第6章-磁路與鐵心線圈電路

2.了解變壓器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行特性和繞組的同極性端，理解變壓器額定值的意義；3.掌握變壓器電壓、電流和阻抗變換作用；4.了解三相電壓的變換方法和原、副繞組常用的連接

方式；本章要求：第6章磁路與鐵心線圈電路1.理解磁場(chǎng)的基本物理量的意義，了解磁性材料的基本知識(shí)及磁路的基本定律，會(huì)分析計(jì)算交流鐵心線圈電路；在發(fā)電機(jī)中利用導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；在電動(dòng)機(jī)中利用載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)；在電磁繼電器中，利用磁力進(jìn)行某些開(kāi)關(guān)操作?！艌?chǎng)的應(yīng)用避免磁場(chǎng)理論中涉及的復(fù)雜計(jì)算。建立一種簡(jiǎn)化的方法，類似于電路模型的磁路模型。磁路是利用鐵磁材料作成的某種形狀的回路。磁路的概念6.1磁路及其分析方法6.1磁場(chǎng)的基本物理量1.

磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度:表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量,

磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量,用

B表示。

磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小:

用該點(diǎn)磁場(chǎng)作用于1m長(zhǎng),通有1A

電流且垂直于該磁場(chǎng)的導(dǎo)體上的力

F來(lái)衡量，即B=F/(lL)。

磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向:

電流產(chǎn)生的磁場(chǎng),B的方向用右手螺旋定則確定；IB

磁場(chǎng)的基本物理量主要包括:磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通、磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁導(dǎo)率等。永久磁鐵磁場(chǎng)，在磁鐵外部，B的方向由N極到S極。國(guó)際單位制:特[斯拉](T)[T]=Wb/m2

(韋伯/米2)2.

磁通磁通：磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于該磁場(chǎng)方向的面積S的乘積，稱為通過(guò)該面積的磁通，用表示,即

=BS磁感應(yīng)強(qiáng)度在數(shù)值上可以看成為與磁場(chǎng)方向垂直的單位面積所通過(guò)的磁通,故又稱磁通密度。

國(guó)際單位制:韋[伯](Wb)[Wb]=伏秒3.

磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度H

：為研究磁場(chǎng)中磁介質(zhì)的作用所引用的一個(gè)物理量，也是一個(gè)矢量。

國(guó)際單位制單位:安每米（A/m)B=μH(μ為磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率)

磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系：磁導(dǎo)率μ

：表示磁場(chǎng)媒質(zhì)磁性的物理量，衡量物質(zhì)的導(dǎo)磁能力，單位：亨/米（H/m）。真空的磁導(dǎo)率為常數(shù)，用

0表示，相對(duì)磁導(dǎo)率：

任意選定一個(gè)閉合回線的圍繞方向，凡是電流方向與閉合回線圍繞方向之間符合右螺旋定則的電流作為正、反之為負(fù)。

其中：是磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量沿任意閉合線的線積分；是穿過(guò)閉合回線所限定的面上的電流的代數(shù)和。電流正負(fù)的規(guī)定：安培環(huán)路定律（全電流定律）I1HI2借助磁場(chǎng)強(qiáng)度建立磁場(chǎng)與產(chǎn)生該磁場(chǎng)的電流之間的關(guān)系。【例6.1.1】環(huán)形線圈如圖，其中媒質(zhì)是均勻的，試計(jì)算線圈內(nèi)部各點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，如果該磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率為，試計(jì)算線圈內(nèi)部各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。【解】取半徑為x的閉合回線，以其方向作為回線的圍繞方向，則有：SxHxIN匝式中：N

線圈匝數(shù)；

lx=2x是半徑為x的圓周長(zhǎng)；

Hx

半徑x處的磁場(chǎng)強(qiáng)度；

NI為線圈匝數(shù)與電流的乘積。故得：SxHxIN匝

磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H只與電流大小、線圈匝數(shù)、以及該點(diǎn)的幾何位置有關(guān)，與磁導(dǎo)率()

無(wú)關(guān)

在物質(zhì)的分子中，由于電子環(huán)繞原子核運(yùn)動(dòng)和本身自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而形成分子電流，相應(yīng)產(chǎn)生分子電流磁場(chǎng)。由于不同物質(zhì)的分子電流磁場(chǎng)的屬性不同，使物質(zhì)呈現(xiàn)為磁性物質(zhì)和非磁性物質(zhì)。物質(zhì)的磁性能磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)媒質(zhì)的磁性有關(guān)。

一、非磁性物質(zhì)

非磁性物質(zhì)分子電流的磁場(chǎng)排列雜亂無(wú)章，內(nèi)部互相抵消，幾乎不受外磁場(chǎng)的影響和不具有磁化特性。每一種非磁性材料的磁導(dǎo)率都是常數(shù)，有：可見(jiàn)：

磁通與產(chǎn)生此磁通的電流I成正比，呈線性關(guān)系。當(dāng)磁場(chǎng)媒質(zhì)是非磁性材料時(shí)，有：即B與H成正比，呈線性關(guān)系。由于OH(I)B()

二、磁性物質(zhì)

磁性物質(zhì)內(nèi)部形成許多小區(qū)域，其分子間存在的一種特殊的作用力使每一區(qū)域內(nèi)的分子磁場(chǎng)排列整齊，顯示磁性，稱這些小區(qū)域?yàn)榇女?。在沒(méi)有外磁場(chǎng)作用的普通磁性物質(zhì)中，各個(gè)磁疇排列雜亂無(wú)章，磁場(chǎng)互相抵消，整體對(duì)外不顯磁性。

在外磁場(chǎng)作用下，磁疇方向發(fā)生變化，使之與外磁場(chǎng)方向趨于一致，物質(zhì)整體顯示出磁性來(lái)，稱為磁化。即磁性物質(zhì)能被磁化。磁疇非磁性物質(zhì)沒(méi)有磁疇結(jié)構(gòu)，不具有磁化特性。外磁場(chǎng)6.1.2

磁性材料的磁性能1.高導(dǎo)磁性磁性材料在外磁場(chǎng)作用下,磁疇轉(zhuǎn)向與外磁場(chǎng)相同的方向，產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的與外磁場(chǎng)同方向的磁化磁場(chǎng)，磁性物質(zhì)內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大大增加，即磁性物質(zhì)被強(qiáng)烈的磁化。磁力線集中于磁性物質(zhì)中通過(guò)。

磁性材料主要指鐵、鎳、鈷及其合金等。磁性物質(zhì)的高導(dǎo)磁性被廣泛地應(yīng)用于電工設(shè)備中，如電機(jī)及變壓器的線圈中都放有鐵心。實(shí)現(xiàn)用小的勵(lì)磁電流產(chǎn)生較大的磁通和磁感應(yīng)強(qiáng)度。

磁性材料的r1,即具有很高的導(dǎo)磁性能。磁性物質(zhì)由于磁化所產(chǎn)生的磁化磁場(chǎng)不會(huì)隨著外磁場(chǎng)的增強(qiáng)而無(wú)限的增強(qiáng)。當(dāng)外磁場(chǎng)增大到一定程度時(shí)，磁性物質(zhì)的全部磁疇的磁場(chǎng)方向都轉(zhuǎn)向與外部磁場(chǎng)方向一致，磁化磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到飽和值。如圖。2.

磁飽和性BJ

磁場(chǎng)內(nèi)磁性物質(zhì)的磁化磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度曲線；B0

磁場(chǎng)內(nèi)不存在磁性物質(zhì)時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度直線；B

為BJ曲線和B0相加，即磁場(chǎng)的B-H

磁化曲線。OHBB0BJB?a?bB-H

磁化曲線的特征

Oa段：B與H幾乎成正比地增加；

ab段：B的增加緩慢下來(lái)；

b點(diǎn)以后：B增加很少，達(dá)到飽和。OHBB0BJB?a?b有磁性物質(zhì)存在時(shí)，B與H不成正比，磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率不是常數(shù)，隨H而變。

磁性物質(zhì)的磁化曲線在磁路計(jì)算上極為重要，其為非線性曲線，實(shí)際中通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出。

OHB,B

幾種常見(jiàn)磁性物質(zhì)的磁化曲線(a)鑄鐵(b)鑄鋼(c)硅鋼片O0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0103H/(A/m)H/(A/m)12345678910103B/T1.81.61.41.21.00.80.60.40.2ababcc3.

磁滯性

當(dāng)鐵心線圈中通有交變電流，鐵心受到交變磁化。磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H而變化，變化關(guān)系如圖。磁滯性：磁性物質(zhì)中，當(dāng)H已減到零時(shí)B并未回到零，這種磁感應(yīng)強(qiáng)度滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的性質(zhì)稱為磁性物質(zhì)的磁滯性。磁滯回線：在鐵心反復(fù)交變磁化的情況下，表示B與H變化關(guān)系的閉合曲線1234561（如圖）稱為磁滯回線。OHB????236514剩磁感應(yīng)強(qiáng)度（剩磁）：H=0時(shí)B不等于零。保留的磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為剩磁感應(yīng)強(qiáng)度Br（剩磁）如圖。矯頑磁力：消除剩磁必須反向磁化。使B=0的H值稱為矯頑磁力HC(如圖)。OHB????236514BrHC磁性物質(zhì)不同，其磁滯回線也不同。按磁性物質(zhì)的磁性能，磁性材料分為三種類型：（1）軟磁材料具有較小的矯頑磁力，磁滯回線較窄。一般用來(lái)制造電機(jī)、電器及變壓器等的鐵心。常用的有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金即鐵氧體等。（2）永磁材料具有較大的矯頑磁力，磁滯回線較寬。一般用來(lái)制造永久磁鐵。常用的有碳鋼及鐵鎳鋁鈷合金等。（3）矩磁材料具有較小的矯頑磁力和較大的剩磁，磁滯回線接近矩形，穩(wěn)定性良好。在計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中用作記憶元件、開(kāi)關(guān)元件和邏輯元件。常用的有鎂錳鐵氧體等。6.1.3磁路的分析方法

環(huán)形線圈如圖，其中媒質(zhì)是均勻的，磁導(dǎo)率為，試計(jì)算線圈內(nèi)部的磁通。【解】根據(jù)安培環(huán)路定律，有設(shè)磁路的平均長(zhǎng)度為l，則有一、引例SxHxIN匝磁路可以劃分為若干段，每一段的磁化是均勻的。磁通的閉合路徑稱為磁路。式中：F=NI

為磁通勢(shì)，由其產(chǎn)生磁通；

Rm

稱為磁阻，表示磁路對(duì)磁通的阻礙作用。二、磁路的歐姆定律

若某磁路的磁通為，磁通勢(shì)為F

，磁阻為Rm，則即有：此即磁路的歐姆定律。三、磁路與電路的比較1、形式比較

磁路磁通勢(shì)F磁通磁阻電路電動(dòng)勢(shì)E電流密度J

電阻磁感應(yīng)強(qiáng)度B電流INI+_EIR2、磁路分析的特點(diǎn)（1）在處理電路時(shí)不涉及電場(chǎng)問(wèn)題，在處理磁路時(shí)離不開(kāi)磁場(chǎng)的概念；（2）在處理電路時(shí)一般可以不考慮漏電流，在處理磁路時(shí)有時(shí)需要考慮漏磁通；（3）磁路歐姆定律和電路歐姆定律只是在形式上相似。由于不是常數(shù)，其隨勵(lì)磁電流而變，磁路歐姆定律一般不能直接用來(lái)計(jì)算，它只能用于定性分析；（4）在電路中，當(dāng)E=0時(shí)，I=0；但在磁路中，由于有剩磁，當(dāng)F=0時(shí)，不為零；（5）磁路的基本物理量單位較復(fù)雜。四、磁路的分析計(jì)算主要任務(wù):預(yù)先選定磁性材料中的磁通(或磁感應(yīng)強(qiáng)度)，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材料,用安培環(huán)路定理求產(chǎn)生預(yù)定的磁通所需要的磁通勢(shì)F=NI

，進(jìn)而確定線圈匝數(shù)和勵(lì)磁電流?；竟剑ò才喹h(huán)路定理）:

設(shè)磁路由不同材料、不同長(zhǎng)度和截面積的

n

段組成，則基本公式為：即基本步驟:（由磁通求磁通勢(shì)F=NI

）（1）求各段磁感應(yīng)強(qiáng)度Bi

各段磁路截面積不同，通過(guò)同一磁通，故有：（2）求各段磁場(chǎng)強(qiáng)度

Hi

根據(jù)各段磁路材料的磁化曲線Bi=f(Hi),求B1，

B2

，……相對(duì)應(yīng)的H1，H2

，……。（3）計(jì)算各段磁路的磁壓降（Hi

li

）（4）根據(jù)下式求出磁通勢(shì)（NI

）【例6.1.3】一個(gè)具有閉合的均勻的鐵心線圈，其匝數(shù)為300，鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.9T，磁路的平均長(zhǎng)度為45cm，試求：(1)鐵心材料為鑄鐵時(shí)線圈中的電流；(2)鐵心材料為硅鋼片時(shí)線圈中的電流?！窘狻?/p>

（1）用鑄鐵材料，B=0.9T時(shí),據(jù)磁化曲線，查出磁場(chǎng)強(qiáng)度H=9000A/m，則（2）用硅鋼片材料，B=0.9T時(shí),據(jù)磁化曲線，查出磁場(chǎng)強(qiáng)度

H=260A/m，則分析本例：（1）由于所用鐵心材料的不同，要得到同樣的磁感應(yīng)強(qiáng)度，則所需要的磁通勢(shì)或勵(lì)磁電流的大小相差較大。因此，采用磁導(dǎo)率高的鐵心材料，可使線圈的用銅量大為降低。（2）在上面兩種情況下，如線圈中通有同樣大小的電流0.39A,則鐵心中的磁場(chǎng)強(qiáng)度是相等的,都是260A/m。從磁化曲線可查出，鑄鐵時(shí)B=0.05T,

硅鋼片時(shí)

B=0.9T,兩者相差17倍,磁通也相差17倍,如要得到相同的磁通，則鑄鐵鐵心的截面積必須增加17倍，因此，采用磁導(dǎo)率高的鐵心材料，可使鐵心的用鐵量大為降低。【例6.1.4】有一環(huán)形鐵心線圈，其內(nèi)徑為10cm，外徑為15cm，鐵心材料為鑄鋼。磁路中含有一空氣隙，其長(zhǎng)度等于0.2cm。設(shè)線圈中通有1A的電流，如要得到0.9T的磁感應(yīng)強(qiáng)度，試求線圈匝數(shù)。【解】磁路的平均總長(zhǎng)度為（1）對(duì)空氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度平均長(zhǎng)度（2）對(duì)鑄鋼材料磁場(chǎng)強(qiáng)度查鑄鋼的磁化曲線，B=0.9T時(shí),

查出磁場(chǎng)強(qiáng)度H1=500A/m平均長(zhǎng)度

對(duì)各段有

總磁通勢(shì)為

線圈匝數(shù)為由于空氣磁阻較大，磁通勢(shì)幾乎都降在空氣隙上面。如果將鐵心材料換成硅鋼片，H下降，N下降。綜合上述例題，可得如下結(jié)論：（1）如果要得到相等的磁感應(yīng)強(qiáng)度，采用磁導(dǎo)率高的鐵心材料，可以降低線圈電流或者減少線圈匝數(shù)；（2）如果線圈中通有同樣大小的勵(lì)磁電流，要得到相等的磁通，采用磁導(dǎo)率高的鐵心材料，可使鐵心的用鐵量大為降低；（3）當(dāng)磁路中含有空氣隙時(shí)，由于其磁阻較大，要得到相等的磁感應(yīng)強(qiáng)度，必須增大勵(lì)磁電流（設(shè)線圈匝數(shù)一定）。6.2

交流鐵心線圈電路6.2.1電磁關(guān)系+––+–+eeuNi基本關(guān)系（磁通勢(shì)）主磁通：產(chǎn)生的磁通中,通過(guò)鐵心閉合的部分漏磁通：經(jīng)過(guò)空氣或其它非導(dǎo)磁媒質(zhì)閉合的部分漏磁電感漏磁電感為常數(shù)

漏磁通主要經(jīng)過(guò)空氣隙或非磁性物質(zhì)，勵(lì)磁電流i與漏磁通之間可認(rèn)為成線性關(guān)系，鐵心線圈的漏磁電感為常數(shù)，即有鐵心線圈為非線性電感元件

主磁通通過(guò)鐵心，勵(lì)磁電流i與主磁通之間是非線性關(guān)系，主磁電感L隨勵(lì)磁電流i而變化，如圖。OL,Li6.2.2電壓電流關(guān)系瞬時(shí)值形式+––+–+eeuNi其中：R為鐵心線圈電阻，L為漏磁電感，相量形式

當(dāng)u是正弦電壓時(shí)，其它各電壓、電流、電動(dòng)勢(shì)可視作正弦量，則電壓、電流關(guān)系的相量式為：其中：R為線圈電阻；X=L漏磁感抗主磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)漏磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)主磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)設(shè)主磁通則幅值有效值分析可知：電源電壓分三個(gè)分量：由于線圈電阻

R

和感抗X（或漏磁通）較小，其電壓降也較小，與主磁電動(dòng)勢(shì)相比可以忽略，故有其中：Bm鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值，單位[T]；

S

鐵心截面積，單位[m2]。

電阻上的電壓降；平衡漏磁電動(dòng)勢(shì)的電壓分量；

平衡主磁電動(dòng)勢(shì)的電壓分量。6.2.3功率損耗

交流鐵心線圈的功率損耗主要有銅損和鐵損兩種。一、銅損（Pcu）

在交流鐵心線圈中,線圈電阻R上的功率損耗稱銅損，用Pcu表示。Pcu=RI2

其中：R

線圈電阻；I

線圈中通過(guò)的電流。二、鐵損（PFe）

在交流鐵心線圈中，處于交變磁通下的鐵心內(nèi)的功率損耗稱鐵損，用PFe

表示。鐵損由磁滯和渦流產(chǎn)生。+–ui（1）磁滯損耗（Ph）由磁滯所產(chǎn)生的鐵損稱為磁滯損耗（Ph）磁滯損耗的大小：交變磁化一周在鐵心的單位體積內(nèi)所產(chǎn)生的磁滯損耗能量與磁滯回線所包圍的面積成正比。OHB????236514磁滯損耗轉(zhuǎn)化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。減少磁滯損耗措施：選用磁滯回線狹小的磁性材料制作鐵心。變壓器和電機(jī)中使用的硅鋼等其磁滯損耗較低。（2）渦流損耗（Pe）渦流損耗:由渦流所產(chǎn)生的鐵損。

渦流：

交變磁通在鐵心內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，其感應(yīng)電流稱為渦流。渦流在垂直與磁通的平面內(nèi)環(huán)流。引起鐵心發(fā)熱。減少渦流損耗措施：

提高鐵心的電阻率。鐵心用彼此絕緣的鋼片疊成（如圖），把渦流限制在較小的截面內(nèi)。綜合上述，鐵心線圈交流電路的有功功率為：鐵損幾乎與鐵心內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值Bm的平方成正比，因此Bm不宜選的過(guò)大，一般取0.8~1.2T。6.2.4交流鐵心線圈的等效電路

用一個(gè)不含鐵心的交流電路來(lái)等效替代鐵心線圈交流電路。等效條件：在同樣電壓作用下，功率、電流及各量之間的相位關(guān)系保持不變。等效電路的求取(1)將實(shí)際鐵心線圈的線圈電阻R、漏磁感抗X分出，得到用理想鐵心線圈表示的電路；+––+uiRX

++––uRu實(shí)際鐵心線圈電路理想鐵心線圈電路線圈電阻漏磁感抗+––+–+eeui(2)理想鐵心線圈的等效電路理想鐵心線圈有能量的損耗和儲(chǔ)放，用具有電阻R0和感抗X0串聯(lián)的電路等效。其中：電阻R0是和鐵心能量損耗(鐵損)相應(yīng)的等效電阻，感抗X0是和鐵心能量?jī)?chǔ)放相應(yīng)的等效感抗。其參數(shù)為：+––+uiRX

++––uRuX0

R0

式中：PFe為鐵損，QFe為鐵心儲(chǔ)放能量的無(wú)功功率。故有：+––+–+eeu【例6.2.1】有一交流鐵心線圈，電源電壓U=220V電路中電流I=4A，功率表讀數(shù)P=100W，頻率f=50Hz，漏磁通和線圈電阻上的電壓降可忽略不計(jì)，試求:(1)鐵心線圈的功率因數(shù)；（2）鐵心線圈的等效電阻和感抗。【解】(1)(2)鐵心線圈的等效阻抗模為等效電阻為等效感抗為【例6.2.2】

要繞制一個(gè)鐵心線圈，已知電源電壓U=220V，頻率f=50Hz，今量得鐵心截面為30.2cm2,鐵心由硅鋼片疊成，設(shè)疊片間隙系數(shù)為0.91(一般取0.9~0.93)。（1）如取

Bm=1.2T，問(wèn)線圈匝數(shù)應(yīng)為多少?(2)如磁路平均長(zhǎng)度為60cm,問(wèn)勵(lì)磁電流應(yīng)多大?【解】鐵心的有效面積為(1)線圈匝數(shù)為(2)查磁化曲線圖，Bｍ=1.2T時(shí),Ｈｍ=700Ａ／ｍ，則6.2.1將一個(gè)空心線圈先后接到直流電源和交流電源上，然后在這個(gè)線圈中插入鐵心，再接到上述的直流和交流電源上。如果交流電源電壓的有效值和直流電源電壓相等，在上述四種情況下，試比較通過(guò)線圈的電流和功率的大小，并說(shuō)明其理由。6.2.2如果線圈的鐵心由彼此絕緣的鋼片在垂直磁場(chǎng)方向疊成，是否也可以?6.2.3空心線圈的電感是常數(shù)，而鐵心線圈的電感不是常數(shù)，為什么?如果線圈的尺寸、形狀和匝數(shù)相同，有鐵心和沒(méi)有鐵心時(shí)，哪個(gè)電感大？鐵心線圈的鐵心在達(dá)到磁飽和和尚未達(dá)到磁飽和狀態(tài)時(shí)，哪個(gè)電感大？6.2.4分別舉例說(shuō)明剩磁和渦流的有利和有害的一面。【練習(xí)與思考】6.3

變壓器

變壓器是一種常見(jiàn)的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應(yīng)用廣泛。變壓器的最主要功能：變電壓

在能量傳輸過(guò)程中，當(dāng)輸送功率及負(fù)載功率因數(shù)

一定時(shí)：（電能損耗小）節(jié)省金屬材料（經(jīng)濟(jì)）

電力工業(yè)中常采用高壓輸電低壓配電，實(shí)現(xiàn)節(jié)能并保證用電安全。具體如下：

發(fā)電廠1.05萬(wàn)伏輸電線22萬(wàn)伏升壓儀器36伏降壓…實(shí)驗(yàn)室380/220伏降壓變電站

1萬(wàn)伏降壓降壓…作用：構(gòu)成磁路繞組原繞組(初級(jí)繞組、一次繞組）副繞組(次級(jí)繞組、二次繞組）由高導(dǎo)磁硅鋼片疊成厚0.35mm或0.5mm鐵芯6.3.1

變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理單相變壓器N1作用：構(gòu)成電路+–+–一、基本結(jié)構(gòu)副繞組N2鐵心原繞組2.分類電壓互感器電流互感器按用途分電力變壓器(輸配電用)儀用變壓器整流變壓器按相數(shù)分三相變壓器單相變壓器按制造方式殼式心式二、變壓器的工作原理

原、副繞組互不相連，能量的傳遞靠磁耦合變壓器符號(hào)+–+–1.電磁關(guān)系二、變壓器的工作原理原邊接交流電源,副邊開(kāi)路。(1)空載運(yùn)行情況+–+–+–+–+–1i0(i0N1)1空載時(shí)，鐵心中主磁通是由原繞組磁通勢(shì)產(chǎn)生的。1.電磁關(guān)系二、變壓器的工作原理

原邊接交流電源,副邊接負(fù)載。(2)帶負(fù)載運(yùn)行情況+–+–+–21i1(i1N1)1Zi1i2+–u2+–e2+–e2i2(i2N2)

2有載時(shí)，鐵心中主磁通是由原、副繞組磁勢(shì)共同產(chǎn)生的合成磁通。2.電壓變換（設(shè)加正弦交流電壓）有效值:同理：主磁通按正弦規(guī)律變化，設(shè)為則(1)原、副邊主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)原邊，忽略漏磁通和線圈電阻(2)原、副邊電壓對(duì)副邊，空載時(shí)，電流為零（變比）K為匝數(shù)比結(jié)論：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。故有+–u2+–+–i1i2+e2–三相電壓的變換ABCXYZabczyx1)三相變壓器的結(jié)構(gòu)高壓繞組：A-XB-YC-ZX、Y、Z：尾端A、B、C：首端低壓繞組：a-xb-yc-za、b、c：首端x、y、z：尾端3)三相變壓器的聯(lián)接方式聯(lián)接方式：高壓繞組接法低壓繞組接法三相配電變壓器2)電壓關(guān)系：（1）三相變壓器Y/Y0聯(lián)接線電壓之比：ACBbca+–+–+–+–（2）三相變壓器Y0/聯(lián)接線電壓之比：ACBabc+–+–+–3.電流變換(原副邊電流關(guān)系)有載運(yùn)行

可見(jiàn)，鐵心中主磁通的最大值m在變壓器空載和有載時(shí)近似保持不變。即有由上式，若U1、f不變，則m

不變，近于常數(shù)?？蛰d：有載：+–Z+–+–+–一般情況下：I0(2~3)%I1很小可忽略?；颍航Y(jié)論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比。或：磁勢(shì)平衡式：空載磁勢(shì)有載磁勢(shì)4.等效變換（阻抗變換）由圖可知：

結(jié)論：變壓器原邊的等效阻抗模，為副邊所帶負(fù)載的阻抗模的K2倍。+–+–+–(1)

變壓器的匝數(shù)比應(yīng)為：信號(hào)源R0RL+–R0+–+–【解】

【例6.3.1】如圖，交流信號(hào)源的電動(dòng)勢(shì)E=120V，內(nèi)阻R0=800，負(fù)載為揚(yáng)聲器，其等效電阻為RL=8。要求:（1）當(dāng)RL折算到原邊的等效電阻時(shí)，求變壓器的匝數(shù)比和信號(hào)源輸出的功率；（2）當(dāng)將負(fù)載直接與信號(hào)源聯(lián)接時(shí),信號(hào)源輸出多大功率？信號(hào)源的輸出功率：電子線路中，常利用阻抗匹配實(shí)現(xiàn)最大輸出功率。結(jié)論：接入變壓器以后，輸出功率大大提高。原因：滿足了最大功率輸出的條件：（2）將負(fù)載直接接到信號(hào)源上時(shí)，輸出功率為：1.變壓器的型號(hào)三、變壓器的銘牌和技術(shù)數(shù)據(jù)SJL1000/10

變壓器額定容量(KVA)

鋁線圈

冷卻方式J:油浸自冷式F:風(fēng)冷式相數(shù)S:三相D:單相

高壓繞組的額定電壓(KV)

2.額定值額定電壓變壓器副邊開(kāi)路（空載）時(shí)，原、副邊繞組允許的電壓值單相：UIN，原邊電壓，

U2N，副邊空載時(shí)的電壓三相：UIN、U2N，原、副邊的線電壓額定電流

變壓器滿載運(yùn)行時(shí)，原、副邊繞組允許的電流值。單相：原、副邊繞組允許的電流值三相：原、副邊繞組線電流

額定容量

傳送功率的最大能力。單相：三相：容量SN

輸出功率P2

原邊輸入功率P1

輸出功率P2注意：變壓器幾個(gè)功率的關(guān)系（單相）效率容量：原邊輸入功率：輸出功率：變壓器運(yùn)行時(shí)的功率取決于負(fù)載的性質(zhì)2.額定值6.3.2

、變壓器的外特性

當(dāng)原邊電壓U1和負(fù)載功率因數(shù)cos2保持不變時(shí)，副邊輸出電壓U2和輸出電流I2的關(guān)系U20：原邊加額定電壓、副邊開(kāi)路時(shí)，副邊的輸出電壓。

一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨I2的變化，U2

變化不大），電壓變化率約在5%左右。電壓變化率：U2I2U20I2Ncos2=1cos2=0.8(感性）6.3.2

變壓器的損耗和效率()變壓器的損耗包括兩部分：銅損(PCu)：繞組導(dǎo)線電阻的損耗。渦流損耗：交變磁通在鐵芯中產(chǎn)生的感

應(yīng)電流(渦流)造成的損耗。磁滯損耗：磁滯現(xiàn)象引起鐵芯發(fā)熱，造

成的損耗。

鐵損(PFe)：變壓器的效率為一般95%,負(fù)載為額定負(fù)載的(50~75)%時(shí)，最大。輸出功率輸入功率【例6.3.３】有一帶電阻負(fù)載的三相變壓器，其額定數(shù)據(jù)如下：SN=100kVA,U1N=6000V,f=50Hz。

U2N=U20=400V,繞組連接成／０。由試驗(yàn)測(cè)得:

PFe

=600W，額定負(fù)載時(shí)的

PCu

=2400W。試求(1)變壓器的額定電流；

(2)滿載和半載時(shí)的效率。【解】(1)額定電流(2)滿載和半載時(shí)的效率

使用時(shí)，改變滑動(dòng)端的位置，便可得到不同的輸出電壓。實(shí)驗(yàn)室中用的調(diào)壓器就是根據(jù)此原理制作的。注意：原、副邊千萬(wàn)不能對(duì)調(diào)使用，以防變壓器損壞。6.3.4特殊變壓器一、

自耦變壓器ABP+–+–電壓表被測(cè)電壓=電壓表讀數(shù)N1/N2二、電壓互感器實(shí)現(xiàn)用低量程的電壓表測(cè)量高電壓VR

N1（匝數(shù)多）保險(xiǎn)絲

N2（匝數(shù)少）~u（被測(cè)電壓）電流表被測(cè)電流=電流表讀數(shù)N2/N1三、電流互感器實(shí)現(xiàn)用低量程的電流表測(cè)量大電流（被測(cè)電流）N1（匝數(shù)少）N2（匝數(shù)多）ARi1i2

當(dāng)電流流入(或流出）兩個(gè)線圈時(shí)，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個(gè)流入(或流出）端稱為同極性端。??AXax?AXax一、同極性端(同名端)

或者說(shuō)，當(dāng)鐵芯中磁通變化時(shí)，在兩線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性相同的兩端為同極性端。

同極性端用“?”表示。增加+–+++–––

同極性端和繞組的繞向有關(guān)。6.3.5

變壓器繞組的極性?聯(lián)接

2－3

變壓器原邊有兩個(gè)額定電壓為110V的繞組：二、線圈的接法??1324??1324