第04章(磁路与变压器)

1、第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器学习目标学习目标1了解铁磁材料的特性，掌握磁路及磁路定律；了解铁磁材料的特性，掌握磁路及磁路定律；2. 了解交流铁心线圈的概念了解交流铁心线圈的概念,能分析交流铁心线圈电路；能分析交流铁心线圈电路；3掌握变压器的用途、基本结构、变压比及变流比；掌握变压器的用途、基本结构、变压比及变流比；4. 理解变压器的额定值、外特性、损耗及效率；理解变压器的额定值、外特性、损耗及效率；5. 区分自耦变压器、电压互感器和电流互感器工作原理的异区分自耦变压器、电压互感器和电流互感器工作原理的异同，了解使用注意事项；同，了解使用注意事项；6. 理解电焊变压器结构及工作特点；理

2、解电焊变压器结构及工作特点；7. 理解三相电力变压器的结构特点，了解其铭牌；理解三相电力变压器的结构特点，了解其铭牌；8. 了解小功率电源变压器和电磁铁。了解小功率电源变压器和电磁铁。第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器第一节第一节 磁路的基本知识磁路的基本知识第二节第二节 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路第三节变压器的分类、用途、结构和工作原理第三节变压器的分类、用途、结构和工作原理第四节变压器的运行特性和额定值第四节变压器的运行特性和额定值第五节常用变压器和电磁铁第五节常用变压器和电磁铁实践应用实践应用本章小结本章小结返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器一、磁场的基本物理量及基

3、本定律一、磁场的基本物理量及基本定律二、铁磁材料二、铁磁材料三、磁路及磁路定律三、磁路及磁路定律第一节第一节 磁路的基本知识磁路的基本知识返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器一、磁场的基本物理量及基本定律一、磁场的基本物理量及基本定律表示磁场特性的基本物理量是磁感应强度、磁通、磁场强度和表示磁场特性的基本物理量是磁感应强度、磁通、磁场强度和磁导率。磁导率。(1) 磁感应强度磁感应强度磁感应强度是表示磁场内某点的磁场强弱（磁力线的多少）磁感应强度是表示磁场内某点的磁场强弱（磁力线的多少）及方向（磁力线的方向）的物理量。磁感应强度的大小为及方向（磁力线的方向）的物理量。磁感应强度的大小为

4、 式中：式中：F是电磁力；是电磁力；l是导体的长度；是通过磁体的电流。磁是导体的长度；是通过磁体的电流。磁感应强度的方向可由右手螺旋定律确定。磁感应强度的国际感应强度的方向可由右手螺旋定律确定。磁感应强度的国际单位为（特单位为（特斯拉斯拉）。）。(2) 磁通磁通磁感应强度磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积与垂直于磁场方向的面积S的乘积，称为通过该的乘积，称为通过该面积的磁通面积的磁通 。 = B SFBI l第一节第一节 磁路的基本知识磁路的基本知识返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器 (3) 磁导率磁导率磁导率是描述介质导磁能力的物理量。线圈内部磁导率是描述介质导磁能力的物理量。线

5、圈内部点的磁感应强度可表示为点的磁感应强度可表示为由由lx表示表示X点磁力线的长度。可见，某点磁感应强点磁力线的长度。可见，某点磁感应强度的大小与磁导率度的大小与磁导率、电流大小、线圈匝数、及该、电流大小、线圈匝数、及该点的位置有关。磁导率的单位是亨点的位置有关。磁导率的单位是亨/米（米（H/m）。）。 (4)磁场强度磁场强度磁场强度为磁场中某一点的磁感应强度与该点介磁场强度为磁场中某一点的磁感应强度与该点介质磁导率的比值，即：质磁导率的比值，即：xNIBxlxBH第一节第一节 磁路的基本知识磁路的基本知识返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器二、二、铁磁材料铁磁材料磁性材料的相对磁导

6、率很大，具有高导率、磁饱和以及磁磁性材料的相对磁导率很大，具有高导率、磁饱和以及磁滞等性能滞等性能 （）高磁导性（）高磁导性 铁磁性材料的磁导率很高，在外磁场的作用下，其内部的铁磁性材料的磁导率很高，在外磁场的作用下，其内部的磁感应强度大大增强，这种现象称为磁化。磁感应强度大大增强，这种现象称为磁化。（）饱和性（）饱和性饱和性体现在因磁化产生的磁感应强度不会随外磁场的增饱和性体现在因磁化产生的磁感应强度不会随外磁场的增强而无限增强。强而无限增强。（）磁滞性（）磁滞性磁滞性表现在铁磁材料在交流磁场中反复被磁化时，磁感磁滞性表现在铁磁材料在交流磁场中反复被磁化时，磁感应强度的变化滞后于磁场强度的变

7、化。应强度的变化滞后于磁场强度的变化。 第一节第一节 磁路的基本知识磁路的基本知识返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器三、磁路及磁路定律三、磁路及磁路定律 磁路就是磁通的路径。磁路实质上就是局限在一定路径内的磁场。磁路就是磁通的路径。磁路实质上就是局限在一定路径内的磁场。当线圈中有电流流过时，产生的磁通绝大部分集中在铁心上，沿铁当线圈中有电流流过时，产生的磁通绝大部分集中在铁心上，沿铁心而闭合，这部分磁通称为主磁通，用心而闭合，这部分磁通称为主磁通，用 表示。只有一部分磁通沿表示。只有一部分磁通沿铁心以外的空间而闭合，这称为漏磁通，用铁心以外的空间而闭合，这称为漏磁通，用 表示。由于

8、表示。由于 很小，很小，在工程上常将它忽略不计。主磁通所通过的闭合路径称为磁路。在工程上常将它忽略不计。主磁通所通过的闭合路径称为磁路。图图中是几种常见电工设备的磁路。中是几种常见电工设备的磁路。 两种常用电工设备的磁路两种常用电工设备的磁路第一节第一节 磁路的基本知识磁路的基本知识返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器三、磁路及磁路定律三、磁路及磁路定律（）磁路的欧姆定律（）磁路的欧姆定律下图为绕有线圈的铁心，当线圈电流为时，在铁下图为绕有线圈的铁心，当线圈电流为时，在铁心中就会有磁通通过。心中就会有磁通通过。上式在形式上与电路的欧姆定律相似，故也称为磁路的上式在形式上与电路的欧姆定

9、律相似，故也称为磁路的欧姆定律。欧姆定律。 I ,NIBHl由 ,BNIHlllA得到NIFRlmA第一节第一节 磁路的基本知识磁路的基本知识返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器一一、直流直流铁心线圈铁心线圈将线圈绕制在铁心上便构成了铁心线圈。铁心线将线圈绕制在铁心上便构成了铁心线圈。铁心线圈根据所接的电源不同，可分为直流铁心线圈和交流圈根据所接的电源不同，可分为直流铁心线圈和交流铁心线圈两类。它的磁路即为直流磁路和交流磁路铁心线圈两类。它的磁路即为直流磁路和交流磁路。在线圈中通入直流电流后，磁路中产生的磁通是恒定在线圈中通入直流电流后，磁路中产生的磁通是恒定的，因此在线圈和铁心中不

10、会感应出电动势来。的，因此在线圈和铁心中不会感应出电动势来。 二、二、交流交流铁心线圈铁心线圈将交流铁心线圈接交流电源，线圈中通过交流电将交流铁心线圈接交流电源，线圈中通过交流电流，产生交变磁通，并在铁心和线圈中产生感应电动流，产生交变磁通，并在铁心和线圈中产生感应电动势。势。 第二节交流铁心线圈电路第二节交流铁心线圈电路返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器一、变压器的分类与用途一、变压器的分类与用途二、变压器的结构二、变压器的结构三、变压器的工作原理三、变压器的工作原理第三节变压器的分类、用途、结构及工作原理第三节变压器的分类、用途、结构及工作原理返回返回第四章第四章 磁路与变压器

11、磁路与变压器一、变压器的分类与用途一、变压器的分类与用途变压器按其用途不同可分为电力变压器和特殊变压器按其用途不同可分为电力变压器和特殊变压器两大类。应用于电力系统变配电的变压器称变压器两大类。应用于电力系统变配电的变压器称为电力变压器，常见的升压变压器、降压变压器和为电力变压器，常见的升压变压器、降压变压器和配电变压器等。如针对某种特殊需要而制造的变压配电变压器等。如针对某种特殊需要而制造的变压器，称为特殊变压器。如整流变压器、自耦变压器、器，称为特殊变压器。如整流变压器、自耦变压器、音频变压器等。音频变压器等。此外，根据变压器的铁心结构，可以分为壳式此外，根据变压器的铁心结构，可以分为壳式

12、和心式两种；根据电源的相数可以分为单相和三相和心式两种；根据电源的相数可以分为单相和三相变压器；按冷却方式可分为油冷变压器和空气变压变压器；按冷却方式可分为油冷变压器和空气变压器等。器等。 上述各种变压器有不同的用途，但其作用上述各种变压器有不同的用途，但其作用都是可以改变交流电压、交流电流、交换阻抗以及都是可以改变交流电压、交流电流、交换阻抗以及改变相位等。改变相位等。第三节变压器的分类、用途、结构及工作原理第三节变压器的分类、用途、结构及工作原理返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器一、变压器的分类与用途一、变压器的分类与用途如图是几种变压器的实物图。如图是几种变压器的实物图。（a

13、） 油浸式电力变压器油浸式电力变压器 （b）包封线圈干式变压器）包封线圈干式变压器 (c) 音频环形变压器音频环形变压器 （d） 电源变压器电源变压器 第三节变压器的分类、用途、结构及工作原理第三节变压器的分类、用途、结构及工作原理返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器二、变压器的结构二、变压器的结构各类变压器的基本结构是相同的，其主要部分是由铁心各类变压器的基本结构是相同的，其主要部分是由铁心和绕组等组成。根据铁心结构的不同，可分为心式与壳式两和绕组等组成。根据铁心结构的不同，可分为心式与壳式两种，如下图所示。心式铁心变压器的绕组套在铁心柱上，绕种，如下图所示。心式铁心变压器的绕组套

14、在铁心柱上，绕组的装配和绝缘都比较方便，多用于容量较大的变压器。壳组的装配和绝缘都比较方便，多用于容量较大的变压器。壳式铁心变压器具有分支的磁路，铁心把绕组包围在中间，故式铁心变压器具有分支的磁路，铁心把绕组包围在中间，故不要专门的变压器外壳，它的制造工艺较复杂，常用于小容不要专门的变压器外壳，它的制造工艺较复杂，常用于小容量的变压器。铁心构成变压器的磁路部分。为了减少铁心中量的变压器。铁心构成变压器的磁路部分。为了减少铁心中的磁滞和涡流损耗，铁心采用的磁滞和涡流损耗，铁心采用0.350.5mm厚的硅钢片叠厚的硅钢片叠成，叠装之前，硅钢片上还需涂一层绝缘漆。在叠片时一般成，叠装之前，硅钢片上还

15、需涂一层绝缘漆。在叠片时一般采用交错叠装方式，这样可以降低磁路的磁阻，减少励磁电采用交错叠装方式，这样可以降低磁路的磁阻，减少励磁电流。流。第三节变压器的分类、用途、结构及工作原理第三节变压器的分类、用途、结构及工作原理返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器三、变压器的工作原理三、变压器的工作原理l（1）变压器空载运行）变压器空载运行若变压器一次绕组接交流电压，而二次绕组开路，称为变若变压器一次绕组接交流电压，而二次绕组开路，称为变压器的空载运行。如下图所示，在的作用下，原绕组有电压器的空载运行。如下图所示，在的作用下，原绕组有电流流 通过，这个电流称为空载电流，或励磁电流。通过，这个

16、电流称为空载电流，或励磁电流。1U0i1i 第三节变压器的分类、用途、结构及工作原理第三节变压器的分类、用途、结构及工作原理返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器三、变压器的工作原理三、变压器的工作原理l（1）变压器的空载运行）变压器的空载运行根据图示参考方向，忽略原绕组的电阻以及漏磁通的影响，根据图示参考方向，忽略原绕组的电阻以及漏磁通的影响，可得可得 由于变压器空载，其副绕组端的空载端电压由于变压器空载，其副绕组端的空载端电压 由此可以推出变压器的电压变换关系为由此可以推出变压器的电压变换关系为 为变压器的变压比。为变压器的变压比。11deNdt22deNdt11ueu =e221

17、11222UENKUENK第三节变压器的分类、用途、结构及工作原理第三节变压器的分类、用途、结构及工作原理返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器三、变压器的工作原理三、变压器的工作原理l（2）变压器的负载运行）变压器的负载运行 变压器原绕组接电源，副绕组接负载变压器原绕组接电源，副绕组接负载 ，变压器向负载供电，变压器向负载供电，这称为变压器的负载运行。如下图所示。图中各量的参考方这称为变压器的负载运行。如下图所示。图中各量的参考方向各为相关联的参考方向向各为相关联的参考方向。 空载时主磁通由磁动势空载时主磁通由磁动势 决定。忽略直流电阻和漏磁通的决定。忽略直流电阻和漏磁通的影响，当外

18、加电压影响，当外加电压 一定时，不论空载或有载，铁心中的主一定时，不论空载或有载，铁心中的主磁通磁通 不变，所以磁动势应近似相等，即不变，所以磁动势应近似相等，即 ZL.N I1 01um.1 12 21 0N IN IN I第三节变压器的分类、用途、结构及工作原理第三节变压器的分类、用途、结构及工作原理返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器三、变压器的工作原理三、变压器的工作原理l（2）变压器的负载运行）变压器的负载运行空载时，很小，可忽略不计，则空载时，很小，可忽略不计，则由上式可知，与的相位相反。它们的数值关系为由上式可知，与的相位相反。它们的数值关系为即变压器有电流变换作用。即

19、变压器有电流变换作用。.1 12 21 0N IN IN II0.2211NIIN.I1.I2121221NIIINk第三节变压器的分类、用途、结构及工作原理第三节变压器的分类、用途、结构及工作原理返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器三、变压器的工作原理三、变压器的工作原理l（3）阻抗变换）阻抗变换变压器不仅具有变换电压和变换电流作用，它还具有阻抗变变压器不仅具有变换电压和变换电流作用，它还具有阻抗变换的作用。在图换的作用。在图 (a)中，负载阻抗接在变压器的副边，而中，负载阻抗接在变压器的副边，而图中点划线框中部分的总阻抗可用图图中点划线框中部分的总阻抗可用图 (b)中的等效阻抗来

20、中的等效阻抗来表示。其等效的条件是：电压、电流及功率不变。表示。其等效的条件是：电压、电流及功率不变。 LZ/LZ第三节变压器的分类、用途、结构及工作原理第三节变压器的分类、用途、结构及工作原理返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器三、变压器的工作原理三、变压器的工作原理l（3）阻抗变换）阻抗变换两式相比，得两式相比，得 匝数不同，变换后的阻抗不同。可以采用适当的匝匝数不同，变换后的阻抗不同。可以采用适当的匝数比，使变换后的阻抗等电源的内阻，称为阻抗匹数比，使变换后的阻抗等电源的内阻，称为阻抗匹配。这时负载上可获得最大功率。配。这时负载上可获得最大功率。22UZLI/11UZLI/21

21、2.21ZUILkUIZL第三节变压器的分类、用途、结构及工作原理第三节变压器的分类、用途、结构及工作原理返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器一、变压器的外特性一、变压器的外特性 运行中的变压器，当电源电压及负载功率因数为常运行中的变压器，当电源电压及负载功率因数为常数时，副绕组输出电压随负载电流的变化关系可用曲数时，副绕组输出电压随负载电流的变化关系可用曲线来表示，该曲线称为变压器的外特性曲线，如下线来表示，该曲线称为变压器的外特性曲线，如下图所示。图所示。图中表明，当负载为电阻性和电感性时，随的增大而下图中表明，当负载为电阻性和电感性时，随的增大而下降，且感性负载比阻性负载下降更

22、明显；对容性负载，降，且感性负载比阻性负载下降更明显；对容性负载，随的增大而上升。随的增大而上升。U1cos2U2I2U =f I22U2U2I2I2第四节第四节 变压器的运行特性和额定值变压器的运行特性和额定值返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器二、变压器的损耗与效率二、变压器的损耗与效率 当副绕组接负载后，在电压的作用下，负载有电流通过，当副绕组接负载后，在电压的作用下，负载有电流通过，负载吸收功率。负载吸收的有功功率为负载吸收功率。负载吸收的有功功率为为负载的功率因数。这时原绕组从电源吸收的有功功率为为负载的功率因数。这时原绕组从电源吸收的有功功率为 ，是与的相位差是与的相位差

23、。变压器从电源得到变压器从电源得到的有功功率不会全部由负载吸收，因为传输过程中有铜损的有功功率不会全部由负载吸收，因为传输过程中有铜损耗耗 和铁损耗和铁损耗 。这些损耗均变为热量，使变压器。这些损耗均变为热量，使变压器温度升高。根据能量守恒定律：温度升高。根据能量守恒定律： 变压器的效率为：变压器的效率为： 小型变压器的效率约为小型变压器的效率约为60%90%，大型电力变压器的，大型电力变压器的效率可达效率可达9699 。为了变压器能经济运行，其负。为了变压器能经济运行，其负载不能过低。载不能过低。 U2cos22 22PU Icos2cos11 11PU I1U1I1PCu第四节第四节 变压

24、器的运行特性和额定值变压器的运行特性和额定值PFe %100%100%100FeCu222212ppPPpPPPP返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器三、变压器的额定值三、变压器的额定值（）额定电压（）额定电压 原绕组的额定电压是指变压器在额定运行的情况下，原绕组的额定电压是指变压器在额定运行的情况下，根据变压器的绝缘强度和容许温升所规定的电压值，用符根据变压器的绝缘强度和容许温升所规定的电压值，用符号表示。副绕组的额定电压是指变压器空载，原绕组加号表示。副绕组的额定电压是指变压器空载，原绕组加上额定电压时，副绕组两端的电压，用表示。、上额定电压时，副绕组两端的电压，用表示。、对单相

25、变压器是电压的有效值。对单相变压器是电压的有效值。 （）额定电流（）额定电流 额定电流是指变压器在额定运行情况下，根据容许温额定电流是指变压器在额定运行情况下，根据容许温升所规定的电流值，用和表示。升所规定的电流值，用和表示。U1NU2NU2NU1NI1NI2N第四节第四节 变压器的运行特性和额定值变压器的运行特性和额定值返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器三、变压器的额定值三、变压器的额定值（）额定容量（）额定容量额定容量是指变压器副绕组输出的额定视在功率，单位为额定容量是指变压器副绕组输出的额定视在功率，单位为VA或或kVA,用符号表示。用符号表示。单相变压器单相变压器 （）额定

26、频率（）额定频率变压器额定运行时，原绕组外加电压的频率。我国的标变压器额定运行时，原绕组外加电压的频率。我国的标准工频为准工频为50Hz。SN2211SUIUINNNNN第四节第四节 变压器的运行特性和额定值变压器的运行特性和额定值返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器一、自耦变压器和调压器一、自耦变压器和调压器二、电焊变压器二、电焊变压器三、小功率电源变压器三、小功率电源变压器四、仪用互感器四、仪用互感器五、三相电力变压器五、三相电力变压器六、电磁铁六、电磁铁第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器一、自耦变压器和调压器一、自耦

27、变压器和调压器l如果一、二次侧共用一部分绕组，如图所示，这种只有一如果一、二次侧共用一部分绕组，如图所示，这种只有一个绕组的变压器就称为自耦变压器。它的原、副绕组之间个绕组的变压器就称为自耦变压器。它的原、副绕组之间除了有磁的耦合外，还有电的直接联系。图中除了有磁的耦合外，还有电的直接联系。图中N1、N2分别分别为一、二次绕组的匝数。自耦变压器的原理与普通变压器为一、二次绕组的匝数。自耦变压器的原理与普通变压器相同，即相同，即 第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器一、自耦变压器和调压器一、自耦变压器和调压器l自耦变压器的主要优点是结构

28、简单、节省用铜自耦变压器的主要优点是结构简单、节省用铜量、重量轻、尺寸小、成本低、效率较高。理量、重量轻、尺寸小、成本低、效率较高。理论及实践均证明：当一、二次绕组的电压之比论及实践均证明：当一、二次绕组的电压之比接近于，或者说不大于时，自耦变压器的接近于，或者说不大于时，自耦变压器的优点比较显著，因此容量较大的异步电动机降优点比较显著，因此容量较大的异步电动机降压起动时，常采用自耦变压器来降压。压起动时，常采用自耦变压器来降压。 第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器一、自耦变压器和调压器一、自耦变压器和调压器l自耦变压器的缺点在于：

29、一、二次绕组的电路直接连在一自耦变压器的缺点在于：一、二次绕组的电路直接连在一起，因此高压侧的电气故障会波及到低压侧，这是很不安起，因此高压侧的电气故障会波及到低压侧，这是很不安全的。因此要求自耦变压器在使用时必须正确接线，且外全的。因此要求自耦变压器在使用时必须正确接线，且外壳必须接地，并规定安全用的降压变压器不允许采用自耦壳必须接地，并规定安全用的降压变压器不允许采用自耦变压器结构型式，其原因是一旦发生接线错误，极易出现变压器结构型式，其原因是一旦发生接线错误，极易出现危险。如图所示为自耦变压器给携带式安全照明灯提供危险。如图所示为自耦变压器给携带式安全照明灯提供12 V工作电压的电路图，

30、因为工作电压的电路图，因为U2端接地，此时连接照明灯的端接地，此时连接照明灯的每根导线对地的电压都是每根导线对地的电压都是200 V以上，这对持灯人极不安以上，这对持灯人极不安全。自耦变压器也不能用于要求一、二次侧电路隔离的场全。自耦变压器也不能用于要求一、二次侧电路隔离的场合。合。 第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器一、自耦变压器和调压器一、自耦变压器和调压器l如果把自耦变压器的二次侧抽头做成能够沿绕如果把自耦变压器的二次侧抽头做成能够沿绕组自由滑动的触点，就可以改变二次线圈匝数组自由滑动的触点，就可以改变二次线圈匝数,构成输出电

31、压连续可调的自耦变压器。为了使构成输出电压连续可调的自耦变压器。为了使滑动接触可靠，这种自耦变压器的铁心做成圆滑动接触可靠，这种自耦变压器的铁心做成圆环形，其上均匀分布绕组，滑动触点由碳刷构环形，其上均匀分布绕组，滑动触点由碳刷构成，当用手柄转动来移动触点的位置时，就改成，当用手柄转动来移动触点的位置时，就改变了二次绕组的匝数，调节了输出电压的大小。变了二次绕组的匝数，调节了输出电压的大小。这种自耦变压器又称为自耦调压器，输出电压这种自耦变压器又称为自耦调压器，输出电压可低于电源电压，也可稍高于电源电压。如实可低于电源电压，也可稍高于电源电压。如实验室中常用的单相调压器，一次绕组验室中常用的单

32、相调压器，一次绕组U1U2接接输入交流电压输入交流电压 =220V或或110 V，二次绕组，二次绕组ulu2接输出电压接输出电压=0250V，均匀变化。其，均匀变化。其外形图、原理电路图和图形符号如下图所示。外形图、原理电路图和图形符号如下图所示。第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁2U返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器一、自耦变压器和调压器一、自耦变压器和调压器 (a) 实物实物 (b) 外形结构外形结构 (c) 原理电路图原理电路图 (d) 图形符号图形符号 第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器一、自耦变

33、压器和调压器一、自耦变压器和调压器l使用自耦调压器时应注意以下几点：使用自耦调压器时应注意以下几点：l1一、二次绕组的公共端一、二次绕组的公共端U2或或u2接中性线，接中性线，U1端接电端接电源相线（火线），源相线（火线），u1端和端和u2端作为输出。若把相线接在端作为输出。若把相线接在U2或或u2端子，调压器输出电压即使为零端子，调压器输出电压即使为零(u1端和端和u2端重端重合，合，N2=0)，但，但u1端仍为高电位，用手触摸时有危险。端仍为高电位，用手触摸时有危险。l2一、二次绕组不能对调使用否则可能会烧坏绕组，甚一、二次绕组不能对调使用否则可能会烧坏绕组，甚至造成电源短路。至造成电源短

34、路。l3接通电源前，先将滑动触头移至零位，使输出电压为零，接通电源前，先将滑动触头移至零位，使输出电压为零，接通电源后再慢慢顺时针转动手柄，使输出电压逐步上升，接通电源后再慢慢顺时针转动手柄，使输出电压逐步上升，将输出电压调到所需值。用毕，再将手柄转回零位，以备将输出电压调到所需值。用毕，再将手柄转回零位，以备下次安全使用。下次安全使用。l4输出电压无论多低，其电流也不允许大于额定电流。输出电压无论多低，其电流也不允许大于额定电流。 第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器二、电焊变压器二、电焊变压器l电弧焊接是在焊条与焊件之间燃起电弧，

35、用电弧的高温使金属熔电弧焊接是在焊条与焊件之间燃起电弧，用电弧的高温使金属熔化进行焊接。电焊变压器就是为满足电弧焊接的需要而设计制造化进行焊接。电焊变压器就是为满足电弧焊接的需要而设计制造的特殊的变压器。下图是其原理和实物图。的特殊的变压器。下图是其原理和实物图。l为了起弧较容易，电焊变压器的空载电压一般为为了起弧较容易，电焊变压器的空载电压一般为6080 V，当，当电弧起燃后，焊接电流通过电抗器产生电压降。调节电抗器上的电弧起燃后，焊接电流通过电抗器产生电压降。调节电抗器上的旋柄可改变电抗的大小以控制焊接电流及焊接电压。维持电弧工旋柄可改变电抗的大小以控制焊接电流及焊接电压。维持电弧工作电压

36、一般为作电压一般为2530 V。第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器三、小功率电源变压器三、小功率电源变压器l在各种仪器设备中提供所需电源电压的变压器，一般容量在各种仪器设备中提供所需电源电压的变压器，一般容量和体积都很小，称为小功率电源变压器。为了满足不同部和体积都很小，称为小功率电源变压器。为了满足不同部件的需要，这种变压器常含有多个二次绕组，可从二次侧件的需要，这种变压器常含有多个二次绕组，可从二次侧获得多个不同的电压。如图所示为具有三个二次绕组的小获得多个不同的电压。如图所示为具有三个二次绕组的小功率电源变压器。功率电源变压器

37、。 第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器三、小功率电源变压器三、小功率电源变压器l在这种多绕组的变压器中，各绕组所环链的主磁通都是相在这种多绕组的变压器中，各绕组所环链的主磁通都是相同的，因此各绕组之间的变压比仍等于各匝数之比。设一同的，因此各绕组之间的变压比仍等于各匝数之比。设一次绕组的匝数为次绕组的匝数为N1，三个二次绕组的匝数分别为，三个二次绕组的匝数分别为N21、N22、N23，一次侧接电源电压，一次侧接电源电压U1，则三个二次绕组的电压分别，则三个二次绕组的电压分别是是 第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁返回

38、返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器三、小功率电源变压器三、小功率电源变压器l当各二次绕组分别接入负载阻抗当各二次绕组分别接入负载阻抗|Z1|、|Z2|、|Z3|后，二次侧电流分别为后，二次侧电流分别为 第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器三、小功率电源变压器三、小功率电源变压器l小功率电源变压器在使用中有时需要把绕组小功率电源变压器在使用中有时需要把绕组串联起来以提高电压，或把绕组并联起来以串联起来以提高电压，或把绕组并联起来以增大电流，在联接时必须认清绕组的同极性增大电流，在联接时必须认清绕组的同极性端，否则不仅达不到预期目

39、的，反而可能烧端，否则不仅达不到预期目的，反而可能烧坏变压器。坏变压器。l同极性端又称同名端。是指变压器各绕组电同极性端又称同名端。是指变压器各绕组电位瞬时极性相同的端点。以左图位瞬时极性相同的端点。以左图 为例，它有为例，它有两个二次绕组，由主磁通把它们与一次绕组两个二次绕组，由主磁通把它们与一次绕组联系在一起，当主磁通交变时，每个绕组中联系在一起，当主磁通交变时，每个绕组中都要产生感应电动势。任一瞬时这两个二次都要产生感应电动势。任一瞬时这两个二次绕组都是一端电位高，另一端电位低，这同绕组都是一端电位高，另一端电位低，这同时电位高时电位高(或同时电位低或同时电位低)的两个端点就是同的两个端

40、点就是同名端。通常在同名端旁标注以相同的符号，名端。通常在同名端旁标注以相同的符号，如如“”或或“*”。图中端点。图中端点1和和3就是同名端，就是同名端，当然端点当然端点2和和4也是同名端。也是同名端。第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器三、小功率电源变压器三、小功率电源变压器l正确的串联接法，应把两个绕组的一对异名正确的串联接法，应把两个绕组的一对异名端联在一起，如把上图中的端联在一起，如把上图中的2、3端联在一起，端联在一起，这样在另一对异名端这样在另一对异名端(1、4端端)得到的电压即得到的电压即为两个二次绕组电压之和，若接反，

41、则输出为两个二次绕组电压之和，若接反，则输出电压会抵消；正确的并联接法，应把两个绕电压会抵消；正确的并联接法，应把两个绕组的两对同名端分别联在一起组的两对同名端分别联在一起(还需注意并联还需注意并联绕组的电压必须相等绕组的电压必须相等)，如把图中的，如把图中的1、3端端以及以及2、4端分别相联这时可向负载提供更端分别相联这时可向负载提供更大的电流，如接反，则会造成线圈短路以致大的电流，如接反，则会造成线圈短路以致烧毁变压器。烧毁变压器。 l同名端与绕组的绕向有关，如下图所示，一同名端与绕组的绕向有关，如下图所示，一个绕组改变了绕向，端点个绕组改变了绕向，端点1和和3就不是同名端就不是同名端而是

42、异名端了。而是异名端了。 第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器四、仪用互感器四、仪用互感器l电工测量中经常使用的一种专用双绕组变压器，电工测量中经常使用的一种专用双绕组变压器，主要作用是扩大测量仪表的量程和使测量仪表主要作用是扩大测量仪表的量程和使测量仪表与高压电路隔离以保证安全。与高压电路隔离以保证安全。l仪用互感器按用途不同分为电压互感器和电流仪用互感器按用途不同分为电压互感器和电流互感器两种。互感器两种。第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器四、仪用互感器四、仪用互感器l

43、(1)电压互感器电压互感器电压互感器如图所示，其一次绕组匝数多，与被测的高压电压互感器如图所示，其一次绕组匝数多，与被测的高压电网并联；二次绕组匝数少，与电压表或功率表的电压线电网并联；二次绕组匝数少，与电压表或功率表的电压线圈联接，因为电压表或功率表的电感线圈电阻很大，所以圈联接，因为电压表或功率表的电感线圈电阻很大，所以电压互感器二次侧电流很小，近似于变压器的空载运行，电压互感器二次侧电流很小，近似于变压器的空载运行，于是有于是有式中式中Ku称为电压互感器的变压比。称为电压互感器的变压比。第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁2u2211UKUNNU返回返回第四章第四章 磁路与

44、变压器磁路与变压器四、仪用互感器四、仪用互感器l(1)电压互感器电压互感器当当N1N2 时，时，Ku很大，很大，U2N1时，时，Ki很大，很大，I2I2N,已超载，故不允许该负载接入。已超载，故不允许该负载接入。第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁40031050332NNN2USI87. 040031045cos332N2LUPI返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器六、电磁铁六、电磁铁l电磁铁是利用通电线圈铁心对铁磁性物质产生电磁吸力而工作的电磁铁是利用通电线圈铁心对铁磁性物质产生电磁吸力而工作的一种电器设备。如图是电磁铁的几种常见结构型式，各种电磁铁一种电器设备。如

45、图是电磁铁的几种常见结构型式，各种电磁铁都由线圈、铁心和衔铁都由线圈、铁心和衔铁(或需要吸引的铁磁体或需要吸引的铁磁体)三个基本部分构成。三个基本部分构成。其中线圈和铁心是固定不动的，衔铁则可以活动。当线圈通以励其中线圈和铁心是固定不动的，衔铁则可以活动。当线圈通以励磁电流时，在铁心中产生磁场，铁心和衔铁被磁化，并在气隙间磁电流时，在铁心中产生磁场，铁心和衔铁被磁化，并在气隙间产生电磁吸力将衔铁吸动。断电后，电磁力消失，衔铁借助于其产生电磁吸力将衔铁吸动。断电后，电磁力消失，衔铁借助于其他非电磁力复位。他非电磁力复位。(a) 接触器（马蹄式）接触器（马蹄式） (b) 继电器（拍合式）继电器（拍

46、合式） (c) 电动锤（螺管式）电动锤（螺管式）l 图图 电磁铁的结构电磁铁的结构第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器六、电磁铁六、电磁铁l1. 直流电磁铁直流电磁铁l 直流电磁铁的励磁电流为直流电流。可以证明，直流直流电磁铁的励磁电流为直流电流。可以证明，直流电磁铁的衔铁所受的电磁吸力为电磁铁的衔铁所受的电磁吸力为l式中，式中，B0为气隙的磁感应强度，单位是为气隙的磁感应强度，单位是T；0=410-7H/m，为真空的磁导率；，为真空的磁导率；S为气隙磁场为气隙磁场的截面积，单位是的截面积，单位是m2；F为电磁吸力，单位是为电磁吸力，

47、单位是N。l对于直流电磁铁，当线圈的电阻对于直流电磁铁，当线圈的电阻R及直流电压源电压及直流电压源电压U一定时，线圈中的电流一定时，线圈中的电流I（=U/R）为定值亦即磁动势）为定值亦即磁动势IN为定值，而与气隙大小无关。但在衔铁被吸合过程为定值，而与气隙大小无关。但在衔铁被吸合过程中，由于气隙迅速减小，磁阻随之减小。根据磁路的中，由于气隙迅速减小，磁阻随之减小。根据磁路的欧姆定律，磁通及磁感应强度将迅速增大，吸力也显欧姆定律，磁通及磁感应强度将迅速增大，吸力也显者增大。者增大。 第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁SBF0202返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器六、

48、电磁铁六、电磁铁l直流电磁铁吸力公式也可用来计算交流直流电磁铁吸力公式也可用来计算交流电磁铁的吸力。由于主磁通电磁铁的吸力。由于主磁通和磁感应和磁感应强度强度B都是随时间变化的正弦量，所以都是随时间变化的正弦量，所以其吸力在零与最大值其吸力在零与最大值Fm之间脉动，吸之间脉动，吸力的平均值为力的平均值为l上式表明，交流电磁铁的平均吸力为最上式表明，交流电磁铁的平均吸力为最大吸力的大吸力的1/2。通常交流电磁铁的吸力。通常交流电磁铁的吸力是指平均吸力。是指平均吸力。 第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁SBF02mav4返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器六、电磁铁六、电

49、磁铁l交流电磁铁的吸力随时间而变化的波形如左图所示。可以看出，交交流电磁铁的吸力随时间而变化的波形如左图所示。可以看出，交流电磁铁的吸力流电磁铁的吸力(t)是随时间而变化的，交流电磁铁吸力的方向是随时间而变化的，交流电磁铁吸力的方向一定，但在电流的一个周期内有两次达到零值，两次到达最大值，。一定，但在电流的一个周期内有两次达到零值，两次到达最大值，。对工频交流电来说，这意味着衔铁每秒内有对工频交流电来说，这意味着衔铁每秒内有100次的释放与重新吸次的释放与重新吸合，其结果是造成衔铁的振动，产生噪声和机械损伤。为消除振动，合，其结果是造成衔铁的振动，产生噪声和机械损伤。为消除振动，交流电磁铁的铁

50、心磁极的部分端面常嵌有一个铜质分磁环交流电磁铁的铁心磁极的部分端面常嵌有一个铜质分磁环(也称短也称短路环路环)，如右图所示。它将原来铁心中的磁通，如右图所示。它将原来铁心中的磁通分成分成1和和2两部两部分。由于磁通的变化，短路环内产生感应电压而有了感应电流，并分。由于磁通的变化，短路环内产生感应电压而有了感应电流，并阻碍磁通变化，这样使短路环内的合成磁通阻碍磁通变化，这样使短路环内的合成磁通2的变化比环外磁通的变化比环外磁通1的变化滞后，由于这两部分磁通不是同时达到零值，就不会有的变化滞后，由于这两部分磁通不是同时达到零值，就不会有吸引力为零的时候了，也不会同时到达最大值，从而起到减弱振动吸引

51、力为零的时候了，也不会同时到达最大值，从而起到减弱振动的作用，降低了噪声，这种方法称为磁通的裂相。的作用，降低了噪声，这种方法称为磁通的裂相。 第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器六、电磁铁六、电磁铁l根据根据U=4.44Nm，交流电磁铁在外加电压有效值不变的情况，交流电磁铁在外加电压有效值不变的情况下，无论气隙大小如何，下，无论气隙大小如何，m基本不变，基本不变，Bm也基本不变，所以衔铁也基本不变，所以衔铁在吸合过程中，平均吸力基本保持不变。但是由于吸合前后气隙长、在吸合过程中，平均吸力基本保持不变。但是由于吸合前后气隙长、短不同，

52、根据磁路欧姆定律短不同，根据磁路欧姆定律=IN/Rm，式中，式中一定，衔铁吸合一定，衔铁吸合前气隙大，则磁阻前气隙大，则磁阻Rm也大，那么只有励磁电流也大，那么只有励磁电流I也跟着增大。所以也跟着增大。所以衔铁在吸合过程中，随着气隙逐渐变小，磁路的磁阻显著减小，线衔铁在吸合过程中，随着气隙逐渐变小，磁路的磁阻显著减小，线圈感抗显著增大，线圈中的电流是显著减小的。由于吸合过程的时圈感抗显著增大，线圈中的电流是显著减小的。由于吸合过程的时间很短，电磁铁长期工作在吸合状态，故设计电磁铁是按吸合时的间很短，电磁铁长期工作在吸合状态，故设计电磁铁是按吸合时的发热计算的。因此，交流电磁铁在工作时衔铁与铁心

53、之间一定要吸发热计算的。因此，交流电磁铁在工作时衔铁与铁心之间一定要吸合好，要防止线圈通电后衔铁受阻卡住或吸合不紧的情况发生，否合好，要防止线圈通电后衔铁受阻卡住或吸合不紧的情况发生，否则会因长时间通过则会因长时间通过56倍的额定电流（线圈的额定电流是按衔铁倍的额定电流（线圈的额定电流是按衔铁吸合后设计的吸合后设计的) 甚至更大而烧毁线圈。这种情况下应尽快切断电源，甚至更大而烧毁线圈。这种情况下应尽快切断电源，检查排除故障。同样原因，交流电磁铁不宜过分频繁操作。检查排除故障。同样原因，交流电磁铁不宜过分频繁操作。 第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁返回返回第四章第四章 磁路与变

54、压器磁路与变压器六、电磁铁六、电磁铁表表 直流电磁铁与交流电磁铁的比较直流电磁铁与交流电磁铁的比较第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压器和电磁铁返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器六、电磁铁六、电磁铁l例例一个交流电磁铁如图所示，励磁绕组的额定电压一个交流电磁铁如图所示，励磁绕组的额定电压U=380 V，频率频率f=50 Hz，匝数，匝数N=8 650，铁心面积，铁心面积S=2.5 cm2。试求此。试求此电磁铁的平均电磁吸力。电磁铁的平均电磁吸力。l解：主磁感应强度的最大值解：主磁感应强度的最大值l Bm=l电磁吸力的平均值电磁吸力的平均值第五节第五节 常用变压器和电磁铁常用变压

55、器和电磁铁0.8TT105 . 286505044. 438044. 44-fNSUN6 .63210 44105 . 28 . 0247-4202mavSBF返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器 单相配电变压器在低压配电网中的应用单相配电变压器在低压配电网中的应用 l为解决低压配电网存在的线损负荷高、电压质量差等问题，可按照为解决低压配电网存在的线损负荷高、电压质量差等问题，可按照“10千千伏线路深入负荷中心，配电变压器小容量、密布点伏线路深入负荷中心，配电变压器小容量、密布点”的总体思路和缩短低的总体思路和缩短低压供电半径的原则，采用单相配电变压器供电。采用单相配电变压器的方压供

56、电半径的原则，采用单相配电变压器供电。采用单相配电变压器的方法切实可行，从而为负荷密度小、用户分布广的区域开辟了一条供电新途法切实可行，从而为负荷密度小、用户分布广的区域开辟了一条供电新途径。径。l单相配电变压器体积小、重量轻，可以最大限度深入负荷中心，缩短低压单相配电变压器体积小、重量轻，可以最大限度深入负荷中心，缩短低压网络半径，降低损耗。该型变压器可采用杆挂式安装，安装方便，并能减网络半径，降低损耗。该型变压器可采用杆挂式安装，安装方便，并能减少台区材料费用。少台区材料费用。l单相配电变压器一般采用单杆悬挂的安装方式，电杆选用单相配电变压器一般采用单杆悬挂的安装方式，电杆选用12米重型水

57、泥杆米重型水泥杆或或15米水泥杆。单相配电变压器的安装地点受地理因素限制少，但受负荷米水泥杆。单相配电变压器的安装地点受地理因素限制少，但受负荷性质因素制约多。性质因素制约多。l据配电变压器安装要求，结合电网实际运行情况，单相配电变压器安装的据配电变压器安装要求，结合电网实际运行情况，单相配电变压器安装的典型配置，应包括单相配电变压器、低压开关、无功补偿装置及配电负荷典型配置，应包括单相配电变压器、低压开关、无功补偿装置及配电负荷监测系统等设备。监测系统等设备。l在负荷分散、密度小、无三相电力用户条件下使用单相变压器，具有优势。在负荷分散、密度小、无三相电力用户条件下使用单相变压器，具有优势。

58、 实践应用实践应用返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器1. 铁磁材料因其内部有磁畴而使其具有被磁化的可能。铁磁材料的主铁磁材料因其内部有磁畴而使其具有被磁化的可能。铁磁材料的主要性能是高导磁性、磁饱和性和磁滞性。铁磁材料按其磁性能又分为软要性能是高导磁性、磁饱和性和磁滞性。铁磁材料按其磁性能又分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料三种类型，它们的磁化曲线面积大小不同。磁材料、硬磁材料和矩磁材料三种类型，它们的磁化曲线面积大小不同。2在电气设备中，为了得到较强的磁场并有效地加以利用，常采用导在电气设备中，为了得到较强的磁场并有效地加以利用，常采用导磁性能良好的铁磁材料做成一定形状的铁心，使磁

59、场集中分布于由铁心磁性能良好的铁磁材料做成一定形状的铁心，使磁场集中分布于由铁心构成的闭合路径内，形成磁路。磁路的主要物理量有磁感应强度构成的闭合路径内，形成磁路。磁路的主要物理量有磁感应强度B、磁、磁通通、磁导率、磁导率和磁场强度和磁场强度H等。磁路与电路有对偶性。磁通等。磁路与电路有对偶性。磁通电流电流I、磁通势磁通势IN电动势电动势E、磁阻、磁阻Rm电阻电阻R一一对应，甚至磁路欧姆定律一一对应，甚至磁路欧姆定律一电路欧姆定律也相对应。磁路欧姆定律一电路欧姆定律也相对应。磁路欧姆定律 是分析磁路的基础，由于磁性物质的磁阻不是常数，故它常用于定性分是分析磁路的基础，由于磁性物质的磁阻不是常数

60、，故它常用于定性分析，交流铁心线圈主磁通析，交流铁心线圈主磁通m 它与电源电压、频率及线圈匝数有关，它与电源电压、频率及线圈匝数有关，只要只要U、f不变，其主磁通大小就基本不变。这关系适用于一切交流励不变，其主磁通大小就基本不变。这关系适用于一切交流励磁的磁路，如变压器、异步电动机及交流接触器等。磁的磁路，如变压器、异步电动机及交流接触器等。 本章小结本章小结mRFSlINfNU44. 4返回返回第四章第四章 磁路与变压器磁路与变压器3铁心线圈根据电源的不同，分为直流铁心线圈和交铁心线圈根据电源的不同，分为直流铁心线圈和交流铁心线圈，它们具有不同的工作特性。在直流铁心线流铁心线圈，它们具有不同