第三章磁路与变压器4

电工电子技术乌海职业技术学院机电工程系ElectricTechnique&ElectronicTechnique第三章、磁路与变压器第一节磁性材料的磁性质第二节交流铁心线圈电路第三节变压器的工作原理第四节几种常用的变压器第五节变压器的额定值及型号学习指导教学要求：

1、掌握变压器的用途与结构；

2、掌握单相变压器与三相变压器；

3、熟悉磁路的基本概念；

4、熟悉电磁铁。第一节、磁性材料的磁性质1.磁场的基本物理量磁通Φ：通过与磁场线方向垂直的某一截面内磁场线的总数。通电线圈中的磁场磁感应强度B：表示磁场内某一点磁场强弱和方向的物理量。磁场线在该点处的方向就是磁感应强度B的方向，在数值上B等于该点与磁场方向垂直的单位面积内所通过的磁通。1.磁场的基本物理量均匀磁场的磁感应强度B：通电线圈中的磁场磁感应强度B的国际单位：特【拉斯】（T）磁场强度H：——辅助物理量安培环路定律磁场强度矢量沿任意闭合路径的线积分等于穿过该闭合路径所包围的全部电流的代数和。I1I3I2Hdl右图为例：方向：右手螺旋法则磁导率u：表示介质导磁能力的物理量真空介质中磁导率：相对磁导率：2.铁磁材料磁畴：铁心自身具有的自然磁性小区域。没有外磁场作用，各个磁畴的磁场方向总体上不规则，宏观不显磁性。II磁畴和铁心的磁化IAB曲线2直线1磁化过程直线1空心线圈时的情况曲线2线圈中放入铁心时情况磁化过程说明称为饱和状态，铁心的增磁作用已经达极限，同直线1B点以后

所有磁畴的磁场逐渐沿外磁场的方向排列，铁心磁场从未饱和到饱和

AB段

大部分磁畴的磁场沿外磁场方向排列，与I成正比且增加率较大

OA段

曲线2即磁化曲线

与I成正比

直线1铁磁材料的磁性能高导磁性：磁导率可达102~104，由铁磁材料组成的磁路磁阻很小，在线圈中通入较小的电流即可获得较大的磁通。磁饱和性：B不会随H的增强而无限增强，H增大到一定值时，B不能继续增强。磁滞性：铁心线圈中通过交变电流时，H的大小和方向都会改变，铁心在交变磁场中反复磁化，在反复磁化的过程中，B的变化总是滞后于H的变化。+u－

i

eseΦσΦ+－EIR磁路电路磁通电流I磁通势F=NI电动势E磁阻Rm电阻R磁路欧姆定律＝F/Rm电路欧姆定律I=E/R磁路与电路产生磁场的激励磁通通过时，磁路呈现阻碍作用的大小磁路的欧姆定律磁路欧姆定律揭示了磁路中的磁通Φ与励磁电流I之间的关系：得：铁心内的磁感应强度为：注：铁心环路的平均路径。N：线圈匝数I：线圈中通过的电流l：铁心环路平均值Ir安培环路定律磁路的欧姆定律假设环形铁心截面积S的半径比环的平均半径r小的多，即可认为环内磁场线在S上均匀分布，则：取：或：Ir则磁通：这就是磁路的欧姆定律。磁通势：F磁阻第二节、交流铁心线圈电路

直流磁路线圈中通入的是直流电流，磁路中的磁通Φ恒定不变，不会在线圈中产生感应电动势，因此直流线圈电路中的电压、电流关系、功率损耗与一般直流电路相同。交流铁心线圈电路图uie

交流磁路励磁线圈中通入的是交流电流，交流磁路中会产生交变磁通，从而产生感应电动势。一、各磁量之间的关系交流电压u交流铁心线圈电路图uie励磁电流i磁通势Ni主磁通Φ感应电动势e在交流磁路中，主磁通Φ是交变的，交变磁通在线圈内产生感应电动势e，各电磁量的关系如下：二、主磁通与感应电动势设主磁通：交流铁心线圈电路图uie感应电动势e式中：感应电动势有效值E三、电压平衡方程向量表示：忽略励磁线圈中的导线电阻产生的压降Ri后，可以列出基尔霍夫电压定律方程：uie有效值表示：上式表明，在电源电压的有效值U和频率f保持不变时，只要匝数N不变，主磁通的最大值Φm就基本不变。恒磁通原理第三节、变压器工作原理变压器：静止电器，把交流电压转换为同频率的另一 数值交流电压。作用：1.输电、配电（电压越高，电流越小，输电线

横截面积越小，节省材料）。2.减少线路上的功率损耗。工作原理变压器符号：变压器的基本结构：心式变压器壳式变压器特点是：线圈包围铁心特点是：铁心包围线圈功率较大的变压器多采用心式变压器，以减少铁心体积，节省材料。空载运行：原边接入电源，副边开路，变电压作用。接上交流电源原边电流i1等于励磁电流i10

产生感应电动势二.变压器的工作原理

i10

产生磁通（交变）（

方向符合右手定则）-+-+结论：改变匝数比，就能改变输出电压。K称为变比原、副边电压关系根据交流磁路的分析可得：时（变电压）负载运行：变电流、变阻抗作用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。但当外加电压、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时基本不变

。带负载后磁通势的平衡关系为：空载时的磁通势带负载时的合成磁通势结论：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、空载励磁电流很小，可忽略。即：原、副边电流关系（变电流）（变阻抗）原、副边阻抗关系从原边等效：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。变压器的外特性1．外特性电压调整率反映了供电电压的稳定性。通常希望的变动愈小愈好，一般变压器的电压调整率约在5%左右。2．损耗与效率铁损ΔPFe包括磁滞损耗和涡流损耗。损耗：铜损：效率：空载电压二次绕组输出电压第四节、几种常用的变压器1自耦变压器使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意：原、副边千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。电压互感器：用低量程的电压表测高电压1.副边不能短路，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，在副边出现高压。使用注意：被测电压=电压表读数N1/N2电压表电流互感器：用低量程的电流表测大电流被测电流=电流表读数N2/N11.副边不能开路，以防产生高电压；2.铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在副边出现过压。使用注意事项：电流表

额定电压

变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许的电压值。额定电流

变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。变压器的铭牌数据（以单相变压器为例）第五节、变压器的额定值及型号

额定容量

传送功率的最大能力。

额定频率

变压器正常工作所加交流电源的频率。我国和世界上多数国家使用的电力标准频率是50Hz电源变压器一次绕组的匝数N1=660匝，接电源电压U1=220V。它有两个二次绕组，开路电压分别是U20=36V、U30=12V。计算两个二次绕组的匝数N2和N3。例3-1二次绕组匝数与电压比例关系不变：解：二次绕组匝数：额定容量10kV·A的变压器，额定电压是3300V/220V。计算（1）一、二次绕组的额定电流I1N和I2N；（2）负载是220V、40W、λ=cosφ=0.44的日光灯。变压器满载时可接入多少盏这样的日光等？例3-2一次绕组的额定电流：解：二次绕组额定电流：额定容量10kV·A的变压器，额定电压是3300V/220V。计算（1）一、二次绕组的额定电流I1N和I2N；（2）负载是220V、40W、λ=cosφ=0.44的日光灯。变压器满载时可接入多少盏这样的日光等？例3-2每盏日光灯的电流：解：可以接入的日光灯数：已知交流信号源的电压有效值U=6V，内阻R0=100Ω，负载是扬声器，其电阻RL=8Ω。（1）把扬声器直接接在信号源的输出端(左图)，计算负载得到的功率P’；（2）为使负载获得最大功率，在信号源与负载之间接入变压器(右图)，使RL折算到一次侧的等效电阻RL’=R0。计算满足这一条件的变压器变比K负载得到的功率P？例3-3+-+-已知交流信号源的电压有效值U=6V，内阻R0=100Ω，负载是扬声器，起电阻是计算RL=8Ω。（1）把扬声器直接接在信号源的输出端，计算负载得到的功率P’例3-3+-解：负载获的功率：电流有效值：已知交流信号源的电压有效值U=6V，内阻R0=100Ω，负载是扬声器，起电阻是计算RL=8Ω。（2）为了使负载获得最大功率，在信号源与负载之间接入变压器，使RL折算到一次测的等效电阻RL’=R0。计算满足这一条件的变压器变比K负载得到的功率P？例3-3+-解：带入计算得：要使负载获得最大功率，需满足：变压器一次绕组电流有效值：负载获得的功率：三相变压器结构示意图U2U1V2