項(xiàng)目七 磁路與變壓器

項(xiàng)目七磁路與變壓器

電磁鐵7.4磁路的基本知識(shí) 7.1磁性材料 7.2交流鐵心線圈7.3

變壓器7.5▲典型問題

電磁鐵的工作原理是什么？直流電磁鐵與交流電磁鐵各有什么特點(diǎn)？各應(yīng)用在哪些場(chǎng)合？變壓器為什么可以變換交流？可以變換直流么？為什么？

▲知識(shí)能力目標(biāo)1.了解描述磁路的基本物理量及磁路歐姆定律。2.了解鐵磁材料的基本特性。3.掌握交直流電磁鐵的特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)合；了解鐵心線圈電路的電壓平衡方程式。4.掌握互感線圈同名端判斷方法。7.掌握變壓器變壓、變流、阻抗匹配的工作原理及應(yīng)用。7.1發(fā)電輸電概述7.1.1磁路的基本物理量7.1.2磁路的基本定律與電流流過的路徑稱為電路一樣，磁通所通過的路徑稱為磁路。電流只能從導(dǎo)體中通過，但是磁通可以在任意介質(zhì)中通過，磁通可以分為兩部分。主磁通：由于鐵心的導(dǎo)磁性能比空氣要好得多（磁導(dǎo)率大），所以絕大部分磁通將在鐵心內(nèi)通過,這部分磁通稱為主磁通。漏磁通：圍繞載流線圈、部分鐵心和鐵心周圍的空間，還存在少量分散的磁通，這部分磁通稱為漏磁通。1.磁路7.1.1磁路的基本物理量漏磁通主磁通2.磁感應(yīng)強(qiáng)度

與磁場(chǎng)方向相垂直的單位面積上通過的磁通（磁力線），可表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向。如果磁場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小相等，方向相同，這樣的磁場(chǎng)則稱為均勻磁場(chǎng)。B的單位：特[斯拉]（T）

1T＝104Gs

的單位：韋伯3.磁通

磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場(chǎng)方向的面積S的乘積，稱為通過該面積的磁通

。

＝BS

的單位：伏?秒，通稱為韋[伯]Wb或麥克斯韋Mx1Wb＝108Mx

4.磁場(chǎng)強(qiáng)度

磁場(chǎng)強(qiáng)度是計(jì)算磁場(chǎng)所用的物理量，根據(jù)磁路的安培環(huán)路定律，磁路的磁場(chǎng)強(qiáng)度為H的單位：安／米矢量

7.磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率

是一個(gè)用來表示磁場(chǎng)媒質(zhì)磁性和衡量物質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量。?真空中的磁導(dǎo)率為常數(shù)相對(duì)磁導(dǎo)率：任一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率和真空的磁導(dǎo)率的比值，稱為該物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率，即?一般材料的磁導(dǎo)率

和真空磁導(dǎo)率

0

的比值，稱為該物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率

r

或7.1.2磁路的基本定律復(fù)習(xí)：磁感應(yīng)強(qiáng)度（又稱磁通密度）B

——表征磁場(chǎng)強(qiáng)弱及方向的物理量。單位：Wb/m2磁通量Φ

——垂直穿過某截面積的磁力線總和。單位：Wb

磁場(chǎng)強(qiáng)度H——計(jì)算磁場(chǎng)時(shí)引用的物理量。

B=μH

，單位：A/m真實(shí)的物理量，反映了該點(diǎn)處的磁特性磁感應(yīng)強(qiáng)度的積分值，描述了磁場(chǎng)的總體特性磁感應(yīng)強(qiáng)度與該點(diǎn)磁導(dǎo)率的乘積，反映了建立該點(diǎn)磁場(chǎng)的源B、H、Φ之間的關(guān)系產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流建立磁勢(shì)F各點(diǎn)處產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度H各點(diǎn)處產(chǎn)生磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度B對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度積分獲得Φ↓↓↓↓→→B=μH1.磁路歐姆定律ФSlIN磁路的歐姆定律是分析磁路的基本定律。式中：F=NI

——磁通勢(shì)，由其產(chǎn)生磁通。

Rm——磁阻，表示磁路對(duì)磁通的阻礙作用。設(shè)繞有線圈的鐵心，當(dāng)線圈通過電流I，在鐵心中就會(huì)有磁通的長(zhǎng)度為l，截面積為S，磁路介質(zhì)的磁導(dǎo)率為μ。則磁路中有:磁路的歐姆定律與電路的歐姆定律有很多的相似之處，可用表7-1對(duì)磁路、電路的相關(guān)物理量進(jìn)行類比，以利于學(xué)習(xí)與記憶。磁路和電路有很多相似之處，但分析與處理磁路比電路難得很多，例如；（1）在處理電路時(shí)一般不涉及電場(chǎng)問題，而在處理磁路時(shí)離不開磁場(chǎng)的概念。例如在討論電機(jī)時(shí)，常常要分析電機(jī)磁路的氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布情況。

（2）在處理電路時(shí)一般不考慮漏電流（因?yàn)閷?dǎo)體的電導(dǎo)率比周圍介質(zhì)的電導(dǎo)率大得很多），但在處理磁路時(shí)一般都要考慮漏磁通（因?yàn)榇怕凡牧系拇艑?dǎo)率比周圍介質(zhì)的磁導(dǎo)率大得不太多）。

表7-1磁路與電路的比較

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I

NI+_EIR電路的歐姆定律：

磁路的歐姆定律：

磁路分析的特點(diǎn)

1.在處理電路時(shí)不涉及電場(chǎng)問題，在處理磁路時(shí)離不開磁場(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)一般都要考慮漏磁通。

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，磁路歐姆定律不能直接用來計(jì)算，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。例7-1

一空心環(huán)形螺旋線圈，其平均長(zhǎng)度為30cm，橫截面積為10cm2，匝數(shù)等于103，線圈中的電流為10A，求線圈的磁阻、磁勢(shì)及磁通。磁動(dòng)勢(shì)為:Fm＝NI＝103×10＝104A磁通為:2.磁路的基爾霍夫定律（1）基爾霍夫磁通定律

（第一定律）或

磁路的基爾霍夫電流定律Ni（2）基爾霍夫磁壓定律

例7-2在圖6-8所示鐵心線圈中通直流，磁路平均長(zhǎng)度l=30cm，截面積S=10cm2，N=1000匝，材料為鑄鋼，工作點(diǎn)上相對(duì)磁導(dǎo)率（2）若鐵心某處有一缺口，即磁路中有一空氣隙，長(zhǎng)度l=0.2cm，鐵心和線圈的參數(shù)不變，此時(shí)需要多大電流，才能建立0.001Wb的磁通。（1）欲在鐵心中建立磁通Φ=0.001Wb，線圈電阻r=100Ω，應(yīng)加多大電壓U？解:（1）總磁動(dòng)勢(shì)為（2）因氣隙中的截面積和磁通與鐵心相同，故B0=1T，所以總磁動(dòng)勢(shì)為由計(jì)算結(jié)果可看出，空氣隙對(duì)整個(gè)磁路工作的情況影響極大.因此在磁路中總是希望空氣隙盡可能小。7.2磁性材料7.2.1高導(dǎo)磁性7.2.1磁飽和性7.2.3磁滯性

磁性材料主要是指鐵族材料鐵、鎳、鈷及其合金而言。它們具有高導(dǎo)磁性、磁飽和性、磁滯性等基本特性。7.2.1高導(dǎo)磁性磁疇——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。磁疇

沒有外磁場(chǎng)作用時(shí)：各個(gè)磁疇排列雜亂無章，磁場(chǎng)互相抵消，整體對(duì)外不顯磁性。磁疇在外磁場(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)整體顯示磁性，稱為磁化。外磁場(chǎng)磁疇磁疇磁性物質(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)、變壓器及各種鐵磁元件的線圈中都放有鐵心。

在這種具有鐵心的線圈中通入不太大的勵(lì)磁電流，便可以產(chǎn)生較大的磁通和磁感應(yīng)強(qiáng)度。7.2.2

磁飽和性磁性物質(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)度將趨向某一定值。這種特性稱為磁飽和性。

B-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。

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。因?yàn)?/p>

與B

成正比，所以

與I不成正比。OHB,

B

磁化曲線B和

與H的關(guān)系BJ

——磁場(chǎng)內(nèi)存在磁性物質(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——BJ曲線和B0直線的縱坐標(biāo)相加即磁場(chǎng)的

B-H

磁化曲線。OHBB0BJB磁化曲線

7.2.3磁滯性下面考慮兩個(gè)問題，（1）磁化后磁性材料去掉外磁場(chǎng)；（2）對(duì)磁化后的磁性材料進(jìn)行反向磁化。

剩磁——當(dāng)H從零增加到Hm時(shí)，B相應(yīng)地從零增加到Bm；然后再逐漸減小H，B值將沿曲線ab下降。當(dāng)H=0時(shí)，B值并不等于零，而是Br。這就是剩磁。HB

a

bHBabc矯頑力——要使B值為零，必須加上相應(yīng)的反向磁場(chǎng)，此反向磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為矯頑力Hc。鐵磁材料的磁滯回線HBabcdef

磁滯回線——當(dāng)H在Hm和－Hm之間反復(fù)變化時(shí)，呈現(xiàn)磁滯現(xiàn)象的B－H閉合曲線，稱為磁滯回線?；敬呕€

對(duì)同一鐵磁材料，選擇不同的Hm反復(fù)磁化，得到不同的磁滯回線。將各條回線的頂點(diǎn)連接起來，所得曲線稱為基本磁化曲線?；敬呕€和起始磁化曲線差別很小，磁路計(jì)算時(shí)使用的磁化曲線都是基本磁化曲線。

基本磁化曲線基本磁化曲線HB

鐵磁材料的分類根據(jù)磁性能，磁性材料又可分為3種：軟磁材料——剩磁和矯頑力較小，磁滯回線窄長(zhǎng)；但磁導(dǎo)率較高；常用做磁頭、磁心等。硬磁材料——剩磁和矯頑力較大，磁滯回線較寬。常用做永久磁鐵。矩磁材料——滯回線接近矩形，剩磁較大但矯頑磁力較小。在計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中用作記憶元件、開關(guān)元件和邏輯元件。7.3交流鐵心線圈7.3.1電磁關(guān)系7.3.2電壓電流關(guān)系7.3.3功率損耗7.3.4

等效電路鐵心線圈直流鐵心線圈交流鐵心線圈直流鐵心線圈：由直流電勵(lì)磁，磁通恒定，線圈中的電流由外加電壓和線圈本身的電阻決定，功率損耗只有線圈電阻R上的損耗，分析比較簡(jiǎn)單。

交流鐵心線圈：由交流電勵(lì)磁，磁通是交變的，其電磁關(guān)系和功率損耗比較復(fù)雜。概述

7.3.1電磁關(guān)系

–+e–+e

+–uNi（磁通勢(shì)）主磁通

：通過鐵心閉合的磁通(大部分)。漏磁通

：經(jīng)過空氣閉合的磁通(很小部分)。線圈鐵心

與i不是線性關(guān)系。

–+e–+e

+–uNi與i成線性。漏磁電感:與i不成線性。主磁電感L不是常數(shù)，隨激勵(lì)電流而變。鐵心線圈是非線性電感元件根據(jù)基爾霍夫定律線圈電阻

R

和漏感抗X

較小，所產(chǎn)生的電壓降Ri和漏磁通電動(dòng)勢(shì)e與主磁電動(dòng)勢(shì)E相比可忽略則有：7.3.2電壓電流關(guān)系設(shè)主磁通則有效值則有

–+e–+e

+–uNi式中：Em是鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值，單位[T]。

S是鐵心截面積，單位[m2]?？梢姡饧与妷旱南辔怀坝阼F心中磁通900，而外加電壓的有效值為：當(dāng)線圈匝數(shù)N、外加電壓U和頻率?一定時(shí)，鐵心中的磁通最大值Φm將保持不變?chǔ)祄單位是韋[伯]（Wb）。f單位是赫[茲]（Hz）。7.3.3功率損耗第1種：銅損（

Pcu）線圈電阻R上的功率損耗稱銅損，用

Pcu表示。

Pcu=RI2第2種：鐵損（

PFe）鐵心內(nèi)的功率損耗稱鐵損，用

PFe

表示。

+–ui交流鐵心線圈的功率損耗:銅損鐵損磁滯損耗渦流損耗鐵損（

PFe）（一）磁滯損耗（

Ph）由磁滯產(chǎn)生的鐵損稱為磁滯損耗（

Ph）。

1.大小

單位體積內(nèi)的磁滯損耗正比于磁滯回線的面積。OHB

2.產(chǎn)生原因鐵磁材料內(nèi)部磁疇反復(fù)轉(zhuǎn)向，磁疇間相互摩擦引起鐵心發(fā)熱所造成的損耗。

3.減少磁滯損耗的措施

選用軟磁材料制作鐵心。（二）渦流損耗（

Pe）

2.渦流損耗:

渦流使鐵心發(fā)熱所產(chǎn)生的功率損耗。

1.渦流：交變磁通在鐵心內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流。感應(yīng)電流在垂直于磁通的平面內(nèi)呈螺旋狀。渦流3.減少渦流損耗措施①提高鐵心的電阻率，減小渦流。②鐵心用彼此絕緣的硅鋼片疊成，把渦流限制在較小的截面內(nèi)。交流鐵心線圈電路的功率損耗為：綜上所述：硅鋼片7.3.4等效電路交流鐵心線圈電路可用其等效電路來代替,即用一個(gè)不含鐵心的交流電路進(jìn)行分析。等效的條件是：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。這樣就使磁路計(jì)算的問題簡(jiǎn)化為電路計(jì)算的問題了。例7-3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、等效感抗。解:（1）（2）鐵芯線圈的等效阻抗模為等效電阻和等效感抗分別為例7-4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）。如取Bm=1.2T,問線圈匝數(shù)應(yīng)為多少？

解：鐵心的有效面積為

線圈匝數(shù)可根據(jù)式（7-20）求出，即7.4電磁鐵7.4.1直流電磁鐵7.4.2交流電磁鐵1.概述電磁鐵是利用通電線圈鐵心吸引銜鐵而工作的一種電器。電磁鐵又是構(gòu)成各種電磁型開關(guān)、電磁閥門和繼電器的基本部件常用來操縱、牽引機(jī)械裝置，或保持某種機(jī)械零件、工件于固定位置。2.基本結(jié)構(gòu)鐵心銜鐵銜鐵有時(shí)是機(jī)械零件、工件充當(dāng)銜鐵。FFFF線圈線圈銜鐵鐵心線圈鐵心線圈鐵心銜鐵根據(jù)使用電源類型分為：直流電磁鐵：用直流電源勵(lì)磁。交流電磁鐵：用交流電源勵(lì)磁。工作時(shí)，線圈通入勵(lì)磁電流，在鐵心中產(chǎn)生磁場(chǎng)，銜鐵被吸引。4.工作原理3.分類斷電時(shí)，磁場(chǎng)消失，銜鐵即被釋放。電磁鐵線圈通電后，鐵心吸引銜鐵的力。Φ：空氣隙中的磁通，單位是特[斯拉]。

S：空氣隙的有效面積，單位是平方米。7.4.1直流電磁鐵直流電磁鐵的勵(lì)磁電流為直流，鐵心不發(fā)熱，只有線圈發(fā)熱，所以鐵心是用整塊鋼材或工程純鐵制成，激磁線圈做成高而薄的瘦高型，且不設(shè)線圈骨架，使線圈與鐵心直接接觸，易于散熱。計(jì)算公式:1.電磁吸力單位：牛[頓](N)

隨銜鐵的吸合，空氣隙變小，磁阻減小，磁通增大。所以，直流電磁鐵的吸合后的電磁力比吸合前大。2.特點(diǎn)7.4.2交流電磁鐵交流電磁鐵中磁場(chǎng)是交變的，電磁力大小也隨時(shí)間而變。則吸力瞬時(shí)值為：吸力的波形吸力平均值為：tFmfO交流電磁鐵在吸合銜鐵過程中，電磁吸力平均值不變。由于電磁吸力是脈動(dòng)的，會(huì)引起銜鐵振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲。通常在磁極的部分端面上套一個(gè)短路銅環(huán)，穿過銅環(huán)的磁通Φ1產(chǎn)生的感應(yīng)電流，將阻礙Φ1的變化。于是Φ1和Φ2間產(chǎn)生相位差，使這兩部分電磁引力不會(huì)同時(shí)為零（或達(dá)最大值），減弱了銜鐵的振動(dòng)，降低了噪聲。未穿過銅環(huán)的磁通穿過銅環(huán)的磁通直流電磁鐵與交流電磁鐵的特點(diǎn)比較直流電磁鐵交流電磁鐵鐵心結(jié)構(gòu)整塊軟鋼制成，無短路環(huán)硅鋼片疊成，有短路環(huán)吸合過程電流不變，吸力增大吸力基本不變，電流減少吸合后無振動(dòng)有輕微振動(dòng)吸合不好時(shí)線圈不會(huì)過熱線圈會(huì)過熱，可能燒毀例7-5

已知交流電磁鐵磁路如圖7-22所示，銜鐵受到彈簧反作用力10N，額定電壓=220V，空隙平均為3cm，求鐵心截面和線圈匝數(shù)。設(shè)漏磁系數(shù)σ=1.5。考慮到線圈電阻及漏抗電壓降，線圈上的有效電壓取為額定電壓的80%。圖7-22例7-5電路圖解:一般交流電磁鐵磁路的磁感應(yīng)強(qiáng)度B可在范圍內(nèi)選擇，在此處選定T于是鐵心截面積S可由下式求得或

有效電壓磁通匝數(shù)7.5變壓器的分類和結(jié)構(gòu)7.7.1變壓器的分類和結(jié)構(gòu)7.7.2變壓器的工作原理7.7.3變壓器的外特性、功率和效率7.7.4特殊變壓器

變壓器：利用電磁感應(yīng)原理傳輸電能或信號(hào)的器件，具有變壓、變流、變阻抗和隔離的作用。應(yīng)用：電力系統(tǒng)中遠(yuǎn)距離輸電；實(shí)驗(yàn)室中改變電源電壓；測(cè)量上擴(kuò)大對(duì)交流電壓、電流的測(cè)量范圍；在電子設(shè)備中提供多種電壓等。種類：：種類很多，大小懸殊，用途各異，但基本結(jié)構(gòu)和工作原理相同。概述7.7.1變壓器的分類和結(jié)構(gòu)1.分類變壓器的種類很多，根據(jù)其用途不同有：遠(yuǎn)距離輸配電用的電力變壓器；機(jī)床控制用的控制變壓器；電子設(shè)備和儀器供電電源用的電源變壓器；焊接用的焊接變壓器；平滑調(diào)壓用的自耦變壓器；測(cè)量?jī)x表用的互感器以及用于傳遞信號(hào)的耦合變壓器等。2.結(jié)構(gòu)i1+–u1i2+–u2二次繞組N2變壓器的符號(hào)結(jié)構(gòu)示意圖N1一次繞組一次、二次繞組互不相連，能量的傳遞靠磁耦合。鐵心：由硅鋼片疊成，厚0.35mm至0.5mm幾種常見的鐵心形狀按鐵心和繞組的組合方式來分心式殼式1．變壓器空載運(yùn)行及電壓變換一次繞組接上交流電源，二次繞組側(cè)開路，這種運(yùn)行狀態(tài)稱為空載運(yùn)行。+–+–

i0(i0N1)

1空載時(shí)，鐵心中主磁通

是由一次繞組磁通勢(shì)產(chǎn)生的i10i2=0+–u20+–u17.7.2變壓器的工作原理+–

1K為變壓比根據(jù)交流磁路的分析可得：+–

1電壓變換作用：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓+–+–

i10i2=0+–u20+–u1略去漏磁通影響可見，變壓器空載運(yùn)行時(shí)：

1.一、二次繞組上電壓的比值等于兩者的匝數(shù)比。

2.一、二次繞組匝數(shù)不同時(shí)，變壓器就可以把某一數(shù)值的交流電壓變換成同頻率的另一數(shù)值的電壓，這就是變壓器的電壓變換作用。

3.當(dāng)一次繞組匝數(shù)N1比二次繞組匝數(shù)N2多時(shí)，K＞1，此為降壓變壓器；反之，若N1＜N2，K＜1，則為升壓變壓器。

一次繞組接上交流電源，二次繞組側(cè)接負(fù)載，這種運(yùn)行狀態(tài)稱為負(fù)載運(yùn)行。

+–e22．變壓器負(fù)載運(yùn)行及電流變換

+–u1

ZL

i1i2二次繞組側(cè)接負(fù)載，在二次繞組感應(yīng)電勢(shì)e2的作用下，產(chǎn)生二次繞組i2，一次繞組的i10增大為i1。因二次繞組有了電流i2

，二次側(cè)磁通勢(shì)也在鐵心中產(chǎn)生磁通

。鐵心中主磁通

是由一次、二次繞組磁通勢(shì)共同產(chǎn)生的合成磁通。+–+–

1

1i1(i1N1)i2(i2N2)

2

有載時(shí)，鐵心中主磁通

是由一次、二次繞組磁通勢(shì)共同產(chǎn)生的合成磁通

2+–e2+–e2+–u1+–u2i1i2

ZL

由于變壓器鐵芯材料的導(dǎo)磁率高、空載勵(lì)磁電流很小，可忽略。即：帶負(fù)載后磁動(dòng)勢(shì)的平衡關(guān)系式：空載磁勢(shì)有載磁勢(shì)結(jié)論：一、二次側(cè)電流與匝數(shù)成反比可見，變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)：(1)一、二側(cè)電流與匝數(shù)成反比。

(2)改變一、二次繞組的匝數(shù)，可以改變一、二次繞組電流的比值，這就是變壓器的電流變換作用。

(3)二次繞組負(fù)載輸出的電能越多，一次繞組向電源吸取的電能越多，因此，二次側(cè)電流變化時(shí)，一次側(cè)電流也會(huì)相應(yīng)變化。

(4)遠(yuǎn)距離輸電，線路損耗Pl與電流的平方I2和線路電阻Rl的乘積成正比。所用電壓越高，電流越小，輸電線上的損耗越小。一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)接負(fù)載。3.變壓器阻抗變換作用+–+–

1

2+–e2+–e2

Z

+–u1+–u2i1i2+–+–+–由圖可知：阻抗變換作用：變壓器一次側(cè)的等效阻抗，為二次側(cè)所帶負(fù)載阻抗的K

2

倍

。通過選擇合適的K，可把實(shí)際負(fù)載阻抗變換為所需的數(shù)值+–+–+–7.7.3變壓器的外特性（1）額定電壓U1N、U2N

（2）額定電流I1N、I2N

變壓器連續(xù)運(yùn)行時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許通過的最大電流有效值。

一次側(cè)額定電壓U1N是根據(jù)絕緣程度和允許發(fā)熱所規(guī)定的加在一次繞組上的工作電壓有效值。

二次側(cè)額定電壓U2N是指在電力系統(tǒng)中一次側(cè)施加額定電壓時(shí)的二次側(cè)空載電壓有效值。

在儀器儀表中是指一次側(cè)施加額定電壓時(shí)，二次側(cè)接額定負(fù)載輸出電壓有效值。1.變壓器的額定值容量SN

輸出功率P（理想）反映了變壓器傳送電功率的最大能力變壓器運(yùn)行時(shí)的功率取決于負(fù)載的大小和性質(zhì)（4）額定頻率fN變壓器應(yīng)接入的電源頻率我國：fN=50Hz（3）額定容量SN二次側(cè)額定電壓和額定電流的乘積，即二次側(cè)的額定視在功率。2.變壓器的外特性

當(dāng)一次側(cè)電壓U1和負(fù)載功率因數(shù)cos

2保持不變時(shí)，二次側(cè)輸出電壓U2隨負(fù)載電流變化的曲線稱變壓器的外特性。U20I2NU2I2O（1）變壓器的外特性分析時(shí)，忽略線圈電阻和漏磁通，突出主要物理量?？蛰d時(shí)二次側(cè)的電壓cos

2=1cos

2=0.8(感性）一般供電系統(tǒng)希望隨負(fù)載電流I2的變化，U2

變化不大。電力變壓器的電壓變化率約在5%左右，這是一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，直接影響供電質(zhì)量。（2）電壓變化率表示變壓器的外特性變化

U20：一次側(cè)加額定電壓、二次側(cè)開路時(shí)，二次側(cè)的輸出電壓。從空載到滿載3.變壓器效率(

)銅損(

PCu)：繞組導(dǎo)線電阻的損耗。渦流損耗：交變磁通在鐵心中產(chǎn)生的感應(yīng)電流(渦流)造成的損耗。磁滯損耗：磁滯現(xiàn)象引起鐵心發(fā)熱。鐵損(

PFe)變壓器的效率(

)輸出功率輸入功率在額定負(fù)載時(shí)，小型變壓器

在60%～90%,大型變壓器

在96%～99%，但輕載時(shí)效率都很低。變壓器效率

與負(fù)載的關(guān)系在不到額定負(fù)載時(shí)，出現(xiàn)

的最大值。應(yīng)避免長(zhǎng)期輕載運(yùn)行或空載運(yùn)行。例7-9

有一額定容量為2kVA、電壓為380/110V的單相變壓器。（1）求原、副邊的額定電流；（2）若負(fù)載為110V、25W、=0.8的小型單相電動(dòng)機(jī)，問滿載運(yùn)行時(shí)可接入多少這樣的電動(dòng)機(jī)？解：（1）原、副邊的額定電流為（2）每臺(tái)小電機(jī)的額定電流為

故可接

解：（1）求額定電流例6-10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,U2N=400V,f=50HZ。繞組聯(lián)接Y/Y0。由試驗(yàn)測(cè)得：ΔPfe=600W,額定負(fù)載時(shí)的ΔPcu=2400W。試求：（1）變壓器的額定電流;（2）滿載和半載時(shí)的效率。

（2）滿載時(shí)和半載時(shí)的效率分別為滿載時(shí)的效率為：

半載時(shí)的效率為：7.7.4變壓器繞組的極性同極性端（同名端）：是指變壓器各繞組電位瞬時(shí)極性相同的端點(diǎn)。變壓器在使用中需提高電壓時(shí)繞組串聯(lián)。需增大電流時(shí)，繞組并聯(lián)。聯(lián)接時(shí)必須認(rèn)清繞組的同極性端。1、4端為同名端1、3端為同名端??Φ1Φ2Φ3Φ4?Φ1Φ2Φ3Φ4

鐵心中主磁通變化時(shí)，每個(gè)繞組都產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，瞬間同是高電位或同是低電位（1、3端點(diǎn)和2、4端點(diǎn)）的兩個(gè)端點(diǎn)就是同極性端。同極性端用“?”表示。+–+++–––?異極性端（異名端）：是指變壓器各繞組電位瞬時(shí)極性不相同的端點(diǎn)。

正確的串聯(lián)接法：把兩個(gè)繞組的一對(duì)異名端聯(lián)在一起。這樣在另一對(duì)異名端得到的電壓即為兩個(gè)繞組電壓之和。圖（a）

正確的并聯(lián)接法：把兩個(gè)繞組的兩對(duì)同名端分別聯(lián)在一起。這時(shí)可以負(fù)載提供更大的電流。圖（b）2、3端聯(lián)接1與4、2與3端聯(lián)接（1）交流法：把要判別的兩個(gè)繞組的任意兩端連在一起，用交流電壓表測(cè)U12

、U24和

U13。若U13是兩繞組電壓之差，1、3是同名端；若U13是兩繞組電壓之和，1、3是異名端。同名端的判別方法當(dāng)繞組繞向無法判定時(shí)，用實(shí)驗(yàn)的方法。

（2）直流法：開關(guān)閉合瞬間，毫伏表指針正向偏轉(zhuǎn)