第八章異步電動(dòng)機(jī)第九章繼電－接觸器控制第七章電磁鐵與變壓器結(jié)束電工技術(shù)（下篇）電氣設(shè)備與控制7-2鐵心線圈7-1磁路的基礎(chǔ)知識(shí)第七章電磁鐵與變壓器7-4變壓器的基本結(jié)構(gòu)和種類(lèi)7-6變壓器的特性和應(yīng)用7-3電磁鐵7-7幾種常用變壓器7-5變壓器的工作原理3前面幾章介紹了電路的基本理論，下面將討論工程上實(shí)際應(yīng)用的一些常用電工設(shè)備，如電磁鐵、變壓器、電動(dòng)機(jī)等。這些電氣設(shè)備都是利用磁場(chǎng)作為媒介實(shí)現(xiàn)能量的傳輸和轉(zhuǎn)換的，在學(xué)習(xí)這些電磁器件時(shí)，不僅會(huì)遇到電路問(wèn)題，而且會(huì)遇到磁路問(wèn)題。只有同時(shí)掌握了電路和磁路的基本理論，才能對(duì)各種電工設(shè)備作全面的分析。7-1磁路的基礎(chǔ)知識(shí)一、磁路二、磁路的主要物理量三、磁性材料四、磁路歐姆定律57-1磁路的基礎(chǔ)知識(shí)一、磁路磁路——磁通集中經(jīng)過(guò)的閉合路徑勵(lì)磁線圈——通過(guò)勵(lì)磁電流的線圈勵(lì)磁電流——產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流工程上，為了得到較強(qiáng)的磁場(chǎng)并有效地加以應(yīng)用，常采用導(dǎo)磁性能良好的磁性材料做成一定形狀的鐵心，而將線圈繞在鐵心上。當(dāng)線圈中通過(guò)電流時(shí)，鐵心即被磁化，使得其中的磁場(chǎng)大為增強(qiáng)。故通電線圈產(chǎn)生的磁通主要集中在由鐵心構(gòu)成的閉合路徑內(nèi)，這種磁通集中通過(guò)的路徑便稱為磁路。6磁路分直流磁路和交流磁路，其形式多種多樣，常見(jiàn)的電氣設(shè)備的磁路有：?jiǎn)蜗嘧儔浩鞯拇怕冯姶盆F的磁路磁電式儀表的磁路（不需要?jiǎng)?lì)磁繞組）直流電機(jī)的磁路7-1磁路的基礎(chǔ)知識(shí)7二、磁路的主要物理量1．磁感應(yīng)強(qiáng)度B表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。單位:

T（特【斯拉】）均勻磁場(chǎng)——各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同的磁場(chǎng)。7-1磁路的基礎(chǔ)知識(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ是一個(gè)矢量，其方向與該點(diǎn)磁感線切線方向一致，與產(chǎn)生該磁場(chǎng)的電流之間的方向關(guān)系符合右螺旋法則.82.磁通

—磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場(chǎng)方向的面積S的乘積。(如果不是均勻磁場(chǎng)，則取B的平均值。)在均勻磁場(chǎng)中=BS或

B=/S

磁感應(yīng)強(qiáng)度B在數(shù)值上可以看成為與磁場(chǎng)方向垂直的單位面積所通過(guò)的磁通，故B又稱為磁通密度。單位:

Wb(韋[伯]）1Wb=1T×1m7-1磁路的基礎(chǔ)知識(shí)即1T=1Wb/m2

93.磁場(chǎng)強(qiáng)度H

——進(jìn)行磁場(chǎng)分析時(shí)引用的一個(gè)輔助物理量，反映電流的勵(lì)磁能力。單位是A/m(安/米)。7-1磁路的基礎(chǔ)知識(shí)①H也是一個(gè)矢量，其方向與Ｂ的方向相同，即磁場(chǎng)的方向。②H與Ｂ的主要區(qū)別是：H代表電流本身所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，只與產(chǎn)生該磁場(chǎng)的電流有關(guān)，而與磁介質(zhì)無(wú)關(guān)；Ｂ代表電流所產(chǎn)生的以及介質(zhì)被磁化后所產(chǎn)生的總磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，其大小不僅與電流有關(guān)，而且還與磁介質(zhì)有關(guān)。10——磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ與磁場(chǎng)強(qiáng)度Ｈ之比，是衡量物質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量。單位：H/m（亨/米）4.磁導(dǎo)率

①真空中的磁導(dǎo)率（）為常數(shù)。②一般材料的磁導(dǎo)率和真空的磁導(dǎo)率之比，稱為這種材料的相對(duì)磁導(dǎo)率。，稱為磁性材料，稱為非磁性材料7-1磁路的基礎(chǔ)知識(shí)11三、磁性材料根據(jù)導(dǎo)磁性能的好壞，自然界的物質(zhì)可分為:鐵磁材料

——導(dǎo)磁性能好，磁導(dǎo)率μ大如鐵、鋼、鎳、鈷等非鐵磁材料——導(dǎo)磁性能差，磁導(dǎo)率μ小如鐵、鋼、鎳、鈷等

鐵磁物質(zhì)對(duì)電氣設(shè)備的影響很大。采用優(yōu)質(zhì)的鐵磁物質(zhì)，可使同樣容量的電機(jī)、變壓器體積大大縮小，重量大大減輕。7-1磁路的基礎(chǔ)知識(shí)121.磁性材料的磁性能（1）

高導(dǎo)磁性7-1磁路的基礎(chǔ)知識(shí)①磁性材料內(nèi)部存在許多磁化小區(qū)，稱為磁疇。無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)，磁疇的排列不規(guī)則，對(duì)外不顯示磁性。外磁場(chǎng)磁疇磁疇

②在外磁場(chǎng)作用下，磁疇方向發(fā)生變化，使之與外磁場(chǎng)方向趨于一致，物質(zhì)整體顯示磁性，稱為磁化。③通電線圈中放入鐵心后，磁場(chǎng)會(huì)大大增強(qiáng)，這時(shí)的磁場(chǎng)是線圈電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)和鐵心被磁化后產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)之疊加。在這種具有鐵心的線圈中通入不大的勵(lì)磁電流，便可產(chǎn)生足夠大的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁通。④非磁性材料沒(méi)有磁疇結(jié)構(gòu)，不具有磁化特性。13(2)磁飽和性磁性物質(zhì)由于磁化所產(chǎn)生的磁化磁場(chǎng)不會(huì)隨著外磁場(chǎng)的增強(qiáng)而無(wú)限的增強(qiáng)。當(dāng)外磁場(chǎng)增大到一定程度時(shí)，磁性物質(zhì)的全部磁疇的磁場(chǎng)方向都轉(zhuǎn)向與外部磁場(chǎng)方向一致，磁化磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度將趨向某一定值。這種特性稱為磁飽和性。7-1磁路的基礎(chǔ)知識(shí)14BJ

——磁場(chǎng)內(nèi)存在磁性物質(zhì)的磁化磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度曲線。B0——磁場(chǎng)內(nèi)不存在磁性物質(zhì)時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度直線。B

——BJ曲線和B0直線的縱坐標(biāo)相加即磁場(chǎng)的

B-H

磁化曲線。OHBB0BJB磁化曲線7-1磁路的基礎(chǔ)知識(shí)15

Oa段：初始磁化階段。?a?cOHBB磁化曲線7-1磁路的基礎(chǔ)知識(shí)?bb點(diǎn)以后：B增加很少，達(dá)到飽和。

ab段：

B隨H

成正比地增加

磁化曲線的特征：bc段：B隨H增加減慢。膝點(diǎn)飽和點(diǎn)③在膝點(diǎn)附近μ值最大。所以電氣工程上通常要求磁②磁性材料的Ｂ與Ｈ的關(guān)系是非線性的，

值不是常數(shù)。①磁性材料的磁化曲線大致上可分為四段。

性材料工作在膝點(diǎn)附近。16

幾種常見(jiàn)磁性物質(zhì)的磁化曲線a

鑄鐵b

鑄鋼c

硅鋼片00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0103H/(A/m)H/(A/m)12345678910103B/T1.81.61.41.21.00.80.60.40.2ababcc7-1磁路的基礎(chǔ)知識(shí)17（3）磁滯性磁滯回線——磁性材料在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化得到的磁化曲線，是一條閉合曲線。OHB?7-1磁路的基礎(chǔ)知識(shí)如果勵(lì)磁電流是大小和方向都隨時(shí)間變化的交變電流，則磁性材料將受到交變磁化。剩磁Br

剩磁Br

：當(dāng)Ｈ從飽和點(diǎn)減小到零時(shí)，仍保留磁性的Ｂ值。矯頑磁力

矯頑磁力Hc：去掉剩磁，使B=0，反相磁化所需的H值。磁滯回線-HcHc???-Br182.磁性材料的類(lèi)型和用途磁力較小。常在計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中用作7-1磁路的基礎(chǔ)知識(shí)根據(jù)磁性能，磁性材料分為3種：（1）軟磁材料——剩磁和矯頑力較小，磁滯回線窄長(zhǎng)；但磁導(dǎo)率較高；常用于有交變磁場(chǎng)的場(chǎng)合。（2）硬磁材料——剩磁和矯頑力較大，磁滯回線較寬。常用做永久磁鐵。（3）矩磁材料——滯回線接近矩形，剩磁較大但矯頑記憶元件和開(kāi)關(guān)元件。19式中：F=NI

——磁通勢(shì)，由其產(chǎn)生磁通。

當(dāng)電流I通入繞在鐵心上的線圈時(shí)，7-1磁路的基礎(chǔ)知識(shí)四、磁路歐姆定律ФAlIN理論分析和實(shí)驗(yàn)都表明：鐵心中就會(huì)有磁通Φ通過(guò)。

——磁阻，表示磁路對(duì)磁通的阻礙作用。20

磁路磁通勢(shì)F=IN磁通

磁阻電路電動(dòng)勢(shì)E電流密度J

電阻磁感應(yīng)強(qiáng)度B電流I

NI+_EIR磁路歐姆定律電路歐姆定律磁路與電路的比較21提示磁路歐姆定律只作定性分析用磁路與電路雖有許多相似之處，但其實(shí)質(zhì)是不同的：磁通不是粒子的定向運(yùn)動(dòng)。恒定磁通的磁路中沒(méi)有能量損耗，沒(méi)有開(kāi)路狀態(tài)。而且由于鐵心磁路是非線性元件，μ值變化很大，還有磁飽和、磁滯以及渦流損耗、漏磁等特殊問(wèn)題存在。因此一般不宜用磁路歐姆定律和磁阻公式進(jìn)行定量計(jì)算，但在很多場(chǎng)合下可以用來(lái)進(jìn)行定性分析。7-2鐵心線圈一、直流鐵心線圈二、交流鐵心線圈237-2鐵心線圈鐵心線圈直流鐵心線圈交流鐵心線圈

直流鐵心線圈：由直流電勵(lì)磁，磁通恒定，線圈中的電流由外加電壓和線圈本身的電阻決定，功率損耗只有線圈電阻R上的損耗，分析比較簡(jiǎn)單。

交流鐵心線圈：由交流電勵(lì)磁，磁通是交變的，其電磁關(guān)系和功率損耗比較復(fù)雜。24一、直流鐵心線圈1.電磁關(guān)系勵(lì)磁電流（電路歐姆定律）2.功率損耗7-2鐵心線圈磁通（磁路歐姆定律）

+–UNI線圈鐵心—主磁通

—漏磁通由線圈上的電阻R和通過(guò)線圈的電流I決定。因磁通恒定，鐵心中沒(méi)有功率損耗。251.、電磁關(guān)系

–+e–+e

+–uNi（磁動(dòng)勢(shì)）二、交流鐵心線圈7-2鐵心線圈由基爾霍夫電壓定律可得：u－iR＋e＋eσ=0若忽略iR和eσ，則有

ｕ≈－ｅ

有效值U≈E26設(shè)主磁通則有效值故7-2鐵心線圈27式中：可見(jiàn)，外加電壓的相位超前于鐵心中磁通900，而外加電壓的有效值為：

當(dāng)線圈匝數(shù)N、外加電壓U和頻率?一定時(shí)，鐵心中的磁通最大值Φm將保持不變?chǔ)祄單位是韋[伯]（Wb）。f單位是赫[茲]（Hz）。7-2鐵心線圈28可見(jiàn)，在忽略線圈電阻和漏磁通的條件下，交流鐵心線圈的磁通最大值由電源電壓、頻率及線圈匝數(shù)決定，而與磁路無(wú)關(guān)。

提示一般線圈匝數(shù)Ｎ和電源頻率f都是一定的，因此交流鐵心線圈中的磁通最大值Φm只取決于外加電壓的有效值Ｕ。7-2鐵心線圈292.功率損耗銅損（

Pcu）—-線圈R上的功率損耗

（

Pcu=RI2）鐵損（

PFe）—-鐵心內(nèi)的功率損耗

+–ui磁滯損耗渦流損耗7-2鐵心線圈在直流鐵心線圈中，功率損耗只產(chǎn)生在線圈電阻上；而在交流鐵心線圈中，除了線圈中的銅損外，還有鐵心中的鐵損。30（1）磁滯損耗（

Ph）——由磁滯產(chǎn)生的鐵損。

②

大小

與磁滯回線所包圍的面積成正比。OHB

①

原因由鐵磁材料內(nèi)部磁疇反復(fù)轉(zhuǎn)向、相互摩擦所引起。

③

減少磁滯損耗的措施

選用良好的軟磁材料做鐵心。7-2鐵心線圈31渦流7-2鐵心線圈（2）渦流損耗（

Pe）——由鐵心中的渦流引起的損耗。交變電流交變磁通①

原因:由磁性材料在交變磁通作用下產(chǎn)生的感應(yīng)電流引起。②大小:由渦流的大小決定。③減耗措施:采用硅鋼片疊成的鐵心。硅鋼片片間絕緣限制渦流增大電阻減小渦流綜上所述：交流鐵心線圈電路的功率損耗為：32［例7-2-2］

某鐵心線圈接在12V的直流電源上，線圈電流為10A，.如果改接50HZ、220V交流電源，電流為3A，消耗功率100W。試求：（1）鐵心線圈接直流電源時(shí)的銅損耗和鐵損耗；（2）鐵心線圈接交流電源時(shí)的銅損耗、鐵損耗及其功率因數(shù)。［解］

線圈的電阻

R==Ω=1.2Ω（1）鐵心線圈接直流電源時(shí)銅損耗

△PCu=I2R=102×1.2W＝120W鐵損耗

△PFe＝07-2鐵心線圈33（2）鐵心線圈接交流電源時(shí)銅損耗

△PCu=I2R=32×1.2W＝10.8W鐵損耗

△PFe＝△P-△PCu=（100-10.8）W＝89.2W功率因數(shù)

cosφ===≈0.157-2鐵心線圈7-3電磁鐵一、直流電磁鐵二、交流電磁鐵357-3電磁鐵7-3電磁鐵（一）概述

電磁鐵是利用通電線圈鐵心吸引銜鐵而工作的一種電器，用途極為廣泛。

電磁鐵又是構(gòu)成各種電磁型開(kāi)關(guān)、電磁閥門(mén)和繼電器的基本部件。

常用來(lái)操縱、牽引機(jī)械裝置，或保持某種機(jī)械零件、工件于固定位置。36（二）基本結(jié)構(gòu)鐵心銜鐵銜鐵

有時(shí)是機(jī)械零件、工件充當(dāng)銜鐵。FFFF線圈線圈銜鐵鐵心線圈鐵心線圈鐵心銜鐵7-3電磁鐵37根據(jù)使用電源類(lèi)型分為：直流電磁鐵：用直流電源勵(lì)磁。交流電磁鐵：用交流電源勵(lì)磁。

工作時(shí)，線圈通入勵(lì)磁電流，在鐵心中產(chǎn)生磁場(chǎng)，銜鐵被吸引。（四）工作原理（三）分類(lèi)斷電時(shí)，磁場(chǎng)消失，銜鐵即被釋放。7-3電磁鐵38

電磁鐵線圈通電后，鐵心吸引銜鐵的力。Φ：空氣隙中的磁通，單位是Wb(韋[伯])。計(jì)算公式:（五）

電磁吸力單位：N(牛[頓])

7-3電磁鐵

S：空氣隙的有效面積，單位是m2（平方米）。39一、

直流電磁鐵

隨著銜鐵的吸合：

直流勵(lì)磁電流

恒定不變

電磁吸力7-3電磁鐵直流電磁鐵吸合后的電磁力比吸合前大。FRm空氣隙δ直流電磁鐵特性電磁吸力變化曲線電流恒定IFδ0I=f(δ)F=f(δ)40二.交流電磁鐵交流電磁鐵中磁場(chǎng)是交變的，電磁力也隨時(shí)間而變。，則吸力瞬時(shí)值為：脈動(dòng)的電磁吸力吸力平均值7-3電磁鐵f=Fmsin2ωtωtFmfOπ2π平均值F=Fm交流電磁鐵在吸合過(guò)程中，U不變，則Φ基本不變，故電磁吸力平均值也基本不變。F41交流電磁鐵吸合后的勵(lì)磁電流比吸合前小得多。交流電磁鐵在吸合過(guò)程中:δ↓→Rm↓→L↑→XL↑→I↓起動(dòng)電流大工作電流小電磁吸力平均值基本不變最大氣隙注意：交流電磁鐵的起動(dòng)電流一般比工作電流大幾倍至十幾倍。因此要防止線圈通電后銜鐵受阻卡住或吸合不緊的情況發(fā)生，否則會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間通過(guò)大電流而燒毀線圈。同理，交流電磁鐵不宜過(guò)份頻繁操作。IFδ0I=f(δ)F=f(δ)交流電磁鐵特性7-3電磁鐵42不穿過(guò)銅環(huán)的磁通穿過(guò)銅環(huán)的磁通7-3電磁鐵由于電磁吸力是脈動(dòng)的，會(huì)引起銜鐵振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲，為此要在磁極的部分端面上套一個(gè)短路環(huán)。感應(yīng)電流阻礙Φ1的變化，使Φ1和Φ2之間有相位差存在短路環(huán)鐵心43

電磁鐵閘瓦

M閘輪彈簧3～【應(yīng)用實(shí)例】7-3電磁鐵電磁鐵與電動(dòng)機(jī)同步通電和斷電電磁鐵通電時(shí)提起閘瓦，松開(kāi)閘輪斷電時(shí)彈簧拉閘瓦壓住閘輪，使電動(dòng)機(jī)制動(dòng)三相交流電三相電動(dòng)機(jī)這種斷電制動(dòng)型電磁抱閘裝置常用于起重機(jī)械中，能避免因突然停電而出現(xiàn)的跌落事故。電磁抱閘虛線表示機(jī)械聯(lián)結(jié)44直流電磁鐵與交流電磁鐵的特點(diǎn)比較直流電磁鐵交流電磁鐵鐵心結(jié)構(gòu)整塊軟鋼制成，無(wú)短路環(huán)硅鋼片疊成，有短路環(huán)吸合過(guò)程電流不變，吸力增大吸力基本不變，電流減少電磁吸力

平均值吸合后無(wú)振動(dòng)有輕微振動(dòng)吸合不好時(shí)線圈不會(huì)過(guò)熱線圈會(huì)過(guò)熱，可能燒毀價(jià)格較低較高7-3電磁鐵7-4變壓器基本結(jié)構(gòu)和類(lèi)型一、變壓器基本結(jié)構(gòu)二、變壓器種類(lèi)467-4變壓器基本結(jié)構(gòu)和類(lèi)型

變壓器是利用電磁感應(yīng)原理傳輸電能或信號(hào)的一種靜止的電工設(shè)備，具有變壓、變流、和變阻抗的作用。7-4變壓器基本結(jié)構(gòu)和類(lèi)型一、變壓器基本結(jié)構(gòu)鐵心繞組心式——繞組包圍鐵心殼式——鐵心包圍繞組鐵心和繞組的組合方式47幾種常見(jiàn)的鐵心形狀—--變壓器的磁路部分，并作為變壓器的機(jī)械骨架。大多用0.35～0.5mm厚的表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。1.鐵心用于殼式變壓器用于心式變壓器心式變壓器用鐵量較少，多用于大容量的變壓器；殼式變壓器不需專(zhuān)門(mén)的外殼，常用于小容量的變壓器。7-4變壓器基本結(jié)構(gòu)和類(lèi)型48

2.繞組

——即線圈，通常用絕緣的銅線或鋁線繞成。一次繞組（又稱初級(jí)繞組或原繞組）——接電源二次繞組（又稱次級(jí)繞組或副繞組）——接負(fù)載

低壓繞組——匝數(shù)少的繞組，電壓低。高壓繞組——匝數(shù)多的繞組，電壓高。為了加強(qiáng)磁耦合，高低繞組套裝在同一鐵心柱上，放置方式分為同心式和交疊式。7-4變壓器基本結(jié)構(gòu)和類(lèi)型493.冷卻系統(tǒng)7-4變壓器基本結(jié)構(gòu)和類(lèi)型小型變壓器——空氣自冷式中型變壓器——油冷式，自然循環(huán)冷卻大型變壓器——油冷式，強(qiáng)制循環(huán)冷卻50二、變壓器的類(lèi)型

1.按結(jié)構(gòu)分類(lèi)

心式變壓器殼式變壓器

2.按用途分類(lèi)

電力變壓器自耦變壓器儀用互感器電源變壓器阻抗變換器

3.按相數(shù)分類(lèi)

單相變壓器三相變壓器

4.……

7-4變壓器基本結(jié)構(gòu)和類(lèi)型7-5變壓器工作原理一、變壓器變壓原理二、變壓器變流原理二、變壓器變阻抗原理52i1+–u1i2+–u2二次繞組N2結(jié)構(gòu)示意圖N1一次繞組

②一次、二次繞組互不相連，能量的傳遞全靠磁耦合。7-5變壓器工作原理+–e1+–e2

變壓器種類(lèi)很多，大小懸殊，用途各異，但其工作原理基本相同。下面以單相雙繞組變壓器為例進(jìn)行介紹變壓器的符號(hào)①主磁通Φ是由一、二次繞組的磁動(dòng)勢(shì)共同產(chǎn)生合成的。

1

2漏磁通一般可忽略53

一次繞組接上交流電源，二次繞組開(kāi)路，這種運(yùn)行狀態(tài)稱為空載運(yùn)行。+–+–

空載時(shí)，變壓器相當(dāng)于交流鐵心線圈上多一個(gè)開(kāi)路線圈i10+–u20+–u1一、變壓器變壓原理7-5變壓器工作原理i10(i10N1)

變比54②電壓變換作用：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。7-5變壓器工作原理一次繞組電源電壓二次繞組匝數(shù)③若Ｋ＞１，則U20＜U1，為降壓變壓器；變壓

比若Ｋ＜１，則U20＞U1，為升壓變壓器。一次繞組匝數(shù)二次繞組開(kāi)路電壓

①一、二次繞組上電壓的比值近似等于兩者的匝數(shù)比。55[例7-5-1]

變壓器鐵心截面積為150cm2，鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值不能超過(guò)1.2T，若要用它把6000V工頻交流電變換為230V的同頻率交流電，則應(yīng)配多少匝數(shù)的一、二次繞組？解:

鐵心中磁通的最大值一次繞組的匝數(shù)為二次繞組的匝數(shù)為7-5變壓器工作原理56

一次繞組接上交流電源，二次繞組側(cè)接負(fù)載，這種運(yùn)行狀態(tài)稱為負(fù)載運(yùn)行。

+–e2+–u1

ZL

i1i2

二次繞組側(cè)接負(fù)載，在二次繞組感應(yīng)電勢(shì)e2的作用下，產(chǎn)生二次繞組電流電流i2，一次繞組的i10增大為i1。

因二次繞組有了電流i2

，二次側(cè)磁通勢(shì)也在鐵心中產(chǎn)生磁通

。

鐵心中主磁通

是由一次、二次繞組磁通勢(shì)共同產(chǎn)生的合成磁通。二、變壓器變流原理7-5變壓器工作原理57+–

i2(i2N2)

有載時(shí)，鐵心中主磁通

是由一次、二次繞組磁通勢(shì)共同產(chǎn)生的合成磁通+–e2+–u1+–u2i1i2

ZL

7-5變壓器工作原理i1(i1N1)58

由于變壓器鐵芯材料的導(dǎo)磁率高、空載勵(lì)磁電流很?。↖10<IN10%

)，可忽略。故磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式空載磁勢(shì)有載磁勢(shì)7-5變壓器工作原理變壓器負(fù)載時(shí)總磁動(dòng)勢(shì)與空載磁動(dòng)勢(shì)基本相等。Ｎ和f一定時(shí)，Ｕ不變，Φm也不變?？梢?jiàn)，一、二次繞組的磁動(dòng)勢(shì)近似相反，即Ｉ2對(duì)Ｉ1產(chǎn)生的磁通有去磁作用。因此，當(dāng)Ｉ2增大時(shí)，主磁通Φ將減小，于是Ｉ1必然增加，以保持Φ基本不變。（正弦量用相量表示）59變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)：①一、二次電流之比近似等于變壓器變比的倒數(shù)。

②改變一、二次繞組的匝數(shù)，可以改變一、二次繞組電流的比值，這就是變壓器的電流變換作用。7-5變壓器工作原理③此式只適用于滿載和接近滿載的運(yùn)行狀態(tài)，而不適用于空載和輕載運(yùn)行狀態(tài)。④從能量轉(zhuǎn)換的角度來(lái)看，二次繞組向負(fù)載輸出的電能，只能由一次繞組從電源吸取，然后通過(guò)主磁通傳遞到二次繞組。因此，二次電流變化時(shí)，一次電流必然會(huì)相應(yīng)地變化。60［例7-5-2］

已知一變壓器Ｎ1=800，Ｎ2=200，U1=220V，I2=8A，負(fù)載為純電阻，忽略變壓器的漏磁和損耗，求變壓器的二次電壓U2、一次電流I1和輸入、輸出功率。解

變比

K===4二次電壓

U2≈=V=55V一次電流

I1≈=A=2A輸入功率P1=U1I1≈220V×2A=440W輸出功率

P2=U2I2≈55V×8A=440W7-5變壓器工作原理61三、變壓器變阻抗原理7-5變壓器工作原理+–+–+–而變壓器電路對(duì)于電源來(lái)說(shuō)也相當(dāng)于一個(gè)阻抗。變壓器二次側(cè)接有阻抗｜ZL｜，等效條件是它們的端口伏安特性完全相同627-5變壓器工作原理①變壓器一次側(cè)的等效阻抗，為二次側(cè)所帶負(fù)載阻抗的K

2

倍。②通過(guò)選擇合適的電壓比K，可把實(shí)際負(fù)載阻抗變換為所需的數(shù)值，這就是變壓器的阻抗變換作用。③在實(shí)際電路中，為提高信號(hào)的傳輸功率，常用變壓器將負(fù)載阻抗變換為適當(dāng)數(shù)值，這種做法稱為阻抗匹配。63

R0RL+–7-5變壓器工作原理解（1）將負(fù)載直接接到信號(hào)源上，

[例7-5-3]交流信號(hào)源的電壓US=120V，內(nèi)阻R0=800

，負(fù)載電阻為RL=8

。試求:（1）將負(fù)載與信號(hào)源直接聯(lián)接時(shí)，信號(hào)源輸出多大功率？（2）若要信號(hào)員輸給負(fù)載的功率達(dá)到最大，用變壓器進(jìn)行阻抗變換，則變壓器的匝數(shù)比應(yīng)選多少？阻抗變換后信號(hào)源的輸出功率多大？輸出功率為：I64（2）用變壓器進(jìn)行阻抗變換,信號(hào)源的輸出功率：

阻抗匹配：接入變壓器后，輸出功率大大提高7-5變壓器工作原理故變壓器的匝數(shù)比應(yīng)為：若要信號(hào)源輸給負(fù)載的功率達(dá)到最大，則負(fù)載的電阻應(yīng)等于信號(hào)源的內(nèi)阻。（根據(jù)最大功率傳輸定理）+–R0+–RL即RL′=R0=800Ω7-6變壓器特性和應(yīng)用三、變壓器額定值一、變壓器外特性和電壓變化率二、變壓器損耗和效率四、變壓器繞組極性和連接667-6變壓器特性和應(yīng)用一、變壓器外特性和電壓變化率

1.變壓器外特性——當(dāng)一次側(cè)電壓U1和負(fù)載功率因數(shù)cos

2保持不變時(shí)，二次側(cè)輸出電壓U2隨負(fù)載電流變化的曲線。U20I2NU2I2Ocos

2=1cos

2=0.8(感性）

變壓器作為負(fù)載的電源，輸出電壓是否平穩(wěn)是它的主要指標(biāo)之一，可用外特性和電壓變化率來(lái)說(shuō)明。

原因：隨著負(fù)載的增加，一、二次繞組上的電阻壓降及漏磁電動(dòng)勢(shì)都隨之增加，故Ｕ2會(huì)有所降低。二次空載電壓U2N二次滿載電壓二次滿載電流672.電壓變化率——變壓器從空載到滿載，二次繞組電壓的變化量（Ｕ20--Ｕ2N）與二次繞組空載電壓Ｕ20的比值。7-6變壓器特性和應(yīng)用①變壓器外特性是一條隨I2增大而稍向下傾的曲線。②感性負(fù)載功率因數(shù)越低，輸出電壓Ｕ2下降越快。③變壓器超載運(yùn)行時(shí)Ｕ2下降過(guò)大，會(huì)影響負(fù)載工作。

①變壓器的電壓變化率表征了供電電壓的穩(wěn)定性，直接影響供電質(zhì)量，△Ｕ%越小越好。②通常變壓器容量越大，電壓變化率越小，如電力變壓器一般在5%左右。而小型變壓器可達(dá)20%68二、變壓器損耗和效率：I1、I2通過(guò)導(dǎo)線電阻產(chǎn)生的可變損耗

鐵損(

PFe)1.變壓器損耗7-6變壓器特性和應(yīng)用渦流損耗磁滯損耗Φ在鐵心中產(chǎn)生的固定損耗I1、I2可變?chǔ)祄基本不變①空載時(shí)，二次繞組沒(méi)有銅損耗，一次繞組銅損耗△ＰCu=I102R1很小，變壓器空載損耗≈鐵損耗。②隨著負(fù)載的增大，一、二次繞組的電流都增大，銅損耗與電流平方成正比，增加得很快，故稱可變損耗。銅損(

PCu)69

④在不到額定負(fù)載時(shí)，出現(xiàn)

的最大值。7-6變壓器的性和應(yīng)用2.變壓器效率

輸出功率輸入功率—變壓器輸出功率與輸入功率之比②隨著負(fù)載的增大，開(kāi)始時(shí)，η也增大，變壓器效率與負(fù)載的關(guān)系①空載時(shí)，P1≈△ＰFe，Ｐ2＝０，故η＝０。③后來(lái)因銅損增加得很快，η反而有所減小。固定損耗70合理選用變壓器的容量提示變壓器在滿載和接近滿載時(shí)的效率都很高，大型電力變壓器的效率可達(dá)98％，小型變壓器的效率約為70~90％，但輕載時(shí)的效率都很低，因此應(yīng)合理選用變壓器的容量，避免長(zhǎng)期輕載運(yùn)行或空載運(yùn)行。7-6變壓器特性和應(yīng)用71［例7-6-1］

有一單相變壓器，U1=220V，f=50HZ。空載時(shí)，Ｕ20=110V，I10=1A，空載損耗功率P0=55W。二次側(cè)接額定電阻負(fù)載時(shí)，I1=9.2A，I2=18A，U2=106V，一次側(cè)輸入功率P1=2120W。試求變壓器的變比、電壓變化率、效率及鐵損耗、銅損耗。[解]變比電壓變化率效率鐵損耗銅損耗7-6變壓器特性和應(yīng)用72三、變壓器額定值變壓器正常滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)稱為額定運(yùn)行。使用變壓器前必須了解各個(gè)額定值的數(shù)值和意義。額定運(yùn)行時(shí)的各電量值為變壓器的額定值。1.額定電壓

U1N、U2N

一次側(cè)額定電壓Ｕ1N是根據(jù)變壓器絕緣強(qiáng)度和允許溫度所規(guī)定的一次繞組應(yīng)加的電壓有效值。二次側(cè)額定電壓Ｕ2N一般是指變壓器一次繞組施加額定電壓時(shí)二次繞組的空載電壓有效值。對(duì)于有固定負(fù)載的專(zhuān)用電源變壓器，二次側(cè)額定電壓通常是指額定負(fù)載下的電壓有效值。在電力系統(tǒng)中，二次側(cè)額定電壓通常比負(fù)載運(yùn)行時(shí)所需的額定電壓要高出5%～10%。7-6變壓器特性和應(yīng)用73三、變壓器額定值1.額定電壓

U1N、U2N

一次定電壓U1N是根據(jù)絕緣程度和允許發(fā)熱所規(guī)定的加在一次繞組上的工作電壓有效值。

二次額定電壓U2N是指在電力系統(tǒng)中一次側(cè)施加額定電壓時(shí)的二次側(cè)空載電壓有效值。

在儀器儀表中是指一次側(cè)施加額定電壓時(shí)，二次側(cè)接額定負(fù)載輸出電壓有效值。7-6變壓器特性和應(yīng)用74反映了變壓器傳送電功率的最大能力4.額定頻率fN變壓器應(yīng)接入的電源頻率我國(guó)：fN=50Hz3.額定容量SN二次額定電壓和額定電流的乘積，7-6變壓器特性和應(yīng)用

變壓器連續(xù)運(yùn)行時(shí)，一次、二次繞組允許通過(guò)的最大電流有效值。實(shí)際允許輸出的最大功率還與負(fù)載的功率因數(shù)有關(guān)即二次額定視在功率。2.額定電流I1N、I2N

75提示選用變壓器的基本方法選用變壓器時(shí)，必須使一次側(cè)額定電壓符合電源電壓，二次側(cè)額定電壓滿足負(fù)載要求，額定容量等于或稍大于負(fù)載所需的視在功率，額定頻率符合電源的頻率和負(fù)載的要求。例如要購(gòu)買(mǎi)一只變壓器，必須明確額定容量和一、二次側(cè)的額定電壓，還要知道額定頻率。7-6變壓器特性和應(yīng)用76［例7-6-2］

有一臺(tái)照明變壓器，額定容量SN=100V·A，額定電壓U1N/U2N=220V/36V。鐵心用硅鋼片疊成，截面積A＝15cm2，磁感應(yīng)強(qiáng)度的飽和值Bm=1.1T，取二次繞組空載電壓Ｕ20為U2N的1.05倍。試求變壓器一、二次繞組匝數(shù)Ｎ1、Ｎ2及其額定電流Ｉ1N和Ｉ2N。[解]主磁通最大值Φm=BmA=1.1×15×10-4Wb=16.5×10-4Wb一次繞組匝數(shù)Ｎ1==匝≈601匝二次繞組匝數(shù)Ｎ2=Ｎ1≈601×匝≈103匝

二次繞組額定電流Ｉ2N==≈2.78A

一次繞組額定電流Ｉ1N=Ｉ2N=2.78A×≈0.476A7-6變壓器特性和應(yīng)用77同極性端（同名端）：是指變壓器各繞組電位瞬時(shí)極性相同的端點(diǎn)。

在變壓器的使用中有時(shí)會(huì)遇到繞組的連接問(wèn)題，需提高電壓時(shí)繞組串聯(lián)。需增大電流時(shí)，繞組并聯(lián)。連接時(shí)必須認(rèn)清繞組的極性。1.繞組的極性1、3（或2、4）端為同名端1、4（或2、3）端為異名端四、變壓器繞組極性和連接7-6變壓器特性和應(yīng)用異極性端（異名端）：是指變壓器各繞組電位瞬時(shí)極性相反的端點(diǎn)。78???

同極性端用“?”表示。+–+++–––?7-6變壓器特性和應(yīng)用Φ1Φ2Φ3Φ4Φ1Φ2Φ3Φ4(1)假設(shè)主磁通向某方向增大，根據(jù)楞次定律判斷出每個(gè)繞組產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向，同為流出（或流入）端為同名端。判定同名端方法：(2)假設(shè)電流從每個(gè)繞組的同名端流入（或流出），則根據(jù)右螺旋定則判斷出在鐵心中產(chǎn)生的磁通方向應(yīng)該相同。同名端與繞組繞向有關(guān)。（3）若繞組繞向看不清，同名端可用實(shí)驗(yàn)判定。79

（1）繞組的串聯(lián)：把兩個(gè)繞組的一對(duì)異名端聯(lián)在一起，另一對(duì)異名端得到的電壓為兩個(gè)繞組電壓之和。

（2）繞組的并聯(lián)：把兩個(gè)相等電壓繞組的兩對(duì)同名端分別聯(lián)在一起?？梢韵蜇?fù)載提供更大的電流。2.繞組的連接7-6變壓器特性和應(yīng)用Φ1Φ2Φ3Φ4??+–u21+–u22+–u2=u21+u22Φ1Φ2Φ3Φ4??+–u21+–u22+–u2=u21=u22注意：如果同名端接錯(cuò)，會(huì)造成線圈短路，變壓器燒毀。ΦΦΦΦ7-7幾種常用變壓器二、自耦變壓器和調(diào)壓器三、小功率電源變壓器一、三相電力變壓器四、儀用互感器81一、三相電力變壓器在電力系統(tǒng)中，用于變換三相交流電壓、輸送電能的變壓器1.結(jié)構(gòu)3個(gè)心柱，各套一相的一、二繞組，以及油箱，油柜，油位表，防爆管。另有干式不浸油中。7-7幾種常用變壓器油浸式結(jié)構(gòu)示意圖82U1V1W1U2V2W2u1v1w1w2v2u2高壓繞組：U1-U2V1-V2W1-W2低壓繞組：u1-u2v1-v2w1-w2U2、V2

、W2

：尾端U1、V1、W1

：首端u1、v1、w1

：首端u2、v2

、w2

：尾端7-7幾種常用變壓器832.連接方式星形連接：用Y、y表示；三角形連接：用D、d表示。高壓側(cè)：用大寫(xiě)字母表示；低壓側(cè)：用小寫(xiě)字母表示。星形連接并有中線引出：

用YN、yn表示；常見(jiàn)2種：（a）Y,yn聯(lián)結(jié)（b）Y,d聯(lián)結(jié)7-7幾種常用變壓器84Y，yn聯(lián)結(jié):線電壓之比：（a）Y,yn聯(lián)結(jié)（b）Y,d聯(lián)結(jié)Y，d聯(lián)結(jié):7-7幾種常用變壓器85(3)三相電力變壓器的額定容量是指三相總額定容量：(1)三相電力變壓器的額定電壓U1N/U2N是和額定電流I1N/I2N是指線電壓和線電流。

(2)三相電力變壓器的二次側(cè)額定電壓是指變壓器一次側(cè)施加額定電壓U1N時(shí)二次側(cè)的空載電壓。3.額定值7-7幾種常用變壓器86[例7-7-1]

有一臺(tái)Y，yn聯(lián)結(jié)的三相電力變壓器，已知額定電壓為10KV/400V,額定容量為50KV·A,問(wèn)是否允許接入一臺(tái)額定電壓為400V,額定功率為45KW,額定功率因數(shù)為0.87的三相負(fù)載？解：變壓器二次額定電流負(fù)載所需電流IL>I2N,已超載，不允許接入該負(fù)載7-7幾種常用變壓器87二、自耦變壓器和調(diào)壓器+–u1N1+–u2N2一、二次側(cè)共用一個(gè)繞組，低壓繞組為高壓繞組的一部分。因?yàn)镹1、N2為一、二次繞組匝數(shù)，被同一主磁通穿過(guò)，所以電壓仍與匝數(shù)成正比，滿載時(shí)電流仍與匝數(shù)成反比。1.自耦變壓器7-7幾種常用變壓器T圖形符號(hào)88

缺點(diǎn):一、二次繞組之間既有磁的聯(lián)系又有電的聯(lián)系，要注意安全。

自耦變壓器給攜帶式行燈提供36V接線圖。7-7幾種常用變壓器優(yōu)點(diǎn):用料少，體積小，重量輕，成本低~220V與普通變壓器相比：89T圖形符號(hào)三相自耦變壓器7-7幾種常用變壓器90

分為單相和三相兩種。2.自耦調(diào)壓器單相自耦調(diào)壓器

實(shí)用中，常將鐵心做成圓形，二次側(cè)抽頭做成滑動(dòng)的，改變滑動(dòng)端的位置，可得到不同的輸出電壓。這種自耦變壓器又稱為自耦調(diào)壓器。將220V調(diào)到0~250V7-7幾種常用變壓器91

二次側(cè)抽頭滑動(dòng)觸頭安裝在同一轉(zhuǎn)軸上，由手柄同步移動(dòng)，保證三相電壓對(duì)稱。三相自耦調(diào)壓器7-7幾種常用變壓器92（4）一次、二次側(cè)不能對(duì)調(diào)使用，以防電源短路變壓器燒壞。（2）接電前先將滑動(dòng)觸頭歸零，使用后也要?dú)w零。（3）輸出電壓無(wú)論多低，輸出電流都不允許大于額定電流。（1）單相調(diào)壓器的相線與中線不能接錯(cuò)，否則輸出電壓即便為零，輸出端仍為高電位，有危險(xiǎn)。7-7幾種常用變壓器自耦調(diào)壓器使用注意事項(xiàng)：93三、小功率電源變壓器+–+–+–+–各繞組之間的變壓比仍等于各匝數(shù)比它有多個(gè)二次繞組，可獲得多個(gè)不同的電壓。7-7幾種常用變壓器94磁通勢(shì)是：一次電流是：7-7幾種常用變壓器當(dāng)各二次繞組分別接入負(fù)載阻抗后，一次電流由各二次電流決定，故一次繞組向電源吸取的功率也取決于各二次繞組負(fù)載消耗的功率。二次電流分別為：95四、儀用互感器是電工測(cè)量中經(jīng)常使用的專(zhuān)用雙繞組變壓器。擴(kuò)大測(cè)量?jī)x表的量程。使測(cè)量?jī)x表與高壓電路隔離以保證安全。電壓互感器電流互感器主要作用分類(lèi)7-7幾種常用變壓器961.電壓互感器

N2<<N1實(shí)現(xiàn)用低量程的電壓表測(cè)量高電壓。（被測(cè)電壓）高電壓變低電壓

變壓比電壓表N1V

保險(xiǎn)絲

ZL

+–u1U2N1（匝數(shù)多）N2（匝數(shù)少）7-7幾種常用變壓器N297（被測(cè)電壓）V

保險(xiǎn)絲

ZL

+–u1U2

(1)

二次側(cè)不能短路，否則燒毀互感器，一、二次側(cè)應(yīng)接熔斷器保護(hù)。

電壓互感器使用注意事項(xiàng)：7-7