磁路和变压器 磁路的基本概念 变压器的用途与结构 变压器 特殊变压器

电工设备中常见的磁路及铁心线圈 铁心 铁心   – + S N 变压器 绕组 绕组 电机

1.1 磁路的基本物理量 1. 磁感应强度B(磁通密度)：是表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量。 1.1 磁路的基本物理量 1. 磁感应强度B(磁通密度)：是表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量。 （该点磁场作用于1米长、1安电流的导体上的力） 方向：与电流之间用右螺旋定则确定。 单位： T （特[斯拉]） 均匀磁场 — 磁场内各点的 B 大小相等，方向相同。 2. 磁通F等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积。

2. 磁通F 等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积。 F - 标量 单位：Wb （韦[伯]） 对于均匀磁场 F =B •S 真空磁导率 0= 410 – 7 H/m （亨/米） 3. 磁导率  相对磁导率 r=/0 对于铁磁材料 r=102 105 铁磁材料广泛应用在变压器、电机、电工仪表等。 4. 磁场强度 H 定义：H=B/ 单位：A/m (安/米)

1.2 磁路的欧姆定律 磁通势：F=NI 单位A(安） I N U – + 磁路磁阻： 单位H-1(每亨） 磁路欧姆定律： 铁心磁路 

磁路与电路各物理量的对应关系 磁路 电路 磁通势：F 电动势：E 磁通:  电流: I 磁路磁阻： 电路电阻: 磁路欧姆定律： 磁通:  电流: I 磁路磁阻： 电路电阻: 磁路欧姆定律： 电路欧姆定律： 磁饱和    （不是常数） F F 空心线圈 磁通随磁通势变化曲线 铁心线圈

1.3 交流铁心线圈 e e i u 1. 主磁通产生的感应电动势 设： = msin t 主磁通 1.3 交流铁心线圈 i + e 1. 主磁通产生的感应电动势 u e 设： = msin t – = – Nmcos t = Emsin( t-90) 漏磁通 感应电动势的有效值： 2. 外加电压与电动势及磁通的关系 由KVL： u= iR– e – e U  E = 4.44 f Nm ∵R和 e 很小  当电源频率和线圈匝数一定时，只要电压U不变,就要求磁通m不能变。  u  – e

R0 L0

铁心线圈的功率损耗 = 铜损 + 铁损 铜损： 线圈导线电阻产生的损耗 磁滞损耗（铁心反复磁化时所消耗的功率） 铁损： （在铁心中产生的感应 电流而引起的损耗） 涡流损耗 为了减少铁心损耗，变压器、电机等电器设备中铁心通常用厚度为0.35mm或0.5mm硅钢片叠装而成。

铁磁材料的类型： 软磁材料：磁导率高，磁滞特性不明显，矫顽力和剩磁都小，磁滞回线较窄，磁滞损耗小。如硅钢、软磁铁氧化体，容易磁化也容易退磁。应用：计算机的磁芯、磁盘 硬磁材料：剩磁和矫顽力均较大，磁滞性明显，磁滞回线较宽，不易退磁。 如碳钢、钴钢 应用：永久磁铁 矩磁材料：只要受较小的外磁场作用就能磁化到饱和，当外磁场去掉，磁性仍保持，有记忆功能，磁滞回线几乎成矩形。 应用：计算机和控制系统中作记忆元件

电磁铁

变压器的用途与结构 1 变压器的用途 2 变压器的基本结构

1 变压器的用途 变压器可以变换电压、电流和阻抗的功能。应用非常广泛。 电力系统：变压器用于改变供电系统的电压。 1 变压器的用途 变压器可以变换电压、电流和阻抗的功能。应用非常广泛。 电力系统：变压器用于改变供电系统的电压。 电子线路：变压器用于改变电压、耦合电路、传送信 号和实现阻抗的匹配等。 还有一些特殊变压器（如：自耦变压器、电流互感器等）及专用变压器（如：电焊变压器、整流变压器等）。 分类： 按用途分: 电力变压器，特殊用途变压器。 按相数分: 单相、三相和多相变压器。 按结构分: 心式变压器、壳式变压器。 按冷却方式分: 自冷变压器、油冷变压器。

110kV全封闭变压器

 干式变压器

变压器应用举例 … 变电站 1万伏 降压 发电厂 1.05万伏 输电线 22万伏 升压 降压 实验室 380 / 220伏 降压 降压 仪器 36伏 降压

变压器的基本结构 变压器铁心: 硅钢片叠压而成 变压器主要组成部分 变压器绕组: 原边(一次线圈、高压绕组) 副边(二次线圈、低压绕组) 其它部件: 油箱、冷却装置、保护装置等 铁心 线圈 铁心 线圈 壳式变压器 心式变压器

低压绕组 同心式绕组 高压绕组 低压绕组 交叠式绕组 高压绕组

变压器 1 变压器的工作原理 2 变压器的使用 3 变压器线圈极性的测定

1 变压器的工作原理 e1 e2 e1 e2 i1 u1 u2 ZL 1 2 变压器原理示意图 变压器符号 原绕组 副绕组 i2 1 变压器的工作原理 主磁通 原绕组 副绕组 i1 i2 – + u1 e1 u2 – + N2 e2 ZL e1 N1 e2 1 2 变压器原理示意图 1 → e1 → 变压器符号 2 → e2 →

1. 电压变换 e1 e2 e1 变压器空载： i1 u1 u20 E1 = 4.44 f N1 m E2 = 4.44 f N2 m – + u1 u20 – + e1 N2 E1 = 4.44 f N1 m e2 e1 N1 E2 = 4.44 f N2 m U1 U20 E1 E2 4.44 f N1m 4.44 f N2m N1 N2 —– = –— = –—–—–—– = –— 变压器变比 变压器带载工作时 U1 U20 —– = –— = K N1 N2 U1 U2 —– ≈ –— = K N1 N2

2. 电流变换 e1 e2 e1 e2 结论 变压器接负载： i1 变压器接负载后,副边磁势也产生磁通,主磁通 为合成磁通。 u1 – + u1 e1 i1 e1  N1 e2 N2 变压器接负载： 变压器接负载后,副边磁势也产生磁通,主磁通 为合成磁通。 i2 u2 – + ZL e2 ∵U1≈E1 = 4.44 f N1 m 电源电压U1没有变 ∴变压器接负载后,主磁通 m 不变。 （空载电流很小） 有效值 N1I1= N2 I2 结论

3. 阻抗变换 • I2 K U2 U1 I1 – + Z2 负载阻抗 Z1 在电子线路和通信工程中，常用变压器来实现阻抗的匹配。 结论

例：扬声器上如何得到最大输出功率 设： 信号电压的有效值: U1= 50V; Rs RL 信号内阻： Rs=100  ; 负载为扬声器，其等 效电阻：RL=8。 Rs RL 信号源 求：负载上得到的功率 解：（1）将负载直接接到信号源上，得到的输出功 率为：

（2）将负载通过变压器接到信号源上。 设变比 则： Rs 输出功率为： 结论：由此可见，加入变压器以后，输出功率提高了很多。原因是满足了电路获得最大输出功率的条 件（RS=RL’）。

Y,yn(Y/YO)、Y,d(Y/△) 、YN,d (YO / △ ) 4.三相变压器 U1 U2 v1 u1 V1 V2 W1 W2 u2 v2 w1 w2 N1 N2 三相高压绕组，可Y接或△接 三相低压绕组，可Y接或△接 常用的接线方式： Y,yn(Y/YO)、Y,d(Y/△) 、YN,d (YO / △ )

U1 Y,yn 联结 U1 Y,d 联结 + - u v w + - U V W + - + - w u v U V W + - + - +

cos﹤1 cos=1 U2 I2 U20 I2N 2 变压器的使用 1. 变压器的外特性 • I2 K U2 U1 I1 – + Z2 变压器外特性 当电源电压U1和负载功率因数一定时， 的关系曲线称为变压器的外特性。 电压变化率 （电压变化率越小越好，一般在5%左右）

2. 变压器的损耗与效率 损耗 铜损 铁损  PFe与Bm、f有关 效率 3.变压器的主要额定值 （1） 额定容量（VA、KVA） 电力变压器 = (9099)% 3.变压器的主要额定值 （1） 额定容量（VA、KVA） 单相变压器 三相变压器 （2）额定电压（V、KV） U1N 原绕组的额定电压。 U2N 原绕组加U1N时，副绕组的开路电压。 三相变压器为线电压。

（3）额定电流（A） I1N 原绕组的额定电流。 I2N 副绕组的额定电流。 三相变压器为线电流。 例: 5.1 某收音机输出变压器的原线圈匝数N1=600匝，N2=30匝，接有阻抗为16扬声器（匹配），现要改接成4扬声器，问二次线圈匝数为多少才能匹配？ K + – 解：原变比

例5.2 有一单相容量为10kVA、额定电压3300/220V的变压 器。问：（1）变压器的变比；原、副边额定电流是多少？（2）副边接220V、40W的白炽灯，如变压器在额定状态下运行，可接多少盏？ （3）如果副边接的是220V、40W、 cos=0.45的日光灯可接多少盏？ 解： （1） （2） 每盏灯电流 A 18 . 220 40 = U P I （3） 每盏灯电流 A 40 . 45 220 cos = j U P I

变压器线圈极性的测定 如果变压 器有两个相同的原边，串联时可接于高压，并联时可接于低压，但接线时一定要注意同极性端。 1. 同极性端（同名端）：当电流从同极性端流入时，两线圈产生的磁通方向相同。 正确的串联接法 i1 i2 1 2 4 3 2 1 i1 i2 1 2 4 3 2 1 同名端标注 1、3为同名端 1、4为同名端

i e1 – + i e1 + – 2. 绕组的连接 正确联接方法，u 加在 Ax 端， X 与 a 相连，两个1的方向相同 • i 1 e1 + – 正确联接方法，u 加在 Ax 端， X 与 a 相连，两个1的方向相同 u = – e1– e1+ R1i + R1i = – 2e1+ 2R1i A X a x • i 1 e1 + – 错误联接方法，u 加在A a 端， X 与 x 相连， 两个1的方向相反 u = – e1+ e1 + R1i + R1i = 2R1i 产生很大电流，不允许！ 返回

~ 2.同名端的测定 （1）直流法（三“正”法） s （2）交流法 电流表正指，1、3为同名端 1、3为同名端 1、4为同名端 mA + _ 100 + _ 电流表正指，1、3为同名端 s 1 4 2 3 （2）交流法 V 100 1、3为同名端 1 4 2 3 ~ 1、4为同名端

特殊变压器 5.4.1 自耦变压器 5.4.2 电流互感器

1 自耦变压器 N1 N2 u1 u2 + - 接火线 • U1 N1 N2 U2 I1 I2 Z 滑动头 接零线 原理图

2 电流互感器 ~ Z 电流互感器用来扩大测量交流电流的量程。 通常电流表的表盘上直接标出被测的电流值。 注意 2 电流互感器 ~ i2 N1 N2 A i1 Z 电流互感器用来扩大测量交流电流的量程。 被测电流 通常电流表的表盘上直接标出被测的电流值。 注意 测量时副绕组电路不允许开路，否则，副边会有很高的感应电动势，危及设备及人身安全。

3.钳形电流表 被测电流的导体 可开合铁心 图 2-36 钳形电流表