第四章变压器

第四章变压器一、磁场及基本物理量4.1、磁场和磁感线磁体：具有磁性的物体。磁极：磁体两端磁性最强的部分，N极和S极。磁场：在磁体周围存在的具有力和能的特性的一种特殊物质。磁感线：为了形象的描述磁场而引入的概念，规定在磁力线上每一点的切线方向表示该点的磁场方向。磁感线的特点：（1）磁力线是互不相交的闭合曲线。在磁体外部由N指向S，在内部由S指向N。（2）磁力线上任意一点的切线方向，就是该点的磁场方向，即小磁针在磁力作用下N极的指向。（3）磁力线越密表示磁场越强，反之，越疏表示磁场越弱。4.2磁场的基本物理量1、磁感应强度B:

表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。磁力线越密，磁感应强度B值越大。磁感应强度B的方向：与电流的方向之间符合右手螺旋定则；单位:特斯拉(T)2、磁通（磁通密度）：穿过垂直于B方向的面积S的磁力线总数。在均匀磁场中=BS或B=/S电磁感应定律：4、磁导率：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导磁能力。单位：亨/米（H/m）相对磁导率

r：任一种物质的磁导率和真空的磁导率0的比值。＝

r/0真空的磁导率为常数，用

0表示，有：二、磁性材料的磁性能自然界物质根据导磁性强弱分为：铁磁性材料和非铁磁性材料1、磁导率2、磁化曲线及饱和磁性：磁性物质放在外磁场H中被磁化，磁感应强度B增强。当外磁场增大到一定程度时，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值，趋于饱和3、磁滞回线：磁滞性：磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后于外磁场变化。磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B-H关系曲线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线。剩磁感应强度Br(剩磁)：当线圈中电流减小到零(H=0)时，铁心中的磁感应强度。矫顽磁力Hc：使B=0所需的H值。••••BrHcOHB磁滞回线磁性材料分为三种类型：(1)软磁材料具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。(2)永磁材料具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。(3)矩磁材料具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性良好。在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。上一张下一张返回

三、电磁感应的基本定律（一）电磁感应现象（二）电与磁的关系1820年，奥斯特，电流的磁效应。电→磁1821年，法拉第，提出想法：磁→电？1831年，发现电磁感应定律。

1865年，麦克斯韦，电磁场理论。上一张下一张返回电动势是标量，作正负规定：回路：正向，电流的方向，电动势升高的方向。

若是，则表明b点的电势高于a点，即电路ab可视为电源，b为正极，a为负极。电动势abab等效上一张下一张返回（三）法拉第电磁感应定律闭合回路中，产生的感应电动势i

,与回路中的磁通量

的变化率d/dt有关：当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中将产生感应电流或感应电动势。当为N匝线圈时，其中通过回路的磁通量公式中的负号确定了感应电动势i

的方向.上一张下一张返回阻碍变化含义：增多，阻碍增多；

减少，阻碍减少。闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所激发的磁场来阻碍引起感应电流的磁通量的变化；或感应电流的效果，总是反抗引起感应电流的原因。（四）楞次定律（1833年）本质：感应电流取楞次定律规定的方向是能量守恒和转换定律作用的必然结果。上一张下一张返回向上移，磁通量增加,磁力线增多.阻碍增多，感应电流产生的磁力线向下。即：感应电流的方向为顺时针，亦是感应电动势i

的方向。举例说明3（P442）：楞次定律应用上一张下一张返回举例说明4（P442）：楞次定律应用上一张下一张返回五、动生电动势与感生电动势感应电动势回路磁通量产生i可有以下途径：1，改变B的大小；2，改变回路面积S或相对于磁场的方向；3，既有B的变化，也有回路相对磁场的变化.感生电动势动生电动势上一张下一张返回一、动生电动势动生电动势：回路或其一部分在磁场中有相对运动而产生的感应电动势。

感生电动势：回路在磁场中没有相对运动，仅由磁场的变化而产生的感应电动势。上一张下一张返回

b端电势高.B端电势高例2，均匀磁场，直导线，求动生电动势.

（1），三者互相垂直.（2），，与有一夹角.（3），与决定平面平行.没有切割磁力线上一张下一张返回常见的简单切割磁力线的问题：电动势升高的方向，为

的方向.上一张下一张返回六、自感和互感法拉第电磁感应定律：不论用什么方法，只要使穿过闭合回路的磁通量

发生变化，就可在该回路中产生电磁感应现象。（1）（2）回路(1)中的磁场B由电流I1、I2共同产生，因此通过其的磁通量1也由两部分组成.上一张下一张返回前一项是由自身回路中的电流变化，在自身回路中产生的感应电动势，称为自感电动势.而后一项是由某一回路中的电流变化，在其它回路中产生的感应电动势，称为互感电动势.（1）（2）上一张下一张返回一、自感当一个线圈中的电流I发生变化时，它所激发的磁场B穿过该线圈自身的磁通量也随之发生变化，从而在这个线圈中产生感应电动势L，这种现象称为自感现象。这种电动势称为自感电动势。比例系数L

，称为该回路的自感系数，简称自感.定义：上一张下一张返回（定义①）（定义②）决定于回路的几何形状、大小、匝数、和线圈所处的介质分布及性质（磁导率）。自感L：单位：亨利（H）.上一张下一张返回定义：当一个线圈中的电流I1

发生变化时，将在它周围空间产生变化的磁场B1，从而在它附近的另一个线圈中产生感应电动势M，这种现象称为互感现象。这种电动势称为互感电动势。二、互感（1）（2）比例系数M

，称为互感.上一张下一张返回七、单相变压器1，结构及其作用2、工作原理（一）变压器的结构变压器的结构主要包括两部分：闭合铁心和绕在铁心上的两个或多个线圈绕组。一次绕组（原绕组）：与交流电源相连接的绕组二次绕组（副绕组）：与负载相连接的绕组（二）变压器的工作原理1.变压器的空载运行与电压变换空载运行：变压器的初级绕组加交流电压而次级绕组开路的工作状态。变压器的空载运行N1N2u1u2i0主磁通：通过铁心闭合的磁通。漏磁通：经过空气或其它非导磁媒质闭合的磁通。设主磁通则

由于线圈电阻R和感抗X（或漏磁通）较小，其电压降也较小，与主磁电动势E相比可忽略，故有：式中：Bm是铁心中磁感应强度的最大值，单位[T]；

S是铁心截面积，1、变压器变压原理变压器一次、二次侧的电压的有效值与一次、二次绕组的匝数成正比，即：例、1单相变压器的初级绕组线圈匝数为220匝，次级绕组线圈匝数为20匝，初级绕组接220V的正弦交流电，次级绕组开路，求次级绕组电压？2.变压器的负载运行和电流变换由于空载和负载是U、f、N一样，故：磁通不变。变压器的负载运行N1N2u2u1i1i2RL变压器有载时，一次、二次绕组电流的有效值和匝数成反比例、2单相变压器的初级绕组线圈匝数为200匝，次级绕组线圈匝数为50匝，初级绕组接220的正弦电流电，次级绕组接10欧姆的电阻负载，求初级绕组电流以及负载电流是多大？3.变压器的阻抗变换变压器有载运行时，一次绕组阻抗和二次阻抗的关系为八、特殊用途变压器（一）自耦变压器ABP+–+–使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。（二

）仪用互感器仪用互感器是用于测量仪器和保护设备中的特殊变压器，有电压互感器和电流互感器。电压互感器：测量一般电压表不能测量的高电压，原理是把高电压通过电压互感器降低为低压后进行测量。电流互感器：测来能够一般电流表不能测量的大电流，原理是把大电流变换为小电流来测量。1.电压互感器实现用低量程的电压表测量高电压被测电压=电压表读数N1/N2VR

N1（匝数多）保险丝

N2（匝数少）~u（被测电压）电压表1.电压互感器使用注意事项：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