1、35 渦流與集膚效應(yīng),一.渦流 在具有鐵心的線圈中通以交流電時(shí),就有交變的磁通穿過(guò)鐵心,在鐵心內(nèi)部必然形成感應(yīng)電流.這種電流在鐵心中自成閉合回路,稱做渦流。如圖,渦流,渦流流動(dòng)時(shí),由于鐵心的電阻很小,所以渦流具有很大的數(shù)值,使鐵心發(fā)熱,造成不必要的損耗,如變壓器通電時(shí)鐵心發(fā)熱等。 渦流在鐵芯的電阻上引起功率損耗稱為渦流損耗。 為了減小渦流，通常是用增大渦流回路電阻的方法。如圖 常把相互絕緣的硅鋼片疊成鐵心，將渦流的區(qū)域分割。,渦流有利的一面。如高頻熔煉爐和工頻感應(yīng)爐都是利用渦流產(chǎn)生高溫使金屬熔化的，如圖 此外，渦流對(duì)金屬進(jìn)行熱處理等。,二. 集膚效應(yīng) 實(shí)踐證明，直流電通過(guò)導(dǎo)線時(shí)，線的橫截面積上

2、各處的電流密度相等； 而交流電通過(guò)導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線橫截面積上電流是不均勻的。越是靠近導(dǎo)線中心，電流密度越??；越是靠近導(dǎo)線表面，電流密度越大。這種交變電流在導(dǎo)線內(nèi)趨于導(dǎo)線表面的想象稱為集膚效應(yīng)（也稱表面效應(yīng)或趨膚效應(yīng)）。如圖所示不同頻率的電流在導(dǎo)線中流動(dòng)的示意圖,集膚效應(yīng)的影響，(不利的一面和有利的一面： 不利一面是：對(duì)傳輸高頻電流是不利的。根據(jù)此想象，在高頻電路中采用空心導(dǎo)線節(jié)省有色金屬，有時(shí)則用多股相互絕緣的絞合導(dǎo)線或編織線以增大導(dǎo)線的表面積來(lái)減小電阻。如收音機(jī)天線。 有利一面是：高頻淬火一例。由于集膚效應(yīng)工件表面發(fā)熱中心幾乎不熱。就可達(dá)到使工件表面硬度高內(nèi)部韌性好的目的。 通常采用的電流頻率是

3、200600KHZ,3 - 6 變 壓 器,一.變壓器的用途及其基本結(jié)構(gòu) 1.變壓器的用途 變壓器是改變交流電壓而保持交流電頻率不變的電器設(shè)備。 2. 變壓器的基本結(jié)構(gòu) 如圖,2 . 變 壓 器 的基本結(jié)構(gòu),3.2.1 變壓器的基本結(jié)構(gòu) (a) 芯式變壓器 (b) 殼式變壓器圖3.6 單相變壓器的結(jié)構(gòu),2.2 變壓器的工作原理 1. 變壓器的電壓變換作用 圖5.7 變壓器空載運(yùn)行示意圖 設(shè)一次、二次繞組的匝數(shù)分別為，N1，N2，變壓器起降壓作用，稱為降壓變壓器。反之，N2，N1，稱為升壓變壓器,由于一次側(cè).二次側(cè)繞組同受主磁通作用，所以在兩個(gè)繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1和e2的頻率與電源頻率相同

4、。若主磁通時(shí)間的變化率為/t，則由電磁感應(yīng)定律可得,又感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與感應(yīng)電壓反相，所以 如不考慮相位，只考慮大小則有效值之間關(guān)系如右式 式中U1一次側(cè)交流電有效值，V U2-二次側(cè)交流電壓有效值 N1-一次側(cè)繞組的匝數(shù) N2二次側(cè)繞組的匝數(shù) n-一次、二次的電壓比，或匝數(shù)比，簡(jiǎn)稱變比。,上式表明，變壓器一次側(cè)、二次側(cè)的繞組的電壓比等于它們的匝數(shù)比n。當(dāng)n1時(shí)，N1N2，U1U2，這種變壓器是降壓變壓器；當(dāng)n1時(shí)為升壓變壓器。 可見(jiàn)，只要選擇一次側(cè)、二次側(cè)繞組的匝數(shù)比就可實(shí)現(xiàn)升壓和降壓的目的。 下面請(qǐng)看例題39 一變壓器的一次測(cè)繞組接在380v的輸電線上，要求二次側(cè)繞組輸出36v電壓，設(shè)一次測(cè)繞組

5、的匝數(shù)為1652匝。求變壓器的電壓比和二次測(cè)繞組匝數(shù)N2。 解：根據(jù) 實(shí)際工作中， 二次匝數(shù)應(yīng)加510 （有消耗) N2可取168匝,2. 變壓器的電流變換作用 圖5.8 變壓器負(fù)載運(yùn)行 在額定情況下，一、二次繞組的電流有效值近似地與其匝數(shù)成反比,變流原理 在忽略損耗時(shí)，變壓器的輸出功率P2應(yīng)與變壓器從電源中獲得的功率P1相等，即P1=P2. 當(dāng)變壓器只有一個(gè)二次側(cè)時(shí)，應(yīng)有下述關(guān)系； 下面請(qǐng)看例題3-10已知某變壓器的匝數(shù)比n5，其二次側(cè)電流I2=60A.試計(jì)算一次側(cè)電流.,解 根據(jù) 可得,3. 變壓器的阻抗變換原理(作用) 若把帶負(fù)載的變壓器(虛線框)看成是一個(gè)新的負(fù)載并以 表示,而對(duì)于無(wú)損

6、耗變壓器說(shuō),只起功率傳遞作用,所以有 圖3-41 變壓器的阻抗變換,接在二次繞組的負(fù)載阻抗對(duì)一次側(cè)的影響，可以用一個(gè)接于一次繞組的等效阻抗來(lái)代替，等效阻抗等于的倍,上試表明，負(fù)載 接在變壓器的二次側(cè)上，從電源中獲取的功率和負(fù)載 直接接在電源上所獲取的功率是完全相同的。也就是說(shuō)， 是 在變壓器一次側(cè)中的交流效電阻。變壓器的這種特性常用于電子電路中的阻抗匹配，使負(fù)載獲得最大功率。,4.變壓器的幾個(gè)參數(shù) （1）額定電壓U1N和U2N 一次側(cè)繞組的額定電壓是指加在一次側(cè)繞組上的正常工作電壓值。它是根據(jù)變壓器的絕緣強(qiáng)度和允許發(fā)熱等條件規(guī)定的。二次側(cè)繞組的額定電壓是指變壓器在空載時(shí)，一次策繞組加上額定電壓

7、后，二次繞組兩端的電壓值。 （2）額定容量SN是指電壓器在額定工作狀態(tài)下二次側(cè)的視在功率，單位為KVA。 單相變壓器的額定容量：SN = U2N I2N / 1000(KVA) 三相變壓器的額定容量:,2.3 三相變壓器 圖5.11 三相變壓器結(jié)構(gòu) 三相變壓器的高壓繞組電壓和低壓繞組電壓的比值，不僅與高、低壓繞組的每相匝數(shù)有關(guān)，而且與繞組的接法有關(guān),圖5.12 三相變壓器繞組接線方式,6.2.4 變壓器特性 1. 變壓器的外特性 圖6.13 變壓器的外特性曲線 變壓器一次電壓 為額定值時(shí)，二次側(cè)的電壓 的關(guān)系曲線稱為變壓器的外特性,2. 變壓器的效率 圖5.14 變壓器效率曲線 變壓器的輸出功率 和輸入功率 之比稱為變壓器的效率,3. 變壓器技術(shù)參數(shù) 1. 額定電壓 2. 額定電流 3. 額定容量 4. 空載電流 5. 空載損耗 6. 負(fù)載損耗 7. 短路阻抗 8. 短路損耗 9. 溫升 10. 聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào),36 特殊變壓器,5.3.1 儀表用互感器 1. 電磁式互感器 1) 電壓互感器 (a) 外形 (b) 原理圖圖5.16 電壓互感器,2) 電流互感器 a) 外形 (b) 原理圖