电磁场PPT课件

1、 变压器电磁原理变压器电磁原理小组成员：李凯龙 汪柏松 蔡金 李艺杰 罗乃业 杨红健 白冰综述 变压器（变压器（Transformer）是）是利用电磁感应的原理来改变交流利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。 主要功能有：电压变换、电主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。按用途可（磁饱和变压器）等。按用途可以分为：电力变压器和特殊变压以分为：电力变压器和特殊变压器电路符号常用器电路符号常用T当作编号的开当作编号的开头头.例例: T0

2、1, T201等。等。工作原理发展历史电磁感应能量传递发展历史 法拉第法拉第在在1831年年8月月29日发明了一个日发明了一个“电感环电感环”，称为，称为“法法拉第感应线圈拉第感应线圈”，实际上是世界上第一只变压器雏形。但法拉，实际上是世界上第一只变压器雏形。但法拉第只是用它来示范电磁感应原理，并没有考虑过它可以有实际第只是用它来示范电磁感应原理，并没有考虑过它可以有实际的用途。的用途。 1881年，路森年，路森戈拉尔戈拉尔（Lucien Gaulard）和约翰）和约翰狄克狄克逊逊吉布斯吉布斯（John Dixon Gibbs）在伦敦展示一种称为）在伦敦展示一种称为“二次手二次手发电机发电机”

3、的设备，然后把这项技术卖给了美国西屋公司，的设备，然后把这项技术卖给了美国西屋公司， 这可这可能是第一个实用的电力变压器，但并不是最早的变压器。能是第一个实用的电力变压器，但并不是最早的变压器。 1884年，路森年，路森戈拉尔和约翰戈拉尔和约翰狄克逊狄克逊吉布斯在采用电力照吉布斯在采用电力照明的意大利都灵市展示了他们的设备。早期变压器采用直线型明的意大利都灵市展示了他们的设备。早期变压器采用直线型铁心，后来被更有效的环形铁心取代。铁心，后来被更有效的环形铁心取代。 西屋公司的工程师威廉西屋公司的工程师威廉史坦雷从乔治史坦雷从乔治威斯汀豪斯、路森威斯汀豪斯、路森戈戈拉尔与约翰拉尔与约翰狄克逊狄克

4、逊吉布斯买来变压器专利以后，在吉布斯买来变压器专利以后，在1885年制造年制造了第一台实用的变压器。后来变压器的铁心由了第一台实用的变压器。后来变压器的铁心由E型的铁片叠合而型的铁片叠合而成，并于成，并于1886年开始商业运用。年开始商业运用。 变压器变压原理首先由法拉第发现，但是直到十九世纪变压器变压原理首先由法拉第发现，但是直到十九世纪80年年代才开始实际应用。在发电场应该输出直流电和交流电的竞争中，代才开始实际应用。在发电场应该输出直流电和交流电的竞争中，交流电能够使用变压器是其优势之一。变压器可以将电能转换成交流电能够使用变压器是其优势之一。变压器可以将电能转换成高电压低电流形式，然后

5、再转换回去，这是因为电能通过原绕组高电压低电流形式，然后再转换回去，这是因为电能通过原绕组产生交变磁场成为磁能，磁场又通过铁芯传导到副绕组，副绕组产生交变磁场成为磁能，磁场又通过铁芯传导到副绕组，副绕组上的线圈在交变磁场中产生电流，变为电能，因此大大减小了电上的线圈在交变磁场中产生电流，变为电能，因此大大减小了电能在输送过程中的损失，使得电能的经济输送距离达到更远。如能在输送过程中的损失，使得电能的经济输送距离达到更远。如此一来，发电厂就可以建在远离用电的地方。世界大多数电力经此一来，发电厂就可以建在远离用电的地方。世界大多数电力经过一系列的变压最终才到达用户那里的。过一系列的变压最终才到达用

6、户那里的。B工作原理 变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。它可以变换它可以变换交流电压、电流和阻抗。最简单的铁心变压器由交流电压、电流和阻抗。最简单的铁心变压器由一个软磁材料做成的铁心及套在铁心上的两个匝一个软磁材料做成的铁心及套在铁心上的两个匝数不等的线圈构成，如图所示。数不等的线圈构成，如图所示。 铁芯的作用是加强两个线圈间的磁耦合。为了减少铁内铁芯的作用是加强两个线圈间的磁耦合。为了减少铁内涡流和磁滞损

7、耗，铁心由涂漆的硅钢片叠压而成涡流和磁滞损耗，铁心由涂漆的硅钢片叠压而成;两个线圈之两个线圈之间没有电的联系，线圈由绝缘铜线（或铝线）绕成。一个线间没有电的联系，线圈由绝缘铜线（或铝线）绕成。一个线圈接交流电源称为圈接交流电源称为初级线圈初级线圈（或原线圈），另一个线圈接用（或原线圈），另一个线圈接用电器称为电器称为次级线圈次级线圈（或副线圈）。实际的变压器是很复杂的，（或副线圈）。实际的变压器是很复杂的，不可避免地存在不可避免地存在铜损铜损（线圈电阻发热）、（线圈电阻发热）、铁损铁损（铁心发热）（铁心发热）和和漏磁漏磁（经空气闭合的磁感应线）等，为了简化讨论这里只（经空气闭合的磁感应线）等，

8、为了简化讨论这里只介绍理想变压器。理想变压器成立的条件是：忽略漏磁通，介绍理想变压器。理想变压器成立的条件是：忽略漏磁通，忽略原、副线圈的电阻，忽略铁心的损耗，忽略空载电流忽略原、副线圈的电阻，忽略铁心的损耗，忽略空载电流（副线圈开路原线圈线圈中的电流）。（副线圈开路原线圈线圈中的电流）。电应磁感 电磁感应（电磁感应（Electromagnetic induction）现象是指放在变化磁通）现象是指放在变化磁通量中的导体，会产生电动势。量中的导体，会产生电动势。此电动此电动势称为感应电动势或感生电动势，若势称为感应电动势或感生电动势，若将此导体闭合成一回路，则该电动势将此导体闭合成一回路，则该

9、电动势会驱使电子流动，形成感应电流（感会驱使电子流动，形成感应电流（感生电流）。生电流）。 而其本质则可以追溯至麦克斯韦的电磁场理论，电场和磁而其本质则可以追溯至麦克斯韦的电磁场理论，电场和磁场只是电磁场的两种具体表现，变化的磁场可以产生电场，变场只是电磁场的两种具体表现，变化的磁场可以产生电场，变化的电场亦可以产生磁场，而流经初级线圈的为交变电流，从化的电场亦可以产生磁场，而流经初级线圈的为交变电流，从微观角度分析，其电荷所产生的电场是变化的，故将在空间中微观角度分析，其电荷所产生的电场是变化的，故将在空间中对应的激发变化的磁场，其激发的磁场通过变压器铁心的集磁，对应的激发变化的磁场，其激发

10、的磁场通过变压器铁心的集磁，流经次级线圈，因其磁场是变化的，又会产生交变的电场，使流经次级线圈，因其磁场是变化的，又会产生交变的电场，使次级线圈中的自由电子受电场力作用，形成电流。次级线圈中的自由电子受电场力作用，形成电流。 谈及其根本为什么会有“变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场”这一现象，目前而言是无法从理论上得以推论的，这仅仅是实验所归纳的结论而已，我们只能根据麦克斯韦所归纳的关于电磁场的四个方程式，来得以定量的计算。 但事实上，到目前为止，我们并不能确切的知道“场“到底是一种什么样的物质，虽然我们通过大量的实验可以得到一些关于物体在场中相互作用的规律，但归咎其根本，却仍然无从得知，

11、包括整个场（电磁场，力场）等的运作方式及其原理，我们都无从得知。 虽然如此，但我们却仍然可以通过实验得来的结论与积累的经验对这些规律进行应用，并以此来优化我们的生活，如变压器的构造，则是对电磁场加以应用的一个例子。以下为麦克斯韦方程组的积分形式闭合面积分闭合回路积分213 当变压器的原线圈接在交流电源上时，当变压器的原线圈接在交流电源上时，铁心中便产生交变磁通，交变磁通用铁心中便产生交变磁通，交变磁通用表示。原、副线圈中的表示。原、副线圈中的是相同的是相同的，由，由法拉第电磁感应定律可知，原、副线圈法拉第电磁感应定律可知，原、副线圈中的感应电动势为中的感应电动势为e1=-N1d/dt、e2=-

12、N2d/dt。式中式中N1、N2为原、副线圈为原、副线圈的匝数。的匝数。由图可知由图可知U1=-e1、U2=e2（原线圈物理量用下角标（原线圈物理量用下角标1表示，副线表示，副线圈物理量用下角标圈物理量用下角标2表示）表示）令令k=N1/N2，称变压器的变比。由上式可得称变压器的变比。由上式可得U1/ U2=-N1/N2=-k，即变压器原、副线圈电压，即变压器原、副线圈电压有效值之比，等于其匝数比而且有效值之比，等于其匝数比而且原、副原、副线圈电压的位相差为线圈电压的位相差为。进而得出：进而得出：U1/U2=N1/N2 在空载电流可以忽略的情况在空载电流可以忽略的情况下，由于功率守恒有下，由于功率守恒有I1/ I2=-N2/N1，即原、副线圈电流有效，即原、副线圈电流有效值大小与其匝数成反比，且值大小与其匝数成反比，且相位相位差差。进而可得：。进而可得：I1/ I2=N2/N1能量传递 在变压器中存在着在变压器中存在着磁势平衡磁势平衡和和电势平衡电势平衡连个基本关系，负载变化连个基本关系，负载变化对原边的影响是通过副边磁势起作对原边的影