电工电子技术课件 3-1变压器

3.4安全用电第3章变压器与电动机3.2三相异步电动机3.3三相异步电动机的控制3.1变压器第三章变压器与电动机3.1变压器一、磁路基本知识1.磁路概念磁路就是当线圈通以电流时，磁力线或磁通集中通过的路径。磁路是个闭合路径。下图为磁通常见路径。第三章变压器与电动机3.1变压器一、磁路基本知识2.磁路物理量（1）磁感应强度（B）：磁感应强度表示磁场中某点磁场强弱方向的物理量。如果磁场内各点的磁感应强度大小相等，方向相同，这样的磁场称为均匀磁场。磁感应强度的单位是特斯拉（T）（2）磁通（Φ）：磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，成为通过该面积的磁通。磁通的单位是韦伯（wb）.Φ=BS（3）磁场强度（H）：表示磁场中与磁铁材料无关的磁场大小和方向的物理量。磁场强度的单位是安/米（A/m）H=B/µ（4）磁导率µ：是用来衡量物质导磁能力的物理量。单位是亨/米(H/m)

真空磁导率

µ0=4π×10

－7(H/m)

相对导磁系数

µr=µ/µ0

若

µr=1

说明是非磁性材料。

若

µr>>1

说明是磁铁材料第三章变压器与电动机3.1变压器一、磁路基本知识3.铁磁材料（1）高导磁性磁性物质具有被磁化的特性。非铁磁材料没有磁畴结构，所以不具有磁化特性。（2）磁饱和性在铁磁材料的磁化过程中，随着励磁电流的增大，外磁场和附加磁场都将增大，但当励磁电流增大到一定值时几乎所有的磁畴与外磁场的方向一致，附加磁场就不在随励磁电流的增大而继续增强，这种现象称为磁饱和现象。铁磁材料的磁化曲线材料的磁化特性可用磁化曲线表示图b不同材料的磁化曲线图a

铁磁物质的磁化曲线第三章变压器与电动机3.1变压器一、磁路基本知识3.铁磁材料（3）磁滞性如果励磁电流是大小和方向都随时间变化的交变电流，则铁磁材料将受到交变磁化。在电流交变的一个周期中，磁感应强度B随磁场强度H变化的关系如图所示。第三章变压器与电动机3.1变压器一、磁路基本知识3.铁磁材料在铁磁材料反复磁化的过程中，磁感应强度的变化总是落后于磁场强度的变化，这种现象称为磁滞现象铁磁材料按其磁性能又可分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料三种类型，如图所示。磁滞现象a)软磁材料b)硬磁材料C)矩形材料不同材料的磁滞回线第三章变压器与电动机3.1变压器一、磁路基本知识3.铁磁材料4.磁路的欧姆定律假设铁心横截面积各处相等，线圈是密绕的，且绕的很均匀，则电流沿铁心中心线产生的磁场各处大小相等，设磁路的横截面积为S，磁路的平均长度为l，线圈的匝数N，F为磁通势，根据磁场强度B和励磁电流I的关系，即第三章变压器与电动机3.1变压器一、磁路基本知识可见，铁心中的磁通

与通过线圈的电流I、线圈的匝数N以及磁路的截面积S成正比，与磁路的长度l成反比，还与组成磁路的材料磁导率

成正比，称为磁路的欧姆定律。下表列出磁路和电路欧姆定律区别。第三章变压器与电动机4.磁路的欧姆定律3.1变压器一、磁路基本知识1、

电磁关系第三章变压器与电动机3.1变压器二、交流铁心线圈电磁关系如下：ui(in)Φe=-NdΦ/dtΦσeσ=-NdΦσ/dtiRΦ

：主磁通

Φó漏磁通iueeó

1、

电磁关系

这是一个常用公式，它表明当线圈匝数N及电源频率f一定时，主磁通Φm的大小只取决于外加电压的有效值U.U=E=4.44fNΦm3.1变压器二、交流铁心线圈第三章变压器与电动机2

、铁心线圈电路的能量损失（1）铁心线圈电路的铜损Pcu

无铁心的线圈加交流电时线圈电阻上的功率损耗称为铜损Pcu

=I2R铁心线圈的功率损耗主要有两部分（2）

铁心线圈电路的铁损PFe3.1变压器二、交流铁心线圈

有铁心的线圈加上交流电时，它产生的交变磁场在铁心中产生能量损耗而使之发热，这种能量损耗称为铁损。

磁滞损耗Ph铁损

涡流损耗PePFe=Ph+Pe第三章变压器与电动机磁滞损耗Ph：铁心在交变磁场内反复磁化的过程要消耗磁场能量，使磁铁发热。可以证明，铁心反复磁化所消耗的能量与磁滞回线的面积成正比。所以一般为了减小磁滞损耗，常选用磁滞回线狭小的软磁材料制造铁心，通常采用硅钢。涡流损耗Pe:磁铁材料既导磁又导电，在交变磁通通过铁心时，在线圈和铁心中都有感应电动势产生，在磁铁中会出现旋涡式的电流称为涡流。涡流在铁心中产生的能量损耗称为涡流损耗。第三章变压器与电动机2、铁心线圈电路的能量损失3.1变压器二、交流铁心线圈

为了减小涡流损耗，一方面采用电阻率较高的铁磁材料（如硅钢）也可以减小涡流。另一方面可以把整块铁心改成顺着磁场方向彼此绝缘的硅钢片叠成。这样就可以限制涡流在较小的截面内流过；iΦic

交流铁心线圈的铁心都选用法。0.5或0.35mm厚的彼此绝缘的硅钢片叠成2、铁心线圈电路的能量损失3.1变压器二、交流铁心线圈第三章变压器与电动机

(1)铁心铁心是构成变压器的磁路部分，既是磁通闭合路径，又是绕组的支撑骨架。

(2)绕组绕组构成变压器的电路部分，常用绝缘铜线或铝线绕制而成。与电源相连绕组称为一次绕组，接负载的称为二次绕组。

(3)结构形式根据变压器铁心和绕组的配置情况，变压器有芯式和壳式两种形式。绕组包围铁心成为心式。铁心包围绕组成为壳式。第三章变压器与电动机3.1变压器二、变压器变压器是一种改变电压高低的静止电器，它可以把一种电压的交流电能转换成频率相同的另一种电压的交流电能，它还具有变换电流和变换阻抗的多种功能，它是一种常见电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。1.变压器的基本结构变压器是由铁心和绕组两个基本部分组成的。变压器是利用电磁感应原理工作的，它可以根据需要将交流电压升高或降低。在改变电压的同时，频率保持不变。第三章变压器与电动机3.1变压器二、变压器2.变压器的工作原理及应用铁芯线圈铁芯壳式心式第三章变压器与电动机3.1变压器二、变压器（1）空载运行和变换电压2.变压器的工作原理及应用变压器一次绕组接交流电压

，二次侧开路，这种运行状态为空载运行。根据电磁关系，列出以下方程式：变压器在空载时的电压变换关系为可见，一、二次绕组上电压的比值等于两者的匝数比，K

称为变压器的电压比。当K＞1时，称为降压变压器；当K＜1时，称为升压变压器；当K＝1时，称为隔离变压器。第三章变压器与电动机3.1变压器二、变压器（2）有载运行和电流变换2.变压器的工作原理及应用变压器的一次绕组接在具有额定电压的交流电源上，二次绕组接上负载的运行，称为负载运行，如图所示。1）负载运行时的磁通势平衡方程

当有负载时，i2≠0,这时原边电流用i1

表示。由U1=4.44fN1Φm知,当U1和f不变时,Φm基本不变当变压器接上负载后，原边磁动势i1N1和副边磁动势i2N2

共同产生磁通与变压器空载时产生的磁通基本相等，所以这两种情况下磁动势相等。即：i1N1+i2N2=i0N1第三章变压器与电动机3.1变压器二、变压器（2）有载运行和电流变换2.变压器的工作原理及应用2）电流变换作用i1N1+i2N2=i0N1上式中，由于

i0

很小，忽略不计，则有：İ1N1=-İ2N2I1N1=I2N2所以有：第三章变压器与电动机3.1变压器二、变压器（3）阻抗变换2.变压器的工作原理及应用z=U2/I2

z′=U1/I1=KU2/(I2/K0)=K2U2/I2z′=K2z改变K，即可改变z实现阻抗变换Zu1i1i2i1u1Z′u2第三章变压器与电动机3、变压器的外特性和额定值变压器在负载运行时，变压器二次侧接入负载的变化，必然导致一、二次侧电流的变化，使得一、二次侧的阻抗压降发生变化，从而使二次电压随负载的增减而变化。二次电压变化的数值与空载电压的比值称为电压调整率，即第三章变压器与电动机3.1变压器二、变压器（1）变压器的外特性（2）额定值1）一次额定电压UIN

：指正常情况下一次绕组应当施加的电压。2）一次额定电流

IIN：指在UIN作用下一次绕组允许长期通过的最大电流。3）二次额定电压U2N

：指在一次额定电压UIN时的二次空载电压。4）二次额定电流

I2N：指在一次额定电压UIN时的二次绕组允许长期通过的最大电流。5）额定容量SN

：指输出的额定视在功率。第三章变压器与电动机3、变压器的外特性和额定值3.1变压器二、变压器变压器的损耗有铜损和铁损两种。铜损是一、二次绕组中流过电流时，在绕组电阻上产生的损耗，其值为（3）变压器的损耗铁损是由铁心中涡流损耗和磁滞损耗两部分构成，即（4）变压器的效率第三章变压器与电动机3、变压器的外特性和额定值3.1变压器二、变压器（3）变压器的损耗4、变压器的极性同极性端又称同名端，是指铁心中的磁磁通变化时，在该端产生的感应电动势的极性相同，或电流从两个线圈的同极性端流入时，产生的磁通方向相同，用‘·’或‘＊’表示，在使用变压器时，必须知道同名端以便正确联接。5、几种常用的变压器三相变压器有三个一次绕组和三个二次绕组，可分别联结星形或三角形接法。三相变压器的铁心多采用三铁心柱式结构。第三章变压器与电动机（1）三相变压器3.1变压器二、变压器（2）自耦变压器自耦变压器只有一个绕组，副绕组（二次绕组）是原绕组（一次绕组）的一部分，它同样有变换电压，电流和阻抗的作用;自耦变压器分可调式和固定抽头两种形式。电路如图所示；如果一次侧加上电压U1，则可得二次电压U2，且一、二次侧的电压和它们的匝数成正比，即

有载时，一、二次电流和它们的匝数成反比．即第三章变压器与电动机5、几种常用的变压器3.1变压器二、变压器（3）仪用互感器第三章变压器与电动机5、几种常用的变压器3.1变压器二、变压器仪用互感器分电压互感器和电流互感器两大类，它们的工作原理与双绕组变压器一样，主要用于测量较大的交流电压及交流电流。电压互感器的一次侧绕组匝数很多，并联于待测电路两端；二次侧绕组匝数较少，与电压表及电度表、功率表、继电器的电压线圈并联，如图所示。用于将高电压变换成低电压。使用时二次测绕组不允许短路。1）电压互感器（3）仪用互感器第三章变压器与电动机5、几种常用的变压器3.1变压器二、变压器2）电流互感器使用时注意：①二次侧不能短路，以防产生过流；②铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在二次侧出现高压。电流互感器实质上是一台二次绕组在短路状态下工作的双绕组变压器，它的一次绕组由一匝或几匝截面较大的导线构成，将其串接在需要测量电流值的电路中。由于二次绕组的匝数较多