第04章(磁路與變壓器)

學習目標1．了解鐵磁材料的特性，掌握磁路及磁路定律；2.了解交流鐵心線圈的概念,能分析交流鐵心線圈電路；3．掌握變壓器的用途、基本結構、變壓比及變流比；4.理解變壓器的額定值、外特性、損耗及效率；5.區(qū)分自耦變壓器、電壓互感器和電流互感器工作原理的異同，了解使用注意事項；6.理解電焊變壓器結構及工作特點；7.理解三相電力變壓器的結構特點，了解其銘牌；8.了解小功率電源變壓器和電磁鐵。第一節(jié)磁路的基本知識第二節(jié)交流鐵心線圈電路第三節(jié)變壓器的分類、用途、結構和工作原理第四節(jié)變壓器的運行特性和額定值第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵實踐應用本章小結返回一、磁場的基本物理量及基本定律二、鐵磁材料三、磁路及磁路定律第一節(jié)磁路的基本知識返回一、磁場的基本物理量及基本定律

表示磁場特性的基本物理量是磁感應強度、磁通、磁場強度和磁導率。(1)磁感應強度磁感應強度是表示磁場內某點的磁場強弱（磁力線的多少）及方向（磁力線的方向）的物理量。磁感應強度的大小為

式中：F是電磁力；l是導體的長度；是通過磁體的電流。磁感應強度的方向可由右手螺旋定律確定。磁感應強度的國際單位為（特[斯拉]）。(2)磁通磁感應強度B與垂直于磁場方向的面積S的乘積，稱為通過該面積的磁通Φ

。Φ=BS

第一節(jié)磁路的基本知識返回

(3)磁導率磁導率是描述介質導磁能力的物理量。線圈內部點的磁感應強度可表示為

由lx表示X點磁力線的長度?？梢?，某點磁感應強度的大小與磁導率μ、電流大小、線圈匝數(shù)、及該點的位置有關。磁導率的單位是亨/米（H/m）。

(4)磁場強度磁場強度為磁場中某一點的磁感應強度與該點介質磁導率的比值，即：

第一節(jié)磁路的基本知識返回二、鐵磁材料

磁性材料的相對磁導率很大，具有高導率、磁飽和以及磁滯等性能（１）高磁導性鐵磁性材料的磁導率很高，在外磁場的作用下，其內部的磁感應強度大大增強，這種現(xiàn)象稱為磁化。（２）飽和性飽和性體現(xiàn)在因磁化產(chǎn)生的磁感應強度不會隨外磁場的增強而無限增強。（３）磁滯性磁滯性表現(xiàn)在鐵磁材料在交流磁場中反復被磁化時，磁感應強度的變化滯后于磁場強度的變化。

第一節(jié)磁路的基本知識返回三、磁路及磁路定律磁路就是磁通的路徑。磁路實質上就是局限在一定路徑內的磁場。當線圈中有電流流過時，產(chǎn)生的磁通絕大部分集中在鐵心上，沿鐵心而閉合，這部分磁通稱為主磁通，用表示。只有一部分磁通沿鐵心以外的空間而閉合，這稱為漏磁通，用表示。由于很小，在工程上常將它忽略不計。主磁通所通過的閉合路徑稱為磁路。圖中是幾種常見電工設備的磁路。兩種常用電工設備的磁路第一節(jié)磁路的基本知識返回三、磁路及磁路定律（１）磁路的歐姆定律下圖為繞有線圈的鐵心，當線圈電流為時，在鐵心中就會有磁通通過。上式在形式上與電路的歐姆定律相似，故也稱為磁路的歐姆定律。

第一節(jié)磁路的基本知識返回一、直流鐵心線圈

將線圈繞制在鐵心上便構成了鐵心線圈。鐵心線圈根據(jù)所接的電源不同，可分為直流鐵心線圈和交流鐵心線圈兩類。它的磁路即為直流磁路和交流磁路。在線圈中通入直流電流后，磁路中產(chǎn)生的磁通是恒定的，因此在線圈和鐵心中不會感應出電動勢來。

○

二、交流鐵心線圈將交流鐵心線圈接交流電源，線圈中通過交流電流，產(chǎn)生交變磁通，并在鐵心和線圈中產(chǎn)生感應電動勢。

第二節(jié)交流鐵心線圈電路返回一、變壓器的分類與用途二、變壓器的結構三、變壓器的工作原理第三節(jié)變壓器的分類、用途、結構及工作原理返回一、變壓器的分類與用途

變壓器按其用途不同可分為電力變壓器和特殊變壓器兩大類。應用于電力系統(tǒng)變配電的變壓器稱為電力變壓器，常見的升壓變壓器、降壓變壓器和配電變壓器等。如針對某種特殊需要而制造的變壓器，稱為特殊變壓器。如整流變壓器、自耦變壓器、音頻變壓器等。此外，根據(jù)變壓器的鐵心結構，可以分為殼式和心式兩種；根據(jù)電源的相數(shù)可以分為單相和三相變壓器；按冷卻方式可分為油冷變壓器和空氣變壓器等。上述各種變壓器有不同的用途，但其作用都是可以改變交流電壓、交流電流、交換阻抗以及改變相位等。第三節(jié)變壓器的分類、用途、結構及工作原理返回一、變壓器的分類與用途如圖是幾種變壓器的實物圖。（a）油浸式電力變壓器（b）包封線圈干式變壓器(c)音頻環(huán)形變壓器（d）電源變壓器

第三節(jié)變壓器的分類、用途、結構及工作原理返回二、變壓器的結構

各類變壓器的基本結構是相同的，其主要部分是由鐵心和繞組等組成。根據(jù)鐵心結構的不同，可分為心式與殼式兩種，如下圖所示。心式鐵心變壓器的繞組套在鐵心柱上，繞組的裝配和絕緣都比較方便，多用于容量較大的變壓器。殼式鐵心變壓器具有分支的磁路，鐵心把繞組包圍在中間，故不要專門的變壓器外殼，它的制造工藝較復雜，常用于小容量的變壓器。鐵心構成變壓器的磁路部分。為了減少鐵心中的磁滯和渦流損耗，鐵心采用0.35~0.5mm厚的硅鋼片疊成，疊裝之前，硅鋼片上還需涂一層絕緣漆。在疊片時一般采用交錯疊裝方式，這樣可以降低磁路的磁阻，減少勵磁電流。第三節(jié)變壓器的分類、用途、結構及工作原理返回三、變壓器的工作原理（1）變壓器空載運行

若變壓器一次繞組接交流電壓，而二次繞組開路，稱為變壓器的空載運行。如下圖所示，在的作用下，原繞組有電流通過，這個電流稱為空載電流，或勵磁電流。第三節(jié)變壓器的分類、用途、結構及工作原理返回三、變壓器的工作原理（1）變壓器的空載運行根據(jù)圖示參考方向，忽略原繞組的電阻以及漏磁通的影響，可得

由于變壓器空載，其副繞組端的空載端電壓

由此可以推出變壓器的電壓變換關系為

為變壓器的變壓比。第三節(jié)變壓器的分類、用途、結構及工作原理返回三、變壓器的工作原理（2）變壓器的負載運行變壓器原繞組接電源，副繞組接負載，變壓器向負載供電，這稱為變壓器的負載運行。如下圖所示。圖中各量的參考方向各為相關聯(lián)的參考方向。

空載時主磁通由磁動勢決定。忽略直流電阻和漏磁通的影響，當外加電壓一定時，不論空載或有載，鐵心中的主磁通不變，所以磁動勢應近似相等，即

第三節(jié)變壓器的分類、用途、結構及工作原理返回三、變壓器的工作原理（2）變壓器的負載運行空載時，很小，可忽略不計，則由上式可知，與的相位相反。它們的數(shù)值關系為

即變壓器有電流變換作用。第三節(jié)變壓器的分類、用途、結構及工作原理返回三、變壓器的工作原理（3）阻抗變換

變壓器不僅具有變換電壓和變換電流作用，它還具有阻抗變換的作用。在圖(a)中，負載阻抗接在變壓器的副邊，而圖中點劃線框中部分的總阻抗可用圖(b)中的等效阻抗來表示。其等效的條件是：電壓、電流及功率不變。

第三節(jié)變壓器的分類、用途、結構及工作原理返回三、變壓器的工作原理（3）阻抗變換

兩式相比，得

匝數(shù)不同，變換后的阻抗不同?？梢圆捎眠m當?shù)脑褦?shù)比，使變換后的阻抗等電源的內阻，稱為阻抗匹配。這時負載上可獲得最大功率。

第三節(jié)變壓器的分類、用途、結構及工作原理返回一、變壓器的外特性

運行中的變壓器，當電源電壓及負載功率因數(shù)為常數(shù)時，副繞組輸出電壓隨負載電流的變化關系可用曲線來表示，該曲線稱為變壓器的外特性曲線，如下圖所示。圖中表明，當負載為電阻性和電感性時，隨的增大而下降，且感性負載比阻性負載下降更明顯；對容性負載，隨的增大而上升。第四節(jié)變壓器的運行特性和額定值返回二、變壓器的損耗與效率當副繞組接負載后，在電壓的作用下，負載有電流通過，負載吸收功率。負載吸收的有功功率為為負載的功率因數(shù)。這時原繞組從電源吸收的有功功率為

，是與的相位差。變壓器從電源得到的有功功率不會全部由負載吸收，因為傳輸過程中有銅損耗和鐵損耗。這些損耗均變?yōu)闊崃?，使變壓器溫度升高。根?jù)能量守恒定律：變壓器的效率為：小型變壓器的效率約為60%~90%，大型電力變壓器的效率可達96％～99％

。為了變壓器能經(jīng)濟運行，其負載不能過低。

第四節(jié)變壓器的運行特性和額定值△PFe

返回三、變壓器的額定值

（１）額定電壓

原繞組的額定電壓是指變壓器在額定運行的情況下，根據(jù)變壓器的絕緣強度和容許溫升所規(guī)定的電壓值，用符號表示。副繞組的額定電壓是指變壓器空載，原繞組加上額定電壓時，副繞組兩端的電壓，用表示。、對單相變壓器是電壓的有效值。

（２）額定電流額定電流是指變壓器在額定運行情況下，根據(jù)容許溫升所規(guī)定的電流值，用和表示。

第四節(jié)變壓器的運行特性和額定值返回三、變壓器的額定值（３）額定容量

額定容量是指變壓器副繞組輸出的額定視在功率，單位為VA或kVA,用符號表示。單相變壓器

（４）額定頻率變壓器額定運行時，原繞組外加電壓的頻率。我國的標準工頻為50Hz。第四節(jié)變壓器的運行特性和額定值返回一、自耦變壓器和調壓器二、電焊變壓器三、小功率電源變壓器四、儀用互感器五、三相電力變壓器六、電磁鐵第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回一、自耦變壓器和調壓器如果一、二次側共用一部分繞組，如圖所示，這種只有一個繞組的變壓器就稱為自耦變壓器。它的原、副繞組之間除了有磁的耦合外，還有電的直接聯(lián)系。圖中N1、N2分別為一、二次繞組的匝數(shù)。自耦變壓器的原理與普通變壓器相同，即

第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回一、自耦變壓器和調壓器自耦變壓器的主要優(yōu)點是結構簡單、節(jié)省用銅量、重量輕、尺寸小、成本低、效率較高。理論及實踐均證明：當一、二次繞組的電壓之比接近于１，或者說不大于２時，自耦變壓器的優(yōu)點比較顯著，因此容量較大的異步電動機降壓起動時，常采用自耦變壓器來降壓。

第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回一、自耦變壓器和調壓器自耦變壓器的缺點在于：一、二次繞組的電路直接連在一起，因此高壓側的電氣故障會波及到低壓側，這是很不安全的。因此要求自耦變壓器在使用時必須正確接線，且外殼必須接地，并規(guī)定安全用的降壓變壓器不允許采用自耦變壓器結構型式，其原因是一旦發(fā)生接線錯誤，極易出現(xiàn)危險。如圖所示為自耦變壓器給攜帶式安全照明燈提供12V工作電壓的電路圖，因為U2端接地，此時連接照明燈的每根導線對地的電壓都是200V以上，這對持燈人極不安全。自耦變壓器也不能用于要求一、二次側電路隔離的場合。

第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回一、自耦變壓器和調壓器如果把自耦變壓器的二次側抽頭做成能夠沿繞組自由滑動的觸點，就可以改變二次線圈匝數(shù),構成輸出電壓連續(xù)可調的自耦變壓器。為了使滑動接觸可靠，這種自耦變壓器的鐵心做成圓環(huán)形，其上均勻分布繞組，滑動觸點由碳刷構成，當用手柄轉動來移動觸點的位置時，就改變了二次繞組的匝數(shù)，調節(jié)了輸出電壓的大小。這種自耦變壓器又稱為自耦調壓器，輸出電壓可低于電源電壓，也可稍高于電源電壓。如實驗室中常用的單相調壓器，一次繞組U1U2接輸入交流電壓=220V或110V，二次繞組ulu2接輸出電壓=0～250V，均勻變化。其外形圖、原理電路圖和圖形符號如下圖所示。第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回一、自耦變壓器和調壓器

(a)實物(b)外形結構

(c)原理電路圖(d)圖形符號

第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回一、自耦變壓器和調壓器使用自耦調壓器時應注意以下幾點：1．一、二次繞組的公共端U2或u2接中性線，U1端接電源相線（火線），u1端和u2端作為輸出。若把相線接在U2或u2端子，調壓器輸出電壓即使為零(u1端和u2端重合，N2=0)，但u1端仍為高電位，用手觸摸時有危險。2．一、二次繞組不能對調使用．否則可能會燒壞繞組，甚至造成電源短路。3．接通電源前，先將滑動觸頭移至零位，使輸出電壓為零，接通電源后再慢慢順時針轉動手柄，使輸出電壓逐步上升，將輸出電壓調到所需值。用畢，再將手柄轉回零位，以備下次安全使用。4．輸出電壓無論多低，其電流也不允許大于額定電流。第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回二、電焊變壓器電弧焊接是在焊條與焊件之間燃起電弧，用電弧的高溫使金屬熔化進行焊接。電焊變壓器就是為滿足電弧焊接的需要而設計制造的特殊的變壓器。下圖是其原理和實物圖。為了起弧較容易，電焊變壓器的空載電壓一般為60～80V，當電弧起燃后，焊接電流通過電抗器產(chǎn)生電壓降。調節(jié)電抗器上的旋柄可改變電抗的大小以控制焊接電流及焊接電壓。維持電弧工作電壓一般為25～30V。第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回三、小功率電源變壓器在各種儀器設備中提供所需電源電壓的變壓器，一般容量和體積都很小，稱為小功率電源變壓器。為了滿足不同部件的需要，這種變壓器常含有多個二次繞組，可從二次側獲得多個不同的電壓。如圖所示為具有三個二次繞組的小功率電源變壓器。

第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回三、小功率電源變壓器在這種多繞組的變壓器中，各繞組所環(huán)鏈的主磁通都是相同的，因此各繞組之間的變壓比仍等于各匝數(shù)之比。設一次繞組的匝數(shù)為N1，三個二次繞組的匝數(shù)分別為N21、N22、N23，一次側接電源電壓U1，則三個二次繞組的電壓分別是

第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回三、小功率電源變壓器當各二次繞組分別接入負載阻抗|Z1|、|Z2|、|Z3|后，二次側電流分別為

第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回三、小功率電源變壓器小功率電源變壓器在使用中有時需要把繞組串聯(lián)起來以提高電壓，或把繞組并聯(lián)起來以增大電流，在聯(lián)接時必須認清繞組的同極性端，否則不僅達不到預期目的，反而可能燒壞變壓器。同極性端又稱同名端。是指變壓器各繞組電位瞬時極性相同的端點。以左圖為例，它有兩個二次繞組，由主磁通把它們與一次繞組聯(lián)系在一起，當主磁通交變時，每個繞組中都要產(chǎn)生感應電動勢。任一瞬時這兩個二次繞組都是一端電位高，另一端電位低，這同時電位高(或同時電位低)的兩個端點就是同名端。通常在同名端旁標注以相同的符號，如“·”或“*”。圖中端點1和3就是同名端，當然端點2和4也是同名端。第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回三、小功率電源變壓器正確的串聯(lián)接法，應把兩個繞組的一對異名端聯(lián)在一起，如把上圖中的2、3端聯(lián)在一起，這樣在另一對異名端(1、4端)得到的電壓即為兩個二次繞組電壓之和，若接反，則輸出電壓會抵消；正確的并聯(lián)接法，應把兩個繞組的兩對同名端分別聯(lián)在一起(還需注意并聯(lián)繞組的電壓必須相等)，如把圖中的1、3端以及2、4端分別相聯(lián)．這時可向負載提供更大的電流，如接反，則會造成線圈短路以致燒毀變壓器。

同名端與繞組的繞向有關，如下圖所示，一個繞組改變了繞向，端點1和3就不是同名端而是異名端了。

第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回四、儀用互感器電工測量中經(jīng)常使用的一種專用雙繞組變壓器，主要作用是擴大測量儀表的量程和使測量儀表與高壓電路隔離以保證安全。儀用互感器按用途不同分為電壓互感器和電流互感器兩種。第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回四、儀用互感器(1)電壓互感器電壓互感器如圖所示，其一次繞組匝數(shù)多，與被測的高壓電網(wǎng)并聯(lián)；二次繞組匝數(shù)少，與電壓表或功率表的電壓線圈聯(lián)接，因為電壓表或功率表的電感線圈電阻很大，所以電壓互感器二次側電流很小，近似于變壓器的空載運行，于是有式中Ku稱為電壓互感器的變壓比。第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回四、儀用互感器(1)電壓互感器當N1>>N2時，Ku很大，U2<<U1，故可用低量程的電壓表去測量高電壓。通常電壓互感器不論其額定電壓是多少，其二次側額定電壓皆為100V，可采用統(tǒng)一的100V標準電壓表。因此，在不同電壓等級的電路中所用的電壓互感器，其變壓比是不同的，例如6000/100，10000/100等。若互感器與電壓表固定聯(lián)接，則可將對應的U1值標于電表刻度盤上，這樣就可不必經(jīng)過中間運算而直接從電壓表上讀出高壓線路的電壓值。

第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回四、儀用互感器(1)電壓互感器電壓互感器在運行中不允迕副邊短路，否則將燒壞互感器，故應在一、二次側接入熔斷器進行保護。此外，電壓互感器接于高壓電路，為防止互感器一次、二次繞組之間絕緣損壞時造成危險，電壓互感器的鐵心和副邊繞組的一端都必須接地。電壓互感器也可以接成三相使用。

第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回四、儀用互感器(2)電流互感器它的一次繞組用粗線繞成，通常只有一匝或幾匝，與被測量的負載串聯(lián)，通過一次繞組的電流I1與負載電流相等；它的二次繞組匝數(shù)較多，導線較細，與測量儀表(如電流表、功率表和電度表中的電流線圈、繼電器的電流線圈)聯(lián)結，流過電流I2。因為電流線圈負載阻抗很小，所以電流互感器的二次側相當于短路。電流互感器一次、二次線圈中的電流關系和普通變壓器一樣，這時有：式中Ki稱為電流互感器的變流比。第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回四、儀用互感器(2)電流互感器由式可知，N2>>N1時，Ki很大，I2<<I1，故利用電流互感器可用小量程的電流表來測量大電流。若互感器與電流表固定聯(lián)結，則可直接將對應的I1值標于電流表的刻度盤上，直接讀出被測大電流的數(shù)值。電流互感器二次繞組的額定電流通常都規(guī)定為5A，在不同電流等級的電路中所用的電流互感器的變流比是不同的，例如30/5、50/5、100/5等。

第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回四、儀用互感器(2)電流互感器電流互感器在運行中不允許副邊開路，因為它的原繞組是與負載串聯(lián)的，其電流I1的大小，決定于供電線路上負載大小而不決定于副邊電流I2，這點與普通變壓器是不同的。其一次磁通勢雖可很大，但基本上被二次磁通勢所平衡，只剩下很小一部分勵磁磁通勢用以建立磁通，故正常運行時，二次側電動勢并不高。運行中如副邊一旦開路(I2=0)時，則用以平衡一次磁通勢的二次磁通勢隨之消失，而一次磁通勢大小未變．故它將全部用來建立鐵心磁通，使鐵心磁通劇增，會在二次線圈感應出很高電動勢，危及設備及人身安全。同時，由于磁通劇增，磁路過飽和，鐵損大大增加導致鐵心嚴重發(fā)熱而燒毀繞組。為此，電流互感器在運行時，二次線圈嚴禁開路，同時二次電路也不允許接熔斷器和開關，一當必須從運行中的電流互感器副邊電路中拆除電流表等儀器時，必須先將互感器二次線圈可靠地短接。此外，電流互感器接于高壓電路，為防止互感器一次、二次繞組之間絕緣損壞時造成危險，電流互感器的鐵心和副邊繞組的一端都必須接地。第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回五、三相電力變壓器在電力系統(tǒng)中，用于變換三相交流電壓，輸送電能的變壓器，稱為三相電力變壓器。現(xiàn)代電能的生產(chǎn)、傳輸和分配幾乎都使用三相交流電，故三相電力變壓器在電力系統(tǒng)被廣為采用。把三個單相變壓器合成一個三鐵心柱的結構型式，稱為三相心式變壓器，如圖所示，變壓器的三相繞組結構完全相同，每相的原繞組和副繞組繞制好后，分別套在各自的鐵心柱上。高、低壓線圈中點(若有的話)分別用N(或O)和n(或0)表示。

第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回五、三相電力變壓器圖為Y，yn和Y，d兩種聯(lián)結的接線情況。Y，yn聯(lián)結的三相變壓器常用于車間配電變壓器，低壓側有中性線引出作三相四線制供電，不僅給用戶提供了三相電源，同時還提供了單相電源，供給動力和照明混合負載，其高壓側額定電壓不超過35kV，低壓側電壓400V(單相為230V)，動力負載用400V線電壓，照明負載用230V單相電壓。Y，d聯(lián)結的三相變壓器用于低壓側電壓高于400V、高壓側電壓在35kV及以下的電路中，主要用在變電站作降壓或升壓用。

第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回五、三相電力變壓器三相變壓器的額定容量SN是指三相總額定容量，可用下式進行計算：

額定電壓U1N/U2N和額定電流I1N/I2N是指線電壓和線電流。其中二次側額定電壓U2N是指變壓器一次側施加額定電壓U1N時二次側的空載電壓，即U20。

第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回五、三相電力變壓器由于三相變壓器主要用于電力系統(tǒng)進行電能的傳輸，因此其容量都比較大，電壓也比較高，為了鐵心和繞組的散熱和絕緣，通常用油浸式結構，即將其置于絕緣的變壓器油內，而油則盛放在鋼板制成的油箱內，箱壁上裝有散熱用的油管或散熱片，通過油管或散熱片將熱量散發(fā)于大氣中。其中波紋式散熱器用作變壓器油散熱。考慮到油會熱脹冷縮，在變壓器油箱上置一儲油柜和油位表，此外還裝有一根防爆管，一旦發(fā)生故障(例如短路事故)，產(chǎn)生大量氣體時，高壓氣體將沖破防爆管前端的塑料薄片而釋放，從而避免變壓器發(fā)生爆炸。高低壓引線通過絕緣套管從油箱引出。三相變壓器加上高低壓繞組的出線瓷套管、散熱裝置及保護裝置等，形成如圖所示的油浸式電力變壓器外形結構。

第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回五、三相電力變壓器[例]有一臺Y，yn聯(lián)結的三相電力變壓器，已知額定電壓為10kV／400V，額定容量為50kVA。問是否允許接人一臺額定電壓400V、額定功率45kW、額定功率因數(shù)0.87的三相負載?解：變壓器二次側的額定電流A=72.2A負載所需電流A=74.7AIL>I2N,已超載，故不允許該負載接入。第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回六、電磁鐵電磁鐵是利用通電線圈鐵心對鐵磁性物質產(chǎn)生電磁吸力而工作的一種電器設備。如圖是電磁鐵的幾種常見結構型式，各種電磁鐵都由線圈、鐵心和銜鐵(或需要吸引的鐵磁體)三個基本部分構成。其中線圈和鐵心是固定不動的，銜鐵則可以活動。當線圈通以勵磁電流時，在鐵心中產(chǎn)生磁場，鐵心和銜鐵被磁化，并在氣隙間產(chǎn)生電磁吸力將銜鐵吸動。斷電后，電磁力消失，銜鐵借助于其他非電磁力復位。(a)接觸器（馬蹄式）(b)繼電器（拍合式）(c)電動錘（螺管式）圖電磁鐵的結構第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回六、電磁鐵1.直流電磁鐵直流電磁鐵的勵磁電流為直流電流?？梢宰C明，直流電磁鐵的銜鐵所受的電磁吸力為式中，B0為氣隙的磁感應強度，單位是T；μ0=4×10-7H/m，為真空的磁導率；S為氣隙磁場的截面積，單位是m2；F為電磁吸力，單位是N。對于直流電磁鐵，當線圈的電阻R及直流電壓源電壓U一定時，線圈中的電流I（=U/R）為定值亦即磁動勢IN為定值，而與氣隙大小無關。但在銜鐵被吸合過程中，由于氣隙迅速減小，磁阻隨之減小。根據(jù)磁路的歐姆定律，磁通及磁感應強度將迅速增大，吸力也顯者增大。第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回六、電磁鐵直流電磁鐵吸力公式也可用來計算交流電磁鐵的吸力。由于主磁通Φ和磁感應強度B都是隨時間變化的正弦量，所以其吸力在零與最大值Fm之間脈動，吸力的平均值為上式表明，交流電磁鐵的平均吸力為最大吸力的1/2。通常交流電磁鐵的吸力是指平均吸力。

第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回六、電磁鐵交流電磁鐵的吸力隨時間而變化的波形如左圖所示?？梢钥闯觯涣麟姶盆F的吸力?(t)是隨時間而變化的，交流電磁鐵吸力的方向一定，但在電流的一個周期內有兩次達到零值，兩次到達最大值，。對工頻交流電來說，這意味著銜鐵每秒內有100次的釋放與重新吸合，其結果是造成銜鐵的振動，產(chǎn)生噪聲和機械損傷。為消除振動，交流電磁鐵的鐵心磁極的部分端面常嵌有一個銅質分磁環(huán)(也稱短路環(huán))，如右圖所示。它將原來鐵心中的磁通Φ分成Φ1和Φ2兩部分。由于磁通的變化，短路環(huán)內產(chǎn)生感應電壓而有了感應電流，并阻礙磁通變化，這樣使短路環(huán)內的合成磁通Φ2的變化比環(huán)外磁通Φ1的變化滯后，由于這兩部分磁通不是同時達到零值，就不會有吸引力為零的時候了，也不會同時到達最大值，從而起到減弱振動的作用，降低了噪聲，這種方法稱為磁通的裂相。

第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回六、電磁鐵根據(jù)U=4.44?NΦm，交流電磁鐵在外加電壓有效值不變的情況下，無論氣隙大小如何，Φm基本不變，Bm也基本不變，所以銜鐵在吸合過程中，平均吸力基本保持不變。但是由于吸合前后氣隙長、短不同，根據(jù)磁路歐姆定律Φ=IN/Rm，式中Φ一定，銜鐵吸合前氣隙大，則磁阻Rm也大，那么只有勵磁電流I也跟著增大。所以銜鐵在吸合過程中，隨著氣隙逐漸變小，磁路的磁阻顯著減小，線圈感抗顯著增大，線圈中的電流是顯著減小的。由于吸合過程的時間很短，電磁鐵長期工作在吸合狀態(tài)，故設計電磁鐵是按吸合時的發(fā)熱計算的。因此，交流電磁鐵在工作時銜鐵與鐵心之間一定要吸合好，要防止線圈通電后銜鐵受阻卡住或吸合不緊的情況發(fā)生，否則會因長時間通過5～6倍的額定電流（線圈的額定電流是按銜鐵吸合后設計的)甚至更大而燒毀線圈。這種情況下應盡快切斷電源，檢查排除故障。同樣原因，交流電磁鐵不宜過分頻繁操作。

第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回六、電磁鐵表直流電磁鐵與交流電磁鐵的比較第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回六、電磁鐵[例]一個交流電磁鐵如圖所示，勵磁繞組的額定電壓U=380V，頻率f=50Hz，匝數(shù)N=8650，鐵心面積S=2.5cm2。試求此電磁鐵的平均電磁吸力。解：主磁感應強度的最大值Bm=電磁吸力的平均值第五節(jié)常用變壓器和電磁鐵返回單相配電變壓器在低壓配電網(wǎng)中的應用

為解決低壓配電網(wǎng)存在的線損負荷高、電壓質量差等問題，可按照“10千伏線路深入負荷中心，配電變壓器小容量、密布點”的總體思路和縮短低壓供電半徑的原則，采用單相配電變壓器供電。采用單相配電變壓器的方法切實可行，從而為負荷密度小、用戶分布廣的區(qū)域開辟了一條供電新途徑。單相配電變壓器體積小、重量輕，可以最大限度深入負荷中心，縮短低壓網(wǎng)絡半徑，降低損耗。該型變壓器可采用桿掛式安裝，安裝方便，并能減少臺區(qū)材料費用。單相配電變壓器一般采用單桿懸掛的安裝方式，電桿選用12米重型水泥桿或15米水泥桿。單相配電變壓器的安裝地點受地理因素限制少，但受負荷性質因素制約多。據(jù)配電變壓器安裝要求，結合電網(wǎng)實際運行情況，單相配電變壓器安裝的典型配置，應包括單相配電變壓器、低壓開關、無功補償裝置及配電負荷監(jiān)測系統(tǒng)等設備。在負荷分散、密度小、無三相電力用戶條件下使用單相變壓器，具有優(yōu)勢。

實踐應用返回1.鐵磁材料因其內部有磁疇而使其具有被磁化的可能。鐵磁材料的主要性能是高導磁性、磁飽和性和磁滯性。鐵磁材料按其磁性能又分為軟磁材料、硬磁材料和矩磁材料三種類型，它們的磁化曲線面積大小不同。2．在電氣設備中，為了得到較強的磁場并有效地加以利用，常采用導磁性能良好的鐵磁材料做成一定形狀的鐵心，使磁場集中分布于由鐵心構成的閉合路徑內，形成磁路。磁路的主要物理量有磁感應強度B、磁通Φ、磁導率μ和磁場強度H等。磁路與電路有對偶性。磁通Φ—電流I、磁通勢IN－電動勢E、磁阻Rm－電阻R一一對應，甚至磁路歐姆定律一電路歐姆定律也相對應。磁路歐姆定律Φ＝是分析磁路的基礎，由于磁性物質的磁阻不是常數(shù)，故它常用于定性分析，交流鐵心線圈主磁通Φm它與電源電壓、頻率及線圈匝數(shù)有關，只要U、f不變，其主磁通大小就基本不變。這關系適用于一切交流勵磁的磁路，如變壓器、異步電動機及交流接觸器等。本章小結返回3．鐵心線圈根據(jù)電源的不同，分為直流鐵心線圈和交流鐵心線圈，它們具有不同的工作特性。在直流鐵心線圈中，電流I=U/R恒定，磁通Φ=IN/Rm也恒定，磁通不僅與勵磁電流有關，而且還與磁路的磁阻有關；在交流鐵心線圈中電流交變，磁通也交變，磁通最大值Φm≈U/4.44fN，磁通僅與電源有關，而與磁路無關，電流則與磁路有關，卻與線圈電阻基本上無關。在直流鐵心線圈中，功率損耗只產(chǎn)生在線圈電阻上；而在交流鐵心線圈中，除了線圈中的銅損外，還有鐵心中的鐵損。銅損是由線圈電阻引起的，鐵損則是由磁滯和渦流引起的。本章小結返回4．變壓器是根據(jù)電磁感應原理制成的靜止電器，可用來傳輸能量或傳遞信號，它主要由用硅鋼片疊成的閉合鐵心和套裝在鐵心柱上的一、二次線圈(繞組)構成。變壓器按一、二次繞組的匝數(shù)比可以變換電壓、變換電流和變換阻抗，即變壓器的外特性和電壓變化率是評價供電質量的重要指標。變壓器的外特性曲線描述的