电工电子技术少学时第.pptx

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1、【本章学习要求】理论：掌握变压器的作用；理解变压器的结构和工作原理、外特性；了解磁路和铁磁材料的基本知识、变压器的额定值及含义。 技能：熟悉变压器绕组极性的测试及联结方法；了解互感器的使用方法。第3章 磁路与变压器第1页/共57页3.1磁路与铁磁材料 在实际的工程应用中的一些常用电气设备，如变压器、电机、电磁铁、电工测量仪表等，其工作过程同时包含着电、磁相互作用的两个方面。为此，在学习电路的同时，也要学习一些有关磁路的基本知识。 磁场基本物理量 在中学物理中我们已知，不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场。用磁感应强度B、磁通 、磁场强度H、磁导率 等物理量来描述磁场的特性。1.磁感应强度B 磁

2、感应强度B是表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。它是一个矢量，其方向与该点磁力线切线方向一致，与产生该磁场的电流之间的方向关系可用右螺旋法则来确定，其大小可表示为第2页/共57页FBl I 其中F 通电导体在磁场中所受磁场力的大小，单位为牛顿（N） I 通电导体中电流的大小，单位为安培（A） l 通电导体在磁场中的长度，单位为米（m） 磁感应强度B的单位为特斯拉（T）。 若磁场内各点的磁感应强度的大小相等、方向相同，则称该磁场为均匀磁场。2.磁通 在均匀磁场中，磁感应强度B（若不是均匀磁场，则B取平均值）与垂直于磁场方向的面积S的乘积，称为通过该面积的磁通 。即（3-1）BSorBS 第3页

3、/共57页 从（3-1）式可见，磁感应强度B的大小，在数值上可以看成与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通，故B又可称为磁通密度，简称磁密。 磁通的单位为韦伯（Wb） 3. 磁导率 用来描述物质导磁能力的物理量，其单位为享/米（H/m） 为了比较物质的磁导率，一般选择真空介质作为比较基准，用物质的磁导率与真空磁导率0的比值，即相对磁导率 来表示物质的导磁能力。 0 = 410-7 H/m是一个常数，相对磁导率0rr (3-2) 越大，表明磁场中介质的导磁性能越强。该数值可从相关手册查出。 r第4页/共57页 若 1，即 = 0 ，磁导率是一常数，则该物质材料称为非磁性材料，如空气、铝；若 1，磁

4、导率不是一个常数，则该类材料称为铁磁材料，如铁、钴、镍及其合金等。4.磁场强度H 磁场强度是便于磁场的分析计算而引入的一个辅助物理量，也是一个矢量，定义磁场强度为rrrBHorBS其单位为安/米（A/m）式（3-3），不能说B与H成正比，即它们之间有线性关系。只有在非磁性材料时才成立。事实上，磁场内某点的磁场强度H只与电流大小、线圈匝数及该点的几何位置有关，而如磁场介质的磁性（ ）无关（见式（3-4）。 (3-3)第5页/共57页例如图3-1所示的环形通电线圈，通电电流为I，匝数为N，则在线圈内部半径为X某点的磁感应强度2xINBX (3-4)图3-1 环形通电线圈 该式表明：磁感应强度与磁场

5、中介质的磁性有关。当线圈内媒质不同，则磁导率不同，在同样电流值下，同一点的磁感应强度大小也不同，线圈内的磁通就不同。反过来说，若使线圈达到一定的磁感应强度，采用磁导率较大铁磁材料，则所需的励磁电流I就可以大大降低。因此，在许多电气设备的线圈中都放有一定形状的铁心材料，使得设备的体积、重量大大地减小，解决了既要磁通大，又要励磁电流小的矛盾。第6页/共57页铁磁材料及性能铁磁材料是制造变压器、电机、电器等各种电工设备的主要材料，其磁性能对电磁设备的性能和工作状态影响较大。铁磁材料的磁性能主要表现为高导磁性、磁饱和性和磁滞性。1.高磁导性 铁磁材料的磁导率很高，可达102 104 数量级。在外磁场作

6、用下，其内部的磁感应强度大大增强，即被磁化。铁磁材料的磁化现象，说明了铁磁材料是有很高的导磁性能，这一磁性能被广泛地应用于电工设备中，以减轻其重量和体积。非铁磁材料不能被磁化，因此其磁导率很小，基本保持不变。2.磁饱和性 在铁磁材料的磁化过程中，其磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限增大。当外磁场（或励磁电流）增大到到一定值时，磁化磁场不再随励磁电流的增加而继续增大。这种现象称为磁饱和现象，如图3-2的磁化曲线所示。第7页/共57页图3-2 磁化曲线 磁化曲线可用B = f(H)表示，由实验得出：若实验前铁磁材料处于未磁化状态（即B = 0），实验时调节励磁电流I，使之由零开始逐渐增大，直至铁磁

7、材料达到饱和状态，测出每次调节后的I和，计算出对应的B和H，画出B-H曲线。 在图中，曲线为铁磁材料的磁化曲线，分为三个阶段：在oa段，B和H几乎是线性关系；在ab段，B随H增长缓慢，称为膝部；bc段，B几乎不增长，达到饱和状态；曲线表明B和H是非线性关系。曲线为非铁磁材料的磁化曲线，是线性关系。第8页/共57页3.磁滞性 当铁心线圈中通有交变电流时，则铁磁材料将受到交变磁化。磁感应强度B随磁场强度H变化的关系如图3-3所示。由图可见，当H已回到零时，B的值并未回到零，而是B = Br，这种磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质，称为铁磁材料的磁滞性。其中Br称为剩磁感应强度（剩磁），永久磁铁的磁

8、性就是由剩磁产生的。图3-3磁滞曲线 如自励直流发电机的磁极，为了能够使电压建立，也必须具有剩磁。图3-3所示的曲线称为磁滞曲线，由实验得出；若要消磁，即B = 0，则应加反向励磁电流使材料反向磁化，此时的外加磁场Hc称为矫顽磁力。第9页/共57页磁路及其欧姆定律铁磁材料的导磁性较好，铁心线圈通电时，产生的磁通绝大部分被集中在铁心中，沿铁心而闭合，这部分磁通称为主磁通。而主磁通所通过的闭合路径，称为磁路。如图3-4所示为几种常见电气设备的磁路。图3-4几种常见电气设备的磁路第10页/共57页由式（3-1）、（3-3）、（3-4）可得mN IFLRS（3-5） 此式和电路中的欧姆定律有相同的的形

9、式，故称其为磁路的欧姆定律。 其中F = NI称为磁通势，简称磁势,产生磁通;mLRS称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；L为磁路的平均长度;S为磁路的截面积; 对于均匀磁路，可以直接用式（3-5）求解，若磁路是由不同的材料或不同长度和截面积的几段组成，则可认为磁路是由几段磁阻串联而成，即 NI = H1L1 + H2L2 + HnLn= （3-6） nHL第11页/共57页 这是计算磁路的基本公式，式中HiLi(i = 1,2,n)称为磁路的各段的磁压降。表3-1是电路和磁路欧姆定律的对照电 路磁 路电 动 势 E磁 通 势 F电 流 I磁 通 电阻磁阻电流密度J磁感应强度B电路欧姆定律磁路

10、欧姆定律mLRSlSRURI mNIFLRS 第12页/共57页3.2 3.2 变压器的结构及工作原理交流铁心线圈电路 当交流铁心线圈采用交流电源激励时，产生交变的磁通，并在线圈中产生感应电动势。图3-5 交流铁心线圈电路 1.电磁关系 在图3-5所示的交流铁心线圈电路中，设线圈的匝数为N，当在线圈两端加上交流激励电压u时，产生的交变励磁电流为i 。 磁动势Ni将产生两部分交变磁通：一部分是主磁通 ，通过铁心形成闭合的磁路，在线圈中产生主磁电动势e；另一部分称为漏磁通，是由于空气隙或其它原因而损耗的磁通，不流经铁心，从附近空气中通过，也将产生漏磁电动势，因其值很小，常将其忽略。 第13页/共5

11、7页 2.电压与电流关系 若不考虑线圈电阻和漏磁电动势，则电压u和电动势e的关系由图3-5可以写成u -e （3-7）设主磁通按正弦规律变化，即 = sint，则m(sin)mdtdeNNdtdt = -N cost = 2 f N sin(t-900) （3-8） mm0sin(90 )mt 其中 是主磁电动势e的幅值，则主磁通电动势的有效值为mE = 2 fN mE= 4.44fN m （3-9）第14页/共57页00sin( t-90 ) = sin( t+90 ) mmu UE= 4.44fN m（3-11 ） （3-10）所以 式（3-11）表明，在忽略线圈和漏磁电动势的条件下，当线

12、圈匝数N和电源频率f一定时，铁心中的磁通量最大值与外电压有效值U成线性关系，而与铁心材料、几何尺寸无关；也就是说，在外加电压U和频率f一定时，对某一电磁器件，铁心中的磁通最大值基本保持不变。这是交流铁心线圈的一个重要特点，也是分析交流电机、变压器这类电磁设备的一个重要公式。第15页/共57页 3.功率损耗 在交流铁心线圈中，功率损耗由两部分组成：一部分是线圈通电后发热而产生损耗，称为铜损，用 表示，则 = I2R（R为线圈等效电阻），因是变化的，又称为可变损耗；另一部分是交变电流在铁心内产生磁滞和涡流而引起的损耗（分别为 ），称为铁损 ，用 表示，因基本保持不变，又称为不变损耗。cuPcuPe

13、nPP、FenePPP=FeP铁损使铁心发热，影响了设备的绝缘材料使用奉命。变压器的种类及结构1.变压器的种类及作用 变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止的电气设备，具有电压变换、电流变换和阻抗变换的功能。因此，在电力系统和电子线路中得到广泛的应用。在电力系统中用作电力变压器。在传输电能过程中升高电压，以减少传输电流，降低电能损耗，节省线材，提高传输效率和质量；在用户端，降低电压，使其符合、适合用户安全使用的用电等级。第16页/共57页 在电子线路中，除了实现将电网电压转换到所需的电压数值外，还用作耦合电路和实现阻抗变换等。 另外，还有一些特殊用途和专用变压器，尽管用途不同，但基本结构和工作

14、原理是相同的。 2.变压器的结构 变压器由铁心和绕组这两个基本部分组成。 (1)铁心 铁心是变压器的磁路部分，采用磁介质以增强磁感应强度，增大线圈间的耦合程度。为了减少铁心的铁损，铁心材料通常用厚度为0.35mm或0.5mm的硅钢片两面涂以绝缘漆按一定的方式叠装而成。 (2)绕组 绕组是变压器的电路部分，多采用电阻率低、导电性能良好的绝缘铜线绕成，一般小容量变压器的绕组采用高强度漆包线绕制，靠自然冷却方式带走因损耗而产生热量；大容量变压器可用绝缘扁铜线或铝线绕制，多采用油冷式冷却散热。和电源相连的绕组称为一次绕组，另一个和负载相连的绕组，称为二次绕组。第17页/共57页图3-6 变压器的结构

15、根据铁心结构和与绕组的相对位置，可将变压器分成心式铁心结构变压器和壳式铁心变压器。如图3-6所示 心式变压器，绕组套在铁心柱上，铁心被绕组包围着，这种结构简单、绕组套装方便、绝缘易处理、用铁量较少，多用于较大容量变压器。 壳式变压器绕组套装在中间的铁心柱上，铁心包围绕组，故变压器不需外壳，机械强度较好，但用铁量较多，制造工艺复杂，多用于小容量变压器。如电子设备和仪器中的变压器多采用这种形式。第18页/共57页 1.电压变换原理 在图3-7（a）中，加在一次线圈上的交流电压为u1，则线圈中的电流为i1，若二次线圈不接负载，即开路，这种状态，称为变压器的空载运行。图3-7 单相变压器的原理图 变压

16、器空载运行，一次绕组的工作状况类似于交流铁心线圈。一次绕组中的电流称为空载电流i0，也就是激励电流。 第19页/共57页 磁通势N1i0在闭合铁心中产生的主磁通，同时穿过一次绕组和二次绕组，分别产生感应电动势为e1、e2，各电量的参考方向如图3-7（a）所示。由（3-10）式可知，感应电动势的有效值分别为22E = 4.44fN m11E = 4.44fN m（3-12） 若忽略漏磁通及绕组上电阻的压降影响，则一、二次绕组上的电压值近似等于其电动势。设二次绕组的开路电压为u2，则 E1U1 E2U2 （3-13） 由式（3-12）、式（3-13）可得 1122 = Ku 3-14UNUN（）第

17、20页/共57页 式（3-14）表明：变压器空载运行时，一、二次绕组上电压与其匝数成正比。一、二次绕组的匝数不同，通过变压器就可得到不同的电压值，即可完成电压的变换作用，Ku称为电压比，当 Ku 1时，即 U1U2 ，这种变压器称为降压变压器； Ku 1时，即U1 U2 ，则变压器称为升压变压器。 2.电流变换原理 在图3-7（b）所示的图中，若一次线圈接上负载ZL，形成闭合回路，则称为变压器的负载运行。 变压器负载运行时，一次绕组中磁通势N1i1通过二次绕组时，产生感应电动势e2和感应电流i2，则二次绕组中的磁通势N2i2产生的磁通也通过闭合铁心（抵抗一次绕组中磁通的变化），因此，铁心中的主

18、磁通由一、二次绕组磁通势共同作用产生的。式（3-11）已表明，在一次绕组的外加电压和频率f不变的情况下，闭合铁心中的磁通量基本保持不变，也就是说只要保持U1和f不变，变压器无论是空载运行，还第21页/共57页是负载运行，在闭合铁心中的磁通量基本保持不变，那么产生磁通量的磁通势基本相等。即1 01 12 21 01 122N iN iN iorN IN IN I （3-15）所以2102011NIIIIIN（-）=（3-16） 该式表明：变压器从空载到负载运行时，一次绕组电流从 增加到 ，其增量为 ，其中 用来产生主磁通，增量 用来抵消负载电流 对主磁通的影响，以保持主磁通的稳定。因此，变压器负

19、载无论怎样变化，一次绕组中的电流 总能按比例调节，以适应负载电流 的变化，从而实现能量的传送。0I1I2121NIIN=（-）I0I2I1I2I第22页/共57页 由于空载电流很小，和满载电流相比，不到额定电流10%，可忽略，故式（3-15）可写成1 1220N IN I1 122N IN I 用一、二次绕组电流的有效值表示（3-17）21121iuNIKNIK（3-18） 式（3-18）表明了变压器的电流变换作用：当变压器负载运行时，一、二次绕组的电流与匝数成反比。改变一、二次绕组的匝数就可以改变一、二次绕组的电流的比值，这就是变压器的变流作用，称为变压器的电流比。对于变压器，电压比与电流比

20、互为倒数，因此匝数多的绕组，电压高而电流小，绕组线径较细；而匝数少的绕组，电压低而电流大，绕组线径较粗。第23页/共57页3.阻抗变换原理 变压器的一、二次绕组虽然没有直接的电的联系，但从以上分析可知，一次绕组中的电流I1随着二次绕组的负载ZL变化而变化。从变压器的一次绕组看进去，用一个等效阻抗 来代替这种作用则 ， 如图3-8所示。LZ11LUZI 图3-8 变压器的阻抗变换 由式（3-14）、（3-18）得21121uuK UUZIIK 2222uuLUKKZI（3-19）第24页/共57页 式（3-19）表明变压器的阻抗变换作用：接在变压器二次绕组上的负载|ZL|，从一次绕组看上去，相当

21、于在电源上直接接一个阻抗为 的负载。 在电子线路和通信工程中，为了提高信号的传输功率，在功率输出端要求负载阻抗为一定的数值，即阻抗匹配。例如收音机的扬声器的阻抗一般较小为几欧到十几欧。为了使负载扬声器获得最大的功率，则负载阻抗必须等于信源（功率输出级）的内阻，在功率输出级要求负载阻抗为几十到几百欧，显然直接接上扬声器不合要求，得到的功率（功率绝大部分消耗在输出级的内阻上）不足以推动扬声器，为此可在功率输出级和负载之间接入一个输出变压器，提高负载的阻抗，实现阻抗匹配。下面以例子说明阻抗匹配的意义。2uLZKZ 第25页/共57页例3.1 某交流信源的电压Us = 100 V，其内阻R0 = 50

22、0，负载电阻RL = 5 ，试求：1)将负载直接与信源相接，负载得到的功率是多少？2)若接入变压器，使一次绕组等效阻抗 = R0 = 500 ，求变压器的电压比及信源输出的功率。LR图3-9 例3.1图 解：1)直接接负载如图3-9（a），则信源输出功率为 0SLLURRR22LP=I R =（）1005 0.196500 5w 2=（）第26页/共57页 2)如图（b）所示，接入变压器后，一次绕组等效阻抗为 = R0 = 500，则电压比由 = Ku2 得LRLRLR500105LuLRKR此时信源输出功率为01005005500500SLLURwRR 222LP=I R =（）（） 由此可

23、见，经变压器阻抗匹配后，负载得到的功率大幅度提高。第27页/共57页三相变压器的结构与工作原理 图2-10 三相心式变压器三相变压器用于三相交流电压的变换、传递电能。三相变压器有两种结构：一种称为三相组成变压器，由三个单相变压器组成；另一种称为三相心式变压器，在一个共有的铁心上有三个心柱，每个心柱上绕有同一相的两个绕组。我国电力系统中大都采用后种结构，如图2-10所示。三相变压器各相高压绕组的首端和末端分别用U1、V1、W1和U2、V2、W2表示；低压绕组的首端和末端分别用u1、v1、w1和u2、v2、w2表示；三相变压器的每一相的工作情况和单相变压器相同。图2-10 三相心式变压器 第28页

24、/共57页 三相变压器的三相绕组根据工作需要分别可将一、二次绕组接成星形（Y）或三角形（），常见的接线方式有：Y，y；Y，yn；YN，d三种。高压侧用大写字母，低压侧用小写字母表示，yn表示星形联结有中性线引出，d表示三角形联结。 1212pupUNKUN变压器的型号表示方法及意义： 三相变压器的一、二次绕组相电压之比与单相变压器一样，等于一、二次绕组每相的匝数之比，即第29页/共57页 如SL7-1250/35,就是三相油浸自冷式、铝线电力变压器，额定容量为1250kVA，高压侧额定电压为35kV 为用电设备选择变压器的容量，应根据负载的视在功率计算，不应该按照负载所需的有功功率来计算。 我

25、国变压器容量有R10容量系列（容量按的倍数增加）和 R8容量系列（容量按的倍数增加）两种。R10容量系列等级较密，便于选用，是国家标准电力变压器GB 1094 -79所确定的容量系列，也是国际电工会议确定的国际通用标准容量系列。工矿企业常用变压器的容量等级有： 10、20、30、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400 、500、630、800、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000、6300、8000、10000等kVA第30页/共57页3.3 变压器的工作特性 变压器的工作性能指标，通常称为工作特性，它包括外特性

26、和效率特性。变压器的外特性 变压器的外特性，指在电源电压U1和负载功率因数cos不变时，二次绕组的端电压U2随负载电流I2变化而变化的规律，即用曲线表示，则称为变压器的外特性曲线。如图3-11所示。由于变压器一、二次绕组具有电阻及漏磁通，尽管数值较小，但对实际变压器的工作有一定的影响，从图中可看出，在阻性负载cos= 1，感性负载cos 1时，外特性曲线呈下降趋势，即二次绕组图3-11 变压器的外特性 第31页/共57页端电压U2随负载电流I2的增加而下降。 常用电压变化率（或称为电压调整率）来表示外特性的变化程度。若二次绕组的空载电压为U20，当负载电流I2增加到额定电流I2N时的端电压U2

27、N为，则电压变化率为U %，可表示为 ： 20220U %100%NUUU （3-20） 电压变化率是表征变压器的工作性能的重要技术指标，它反映了供电电压的稳定性，要求越小越好，一般在2%5%。电压变化率过大，会给负载运行带来不良影响，如灯光时亮时暗，会影响工作者的视力和工作效率。第32页/共57页变压器的效率特性 变压器的效率特性，反映变压器负载运行的经济性。变压器在传送能量过程中，总存在铜损Pcu和铁损 PFe，因而其输出功率P2总小于输入功率P1，输出功率与输入功率之比，称为效率。即2212100%100%ecuFPPPPPP （3-21） Pcu是一、二次绕组上电阻消耗的功率，与负载的

28、电流I2有关。 PFe是与铁心材料、电源电压U1和频率f有关，与负载电流大小无关,一般是一个常数，因此，变压器的效率与负载电流有关,效率关系曲线如图3-12所示。第33页/共57页当负载为额定负载的50%75%左右时，达到最大。空载时 =0。轻载、空载时损耗的功率的比例较大，效率低，因此，应合理选择变压器的容量，避免长期轻载运行或空载运行。 图3-12变压器的效率特性曲线 变压器的额定值及极性测定1.变压器的额定值 额定值通常标注在变压器的铭牌上，也称为铭牌值，是厂家根据国家技术标准，对其正常可靠工作所作的使用规定。主要有第34页/共57页 1)额定电压 一次绕组额定电压是根据绝缘等级，变压器

29、长时间运行所能承受的工作电压；在电力系统中二次绕组额定电压U2N是指一次绕组加额定电压，二次绕组开路时的电压；在仪器仪表中通常是指变压器一次绕组加额定电压，二次绕组接额定负载时输出的电压；三相变压器额定电压指线电压。 2)额定电流 在额定容量和允许温升条件下，长时间通过的电流值，分别用 表示一、二次绕组的额定电流；对三相变压器，额定电流指线电流。 3)额定容量 在额定运行状态下二次绕组所能输送的容量（视在功率），单位为伏安（VA）或千伏安（kVA），符号SN用表示。 12NNII、单相变压器：三相变压器：2211NNNNNSUIUI221133NNNNNSUIUI第35页/共57页 例3.2

30、有SL7-160/10型电力变压器，容量为160kVA，一次绕组电压为10kV，二次绕组电压为400V，问该变压器的变压比是多少？求高、低压侧的额定电流。 解：三相变压器的一、二次绕组相电压之比，等于一、二次绕组每相的匝数之比，即变压比 12121000025400pupUNKUN由 可知高、低压侧的额定电流分别为I1N、I2N，所以221133NNNNNSUIUI111600009.2433 10000NNNSIAAU22160000230.9533400NNNSIAAU第36页/共57页2.变压器绕组极性的测定 在使用变压器和有磁耦合的互感线圈时，要注意线圈的同极性线圈间的正确联接。同极性

31、端又称为同名端，是指各绕组电流瞬时极性相同的端点，也就是当有电流通过时，绕组中产生的磁通方向相同图3-13 变压器绕组的正确联接 的端点。否则称为异名端或异极性端。绕组的同名端常用符号“”或“*”标记，例如一台变压器的一次绕组有两个，如图3-13（a）所示。1、3或2、4为同名端子，当两绕组串联时，即异名端如2、3端相连，如图3-13（b），则可接入较高电压； 第37页/共57页 当两绕组并联时，即同名端相接如1和3，2和4相接后再接电源，如图3-13（c），可接入较低电压。 如果联接错误，如串联时1和3端相连，2和4端接电源，则两绕组的磁通势方向相反而相互抵消，铁心中不产生磁通。因而绕组中就

32、没有感应电动势，将流过很大电流，把绕组绝缘烧坏而烧损变压器。 当变压器的绕组的绕向知道时，根据产生感应电动势的同极性，即可判别 同名端子。但对于已制成的变压器，由于经过工艺处理，从外观上无法辩认两绕组的具体绕向，绕组的同名端就无从看出，只能通过实验的方法来测定出来。 常用的判别方法有两种：直流判别法和交流判别法。 1) 直流判别法 它是根据同名端定义以及线圈电压参考方向（或感应电动势）的标注原则而归纳出的一种实用方法。其判别方法如下：第38页/共57页图3-14 变压器绕组极性的测定 在图3-14（a）中，在开关S闭合的瞬间，电流从1端流入，若检流计或毫安表mA（当然也可以接一电压表）的指针向

33、右偏转，说明绕组3-4中的感应电流从3端进，因而两绕组中磁通量的方向相同，1、3端是同名端子。否则1、4为同名端子。第39页/共57页2) 交流判别法 它是根据线圈串联原理，在工程上应用更广泛。其判别方法如下：将两个绕组如1-2和3-4的任意两端联接在一起，如1、3端相联，在一绕组两端如1-2之间加接一个较低的便于测量的交流电压U12，用电压表分别测量2、4端电压U24和3、4端电压U34，如图3-14（b）所示，根据电压的极性关系，若U24 = U12- U34，则说明两绕组是反向串联， 2、4（或1、3）端为同名端；若U13 = U12 + U34，则说明两绕组是顺向串联，1、4（或2、3

34、）为同名端。 若没有电压表，用白炽灯代替也可以，只不过要做两次实验比较，白炽灯较亮时，电压较高，两绕组是顺向串联，1、3端是异名端；白炽灯较暗时，电压较低，两绕组是反向串联，1、3端是同名端。第40页/共57页3.4 其它变压器 * 变压器的种类较多，在实际的应用中，虽说其基本工作原理相同，但又有各自的特点。下面简单介绍几种特殊用途的变压器。 自耦变压器 实验室用的调压变压器就是自耦调压器，这种变压器的一、二次绕组并没有象前面讨论的变压器那样相互绝缘而分开，而是一、二次绕组共用一个绕组。绕组总匝数N1作为一次绕组接电源，其中的部分匝数N2作为二次绕组接负载，因此，这种自耦变压器一、二次绕组间不

35、仅有磁的耦合，还有电的联系，这就是和其它变压器相比的特殊之处，如图3-15所示。 第41页/共57页图3-15 自耦变压器 在实际应用中，为了得到连续可变的交流电压，自耦变压器的铁心做成圆形，二次绕组由抽头形成一个滑动触点，通过旋转手柄滑动触点的位置而改变二次绕组的匝数，达到调节输出电压的目的。第42页/共57页 因一、二次绕组之间有电的联系，对低压（二次侧）的绝缘要求较高，因此，使用自耦变压器时要注意以下问题： 1）自耦变压器不能用作安全隔离变压器 2） 一、二次绕组的公用端必须接零线，以避免旋动手柄时有触电的危险。 3）一、二次绕组不能调换，以免电流过高而烧坏变压器或使电源短路。 4）每次

36、在接通电源前和关闭电源后，要保证调压手柄在0刻度位置。第43页/共57页互感器 互感器按其用途的不同，分为电流互感器和电压互感器。 使用互感器有两个主要目的：使测量回路和高压电网隔离，保证工作人员的安全；扩大仪表的量程，用小电流、低电压来测定大电流、高电压，同时使仪表各结构简单，价格低廉。 1.电流互感器 电流互感器是利用变压器的电流变换原理，将被测电路中的大电流变换成测量仪表量程内小电流的一种升压变压器。如图3-16所示。它的一次绕组和被测负载串联于电路中，一次绕组匝数较少，通常只有一匝或几匝。因而线径较粗，二次绕组匝数较多，因而线径较细，电流表串联在二次绕组中形成一个闭合电路。第44页/共

37、57页 图3-16 电流互感器原理图 由变压器的电流变换原理可知1221iINkIN12iIk I 称为电流互感器电流比， ,即 ，故利用小量程电流表测量大电流，仪表刻度乘以电流比，即为被测电流的数值。 ik1ik 12II第45页/共57页 使用电流互感器要注意以下问题：因二次绕组及电流表的内阻较小，因而二次绕组相当于短路状态。 1)电流互感器的二次绕组连同铁心必须可靠接地，以防止绝缘损坏后，一次侧高压传到二次侧，发生人身伤亡事故。 2)电流互感器的二次线圈绝对不允许开路。因为二次绕组开路后，将会感应出很高的电压，可能将绝缘击穿，危及工作人员的安全。因此，在二次绕组中拆装仪表时，必须先将绕组

38、短路。 钳形电流表（简称钳形表）就是利用电流互感器扩大电流表量程的应用。在有些不能断开电路的场合测量电流时，可以使用钳形表。 第46页/共57页 钳形表是由电流互感器和整流系电流表组成，其外形如图3-17所示。它的铁心如同钳子一样，可以分开、压紧。 测量时将钳口压开而套入被测导线，这时该导线就是电流互感器的一次绕组（单匝），电流互感器的二次绕组在铁心上经整流器与电流表接通。根据电流互感器的一次、二次绕组间的一定电流比关系，电流表的指示值就是被测量的数值。图3-17 钳形电流表 使用钳形表时应注意以下几点：1）.选择合适的量程，不可用小量程档测量大电流，以防止损坏仪表。 第47页/共57页 若不

39、知被测电流的大小，则选择最大电流量程，根据被测值的大小，再选择适当的量程；如果被测电流值较小，读数不明显，可将被测导线在钳口上多绕几圈进行测量，但将读数除以所绕的圈数才是实际的被测电流值。 2）.被测导线必须置于钳形窗口中央，钳口必须闭紧，否则会增加测量误差。 3）.不要在测量过程中变换量程档。 4）.不允许用钳形表去测量高压电路的电流，以免发生事故。 5）.操作时应戴绝缘手套和使用绝缘垫。第48页/共57页 2.电压互感器 电压互感器是一台小容量的降压变压器，如图3-18所示。一次绕组匝数多，与被测的高压电网并联，二次绕组匝数少，与电压表相联结。因电压表的阻抗较大，电压互感器二次侧电流很小，

40、近似于变压器的空载运行状态。根据电压变换原理 1122uUNkUN可知 12uUk U 称为电压互感器的电压比。 ，故可用低电压量程的电压表去测量高电压，电压表在某量程的刻度值乘以电压比，即为所测电压值。uk121ukUU，第49页/共57页图3-18 电压互感器第50页/共57页 使用电压互感器要注意以下事项： 1)电压互感器的二次绕组绝对不允许短路，因为过大的电流也同样会给工作人员和设备带来危害。因此一、二次绕组中要安装熔断器。 2)为了安全使用，电压互感器二次绕组连同铁心必须可靠地接地。第51页/共57页电焊变压器电焊变压器又称交流电焊机。金属电焊时，要求变压器有下降的外特性，即起弧电压

41、较高（6075V），起弧后，要求电压迅速下降，额定负载时仅为30V；在工作中要求电流稳定，短路时电流也不过大。为了适应不同的焊件材质和不同的焊条，还要求能调节焊接电流的大小。根据电焊变压器结构特点，可将其分为动线圈式、串联电抗器式和动铁心式三种类型。图3-19所示的电焊变压器为动圈式结构，通过摇动手柄使初级线圈上下移动，改变它与次级线圈的距离，来改变两个线圈耦合程度，从而改变感应电压大小，实现焊接电流的调节。第52页/共57页图3-19 电焊变压器的工作原理 第53页/共57页小结 1.磁路的主要物理量有磁感应强度B、磁通、磁导率和磁场强度H，其中磁感应强度B和磁场强度H是矢量。它们之间有如下

42、关系： = BS B = H 根据磁导率的不同，分为铁磁材料（1，不是常数）和非铁磁材料（1，基本不变）。铁磁材料具有高导磁性、磁饱和性和磁滞性。磁路中的欧姆定律 ， 磁通势 F = NI，产生磁通; 磁阻 ， 表示磁路对磁通的阻碍作用；这些参数都可以和电路中的参数一一对应起来。mNIFLRS m R =LS第54页/共57页 2. 交流铁心线圈电路是分析交流电机、变压器电路的基础。在外加电压U和频率f一定时，对某一电磁器件，铁心中的磁通最大值基本保持不变。 变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止的电气设备，由铁心和绕组这两个基本部分组成，在电力系统和电子线路中得到广泛的应用。具有电压变换、电

43、流变换和阻抗变换的功能。 变压器的损耗由两部分组成：铜损和铁损。铜损又称为可变损耗，是线圈发热而产生的；铁损又称为不变损耗，包括磁滞损耗和涡流损耗两部分。 3. 变压器的工作特性，包括外特性和效率特性。常用电压变化率U %来表示外特性的变化程度。 变压器的效率特性，反映负载运行的经济性。应合理选择变压器的容量，避免长期轻载运行或空载运行。第55页/共57页 为了正确选择和使用变压器，还必须了解和掌握型号的含义，额定容量、额定电压、额定电流的意义及计算方法。 变压器的极性表示了绕组中感生电动势的关系，瞬时极性相同的端点称为同名端。可根据绕组的绕向判别，也可以用直流判别法和交流判别法等实验方法判别。 4. 自耦调压器一、二次绕组共用一个绕组，既有磁的耦合，又有电的联系，因此不能用作安全隔离变压器；一、二次绕组的公用端必须接零线，以确保使用安全。 互感器的使用既扩大仪表的量程，又使测量回路和高压电网隔离，在使用时互感器二次绕组连同铁心必须可靠地接地。互感器按用途分为电流互感器和电压互感器。电流互感器的二次绕组绝对不允许开路。电压互感器的二次绕组绝对不允许短路。 第56页/共57页感谢您的观看！第57页/共57页