变压器是利用电磁感应原理传输电能或信号的器件。
具有变压 变流 变阻抗和隔离的作用。 一、变压器的基本原理 当一个正弦交流电压u1加在初级线圈两端时,导线中就有交变电流i1并产生交变磁通ф1,它沿着铁心穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。
在次级线圈中感应出互感电势u2,同时ф1也会在初级线圈上感应出一个自感电势e1,e1的方向与所加电压u1方向相反而幅度相近,从而限制了i1的大小。为了保持磁通ф1的存在就需要有一定的电能消耗,并且变压器本身也有一定的损耗,尽管此时次级没接负载,初级线圈中仍有一定的电流,这个电流我们称为“空载电流”。
如果次级接上负载,次级线圈就产生电流i2,并因此而产生磁通ф2,ф2的方向与ф1相反,起了互相抵消的作用,使铁心中总的磁通量有所减少,从而使初级自感电压e1减少,其结果使i1增大,可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时i1增加,ф1也增加,并且ф1增加部分正好补充了被ф2所抵消的那部分磁通,以保持铁心里总磁通量不变。
如果不考虑变压器的损耗,可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压,但是不能改变允许负载消耗的功率。
二、变压器的损耗 当变压器的初级绕组通电后,线圈所产生的磁通在铁心流动,因为铁心本身也是导体,在垂直于磁力线的平面上就会感应电势,这个电势在铁心的断面上形成闭合回路并产生电流,好象一个旋涡所以称为“涡流”。这个“涡流”使变压器的损耗增加,并且使变压器的铁心发热变压器的温升增加。
由“涡流”所产生的损耗我们称为“铁损”。另外要绕制变压器需要用大量的铜线,这些铜导线存在着电阻,电流流过时这电阻会消耗一定的功率,这部分损耗往往变成热量而消耗,我们称这种损耗为“铜损”。
所以变压器的温升主要由铁损和铜损产生的。 由于变压器存在着铁损与铜损,所以它的输出功率永远小于输入功率,为此我们引入了一个效率的参数来对此进行描述,η=输出功率/输入功率。
三、变压器的材料 要绕制一个变压器我们必须对与变压器有关的材料要有一定的认识,为此这里我就介绍一下这方面的知识。 1、铁心材料: 变压器使用的铁心材料主要有铁片、低硅片,高硅片,的钢片中加入硅能降低钢片的导电性,增加电阻率,它可减少涡流,使其损耗减少。
我们通常称为加了硅的钢片为硅钢片,变压器的质量所用的硅钢片的质量有很大的关系,硅钢片的质量通常用磁通密度b来表示,一般黑铁片的b值为6000-8000、低硅片为9000-11000,高硅片为12000-16000, 2、绕制变压器通常用的材料有 漆包线,沙包线,丝包线,最常用的漆包线。对于导线的要求,是导电性能好,绝缘漆层有足够耐热性能,并且要有一定的耐腐蚀能力。
一般情况下最好用q2型号的高强度的聚脂漆包线。 3、绝缘材料 在绕制变压器中,线圈框架层间的隔离、绕阻间的隔离,均要使用绝缘材料,一般的变压器框架材料可用酚醛纸板制作,层间可用聚脂薄膜或电话纸作隔离,绕阻间可用黄腊布作隔离。
4、浸渍材料: 变压器绕制好后,还要过最后一道工序,就是浸渍绝缘漆,它能增强变压器的机械强度、提高绝缘性能、延长使用寿命,一般情况下,可采用甲酚清漆作为浸渍材料。还有这个: 变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件,当初级线圈中通有交流电流时,铁芯(或磁芯)中便产生交流磁通,使次级线圈中感应出电压(或电流)。
变压器由铁芯(或磁芯)和线圈组成,线圈有两个或两个以上的绕组,其中接电源的绕组叫初级线圈,其余的绕组叫次级线圈。 一、分类 按冷却方式分类:干式(自冷)变压器、油浸(自冷)变压器、氟化物(蒸发冷却)变压器。
按防潮方式分类:开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。 按铁芯或线圈结构分类:芯式变压器(插片铁芯、c型铁芯、铁氧体铁芯)、壳式变压器(插片铁芯、c型铁芯、铁氧体铁芯)、环型变压器、金属箔变压器。
按电源相数分类:单相变压器、三相变压器、多相变压器。 按用途分类:电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器。
二、电源变压器的特性参数 1、工作频率 变压器铁芯损耗与频率关系很大,故应根据使用频率来设计和使用,这种频率称工作频率。 2、额定功率 在规定的频率和电压下,变压器能长期工作,而不超过规定温升的输出功率。
3、额定电压 指在变压器的线圈上所允许施加的电压,工作时不得大于规定值。 4、电压比 指变压器初级电压和次级电压的比值,有空载电压比和负载电压比的区别。
5、空载电流 变压器次级开路时,初级仍有一定的电流,这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流(产生磁通)和铁损电流(由铁芯损耗引起)组成。
对于50hz电源变压器而言,空载电流基本上等于磁化电流。 6、空载损耗 指变压器次级开路时,在初级测得功率损耗。
主要损耗是铁芯损耗,其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗(铜损),这部分损耗很小。 7、效率 指次级功率p2与初级功率p1比值的百分。
磁路与电路的相似性探讨摘要:随着教育教学改革地不断深入,教师应站在科学的高度把握教材。
本文将相似理论的观点赋予电路与磁路的教学中,从磁路与电路中的基本物理量、基本定律、分析方法等方面对磁路问题和电路问题进行了分析比较,得出了磁路与电路具有相似性的结论,并指出了磁路与电路的差异。可使学习者借用熟悉的电路基础知识和分析方法去理解和掌握磁路,使较难的磁路问题变得简单易懂,并有益于教师提高教学效果。
关键词:磁路;电路;相似性相似理论是站在科学的高度且带有哲学意义的思维理论,具有较高的理论价值和应用价值,物理教学时可以将相似理论赋予其中。例如:在磁路的教学中将相似理论赋予其中,利用其与电路的相似性进行教学,对提高教学效果十分有益。
下面,我们从磁路与电路的基本物理量、基本定律、分析方法等几个方面,探讨磁路与电路的相似性。电路是电流流过的回路,它是由电路元件按一定方式连接起来的整体。
磁路是人为造成的磁通易通的路径,它利用具有高磁导率的物质制成一定的形状结构,其周围绕有通有电流的激励磁场的线圈(有些场合也可用永磁体作为磁场激励源)有时还是由适当大小的空气隙组成的整体。1 磁路与电路的基本物理量的比较(a)在电路中,用电流i这个物理量,描述电流的强弱。
在磁路中,用磁通Φ来描述通过某一面积的磁感应线的多少。即磁路中的磁通Φ与电路中的电流i相似。
(b)在电路中,有电压U这个物理量,它使某段电路中产生电流。在磁路中,有磁压降Uحm这个物理量,它使某段磁路中产生磁通。
即磁路中的磁压降Uحm相当于电路中的电压降U。(c)电路中用电源电动势E这个物理量,表示电源把其它形式的能转变为电能的本领。
磁路中,用磁通势Fحm 这个物理量表示磁源励磁的情况。即磁路中的磁通势相当于电路中的电源电动势。
(d)电路中,用电流密度j=I/S这个物理量,描述电路中某点电流的强弱和方向。在磁路中用磁通密度B=Φ/S这个物理量描述磁场的强弱和方向。
即磁路中的磁通密度与电路中的电流密度相似。(e)在电路中有电阻R,表示导体对电流的阻碍作用。
在磁路中有磁阻Rحm,表示磁路对磁通所起的阻碍作用。即磁路中的磁阻Rحm相当于电路中的电阻R。
(f)在电路中电阻的倒数称为电导G。在磁路中磁阻的倒数称为磁导Aحm。
即磁路中的磁导Aحm与电路中的电导G相似。2 磁路与电路的基本定律的比较(a)在电路中,一段电路中的电流与电压、电阻的关系用欧姆定律U=RI来描述。
在磁路中,一段磁路中的磁通与磁压降、磁阻的关系用磁路的欧姆定律Uحm=RحmΦ来描述。即磁路的欧姆定律与电路中的欧姆定律极为相似。
(b)在电路中,有基尔霍夫电流定律:对任一电路中的任一节点(也可推广为闭合面),在任一时刻流入的电流之和一定等于从该节点流出的电流之和,即∑I=0。在磁路中,有磁通连续性原理:对于磁路中的任一闭合面,在任一时刻,穿过该闭合面的磁通之和一定等于穿出这个闭合面的磁通之和,即∑Φ=0。
此式与电路中的基尔霍夫定律相似,所以称此为磁路的基尔霍夫第一定律。(c)在电路中,有基尔霍夫电压定律:对于任一电路中的任一回路,在任一时刻,沿该回路的所有支路的电压降之和恒等于零。
即∑U=∑E。在磁路中,有安培环路定律:对于磁路中的任一闭合路径,在任一时刻,沿该闭合路径中的各段磁压降之和等于围绕此闭合路径的所有磁通势之和,即∑HL=∑Fحm。
此定律与电路中的基尔霍夫电压定律相似,所以称此定律为磁路的基尔霍夫第二定律。通过对磁路与电路的基本物理量、基本定律的分析比较可见:二者无论是基本物理量还是基本定律都具有相似性。
即:磁通Φ相似于电流I;磁压降Uحm相似于电压降U;磁通势Fحm相似于电源电动势E;磁通密度B相似于电流密度J;磁阻Rحm相似于电阻R;磁导Aحm相似于电导G;磁通连续性原理相似于基尔霍夫电流定律;安培环路定理相似于基尔霍夫电压定律;磁路的欧姆定律相似于电路的欧姆定律。由以上两个方面的分析比较可见,磁路与电路在表征其性质的物理量及其相互关系的数学表达式上都有相似性,因此可以类比教学。
3 磁路与电路分析方法的比较综合上述三个方面的分析比较,我们可得出以下结论:磁路与电路具有相似性。由于磁路与电路具有相似性,因此,在学习磁路的基本物理量和基本定律时,可以仿照电路中的基本物理量和基本定律去理解掌握;分析电路中的一些方法,在分析磁路时也可使用。
这样可使较难理解和掌握的磁路问题变得简单易懂。磁路与电路相似,并不等于相同,两者在很多方面也存在差异,主要有以下四个方面。
(a)磁路中有磁饱和现象,在一定磁路中,通过的磁通量的大小受到严格的限制,而在充分冷却的电路中,流过的电流的大小几乎是不受限制的。(b)磁通在磁路中的传播速度远小于电路中电流的传播速度。
(c)电路中的电流表示带电质点的运动,因而通过电阻时要消耗能量,使电阻发热。而磁通并不代表质点的运动,只是描述磁场的一个物理量,它通过磁阻时不消耗功率,因而不存在磁路的热效应。
d)电路中导电材料与绝缘材料的导电率。
电工基础知识、维修电工基础知识。
(1)电阻率---又叫电阻系数或叫比电阻。是衡量物质导电性能好坏的一个物理量,以字母ρ表示,单位为欧姆*毫米平方/米。
在数值 上等于用那种物质做的长1米截面积为1平方毫米的导线,在温度20C时的电阻值,电阻率越大,导电性能越低。则物质的电阻率随温度而变化的物理量,其数值等于温度每升高1C时,电阻率的增加与原来的电阻电阻率的比值,通常以字母α表示,单位为1/C。
2、电阻的温度系数----表示物质的电阻率随温度而变化的物理量,其数值等于温度每升高1C时,电阻率的增加量与原来的电阻率的比值,通常以字母α表示,单位为1/C。 3、电导----物体传导电流的本领叫做电导。
在直流电路里,电导的数值就是电阻值的倒数,以字母ɡ表示,单位为欧姆。 4、电导率----又叫电导系数,也是衡量物质导电性能好坏的一个物理量。
大小在数值上是电阻率的倒数,以字母γ表示,单位为米/欧姆*毫米平方。 5、电动势----电路中因其他形式的能量转换为电能所引起的电位差,叫做电动势或者简称电势。
用字母E表示,单位为伏特。 6、自感----当闭合回路中的电流发生变化时,则由这电流所产生的穿过回路本身磁通也发生变化,因此在回路中也将感应电动势,这现象称为自感现象,这种感应电动势叫自感电动势。
7、互感----如果有两只线圈互相靠近,则其中第一只线圈中电流所产生的磁通有一部分与第二只线圈相环链。当第一线圈中电流发生变化时,则其与第二只线圈环链的磁通也发生变化,在第二只线圈中产生感应电动势。
这种现象叫做互感现象。 8 、电感----自感与互感的统称。
9、感抗----交流电流过具有电感的电路时,电感有阻碍交流电流过的作用,这种作用叫做感抗,以Lx表示,Lx=2πfL. 10、容抗----交流电流过具有电容的电路时,电容有阻碍交流电流过的作用,这种作用叫做容抗,以Cx表示,Cx=1/12πfc。 11、脉动电流----大小随时间变化而方向不变的电流,叫做脉动电流。
12、振幅----交变电流在一个周期内出现的最大值叫振幅。 13、平均值----交变电流的平均值是指在某段时间内流过电路的总电荷与该段时间的比值。
正弦量的平均值通常指正半周内的平均值,它与振幅值的关系:平均值=0.637*振幅值。 14、有效值----在两个相同的电阻器件中,分别通过直流电和交流电,如果经过同一时间,它们发出的热量相等,那么就把此直流电的大小作为此交流电的有效值。
正弦电流的有效值等于其最大值的0.707倍。 15、有功功率----又叫平均功率。
交流电的瞬时功率不是一个恒定值,功率在一个周期内的平均值叫做有功功率,它是指在电路中电阻部分所消耗的功率,以字母P表示,单位瓦特。 16、视在功率----在具有电阻和电抗的电路内,电压与电流的乘积叫做视在功率,用字母Ps来表示,单位为瓦特。
17、无功功率----在具有电感和电容的电路里,这些储能元件在半周期的时间里把电源能量变成磁场(或电场)的能量存起来,在另半周期的时间里对已存的磁场(或电场)能量送还给电源。它们只是与电源进行能量交换,并没有真正消耗能量。
我们把与电源交换能量的速率的振幅值叫做无功功率。用字母Q表示,单位为芝。
18、功率因数----在直流电路里,电压乘电流就是有功功率。但在交流电路里,电压乘电流是视在功率,而能起到作功的一部分功率(即有功功率)将小于视在功率。
有功功率与视在功率之比叫做功率因数,以COSφ表示。 19、相电压----三相输电线(火线)与中性线间的电压叫相电压。
20、线电压----三相输电线各线(火线)间的电压叫线电压,线电压的大小为相电压的1.73倍。 21、相量----在电工学中,用以表示正弦量大小和相位的矢量叫相量,也叫做向量。
22、磁通----磁感应强度与垂直于磁场方向的面积的乘积叫做磁通,以字母φ表示,单位为麦克斯韦。 23、磁通密度----单位面积上所通过的磁通大小叫磁通密度,以字母B表示,磁通密度和磁场感应强度在数值上是相等的。
24、磁阻----与电阻的含义相仿,磁阻是表示磁路对磁通所起的阻碍作用,以符号Rm表示,单位为1/亨。 25、导磁率----又称导磁系数,是衡量物质的导磁性能的一个系数,以字母μ表示,单位是亨/米。
26、磁滞----铁磁体在反复磁化的过程中,它的磁感应强度的变化总是滞后于它的磁场强度,这种现象叫磁滞。 27、磁滞回线----在磁场中,铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示,当磁化磁场作周期的变化时,铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线,这条闭合线叫做磁滞回线如图1。
28、基本磁化曲线----铁磁体的磁滞回线的形状是与磁感应强度(或磁场强度)的最大值有关,在画磁滞回线时,如果对磁感应强度(或磁场强度)最大值取不同的数值,就得到一系列的磁滞回线,连接这些回线顶点的曲线叫基本磁化曲线。 29、磁滞损耗----放在交变磁场中的铁磁体,因磁滞现象而产生一些功率损耗,从而使铁磁体发热,这种损耗叫磁滞损耗。
30、击穿---绝缘物质在电场的作用下发生剧烈放电或导电的现象叫击穿。 31、介电常数---又叫介质常数,介电系数或电容率,它是表示绝缘能力特性的一个。
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