1、磁路和变压器磁路和变压器5.1 磁路的基磁路的基本概念本概念变压器变压器 铁铁心心+SN电机电机 铁心铁心绕组绕绕组组绕组绕组 1.1.磁感应强度磁感应强度B B(磁通密度磁通密度)：是表示磁场内某：是表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量。点的磁场强弱和方向的物理量。均匀磁场均匀磁场 磁场内各点的磁场内各点的 B 大小相等，方向相同。大小相等，方向相同。单位：单位：T（特（特斯拉斯拉）IlFB :大小大小方向：方向：与电流之间用与电流之间用确定。确定。（该点磁场作用于（该点磁场作用于1 1米长、米长、1 1安电流的导体上的力）安电流的导体上的力）2.磁通磁通 等于磁感应强度等于磁感应强度B
2、B与垂直于磁场方向的与垂直于磁场方向的面积面积S S的乘积。的乘积。4.磁场强度磁场强度 H 定义：定义：H=B/3.磁导率磁导率 相对相对磁导率磁导率 r=/0 对于铁对于铁磁材料磁材料 r=102 105单位：单位：A/m (安安/米米)铁铁磁材料广泛应用在变压器、电机、电工仪表等。磁材料广泛应用在变压器、电机、电工仪表等。真空真空磁导率磁导率 0=410 7 H/m （亨（亨/米）米）对于均匀磁场对于均匀磁场 =B S -标量标量 单位：单位：Wb （韦（韦伯伯）2.磁通磁通 等于磁感应强度等于磁感应强度B B与垂直于磁场方向的与垂直于磁场方向的面积面积S S的乘积。的乘积。磁通势：磁通
3、势：F=NI 单位单位A(安）安）磁路磁阻：磁路磁阻：SlR m磁路截面积磁路截面积磁路长度磁路长度-Sl,单位单位H-1(每亨）每亨）磁路欧姆磁路欧姆定律：定律：mRF I NU+铁心磁路铁心磁路 磁通势：磁通势：F 电动势：电动势：E 磁通磁通:电流电流:I磁路磁阻：磁路磁阻：SlR m电路电阻电路电阻:rSlR mRF 磁路欧姆定律：磁路欧姆定律：电路欧姆定律：电路欧姆定律：REI （不是常数）不是常数）F F 00空心线圈空心线圈铁心线圈铁心线圈 磁饱和磁饱和i u+主磁通主磁通 ee 漏磁通漏磁通 )(Niiuee 设：设：=msin tdtdNe-1.主主磁通产生的感应电动势磁通产
4、生的感应电动势=N mcos t=Emsin(t-90)mmm2 fNNE mmm44.4222 fNfNEE 感应电动势的有效值：感应电动势的有效值：2.外加电压与电动势及磁通的关系外加电压与电动势及磁通的关系由由KVL：u=iR e e u eR和和 e 很小很小 当电源频率和线圈匝数一定时，只要当电源频率和线圈匝数一定时，只要电压电压U不变不变,就要求磁通就要求磁通不能变。不能变。铁心线圈的功率损耗铁心线圈的功率损耗 =铜损铜损+铁损铁损线圈导线电阻产生的损耗线圈导线电阻产生的损耗铜损：铜损：铁损：铁损：（在铁心中产生的感应在铁心中产生的感应 电流而引电流而引起的损耗）起的损耗）磁滞损耗
5、（磁滞损耗（涡流损耗涡流损耗 为了减少铁心损耗，变压器、电机等电器设备中为了减少铁心损耗，变压器、电机等电器设备中铁心通常用厚度为铁心通常用厚度为0.35mm或或0.5mm硅钢片叠装而成。硅钢片叠装而成。5.2 变压器的变压器的用途与结构用途与结构 变压器可以变换电压、电流和阻抗的功能。应变压器可以变换电压、电流和阻抗的功能。应用非常广泛。用非常广泛。电力系统电力系统：电子线路：电子线路：还有一些还有一些特殊变压器特殊变压器（如：自耦变压器、电流互（如：自耦变压器、电流互感器等）及感器等）及专用变压器专用变压器（如：电焊变压器、整流变压（如：电焊变压器、整流变压器等）。器等）。按相数分按相数分
6、:单相、三相和多相变压器。单相、三相和多相变压器。按用途分按用途分:电力变压器，特殊用途变压器。电力变压器，特殊用途变压器。按结构分按结构分:心式变压器、壳式变压器。心式变压器、壳式变压器。按冷却方式分按冷却方式分:自冷变压器、油冷变压器。自冷变压器、油冷变压器。其它部件其它部件:油箱、冷却装置、保护装置等油箱、冷却装置、保护装置等壳式变压器壳式变压器变压器铁心变压器铁心:硅钢片叠压而成硅钢片叠压而成变压器绕组变压器绕组:原边原边(一次线圈、高压绕组一次线圈、高压绕组)副边副边(二次线圈、低压绕组二次线圈、低压绕组)心式变压器心式变压器线圈线圈铁心铁心铁心铁心线圈线圈 低压绕组低压绕组 高压绕
7、组高压绕组同心式绕组同心式绕组交叠式绕组交叠式绕组 低压绕组低压绕组 高压绕组高压绕组5.3 变压器变压器+u1e1变压器原理示意图变压器原理示意图i1 e 1 主磁通主磁通 1N1e 2 e2i2u2+ZLN2 2原绕组原绕组副绕组副绕组)(111iNiu 1e2e-)(222iNi 2 e 2 1 e 1变压器符号变压器符号U1U20=KN1N2U1U20E1E2 4.44 f N1 m 4.44 f N2 mN1N2=+u1e1i1 e 1 N1e2N2u20+11111ERIEU-11EU-202EU 21021EEUU-U1U2 =KN1N2i2u2+ZLe 2+u1e1i1 e 1
8、 N1e2N2 变压器接负变压器接负载后载后,副边磁势副边磁势也产生磁通也产生磁通,主主磁通磁通 为为合成合成磁通。磁通。电源电压电源电压U1变压器接负载后变压器接负载后,主磁通主磁通 。012211INININ 02211 ININ（空载电流很小）（空载电流很小）N1I1=N2 I2有效值有效值2211ININ-KNNII11221 I2KU2U1I1+Z2Z1负载负载阻抗阻抗 在电子线路在电子线路和通信工程中，和通信工程中，常用变压器来实常用变压器来实现阻抗的匹配。现阻抗的匹配。222IUZ 111IUZ 22222IUKKIKU 22ZK 221ZKZ 三相三相三相低压三相低压绕组，可绕
9、组，可Y接或接或接接三相高压三相高压绕组，可绕组，可Y接或接或接接 常用的接线方式：常用的接线方式：Y,yn(Y/YO)、Y,d(Y/)、YN,d(YO/)21NNK 变比：变比：U1U2v1u1V1V2W1W2u2v2w1w2N1N2Y,d UVWuvw+-U13/1U+-KU3/1+-+-KUU12 UVW+-U13/1U+-KU3/1+-+-KUU3/12 wuv电压变化率电压变化率cos 1cos =10U2I2 U20I2NI2KU2U1I1+Z2（电压变化率越小越好，一般在（电压变化率越小越好，一般在5%左右）左右）%10020220UUUU-变压器外特性变压器外特性 当电源电压当
10、电源电压U U1 1和负载功率因数一定时，和负载功率因数一定时，的关系曲线称为变压器的的关系曲线称为变压器的外特性外特性。)(22Ifu 铜损铜损铁损铁损 PFe与与Bm、f有关有关euFC2212PPPPPP 三相变压器三相变压器单相变压器单相变压器2NN21NN1NIUIUS 2NN21NN1N33IUIUS U2N 原绕组加原绕组加U1N时，副绕组的开路电压。时，副绕组的开路电压。U1N 原绕组的额定电压。原绕组的额定电压。euFCPPP 222211CuIRIRP I2N 副绕组的额定电流。副绕组的额定电流。I1N 原绕组的额定电流原绕组的额定电流。例例:5.1 某收音机输出变压器的原
11、线圈匝数某收音机输出变压器的原线圈匝数N1=600匝，匝，N2=30匝，接有阻抗为匝，接有阻抗为16 扬声器（匹配），现要改接扬声器（匹配），现要改接成成4 扬声器，问二次线圈匝数为多少才能匹配？扬声器，问二次线圈匝数为多少才能匹配？解：解：原变比原变比203060021 NNK 640016202221ZKZ匝匝154)600(6400222 NNK+EOZ1I2I 161Z 例例5.2 有一单相容量为有一单相容量为10kVA、额定电压、额定电压3300/220V的变压的变压 器。问：器。问：（1）变压器的变比；原、副边额定电变压器的变比；原、副边额定电流是多少？流是多少？（2）副边接副边接
12、220V、40W的白炽灯，如变压器的白炽灯，如变压器在额定状态下运行，可接多少盏？在额定状态下运行，可接多少盏？（3）如果副边接的如果副边接的是是220V、40W、cos=0.45的日光灯可接多少盏？的日光灯可接多少盏？解：解：（3）A18.022040 UPI每盏灯电流每盏灯电流A03.3330010103N1NN1 USI152203300 KA45.4522010103N2NN1N2 USKII（2）（盏）（盏）25318.045.452N II（盏）（盏）11440.045.452N II每盏灯电流每盏灯电流A40.045.0220 40cos UPI（1）如果变压如果变压 器有两个相
13、同的原边，串联时可接于高压，器有两个相同的原边，串联时可接于高压，并联时可接于低压，但接线时一定要注意并联时可接于低压，但接线时一定要注意。当电流从同极性端流入时，两当电流从同极性端流入时，两线圈产生的线圈产生的1、3为同名端为同名端1、4为同名端为同名端i1 i2 1 24321i1 i2 1 243211423smA0100+_电流表电流表正指，正指，、为为1423V0100341213UUU-若若341213UUU 若若、为为、4为为5.4 特殊特殊变压器变压器N1N2u1u2+-KNNUU 2121滑滑动动头头原理图原理图 U1 N1N2 U2I1 I2ZKNNII11221 接零接零
14、线线接火线接火线被测被测电流电流 电流互感器用电流互感器用来扩大测量交流电来扩大测量交流电流的量程。流的量程。KNNII11221 21KII i2N1N2Ai1Z 通常电流表的表盘上直通常电流表的表盘上直接标出被测的电流值。接标出被测的电流值。测量时副绕组电路不允许开路，否则，测量时副绕组电路不允许开路，否则，副边会有很高的感应电动势，危及设备及人副边会有很高的感应电动势，危及设备及人身安全。身安全。注意注意 小小 结结 3.3.变压器可以变换电压、电流和阻抗的功能。变压器可以变换电压、电流和阻抗的功能。4.4.变压器的主要额定值变压器的主要额定值1.1.磁路欧姆定律：磁路欧姆定律：mRF
15、2.交流铁心线圈外加电压与电动势及磁通的关系交流铁心线圈外加电压与电动势及磁通的关系U E=4.44 f N m只要电压只要电压U不变不变,就要求磁就要求磁通通不能变。不能变。U1U2 =KN1N2KNNII11221 221ZKZ 三相变压器三相变压器单相变压器单相变压器2NN21NN1NIUIUS 2NN21NN1N33IUIUS U2N 原绕组加原绕组加U1N时，副绕组的开路电压。时，副绕组的开路电压。U1N 原绕组的额定电压。原绕组的额定电压。I2N 副绕组的额定电流。副绕组的额定电流。I1N 原绕组的额定电流原绕组的额定电流。5.5.三相三相变压器变压器常用的接线方式：常用的接线方式：6.6.当电流从同极性端流入时，两线圈产生的磁通方当电流从同极性端流入时，两线圈产生的磁通方向相同。向相同。Y,yn(Y/YO)、Y,d(Y/)、YN,d(YO/)8.8.电流互感器用来扩大测量交流电流的量程。电流互感器用来扩大测量交流电流的量程。测测量时副绕组电路不允许开路。量时副绕组电路不允许开路。7.7.实验室中常用实验室中常用其副绕组是原绕组的其副绕组是原绕组的一部分。一部分。
