《汽车电工电子技术》课件第3章

第3章磁路与变压器3.1磁场的基本物理量

3.2铁磁材料的性质和用途

3.3直流电磁铁和交流电磁铁

3.4电磁感应及自感、互感

3.5变压器的结构、

基本工作原理与三大功能3.6变压器绕组的同名端及其测定3.7三相变压器的组成与基本原理

3.8变压器的额定值、损耗与效率问题3.9特殊变压器习题

3.1磁场的基本物理量

3.1.1磁感应强度

在物理学中，人们知道，在磁铁和通电导体周围的空间存在着磁场。由于它摸不着、看不见，故用磁力线既形象又直观地来描述磁场：用磁力线的疏密来表示磁场的强弱，用磁力线上任何一点的切线方向来表示该点的磁场方向。但如果要定量地描述磁场强弱就有困难，于是就引入了磁感应强度，用符号B表示。

实验指出，将长度为ΔL，通入电流为I的直导体(如图3.1（a）所示)，按垂直磁力线方向插入一磁场中，则直导体上将受到电磁力ΔF，ΔF的方向决定于磁力线方向和通电电流方向。三者关系可用左手定则来判别，如图3.1（b）所示。而ΔF的大小为ΔF=BIΔL

式中，B即为直导体ΔL的磁场在该点的磁感应强度大小，可表示为

图3.1磁场对载流导体的作用力（a）

导体受到作用力；

（b）

左手定则

而它的方向即为该点的磁场方向，也就是该点的磁力线的切线方向。因此磁感应强度B既反映磁场某处的强弱，又反映该处的磁场方向，所以B是一个矢量。

一般而言，磁场中各点的B的大小和方向都是不相同的，如果磁场中各点的磁感应强度的大小和方向都相同，这样的磁场就叫做均匀磁场。对于均匀磁场，可用均匀分布、方向相同的磁力线来描述。

由磁感应强度的表达式可得它的物理单位为牛/(安·米)=焦/(安·米2)=库·伏/(安·米2)=伏·秒/米2=韦伯/米2=特斯拉。特斯拉简称“特”（T），在工程中也常用高斯（Gs）来表示。

它们的换算关系为1Gs=10-4T。

3.1.2磁通在磁场中为了研究某个面积上的磁场强弱问题而引入了新的物理量——磁通，用符号Φ表示。其大小等于磁感应强度和与它垂直的某一截面积S的乘积。在均匀磁场中，由于B是一个常数，

故而磁通的大小为

Φ=BS

(3-1)由表达式可知,磁通的物理量单位为(韦伯/米2)×米2=韦伯(Wb)。

如果将磁通Φ、磁感应强度B与磁力线联系起来，磁通量就可认为垂直磁力线方向上某一截面积的磁力线数，

而将上式变为

则可认为磁感应强度就是垂直穿过单位面积上的磁力线数，因此磁感应强度又称为磁通密度。

3.1.3磁导率各种物质在磁场中表现是不一样的，有的会增强磁场，有的会削弱磁场，这主要与各种物质的导磁性能有关。为了衡量物质的导磁性能而引入了磁导率这个物理量，用符号μ表示，它的物理单位是亨/米（H/m）。经测定，真空中的磁导率为一个常数，用μ0表示，有自然界中，大多数的物质对磁场强弱影响甚微，有的物质使磁场略比真空中增强，如空气、锡、铝等；有的物质使磁场略比真空中减弱，如铜、银、石墨等，它们的磁导率μ≈μ0，而只有铁、镍、钴及其合金，他们的磁导率μ很大，能使磁场大为增强，我们将这类物质称为铁磁材料。3.1.4磁场强度磁感应强度B的计算在实际中往往很难求得，因为它不仅与电流、导体的形状、位置有关，而且还与物质的磁导率有关。为了方便地计算出B，我们引入了一个辅助物理量，称为磁场强度，用符号H表示。在电工技术中，用简单的形式来计算出某一区域的磁场强度，而要计算出磁场中某点的磁感应强度B，则可用公式来表示：B=μH

式中，μ为该点处的物质磁导率。

（3-2）

磁场强度也是一个矢量，磁场中某点的磁场强度的方向即为该点的磁感应强度B的方向。它的物理量单位是：A/m（或A/cm）。磁场强度的引入不仅简化了磁场计算,而且常用来分析铁磁材料的磁化状况。

3.2铁磁材料的性质和用途

3.2.1铁磁材料的性质

1.高导磁性铁磁材料具有极强的被磁化特性，在外磁场的作用下能产生远远大于外磁场的附加磁场。这是什么原因造成的呢？原来在铁磁材料内部，存在着许多体积很小的自然磁化区，称为磁畴。它们像一个个小磁铁，在未被磁化时，这些磁畴排列杂乱无章，他们的磁场相互抵消，对外不显出磁性，如图3.2（a）所示。

图3.2铁磁材料磁畴分布示意图(a)磁化前；

(b)磁化后

2.磁饱和性

铁磁材料在被磁化的过程中，随着外磁场的逐步增强，铁磁材料内部的磁感应强度B变化如图3.3所示，这条曲线称为铁磁材料的磁化曲线。从图上可看出，B与H的关系是一条曲线，说明两者是非线性关系；又根据B=μH，说明铁磁材料μ值不是常数。磁导率μ与H曲线，如图3.3所示。

图3.3B-H磁化曲线及μ-H曲线

从B-H、μ-H曲线可知：Oa段——磁化开始，B、μ值较小；ab段几乎直线上升,B、μ值增加很大，特别是b点附近μ值达到最大值；bc段曲线的膝部,变化缓慢，B值增加缓慢，μ值反而减少；cs段曲线平坦，B值几乎不变，μ值继续减少。我们将cs段铁磁材料内部磁感应强度B几乎不随外磁场强度H增加的特性,叫做磁饱和性。

图3.4磁滞回线

3.磁滞性在外磁场H作正、负变化（即大小和方向不断变化）的反复磁化过程中，我们发现铁磁材料内的磁感应强度B的变化总是落后于外磁场的变化，这一特性称为磁滞性。铁磁材料经反复磁化后，可得到如图3.4所示的近似于对称的闭合曲线，称为磁滞回线。

从图中可看出，当外磁场H从零开始增加，B也随之增加，如图中的Oa段;当B达到Bm饱和后，减小H，B也随之减小，但并不沿着原线段Oa而是沿着ab段曲线下降；当H=0时，而此时B并不等于零，说明此时铁磁材料内部尚有一部分磁性，称为剩磁Bτ；如果要去掉剩磁，必须加上一定大小的反方向磁场强度Hc，称为矫顽力，如图中的bc段；如果反向磁场继续增强，铁磁材料将会反向磁化，如图中的cd段。这样反复改变H值，铁磁材料中的B值，总是滞后地跟着变化，形成一个闭合的曲线abcdefa，这个闭合的B-H曲线，称为磁滞回线。3.2.2铁磁材料的分类

1.软磁材料如硅钢、铸钢、纯铁、坡莫合金等，这些材料的磁滞回线较狭窄，面积较小；剩磁（Bτ）和矫顽力（Hc）都较小，但磁导率高，磁滞损耗小，容易磁化，也易退磁，常用来制造电机变压器、电器的铁芯。

2.硬磁材料

如碳钢、钨钢、钴钢和镍钢合金等，这类材料的磁滞回线较宽，面积较小；剩磁（Bτ）和矫顽力（Hc）都较大，一旦经磁化后不易消失剩磁，常用来制造各种形状的永久磁铁、扬声器磁钢。软磁材料和硬磁材料的磁滞回线如图3.5所示。图3.5软磁材料和硬磁材料的磁滞回线

3.矩磁材料

如铁氧体材料等，这类材料的磁滞回线近似于矩形，如图3.6所示。较小的外磁场就能使磁化达到饱和，去掉外磁场仍能保持饱和值，常用来制造电子计算机存储器的磁芯等记忆元件。图3.6矩磁材料的磁滞回线3.3直流电磁铁和交流电磁铁3.3.1直流电磁铁

电磁铁一般都由激磁线圈、铁芯和衔铁三部分组成，如图3.7（a）所示。直流电磁铁的工作原理如图3.7（b）所示直流电磁铁衔铁的吸力与两极的磁感应强度B和两磁极的面积S有关，经计算，作用的衔铁上的吸力大小为式中，F的单位为牛顿（N），空气间隙中磁感应强度B的单位为特斯拉（T），铁芯截面积S的单位为米2（m2）。此外，衔铁吸力还与空气间隙δ有关，如图3.8所示。从图中可看出，当电磁铁刚通电启动时，衔铁芯之间的间隙最大，此时吸力最小，当衔铁与铁芯完全闭合后，此时吸力最大。而激磁线圈通入的激磁电I的大小与衔铁与铁芯之间的间隙无关，它取决于线圈的直流电阻R和加上线圈上的电压U。图3.7几种电磁铁

图3.8直流电磁铁的工作特性

3.3.2交流电磁铁

交流电磁铁的组成与直流电磁铁基本相同。由于线圈中通入的是正弦交变电流，故而其铁芯中的磁感应强度将随电流的变化而变化（见图3.9），时而为零，时而达到最大值Bm,随时间作正弦规律变化。但由于交流电磁铁两磁极间的吸力F与两极间的磁感应强度B的平方成正比，故而吸力F也将时而为零，时而达到最大值Fm。这样吸力F将在零和最大值之间脉动，引起衔铁的颤动，

产生噪声，

并会使被控的一些金属触点烧坏。

图3.9交流电磁铁极间吸间吸力的变化曲线为了消除衔铁的颤动，可在磁极的端面上嵌入一个短路环，如图3.10所示。由图可见，当磁极的磁通发生变化时，短路环中便产生感应电流以阻碍磁通的变化，使得环路内的磁通Φ1与Φ2产生一个相位差，就可使两部分的磁通和吸力不会同时为零，这样就消除了衔铁的颤动。图3.10磁极端面上的短路环

交流电磁铁的线圈通往的电流有效值和衔铁受到吸力F的平均值，经实验测得还与衔铁与铁芯间的空气间隙δ大小有关，如图3.11所示。从图上可看出，交流电磁铁刚启动时，线圈中通入的电流有效值为最大，此时衔铁受到的吸力为最小，随着气隙的缩小，电流有效值减小，而吸力增大；当衔铁完全吸合后，线圈中的电流最小，而衔铁的吸力达到最大。因此，在实际工作中，当衔铁被卡住，或铁芯端面有油污或铁屑时，都会造成衔铁和铁芯端面之间吸合不好，这样会造成振动和噪声，严重的还会使线圈电流过大发热而烧霈。所以，平时必须加以维护，

确保交流电磁铁正常工作。

图3.11交流电磁铁工作特性

3.4电磁感应及自感、互感

3.4.1电磁感应

实验一，将一根直导体放在均匀磁场中，并以速度v朝着磁力线垂直方向运动，在导体的两端接上一个检流计，如图3.12所示。当导体左、右切割磁力线时，可以看到检流计发生偏转；而如果导体不运动时，检流计指针是不动的。实验二，将线圈两端与检流计连接，而将磁铁插入或拔出线圈，如图3.13所示。当磁铁插入线圈时，检流计指针发生偏转；而当磁铁在线圈中不动时，检流计指针不动，当磁铁拔出线圈时，检流计指针反向偏转。图3.12实验一示意图

图3.13实验二示意图

以上两个实验说明，当导体对磁场作相对运动而切割磁力线，或者通过线圈的磁通量发生变化时，导体或线圈中就会产生电动势，如果导体或线圈是闭合的，就会有电流通过。这两种不同条件却结果相同的（都产生电动势）现象称为电磁感应。由于电磁感应而产生的电动势叫做感应电动势，由感应电动势而产生的电流称为感应电流。

3.4.2感应电动势大小和方向

1.直导体的感应电动势大小和方向（1）大小计算。在均匀磁场中，长度L的直导体以速度v作与磁感应强度B垂直方向运动时，

实验证明其感应电动势

e=BLv（3-3）

感应电动势的单位为伏特（V）。

（2）方向判别。直导体切割磁力线产生的感应电动势方向可用右手定则确定：伸开右手，大拇指与四指垂直，让磁力线垂直穿过手心，大拇指指向直导体运动方向，而四指的指向即为感应电流方向。在这里，应注意直导体切割磁力线产生的感应电动势，此时应将直导体看成一个电源，电源的电动势方向规定是负极指向正极，这样感应电热方向与感应电流方向是一致的。若直导体不闭合而切割磁力线时，直导体中只有感应电动势而无感应电流。

2.线圈的感应电动势大小和方向

（1）大小计算。法拉第电磁感应定律告诉我们：当线圈中的磁通发生变化时，线圈中感应出电动势的大小与磁通的变化率成正比，

与线圈的匝数N成正比，即

（3-4）

式中，磁通Φ的单位为韦伯（Wb），e的单位为伏特（V）。

（2）方向判别。线圈中的感应电动势方向可用楞次定律和右手螺旋定则来确定。楞次定律指出：如果线圈中的感应电动势是由于穿过线圈的磁通发生变化而产生的,则感应电动势在线圈中流过的感应电流，

其产生的磁通将力图阻止原磁通的改变。

在图3.14（a）中，当磁铁插入线圈时，线圈中的磁通量增加，根据楞次定律，线圈流过的感应电流所产生的磁场方向应与磁铁的磁场方向相反，应用右手螺旋定则可确定：大拇指向上表示磁场方向——图中虚线的磁力线，而弯曲的四指表示感应电流方向，由此定出，线圈的感应电动势的极性是上面“+”，下面“-”。在图3.14（b)中，当磁铁拔出时，线圈中的磁通量将减小，同样根据楞次定则，大拇指向下，表示磁场方向——图中虚线的磁力线，而弯曲的四指表示感应电流方向，由此定出，线圈的感应电动势的极性是上面“-”，下面“＋”。如果用一个表达式来表示法拉第电磁感应定律和楞次定律，即

（3-5）式中，“-”表示线圈的感应电流产生的磁通将力图阻止原磁通的改变。

图3.14磁铁插入或拔出线圈时感应电动势方向

3.4.3自感与互感

1.自感

如果线圈中通入变化的电流，它将会使线圈中产生变化的磁通，如图3.15所示。变化的磁通穿过本身线圈，必将使线圈感应出感应电动势，这个由于在自己本身线圈中而产生的感应电动势称为自感电动势，用eL表示,其表达式为

（3-６）

图3.15自感

自感电动势是由于线圈本身流入变化的电流而产生的，为了找出eL与i的关系而引入一个新的物理量——自感应系数，简称电感,符号用Ｌ表示。它与线圈的几何形状结构及磁导率有关。对于空心线圈，由于ＮΦ与电流i的比值为一常数，故定义电感L的物理单位是亨利（H），较小的单位是毫亨（mH），

1H=103mH。

把上式变形为NΦ＝Li,代入eL表达式，得若是空心线圈，

便可得

(3-7)上式说明：线圈中的感应电动势的大小与线圈的电感及线圈中的电流变化率成正比；而负号则表示自感应电动势的方向与电流的变化率相反，其物理意义是eL起着阻碍电流变化的作用。即当i增加时，eL与i方向相反，以阻碍电流的增大，而当电流减小时，eL则与i方向相同，以阻碍电流的减小。因此，电感线圈在电路中能起着稳定电流的作用。对于有铁芯线圈的电感元件，由于L并非常数，所以不能用以上公式来定量计算eL，而只能作一些定性分析。

2.互感

当紧靠的两个线圈，其中一个线圈流入变化的电流时，可以发现另一个线圈回路中电流表的指针发生偏转，说明该线圈两端产生了感应电动势，这一现象叫做互感现象。该感应电动势称为互感电动势，用符号eM表示，而由互感电动势产生的电流称为互感电流，用符号iM表示，如图３.１６所示。图中，接入变化电流的线圈1称为初级线圈（主线圈），而与电流表相连接的线圈2称为次级线圈（副线圈）。图3.16互感

eM产生的原因是线圈1通过变化的电流i1后产生的变化磁通Φ1，由于两线圈紧靠，故有一部分磁通Φ12穿过线圈2，使线圈2感应出互感电动势eM，互感电动势的大小与线圈2的匝数和穿过线圈2的磁通变化率成正比。汽车中的点火线圈就是利用互感原理制成的。如图3.17所示为一传统点火线圈的点火原理图，其工作过程如下：图3.17传统点火系原理图

（1）触点闭合。铁芯中形成磁路：当点火开关1闭合，发动机工作，驱动断电小轴旋转，小轴上端的断电器凸轮不断地使触点4闭合与断开，当触点闭合时，点火线圈3初级绕组中有电流流过，电流由蓄电池“+”极→点火开关附加电阻→点火线圈初级绕组N1→断电器触点4→搭铁蓄电池“-”极，则铁芯中有磁通通过，形成磁路。（2）触点断开。次级绕组产生高压：当断电凸轮将触点4打开时，这时点火线圈初级绕组N1电路被切断，初级电流及电芯中的磁通迅速消失，根据电磁感应原理，在点火线圈次级绕组N2感应出高压感应电动势时，该电动势可达15000V到20000V。

（3）火花塞放电。高压次级绕组电磁感应电动势将火花塞电极间隙击穿，形成火花，点燃混合气。此时高压电流由点火线圈次级绕组N2→高压导线→火花塞→搭铁→蓄电池→点火开关1→附加电阻2→次级绕组N2

。当触点4断开，磁场消失时，在点火线圈初级绕组Ｎ1中根据自感应原理，将感应产生自感电动势，可达200～300V。它将在触点处形成火花，使触点烧坏。为了减少这一影响，在触点4两端并联一个电容6。3.5变压器的结构、基本工作原理与三大功能

3.5.1变压器的基本结构

1.铁芯它是由0.35～0.5mm厚的硅钢片表面涂绝缘漆交叠而成的，这是为了减少涡流和磁滞损耗。

其作用是为磁通提供磁路。

图3.18变压器的基本结构(a)芯式；(b)壳式

2.绕组

绕组，即线圈，它一般由绝缘导线绕制成不同匝数的线圈。与电源相连的绕组称为初次绕组或初级线圈，与负载相连的绕组称为次级绕组或次级线圈。绕组与绕组，绕组与铁芯间用绝缘材料隔开。

3.5.2变压器的空载运行

如图3.19所示，变压器初级绕组开关S1闭合，接上交流电压，次级绕组开关S2断开，不接负载，这种状态称为变压器的空载运行。

图3.1９

变压器空载运行

在外加正弦交流电压u1的作用下，变压器初级绕组便有i0交流电流通入，称为空载电流，其有效值I0很小，一般约为额定电流的3％～８％。这样，初级绕组中便有i0·N1（称磁通势）的产生，从而建立起交变的磁场。由于铁芯的磁导率比空气或油的磁导率大许多，故而绝大部分磁通经过铁芯闭合，并与初、次级绕组耦合，称为主磁通Φ，而仅有一小部分磁通在穿过初级绕组后沿附近空间与初级绕组耦合，称为漏磁通Φδ1，由于I0很小，故而漏磁通Φδ1也很小，在分析时略去不计。上述的变化过程，

我们可用下面表达式来简单的分析：

式中，e1即为初级绕组由于Φ的变化而产生的自感电动势，起到平衡u1的作用；e2即为次级绕组由于Φ的变化而产生的互感电动势，而u20即为次级绕组空载时的开路端电压。如设Φ＝Φmsinωt,则因为ω＝2πf，所以e1的有效值为

（3-８）

同理

由以上式子得

（3-９）

由于初级绕组的电阻较小，故而u1≈-e1,即而

所以

式中，KU称为变压器的变压比，也称匝数比。当KU＞1，即为N1＞N2时，此时变压器是用作降压的；而当KU＜1，即N1＜N2时，此时变压器是用作升压的。在实际中，我们可根据需要，适当选择N1和N2,即可达到升压或降压的目的。3.5.3变压器的负载运行

将开关S2闭合，变压器次级绕组接上负载，这种状态称为变压器的负载运行。次级绕组接上负载的阻抗Z后，在电动势E2的作用下，就有电流i2流过，产生了磁通势i2N2，根据楞次定律，i2N2将阻碍铁芯中原来的主磁通Φ的变化，影响Φm的大小。但由于电源电压U1和频率f一定时，根据U1≈E1＝4.44fΦmN1，Φm应该近似不变，但要保持Φm不变，则必须使初级电流从i0增加到i1，以致由i1N1来维持Φm基本不变。这样，初、次级绕组之间虽然没有电的直接联系，而通过主磁通Φ将初、次级绕组联系起来形成磁的耦合。用表达式表示，即或用相量表示为

一般情况下，Ｉ0较小，当变压器接近满载状态时，相对于和而言，可忽略不计，则有

则其大小关系为

（3-11）

式中，KI称为变流比。

上式告诉我们，变压器的高压绕组匝数多，而流过电流小；低压绕组匝数少，而流过的电流大。电流小可选择较小的导线截面，电流大要选择较大的导线截面，因此从绕组的导线粗、

细便可以区分出高低压绕组。

3.5.4变压器的阻抗变换作用

变压器除了变换电压和变换电流外，还可以进行阻抗变换。所谓阻抗变换见图3.20（a）所示，是指变压器次级绕组接的负载的阻抗Z，转换为图3.20（b）虚线框部分的初级绕组接入电源两端的等效阻抗Z′。

图3.20负载阻抗的等效变换

由于

得

因为

所以

（3-12）

如果Z和Z′已经确定的情况下，我们只需要适当调整匝数比KU，就可以达到阻抗匹配的目的。这一原理，在要求交流信号最大功率输出时得到了较好的应用。变压器的三大功能就是指变压、

变流及阻抗变换。

例3-1

有一台机床控制变压器，初级电压为220V，次级电压为36V，如果次级接入一个100W、36V的灯泡，若不考虑变压器绕组的阻扰,问初次的电流为多少？

解次级接入100W、

36V的灯泡为电阻性负载,故次级电流为

例3-2

扬声器俗称喇叭，可近似认为是纯电阻负载，设其阻值为8Ω。（1）若直接接到内阻为200Ω,电动势为10V的交流信号源上，求扬声器上获得的功率；（2）为了达到阻抗匹配，扬声器和交流信号源间应接入匝数比为多大的变压器，此时扬声器获得的功率为多少？

解

（2）

此时扬声器与交流信号源如图3.21所示。

图3.21例3-2图

3.6变压器绕组的同名端及其测定

在实际工作中，有时要把绕组串联起来，以增高电压；有时又要把绕组并联起来，以增大电流。如图3.22中两个绕组A和B的匝数相同，绕向一致，额定电压都为110V，如要把它们接到220V交流电源上去时，必须2、3相连，1、4接220V电压；而如果要把它们接到110V交流电压上去时，则必须1、3相连，2、4相连后再接上110V电压，如图3.23所示。图3.22两个绕组串联

图3.23两个绕组并联

在图3.22和图3.23中，线圈A和B上打“·”的端口，叫做同名端（或同极性端）。这是由于此时该两个绕组的同名端1、3同时流进电流（或同时流出电流），两绕组产生的磁通势方向在铁芯中是一致的。如图3.22，它们相互叠加使初级电路的电压u1达到平衡。uR为绕组电阻上的电压，uLS为绕组与空气形成的漏感抗上的电压。如果接错，则两个绕组A和B产生的磁通势方向在铁芯中相反，相互抵消，则反电动势e1叠加e2为零，则将使u1=uR+uLS

。又由于绕组的电阻和漏感抗很小，

将使电路中电流很大，

以致烧坏变压器绕组。

1.直流法

如图3.24所示，图中绕组A的两个端点1、2接入开关S和电动势为Ｅ的电源，绕组B的两个端点3、4接检流器G表。＋、-为G的电压参考方向，若指针正向偏转，则实际电压与参考方向一致；若指针反向偏转，则实际方向与参考方向相反。当开关S迅速闭合时刻，若表的指针正向偏转一下，则1端和3端为同名端，若指针反向偏转一下，则1端和4端为同名端。图3.24绕组同名端测定法（a)直流法；（b）

交流法

2.交流法如图3.24（b）所示，将A、B两个绕组的任意两个端点连接在一起，如2端和4端连在一起，并在任意一个绕组（如A绕组）加上一个电压值较低的交流电压u，然后用交流电压表测量：U12、U13和U34。如测得U13＝U12-U34，则1端和3端为同名端；若测得U13＝U12+U34

，

则1端和4端为同名端。

3.7三相变压器的组成与基本原理

在输、配电工作中，都采用三相正弦交流电，如要把三相发电机产生的三相电压升高或者降低变为同频率的三相电压，一般采用三相变压器实现。

图3.2５即为一个三相变压器，它的铁芯具有三个铁芯柱，每个铁芯柱上各装有一个初级绕组和一个次级绕组。高压绕组的始端为A、B、C，末端为X、Y、Z；低压绕组的始端为a、b、c，末端为x、y、z。三相变压器绕组的常用接法有Y／Y0和Y／△等几种，分子表示高压绕组的接法，分母表示低压绕组的接法，Y0表示星形接法,带有中点引出线,如图3.2６(a)、(b)所示。图3.25三相变压器

图3.2６三相变压器的连接法（a）

Ｙ／Ｙ0接法；

(b)Ｙ／△接法

当初级绕组接成Ｙ形，并通入对称的三相交流电压时，则在三个绕组中产生的磁通（见图3.2７）也是对称的。如图3.2７（a）中的t1时刻，A相绕组的磁通ΦA达到正方向最大值时，而B相和Ｃ相的磁通ΦB和ΦC恰好是反方向且值为最大值的一半，而t1时刻的铁芯中磁通方向和路径如图3.27(b)所示。其余时刻，可以根据3.2７(a)图曲线作出相应的3.2７(b)图中ΦA、ΦB、ΦC的方向和路径。图3.2７三相变压器铁芯中的磁通(a)三相磁通曲线；

(b)瞬时t1的磁通方向

3.8变压器的额定值、损耗与效率问题

3.8.1变压器的额定值

1.额定电压U1N和U2N

初级绕组的额定电压U1N是根据变压器的绝缘强度和容许温升所规定加入的电压值，而次级绕组的额定电压U2N是在初级绕组加上额定电压时次级绕组的空载电压。在三相变压器中，U1N和U2N都是指线电压。

2.额定电流I1N和Ｉ2N额定电流I1N和Ｉ2N是根据绝缘材料的强度所容许的温度而长期容许通过的电流最大值。在三相变压器中，I1N和Ｉ2N是指线电流。

3.额定容量

额定容量是用视在功率来表示的，单位为伏安（V·A）或千伏安（kV·A）。在单相变压器中

SN=U2NI2N

在三相变压器中

4.额定频率fN这是指加到变压器初级绕组上的电压允许频率。在我国,规定标准工业频率为５0Ｈｚ。在电气线路中，单相和三相变压器的图形符号如图3.2８所示。图3.2８单相和三相变压器的图形符号(a)单相；

(b)三相

3.8.2变压器的损耗与效率变压器的输入功率

式中，φ1为初级线圈的输入电压u1和输入电流i1的相位差。变压器的输出功率(3-16)式中，φ2为次级线圈的输出电压u2和输出电流i2的相位差。

变压器的功率损耗

ΔP=P1-P2（3-17）

变压器的效率

（3-18）

变压器的效率一般较高，大容量变压器在额定负载时的效率可达９８％～９９％，小容量变压器的效率约为７0％～８0％。变压器的效率还与负载有关，轻载时效率很低，因此我们应合理选择变压器的容量，以免长期轻载或空载工作。

3.9特

殊

变

压

器

3.9.1自耦变压器普通变压器的初级绕组和次级绕组是互相分开的。而如果将变压器制成如图3.2９所示的那样，将初级绕组和次级绕组合在一起，则初级绕组和次级绕组之间不仅有磁的联系，又有电的联系，这种变压器称为自耦变压器。自耦变压器的工作原理与普通变压器相同，它也具有变压，变流和变换阻抗的作用，即：

只要适当选择N2，就可得到所需的次级电压U2。

自耦变压器也有单相和三相之分，一般实验室中常用的调压器如图3.30所示。它利用滑动触头来改变次级绕组的匝数，从而达到改变电压数值的目的。图3.2９自耦变压器图3.30调压器的外形和电路

自耦变压器具有构造简单、节省用铜量、使用方便等优点，但也有缺点，因为初级和次组线圈之间有电的直接联系，使用中应加以注意。例如，初级和次级不可接错，否则会造成电源短路或烧坏变压器的后果。又如，自耦变压器绕组的接地端不能误接到电源火线端，因为即使次级电压很低，但人触及到次级绕组的任一端时都有触电的危险。因此，按照电气安全操作章程规定，

自耦变压器不允许作为安全变压器使用。

3.9.2仪用互感器

1.电压互感器

电压互感器一般就是一个降压变压器，如图3.31所示。它是用来扩大交流电压表量程的。

根据变压器的工作原理将电压互感器匝数较多的初级绕组接入被测高压电路，匝数较少的次级绕组与电压表相连。由于

即

图3.31电压互感器的接线图则被测线路电压是伏特表被测电压的KU倍。一般次级的额定电压设计为100V，因此在不同电压等级的电路中，电压互感器的变压比就会有所不同，如10000/100和35000／100等。在实际使用中，次级电路不允许短路，否则会产生比额定电流大得多的短路电流，从而烧坏互感器。另外，为了安全运行，必须将次级绕组的一端与铁芯同时接地，以免当绕组间绝缘损坏时，次级绕组也带上高压电，造成人员伤亡。

2.电流互感器

电流互感器也是根据变压器的工作原理制成的。它主要用来扩大交流电流表的量程，如图3.32所示。电流互感器的初级绕组的匝数较少、导线较粗，与被测线路的负载相串联；而次级绕组匝数较多、导线较细，与测量仪表相连，

一般设计额定电流为５

A。

图3.32电流互感器的接线图由于

所以

即负载电流等于测量仪表电流的KI倍。在实际电路中，变流比是不同的，一般有10／５、20／５、30／５、

40／５、５0／５等等。

在使用电流互感器时，次级绕组是不允许断开的。否则会使铁芯严重过热，次级绕组产生很高的感应电动势，从而导致绝缘损坏而引起事故。此外，在使用中为了安全起见，电流互感器的铁芯和次级绕组的一端应接地。在实际工作中，常使用钳形电流表，它也是一种电流互感器，如图3.33所示。图3.33钳形电流表

钳形电流表的次级绕组与一只电流表相连形成回路，其铁芯像把钳子，可以开合。测量时先张开铁芯，把待测电流的一根导线放入钳中，然后再闭合。这样，待测导线成为电流互感器的初级绕组，只有一匝线圈，经过变换，在电流表上就可直接读出待测导线的电流有效值。3.9.3脉冲式变压器

脉冲式变压器是用来变换脉冲电压的，其作用是将输入的脉冲电压（即不是连续变化的电压，而是断续变化的电压）经变压器变换后，输出的脉冲电压波形失真尽可能的小，这是其最基本的要求。于是，脉冲变压器的铁芯一般使用高导磁率的铁淦氧合金和铍莫合金材料，

以减小磁路的功率损耗。

在晶闸管可控整流电路的触发电路中，经常要用到脉冲变压器。其初级绕组（也可叫做一次侧绕组）接在晶闸管的触发电路中，而次级绕组（也可叫做二次侧绕组）则接在晶闸管控制极和阴极控制回路。由于触发电路功率较小，而晶闸管主电路功率较大，为了电路运行安全，必须将初、次级绕组安全地隔离开来，因此在制造工艺上有特殊的要求。如采用特厚漆膜的聚酯漆包圆线，在绕制过程中不能有擦坏、擦破漆膜现象，初、次级绕组之间加垫绝缘薄膜或漆布等，以确保脉冲变压器初、次级绕组间的绝缘耐压不低于1７５0V。

由于一般触发电路都带有功率放大电路，其三极管的耐压都可达到７５V以上，因此往往不需要通过脉冲变压器来升高电压，故初、次级绕组的匝数取得一样（当然如需要升高电压仍可通过改变其初次级绕组的匝数来达到）。在现代汽车电子控制系统中，信号电压通常都是脉冲信号电压。例如，在电容储能式点火系统中，要将12V直流电升高