电工学少学时第五章

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1、第第 5 5 章章变压器变压器5.1 磁路磁路5.2 电磁铁电磁铁 5.4 变压器的基本结构变压器的基本结构5.3 变压器的工作原理变压器的工作原理5.7 自耦变压器自耦变压器5.5 三相变压器三相变压器5.9 绕组的极性绕组的极性第第5 5章章 变压器变压器5.6 仪用互感器仪用互感器5.8 三绕组变压器三绕组变压器5.1 磁路磁路5.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量1 1 1 1、磁感应强度、磁感应强度、磁感应强度、磁感应强度B B : : : : 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。表示磁场内某点磁场强弱和

2、方向的物理量。磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B的大小的大小的大小的大小: : : :磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B的方向的方向的方向的方向: : : : 与电流的方向之间符合右手螺旋定则。与电流的方向之间符合右手螺旋定则。与电流的方向之间符合右手螺旋定则。与电流的方向之间符合右手螺旋定则。磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B的单位的单位的单位的单位: : : : 特斯拉特斯拉特斯拉特斯拉( ( ( (T T) ) ) )均匀磁场均匀磁场均匀磁场均匀磁场: : : : 各点磁感应强度大小相等，方向相同的各点磁感应强度大小相等，方向相同的各点磁感应强度大小相

3、等，方向相同的各点磁感应强度大小相等，方向相同的 磁场，也称磁场，也称磁场，也称磁场，也称匀强磁场匀强磁场匀强磁场匀强磁场。2、磁通磁通磁通磁通磁通磁通 ：穿过垂直于穿过垂直于穿过垂直于穿过垂直于B B方向的面积方向的面积方向的面积方向的面积S S中的磁力线总数。中的磁力线总数。中的磁力线总数。中的磁力线总数。 说明说明说明说明: : : : 如果不是均匀如果不是均匀如果不是均匀如果不是均匀磁场，则取磁场，则取磁场，则取磁场，则取B B的平均值。的平均值。的平均值。的平均值。在在在在均匀磁场中均匀磁场中均匀磁场中均匀磁场中 = B S = B S 或或或或 B= B= / /S S 磁感应强度

4、磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B在数值上可以看成为与磁场方向垂直在数值上可以看成为与磁场方向垂直在数值上可以看成为与磁场方向垂直在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通的单位面积所通过的磁通的单位面积所通过的磁通的单位面积所通过的磁通, , , ,故又称故又称故又称故又称磁通密度磁通密度磁通密度磁通密度。磁通磁通磁通磁通 的单位的单位的单位的单位: : : :韦韦韦韦 伯伯伯伯(WbWb) ) ) )3、磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度HH ：介质中某点的磁感应强度介质中某点的磁感应强度介质中某点的磁感应强度介质中某点的磁感应强度 B B 与介质与介质与介质与

5、介质 磁导率磁导率磁导率磁导率 之比。之比。之比。之比。磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度HH的单位的单位的单位的单位 ：安培安培安培安培/ /米（米（米（米（A/mA/m) ) ) )真空的磁导率为常数，用真空的磁导率为常数，用真空的磁导率为常数，用真空的磁导率为常数，用 0 0表示，有：表示，有：表示，有：表示，有：4、磁导率磁导率磁导率磁导率磁导率磁导率 ：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质 的导磁能力的导磁能力的导磁能力的导磁能力。相对磁导率相对磁导率相对磁导率相对磁导率 r r： 任一

6、种物质的磁导率任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率 和真空的磁导率和真空的磁导率和真空的磁导率和真空的磁导率 0 0的比值的比值的比值的比值。磁导率磁导率磁导率磁导率 的单位：的单位：的单位：的单位：亨亨亨亨/ /米（米（米（米（H/mH/m）5. 2 物质的磁性能物质的磁性能1. 1. 非磁性物质非磁性物质非磁性物质非磁性物质 非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化

7、特性。不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。 非磁性材料的磁导率都是常数，有：非磁性材料的磁导率都是常数，有：非磁性材料的磁导率都是常数，有：非磁性材料的磁导率都是常数，有： 所以磁通所以磁通所以磁通所以磁通 与产生此磁通的电流与产生此磁通的电流与产生此磁通的电流与产生此磁通的电流 I I 成正比，呈成正比，呈成正比，呈成正比，呈线性关系。线性关系。线性关系。线性关系。当磁场媒质是非磁性材料时，有：当磁场媒质是非磁性材料时，有：当磁场媒质是非磁性材料时，有：当磁场媒质是非磁性材料时，有：即即即即 B B与与与与 H H 成正比，呈线性关系。成正

8、比，呈线性关系。成正比，呈线性关系。成正比，呈线性关系。由于由于由于由于O OHHB B 0 0 r r 1 1B B = = 0 0 H H ( ( ) )( ( I I ) )2. 2. 磁性物质磁性物质磁性物质磁性物质 磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，显示磁性，称这

9、些小区域为磁畴。显示磁性，称这些小区域为磁畴。显示磁性，称这些小区域为磁畴。显示磁性，称这些小区域为磁畴。 在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即磁化。即磁化。即磁化。即磁性物质能被磁化。磁性物质能被磁化。磁性物质能被磁化。磁性物质能被磁化。磁磁磁磁畴畴畴畴外外外外磁磁磁磁场场场场 在

10、没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。磁磁磁磁畴畴畴畴5.2.15.2.1磁性材料的磁性磁性材料的磁性能能1 高导磁性高导磁性 磁性材料的磁导率通常都很高，即磁性材料的磁导率通常都很高，即磁性材料的磁导率通常都很高，即磁性材料的磁导率通常都很高，即 r r 1 1 ( (如坡如坡如坡如坡

11、莫合金，其莫合金，其莫合金，其莫合金，其 r r 可达可达可达可达 2 2 10105 5 ) ) 。 磁性材料磁性材料磁性材料磁性材料能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，具有很高的导磁性具有很高的导磁性具有很高的导磁性具有很高的导磁性能。能。能。能。 磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。 磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、

12、变压器及各种铁磁元件的线圈中都中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。放有铁心。放有铁心。放有铁心。 磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种放有铁心。在这种放有铁心。在这种放有铁心。在这种具有铁心的

13、线圈中通入不太大具有铁心的线圈中通入不太大具有铁心的线圈中通入不太大具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。度。度。度。 在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它成一定

14、形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，物质的磁导率高的多，物质的磁导率高的多，物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成磁通的绝大部分经过铁心形成磁通的绝大部分经过铁心形成磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。+NIfNSS直流电机的磁路直流电机的磁路直流电机的磁路直流电机的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路交流接触器的磁路磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着磁性物质由于磁化所产生的磁

15、化磁场不会随着磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。外磁场的增强而无限的增强。外磁场的增强而无限的增强。外磁场的增强而无限的增强。2 磁饱和性磁饱和性磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向

16、与程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。某一定值。如图。某一定值。如图。某一定值。如图。B HO 初始磁化曲线初始磁化曲线 B B- -HH 磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：磁化曲线的特征： O Oa a段：段：段：段：B B 与与与与HH几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；几乎成正比地增加； abab段：段：段：段： B

17、 B 的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；的增加缓慢下来； b b点以后：点以后：点以后：点以后：B B增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。O OHHB BB B a a b b 有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，B B 与与与与 HH不成不成不成不成正比，正比，正比，正比，磁性物质的磁导率磁性物质的磁导率磁性物质的磁导率磁性物质的磁导率 不是常不是常不是常不是常数数数数，随，随，随，随HH而变。而变。而变。而变。 有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时， 与与与与 I

18、 I 不成正比。不成正比。不成正比。不成正比。 磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁化曲线3 磁滞性磁滞性 磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B B- -HH关系曲线关系曲线关系曲线关系曲线是一条回形闭合曲线，称为是一条回形闭合曲线，称为是一条回形闭合曲线，称为是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线。磁滞性：磁滞性：磁滞性：磁滞性：磁性材料中磁性材料中磁性材料中磁性材料中磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B的变化总是滞后于的变化总是滞后于的变化总是滞后于的变化总是滞后于 外磁场变化的

19、性质。外磁场变化的性质。外磁场变化的性质。外磁场变化的性质。磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线O OHHB BB Br rHHc c剩磁感应强度剩磁感应强度剩磁感应强度剩磁感应强度B Br r ( (剩磁剩磁剩磁剩磁) ) ： 当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零( (HH=0)=0)时，铁心中的磁感应强度。时，铁心中的磁感应强度。时，铁心中的磁感应强度。时，铁心中的磁感应强度。矫顽磁力矫顽磁力矫顽磁力矫顽磁力HHc c： 使使使使 B B = 0 = 0 所需的所需的所需的所需的 H H 值。值。值。值。 磁性物质不同，其磁滞回线磁性物质不同，其磁滞

20、回线磁性物质不同，其磁滞回线磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。和磁化曲线也不同。按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：(1)(1)软磁材料软磁材料软磁材料软磁材料 具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用一般用一般用一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸来制造电机、电

21、器及变压器等的铁心。常用的有铸来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。(2)(2)永磁材料永磁材料永磁材料永磁材料 具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用一般用一般用一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。(3)(3)矩磁

22、材料矩磁材料矩磁材料矩磁材料 具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性良好。接近矩形，稳定性良好。接近矩形，稳定性良好。接近矩形，稳定性良好。在计算机和控制系统中用在计算机和控制系统中用在计算机和控制系统中用在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。铁氧体等。铁氧体等。铁氧体等。式中：式中：式中：

23、式中：F=NIF=NI 为磁通势，由其产生磁通；为磁通势，由其产生磁通；为磁通势，由其产生磁通；为磁通势，由其产生磁通； R Rmm 称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用； l l 为磁路的平均长度；为磁路的平均长度；为磁路的平均长度；为磁路的平均长度； S S 为磁路的截面积。为磁路的截面积。为磁路的截面积。为磁路的截面积。三三三三. . 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 若某磁路的磁通为若某磁路的磁通为若某磁路的磁通为若某磁路的磁通为 ，磁通势为磁通势为磁通势为

24、磁通势为F F ，磁阻为，磁阻为，磁阻为，磁阻为R Rmm，则，则，则，则即有：即有：即有：即有：此即此即此即此即磁路的欧姆定律。磁路的欧姆定律。磁路的欧姆定律。磁路的欧姆定律。1. 1. 磁路分析的特点磁路分析的特点磁路分析的特点磁路分析的特点(1)(1)在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不开磁场的概念；开磁场的概念；开磁场的概念；开磁场的概念；(2)(2)在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路在处理电路

25、时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路时一般都要考虑漏磁通；时一般都要考虑漏磁通；时一般都要考虑漏磁通；时一般都要考虑漏磁通；(3)(3)磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。由于由于由于由于 不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能直接用来计算，只能用于定性分析；不能直接用来计算，只能用于定性分

26、析；不能直接用来计算，只能用于定性分析；不能直接用来计算，只能用于定性分析；(4)(4)在电路中，当在电路中，当在电路中，当在电路中，当 E E=0=0时，时，时，时，I I=0=0；但在磁路中，由于有；但在磁路中，由于有；但在磁路中，由于有；但在磁路中，由于有剩磁，当剩磁，当剩磁，当剩磁，当 F F=0 =0 时，时，时，时， 不为零不为零不为零不为零；5.2 电磁铁电磁铁1. 1. 概述概述概述概述 电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保持某种机械零件、工件于固定位置的一种电器

27、。持某种机械零件、工件于固定位置的一种电器。持某种机械零件、工件于固定位置的一种电器。持某种机械零件、工件于固定位置的一种电器。当电源断开时电磁铁的磁性消失，衔铁或其它零当电源断开时电磁铁的磁性消失，衔铁或其它零当电源断开时电磁铁的磁性消失，衔铁或其它零当电源断开时电磁铁的磁性消失，衔铁或其它零件即被释放。电磁铁衔铁的动作可使其它机械装件即被释放。电磁铁衔铁的动作可使其它机械装件即被释放。电磁铁衔铁的动作可使其它机械装件即被释放。电磁铁衔铁的动作可使其它机械装置发生联动。置发生联动。置发生联动。置发生联动。 根据使用电源类型分为：根据使用电源类型分为：根据使用电源类型分为：根据使用电源类型分为

28、：直流电磁铁：直流电磁铁：直流电磁铁：直流电磁铁：用直流电源励磁；用直流电源励磁；用直流电源励磁；用直流电源励磁；交流电磁铁：交流电磁铁：交流电磁铁：交流电磁铁：用交流电源励磁。用交流电源励磁。用交流电源励磁。用交流电源励磁。5.2 电电 磁磁 铁铁 电磁铁的常见结构形式电磁铁的常见结构形式 电磁铁的种类：电磁铁的种类： 直流电磁铁、交流电磁铁。直流电磁铁、交流电磁铁。 励磁励磁 线圈线圈 铁心铁心 衔铁衔铁 励磁励磁 线圈线圈 衔铁衔铁 铁心铁心 铁心铁心 励磁励磁 线圈线圈 衔铁衔铁 衔铁衔铁 铁心铁心 励磁励磁 线圈线圈 一、直流电磁一、直流电磁铁铁 U S N N SIf U I N

29、I URI =(1) 电压与电流的关系电压与电流的关系 (2) 线圈的功率：线圈的功率： P = R I 2 1. 1. 直流直流直流直流铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路铁心线圈电路 一、直流电磁一、直流电磁铁铁 U S N N SIf2. 2. 电磁吸力电磁吸力电磁吸力电磁吸力 线圈通电后，产生主磁通。线圈通电后，产生主磁通。铁心和衔铁被磁化，在它们铁心和衔铁被磁化，在它们的两端形成的两端形成N极和极和S极，从而极，从而产生电磁吸力产生电磁吸力F。 I 不变不变 F 衔铁吸合后衔铁吸合后磁阻磁阻 二、二、交流电磁铁交流电磁铁1、电磁关系、电磁关系 + +e e + +e e + + u

30、uN Ni i（磁通势）（磁通势）主磁通主磁通主磁通主磁通 ：通过铁心闭合的通过铁心闭合的通过铁心闭合的通过铁心闭合的磁通。磁通。磁通。磁通。漏磁通漏磁通漏磁通漏磁通 ：经过空气或其它经过空气或其它经过空气或其它经过空气或其它非导磁媒质闭合的磁通。非导磁媒质闭合的磁通。非导磁媒质闭合的磁通。非导磁媒质闭合的磁通。线圈线圈线圈线圈铁心铁心铁心铁心 i i，铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感 与与与与i i不是线性关系。不是线性关系。不是线性关系。不是线性关系。2、电压电流关系、电压电流关系根据根据根据根据KVL:KVL: + + + + + +e ee e

31、u uN Ni i式中：式中：式中：式中：R R是线圈导线的电阻是线圈导线的电阻是线圈导线的电阻是线圈导线的电阻 L L 是漏磁电感是漏磁电感是漏磁电感是漏磁电感 当当当当 u u 是正弦电压时是正弦电压时是正弦电压时是正弦电压时，其它各电压、电流、电动势，其它各电压、电流、电动势，其它各电压、电流、电动势，其它各电压、电流、电动势可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：Z Z 是漏磁阻抗是漏磁阻抗是漏磁阻抗是漏磁阻抗设主磁通设主磁通设主磁通设主磁通 根据电磁感应定律

32、根据电磁感应定律根据电磁感应定律根据电磁感应定律有效值有效值有效值有效值 由于线圈电阻由于线圈电阻由于线圈电阻由于线圈电阻 R R 和感抗和感抗和感抗和感抗X X （或漏磁通（或漏磁通（或漏磁通（或漏磁通 ）较小，其）较小，其）较小，其）较小，其电压降也较小，与主磁电动势电压降也较小，与主磁电动势电压降也较小，与主磁电动势电压降也较小，与主磁电动势 E E 相比可忽略，故有相比可忽略，故有相比可忽略，故有相比可忽略，故有式中：式中：式中：式中：B Bmm是是是是铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位TT； S S

33、 是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位mm2 2 。U =E 忽略漏阻抗，有忽略漏阻抗，有U4.44 f N m= 则则 当当 U 、f 一定时，一定时， m 基本不变。基本不变。 (2) 功率功率视在功率视在功率: S = U I无功功率无功功率: Q = S sin 有功功率有功功率: P = S cos = PCuPFe 铜损耗铜损耗 铁损耗铁损耗= RI2 +( PhPe )磁滞损耗磁滞损耗 涡流损耗涡流损耗 3、功率损耗、功率损耗 交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。交流铁心线圈的功率损耗主要有铜

34、损和铁损两种。交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。1. 1. 铜损（铜损（铜损（铜损（ P Pcucu） 在交流铁心线圈中在交流铁心线圈中在交流铁心线圈中在交流铁心线圈中, , 线圈电阻线圈电阻线圈电阻线圈电阻R R上的功率损耗称铜损，用上的功率损耗称铜损，用上的功率损耗称铜损，用上的功率损耗称铜损，用 P Pcu cu 表示。表示。表示。表示。 P Pcu cu = = RIRI2 2式中：式中：式中：式中：R R是线圈的电阻；是线圈的电阻；是线圈的电阻；是线圈的电阻；I I 是线圈中电流的有效值。是线圈中电流的有效值。是线圈中电流的有效值。是线圈中电流的有效值。2. 2. 铁损（铁

35、损（铁损（铁损（ P PFeFe） 在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率损耗称铁损，用功率损耗称铁损，用功率损耗称铁损，用功率损耗称铁损，用 P PFeFe 表示。表示。表示。表示。铁损由磁滞和涡流产生。铁损由磁滞和涡流产生。铁损由磁滞和涡流产生。铁损由磁滞和涡流产生。 + + u ui i（1 1）磁滞损耗（）磁滞损耗（）磁滞损耗（）磁滞损耗（ P Ph h）由磁滞所产生的能量损耗称为由磁滞所产生的能量损耗称为由磁滞所产生的能量损耗称为由磁滞所产生的能量损耗

36、称为磁滞损耗（磁滞损耗（磁滞损耗（磁滞损耗（ P Ph h）。）。）。）。 磁滞损耗的大小：磁滞损耗的大小：磁滞损耗的大小：磁滞损耗的大小： 交变磁化一周在铁心的单位体交变磁化一周在铁心的单位体交变磁化一周在铁心的单位体交变磁化一周在铁心的单位体积内所产生的磁滞损耗能量与磁积内所产生的磁滞损耗能量与磁积内所产生的磁滞损耗能量与磁积内所产生的磁滞损耗能量与磁滞回线所包围的面积成正比。滞回线所包围的面积成正比。滞回线所包围的面积成正比。滞回线所包围的面积成正比。O OHHB B 磁滞损耗转化为热能，引起磁滞损耗转化为热能，引起磁滞损耗转化为热能，引起磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。铁心发热。铁心

37、发热。铁心发热。 减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施： 选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。(2)(2)涡流损耗（涡流损耗（涡流损耗（涡流损耗（ P Pe e）涡流损耗涡流损耗涡流损耗涡流损耗: : 由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功

38、率损耗。由涡流所产生的功率损耗。 涡流涡流涡流涡流：交变磁通在铁心内产生感交变磁通在铁心内产生感交变磁通在铁心内产生感交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流应电动势和电流，称为涡流。涡流应电动势和电流，称为涡流。涡流应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。在垂直于磁通的平面内环流。在垂直于磁通的平面内环流。在垂直于磁通的平面内环流。涡流涡流涡流涡流损耗转化为热能，引起铁心发热。损耗转化为热能，引起铁心发热。损耗转化为热能，引起铁心发热。损耗转化为热能，引起铁心发热。减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施： 提高铁心的电阻率。铁心用彼

39、此提高铁心的电阻率。铁心用彼此提高铁心的电阻率。铁心用彼此提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。小的截面内。小的截面内。小的截面内。 铁心线圈交流电路的有功功率为：铁心线圈交流电路的有功功率为：铁心线圈交流电路的有功功率为：铁心线圈交流电路的有功功率为：(1) 变化变化 f 变化变化 电磁吸力用平均值衡量。电磁吸力用平均值衡量。 m 不变不变 Fm 不变。不变。(2) 衔铁吸合后衔铁吸合后磁阻磁阻 起动电流起动电流 工作电流。工作电流。4. 4. 电磁吸力电磁吸力电磁吸力电

40、磁吸力 m 不变不变 磁通势磁通势 励磁电流励磁电流 Of t F fm 平均吸力平均吸力 (1) (1) 交流电磁铁的吸力在零与最大值交流电磁铁的吸力在零与最大值交流电磁铁的吸力在零与最大值交流电磁铁的吸力在零与最大值之间脉动。衔铁以两倍电源频率在颤动，之间脉动。衔铁以两倍电源频率在颤动，之间脉动。衔铁以两倍电源频率在颤动，之间脉动。衔铁以两倍电源频率在颤动，引起噪音，同时触点容易损坏。引起噪音，同时触点容易损坏。引起噪音，同时触点容易损坏。引起噪音，同时触点容易损坏。为了消除为了消除为了消除为了消除这种现象，在磁极的部分端面上套一个分这种现象，在磁极的部分端面上套一个分这种现象，在磁极的部

41、分端面上套一个分这种现象，在磁极的部分端面上套一个分磁环（或称短路环），工作时，在分磁环磁环（或称短路环），工作时，在分磁环磁环（或称短路环），工作时，在分磁环磁环（或称短路环），工作时，在分磁环中产生感应电流，其阻碍磁通的变化，在中产生感应电流，其阻碍磁通的变化，在中产生感应电流，其阻碍磁通的变化，在中产生感应电流，其阻碍磁通的变化，在磁极端面两部分中的磁通磁极端面两部分中的磁通磁极端面两部分中的磁通磁极端面两部分中的磁通 1 1 和和和和 2 2 之间产之间产之间产之间产生相位差，因而两部分的吸力不同时为零，生相位差，因而两部分的吸力不同时为零，生相位差，因而两部分的吸力不同时为零，生相位

42、差，因而两部分的吸力不同时为零，实现消除振动和噪音，如图所示；而直流实现消除振动和噪音，如图所示；而直流实现消除振动和噪音，如图所示；而直流实现消除振动和噪音，如图所示；而直流电磁铁吸力恒定不变；电磁铁吸力恒定不变；电磁铁吸力恒定不变；电磁铁吸力恒定不变；综合上述：综合上述：综合上述：综合上述： 1 1 2 2 (2) (2) 交流电磁铁中交流电磁铁中交流电磁铁中交流电磁铁中, ,为了减少铁损，铁心由钢片叠成；为了减少铁损，铁心由钢片叠成；为了减少铁损，铁心由钢片叠成；为了减少铁损，铁心由钢片叠成；直流电磁铁的磁通不变，无铁损，铁心用整块软钢制成；直流电磁铁的磁通不变，无铁损，铁心用整块软钢制

43、成；直流电磁铁的磁通不变，无铁损，铁心用整块软钢制成；直流电磁铁的磁通不变，无铁损，铁心用整块软钢制成； (4) (4) 直流电磁铁的励磁电流仅与线圈电阻有关，直流电磁铁的励磁电流仅与线圈电阻有关，直流电磁铁的励磁电流仅与线圈电阻有关，直流电磁铁的励磁电流仅与线圈电阻有关，在吸合过程中，励磁电流不变。在吸合过程中，励磁电流不变。在吸合过程中，励磁电流不变。在吸合过程中，励磁电流不变。 (3) (3) 在交流电磁铁中，在其吸合过程中，随着磁在交流电磁铁中，在其吸合过程中，随着磁在交流电磁铁中，在其吸合过程中，随着磁在交流电磁铁中，在其吸合过程中，随着磁路气隙的减小，磁阻减小，电流减小。如果衔铁被

44、路气隙的减小，磁阻减小，电流减小。如果衔铁被路气隙的减小，磁阻减小，电流减小。如果衔铁被路气隙的减小，磁阻减小，电流减小。如果衔铁被卡住，通电后衔铁吸合不上，电流较大，将使线圈卡住，通电后衔铁吸合不上，电流较大，将使线圈卡住，通电后衔铁吸合不上，电流较大，将使线圈卡住，通电后衔铁吸合不上，电流较大，将使线圈严重发热甚至烧毁；严重发热甚至烧毁；严重发热甚至烧毁；严重发热甚至烧毁；4. 4. 电磁铁的应用电磁铁的应用电磁铁的应用电磁铁的应用 电磁铁在生产中获得广泛应用。其主要应用原电磁铁在生产中获得广泛应用。其主要应用原电磁铁在生产中获得广泛应用。其主要应用原电磁铁在生产中获得广泛应用。其主要应用

45、原理是：理是：理是：理是：用电磁铁衔铁的动作带动其他机械装置运动，用电磁铁衔铁的动作带动其他机械装置运动，用电磁铁衔铁的动作带动其他机械装置运动，用电磁铁衔铁的动作带动其他机械装置运动，产生机械连动，实现控制要求。产生机械连动，实现控制要求。产生机械连动，实现控制要求。产生机械连动，实现控制要求。应用实例应用实例应用实例应用实例 图示为应用电磁铁图示为应用电磁铁图示为应用电磁铁图示为应用电磁铁实现制动机床或起重机电动机实现制动机床或起重机电动机实现制动机床或起重机电动机实现制动机床或起重机电动机的基本结构，其中电动机和制的基本结构，其中电动机和制的基本结构，其中电动机和制的基本结构，其中电动机

46、和制动轮同轴。原理如下：动轮同轴。原理如下：动轮同轴。原理如下：动轮同轴。原理如下：M3 抱闸抱闸抱闸抱闸制动轮制动轮制动轮制动轮弹弹弹弹簧簧簧簧电电电电磁磁磁磁铁铁铁铁通通通通电电电电电磁铁电磁铁电磁铁电磁铁动作动作动作动作拉开拉开拉开拉开弹簧弹簧弹簧弹簧抱闸抱闸抱闸抱闸提起提起提起提起松开松开松开松开制动轮制动轮制动轮制动轮 电机电机电机电机转动转动转动转动断断断断电电电电电磁铁电磁铁电磁铁电磁铁释放释放释放释放弹簧弹簧弹簧弹簧收缩收缩收缩收缩抱闸抱闸抱闸抱闸抱紧抱紧抱紧抱紧抱紧抱紧抱紧抱紧制动轮制动轮制动轮制动轮 电机电机电机电机制动制动制动制动启动过程：启动过程：启动过程：启动过程：制

47、动过程：制动过程：制动过程：制动过程：例例5.2.1 一个铁心线圈，加上一个铁心线圈，加上12V直流电压时，直流电压时，电流为电流为1A；加上；加上110V交流时，电流为交流时，电流为2A，消耗，消耗的功率为的功率为88W。求后一种情况线圈的铜损耗、。求后一种情况线圈的铜损耗、铁损耗和功率因数。铁损耗和功率因数。解：解：(1) 线圈施加直流电压时：线圈施加直流电压时： UIR = 121=12(2) 线圈施加交流电压时：线圈施加交流电压时： PCu = RI2=1222 W =48 WPFe = PPCu=(8848) W =40W PU Icos = 881102= 0.4单相变压器单相变压

48、器+一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心 一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。5.3 变压器的工作原理变压器的工作原理(1) 空载运行情况空载运行情况1. 1. 电磁关系电磁关系电磁关系电磁关系一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧开路。二次侧开路。+ 1 i0 ( i0N1) 1空载时，空载时，铁心中主铁心中主磁通磁通 是是由一次绕由一次绕组磁通势组磁通势产生的。产生的。(2) 带负载运行情况带负载运行情况1. 1. 电磁关系电磁关系电磁

49、关系电磁关系一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧二次侧接负载接负载接负载接负载。+ 1 1i1 ( i1N1) i1i2 ( i2N2) 2有载时，铁心有载时，铁心中主磁通中主磁通 是是由一次、二次由一次、二次绕组磁通势共绕组磁通势共同产生的合成同产生的合成磁通。磁通。 2i2+e2+e 2+u2 Z Z 2. 2. 电压变换电压变换电压变换电压变换（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）有效值有效值:同同 理：理：主磁通按正弦规律变化，设为主磁通按正弦规律变化，设为主磁通按正弦规律变化，设为主磁通按正弦规律变化，设为 则则则则变压器变压器变压器变

50、压器 一次、二次侧一次、二次侧一次、二次侧一次、二次侧绕组的电动势之比称绕组的电动势之比称绕组的电动势之比称绕组的电动势之比称为变压器的为变压器的为变压器的为变压器的电压比电压比电压比电压比(1) (1) 一次、二次侧主磁通感应电动势一次、二次侧主磁通感应电动势一次、二次侧主磁通感应电动势一次、二次侧主磁通感应电动势根据根据KVL：变压器一次侧等效电路如图变压器一次侧等效电路如图 由于电阻由于电阻 R1 和感抗和感抗 X X1 1 (或漏磁通或漏磁通)较小较小,其两端的其两端的电压也较小电压也较小,与主磁电动势与主磁电动势 E1 1比较可忽略不计，则比较可忽略不计，则+(2) (2) 一次、二

51、次侧电压一次、二次侧电压一次、二次侧电压一次、二次侧电压式中式中式中式中 R R1 1 为为为为一次侧一次侧绕组的电阻绕组的电阻绕组的电阻绕组的电阻; ; X X1 1= = L L 1 1 为为为为一次侧一次侧绕组的感抗绕组的感抗绕组的感抗绕组的感抗( (漏磁感抗，由漏磁漏磁感抗，由漏磁漏磁感抗，由漏磁漏磁感抗，由漏磁产生产生产生产生) )。（匝比）（匝比）（匝比）（匝比）K K为为为为变比变比变比变比对二次侧，对二次侧，对二次侧，对二次侧，根据根据KVL：结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。式中式中式中式中 R R2 2 为为为为二次二次二次二次绕组的电

52、阻绕组的电阻绕组的电阻绕组的电阻; ; X X2 2= = L L 2 2 为为为为二次二次二次二次绕组的感抗；绕组的感抗；绕组的感抗；绕组的感抗； 为为为为二次二次二次二次绕组的端电压。绕组的端电压。绕组的端电压。绕组的端电压。变压器空载时变压器空载时变压器空载时变压器空载时: :+u u2 2+ i i1 1i i2 2+e e2 2+e e 2 2式中式中式中式中U U2020为变压器空载电压。为变压器空载电压。为变压器空载电压。为变压器空载电压。故有故有故有故有 一般取一般取高压绕组的电压与低压绕组的电高压绕组的电压与低压绕组的电 压之比，压之比， 规定规定: : 当当 U1 = U1

53、N 时时, U1N U2N即：即：k1U20 = U2N 如铭牌上标注如铭牌上标注:电压电压 10000 / 230V变压器铭牌参数：变压器铭牌参数：额定电压额定电压 U U1N1N、U U2N2N 变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值绕组允许的电压值U U1N 1N ，一次绕组的额定电压一次绕组的额定电压U U2N2N，一次绕组加上额定电压时，二次侧空载时的电压一次绕组加上额定电压时，二次侧空载时的电压 一般一般 U2N 比满载时的比满载时的 电压高电压高 5% 10% 。 （3 3）、变压器的外特性）、变压器的外特性）、变压器的外

54、特性）、变压器的外特性 当一次侧电压当一次侧电压当一次侧电压当一次侧电压 U U1和负载功率因数和负载功率因数和负载功率因数和负载功率因数 coscos 2保持不变时，保持不变时，保持不变时，保持不变时，二次侧输出电压二次侧输出电压二次侧输出电压二次侧输出电压 U U2和输出电流和输出电流和输出电流和输出电流 I I2的关系，的关系，的关系，的关系，U U2 = = f f ( (I I2) U U2020：一次侧加额定：一次侧加额定：一次侧加额定：一次侧加额定电压、二次侧开路时，电压、二次侧开路时，电压、二次侧开路时，电压、二次侧开路时，二次侧的输出电压。二次侧的输出电压。二次侧的输出电压。

55、二次侧的输出电压。 一般供电系统希望要硬特性（随一般供电系统希望要硬特性（随一般供电系统希望要硬特性（随一般供电系统希望要硬特性（随I I2 2的变化，的变化，的变化，的变化，U U2 2 变变变变化不大），电压变化率约在化不大），电压变化率约在化不大），电压变化率约在化不大），电压变化率约在2 23%3%左右。左右。左右。左右。电压变化率：电压变化率：电压变化率：电压变化率：coscos 2 =0.8=0.8( (感性）感性）感性）感性）U2I2U20I2Ncoscos 2 =1=1Ocoscos 2 =0.8=0.8( (容性）容性）容性）容性） 例例5.3.1 某单相变压器的额定电压为某

56、单相变压器的额定电压为 10 000/230 V 接在接在 10 000 V 的交流电源上向一电感性负载供电，电压的交流电源上向一电感性负载供电，电压 调整率为调整率为 0.03，求变压器的电压比、空载和满载时的二，求变压器的电压比、空载和满载时的二 次电压。次电压。 解解 变压器的电压比为变压器的电压比为 空载时的二次电压为空载时的二次电压为 U20 = U2N = 230 V 满载时的二次电压为满载时的二次电压为 U2 = U2N (1 VR ) = 230(1 0.03) V = 223 V k = = = 43.5 U1N U2N 10 000 230 3. 3. 电流变换电流变换电流

57、变换电流变换 ( (一次、二次侧电流关系一次、二次侧电流关系一次、二次侧电流关系一次、二次侧电流关系) )有载运行有载运行有载运行有载运行 可见，铁心中主磁通的最大值可见，铁心中主磁通的最大值可见，铁心中主磁通的最大值可见，铁心中主磁通的最大值 mm在变压器空载在变压器空载在变压器空载在变压器空载和有载时近似保持不变。即有和有载时近似保持不变。即有和有载时近似保持不变。即有和有载时近似保持不变。即有 不论变压器空载还是不论变压器空载还是不论变压器空载还是不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻有载，一次绕组上的阻有载，一次绕组上的阻有载，一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故有抗压降均可忽略，故有抗压

58、降均可忽略，故有抗压降均可忽略，故有由上式，若由上式，若由上式，若由上式，若U U1 1、 f f 不变，则不变，则不变，则不变，则 m m 基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。空载空载空载空载：有载：有载：有载：有载：+|Z |+一般情况下：一般情况下：I0 (23)%I1N 很小可很小可忽忽略。略。或或结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。磁势平衡式：磁势平衡式：磁势平衡式：磁势平衡式：空载磁势空载磁势有载磁势有载磁势 U2|ZL |I2 = 2230.966= 224A= 5.15A I2kI1 =例例5.3.

59、1 某单相变压器的额定电压为某单相变压器的额定电压为10000/230V，接在接在10000V的交流电源上向一电感性负载供电，的交流电源上向一电感性负载供电，电压调整率为电压调整率为0.03。当。当|ZL |=0.966时，变压器正好时，变压器正好满载。求该变压器的电流。满载。求该变压器的电流。空载电压：空载电压：=230V满载电压满载电压:=230(10.03) V= 223VU20 = U2N U2 = U2N (1U ) PCu4. 4. 阻抗变换阻抗变换阻抗变换阻抗变换由图可知：由图可知：由图可知：由图可知： 结论：结论： 变压器一次侧的等效阻抗模，为二次变压器一次侧的等效阻抗模，为二

60、次侧所带负载的阻抗模的侧所带负载的阻抗模的K 2 倍。倍。 + 一只电阻为一只电阻为 8的扬声器（喇叭），需要的扬声器（喇叭），需要把电阻提高到把电阻提高到 800才可以接入半导体收音机的输才可以接入半导体收音机的输出端。问：应该利用电压比为多大的变压器才能出端。问：应该利用电压比为多大的变压器才能实现这一阻抗匹配。实现这一阻抗匹配。解：解：例例5.3.3 = 10RL = k2 R RRLk = 8008上一节上一节下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回(1)(1) 变压器的匝数比应为变压器的匝数比应为变压器的匝数比应为变压器的匝数比应为：信号源信号源R0RL+R R0 0+解解解解

61、: :例例例例1:1: 如图，交流信号源的电动如图，交流信号源的电动势势 E= 120V，内阻，内阻 R 0=800 ，负载为扬声器，其等效电阻负载为扬声器，其等效电阻为为RL=8 。（。（1）当）当RL折算到折算到原边的等效电阻原边的等效电阻 时，时，求变压器的匝数比和信号源输求变压器的匝数比和信号源输出的功率；（出的功率；（2）当将负载直）当将负载直接与信号源联接时接与信号源联接时,信号源输信号源输出多大功率？出多大功率？信号源的输出功率：信号源的输出功率：信号源的输出功率：信号源的输出功率：电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。电子线路中

62、，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。 结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。原因：原因：原因：原因：满足了最大功率输出的条件：满足了最大功率输出的条件：满足了最大功率输出的条件：满足了最大功率输出的条件：（2）将负载直接接到信号源上时）将负载直接接到信号源上时）将负载直接接到信号源上时）将负载直接接到信号源上时，输出功率输出功率输出功率输出功率为：为：5 变压器的功率关系变压器的功率关系一次绕组的视在功率一次绕组的视在功率： S1

63、= U1I1二次绕组的视在功率二次绕组的视在功率： S2 = U2I2变压器的额定容量变压器的额定容量：SN = U2NI2N = U1NI1N输入功率：输入功率：P1 = U1I1cos 1输出功率：输出功率：P2 = U2I2cos 2变压器的损耗变压器的损耗：P = P1 P2= PCu + PFe不变损耗不变损耗PFe = Ph+Pe铁损耗：铁损耗：上一节上一节下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回铜损耗：铜损耗：PCu = R1I12 + R2I22可变损耗可变损耗铜损铜损铜损铜损 ( ( P PCuCu) ) ：绕组导线电阻的损耗。绕组导线电阻的损耗。绕组导线电阻的损耗。绕

64、组导线电阻的损耗。涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感 应电流应电流应电流应电流( (涡流涡流涡流涡流) )造成的损耗。造成的损耗。造成的损耗。造成的损耗。磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造 成的损耗。成的损耗。成的损耗。成的损耗。 铁损铁损铁损铁损( ( P PFeFe ) )：变压器的效率为变压器的效率为变压器的效率为变压器的效率为输出功率输出功率输出功率输出功率输入功率输入功率输入功率输入

65、功率一般一般一般一般 95959595% , , , ,负载为额定负载的负载为额定负载的负载为额定负载的负载为额定负载的(50(50(50(5075)%75)%时，时，时，时， 最大最大最大最大 一变压器容量为一变压器容量为10kVA，铁耗为，铁耗为300W，满载时的铜耗为满载时的铜耗为400W。求该变压器在满载时向。求该变压器在满载时向功率因数为功率因数为 0.8 的负载供电时输入和输出的有功的负载供电时输入和输出的有功功率及效率。功率及效率。解：解：例例5.3.4忽略电压变化率，则忽略电压变化率，则P2 = SN cos 2= 101030.8 W= 8 kWP = PCu + PFe=

66、(300 + 400) W = 0.7 kWP1 = P2 + P = (8 + 0.7) kW = 8.7 kWP1P2=100%88.7=100% = 92 %上一节上一节下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回5.4 变压器的基本结构变压器的基本结构一、主要部件一、主要部件 1. 1. 铁心铁心铁心铁心 用硅钢片叠成。用硅钢片叠成。 2. 2. 绕组（线圈）绕组（线圈）绕组（线圈）绕组（线圈） 高压绕组和低压绕组同心地套在铁心上。高压绕组和低压绕组同心地套在铁心上。 3. 3. 其他其他其他其他 油箱、油、储油柜、绝缘套管、保护设备等。油箱、油、储油柜、绝缘套管、保护设备等。 1.

67、 1. 按相数分类按相数分类按相数分类按相数分类 三相变压器、单相变压器。三相变压器、单相变压器。2. 2. 按每相绕组的个数分类按每相绕组的个数分类按每相绕组的个数分类按每相绕组的个数分类 双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器。双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器。3. 3. 按结构分类按结构分类按结构分类按结构分类 心式变压器、壳式变压器。心式变压器、壳式变压器。3. 3. 按冷却方式分类按冷却方式分类按冷却方式分类按冷却方式分类 干式干式变压器变压器、油浸式、油浸式变压器变压器。二、主要种类二、主要种类 变压器符号变压器符号变压器符号变压器符号 心式变压器心式变压器 铁心铁心 绕组绕

68、组 壳式变压器壳式变压器 铁心铁心 绕组绕组 S9 型型 10 kV 三相油浸配电变压器三相油浸配电变压器 树脂浇注干式变压器树脂浇注干式变压器 (2) 三相绕组的联结方式：三相绕组的联结方式：GB: Y,yn Y,d YN,d Y,y YN,y(1) 三相电压变换的方式：三相电压变换的方式： 采用采用三台单相变压器三台单相变压器、三相心式变压器。三相心式变压器。常用的三种常用的三种高压绕组接法高压绕组接法低压绕组接法低压绕组接法5.5 三相电压的变换三相电压的变换ABCXYZabczyx5.5 三相变压器三相变压器1. 1. 三相组式变压器三相组式变压器三相组式变压器三相组式变压器U1 U2

69、u1 u2V1 V2v1 v2W1 W2w1 w2 特点：三相之间只有电的联系，没有磁的联系。特点：三相之间只有电的联系，没有磁的联系。 2. 2. 三相心式变压器三相心式变压器三相心式变压器三相心式变压器 U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w2 特点：三相之间既有电的联系，又有磁的联系。特点：三相之间既有电的联系，又有磁的联系。 三相电压的变换三相电压的变换三相电压的变换三相电压的变换ABCXYZabczyx1) 1) 三相变压器的结构三相变压器的结构三相变压器的结构三相变压器的结构高压绕组：高压绕组：A-X B-Y C-ZX、Y 、Z ：尾端：尾端A、B、C ：首端首端低压绕组：

70、低压绕组：a-x b-y c-za、b、c：首端：首端x、y、z：尾端：尾端2) 2) 三相变压器的联结方式三相变压器的联结方式三相变压器的联结方式三相变压器的联结方式高压绕组接法高压绕组接法低压绕组接法低压绕组接法三相配电变压器三相配电变压器动力供电系统（井下照明）动力供电系统（井下照明）常用接法常用接法常用接法常用接法: :（1 1）三相变压器）三相变压器）三相变压器）三相变压器Y/yY/yn n联结联结联结联结线电压之比：线电压之比：线电压之比：线电压之比：ACBbca+（三相配电变压器）（三相配电变压器）（2 2）三相变压器）三相变压器）三相变压器）三相变压器Y/Y/ 联结联结联结联结

71、线电压之比：线电压之比：线电压之比：线电压之比：ACBabc+动力供电系统（井下照明）动力供电系统（井下照明）1 1） 变压器的型号变压器的型号变压器的型号变压器的型号变压器的铭牌和技术数据变压器的铭牌和技术数据变压器的铭牌和技术数据变压器的铭牌和技术数据S J L 1000/10S J L 1000/10 变压器额定容量变压器额定容量(KVA) 铝线圈铝线圈铝线圈铝线圈 冷却方式冷却方式冷却方式冷却方式J:J:油浸自冷式油浸自冷式油浸自冷式油浸自冷式F:F:风冷式风冷式风冷式风冷式相数相数相数相数S:三相三相D:单相单相 高压绕组的额定电压高压绕组的额定电压高压绕组的额定电压高压绕组的额定电

72、压(KV)(KV)额定值额定值额定值额定值 额定电压额定电压额定电压额定电压 U U1N1N、U U2N2N 变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值绕组允许的电压值绕组允许的电压值绕组允许的电压值单相：单相：单相：单相：U U1N 1N ，一次侧电压，一次侧电压，一次侧电压，一次侧电压， U U2N2N，二次侧空载时的电压，二次侧空载时的电压，二次侧空载时的电压，二次侧空载时的电压三相：三相：三相：三相：U U1N1N、U U2N2N，一次、二次侧的线电压，

73、一次、二次侧的线电压，一次、二次侧的线电压，一次、二次侧的线电压 额定电流额定电流额定电流额定电流 I I1N1N、I I2N2N 变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。电流值。电流值。电流值。单相：一次、二次侧绕组允许的电流值单相：一次、二次侧绕组允许的电流值单相：一次、二次侧绕组允许的电流值单相：一次、二次侧绕组允许的电流值三相：一次、二次侧绕组线电流三相：一次、二次侧绕组线电流三相：一次、二次侧绕组线电流三相：一次、二次侧绕组线电流 额定容量额定容量额定容量额

74、定容量 S SN N 传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。单相：单相：单相：单相：三相：三相：三相：三相：容量容量容量容量 S SN N 输出功率输出功率输出功率输出功率 P P2 2 一次侧输入功率一次侧输入功率一次侧输入功率一次侧输入功率 P P1 1 输出功率输出功率输出功率输出功率 P P2 2注意：变压器几个功率的关系（单相）注意：变压器几个功率的关系（单相）注意：变压器几个功率的关系（单相）注意：变压器几个功率的关系（单相）效率效率效率效率容量：容量：一次侧输入功率：一次侧输入功率：输出功率：输出功率： 变压器运行变压器运行时的功率取时的

75、功率取决于负载的决于负载的性质性质额定值额定值额定值额定值 某三相变压器某三相变压器SN=50kVA，U1N/U2N=10000/400 V，Y/D联结，向联结，向2=cos 2 =0.9的的感性负载供电，满载时二次绕组的电压为感性负载供电，满载时二次绕组的电压为380V。求：求：(1) 满载时一、二次绕组的线电流、相电流；满载时一、二次绕组的线电流、相电流； (2) 输出的有功功率。输出的有功功率。解：解：例例5.5.1(1)= 2.9 AI1N =SN3 U1N 501033 10000=I2N =SN3 U2N 501033 400= 72.2 AI1p = I1N = 2.9 AI2p

76、 = I2N3 I2N3 = 41.7 A(2)P2 =3 U2 I2 cos 2 =3 38072.20.9W= 42.8 kW*5.6 仪用互感器仪用互感器一、电压互感器一、电压互感器 U1 U2= = ku N1 N2 国产互感器：国产互感器： U2N = 100 V1. 1. 工作原理工作原理工作原理工作原理 空载运行的降压变压器。空载运行的降压变压器。 u1 Vu1u21.二次侧不能短路，二次侧不能短路，二次侧不能短路，二次侧不能短路， 以防产生过流；以防产生过流；以防产生过流；以防产生过流；2. 2. 铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的 一端接地，以防

77、在一端接地，以防在一端接地，以防在一端接地，以防在 绝缘损坏时，在二绝缘损坏时，在二绝缘损坏时，在二绝缘损坏时，在二次侧出现高压。次侧出现高压。次侧出现高压。次侧出现高压。使用注意事项：使用注意事项：使用注意事项：使用注意事项：电压表电压表被测电压被测电压=电压表读数电压表读数 N1/N22.2.2.2.电压互感器电压互感器电压互感器电压互感器 实现用低量程的电压表测量高电压实现用低量程的电压表测量高电压实现用低量程的电压表测量高电压实现用低量程的电压表测量高电压VR N1（匝数多（匝数多）保险丝保险丝 N2（匝数少（匝数少）u（被测电压）（被测电压）二、电流互感器二、电流互感器 1. 1.

78、工作原理工作原理工作原理工作原理 短路运行的升压变压器。短路运行的升压变压器。 I1 I2 = = ki N2 N1 国产互感器：国产互感器： I2N = 5 A Ai2i1N1 N2 1 2 匝匝电流表电流表被测电流被测电流=电流表读数电流表读数 N2/N11.二次侧不能开路，二次侧不能开路，二次侧不能开路，二次侧不能开路， 以防产生高电压；以防产生高电压；以防产生高电压；以防产生高电压；2. 2. 铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的 一端接地，以防在一端接地，以防在一端接地，以防在一端接地，以防在 绝缘损坏时，在二绝缘损坏时，在二绝缘损坏时，在二绝缘损坏时，在

79、二次侧出现过压。次侧出现过压。次侧出现过压。次侧出现过压。使用注意事项：使用注意事项：使用注意事项：使用注意事项：2.2.2.2.电流互感器电流互感器电流互感器电流互感器实现用低量程的电流表测量大电流实现用低量程的电流表测量大电流实现用低量程的电流表测量大电流实现用低量程的电流表测量大电流（被测电流）（被测电流）N N1 1（匝数少（匝数少（匝数少（匝数少）N N2 2（匝数多（匝数多（匝数多（匝数多）ARi1i2*5.7 自耦变压器自耦变压器一、结构一、结构 手柄手柄 接线柱接线柱 调压器调压器 手柄手柄 绕组绕组 接触臂接触臂 二、工作原理二、工作原理 I+ +U2I1E1E2U1 I2

80、降压自耦变压器降压自耦变压器 升压自耦变压器升压自耦变压器 I N1N2+ +U1I1E1E2 U2I2忽略漏阻抗，则忽略漏阻抗，则= U1 U2E1 E2=N1 N2= k 使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。制作的。制作的。制作的。注意：一次、二次侧千万不能对调使用，注意：一次、二次侧千万不能对

81、调使用，注意：一次、二次侧千万不能对调使用，注意：一次、二次侧千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为以防变压器损坏。因为以防变压器损坏。因为以防变压器损坏。因为N N变小时，磁通增大，电流变小时，磁通增大，电流变小时，磁通增大，电流变小时，磁通增大，电流会迅速增加。会迅速增加。会迅速增加。会迅速增加。1.1.1.1.自耦变压器自耦变压器自耦变压器自耦变压器ABP+*5.8 三绕组变压器三绕组变压器 有三个绕组和三个电压等级。有三个绕组和三个电压等级。 三绕组三绕组变压器变压器 = k12 U1 U2= N1 N2= k13 U1 U3= N1 N3= k23 U2 U3= N2 N3 各绕组间

82、的电压关系各绕组间的电压关系 N1N3N2I1I2U1I3U2U3ZL3ZL2 各绕组间的电流关系各绕组间的电流关系 在满载或接近满载时，在满载或接近满载时，I0 可忽略不计，则可忽略不计，则 N1I1 + N2I2 + N3I3 = N1I0 N1I1 + N2I2 + N3I3 = 0 容量容量 SN = U1NI1N 工作时应当保证各个绕组的视在功率不超过工作时应当保证各个绕组的视在功率不超过 其绕组容量。其绕组容量。 当电流流入当电流流入当电流流入当电流流入( (或流出）两个线圈时，若产生的磁通方或流出）两个线圈时，若产生的磁通方或流出）两个线圈时，若产生的磁通方或流出）两个线圈时，若

83、产生的磁通方向相同，则两个流入向相同，则两个流入向相同，则两个流入向相同，则两个流入( (或流出）端称为同极性端。或流出）端称为同极性端。或流出）端称为同极性端。或流出）端称为同极性端。 AXax AX Xax1. 1. 同极性端同极性端同极性端同极性端 ( ( 同名端同名端同名端同名端 ) ) 或者说，当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的或者说，当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的或者说，当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的或者说，当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。感应电动势极性相同的两端为同极性端。感应电动势极性相同的两端为同极性端。感应电动势极性相同

84、的两端为同极性端。 同极性端用同极性端用“”表示表示。增加增加 同极性端同极性端同极性端同极性端和绕组的绕和绕组的绕和绕组的绕和绕组的绕向有关。向有关。向有关。向有关。 5.9 绕组的极性绕组的极性联接联接 23 变压器原一次侧有两个额定电压为变压器原一次侧有两个额定电压为变压器原一次侧有两个额定电压为变压器原一次侧有两个额定电压为 110V 110V 的绕组：的绕组：的绕组：的绕组：2. 2. 线圈的接法线圈的接法线圈的接法线圈的接法1324 1324 联接联接 13， 2 4当电源电压为当电源电压为220V时：时：+电源电压为电源电压为110V时：时：问题问题问题问题1 1：当电源电压为：

85、当电源电压为：当电源电压为：当电源电压为220V220V时，时，时，时，如果两绕组的极性端如果两绕组的极性端如果两绕组的极性端如果两绕组的极性端接错，结果如何？接错，结果如何？接错，结果如何？接错，结果如何？结论：结论：结论：结论：在同极性端不明确时，一定要先测定同极性端在同极性端不明确时，一定要先测定同极性端在同极性端不明确时，一定要先测定同极性端在同极性端不明确时，一定要先测定同极性端 再通电。再通电。再通电。再通电。答：有可能烧毁变压器答：有可能烧毁变压器答：有可能烧毁变压器答：有可能烧毁变压器两个线圈中的磁通抵消两个线圈中的磁通抵消原因：原因：电流电流 很大很大烧毁变压器烧毁变压器烧毁

86、变压器烧毁变压器感应电势感应电势1324 +交流法交流法交流法交流法把两个线圈的任意两端把两个线圈的任意两端把两个线圈的任意两端把两个线圈的任意两端 (X - x)(X - x)连接连接连接连接, , 然后在然后在然后在然后在 AX AX 上加一低电压上加一低电压上加一低电压上加一低电压 uAX 。测量：测量： 若若 说明说明 A 与与 x 或或 X 与与 a 是是同极性端同极性端.若若若若 说明说明说明说明 A A 与与与与 a a 或或或或 X X 与与与与 x x 为同极性端。为同极性端。为同极性端。为同极性端。 结论：结论：结论：结论：VaAXxV3. 3. 同极性端的测定方法同极性端

87、的测定方法同极性端的测定方法同极性端的测定方法+ 5.9.(1) 为了判断图为了判断图5.9.3 所示变压器实物中一次侧两个所示变压器实物中一次侧两个线圈的极性，可以将这两个线圈的任意两端串联后，在二线圈的极性，可以将这两个线圈的任意两端串联后，在二次侧加一个不超过其额定值的电压，如果测得一次侧两串次侧加一个不超过其额定值的电压，如果测得一次侧两串联线圈的总电压为两个线圈电压之和，则说明现在是异极联线圈的总电压为两个线圈电压之和，则说明现在是异极性端串联；如果测得的总电压为两个线圈电压之差，则说性端串联；如果测得的总电压为两个线圈电压之差，则说明是同极性端串联。试说明此方法的原理明是同极性端串

88、联。试说明此方法的原理+U1-+ U2(施加)- + U11 + U12 测得测得U1 = =U11+ +U12(a) (a) 异极性端串联异极性端串联+U1-+ U2(施加)- + U11 U12 +测得测得U1 =U11U12(b) (b) 同极性端串联同极性端串联图图5.1【答答】 判断一次侧两个线圈极性的方法原理如图判断一次侧两个线圈极性的方法原理如图5.1所示。所示。教教 学学 基基 本本 要要 求求1. 1. 了解铁心线圈电路中的电压与电流的关系及功率和损耗了解铁心线圈电路中的电压与电流的关系及功率和损耗 问题；问题；2. 2. 了解变压器的基本结构，理解变压器的电压变换、电流了解变压器的基本结构，理解变压器的电压变换、电流 变换和阻抗变换作用以及变压器的功率和损耗；变换和阻抗变换作用以及变压器的功率和损耗；3. 3. 理解单相和三相变压器的额定值；理解单相和三相变压器的额定值；4. 4. 了解三相电压的变换方法；了解三相电压的变换方法；5. 5. 了解绕组同极性端了解绕组同极性端( (同名端同名端) ) 和异极性端和异极性端( (异名端异名端) )的含义。的含义。温馨提示：本PPT课件下载后，即可编辑修改，也可直接使用。（希望本课件对您有所帮助）