研究生入学考试第5章变压器

第五章磁路与变压器精选ppt第五章磁路与变压器§5.1磁路的根本概念上一页下一页返回本章§5.2交流铁心线圈电路§5.3变压器§5.4几种常用的变压器精选ppt§5.1磁路的根本概念一、铁磁材料磁畴铁磁材料:能被磁化的的材料。例如：铁、钴、镍以及它们的合金和氧化物。铁心：由铁磁材料制成磁畴：铁心自身存在的自然磁性小区域注意：在没有外磁场作用时，磁畴的方向杂乱无章，宏观不显磁性。返回本章铁心上一页下一页精选ppt磁化：在一定强度外磁场的作用下,磁畴将沿外磁场方向趋向规那么排列，产生附加磁场，使通电线圈的磁场显著增强。IIΦ铁心通电线圈磁化过程返回本章返回本节直线1表示空心线圈的情况；曲线2表示线圈放入铁心的情况。ΦIOAB直线1曲线2上一页下一页精选ppt磁化过程说明直线1曲线2(磁化曲线)I与Φ成正比且增加率较小OA段AB段B点以后大局部磁畴的磁场沿外磁场方向排列,Φ与I成正比且增加率较大所有磁畴的磁场最终都沿外磁场方向排列,铁心磁场从未饱和状态过渡到饱和状态称饱和状态，铁心的增磁作用已到达极限返回本章返回本节上一页下一页精选ppt磁路：主磁通所经过的闭合路径。i二、磁路

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）线圈返回本章返回本节上一页下一页精选ppt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返回本章返回本节上一页下一页精选ppt三、磁滞现象磁滞：铁心线圈通入交流电，铁心中的磁畴会随交流电的变化而被反复磁化。由于磁畴本身存在“惯性〞，使得磁通的变化滞后电流的变化。外磁场不断克服磁畴的“惯性〞消耗的能量，为磁滞损耗。磁滞损耗是铁心发热的原因之一。返回本章返回本节上一页下一页精选ppt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，那么称为铁磁材料，那么称为非铁磁材料返回本章返回本节上一页下一页精选ppt硬磁材料

矩磁材料

铁磁材料的磁性能是：1、高导磁性2、磁饱和性3、磁滞性软磁材料返回本章返回本节BH0+Br-Br-Hc+Hc+HcBH0+Br-Br-Hc-Hc+Hc0BH-Br+Br不同材料的磁滞回线上一页下一页精选ppt

根据磁性能，磁性材料又可分为三种：2、硬磁材料〔磁滞回线宽。常用做永久磁铁〕；1、软磁材料〔磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等〕；3、矩磁材料〔磁滞回线接近矩形。可用做记忆元件〕。返回本章返回本节上一页下一页精选ppt五、涡流ii交变的磁通穿过铁心导体时，在其内部产生的旋涡状的电流。涡流会使铁心发热并消耗能量，为了减小涡流损耗，铁心常采用涂有绝缘材料的硅钢片叠成。由硅钢片叠成的铁心铁磁材料的铁心线圈返回本章返回本节上一页下一页精选ppt电路方程：交流激励线圈中产生感应电势§5.2

交流铁心线圈电路：主磁通：漏磁通ui

和

产生的感应电势∴一般情况下uR

很小，漏磁通很小返回本章N上一页下一页精选ppt假设则最大值有效值uiN—线圈匝数；f—电源频率；—铁心中交变磁通的幅值返回本章返回本节上一页下一页精选ppt例1有一个铁心线圈接在交流220V、50Hz的交流电源上，铁心中磁通的最大值为0.001Wb，问铁芯上的线圈至少应绕多少匝？解U≈4.44fNΦm有假设铁心中的线圈只绕了100匝，线圈通电后会产生什么后果？结果是线圈通电后会烧坏——由于磁通最大值远远超过了规定的最大值，对应线圈中的电流远远超过正常值。返回本节返回本章上一页下一页精选ppt变压器功能：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§5.3变压器返回本章上一页下一页精选ppt

发电厂1.05万伏输电线22万伏升压变电站1万伏降压

变压器应用举例…降压实验室380/220伏降压仪器36伏降压返回本章返回本节上一页下一页精选ppt单相变压器铁心原边绕组副边绕组一、变压器的根本结构返回本章返回本节上一页下一页精选ppt铁心线圈(又称绕组)变压器的组成铁心变压器铁心用具有绝缘层的0.35~0.5mm厚的硅钢片叠成。线圈小容量变压器多用高强度漆包线绕制。大容量变压器可用绝缘铜或铝线绕制。返回本章返回本节上一页下一页精选ppt变压器的主要结构心式结构壳式结构返回本章返回本节上一页下一页铁心绕组绕组铁心心式结构壳式结构精选ppt变压器的冷却方式自然冷却—小容量变压器油冷式—大容量变压器心式结构：变压器的铁心被绕组包围。多用于电力变压器壳式结构：变压器的铁心包围绕组。常用于小容量变压器返回本章返回本节上一页下一页高压绕组低压绕组上下压绕组的一般缠绕方式精选ppt变压器符号：工作过程：返回本章返回本节上一页下一页精选ppt1.空载运行

原边接入电源，副边开路。接上交流电源原边通过的空载电流为i10

产生感应电动势二、变压器的工作原理

i10

产生工作磁通

（

方向符合右手定则）返回本章返回本节上一页下一页精选ppt结论：改变匝数比，就能改变输出电压。K为变比原、副边电压关系根据交流磁路的分析可得：时

变电压返回本章返回本节上一页下一页精选ppt2.负载运行Z副边带负载后对磁路的影响：在副边感应电压的作用下，副边线圈中有了电流i2。此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响原边电流i1。根据当外加电压、频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载运行时根本不变。带负载后磁动势的平衡关系为：返回本章返回本节上一页下一页精选ppt结论：原、副边电流与匝数成反比

由于变压器铁芯材料的磁导率高、空载励磁电流

(i10)很小，一般不到额定电流的10%，常可忽略。原、副边电流关系∴变电流返回本章返回本节上一页下一页精选ppt原、副边阻抗关系从副边等效：返回本章从原边等效：返回本节上一页下一页精选ppt变阻抗结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。返回本章返回本节上一页下一页精选ppt例2有一台降压变压器，原绕组电压为220V，副绕组电压为110V，原绕组为2200匝，假设副绕组接入阻抗值为10Ω的阻抗，问变压器的变比、副绕组匝数、原绕组中电流各为多少？解变压器变比副绕组匝数副绕组电流原绕组电流返回本章返回本节上一页下一页精选ppt例3扬声器上如何得到最大输出功率设：信号源电压的有效值:Us=120V;信号源内阻：R0=800Ω;负载为扬声器，其等效电阻：RL=8

。1、将负载与信号源直接相连，得到的输出功率为：信号源RL返回本章返回本节上一页下一页精选ppt2、将负载通过变压器接到信号源上。变压器把负载RL

变换为等效电阻2N假设要信号源输出给负载的功率到达最大，用变压器进行阻抗变换，通过变压器把负载RL变换为等效电阻变压器变比

返回本章返回本节上一页下一页精选ppt输出功率为：结论：由此例可见经变压器“匹配〞后，输出功率增大了许多。原因是满足了电路中获得最大功率输出的条件〔信号源内、外阻抗相等〕。信号源返回本章返回本节上一页下一页精选ppt问题与讨论一1、为什么变压器的铁心要用硅钢片叠成？用整块的铁心行不行？2、有一台变压器在修理后，铁心出现气隙，这对于铁心的磁阻、工作磁通以及励磁电流有何影响？答：变压器铁心用硅钢片的目的是为了减小涡流损耗。如果用整块的铁心，变压器会由于过热而损坏。答：铁心出现气隙，铁心的磁阻增大，根据电压不变，工作磁通不变，但由于磁阻增大，因而励磁电流增大。3、变压器能否用来变换直流电压？如果将变压器接到与它的额定电压相同的直流电源上，会产生什么后果？答：不能；将变压器接到直流电源上，由于额定电压高而线圈电阻小，使得变压器上产生很大的电流，而烧毁变压器。返回本章返回本节上一页下一页精选ppt三、变压器的外特性U2I2U20U20：原边加额定电压、副边开路时，副边的输出电压。一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2

变化不多）变压器的外特性：在电源电压和负载功率因数不变的条件下，副边输出电压和输出电流的关系。返回本章即：

U2=f(I2)返回本节上一页下一页精选ppt变压器外特性变化的程度用电压变化率ΔU%表示大容量的电力变压器的电压变化率5%。小型号变压器的电压变化率20%。电压变化率是一个重要技术指标，直接影响到供电质量。电压变化率越小，变压器性能越好。返回本章返回本节上一页下一页精选ppt四、变压器的损耗及效率(

)变压器的损耗铜损(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(PFe)：铜损-----可变损耗铁损-----固定损耗返回本章返回本节上一页下一页精选ppt变压器的效率ηP2为输出功率，P1为输入功率一般变压器的效率在95%大型变压器的效率可达99%以上返回本章返回本节上一页下一页精选ppt

额定电流

I1N、I2N

变压器满载运行时，原、副边绕组允许通过的电流值。

五、变压器的额定值

变压器负荷运行状态称额定运行。额定运行时各电量值为变压器的额定值。U2N一次侧施加额定电压时的二次侧空载电压。

额定电压U1N、U2NU1N

加在一次绕组上的正常工作电压。返回本章返回本节上一页下一页精选ppt

额定容量SN

变压器传送电功率的最大能力。

额定频率fN

变压器应接入的电源频率。我国电力系统的标准频率为50Hz。以上额定值是以单相变压器为例返回本章返回本节上一页下一页精选ppt容量SN

输出功率P2

变压器的输出功率是否决定于变压器的容量？效率

变压器的容量：变压器输出功率：问题与讨论二负载的功率因数

变压器的输出功率不仅与变压器的容量有关，还与所带负载的功率因数有关。原边输入功率原边输入功率=输出功率+变压器损耗返回本章返回本节上一页下一页精选ppt当电流分别流入两个线圈〔或流出〕时，假设两线圈产生的磁通方向相同，那么这两个线圈流入端称为同极性端〔同名端〕。也是各绕组电位瞬时极性相同的端点。同极性端〔同名端〕六、变压器绕组极性及连接方法(a)图A、a为同名端；(b)图A、x为同名端返回本章AXax**(a)图AXax**(b)图返回本节上一页下一页精选ppt小功率电源变压器在使用中有时需要把绕组串连起来以提高电压；或把绕组并联起来以增大电流。在连接时必须认清绕组的极性，否那么不仅达不到预期的目的，反而可能烧坏变压器。正确的串联接法：应把两个绕组的一对异名端联在一起。正确的并联接法：应把两个绕组的两对同名端分别联结在一起〔还需注意并联绕组的电压必须相等〕。返回本章返回本节上一页下一页精选ppt电器使用时两种电压〔220V/110V〕的切换：220V：联结2－3110V：联结1－3，2－4线圈的接法

1324**返回本章返回本节上一页下一页精选ppt220V：联结2－3励磁两种接法下线圈工作情况的分析**1324返回本章返回本节上一页下一页精选ppt110V：联结1－3，2－41,32,4220V：联结2－31324**说明：两种接法下φm不变，所以铁芯磁路的设计相同励磁'返回本章返回本节上一页下一页精选ppt问题1：在110V情况下，如果只用一个绕组〔N〕，行不行？答：不行〔两绕组必须并绕〕原边有两个相同绕组的电源变压器〔220/110〕，使用中应注意的问题：**13241,32,4N若两种接法铁芯中的磁通相等，则：返回本章返回本节上一页下一页精选ppt问题2：如果两绕组的极性端接错，结果如何？结论：在极性不明确时，一定要先测定极性再通电。答：有可能烧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

’返回本章返回本节上一页下一页精选ppt§5.4几种常用的变压器一、三相电力变压器电力工业中，输配电都采用三相制。变换三相交流电电压，那么用三相变压器。把三个单相变压器拼合在一起，便组成了一个三相变压器。三相变压器工作原理与单相变压器相同返回本章上一页下一页精选pptU1U2V1V2W1W2u1u2v1u2w1w2高压绕组分别用U1U2、V1V2、W1W2表示。低压绕组分别用u1u2、v1v2、w1w2表示。

根据电力网的线电压及原绕组额定电压的大小，可以将原绕组分别接成星形或三角形。

根据供电需要，副绕组也可以接成三相四线制星形或三角形。返回本节返回本章上一页下一页精选ppt

三相变压器的原