电工电子技术课件三

第五章磁路与变压器§5.1磁路的基本概念§5.2变压器§5.3

特殊变压器第五章磁路与变压器一、磁感应强度（磁通密度）与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通（磁力线）。单位：韦伯1Tesla=104高斯B

的单位：特斯拉（Tesla）5.1磁路基本概念二、磁通单位：韦伯（Wb）B

单位：特斯拉（T）磁感应强度B与垂直与磁场方向的面积S的乘积，称为通过该面积的磁通。单位：伏秒三、磁场强度H磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁感应强度和导磁率之比。单位：B

：特斯拉：亨/米：安/米四、磁导率：表征各种材料导磁能力的物理量（亨/米）

真空中的磁导率()为常数一般材料的磁导率和真空中的磁导率之比，称为这种材料的相对磁导率，则称为磁性材料，则称为非磁性材料1.非线性大小BH(I)

2.磁饱和性HBBH

3.磁滞性根据磁性能，磁性材料又可分为三种：软磁材料（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）；永磁材料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）；矩磁材料（滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。5.1.1铁磁材料的磁性能磁路：主磁通所经过的闭合路径。i线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁通。：主磁通：漏磁通铁心（导磁性能好的磁性材料）线圈5.1.2磁路基本定律磁路的基本概念一.安培环路定律（全电流律）：

磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等于通过这个闭合路径内电流的代数和。I1I2I3电流方向和磁场强度的方向符合右手定则的，电流取正；否则取负。

在无分支的均匀磁路（磁路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：磁路长度L线圈匝数NIHL：称为磁压降。NI：称为磁动势。一般用F表示。F=NI总磁动势在非均匀磁路（磁路的材料或截截面积不同，或磁磁场强度不等）中中，总磁动势等于各段段磁压降之和。例：IN对于均匀磁路磁路中的欧姆定律二.磁路的欧欧姆定律：则：INSL注：由于磁性材料是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性分析，不做定量计算。令：Rm称为磁阻磁路和电路的比较磁路电路磁通INR+_EI磁压降磁动势电动势电流电压降U基本定律磁阻磁感应强度安培环路定律磁路IN欧姆定律电阻电流强度基尔霍夫电压定律基尔霍夫电流定律磁路与电路的比较电路R+_EI变压器功能能：变电压：电力系统变阻抗：电子电路中的阻抗匹配（如喇叭的输出变压器）

变电流：电流互感器

5.2变变压器5.2.1变压器器的用途、、构造和分分类发电厂1.05万伏输电线22万伏升压变电站1万伏降压变压器应用用举例…降压实验室380/220伏降压仪器36伏降压单相变压器器铁芯原边绕组副边绕组结构：5.2.2变压压器基本原原理变压器符号：电磁关系：：N1N2N1N2A空载运运行：原边接入电电源，副边边开路。接上交流电源原边电流i1等于励磁电流i10

产生感应电动势

i10产生磁通（交变）（方向符合右手定则）结论：改变匝数比比，就能改变输出电电压。K为变比根据交流磁路的分析可得：时B、负载运运行：Z副边带负载载后对磁路路的影响：在副副边感应电电压的作用下，副副边线圈中中有了电流i2。此电流在磁磁路中也会产生磁磁通，从而而影响原边边电流i1。但当外加电电压、频率率不变时，，铁芯中主主磁通的最最大值在变变压器空载载或有负载载时基本不不变。带负载后磁动势的平平衡式为：结论：原、副边电电流与匝数数成反比由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流很小，可忽略。即：从原边等效：结论：变压器原边边的等效负负载，为副副边所带负负载乘以变比的平方方。C、阻抗变变换例：扬声器上如如何得到最最大输出功功率RsRL信号源设：信号电压的有效值:U1=50V;信号内阻：Rs=100;负载为扬声器，其等效电阻：RL=8。求：负载上得到到的功率解：（1）将负载直接接到信号源上，得到的输出功率为：Rs（2）将负负载通过变变压器接到到信号源上上。输出功率为：设变比则：结论：由此此可见，加加入变压器器以后，输出功率提提高了很多多。原因是满足足了电路获获得最大输出功功率的条件（RS=RL’）。副边输出电压和输出电流的关系。即：U2I2U20U20：原边加额额定电压、、副边开路时时，副边的的输出电压。一般供电系系统希望要要硬特性（（随I2的变化，U2变化不多））5.2.3变压器器的外特性性A变压压器的额定定值变压器正常常运行的状状态和条件件，称为变变压器的额额定工作情情况，表征征变压器额额定工作情情况的电压压、电流和和功率等数数值，称为为变压器的的额定值，，它标在变变压器的铭铭牌上，称称为铭牌值值。变压器的主主要额定值值如下：(1)额定定容量SN变压器的额额定容量指指它的额定定视在功率率，以伏安安(V·A)或千伏伏安(kV·A)为为单位。在在单相变压压器中，SN＝U2NI2N，在三相变变压器中，，SN=U2NI2N。(2)额定电压U1N和U2N原绕组的额额定电压U1N是指原绕组组上应加的的电源电压压或输入电电压，副绕绕组的额定定电压U2N是指原绕组组加上额定定电压时副副绕组的空空载电压U20。在三相变压压器铭牌上上给出的额额定电压U1N和U2N均为线电压压。(3)额定定电流I1N和I2N变压器的额额定电流I1N和I2N是根据绝缘缘材料所允允许的温度度而规定的的原、副绕绕组中允许许长期通过过的最大电电流值。在在三相变压压器中，I1N和I2N均指线电流流。(4)额定定频率fN我国规定标标准工业频频率为50Hz。。变压器的额额定值决定定于变压器器的构造和和所用的材材料。使用用变压器时时一般不能能超过其额额定值，除除此之外，，还必须注注意：工作作温度不能能过高；原原、副绕组组必须分清清；防止变变压器绕组组短路，以以免烧毁变变压器。B变压压器的外特特性变压器的外外特性是指指电源电压压U1为额定电压压，额定频频率，负载载功率因数数cosΦΦ2一定时时，U2随I2变化的关系系曲线，即即U2＝f(I2)，如图所所示。为防止涡流流损失，铁铁芯一般由由一片片导导磁材料叠叠成(如硅硅钢片)。。变压器的损耗包括两部分：铜损(PCU)：绕组导线电阻所致。磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，造成的损失。涡流损失：交变磁通在铁芯中产生的感应电流（涡流），造成的损失。铁损()：PFE5.2.4变压器器的功率与与效率A变压压器的功率率变压器初级级的输入功功率为式中φφ1为原边边电压与电电流的相位位差。变压器次级级的输出功功率为式中φ2为副边电压压与电流的的相位差。。输入功率与与输出功率率的差就是是变压器所所损耗的功功率，即变压器的功功率损耗，，包括铁损损△PFe(磁滞损耗耗和涡流损损耗)和铜铜损△Pcu(线圈导线线电阻的损损耗)。即即铁损和铜损损可以用试试验方法测测量或计算算求出，铜铜损(+)与与负载大小小(正比于于电流的平平方)有关关，是可变变损耗；而而铁损与负负载大小无无关，当外外加电压和和频率确定定后，一般般是常数。。B变压压器的效率率与机械效率率的意义相相似，变压压器的效率率也就是变变压器输出出功率与输输入功率之之比的百分分值，即变压器的效效率较高。。大容量变变压器在额额定负载时时的效率可可达98％％～99％％，小型电电源变压器器的效率约约为70％％～80％％。变压器器的效率还还与负载有有关，轻载载时效率很很低，因此此应合理选选用变压器器的容量，，避免长期期轻载或空空载运行。。当电流流入入两个线圈圈(或流出出）时，若若产生的磁通通方向相同同，则两个流入端端称为同极极性端（同名端））。或者说说，当铁芯芯中磁通变变化（增大大或减小））时，在两两线圈中产产生的感应应电动势极极性相同的的两端为同同极性端。。同极性端(同名端)AXax**AXax**5.2.5变压器绕绕组的极性性电器使用时时两种电压压（220V/110V）的的切换：220V：：联结2－－3110V：：联结1－－3，2－4线圈的接法法1324**220V：联结2－3励磁两种接法下下线圈工作作情况的分分析**1324110V：：联结1－3，，2－41,32,4220V：：联结2－31324**说明：两种接法下不变，所以铁芯磁路的设计相同励磁'问题1：在110V情况下，如如果只用一一个绕组（（N），行不行行？答：不行（两绕绕组必须并并绕）原边有两个个相同绕组组的电源变变压器（220/110），使用用中应注意意的问题：：**13241,32,4N若两种接法铁芯中的磁通相等，则：问题2：如果两绕组组的极性端端接错，结结果如何？？结论：在极性不明明确时，一一定要先测测定极性再再通电。答：有可能烧毁毁变压器两个线圈中的磁通抵消烧毁感应电势电流

很大原因：**1324’方法一：交流法法AXax若说明A与a

或X

与

x为同极性端。把两个线圈的任意两端(X-x)连接,然后在AX

上加一小电压u。测量：若说说明明A与x或X与a是同极性端；结论：同极性端的测定定方法方法二：直流法法mA表+_AXaxK+-**AXax+_K设K闭合时增加。感应电动势的方向，阻止的增加。如果当

K闭合时，mA表正偏，则A－a为同极性端;如果当K闭合时，mA表反偏，则A－x为同极性端结论：5.3.1自自耦变压器ABP使用时，改变滑滑动端的位置，，便可得到不同同的输出电压。。实验室中用的的调压器就是根根据此原理制作作的。注意：原、副边边千万不能对调调使用，以防变压器损坏坏。因为N变小小时，磁通增大大，电流会迅速速增加。5.3特殊殊变压器5.3.2仪仪用互感器用于测量用的变变压器称为仪用用互感器，简称称互感器。采用用互感器的主要要目的是扩大测测量仪表的量程程，使测量仪表表与大电流或高高电压电路隔离离。按用途分，互感感器分为电流互互感器和电压互互感器两种。A.电流互感器器：用低量程的的电流表测大电电流（被测电流）N1（匝数少）N2（匝数多）ARi1i2电流表被测电流=电流流表读数N2/N11.副边