《电工基础》课件-变压器

《电工基础》本节知识点：变压器的种类及基本构造磁的概念01通电导线的磁场铁磁材料020304磁场的基本物理量3V回形针为什么会被磁铁吸引起来呢？导入磁：3V在电磁学里，当两块磁铁或磁石相互吸引或排斥时，或当载流导线在周围产生磁场，促使磁针偏转指向，或当闭电路移动于不均匀磁场时，会有电流出现于闭电路，这些都是与磁有关的现象。凡是与磁有关的现象也都会与磁场有关。矿物在外磁场作用下被磁化所表现出能被外磁场吸引、排斥或对外界产生磁场的性质。是指传递实物间磁力作用的场。磁性：磁场：3V

组成物体的分子，有电子和原子组成，电子是带电的，电子的运动产生小的环形电流，电流产生磁。磁是如何产生的磁场的特性1.磁场对处在场内的另一载流导体或铁磁物质有力的作用，并能在对磁场做相对运动道题中产生感应电动势。2.磁场具有能量通电导线和通电线圈的磁场1.通电导线的磁场通电导线和通电线圈的磁场通电直导线磁场判定方法：通电直导线中的安培定则（安培定则一）：用右手握住通电直导线，让大拇指指向直导线中电流方向，那么四指指向就是通电导线周围磁场的方向；通电导线和通电线圈的磁场2.通电线圈的磁场通电导线和通电线圈的磁场通电线圈的磁场方向判定：通电螺线管中的安培定则（安培定则二）：用右手握住通电螺线管，让四指指向电流的方向，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。磁场的基本物理量1.磁感应强度B磁感应强度是表示空间内某点磁场强弱与方向的物理量。它是一个矢量，其方向与该点磁感线切线方向一致，与产生该磁场的电流之间的方向关系符合右手螺旋法则。单位是特斯拉（T）2.磁通φ在均匀磁场中，磁感应强度与垂直于磁场方向的面积A的乘积称为通过该面积的磁通φ，即：φ=BA磁通的国际单位是韦伯(Wb)磁场的基本物理量3.磁导率磁导率μ表示物质的导磁性能，其单位是亨/米(H/m)。在真空中，磁导率μ0=4πX10-7H/m。任何一一种物质的磁导率μ与真空的磁导率μ0比值，称为该物质相对磁导率μr，μr=μ/μo自然界的物质可分为两大类:一类称为磁性材料，如钢、铁、钴等，这类材料的导磁性能好；另一类为非磁性材料，如铜、铝、空气、纸等此类材料的导磁性能差剩磁、磁滞损耗小。铁磁材料1.软磁材料铁氧体、硅钢片等剩磁、磁滞损耗大。铁磁材料2.硬磁材料钨钢、铝镍合金等本节知识点：电磁铁和电磁继电器

变压器的工作原理电磁铁的基础知识01电磁铁的磁性习题练习020304电磁继电器的结构和原理思考问题1.通电螺线管的外部磁场与哪种磁体的相似?

2.如图所示,根据通电螺线管的电流方向,标出电源的正、负极和通电螺线管两端的磁极。

3.在如右上图电源左右两端的括号中用“+”“-”标出电源的正负极。4.如果不小心把一盒大头针撒到桌子上，你能想一个好方法来收集这些大头针吗？3V··工业起重机导入永磁体电磁铁线圈铁芯

1．插入铁芯的螺线管称为电磁铁。

2．有电流通过时有磁性，没有电流时失去磁性。电磁铁定义电磁铁磁性大小跟哪些因素有关呢？磁性强弱可能与电流的大小、线圈的匝数和形状有关。应用电流磁效应，可能与电流大小有关。线圈是主要部件，可能与线圈的形状、匝数有关。问题猜想电磁铁磁性电磁铁磁性Sa判断磁性强弱方法：设计实验实验方法:控制变量法转换法根据吸引铁钉、曲别针等的多少来判断螺线管的磁性强弱。电路设计电磁铁磁性SaSa结论：

线圈匝数一定时，通入的电流越大，电磁铁的磁性越强。探究1:外形相同的螺线管，电磁铁磁性的强弱跟电流的大小关系电磁铁磁性探究2:外形相同的螺线管，电磁铁磁性的强弱跟螺线管匝数多少的关系

外形相同的螺线管，通过的电流大小相同时，线圈匝数越多的，电磁铁的磁性越强。结论:SabSab电磁铁磁性电磁起重机电铃电磁阀门电磁锁电磁选矿机示意图电磁铁的应用

磁悬浮列车所用的磁体大多是通有强大电流的电磁铁。是一种靠安装在车厢和轨道上的磁体的相互作用悬浮和高速运动的，由于磁力使其悬浮在轨道上方几厘米高度，行走时不需接触轨道，因此只受来自空气的阻力。磁悬浮列车的最高速度可达500km/h以上。

2003年，上海浦东机场到市区的磁悬浮铁路成为我国第一条正式投入运营的磁悬浮铁路。磁悬浮列车电磁铁的应用电磁继电器1．电磁继电器电磁继电器就是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。2．电磁继电器的构造触点电磁继电器电磁继电器的工作原理低压电源低压控制电路

低压控制电路接通,较小的电流通过线圈时,电磁铁吸下衔铁,高压工作电路接通。高压电源高压工作电路铁心是用整块软钢制成，供电电压分为直流5V\12V\24等。电磁继电器分类1.直流铁心是用硅钢片叠加而成，供电电压分为直流36V\220V等。2.交流

思考：电铃是怎样不停地发出声响的？电磁继电器的工作原理

当开关闭合，电路被接通，电磁铁有了电流，把衔铁吸过来，在弹簧片下端的小锤就在铃上敲一下。当衔铁被吸过来后，它跟螺钉的尖端分开，电路断开，电磁铁失去磁性，弹簧片便弹了回去，衔铁刚触到螺钉，使电路又接通，又把衔铁吸引过来，小锤又敲一下。只要开关闭合，电流就这样一通一断地循环下去，铃声就一直响个不停。电磁继电器的工作原理习题练习1.小明同学用铜线绕了一个螺线管，可通电后发现其磁性太弱。小刚同学帮他想了如下办法来增强通电螺线管的磁性，其中可行的是（）A．在螺线管中插入铜芯B．在螺线管中插入铁芯C．增大螺线管线圈中的电流D．减小螺线管线圈中的电流E．减小螺线管线圈的匝数F．增加螺线管线圈的匝数BCF2.下列用电器中，不属于电磁铁的应用的是（）

A．电磁起重机

B．电磁阀门

C．电饭煲

D．电铃C习题练习习题练习说明恒温箱是如何工作？本节知识点：仪器互感器和变压器互感定义01互感参数和同名端变压器的分类020304变压器的特性导入

在送电过程中，电压会进行升压降压变化，其中使用到的器件就是变压器

变压器是利用耦合元件的互感现象做成的。耦合电感元件属于多端元件，在实际电路中，如收音机、电视机中的中周线圈、振荡线圈，整流电源里使用的变压器等都是耦合电感元件，熟悉这类多端元件的特性，掌握包含这类多端元件的电路问题的分析方法是非常必要的。各种各样变压器小变压器供电变压器调压器整流器牵引电磁铁电流互感器互感1.互感定义线圈1中通入电流i1时，在线圈1中产生磁通，同时，有部分磁通穿过临近线圈2，这部分磁通称为互感磁通。两线圈间有磁的耦合。

21+–u11+–u21i1

11N1N2定义

：磁链，

=N互感2.耦合系数

用耦合系数k表示两个线圈磁耦合的紧密程度。

k=1称全耦合:漏磁Fs1=Fs2=0F11=F21，F22=F12

满足：

耦合系数k与线圈的结构、相互几何位置、空间磁介质有关。注意互感互感现象利用——变压器：信号、功率传递避免——干扰克服：合理布置线圈相互位置或增加屏蔽减少互感作用。电抗器互感当i1为时变电流时，磁通也将随时间变化，从而在线圈两端产生感应电压。

当i1、u11、u21方向与

符合右手螺旋时，根据电磁感应定律和楞次定律：

自感电压互感电压3.耦合电感上的电压、电流关系

当两个线圈同时通以电流时，每个线圈两端的电压均包含自感电压和互感电压。

两线圈的自磁链和互磁链相助，互感电压取正，否则取负。表明互感电压的正、负：（1）与电流的参考方向有关；（2）与线圈的相对位置和绕向有关。注意

互感变压器互感在正弦交流电路中，其相量形式的方程为：

变压器4.互感线圈的同名端对自感电压，当u,i

取关联参考方向，u、i与

符合右螺旋定则，其表达式为：

上式说明，对于自感电压由于电压电流为同一线圈上的，只要参考方向确定了，其数学描述便可容易地写出，可不用考虑线圈绕向。i1u11互感对互感电压，因产生该电压的电流在另一线圈上，因此，要确定其符号，就必须知道两个线圈的绕向。这在电路分析中显得很不方便。为解决这个问题引入同名端的概念。

当两个电流分别从两个线圈的对应端子同时流入或流出，若所产生的磁通相互加强时，则这两个对应端子称为两互感线圈的同名端。同名端互感

**

i1i2i3△△线圈的同名端必须两两确定。注意+–u11+–u21

11

0N1N2+–u31N3

s互感确定同名端的方法：(1)当两个线圈中电流同时由同名端流入(或流出)时，两个电流产生的磁场相互增强。

i11'22'**11'22'3'3**

例(2)当随时间增大的时变电流从一线圈的一端流入时，将会引起另一线圈相应同名端的电位升高。互感

例写出图示电路电压、电流关系式i1**L1L2+_u1+_u2i2Mi1**L1L2+_u1+_u2i2Mi1**L1L2+_u1+_u2i2Mi1**L1L2+_u1+_u2i2M互感变压器原理

变压器由两个具有互感的线圈构成，一个线圈接向电源，另一线圈接向负载，变压器是利用互感来实现从一个电路向另一个电路传输能量或信号的器件。当变压器线圈的芯子为非铁磁材料时，称空心变压器。1.变压器电路（工作在线性段）原边回路副边回路**j

L1

j

L2j

M+–

R1R2Z=R+jX一、理想变压器

变压器是一种利用磁耦合原理实现能量或信号传输的多端电路器件，有着广泛应用。常用实际变压器分空心变压器和铁心变压器两类。本节重点讨论的理想变压器是实际变压器的理想化模型，是对互感元件的理想化抽象，可看成极限情况的互感。理想变压器可看作是互感元件在满足3个理想条件产生的多端电路元件。①全耦合，即k=1；②自感L1、L2→∞，且L1/L2为常数；③无损耗。

工程上，满足这3个条件是不可能的。理论上，满足这3个条件的互感将发生质变。产生一种与互感有着本质区别的一种新元件—理想变压器。1、理想条件变压器原理

由于全耦合，故

k=1,M2=L1L2

，并且Φ21=Φ11

，Φ12=Φ22，考虑到Ψ11=N1Φ11=L1i1，Ψ21=N2Φ21=Mi1，

Ψ22=N2Φ22=L2i2，Ψ12=N1Φ12=Mi2，故有

由全耦合得到！2、基本特性变压器原理例1如图电路的相量模型，已知US=4V，求理想电压表的读数。解

若次级接理想电流表，求电流表的读数。

变压器原理变压器原理