項(xiàng)目四小型變壓器的設(shè)計(jì)與制作資料講解

1、O返回電路基礎(chǔ)與項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)（單元四電路基礎(chǔ)與項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)（單元四 磁路和變壓器）磁路和變壓器）項(xiàng)目四小型變壓器的設(shè)計(jì)與制項(xiàng)目四小型變壓器的設(shè)計(jì)與制作作任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識(shí)磁路認(rèn)識(shí)磁路 4.1.1 磁場(chǎng)與磁感線 1. 磁場(chǎng)的概念 （1）磁場(chǎng)：磁體周圍存在的一種特殊的物質(zhì)叫磁場(chǎng)。磁體間的相互作用力是通過(guò)磁場(chǎng)傳送的。磁體間的相互作用力稱為磁場(chǎng)力，同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。 （2）磁場(chǎng)的性質(zhì)：磁場(chǎng)具有力的性質(zhì)和能量性質(zhì)。 （3）磁場(chǎng)方向:在磁場(chǎng)中某點(diǎn)放一個(gè)可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針，它N極所指的方向即為該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。 電工技術(shù)一體化教程電工技術(shù)一體化教程4.1.1 磁場(chǎng)與磁感線磁場(chǎng)與磁感線 2. 磁感線

2、（1）定義 在磁場(chǎng)中畫一系列曲線，使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都與該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同，這些曲線稱為磁感線。如圖 4-1所示。 圖4-1 磁感線 （2）特點(diǎn) a.磁感線的切線方向表示磁場(chǎng)方向，其疏密程度表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱。 b. 磁感線是閉合曲線，在磁體外部，磁感線由 N 極出來(lái)，繞到 S 極；在磁體內(nèi)部，磁感線的方向由 S 極指向 N 極。 c. 任意兩條磁感線不相交。電工技術(shù)一體化教程電工技術(shù)一體化教程4.1.2 磁場(chǎng)的基本物理量磁場(chǎng)的基本物理量 1. 磁動(dòng)勢(shì)F：電流流過(guò)導(dǎo)體所產(chǎn)生磁通量的勢(shì)力，是用來(lái)度量磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)的一種量，類似于電場(chǎng)中的電動(dòng)勢(shì)或電壓。 2. 磁通：表示穿過(guò)某一截面的磁力線總和。 磁

3、通跟磁動(dòng)勢(shì)和磁阻的關(guān)系： 其中 3. 磁感應(yīng)強(qiáng)度B：表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。 其中，F(xiàn)是磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電直導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力，I 是電流，L是導(dǎo)線長(zhǎng)度 。電工技術(shù)一體化教程電工技術(shù)一體化教程mRFSlRm特)wb/m(2ILFSB4.1.2 磁場(chǎng)的基本物理量磁場(chǎng)的基本物理量 4. 磁場(chǎng)強(qiáng)度H：作用在磁路單位平均長(zhǎng)度上的磁動(dòng)勢(shì)。 5. 磁導(dǎo)率 ：表示在空間或在磁芯空間中的線圈流過(guò)電流后、產(chǎn)生磁通的阻力、或者是其在磁場(chǎng)中導(dǎo)通磁力線的能力。 其公式為=B/H ，其中H是磁場(chǎng)強(qiáng)度、B是磁感應(yīng)強(qiáng)度，為介質(zhì)的磁導(dǎo)率，或稱絕對(duì)磁導(dǎo)率。 相對(duì)磁導(dǎo)率是指表示任何一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率和真空的磁

4、導(dǎo)率0的比值。 電工技術(shù)一體化教程電工技術(shù)一體化教程)A/m(lFH 0r非磁性材料磁性材料11rr4.1.3 磁化與磁滯磁化與磁滯 1. 磁化 本來(lái)不具備磁性的物質(zhì)，由于受磁場(chǎng)的作用而具有了磁性的現(xiàn)象稱為該物質(zhì)被磁化。只有鐵磁性物質(zhì)才能被磁化。 被磁化的原因有內(nèi)因和外因，內(nèi)因：鐵磁性物質(zhì)是由許多被稱為磁疇的磁性小區(qū)域組成的，每一個(gè)磁疇相當(dāng)于一個(gè)小磁鐵；外因：有外磁場(chǎng)的作用。 2. 磁化曲線 磁化曲線表示鐵磁性材料的磁化性能的曲線，如圖所示。電工技術(shù)一體化教程電工技術(shù)一體化教程磁化曲線磁化曲線 (1) 0 1 段：曲線上升緩慢，這是由于磁疇的慣性，當(dāng) H 從零開始增加時(shí)，B 增加緩慢，稱為起始

5、磁化段。（2) 1 2 段：隨著 H 的增大，B 幾乎直線上升，這是由于磁疇在外磁場(chǎng)作用下，大部分都趨向 H 方向，B 增加很快，曲線很陡，稱為直線段。（3) 2 3 段：隨著 H 的增加，B 的上升又緩慢了，這是由于大部分磁疇方向已轉(zhuǎn)向 H 方向，隨著 H 的增加只有少數(shù)磁疇繼續(xù)轉(zhuǎn)向，B 增加變慢。（4) 3 點(diǎn)以后：到達(dá) 3 點(diǎn)以后，磁疇?zhēng)缀跞哭D(zhuǎn)到了外磁場(chǎng)方向，再增大 H 值，B 也幾乎不再增加，曲線變得平坦，稱為飽和段，此時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度叫飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。電工技術(shù)一體化教程電工技術(shù)一體化教程3. 磁滯現(xiàn)象與磁滯回線磁滯現(xiàn)象與磁滯回線電工技術(shù)一體化教程電工技術(shù)一體化教程（1）當(dāng)）當(dāng) B 隨

6、隨 H 沿起始磁化曲線達(dá)到飽和值以后，逐漸減小沿起始磁化曲線達(dá)到飽和值以后，逐漸減小H 的數(shù)值，的數(shù)值，B 并不沿起始磁化曲線減小，而是沿另一條在它上面的曲線并不沿起始磁化曲線減小，而是沿另一條在它上面的曲線 ab 下降。下降。（2）當(dāng)）當(dāng) H 減小到零時(shí)，減小到零時(shí)，B 0，而是保留一定的值稱為剩磁，用，而是保留一定的值稱為剩磁，用 Br 表表示。永久性磁鐵就是利用剩磁很大的鐵磁性物質(zhì)制成的。示。永久性磁鐵就是利用剩磁很大的鐵磁性物質(zhì)制成的。（3）為消除剩磁，必須加反向磁場(chǎng)，隨著反向磁場(chǎng)的增強(qiáng)，鐵磁性物）為消除剩磁，必須加反向磁場(chǎng)，隨著反向磁場(chǎng)的增強(qiáng)，鐵磁性物質(zhì)逐漸退磁，當(dāng)反向磁場(chǎng)增大到一定

7、值時(shí)，質(zhì)逐漸退磁，當(dāng)反向磁場(chǎng)增大到一定值時(shí)，B 值變?yōu)橹底優(yōu)?0 ，剩磁完全消，剩磁完全消失。失。（4）當(dāng)反向磁場(chǎng)繼續(xù)增大時(shí)，）當(dāng)反向磁場(chǎng)繼續(xù)增大時(shí)，B 值從值從 0 起改變方向，沿曲線起改變方向，沿曲線 cd 變化，變化，并能達(dá)到反向飽和點(diǎn)并能達(dá)到反向飽和點(diǎn) d。磁滯回線 4. 渦流渦流（5 5）使反向磁場(chǎng)減弱到，再逐漸增大正向磁場(chǎng)，完成一個(gè)循環(huán)。）使反向磁場(chǎng)減弱到，再逐漸增大正向磁場(chǎng)，完成一個(gè)循環(huán)。（6 6）從整個(gè)過(guò)程看，）從整個(gè)過(guò)程看，B B 的變化總是落后于的變化總是落后于 H H 的變化，這種現(xiàn)象稱為的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)多次循環(huán)，可得到一個(gè)封閉的對(duì)稱于原點(diǎn)的閉合曲線磁滯

8、現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)多次循環(huán)，可得到一個(gè)封閉的對(duì)稱于原點(diǎn)的閉合曲線 ，稱為磁滯回線。，稱為磁滯回線。 可見，鐵心線圈通入交流電，鐵心將被反復(fù)磁化，由于磁疇本身可見，鐵心線圈通入交流電，鐵心將被反復(fù)磁化，由于磁疇本身存在存在“慣性慣性”，磁通的變化滯后于線圈電流的變化稱磁滯現(xiàn)象。反復(fù)，磁通的變化滯后于線圈電流的變化稱磁滯現(xiàn)象。反復(fù)磁化形成的封閉曲線稱為磁滯回線。磁化形成的封閉曲線稱為磁滯回線。 4. 4. 渦流渦流 渦流是交變磁通若穿過(guò)鐵心會(huì)在鐵心中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)從而產(chǎn)生渦流是交變磁通若穿過(guò)鐵心會(huì)在鐵心中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)從而產(chǎn)生電流的現(xiàn)象，如圖電流的現(xiàn)象，如圖(a)(a)所示。為了減小渦流將鐵心做成許多彼此

9、絕緣所示。為了減小渦流將鐵心做成許多彼此絕緣的薄片，如圖的薄片，如圖(b)(b)所示。渦流在鐵心電阻上引起損耗會(huì)使鐵心發(fā)熱并所示。渦流在鐵心電阻上引起損耗會(huì)使鐵心發(fā)熱并消耗能量稱為渦流損耗。渦流損耗和磁滯損耗之和稱為鐵損。消耗能量稱為渦流損耗。渦流損耗和磁滯損耗之和稱為鐵損。電工技術(shù)一體化教程電工技術(shù)一體化教程4.1.4 磁路及其基本定律磁路及其基本定律 1. 磁通與磁路 如圖所示，當(dāng)線圈中通以電流后，大部分磁感線沿鐵心、銜鐵和工作氣隙構(gòu)成回路，這部分磁通稱為主磁通；還有一部分磁通，沒有經(jīng)過(guò)氣隙和銜鐵，而是經(jīng)空氣自成回路，這部分磁通稱為漏磁通。 磁通經(jīng)過(guò)的閉合路徑叫磁路。 2 2. . 磁路歐

10、姆定律磁路歐姆定律 磁路的歐姆定律與電路的歐姆定律在形式上相似 。 其中電工技術(shù)一體化教程電工技術(shù)一體化教程mmRNIRFSlRm 4.2.1 互感與互感系數(shù)互感與互感系數(shù)1. 互感 由變化磁通在線圈自身兩端引起了自感電壓，這種現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象。 由于一個(gè)線圈的電流變化而在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓的現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象。 互感的單位與自感相同，是亨利，符號(hào)為H。 電工技術(shù)一體化教程電工技術(shù)一體化教程2. 互感系數(shù)互感系數(shù) 關(guān)聯(lián)參考方向下,互感磁鏈與產(chǎn)生互感磁鏈的電流的比值,稱為互感系數(shù)。即工程上常用耦合系數(shù)K來(lái)表示兩線圈的耦合松緊程度，其定義為由于互感磁通是自感磁通的一部分，所以K1。K值越大，說(shuō)

11、明兩個(gè)線圈之間耦合越緊，當(dāng)K=1時(shí)，稱全耦合，當(dāng)K=0時(shí)，說(shuō)明兩線圈沒有耦合。耦合系數(shù)K的大小與兩線圈的結(jié)構(gòu)、相互位置以及周圍磁介質(zhì)有關(guān)。電工技術(shù)一體化教程電工技術(shù)一體化教程21LLMK 4.2.2 同名端同名端1. 1. 同各端的標(biāo)記同各端的標(biāo)記 互感線圈的同名端是這樣規(guī)定的：如果兩個(gè)互感線圈的電流i1和i2所產(chǎn)生的磁通是相互增強(qiáng)的，那么，兩電流同時(shí)流入(或流出)的端鈕就是同名端；如果磁通相互削弱，則兩電流同時(shí)流入(或流出)的端鈕就是異名端。同名端用標(biāo)記“”、“*”或“”標(biāo)出，另一端則無(wú)須再標(biāo)，如圖標(biāo)出互感線圈的同名端。電工技術(shù)一體化教程電工技術(shù)一體化教程4.2.2 同名端同名端 2. 2.

12、 同名端的測(cè)定同名端的測(cè)定同名端的測(cè)定有觀察法和實(shí)驗(yàn)法，觀察法即根據(jù)繞組的同名端的測(cè)定有觀察法和實(shí)驗(yàn)法，觀察法即根據(jù)繞組的繞向判斷，取繞組上端為首端，下端為未端。繞向相同時(shí)繞向判斷，取繞組上端為首端，下端為未端。繞向相同時(shí)，首端和首端為同極性端，尾端和尾端為同極性端；繞向，首端和首端為同極性端，尾端和尾端為同極性端；繞向相反時(shí)，首端和尾端為同極性端，尾端和首端為同極性端相反時(shí)，首端和尾端為同極性端，尾端和首端為同極性端。電工技術(shù)一體化教程電工技術(shù)一體化教程2. 2. 同名端的測(cè)定同名端的測(cè)定 實(shí)驗(yàn)法：對(duì)于難以知道實(shí)際繞向的兩線圈，可以采用實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)測(cè)定同名端，有直流法和交流法。 圖（1）直流

13、法 圖（2）交流法（1）直流法 按圖（1）電路連接，A 和 B 為兩待測(cè)繞組。開關(guān)閉合瞬間若電流表正向偏轉(zhuǎn)，1 和 3 為同極性端，反向偏轉(zhuǎn)，2 和 4 為同極性端。（2）交流法 按圖（2）電路連接，A 和 B 為兩待測(cè)繞組。 U13 = U12 + U34 則1 和 4 為同極性端。 U13 = U12 - U34 則1 和 3 為同極性端。 電工技術(shù)一體化教程電工技術(shù)一體化教程4.2.3 變壓器的結(jié)構(gòu)與原理變壓器的結(jié)構(gòu)與原理（1）鐵心）鐵心a.磁路的通道。磁路的通道。 c.結(jié)構(gòu)型式：心式和殼式。結(jié)構(gòu)型式：心式和殼式。b.用彼此絕緣的硅鋼片疊成，用彼此絕緣的硅鋼片疊成，目的是增加電阻，減小渦

14、流和目的是增加電阻，減小渦流和磁滯損耗。磁滯損耗。變壓器的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)閉合的鐵芯繞上兩個(gè)匝數(shù)不同的線圈。變壓器的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)閉合的鐵芯繞上兩個(gè)匝數(shù)不同的線圈。電工技術(shù)一體化教程電工技術(shù)一體化教程1. 變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu)心式和殼式變壓器心式和殼式變壓器 電工技術(shù)一體化教程電工技術(shù)一體化教程一次繞組（原繞組）：和電源相連的線圈。一次繞組（原繞組）：和電源相連的線圈。2繞組：電流的載體繞組：電流的載體二次繞組（副繞組）：與負(fù)載相連的線圈。二次繞組（副繞組）：與負(fù)載相連的線圈。心式：繞組分裝在兩個(gè)鐵心柱上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用鐵量較心式：繞組分裝在兩個(gè)鐵心柱上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用鐵量較少，適用于容量大，電

15、壓高的變壓器。少，適用于容量大，電壓高的變壓器。殼式：繞組裝在同一個(gè)鐵心上，繞組呈上下纏繞或里外殼式：繞組裝在同一個(gè)鐵心上，繞組呈上下纏繞或里外纏繞，機(jī)械強(qiáng)度好，鐵心散熱好，適用于小型變壓器。纏繞，機(jī)械強(qiáng)度好，鐵心散熱好，適用于小型變壓器。3其他附件其他附件 絕緣層絕緣層 冷卻設(shè)備冷卻設(shè)備 鐵殼或鋁殼（電磁屏蔽作用）。鐵殼或鋁殼（電磁屏蔽作用）。電工技術(shù)一體化教程電工技術(shù)一體化教程4變壓器冷卻裝置變壓器冷卻裝置: 油箱、散熱器等。油箱、散熱器等。5變壓器的圖形符號(hào)變壓器的圖形符號(hào)12341、2 為一次繞組為一次繞組3、4 為二次繞組為二次繞組u2+- -u1+- - u1、u2 分別為輸入與輸

16、出電壓分別為輸入與輸出電壓電工技術(shù)一體化教程電工技術(shù)一體化教程單相變壓器單相變壓器1u2uLR1i2i鐵芯鐵芯原邊原邊繞組繞組副邊副邊繞組繞組結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：電工技術(shù)一體化教程電工技術(shù)一體化教程 3. 變壓器的工作原理變壓器的工作原理理想變壓器的工作原理 (1)變壓原理：n稱為變壓器的變比，n1為降壓變壓器，n1為升壓變壓器。（2）變流原理：（3）阻抗變換原理電工技術(shù)一體化教程電工技術(shù)一體化教程nNNUU2121nNNII11221LLZnZNNZ22211)( 例例 有一臺(tái)降壓變壓器，一次繞組有一臺(tái)降壓變壓器，一次繞組電壓為電壓為 220 V，二次，二次繞組電壓為繞組電壓為 110 V，一次繞組為，一次繞組為 2200 匝，若二次繞組接入阻匝，若二次繞組接入阻抗為抗為 10 W W 的阻抗，問(wèn)變壓器的變比、二次繞組匝數(shù)，一次、的阻抗，問(wèn)變壓器的變比、二次繞組匝數(shù)，一次、二次繞組中電流各為多少二次繞組中電流各為多少? 解解 變壓器變比為變壓器變比為二次繞組匝數(shù)為二次繞組匝數(shù)為匝匝 10012201102002 1