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第5章磁路与变压器 5.1 变压器的工作原理 5.2 变压器的应用 5.4 磁路在其他方面的应用上一页下一页返回

(a) 电阻器分压供电方案 (b) 变压器降压供电方案
实例引入：市电给6V小灯泡供电方案 (a) 电阻器分压供电方案 (b) 变压器降压供电方案图5.1 两种供电方案上一页下一页返回

5.1 变压器的工作原理 5.1.1 分类及型号 1.按电压的升降分类：有升压变压器和降压变压器两种。
5.1 变压器的工作原理分类及型号 1.按电压的升降分类：有升压变压器和降压变压器两种。 2.按相数分类：有单相变压器、三相变压器及多相变压器。上一页下一页返回

4.按冷却方式及冷却的介质分类：有以空气冷却的干式变压器；有以油冷却的油浸变压器；有以水冷却的水冷式变压器。
3.按用途分类：有用于供配电系统中的电力变压器；有用于测量和继电保护的仪用变压器（电压互感器和电流互感器）；有产生高电压供电设备的耐压试验用的试验变压器；有电炉变压器、电焊变压器和整流变压器等特殊用途的变压器。 4.按冷却方式及冷却的介质分类：有以空气冷却的干式变压器；有以油冷却的油浸变压器；有以水冷却的水冷式变压器。上一页下一页返回

目前我国生产的中小型变压器主要有S5、SL5、SF5、SZ5、SZL5等系列。这些符号的含义是： S——三相；D——单相；F——风冷；W——水冷； Z——有载调压；L——铝线圈变压器。
高压侧电压10kV 额定容量SN=500kV·A 设计序号为7 铝线圈三相变压器上一页下一页返回

变压器的结构 (a) 结构示意图 (b) 符号图5.2 变压器结构示意图及表示符号上一页下一页返回

(a)口型 (b)EI型 (c)F型 (d)C型图5.3 变压器的铁芯
图5.3 变压器的铁芯上一页下一页返回

(a) 芯式变压器（b）壳式变压器图5.4 变压器的结构形式
图5.4 变压器的结构形式上一页下一页返回

变压器的额定值变压器的额定值是保证变压器能够长期可靠地运行工作，并且有良好的工作性能的技术限额，它也是厂家设计制造和试验变压器的依据，其内容包括以下几个方面：上一页下一页返回

1.额定电压U1N/U2N U1N、U2N分别为原、副边额定电压，是指变压器空载时端电压的保证值，以有效值表示，对三相变压器来说，均指线电压，单位是V或kV。上一页下一页返回

2.额定电流I1N/I2N I1N和I2N分别为原、副边额定电流，是指变压器连续运行时原、副绕组允许通过的最大电流有效值。三相变压器的额定电流是指线电流，单位为A。上一页下一页返回

3.额定容量SN SN是变压器在额定状态下的电功率输出能力。单位以V·A或kV·A表示。
对于单相变压器SN=U1NI1N=U2NI2N （5-1）对于三相变压器 SN= U1NI1N= U2NI2N（5-2）上一页下一页返回

4.额定频率fN 是指变压器应接入的电源频率。我国电力系统的标准频率为50Hz。上一页下一页返回

解:（1）原边额定电流 I1N=SN/U1N=500/220=2.27A
[例5-1] 某照明变压器的额定容量为500V·A，额定电压为220V/36V。求：（1）原、副边的额定电流；（2）在副边最多可接36V、100W的白炽灯几盏？解:（1）原边额定电流 I1N=SN/U1N=500/220=2.27A 副边额定电流 I2N=SN/U2N=500/36=13.9A （2）每盏白炽灯的额定电流 IN=P/U=100/36=2.78A 最多允许接白炽灯的盏数为13.9/2.78=5盏上一页下一页返回

5.1.4 工作原理 1．磁动势F F=N1i1 （5-3）磁通就是由它产生的，它的单位是安培（A）。 2．磁通
工作原理 1．磁动势F F=N1i （5-3）磁通就是由它产生的，它的单位是安培（A）。 2．磁通 磁通是指通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁力线总数，它的国际单位是Wb，以前在工程上有时用电磁制单位MX，则有他们之间的换算公式 1Wb=108MX =F/Rm （5-4）式（5-4）在形式上与电路的欧姆定律相似，式中Rm为磁阻。上一页下一页返回

表5-1磁路与电路的对比磁路电路磁动势F=IN 电动势E 磁通 电流I 磁感应强度B=/S 电流密度J=I/S 磁阻Rm=l/S
电阻R=l/S 磁导率 电阻率 上一页下一页返回

如果磁场内各点的磁感应强度B大小相等，方向相同，这样的磁场则称为均匀磁场。
B=/S （5-5）如果磁场内各点的磁感应强度B大小相等，方向相同，这样的磁场则称为均匀磁场。上一页下一页返回

4．磁导率 磁导率是表征物质导磁能力的物理量，它表明了物质对磁场的影响程度。表5-2 主要导磁物质的相对磁导率物质 r（H/m）
表5-2 主要导磁物质的相对磁导率物质 r（H/m）空气 1．硅钢片 103 铝 1．坡莫合金 104 上一页下一页返回

5．磁场强度H 磁场强度H也是表征磁场强弱和方向的物理量，但它不包括磁介质因磁化而产生的磁场，它的国际单位是A/m。故
H=B/ （5-7）上一页下一页返回

图5.5 磁性媒质的磁化曲线上一页下一页返回

铁磁材料的磁性能 1．高导磁性（a）磁化前 (b) 磁化后图5.6 铁磁材料的磁化上一页下一页返回

2．磁饱和性 3．磁滞性图5.7 磁滞回线上一页下一页返回

5.2 变压器的应用空载运行和电压变换图5.8 变压器的空载运行上一页下一页返回

式中f为交流电源的频率，φm为主磁通的最大值。
由法拉第电磁感应定律可得，（5-8） e1，e2的有效值分别为 E1=4.44fN1m， E2=4.44fN2m （5-9）式中f为交流电源的频率，φm为主磁通的最大值。上一页下一页返回

若略去漏磁通的影响，不考虑绕组上电阻的压降，则可认为原、副绕组上电动势的有效值近似等于原、副绕组上电压的有效值，即
U1≈E1， U20≈E2 将式（5-9）代入，得（5-10）上一页下一页返回

由式（5-10）可见，变压器空载运行时，原、副绕组上电压的比值等于两者的匝数比，这个比值K称为变压器的变压比或变比。当原、副绕组匝数不同时，变压器就可以把某一数值的交流电压变换为同频率的另一数值的电压，这就是变压器的电压变换作用。当原绕组匝数N1比副绕组匝数N2多时，K>1，这种变压器称为降压变压器；反之，若N1<N2，K<1，则为升压变压器。上一页下一页返回

应用一：自耦变压器图5.9所示的是一种自耦调压器，其结构特点是副绕组为原绕组的一部分。原、副边电压之比是
实验室中常用的调压器就是一种可改变副绕组匝数的自耦变压器，其外形和实际电路如图5.9所示。上一页下一页返回

(a)符号 (b)外形 (c)实际电路图5.9 自耦调压器上一页下一页返回

应用二：电压互感器 (a) 构造 (b)接线图图5.10 电压互感器上一页下一页返回

（1）使测量仪表与高压电路分开，以保证工作安全；
U1/U2=K，所以U1=KU2。（1）使测量仪表与高压电路分开，以保证工作安全；（2）扩大测量仪表的量程。上一页下一页返回

负载运行和电流变换图5.11 变压器的负载运行上一页下一页返回

可见当变压器的功率损耗忽略不计时，它的输入功率与输出功率相等，这是符合能量守恒定律的。
[例5-2] 已知一变压器N1=800，N2=200，U1=220V，I2=8A，负载为纯电阻，忽略变压器的漏磁和损耗，求变压器的副边电压U2，原边电流I1。解：变压比 K=N1/N2=800/200=4 副边电压 U2=U1/K=220/4=55V 原边电流 I1=I2/K=8/4=2A 输入功率 S1=U1I1=440V·A 输出功率 S2=U2I2=440V·A 可见当变压器的功率损耗忽略不计时，它的输入功率与输出功率相等，这是符合能量守恒定律的。上一页下一页返回

应用一：电流互感器（a）构造 (b) 接线图图5.12 电流互感器上一页下一页返回

（1）电流互感器副线圈的一端和铁壳必须接地。（2）使用电流互感器时，副绕组电路是不允许断开的。
由于（Ki称为变流比）所以 I1=KiI2 为了安全起见应采取：（1）电流互感器副线圈的一端和铁壳必须接地。（2）使用电流互感器时，副绕组电路是不允许断开的。上一页下一页返回

应用二：钳形电流表利用钳表可以随时随地测量线路中的电流，图钳表原理图上一页下一页返回

阻抗变换应用：阻抗匹配在电子电路中，为了提高信号的传输功率和效率，常用变压器将负载阻抗变换为适当的数值，以取得最大的传输功率和效率，这种做法称为阻抗匹配。 (a) 变压器电路 (b) 等效电路图5.14 变压器的阻抗变换作用上一页下一页返回

[例5-3] 图5.15所示电路中，某交流信号源的电动势E=120V，内阻R0=800，负载电阻RL=8。试求：
（1）如图5.15(a)所示，信号源输出多大功率？负载电阻RL吸收多大功率？信号源的效率多大？（2）若要信号源输给负载的功率达到最大，负载电阻应等于信号源内阻。今用变压器进行阻抗变换，则变压器的匝数比应选多少？阻抗变换后信号源的输出功率多大？负载吸收的功率多大？此时信号源的效率又为多少？上一页下一页返回

(a) 负载与信号源直接相连 (b) 变压器进行阻抗变换
图5.15 例5-3的电路上一页下一页返回

解：（1）由图5.15(a)可得信号源的输出功率为
负载吸收的功率效率=  上一页下一页返回

（2）如图5.15(b)所示，变压器把负载RL变换为等效电阻
变压器的匝数比应为这时信号源输出功率为：负载吸收的功率为：效率为：=  上一页下一页返回

经过（1）（2）两题的计算和比较后我们发现，利用变压器进行阻抗变换后，电源效率由9增加到50。如果在电源输出同一信号功率下，负载将会得到最大的输出功率，这就是电子线路中的阻抗匹配。
上一页下一页返回

变压器的外特性及变压器的效率 =  图5.17 变压器效率与负载的关系图5.16 变压器的外特性上一页下一页返回

5.4 磁路在其他方面的应用万用表的表头图5.21 磁电式仪表图磁电式仪表的转矩上一页下一页返回

电磁铁图5.23 电磁铁结构型式上一页下一页返回

实训七：单相变压器高低压绕组及同名端判别
一、实训目的 1.学习单相变压器高、低压绕组的判别方法； 2.学习单相变压器同名端的判定。二、原理说明即在某一瞬间当原绕组的某一端电位为正时，副绕组也必然有一个电位为正的对应端，这两个对应端就叫做同极性端，或者叫做同名端。通常在同极性端旁标注以相同的符号，如“*”或“·”。上一页下一页返回

（a）绕法 (b)绕法2 图5.24 变压器的同极性端上一页下一页返回

3．交流法测绕组极性 (a) 交流法 (b) 直流法图5.25 测定变压器绕组的极性上一页下一页返回

4．直流法测绕组极性用直流法测定绕组极性的电路如图5.25（b）所示。当开关S闭合瞬间，如果毫安表的指针正向偏转，则1和3是同极性端；反向偏转时，则1和4是同极性端。上一页下一页返回

三、预习要求 1.降压变压器原边绕组的直流电阻一定（大于/小于/等于）副边绕组的直流电阻。
1.降压变压器原边绕组的直流电阻一定（大于/小于/等于）副边绕组的直流电阻。 2.判断变压器原、副边绕组同名端的方法有法和法。 3.标出图5.26中绕组1与2的同名端。图5.26 变压器绕组同名端判别示意图上一页下一页返回

四、操作步骤表5-6 变压器电阻测量 1.用万用表电阻挡测出给定变压器两边绕组的电阻值，并指出哪端是高压侧，哪端是低压侧。绕组
表5-6 变压器电阻测量绕组电阻（）高压侧还是低压侧 1 2 上一页下一页返回

2.交流法测单相变压器同名端为安全起见，利用自耦调压器供给30V交流电（以万用表交流挡测出结果为准）加于单相变压器一个绕组的两端，按交流法找出单相变压器的同名端。上一页下一页返回

3.直流法测单相变压器同名端按直流法测同名端，并用交流法结果加以验证。注意：
（1）用万用表直流毫安挡测量，注意避免反偏电流过大时损坏指针，故最好先选择直流毫安最大挡，再逐步减小；（2）观察开关闭合瞬间指针偏转情况，因为在开关闭合以后，直流电产生的恒定磁通，副绕组没有感应电动势产生，也就没有感应电流通过毫安表。上一页下一页返回

五、分析思考图5.27所示的变压器，共可获得多少组输出电压？其值各为多少？
试确定图5.28中变压器的原绕组1-2和副绕组3-4、5-6的同极性端。图5.27 思考题1的电路图图5.28 思考题2的电路图上一页下一页返回

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