磁路与铁芯线圈电路.讲解学习.ppt

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1、磁路与铁芯线圈电路.3.1.1磁场的基本物理量磁场的基本物理量1.磁感应强度磁感应强度 磁感应强度是表示磁场内某点的磁场强弱及方向的物理量。磁感应强度是表示磁场内某点的磁场强弱及方向的物理量。若磁场内各点磁感应强度大小相等若磁场内各点磁感应强度大小相等,方向相同方向相同,则为则为匀强磁场匀强磁场.在国际单位制中，磁感应强度的在国际单位制中，磁感应强度的单位单位是特斯拉（是特斯拉（T），简），简称特。称特。2.磁通磁通 在匀强磁场中，磁感应强度与垂直于磁场方向的面积在匀强磁场中，磁感应强度与垂直于磁场方向的面积 的乘积，的乘积，称为通过该面积的磁通称为通过该面积的磁通,在数值上可以看成与磁场方向

2、相垂在数值上可以看成与磁场方向相垂直的单位面积所通过的磁通，故又称磁通密度。直的单位面积所通过的磁通，故又称磁通密度。在国际单位制中，在国际单位制中，单位单位是韦伯是韦伯(Wb)2022/11/1523.1.1磁场的基本物理量磁场的基本物理量3.磁导率磁导率 磁导率磁导率 是表示物质是表示物质导磁性能导磁性能的物理量，它的单的物理量，它的单位是亨位是亨/米（米（）。任意一种物质的磁导率与真）。任意一种物质的磁导率与真空的磁导率之比称为相对磁导率。空的磁导率之比称为相对磁导率。4.磁场强度磁场强度 磁场强度磁场强度 是进行磁场分析时引用的一个辅助物是进行磁场分析时引用的一个辅助物理量，为了从磁感

3、应强度中理量，为了从磁感应强度中 除去磁介质的因素。除去磁介质的因素。2022/11/1533.1.23.1.2铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能 物质按其导磁性能可分为两大类。物质按其导磁性能可分为两大类。一类称为一类称为铁磁材料铁磁材料，如，如铁、钢、镍、钴铁、钢、镍、钴等，这类材等，这类材料的导磁性能好，磁导率料的导磁性能好，磁导率 值大；值大；另一类为另一类为非铁磁材料非铁磁材料，如铜、铝、纸、空气等，此，如铜、铝、纸、空气等，此类材料的导磁性能差，磁导率类材料的导磁性能差，磁导率 值小（接近真空的磁值小（接近真空的磁导率导率）。）。2022/11/154铁磁材料是制造变压器、电动机等各

4、种铁磁材料是制造变压器、电动机等各种电工设备的主要材料。电工设备的主要材料。铁磁材料的磁性能对电磁器件的性能和铁磁材料的磁性能对电磁器件的性能和工作状态有很大影响。工作状态有很大影响。铁磁材料的磁性能主要表现为铁磁材料的磁性能主要表现为高导磁性、高导磁性、磁饱和和磁滞性磁饱和和磁滞性。3.1.23.1.2铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能2022/11/155 磁磁芯芯线线圈圈中中通通过过交交变变电电流流时时，H的的大大小小和和方方向向都都会会改改变变，铁铁心心在在交交变变磁磁场场中中反反复复磁磁化化的的过过程程中中，B的的变变化化总总是是滞滞后后于于H的的变变化化，这这种种现现象象称称为为磁磁

5、磁磁滞性滞性滞性滞性；当；当H减为零时减为零时B并不为零。并不为零。磁导率可达磁导率可达102104，由软磁材料组成的，由软磁材料组成的磁路磁阻很小，在线圈中通入较小的电流即可获得较磁路磁阻很小，在线圈中通入较小的电流即可获得较大的磁通。大的磁通。B不会随不会随H的增强而无限增强，的增强而无限增强，H增大到增大到一定值时，一定值时，B不能继续增强。不能继续增强。高导磁性高导磁性高导磁性高导磁性磁滞性和剩磁性磁滞性和剩磁性磁滞性和剩磁性磁滞性和剩磁性磁饱和性磁饱和性磁饱和性磁饱和性：3.1.23.1.2铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能1.高导磁性高导磁性 铁磁材料具有很强的导磁能力铁磁材料具有很

6、强的导磁能力,在外磁在外磁场作用下场作用下,其内部的磁感应强度会大大增其内部的磁感应强度会大大增强强.相对磁导率可达相对磁导率可达102104 铁磁材料之所以具有高导磁性，是因铁磁材料之所以具有高导磁性，是因为在它们的内部具有一种特殊的物质结为在它们的内部具有一种特殊的物质结构构磁畴磁畴。3.1.23.1.2铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能2022/11/157 铁磁材料内部铁磁材料内部的磁畴排列的磁畴排列杂乱杂乱杂乱杂乱无章无章无章无章，磁性相互磁性相互磁性相互磁性相互抵消抵消抵消抵消，因此对外，因此对外不显示磁性。不显示磁性。铁磁材料之所以具有高导磁铁磁材料之所以具有高导磁性，是因为在它们

7、的内部具有一性，是因为在它们的内部具有一种特殊的物质结构种特殊的物质结构磁畴磁畴磁畴磁畴。磁畴因受外磁场作用而顺着外磁畴因受外磁场作用而顺着外磁场的方向发生归顺性重新排列，磁场的方向发生归顺性重新排列，在内部形成一个很强的在内部形成一个很强的附加磁场附加磁场附加磁场附加磁场。使铁磁才材料内的磁感应强度大大使铁磁才材料内的磁感应强度大大增强增强.这就是这就是磁化现象磁化现象.（a a）无外磁场情况）无外磁场情况）无外磁场情况）无外磁场情况（b b）有外磁）有外磁）有外磁）有外磁场情况场情况场情况场情况2022/11/1582.磁饱和性磁饱和性 铁磁材料磁化过程中铁磁材料磁化过程中,随着励磁电流的

8、随着励磁电流的增大增大,外磁场和附加磁场都将增大外磁场和附加磁场都将增大.但当但当励磁电流增大到一定值时励磁电流增大到一定值时，几乎所有磁几乎所有磁畴都与外磁场方向一致畴都与外磁场方向一致,附加磁场磁感应附加磁场磁感应强度不能继续增强强度不能继续增强,这种现象称为磁饱和这种现象称为磁饱和现象现象.3.1.23.1.2铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能2022/11/159BHBHBHBH(A)(B)(C)(D)2022/11/1510磁化曲线磁化曲线大致分为四段大致分为四段开始开始M的增加比较缓慢的增加比较缓慢后来增加较快后来增加较快之后又慢下来之后又慢下来,最后达到饱和磁感应强最后达到饱和磁感

9、应强度度(Bs）附点附点,漆点漆点,饱和点饱和点2022/11/1511磁化曲线磁化曲线磁导率磁导率是是B-H曲线上的曲线上的斜率斜率铁刺材料的磁化起始段铁刺材料的磁化起始段和饱和段和饱和段值都不大值都不大,但但在漆点附近达到最大值在漆点附近达到最大值.所以所以,电器工程上通常电器工程上通常要求铁刺材料工作在要求铁刺材料工作在漆漆点附近点附近.2022/11/15123.磁滞性磁滞性 芯线圈中通过交变电流时，芯线圈中通过交变电流时，H的大小和方向都会改变，的大小和方向都会改变，铁心在交变磁场中反复磁化的过程中，铁心在交变磁场中反复磁化的过程中，B的变化总是滞的变化总是滞后于后于H的变化，这种现

10、象称为的变化，这种现象称为磁滞性磁滞性磁滞性磁滞性；当当H减为零时减为零时B并不为零。并不为零。3.1.23.1.2铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能BHHcBsBrIu电路部分电路部分磁路部分磁路部分2022/11/1513磁磁滞回线滞回线饱和饱和饱和饱和当当H减小到零时，减小到零时，MMr，表示材料在，表示材料在无外磁场时仍保持了一定程度的磁无外磁场时仍保持了一定程度的磁性性。称为剩磁称为剩磁.如果要如果要除掉剩磁除掉剩磁,使使M0，则必须加上一反向磁则必须加上一反向磁场场Hc，Hc称为矫顽力。称为矫顽力。表示表示铁刺材料反抗退磁的能力铁刺材料反抗退磁的能力退磁过程中退磁过程中M(或或B）的

11、变化落后于）的变化落后于H的变化，这种现象称为磁滞现象。的变化，这种现象称为磁滞现象。当反向当反向H继续增加时，最后又可以达到继续增加时，最后又可以达到反向饱和点，再沿正方向增加反向饱和点，再沿正方向增加H，则又，则又通过另一条途径达到正向饱和点。通过另一条途径达到正向饱和点。在交变磁场的每一周内，在交变磁场的每一周内，M(B)-H曲线构成一个封闭回路，曲线构成一个封闭回路，这个回路曲线称为磁滞回线。这个回路曲线称为磁滞回线。2022/11/1514磁滞回线与磁畴的关系磁滞回线与磁畴的关系磁滞现象是由于掺磁滞现象是由于掺杂和内应力等的作杂和内应力等的作用，当撤掉外磁场用，当撤掉外磁场时磁畴的畴

12、壁很难时磁畴的畴壁很难恢复到原来的形状，恢复到原来的形状，而表现出来。而表现出来。2022/11/1515磁滞回线中磁滞回线中H为为零时零时B并不为零并不为零 的现象说明铁的现象说明铁磁材料具有磁材料具有剩剩剩剩磁性磁性磁性磁性。BH0cba起始磁化曲线起始磁化曲线起始磁化曲线起始磁化曲线oa段是段是线性段线性段线性段线性段ab段是段是上升段上升段上升段上升段bc段是磁化曲线的段是磁化曲线的膝部膝部膝部膝部C点以后是点以后是饱和段饱和段饱和段饱和段起始磁化起始磁化曲线反映曲线反映了什么？了什么？起始磁化曲线的起始磁化曲线的ab段反映了铁磁材料的段反映了铁磁材料的高导磁性高导磁性高导磁性高导磁性

13、；c点以后说明铁磁材料具有点以后说明铁磁材料具有磁饱和性磁饱和性磁饱和性磁饱和性。磁滞回线中磁滞回线中B的变化总的变化总是落后于是落后于H的变化的变化说明说明铁磁材料具有铁磁材料具有磁滞性磁滞性磁滞性磁滞性；3.1.23.1.2铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能2022/11/1516退磁方法退磁方法你知道么你知道么?(1)加热法加热法 当铁磁质的温度升高到某一温度时，磁性消失，由铁磁质变为顺磁质，当铁磁质的温度升高到某一温度时，磁性消失，由铁磁质变为顺磁质，该温度为居里温度该温度为居里温度 Tc。当温度低于。当温度低于Tc 时，又由顺磁质转变为铁磁质。时，又由顺磁质转变为铁磁质。铁的居里温度铁

14、的居里温度 Tc=770，30%的坡莫合金居里温度的坡莫合金居里温度 Tc=70原因：原因：由于加热使磁介质中的分子、原子的振动加剧，提供了由于加热使磁介质中的分子、原子的振动加剧，提供了磁畴转向的能量，使铁磁质失去磁性。磁畴转向的能量，使铁磁质失去磁性。(2)(2)敲击法敲击法：通过振动可提供磁畴转向的能量，使介质失去磁性。如敲击通过振动可提供磁畴转向的能量，使介质失去磁性。如敲击永久磁铁会使磁铁磁性减小。永久磁铁会使磁铁磁性减小。(3)3)加反向磁场法：加反向磁场法：加反向磁场，提供一个矫顽力加反向磁场，提供一个矫顽力Hc,Hc,使铁磁质退磁。使铁磁质退磁。(4)(4)加交变衰减的磁场加交

15、变衰减的磁场：使介质中的磁场逐渐衰减为使介质中的磁场逐渐衰减为0 0，应用在录音机，应用在录音机中的交流抹音磁头中。中的交流抹音磁头中。2022/11/1517铁磁材料分类铁磁材料分类根据铁磁质的矫顽力的大小，将磁性材料分成根据铁磁质的矫顽力的大小，将磁性材料分成软磁、硬磁和矩磁材料软磁、硬磁和矩磁材料(1)软磁材料软磁材料 具有较高的磁导率和较高的饱和磁感应强度；较小的矫顽力（矫顽力很小，即磁场的方向和大小发生变化时磁畴壁很容易运动）和较低磁滞损耗，磁滞回线很窄；在磁场作用下非常容易磁化；取消磁场后很容易退磁化 象软铁、坡莫合金、硅钢片、象软铁、坡莫合金、硅钢片、铁铝合金、铁镍合金等。铁铝合

16、金、铁镍合金等。由于软磁材料磁滞损耗小，由于软磁材料磁滞损耗小，适合用在交变磁场中，如变压适合用在交变磁场中，如变压器铁芯、继电器、电动机转子、器铁芯、继电器、电动机转子、定子都是用软件磁性材料制成。定子都是用软件磁性材料制成。2022/11/1518软磁材料主要应用软磁材料主要应用制造磁导体，变压器、继电器的磁芯制造磁导体，变压器、继电器的磁芯(铁芯铁芯)、电动机转子和定子、磁路中的连接元件、电动机转子和定子、磁路中的连接元件、磁极头、磁屏蔽材料、感应圈铁芯、电子磁极头、磁屏蔽材料、感应圈铁芯、电子计算机开关元件和存储元件等。计算机开关元件和存储元件等。磁屏蔽器件磁屏蔽器件2022/11/1

17、519(2)硬磁材料硬磁材料硬磁材料又称永磁材料，难于磁化又难硬磁材料又称永磁材料，难于磁化又难于退磁。于退磁。主要特点主要特点 具有较大的矫顽力，典型值Hc104106A/m；磁滞回线较粗，具有较高的最大磁能积(BH)max；剩磁很大；这种材料充磁后不易退磁，适合做永久磁铁。硬磁性材料如碳钢、铝镍钴合金和铝钢等。2022/11/1520硬磁材料主要应用硬磁材料主要应用用于制造各种永磁体，以便提供磁场空间；用于制造各种永磁体，以便提供磁场空间；可用于各类电表和电话、录音机、电视机中以及利用磁可用于各类电表和电话、录音机、电视机中以及利用磁性牵引力的举重器、分料器和选矿器中性牵引力的举重器、分料

18、器和选矿器中。2022/11/1521(3)矩磁材料矩磁材料-铁氧体铁氧体铁氧体是含铁酸盐的陶瓷氧化物磁性材料，一般呈现出亚铁磁性。磁滞回线呈矩形，又称矩磁材料，磁滞回线呈矩形，又称矩磁材料，剩磁接近于磁饱合磁感应强度剩磁接近于磁饱合磁感应强度 具有高磁导率、高电阻率具有高磁导率、高电阻率 由由Fe2O3和其他二价的金属氧化物和其他二价的金属氧化物(如如NiO，ZnO等等)粉末混合烧结而成粉末混合烧结而成。在两个方向上的剩磁可用于表示计在两个方向上的剩磁可用于表示计 算机二进制中的算机二进制中的“0”“0”和和“1”“1”，可作，可作磁性记忆元件，如高速存储器。磁性记忆元件，如高速存储器。20

19、22/11/15223.23.2交流铁芯线圈电路交流铁芯线圈电路3.2.1电磁关系电磁关系3.2.2功率损耗功率损耗3.2.3电磁铁电磁铁 2022/11/1523 3.2.1 3.2.1电磁关系电磁关系 如图如图 所示是交流铁芯线圈电路，线圈的匝数为所示是交流铁芯线圈电路，线圈的匝数为 N，当，当在线圈两端加上正弦交流电压在线圈两端加上正弦交流电压 时，就有交变励磁电流时，就有交变励磁电流 i流流过。设线圈电阻为过。设线圈电阻为 R。根据磁路定析可得：。根据磁路定析可得：上式给出了铁芯线圈在正弦交上式给出了铁芯线圈在正弦交流电压作用下，铁芯中磁通最大流电压作用下，铁芯中磁通最大值与电压有效值

20、的数量关系。值与电压有效值的数量关系。2022/11/1524线圈上损耗线圈上损耗:铜损铜损 铜损铜损（PGU)：绕组导线电阻所致。要绕制变压器需：绕组导线电阻所致。要绕制变压器需要用大量的铜线，这些铜导线存在着要用大量的铜线，这些铜导线存在着电阻电阻，电流流过，电流流过时这电阻会消耗一定的功率，这部分损耗往往时这电阻会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热变成热量而消耗量而消耗，我们称这种损耗为，我们称这种损耗为“铜损铜损”。铁心中损耗铁心中损耗:铁损铁损(磁滞损耗磁滞损耗,涡流损耗涡流损耗)3.2.23.2.2功率损耗功率损耗2022/11/15253.2.23.2.2功率损耗功率损耗1.磁

21、滞损耗磁滞损耗 铁磁材料交变磁化的铁磁材料交变磁化的磁滞现象所产生的铁损磁滞现象所产生的铁损称为磁滞称为磁滞损耗。它是由铁磁材料内部磁畴反复转向，磁畴间相互摩损耗。它是由铁磁材料内部磁畴反复转向，磁畴间相互摩擦引起铁心发热而造成的损耗。铁心单位体积内每周期产擦引起铁心发热而造成的损耗。铁心单位体积内每周期产生的磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。为了减小生的磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。为了减小磁滞损耗，交流铁芯均由磁滞损耗，交流铁芯均由软磁材料软磁材料制成。制成。2.涡流损耗涡流损耗 铁磁材料在交变磁通的作用下铁磁材料在交变磁通的作用下铁芯内将产生感应电动铁芯内将产生感应电动势和感

22、应电流，感应电流在垂直于磁通的铁芯平面内围绕势和感应电流，感应电流在垂直于磁通的铁芯平面内围绕磁力线呈旋涡状，故称为涡流。磁力线呈旋涡状，故称为涡流。涡流使铁芯发热，其功率涡流使铁芯发热，其功率损耗称为涡流损耗，为了减小涡流，可采用损耗称为涡流损耗，为了减小涡流，可采用硅钢片硅钢片叠成的叠成的铁芯。铁芯。2022/11/1526所以变压器的温升主要由铁损和铜损产生所以变压器的温升主要由铁损和铜损产生的。的。由于变压器存在着铁损与铜损，由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的所以它的输出功率永远小于输入功率输出功率永远小于输入功率.3.2.23.2.2功率损耗功率损耗2022/11/15273.2.

23、33.2.3电磁铁电磁铁 电磁铁是电磁铁是利用载流铁芯线圈产生的电磁吸力来操纵机械利用载流铁芯线圈产生的电磁吸力来操纵机械装置，以完成预期动作的一种电器装置，以完成预期动作的一种电器。它是将电能转换为机械。它是将电能转换为机械能的一种电磁元件。能的一种电磁元件。电磁铁主要由线圈、铁心及衔铁三部分组成。电磁铁主要由线圈、铁心及衔铁三部分组成。当当线圈通电后，铁心和衔铁被线圈通电后，铁心和衔铁被磁化，成为极性相反的两块磁铁，磁化，成为极性相反的两块磁铁，它们之间产生电磁吸力。它们之间产生电磁吸力。当吸力当吸力大于弹簧的反作用力时，衔铁开大于弹簧的反作用力时，衔铁开始向着铁心方向运动。当线圈中始向着

24、铁心方向运动。当线圈中的电流小于某一定值或中断供电的电流小于某一定值或中断供电时，电磁吸力小于弹簧的反作用时，电磁吸力小于弹簧的反作用力，衔铁将在反作用力的作用下力，衔铁将在反作用力的作用下返回原来的释放位置。返回原来的释放位置。电磁铁电磁铁2022/11/15283.2.4 3.2.4 电磁铁在汽车上的应用电磁铁在汽车上的应用触点式电压调节器触点式电压调节器电喇叭电喇叭2022/11/15293.33.3变压器变压器3.3.1变压器的基本结构变压器的基本结构3.3.2变压器的工作原理变压器的工作原理3.3.3变压器的外特性变压器的外特性3.3.4变压器的主要参数变压器的主要参数2022/11

25、/1530电力系统中变压器的使用电力系统中变压器的使用发电机发电机11kv升压变压器升压变压器110kv三绕组三绕组变压器变压器230kv去系统另一部分去系统另一部分降压变压器降压变压器11kv配电变压器配电变压器其他负载其他负载D2022/11/15313.3 3.3 变压器变压器利用电利用电磁感应原理磁感应原理传输电能或信号的器传输电能或信号的器件件.具有具有变压变压,变流变流,变阻抗和隔离变阻抗和隔离的作用的作用.2022/11/1532 变压器由变压器由铁芯铁芯和绕在铁芯上的两个或多个和绕在铁芯上的两个或多个线圈线圈（又称绕（又称绕组）组成。铁芯的作用是构成变压器的磁路。根据铁芯结构组

26、）组成。铁芯的作用是构成变压器的磁路。根据铁芯结构形式的不同，形式的不同，变压器分为壳式和心式两种。变压器分为壳式和心式两种。（a a）心式）心式）心式）心式 （b b）壳式）壳式）壳式）壳式3.3.13.3.1变压器的基本结构变压器的基本结构 心式心式:线圈包围铁心线圈包围铁心.功率大功率大 壳式壳式:铁心包围线圈铁心包围线圈.可省去保可省去保 护壳护壳2022/11/1533芯式线圈包围铁圈壳式铁心包围线圈2022/11/1534 下图下图 为一个单相双绕组变压器的原理结构示意图及其图为一个单相双绕组变压器的原理结构示意图及其图形符号。形符号。两个绕组中与两个绕组中与电源相连接电源相连接的

27、绕组称为的绕组称为一次绕组一次绕组，又称原绕，又称原绕组或初级绕组。组或初级绕组。与与负载相连接负载相连接的绕组称为的绕组称为二次绕组二次绕组,或副绕组或次级绕组或副绕组或次级绕组.绕组物理量的表示方法绕组物理量的表示方法 3.3.13.3.1变压器的基本结构变压器的基本结构2022/11/1535 1 1）空载运行和电压变换空载运行和电压变换空载运行和电压变换空载运行和电压变换如图如图如图如图 2-37 2-37所示所示所示所示,将变压器的原边接在交流电压将变压器的原边接在交流电压将变压器的原边接在交流电压将变压器的原边接在交流电压1 1上上上上,副边开路副边开路副边开路副边开路,这种这种这

28、种这种运行状态称为空载运行运行状态称为空载运行运行状态称为空载运行运行状态称为空载运行.3.3.23.3.2变压器的工作原理变压器的工作原理2022/11/1536此时副绕组中的电流此时副绕组中的电流此时副绕组中的电流此时副绕组中的电流i i2 2=0,=0,电压为开路电压电压为开路电压电压为开路电压电压为开路电压u u2020,原绕组通过的电流为空载电流原绕组通过的电流为空载电流原绕组通过的电流为空载电流原绕组通过的电流为空载电流i i1010,电压和电流电压和电流电压和电流电压和电流的参考方向如图所示。的参考方向如图所示。的参考方向如图所示。的参考方向如图所示。图中图中图中图中为原绕组的匝

29、数为原绕组的匝数为原绕组的匝数为原绕组的匝数,为副绕组的匝数。为副绕组的匝数。为副绕组的匝数。为副绕组的匝数。2022/11/1537 副边开路时副边开路时副边开路时副边开路时,通过原边的空载电流通过原边的空载电流通过原边的空载电流通过原边的空载电流i i1010就是励磁电流。就是励磁电流。就是励磁电流。就是励磁电流。磁动势磁动势磁动势磁动势i i1010N N1 1在铁心中产生的主磁通在铁心中产生的主磁通在铁心中产生的主磁通在铁心中产生的主磁通既穿过原绕组既穿过原绕组既穿过原绕组既穿过原绕组,也也也也穿过副绕组穿过副绕组穿过副绕组穿过副绕组,于是在原、于是在原、于是在原、于是在原、副绕组中分

30、别感应出电动势副绕组中分别感应出电动势副绕组中分别感应出电动势副绕组中分别感应出电动势和和和和。且。且。且。且和和和和与与与与的参考方向之间符合右手螺的参考方向之间符合右手螺的参考方向之间符合右手螺的参考方向之间符合右手螺旋定则旋定则旋定则旋定则,由法拉第电磁感应定律可得由法拉第电磁感应定律可得由法拉第电磁感应定律可得由法拉第电磁感应定律可得2022/11/1538和和和和的有效值分别为的有效值分别为的有效值分别为的有效值分别为式中式中式中式中为交流电源的频率为交流电源的频率为交流电源的频率为交流电源的频率,mm为主磁通的最大值为主磁通的最大值为主磁通的最大值为主磁通的最大值。如果忽略漏磁通的

31、影响并且不考虑绕组上电阻的如果忽略漏磁通的影响并且不考虑绕组上电阻的如果忽略漏磁通的影响并且不考虑绕组上电阻的如果忽略漏磁通的影响并且不考虑绕组上电阻的压压压压 降时降时降时降时,可认为原、可认为原、可认为原、可认为原、副绕组上电动势的有效值近似等副绕组上电动势的有效值近似等副绕组上电动势的有效值近似等副绕组上电动势的有效值近似等于原、于原、于原、于原、副绕组上电压的有效值副绕组上电压的有效值副绕组上电压的有效值副绕组上电压的有效值,即即即即2022/11/1539因此因此 由由上式上式可见可见,变压器空载运行时变压器空载运行时,原、原、原、原、副绕组上电压的副绕组上电压的副绕组上电压的副绕组

32、上电压的比值等于两者的匝数之比比值等于两者的匝数之比比值等于两者的匝数之比比值等于两者的匝数之比,称为变压器的变比称为变压器的变比称为变压器的变比称为变压器的变比。若改变若改变若改变若改变变压器原、变压器原、变压器原、变压器原、副绕组的匝数副绕组的匝数副绕组的匝数副绕组的匝数,就能够把某一数值的交流电压就能够把某一数值的交流电压就能够把某一数值的交流电压就能够把某一数值的交流电压变为同频率的另一数值的交流电压变为同频率的另一数值的交流电压变为同频率的另一数值的交流电压变为同频率的另一数值的交流电压当原绕组的匝数当原绕组的匝数当原绕组的匝数当原绕组的匝数1 1比副绕组的匝数比副绕组的匝数比副绕组

33、的匝数比副绕组的匝数多时多时多时多时,为为为为降压变压器降压变压器降压变压器降压变压器;反之反之反之反之,当当当当的匝数少于的匝数少于的匝数少于的匝数少于的匝数时的匝数时的匝数时的匝数时,为升压变为升压变为升压变为升压变压器。压器。压器。压器。2022/11/1540 2 2）负载运行和电流变换负载运行和电流变换负载运行和电流变换负载运行和电流变换 如图如图 2-38 2-38所示所示,变压器的原绕组接交流电压变压器的原绕组接交流电压u u,副副绕组接上负载绕组接上负载L L,这种运行状态称为负载运行。这种运行状态称为负载运行。2022/11/1541 由由由由上式上式上式上式可见可见可见可见

34、,当变压器额定运行时当变压器额定运行时当变压器额定运行时当变压器额定运行时,原、原、原、原、副边的电流之比近似等于其匝数之比的倒数副边的电流之比近似等于其匝数之比的倒数副边的电流之比近似等于其匝数之比的倒数副边的电流之比近似等于其匝数之比的倒数。若改变原、若改变原、若改变原、若改变原、副绕组的匝数副绕组的匝数副绕组的匝数副绕组的匝数,就能够改变原、就能够改变原、就能够改变原、就能够改变原、副绕组电流的副绕组电流的副绕组电流的副绕组电流的比值比值比值比值,这就是变压器的电流变换作用。这就是变压器的电流变换作用。这就是变压器的电流变换作用。这就是变压器的电流变换作用。不难看出，不难看出，不难看出，

35、不难看出，变压器的电压比与电流比互为倒数变压器的电压比与电流比互为倒数变压器的电压比与电流比互为倒数变压器的电压比与电流比互为倒数,因此匝因此匝因此匝因此匝数多的绕组电压高数多的绕组电压高数多的绕组电压高数多的绕组电压高,电流小电流小电流小电流小;匝数少的绕组电压低匝数少的绕组电压低匝数少的绕组电压低匝数少的绕组电压低,电流大。电流大。电流大。电流大。此时此时此时此时原、副边电流有效值的关系为原、副边电流有效值的关系为原、副边电流有效值的关系为原、副边电流有效值的关系为2022/11/1542 例例 已知某一变压器已知某一变压器已知某一变压器已知某一变压器 1000,1000,100,100,

36、2020,2 2,负载为纯电阻负载为纯电阻负载为纯电阻负载为纯电阻,忽略变压器的漏磁和损耗忽略变压器的漏磁和损耗忽略变压器的漏磁和损耗忽略变压器的漏磁和损耗,求求求求变压器的副边电压变压器的副边电压变压器的副边电压变压器的副边电压、原边电流、原边电流、原边电流、原边电流和输入、输出功率。和输入、输出功率。和输入、输出功率。和输入、输出功率。解解解解 变压比：变压比：副边电压：副边电压：原边电流：原边电流：输入功率：输入功率：输出功率输出功率2022/11/1543 由由由由此可见此可见此可见此可见,当变压器的功率损耗忽略不计时当变压器的功率损耗忽略不计时当变压器的功率损耗忽略不计时当变压器的功

37、率损耗忽略不计时,它的输它的输它的输它的输入功率与输出功率相等入功率与输出功率相等入功率与输出功率相等入功率与输出功率相等,符合能量守恒定律。符合能量守恒定律。符合能量守恒定律。符合能量守恒定律。在远距离输电线路中在远距离输电线路中在远距离输电线路中在远距离输电线路中,线路损耗线路损耗线路损耗线路损耗l l与电流与电流与电流与电流l l的平方的平方的平方的平方乘以线路电阻乘以线路电阻乘以线路电阻乘以线路电阻l l的积成正比的积成正比的积成正比的积成正比,因此在输送同样功率的情因此在输送同样功率的情因此在输送同样功率的情因此在输送同样功率的情况下况下况下况下,如果所用电压越高如果所用电压越高如果

38、所用电压越高如果所用电压越高,电流就会越小电流就会越小电流就会越小电流就会越小,输电线上的损输电线上的损输电线上的损输电线上的损耗越小耗越小耗越小耗越小,可以减小输电导线的截面积可以减小输电导线的截面积可以减小输电导线的截面积可以减小输电导线的截面积,从而大大降低了成从而大大降低了成从而大大降低了成从而大大降低了成本。本。本。本。所以电厂在输送电能之前所以电厂在输送电能之前所以电厂在输送电能之前所以电厂在输送电能之前,必须先用升压变压器将电压升必须先用升压变压器将电压升必须先用升压变压器将电压升必须先用升压变压器将电压升高高高高,传输到用户后传输到用户后传输到用户后传输到用户后,电压不能太高电

39、压不能太高电压不能太高电压不能太高,通常为通常为通常为通常为380380或或或或220220,因此要用降压变压器再进行降压。因此要用降压变压器再进行降压。因此要用降压变压器再进行降压。因此要用降压变压器再进行降压。2022/11/1544 3 3）阻抗变换阻抗变换阻抗变换阻抗变换 变压器除了具有变压器除了具有变压和变流变压和变流的作用外的作用外,还有还有变换阻抗变换阻抗的作用。的作用。变压器原边接电源变压器原边接电源1 1,副边接负载阻抗副边接负载阻抗|Z|ZL L|,|,对于电源来对于电源来说说,图中虚线框内的电路可用另一个阻抗图中虚线框内的电路可用另一个阻抗|Z|Z/L L|来等效。来等效

40、。2022/11/1545 所谓等效所谓等效,就是它们从电源吸取的电流和就是它们从电源吸取的电流和功率相等。当忽略变压器的漏磁和损耗功率相等。当忽略变压器的漏磁和损耗时时,等效阻抗由下式求得等效阻抗由下式求得2022/11/1546式中式中式中式中 为变压器副边的负载阻抗。可见为变压器副边的负载阻抗。可见为变压器副边的负载阻抗。可见为变压器副边的负载阻抗。可见,对对对对于变比为于变比为于变比为于变比为且变压器副边阻抗为且变压器副边阻抗为且变压器副边阻抗为且变压器副边阻抗为|Z ZL L|的负载的负载的负载的负载,相当于相当于相当于相当于在电源上直接接一个阻抗在电源上直接接一个阻抗在电源上直接接

41、一个阻抗在电源上直接接一个阻抗|Z Z/L L|=|=K K2 2|Z ZL L|的负载。也可的负载。也可的负载。也可的负载。也可以说变压器把负载阻抗以说变压器把负载阻抗以说变压器把负载阻抗以说变压器把负载阻抗L L变换为变换为变换为变换为|Z|Z/L|L|。因此因此因此因此,通过选择合适的变比通过选择合适的变比通过选择合适的变比通过选择合适的变比,可把实际负载阻抗变可把实际负载阻抗变可把实际负载阻抗变可把实际负载阻抗变换为所需的数值换为所需的数值换为所需的数值换为所需的数值,这就是变压器的阻抗变换作用这就是变压器的阻抗变换作用这就是变压器的阻抗变换作用这就是变压器的阻抗变换作用。2022/1

42、1/1547 在电子电路中在电子电路中,为了提高信号的传输功率为了提高信号的传输功率,常用变压器常用变压器将负载阻抗变换为适当的数值将负载阻抗变换为适当的数值,使其与放大电路的输出阻抗使其与放大电路的输出阻抗相匹配相匹配,这种做法称为阻抗匹配。这种做法称为阻抗匹配。2022/11/1548变压器的变压器的作用作用 1.电压变换电压变换2.电流变换电流变换3.阻抗变换阻抗变换2022/11/1549变压器原、副绕组的能量是通过电路，变压器原、副绕组的能量是通过电路，还是通过磁路联系在一起？还是通过磁路联系在一起？变压器副绕组的电压升高了，电流为什变压器副绕组的电压升高了，电流为什么却下降了么却下

43、降了?思考题思考题2022/11/1550 3.3.33.3.3变压器的外特性变压器的外特性 变压器的输出电压随所带负载性质的变化而变化，利用变变压器的输出电压随所带负载性质的变化而变化，利用变压器的外特性描述它们之间的关系。压器的外特性描述它们之间的关系。通常希望二次电压的变动越小越好。通常希望二次电压的变动越小越好。在一般变压器中，由于其电在一般变压器中，由于其电阻和漏磁感均很小，电压变化率阻和漏磁感均很小，电压变化率约为约为5%左右。左右。变压器外特性变压器外特性2022/11/1551(1)额定电压额定电压 U1N/U2N 指空载电压的额定值。指空载电压的额定值。即当即当 U1=U1N

44、 时时,U20=U2N 如铭牌上标注如铭牌上标注:电压电压 10 000/230 V 对三相变压器是指线电压。对三相变压器是指线电压。(2)额定电流额定电流 I1N/I2N 指满载电流值，即指满载电流值，即长期工作所允许的最大电流。长期工作所允许的最大电流。三相变压器是指线电流。三相变压器是指线电流。3.3.43.3.4变压器的主要参数变压器的主要参数2022/11/1552 指视在功率的额定值。指视在功率的额定值。单相变压器：单相变压器：SN=U2N I2N=U1N I1N 三相变压器：三相变压器：(3)额定功率（额定容量）额定功率（额定容量）SN(4)额定频率额定频率 fN 一般：一般：f

45、N=50Hz（工频）（工频）SN=3 U2N I2N=3 U1N I1N(5)额定相数，效率，温升，短路电流，运行方式，冷却额定相数，效率，温升，短路电流，运行方式，冷却方式，接线图，连接组别等等。方式，接线图，连接组别等等。2022/11/15533.4 3.4 几种常见的变压器几种常见的变压器3.4.1三相电力变压器三相电力变压器3.4.2自耦变压器自耦变压器3.4.3互感器互感器2022/11/15543.4.13.4.1三相电力变压器三相电力变压器三相电力变压器广泛应用于电力系统输三相电力变压器广泛应用于电力系统输送送、配电的三相电压变换。、配电的三相电压变换。三相变压器的额定电压、额

46、定电流指的三相变压器的额定电压、额定电流指的是线电压、线电流。是线电压、线电流。2022/11/1555三相变压器有三相变压器有三个铁芯柱，每一三个铁芯柱，每一相的高低压绕组同相的高低压绕组同心地套装在一个铁心地套装在一个铁芯柱上芯柱上构成一相，构成一相，三相绕组的结构是三相绕组的结构是相同的，即对称的。相同的，即对称的。3.4.13.4.1三相电力变压器三相电力变压器三相干式变压器1.结构结构2022/11/1556 三相油浸式电力变压器三相油浸式电力变压器 2022/11/1557主要部件：铁心和绕组（构成器身）；还有油箱、绝缘套管、主要部件：铁心和绕组（构成器身）；还有油箱、绝缘套管、分

47、接开关、安全气道等分接开关、安全气道等2022/11/15583.4.13.4.1三相电力变压器三相电力变压器三相变压器的高压绕组和低压绕组均可以连成三相变压器的高压绕组和低压绕组均可以连成星形或三角形星形或三角形，因此三相变压器可能有，因此三相变压器可能有Y/Y，Y/，/，/Y四种基本接法，四种基本接法，符号中的符号中的分子表示高压绕组的接法分子表示高压绕组的接法，分母表示分母表示低压绕组的接法。低压绕组的接法。目前我国生产的三相电力变压器，通常采用目前我国生产的三相电力变压器，通常采用Y/Y0，Y/接法接法2.连接方法连接方法2022/11/1559回忆回忆:星形星形(Y)连接连接?三角形

48、三角形()连接连接?UVWUVW各相绕组末端连接在一起，各相绕组末端连接在一起，首端引出为星型连接。首端引出为星型连接。各相绕组首、末端依次连接在一起形成各相绕组首、末端依次连接在一起形成回路，首端引出为回路，首端引出为三角形三角形连接。连接。2022/11/15603.4.13.4.1三相电力变压器三相电力变压器当原、副边三相绕组当原、副边三相绕组均为均为Y形联接时，形联接时，线电压线电压U1/U2=N1/N2=K；当原边三相绕组为当原边三相绕组为Y形形联接，而副边三相绕组联接，而副边三相绕组为为形联接时，形联接时，线电压线电压U1/U2=N1/N2=K 2.连接方法连接方法2022/11/

49、1561Y/Y0:不仅提供三相电源不仅提供三相电源,还提供单项电还提供单项电源源 适用于动力和照明混合供电系统适用于动力和照明混合供电系统.Y/:主要用于变电站做降压或升压用主要用于变电站做降压或升压用3.4.13.4.1三相电力变压器三相电力变压器2.连接方法连接方法2022/11/1562 自耦变压器的结构特点是：自耦变压器的结构特点是：二次绕组是一次绕组的一部二次绕组是一次绕组的一部分，而且一、二次绕组不仅有磁的耦合，还有电的联系分，而且一、二次绕组不仅有磁的耦合，还有电的联系。上。上述变压、变流和变阻抗关系都适用于它。述变压、变流和变阻抗关系都适用于它。3.4.3.4.2 2自耦变压器

50、自耦变压器2022/11/1563自耦变压器自耦变压器使用时，使用时，转动手柄转动手柄改变滑动端改变滑动端的位置，便可得到不同的输出的位置，便可得到不同的输出电压。电压。手手柄柄接接线线柱柱2022/11/15643.4.3.4.2 2自耦变压器自耦变压器注意：注意：原、副边原、副边分别接交流电源和负载分别接交流电源和负载,千万不千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为能对调使用，以防变压器损坏。因为N变变小时，磁通增大，电流会迅速增加。小时，磁通增大，电流会迅速增加。使用前调整好电压再接入负载使用前调整好电压再接入负载.使用后手柄退回零位使用后手柄退回零位.2022/11/1565 电电压压互