第10章磁路和變壓器10.1磁路10.2單相變壓器10.3三相變壓器10.1磁路實(shí)際電路中有大量電感元件的線圈中有鐵心。線圈通電后鐵心就構(gòu)成磁路，磁路又影響電路。因此電工技術(shù)不僅有電路問題，同時(shí)也有磁路問題。10.1.1磁路的基本物理量1．磁感應(yīng)強(qiáng)度B磁感應(yīng)強(qiáng)度B是表示磁場內(nèi)空間某點(diǎn)磁場強(qiáng)弱及方向的物理量。B的大小等于垂直于磁場方向單位面積的磁力線數(shù)目，B的方向用右手螺旋定則確定即:右手彎曲的四指指向電流的方向,則伸直的拇指為B的方向。單位是特斯拉(T)。2．磁通Φ均勻磁場中磁通Φ等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場方向的面積S的乘積，單位是韋伯(Wb)。3．磁導(dǎo)率μ磁導(dǎo)率μ表示物質(zhì)的導(dǎo)磁性能，單位是亨/米(H/m)。真空的磁導(dǎo)率非鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空極為接近，鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于真空的磁導(dǎo)率。

相對磁導(dǎo)率μr：物質(zhì)磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率的比值。非鐵磁物質(zhì)μr近似為1，鐵磁物質(zhì)的μr遠(yuǎn)大于1。4．磁場強(qiáng)度H

:表示磁場大小的物理量磁場強(qiáng)度只與產(chǎn)生磁場的電流以及這些電流分布有關(guān)，而與磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率無關(guān)，單位是安／米（A／m）。10.1.2磁路的基本定律1．安培環(huán)路定律

計(jì)算電流代數(shù)和時(shí)，與繞行方向符合右手螺旋定則的電流取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)。若閉合回路上各點(diǎn)的磁場強(qiáng)度相等且其方向與閉合回路的切線方向一致，則：2．磁路歐姆定律

稱為磁阻，表示磁路對磁通的阻礙作用。因鐵磁物質(zhì)的磁阻Rm不是常數(shù)，它會(huì)隨勵(lì)磁電流I的改變而改變，因而通常不能用磁路的歐姆定律直接計(jì)算，但可以用于定性分析很多磁路問題。3．電磁感應(yīng)定律

10.1.3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，鐵心在交變磁場中反復(fù)磁化，在反復(fù)磁化的過程中，B的變化總是滯后于H的變化。鐵磁材料的類型：軟磁材料：磁導(dǎo)率高，磁滯特性不明顯，矯頑力和剩磁都小，磁滯回線較窄，磁滯損耗小。硬磁材料：剩磁和矯頑力均較大，磁滯性明顯，磁滯回線較寬。矩磁材料：只要受較小的外磁場作用就能磁化到飽和，當(dāng)外磁場去掉，磁性仍保持，磁滯回線幾乎成矩形。磁化曲線磁滯回線設(shè)線圈的電阻為R，主磁電動(dòng)勢為e和漏感電動(dòng)勢為eσ，由基爾霍夫第二定律有：10.1.4交流鐵心線圈電路e

的有效值為：1．電壓、電流和磁通的關(guān)系寫成相量形式：設(shè)漏磁電感為Lσ，則：2．功率損耗3．等效電路圖中X0是反映線圈能量儲(chǔ)放的等效感抗。10.2變壓器10.2.1變壓器的工作原理原繞組匝數(shù)為N1，電壓u1，電流i1，主磁電動(dòng)勢e1，漏磁電動(dòng)勢eσ1；副繞組匝數(shù)為N2，電壓u2，電流i2，主磁電動(dòng)勢e2，漏磁電動(dòng)勢eσ2。1．電壓變換原繞組的電壓方程：副繞組的電壓方程：忽略電阻R1和漏抗Xσ1的電壓，則：k稱為變壓器的變比。2．電流變換由U1≈E1=4.44N1fΦm可知，U1和f不變時(shí)，E1和Φm也都基本不變。因此，有負(fù)載時(shí)產(chǎn)生主磁通的原、副繞組的合成磁動(dòng)勢（i1N1+i2N2）和空載時(shí)產(chǎn)生主磁通的原繞組的磁動(dòng)勢i0N1基本相等，即：空載電流i0很小，可忽略不計(jì)。3．阻抗變換設(shè)接在變壓器副繞組的負(fù)載阻抗Z的模為|Z|，則：Z反映到原繞組的阻抗模|Z'|為：10.2.2變壓器的使用1．外特性電壓變化率反映電壓U2的變化程度。通常希望U2的變動(dòng)愈小愈好，一般變壓器的電壓變化率約在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：3．額定值(1)額定電壓UN：指變壓器副繞組空載時(shí)各繞組的電壓。如:10000V/220V三相變壓器是指線電壓。(2)額定電流IN：指允許繞組長時(shí)間連續(xù)工作的線電流。如:16A/38A(3)額定容量SN：在額定工作條件下變壓器的視在功率。三相變壓器：單相變壓器：在分析和比較二個(gè)或二個(gè)以上繞組中電流所產(chǎn)生的磁場方向及磁場變化所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的方向時(shí),都要與繞組的繞向有關(guān)。當(dāng)二繞組流入的電流在磁路中產(chǎn)生的磁通方向相同時(shí)，就稱這二個(gè)繞組的電流流入（或流出）端為同極性端（同名端）。4．變壓器線圈極性的測定4．變壓器線圈極性的測定(1)同極性端的標(biāo)記(2)同極性端的測定毫安表的指針正偏1和3是同極性端；反偏1和4是同極性端。U13=U12－U34時(shí)1和3是同極性端；U13=U12＋U34時(shí)1和4是同極性端。10.2.3特殊變壓器1．自耦變壓器特點(diǎn)：副繞組是原繞組的一部分，原、副壓繞組不但有磁的聯(lián)系，也有電的聯(lián)系。ABP+–+–

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：一次、二次側(cè)千萬不能對調(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。2．儀用互感器(1)電流互感器：原繞組線徑較粗，匝數(shù)很少，與被測電路負(fù)載串聯(lián)；副繞組線徑較細(xì)，匝數(shù)很多，與電流表及功率表、電度表、繼電器的電流線圈串聯(lián)。用于將大電流變換為小電流。使用時(shí)副繞組電路不允許開路。2.電壓互感器

實(shí)現(xiàn)用低量程的電壓表測量高電壓VR

N1（匝數(shù)多）保險(xiǎn)絲

N2（匝數(shù)少）~u（被測電壓）電壓表被測電壓=電壓表讀數(shù)N1/N2使用注意事項(xiàng)：二次側(cè)不能短路，以防產(chǎn)生過流；2.鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損壞時(shí)，在二次側(cè)出現(xiàn)高壓。降壓變壓器(2)電壓互感器：電壓互感器的原繞組匝數(shù)很多，并聯(lián)于待測電路兩端；副繞組匝數(shù)較少，與電壓表及電度表、功率表、繼電器的電壓線圈并聯(lián)。用于將高電壓變換成低電壓。使用時(shí)副繞組不允許短路。3.電流互感器實(shí)現(xiàn)用低量程的電流表測量大電流（被測電流）N1（匝數(shù)少）N2（匝數(shù)多）ARi1i2電流表被測電流=電流表讀數(shù)N2/N1使用注意事項(xiàng)：二次側(cè)不能開路，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)，在二次側(cè)出現(xiàn)過壓。升壓變壓器10.3三相變壓器10.3.1三相變壓器的構(gòu)成:由三個(gè)一次繞組、三個(gè)二次繞組和鐵心構(gòu)成。分組合式和心式二種。1、磁路（1）三相磁路彼此獨(dú)立，互不關(guān)聯(lián)，即各相主磁通都有自己獨(dú)立的磁路；（2）三相磁路幾何尺寸完全相同，即各相磁路的磁阻相等；（3）外加三相對稱電壓時(shí)，三相主磁通對稱，三相空載電流也對稱。2、心式變壓器磁路特點(diǎn)：（1）各相磁路不獨(dú)立，每相磁通都要借助其它兩相磁路而閉合（2）各相磁路長度不等。中間相磁路長度略小于其它兩相磁路長度，中間相磁阻，略小于其它兩相的磁阻；（3）外加三相對稱電壓時(shí)，三相主磁通對稱，三相空載電流近似對稱。10.3.2三相變壓器的聯(lián)結(jié)1、三相繞組的聯(lián)接方式三相繞組有兩種連接方式：星形聯(lián)結(jié)、三