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1、35 涡流与集肤效应一一. .涡流涡流在具有铁心的线圈中通以交流电时在具有铁心的线圈中通以交流电时, ,就有交变的磁就有交变的磁通穿过铁心通穿过铁心, ,在铁心内部必然形成感应电流在铁心内部必然形成感应电流. .这种电这种电流在铁心中自成闭合回路流在铁心中自成闭合回路, ,称做涡流。如图称做涡流。如图涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀涡流涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀n n涡流流动时,由于铁心的电阻很小,所以涡流具有很大的数值,使铁心发热,造成不必要的损耗,如变压器通电时铁心发热等。n n涡流在铁芯的电阻上引起功率损耗称为涡流损耗。n n为了减小涡流，通常是用增大涡流回路电阻的方法。如
2、图n n常把相互绝缘的硅钢片叠成铁心，将涡流的区域分割。涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀n n涡流有利的一面。如高频熔炼炉和工频感应炉都是利用涡流产生高温使金属熔化的，如图n n此外，涡流对金属进行热处理等。涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀二二. 集肤效应集肤效应 实践证明，直流电通过导线时，线的横截面积实践证明，直流电通过导线时，线的横截面积实践证明，直流电通过导线时，线的横截面积实践证明，直流电通过导线时，线的横截面积上各处的电流密度相等；上各处的电流密度相等；上各处的电流密度相等；上各处的电流密度相等； 而交流电通过导线时，而交流电通过导线时，而交流电通过导线时，而交流电通过导线
3、时，导线横截面积上电流是不均匀的。越是靠近导线导线横截面积上电流是不均匀的。越是靠近导线导线横截面积上电流是不均匀的。越是靠近导线导线横截面积上电流是不均匀的。越是靠近导线中心，电流密度越小；越是靠近导线表面，电流中心，电流密度越小；越是靠近导线表面，电流中心，电流密度越小；越是靠近导线表面，电流中心，电流密度越小；越是靠近导线表面，电流密度越大。这种交变电流在导线内趋于导线表面密度越大。这种交变电流在导线内趋于导线表面密度越大。这种交变电流在导线内趋于导线表面密度越大。这种交变电流在导线内趋于导线表面的想象称为集肤效应（也称表面效应或趋肤效应）的想象称为集肤效应（也称表面效应或趋肤效应）的想
4、象称为集肤效应（也称表面效应或趋肤效应）的想象称为集肤效应（也称表面效应或趋肤效应）。如图所示不同频率的电流在导线中流动的示意。如图所示不同频率的电流在导线中流动的示意。如图所示不同频率的电流在导线中流动的示意。如图所示不同频率的电流在导线中流动的示意图图图图涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀n n集肤效应的影响，集肤效应的影响，( (不利的一面和有利的一面：不利的一面和有利的一面：n n不利一面是：对传输高频电流是不利的。根据此不利一面是：对传输高频电流是不利的。根据此想象，在高频电路中采用空心导线节省有色金属，想象，在高频电路中采用空心导线节省有色金属，有时则用多股相互绝缘的绞合导线或编
5、织线以增有时则用多股相互绝缘的绞合导线或编织线以增大导线的表面积来减小电阻。如收音机天线。大导线的表面积来减小电阻。如收音机天线。n n有利一面是：高频淬火一例。由于集肤效应工件有利一面是：高频淬火一例。由于集肤效应工件表面发热中心几乎不热。就可达到使工件表面硬表面发热中心几乎不热。就可达到使工件表面硬度高内部韧性好的目的。度高内部韧性好的目的。n n通常采用的电流频率是通常采用的电流频率是200200600KH600KHZ Z涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀3 - 6 变 压 器n n一.变压器的用途及其基本结构n n1.1.变压器的用途变压器的用途n n 变压器是改变交流电压而保持交流
6、电频率不变的电器变压器是改变交流电压而保持交流电频率不变的电器设备。设备。n n2. 2. 变压器的基本结构变压器的基本结构n n如图如图涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀2 . 变 压 器 的基本结构3.2.1 变压器的基本结构 (a) (a) 芯式变压器芯式变压器 (b) (b) 壳式变压器壳式变压器图图3.6 3.6 单相变压器的结构单相变压器的结构 涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀2.2 变压器的工作原理 1. 变压器的电压变换作用 图5.7 变压器空载运行示意图 设一次、二次绕组的匝数分别为，设一次、二次绕
7、组的匝数分别为，N1N1，N2N2，变压，变压器起降压作用，称为降压变压器。反之，器起降压作用，称为降压变压器。反之，N2N2，N1N1，称为升压变压器称为升压变压器 涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀n n由于一次侧由于一次侧. .二次侧绕二次侧绕组同受主磁通作用，组同受主磁通作用，所以在两个绕组中产所以在两个绕组中产生的感应电动势生的感应电动势e1e1和和e2e2的频率与电源频率的频率与电源频率相同。若主磁通时间相同。若主磁通时间的变化率为的变化率为 / /t t，则则由由电电磁感磁感应应定律可得定律可得涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀n n又感应电动势与感应电压反又感应电动势与感应
8、电压反相，所以相，所以n n如不考虑相位，只考虑大小如不考虑相位，只考虑大小则有效值之间关系如右式则有效值之间关系如右式n n式中式中U U1 1一次侧交流电有效值，一次侧交流电有效值，V Vn nU U2 2-二次侧交流电压有效值二次侧交流电压有效值n nN N1 1-一次侧绕组的匝数一次侧绕组的匝数n nN N2 2二次侧绕组的匝数二次侧绕组的匝数n nn-n-一次、二次的电压比，一次、二次的电压比，或匝数比，简称变比。或匝数比，简称变比。涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀n n上式表明，变压器一次侧、二次侧的绕组的电压比上式表明，变压器一次侧、二次侧的绕组的电压比等于它们的匝数比等于它
9、们的匝数比n n。当。当n n1 1时，时，N N1 1N N2 2，U U1 1U U2 2，这种变压器是降压变压器；当这种变压器是降压变压器；当n n 1 1时为升压变压器。时为升压变压器。n n可见，只要选择一次侧、二次侧绕组的匝数比就可可见，只要选择一次侧、二次侧绕组的匝数比就可实现升压和降压的目的。实现升压和降压的目的。n n下面请看例题下面请看例题3 39 9 一变压器的一次测绕组接在一变压器的一次测绕组接在380v380v的输电线上，要求二次侧绕组输出的输电线上，要求二次侧绕组输出36v36v电压，设一次电压，设一次测绕组的匝数为测绕组的匝数为16521652匝。求变压器的电压比
10、和二次匝。求变压器的电压比和二次测绕组匝数测绕组匝数N N2 2。n n解：根据解：根据n n实际工作中，实际工作中，n n二次匝数应加二次匝数应加5 51010n n（有消耗（有消耗) )n nN2N2可取可取168168匝匝涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀2. 变压器的电流变换作用 图图5.8 5.8 变压器负载运行变压器负载运行在额定情况下，一、二次绕组的电流有效值近似地与其匝数成反比 涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀n n变流原理n n在忽略损耗时，变压器的输出功率在忽略损耗时，变压器的输出功率P P2 2应与变压器从电源中获得的功率P1 1相等，即相等，即P P1 1=P=P
11、2 2. .n n当变压器只有一个二次侧时，应有下述关系；当变压器只有一个二次侧时，应有下述关系；n n下面请看例题下面请看例题3-103-10已知某变压器的匝数比已知某变压器的匝数比n n5 5，其二次侧电流其二次侧电流I I2 2=60A.=60A.试计算一次侧电流试计算一次侧电流. .涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀n n解解n n根据根据n n可得可得涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀3. 3. 变压器的阻抗变换原理变压器的阻抗变换原理( (作用作用) ) 若把带负载的变压器(虚线框)看成是一个新的负载并以 表示,而对于无损耗变压器说,只起功率传递作用,所以有 图图3-41 3-
12、41 变压器的阻抗变换变压器的阻抗变换涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀 接在二次绕组的负载阻抗对一次侧的影响，接在二次绕组的负载阻抗对一次侧的影响，可以用一个接于一次绕组的等效阻抗来代可以用一个接于一次绕组的等效阻抗来代替，等效阻抗等于的倍替，等效阻抗等于的倍 涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀上试表明，负载上试表明，负载 接在变压器的二次侧上，从电源接在变压器的二次侧上，从电源中获取的功率和负载中获取的功率和负载 直接接在电源上所获取的功率是直接接在电源上所获取的功率是完全相同的。也就是说，完全相同的。也就是说， 是是 在变压器一次侧中在变压器一次侧中的交流效电阻。变压器的这种特性常用
13、于电子电路的交流效电阻。变压器的这种特性常用于电子电路中的阻抗匹配，使负载获得最大功率。中的阻抗匹配，使负载获得最大功率。涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀n n4.4.变压器的几个参数变压器的几个参数n n（1 1）额定电压）额定电压U U1N1N和和U U2N 2N 一次侧绕组的额定电压是指加一次侧绕组的额定电压是指加在一次侧绕组上的正常工作电压值。它是根据变压器的在一次侧绕组上的正常工作电压值。它是根据变压器的绝缘强度和允许发热等条件规定的。二次侧绕组的额定绝缘强度和允许发热等条件规定的。二次侧绕组的额定电压是指变压器在空载时，一次策绕组加上额定电压后，电压是指变压器在空载时，一次策绕
14、组加上额定电压后，二次绕组两端的电压值。二次绕组两端的电压值。n n（2）额定容量SN N是指电压器在额定工作状态下二次侧的视在功率，单位为KVA。n n单相变压器的额定容量：SN N = U2N 2N I2N 2N / 1000(K KVA)n n三相变压器的额定容量:涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀2.3 三相变压器 图5.11 三相变压器结构 三相变压器的高压绕组电压和低压绕组电压的比值，三相变压器的高压绕组电压和低压绕组电压的比值，不仅与高、低压绕组的每相匝数有关，而且与绕组不仅与高、低压绕组的每相匝数有关，而且与绕组的接法有关的接法有关 涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀图5.
15、12 三相变压器绕组接线方式 涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀6.2.4 变压器特性 1. 变压器的外特性 图图6.13 6.13 变压器的外特性曲线变压器的外特性曲线 变压器一次电压 为额定值时，二次侧的电压 的关系曲线称为变压器的外特性 涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀2. 变压器的效率 图图5.14 5.14 变压器效率曲线变压器效率曲线 变压器的输出功率 和输入功率 之比称为变压器的效率 涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀3. 变压器技术参数 1. 额定电压 2. 额定电流 3. 额定容量 4. 空载电流 5. 空载损耗 6. 负载损耗 7. 短路阻抗 8. 短路损耗9. 温
16、升 10. 联结组标号 涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀36 特殊变压器 5.3.1 仪表用互感器1. 电磁式互感器 1) 电压互感器 (a) (a) 外形外形 (b) (b) 原理图原理图图图5.16 5.16 电压互感器电压互感器 涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀2) 电流互感器 a) a) 外形外形 (b) (b) 原理图原理图图图5.17 5.17 电流互感器电流互感器 涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀3.2 自耦变压器 (a) (a) 电路原理图电路原理图 (b) (b) 外形图外形图图图5.20 5.20 自耦变压器自耦变压器 普通变压器的原边和副边只有磁路上的耦合，没有电路上的直接联系，而自耦变压器(auto-transformer)的副绕组取的是原绕组的一部分 涡流与集肤效应优秀涡流与集肤效应优秀
