压器

16、。小型变压器常用铁心主要有两种变压器常用铁心主要有两种:E:E形和形和C C形。形。E E形铁心是将硅钢片冲形铁心是将硅钢片冲裁成裁成E E形片叠加而成，形片叠加而成，C C形铁心是将硅钢片剪裁成带状，然后绕形铁心是将硅钢片剪裁成带状，然后绕制成环形，再从中间切断而成。小型变压器常用铁心如图制成环形，再从中间切断而成。小型变压器常用铁心如图6-396-39所示。所示。1.1.小型变压器的参数测试小型变压器的参数测试 1)变压器的空载特性测试图6-40 变压器的空载特性测试原理图 2)变压器的负载特性测试图6-41 变压器的负载特性测试原理图 3)变压器的短路电压测试图6-42 变压器的短路特性

17、测试原理图 4)变压器绕组直流电阻测量 变压器绕组线圈是由漆包铜导线绕制而成，具有一定的直流电阻，它可作为判别绕组是否正常的参考数据。测量绕组的直流电阻可使用直流电桥或万用表欧姆挡。5)变压器的绝缘电阻测量 变压器绕组之间以及各绕组与铁心之间都有绝缘性能要求，其绝缘电阻值应符合规定，测量绝缘电阻可使用兆欧表。变压器的绝缘电阻值一般应不低于50200 M。6)变压器的温升测量 变压器的温升测量，可采用测量线圈直流电阻的方法。先用直流电桥测出原边线圈的冷态电阻R0，然后加上额定负载，接通电源运行数小时，待温度稳定后切断电源，再测出其热态电阻RT，用下列公式可求出温升T。2.2.小型变压器的故障检修小型变压器的故障检修1234567电源变压器匝间短路性故障变压器线圈与铁心之间的短路故障 运行中铁心噪声过大 引出线端头断裂线圈漏电温度过高温度过高输出侧电压下降