第六章 变压器

电工电子技术第6章变压器6.2变压器6.1磁路和交流铁芯线圈电路：本章要求1234理解变压器的基本结构、工作原理以及运行性能；重、难点

掌握磁场的物理量，磁性材料的磁性能；掌握磁路基本定律；重、难点特殊变压器的应用；难点磁路和交流铁芯线圈电路主要内容：重难点：6.1磁路和交流铁芯线圈电路磁场的物理量，磁性材料的磁性能；磁路基本定律磁路基本定律6.1磁路和交流铁芯线圈电路(1)磁感应强度B磁场的基本物理量——矢量单位：T（特斯拉），

B=F/(LI),B=H

均匀磁场——磁场内各点的B

大小相等，方向相同。——标量单位：Wb对于均匀磁场

=B·S——矢量定义H=B/

单位：A/m(安/米)(2)磁通

(3)磁场强度H——真空磁导率

0=410–7H/m(亨/米)(4)磁导率

相对磁导率r=/0

对于铁磁材料r=1021056.1磁路和交流铁芯线圈电路(1)高导磁性

在外磁场的作用下，磁性物质被强烈磁化而呈现出很强的磁性。Hm–HmBr–HCBH(2)磁滞性B的变化落后于H。剩磁矫顽力铁磁性材料特性6.1磁路和交流铁芯线圈电路(3)磁饱和性

H增加，B增加很小的现象。Hm–HmBrHCBHB-H

-HbcBH

aa、c段

值大、过c点出现饱和铁磁性材料特性6.1磁路和交流铁芯线圈电路

磁路是研究局限于一定范围内的磁场问题。I

主磁通

漏磁通铁心线圈磁路：磁通相对集中通过的路径磁路及其基本定律6.1磁路和交流铁芯线圈电路lNui–+根据得Hl=NI磁通势：F=NI(单位：安)磁压降：Hl

磁路欧姆定律：磁路为不同材料组成时磁路磁阻：Rm磁路的欧姆定律6.1磁路和交流铁芯线圈电路

一均匀闭合铁心线圈如图，匝数为300，铁心中磁感应强度为0.9T，磁路的平均长度为45cm。试求：(1)铁心材料为铸铁时线圈中的电流；(2)铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。例题[解]先从磁化曲线中查出磁场强度的H值，然后再计算电流：（1）（2）6.1磁路和交流铁芯线圈电路1、电磁关系

Φ

Φ

Nuiee

––+–++设：

=

msinte=–Nmcost=Emsin(t–90)Em=Nm=

2f

Nm=

2f

NBmS

感应电动势的有效值：交流铁心线圈电路

（1）主磁电动势e

(2）漏磁电动势e

6.1磁路和交流铁芯线圈电路2、

外加电压与磁通的关系

Nuiee

––+–++u→Fm=iN→uR

=iR

(主磁通)→

(漏磁通)→由KVL：u=iR–e–e

因为R和e

很小所以

u–eU的有效值U

E=

4.44fNmU=

4.44fNBmS6.1磁路和交流铁芯线圈电路3、功率损耗

Nie

–+u–+e–+(1)磁滞损耗∆Ph铁心反复磁化时所消耗的功率。(2)涡流损耗∆Pe

在铁心中产生的感应电流而引起的损耗。(3)铁心损耗∆PFe铁心损耗=磁滞损耗+涡流损耗(4)铜损耗∆PCu

线圈电阻产生的损耗∆PCu

=I2R交流铁心线圈工作时功率损耗为:P=UICOSθ=

I2R+∆PFe6.1磁路和交流铁芯线圈电路小结

1、磁场的物理量；2、磁性材料的磁性能；

3、磁路基本定律思考交流铁芯线圈电路怎样分析电磁关系？变压器主要内容：重难点：6.2变压器变压器的基本结构、工作原理；变压器电压、电流和阻抗变换作用变压器的工作原理；特殊变压器的应用6.2变压器变压器：是各种电气设备及电子系统中应用广泛的一种多端子磁耦合基本电路元件，利用电磁感应原理实现从一种电压的交流电能转换成同频率的另一种电压的交流电能。变压器的功能：在能量传输过程中，当输送功率P=UIcos

及负载功率因数cos

一定时：电能损耗小节省金属材料（经济）U

I

P=

I²RlI

S变压器概述6.2变压器变压器概述电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全6.2变压器电压互感器

电流互感器

按用途分电力变压器(输配电用)仪用变压器

特种变压器

按铁心方式壳式心式变压器符号变压器的分类实验变压器

按相数分三相变压器单相变压器按绕组分双绕组变压器三绕组变压器自耦变压器

按冷却分干式变压器油浸式变压器6.2变压器变压器的结构变压器铁心：硅钢片叠压而成。变压器绕组：高强度漆包线绕制而成。其他部件：油箱、冷却装置、保护装置铁心线圈心式变压器铁心线圈壳式变压器绕组:一次绕组二次绕组变压器电路铁心由高导磁硅钢片叠成厚0.35mm或0.5mm变压器磁路

6.2变压器变压器的工作原理6.2变压器(1)空载运行情况电磁关系一次侧接交流电源，二次侧开路。+–+–+–+–+–

1

i0(i0N1)

1空载时，铁心中主磁通

是由一次绕组磁通势产生的。变压器的工作原理6.2变压器

1N1N2

••I0•E2

•U20•E1

•U1

•

E

1

•–+––+++–变压器空载：E1

=

4.44fN1

mE2

=

4.44fN2

m结论U1U20—–=–—=KN1N2—变比变压器的工作原理（2）空载运行情况电压变换6.2变压器(1)带负载运行情况电磁关系一次侧接交流电源，二次侧接负载。+–+–+–

1

1i1(i1N1)i1i2(i2N2)

2有载时，铁心中主磁通

是由一次、二次绕组磁通势共同产生的合成磁通。

2i2+–e2+–e2+–u2

Z

变压器的工作原理6.2变压器变压器的工作原理（2）负载运行情况电压平衡方程SZLN1N2

••I1E2

•U2

•E1

•U1

•

E

1

••I2+–+–

E

2

•+–+–+–+–+6.2变压器SZLN1N2

••I1E2

•U2

•E1

•U1

•

E

1

••I2+–+–

E

2

•+–+–+–+–+

•(I0

小)结论产生主磁通

的磁通势有效值I0=I1N(2.55)

变压器接负载：变压器的工作原理（3）负载运行情况电流变换6.2变压器•I2KZL•U2•U1•I1Z0E•+––++–'ZL结论可利用变压器进行阻抗匹配变压器的工作原理（4）阻抗变换+–6.2变压器

如图所示，交流信号源E=120V，内阻R0=800

，负载RL=8

。(1)当RL

折算到一次侧的等效电阻RL=R0

时，求变压器的匝数和信号源的输出功率；(2)当将负载直接与信号源连接时，信号源输出多大功率？例题[解]•I2KRL•U2•U1•I1R0E•+–+–+–'RL(2)直接接负载时此时信号源的输出功率：(1)变压器的匝数比应为：6.2变压器

单相变压器一次绕组N1=1000匝，二次绕组N2=500匝，现一次侧加电压U1=220V，二次侧接电阻性负载，测得二次侧电流I2=4A，试求（1）二次侧的额定电压为U2N；（2）变压器一次侧的等效负载

；（3）变压器输出功率

P2。例题[解](1)

，而，所以(2)由于，因此，有：V

(3）W6.2变压器变压器的运行性能

1、电压调整率：当一次侧电压U1和负载功率因数cos

2保持不变时，二次侧输出电压U2和输出电流I2的关系，U2=f(I2)。

U20：一次侧加额定电压、二次侧开路时，二次侧的输出电压。一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2

变化不大），电压变化率约在5%左右。电压变化率：cos

2=0.8(感性）U2I2U20I2Ncos

2=1O

(容性负载）电压变化率约在5%左右6.2变压器变压器的运行性能2.变压器的效率()变压器的损耗包括两部分：铜损(

PCu)：绕组导线电阻的损耗。与负载大小（正比于电流平方）有关。

铁损(

PFe)：变压器的效率为一般

95%,负载为额定负载的(50~75)%时,最大。输出功率输入功率磁滞损耗：涡流损耗它与铁心内磁感应强度的最大值Bm的平方成正比。与负载大小无关。6.2变压器

有一单相变压器的额定容量50kV·A、额定电压10000V/250V，当该变压器向

的负载供电时，正好满载，试求变压器一次侧、二次侧绕组额定电流和电压变化率。例题[解]

AAV6.2变压器特殊变压器U1•N1N2ZL•U2+

+

•U1

•N1N2

•U2ZLI1

•I2

•I+

+

(1)自耦变压器（1）使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。（2）实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。（3）注意：一次、二次侧千万不能对调使用，以防变压器损坏。6.2变压器特殊变压器（2）电压互感器被测电压=电压表读数

N1/N2VZLN1（匝数多）保险丝N2（匝数少）~u（被测电压）使用注意事项：（1）

铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在二次侧出现高压。（2）二次侧不能短路，以防产生过流；实现用低量程的电压表测量高电压6.2变压器特殊变压器电流表（被测电流）N1（匝数少）N2（匝数多）AZLi1i2被测电流=电流表读数

N2/N1实现用低量程的电流表测量大电流使用注意事项：（1）二次侧不能开路，以防产生高电压；（2）铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在二次侧出现过压。（3）电流互感器6.2变压器变压器绕组的极性判定同极性端:当电流流入(或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入(或流出）端。（1）同极性端(同名端)••UXux•UXux

同极性端用“•”表示。增加+–+++–––同极性端和绕组的绕向有关。•6.2变压器(2)线圈的接法变压器绕组的极性判定联接

2－3

变压器原一次侧有两个额定电压为110V的