電工電子技術(shù)烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系ElectricTechnique&ElectronicTechnique第三章、磁路與變壓器第一節(jié)磁性材料的磁性質(zhì)第二節(jié)交流鐵心線圈電路第三節(jié)變壓器的工作原理第四節(jié)幾種常用的變壓器第五節(jié)變壓器的額定值及型號(hào)學(xué)習(xí)指導(dǎo)教學(xué)要求：

1、掌握變壓器的用途與結(jié)構(gòu)；

2、掌握單相變壓器與三相變壓器；

3、熟悉磁路的基本概念；

4、熟悉電磁鐵。第一節(jié)、磁性材料的磁性質(zhì)1.磁場(chǎng)的基本物理量磁通Φ：通過(guò)與磁場(chǎng)線方向垂直的某一截面內(nèi)磁場(chǎng)線的總數(shù)。通電線圈中的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B：表示磁場(chǎng)內(nèi)某一點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。磁場(chǎng)線在該點(diǎn)處的方向就是磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向，在數(shù)值上B等于該點(diǎn)與磁場(chǎng)方向垂直的單位面積內(nèi)所通過(guò)的磁通。1.磁場(chǎng)的基本物理量均勻磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B：通電線圈中的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的國(guó)際單位：特【拉斯】（T）磁場(chǎng)強(qiáng)度H：——輔助物理量安培環(huán)路定律磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量沿任意閉合路徑的線積分等于穿過(guò)該閉合路徑所包圍的全部電流的代數(shù)和。I1I3I2Hdl右圖為例：方向：右手螺旋法則磁導(dǎo)率u：表示介質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量真空介質(zhì)中磁導(dǎo)率：相對(duì)磁導(dǎo)率：2.鐵磁材料磁疇：鐵心自身具有的自然磁性小區(qū)域。沒(méi)有外磁場(chǎng)作用，各個(gè)磁疇的磁場(chǎng)方向總體上不規(guī)則，宏觀不顯磁性。II磁疇和鐵心的磁化IAB曲線2直線1磁化過(guò)程直線1空心線圈時(shí)的情況曲線2線圈中放入鐵心時(shí)情況磁化過(guò)程說(shuō)明稱為飽和狀態(tài)，鐵心的增磁作用已經(jīng)達(dá)極限，同直線1B點(diǎn)以后

所有磁疇的磁場(chǎng)逐漸沿外磁場(chǎng)的方向排列，鐵心磁場(chǎng)從未飽和到飽和

AB段

大部分磁疇的磁場(chǎng)沿外磁場(chǎng)方向排列，與I成正比且增加率較大

OA段

曲線2即磁化曲線

與I成正比

直線1鐵磁材料的磁性能高導(dǎo)磁性：磁導(dǎo)率可達(dá)102~104，由鐵磁材料組成的磁路磁阻很小，在線圈中通入較小的電流即可獲得較大的磁通。磁飽和性：B不會(huì)隨H的增強(qiáng)而無(wú)限增強(qiáng)，H增大到一定值時(shí)，B不能繼續(xù)增強(qiáng)。磁滯性：鐵心線圈中通過(guò)交變電流時(shí)，H的大小和方向都會(huì)改變，鐵心在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化，在反復(fù)磁化的過(guò)程中，B的變化總是滯后于H的變化。+u－

i

eseΦσΦ+－EIR磁路電路磁通電流I磁通勢(shì)F=NI電動(dòng)勢(shì)E磁阻Rm電阻R磁路歐姆定律＝F/Rm電路歐姆定律I=E/R磁路與電路產(chǎn)生磁場(chǎng)的激勵(lì)磁通通過(guò)時(shí)，磁路呈現(xiàn)阻礙作用的大小磁路的歐姆定律磁路歐姆定律揭示了磁路中的磁通Φ與勵(lì)磁電流I之間的關(guān)系：得：鐵心內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：注：鐵心環(huán)路的平均路徑。N：線圈匝數(shù)I：線圈中通過(guò)的電流l：鐵心環(huán)路平均值Ir安培環(huán)路定律磁路的歐姆定律假設(shè)環(huán)形鐵心截面積S的半徑比環(huán)的平均半徑r小的多，即可認(rèn)為環(huán)內(nèi)磁場(chǎng)線在S上均勻分布，則：取：或：Ir則磁通：這就是磁路的歐姆定律。磁通勢(shì)：F磁阻第二節(jié)、交流鐵心線圈電路

直流磁路線圈中通入的是直流電流，磁路中的磁通Φ恒定不變，不會(huì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此直流線圈電路中的電壓、電流關(guān)系、功率損耗與一般直流電路相同。交流鐵心線圈電路圖uie

交流磁路勵(lì)磁線圈中通入的是交流電流，交流磁路中會(huì)產(chǎn)生交變磁通，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。一、各磁量之間的關(guān)系交流電壓u交流鐵心線圈電路圖uie勵(lì)磁電流i磁通勢(shì)Ni主磁通Φ感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e在交流磁路中，主磁通Φ是交變的，交變磁通在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e，各電磁量的關(guān)系如下：二、主磁通與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)設(shè)主磁通：交流鐵心線圈電路圖uie感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e式中：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值E三、電壓平衡方程向量表示：忽略勵(lì)磁線圈中的導(dǎo)線電阻產(chǎn)生的壓降Ri后，可以列出基爾霍夫電壓定律方程：uie有效值表示：上式表明，在電源電壓的有效值U和頻率f保持不變時(shí)，只要匝數(shù)N不變，主磁通的最大值Φm就基本不變。恒磁通原理第三節(jié)、變壓器工作原理變壓器：靜止電器，把交流電壓轉(zhuǎn)換為同頻率的另一 數(shù)值交流電壓。作用：1.輸電、配電（電壓越高，電流越小，輸電線

橫截面積越小，節(jié)省材料）。2.減少線路上的功率損耗。工作原理變壓器符號(hào)：變壓器的基本結(jié)構(gòu)：心式變壓器殼式變壓器特點(diǎn)是：線圈包圍鐵心特點(diǎn)是：鐵心包圍線圈功率較大的變壓器多采用心式變壓器，以減少鐵心體積，節(jié)省材料。空載運(yùn)行：原邊接入電源，副邊開(kāi)路，變電壓作用。接上交流電源原邊電流i1等于勵(lì)磁電流i10

產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)二.變壓器的工作原理

i10

產(chǎn)生磁通（交變）（

方向符合右手定則）-+-+結(jié)論：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。K稱為變比原、副邊電壓關(guān)系根據(jù)交流磁路的分析可得：時(shí)（變電壓）負(fù)載運(yùn)行：變電流、變阻抗作用Z

副邊帶負(fù)載后對(duì)磁路的影響：在副邊感應(yīng)電壓的作用下，副邊線圈中有了電流i2

。此電流在磁路中也會(huì)產(chǎn)生磁通，從而影響原邊電流i1。但當(dāng)外加電壓、頻率不變時(shí)，鐵芯中主磁通的最大值在變壓器空載或有負(fù)載時(shí)基本不變

。帶負(fù)載后磁通勢(shì)的平衡關(guān)系為：空載時(shí)的磁通勢(shì)帶負(fù)載時(shí)的合成磁通勢(shì)結(jié)論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比由于變壓器鐵芯材料的磁導(dǎo)率高、空載勵(lì)磁電流很小，可忽略。即：原、副邊電流關(guān)系（變電流）（變阻抗）原、副邊阻抗關(guān)系從原邊等效：結(jié)論：變壓器原邊的等效負(fù)載，為副邊所帶負(fù)載乘以變比的平方。變壓器的外特性1．外特性電壓調(diào)整率反映了供電電壓的穩(wěn)定性。通常希望的變動(dòng)愈小愈好，一般變壓器的電壓調(diào)整率約在5%左右。2．損耗與效率鐵損ΔPFe包括磁滯損耗和渦流損耗。損耗：銅損：效率：空載電壓二次繞組輸出電壓第四節(jié)、幾種常用的變壓器1自耦變壓器使用時(shí)，改變滑動(dòng)端的位置，便可得到不同的輸出電壓。實(shí)驗(yàn)室中用的調(diào)壓器就是根據(jù)此原理制作的。注意：原、副邊千萬(wàn)不能對(duì)調(diào)使用，以防變壓器損壞。因?yàn)镹變小時(shí)，磁通增大，電流會(huì)迅速增加。電壓互感器：用低量程的電壓表測(cè)高電壓1.副邊不能短路，以防產(chǎn)生過(guò)流；2.鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損壞時(shí)，在副邊出現(xiàn)高壓。使用注意：被測(cè)電壓=電壓表讀數(shù)N1/N2電壓表電流互感器：用低量程的電流表測(cè)大電流被測(cè)電流=電流表讀數(shù)N2/N11.副邊不能開(kāi)路，以防產(chǎn)生高電壓；2.鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損壞時(shí)，在副邊出現(xiàn)過(guò)壓。使用注意事項(xiàng)：電流表

額定電壓

變壓器副邊開(kāi)路（空載）時(shí)，原、副邊繞組允許的電壓值。額定電流

變壓器滿載運(yùn)行時(shí)，原、副邊繞組允許的電流值。變壓器的銘牌數(shù)據(jù)（以單相變壓器為例）第五節(jié)、變壓器的額定值及型號(hào)

額定容量

傳送功率的最大能力。

額定頻率

變壓器正常工作所加交流電源的頻率。我國(guó)和世界上多數(shù)國(guó)家使用的電力標(biāo)準(zhǔn)頻率是50Hz電源變壓器一次繞組的匝數(shù)N1=660匝，接電源電壓U1=220V。它有兩個(gè)二次繞組，開(kāi)路電壓分別是U20=36V、U30=12V。計(jì)算兩個(gè)二次繞組的匝數(shù)N2和N3。例3-1二次繞組匝數(shù)與電壓比例關(guān)系不變：解：二次繞組匝數(shù)：額定容量10kV·A的變壓器，額定電壓是3300V/220V。計(jì)算（1）一、二次繞組的額定電流I1N和I2N；（2）負(fù)載是220V、40W、λ=cosφ=0.44的日光燈。變壓器滿載時(shí)可接入多少盞這樣的日光等？例3-2一次繞組的額定電流：解：二次繞組額定電流：額定容量10kV·A的變壓器，額定電壓是3300V/220V。計(jì)算（1）一、二次繞組的額定電流I1N和I2N；（2）負(fù)載是220V、40W、λ=cosφ=0.44的日光燈。變壓器滿載時(shí)可接入多少盞這樣的日光等？例3-2每盞日光燈的電流：解：可以接入的日光燈數(shù)：已知交流信號(hào)源的電壓有效值U=6V，內(nèi)阻R0=100Ω，負(fù)載是揚(yáng)聲器，其電阻RL=8Ω。（1）把揚(yáng)聲器直接接在信號(hào)源的輸出端(左圖)，計(jì)算負(fù)載得到的功率P’；（2）為使負(fù)載獲得最大功率，在信號(hào)源與負(fù)載之間接入變壓器(右圖)，使RL折算到一次側(cè)的等效電阻RL’=R0。計(jì)算滿足這一條件的變壓器變比K負(fù)載得到的功率P？例3-3+-+-已知交流信號(hào)源的電壓有效值U=6V，內(nèi)阻R0=100Ω，負(fù)載是揚(yáng)聲器，起電阻是計(jì)算RL=8Ω。（1）把揚(yáng)聲器直接接在信號(hào)源的輸出端，計(jì)算負(fù)載得到的功率P’例3-3+-解：負(fù)載獲的功率：電流有效值：已知交流信號(hào)源的電壓有效值U=6V，內(nèi)阻R0=100Ω，負(fù)載是揚(yáng)聲器，起電阻是計(jì)算RL=8Ω。（2）為了使負(fù)載獲得最大功率，在信號(hào)源與負(fù)載之間接入變壓器，使RL折算到一次測(cè)的等效電阻RL’=R0。計(jì)算滿足這一條件的變壓器變比K負(fù)載得到的功率P？例3-3+-解：帶入計(jì)算得：要使負(fù)載獲得最大功率，需滿足：變壓器一次繞組電流有效值：負(fù)載獲得的功率：三相變壓器結(jié)構(gòu)示意圖U2U1V2