第六章 變壓器

電工電子技術第6章變壓器6.2變壓器6.1磁路和交流鐵芯線圈電路：本章要求1234理解變壓器的基本結構、工作原理以及運行性能；重、難點

掌握磁場的物理量，磁性材料的磁性能；掌握磁路基本定律；重、難點特殊變壓器的應用；難點磁路和交流鐵芯線圈電路主要內(nèi)容：重難點：6.1磁路和交流鐵芯線圈電路磁場的物理量，磁性材料的磁性能；磁路基本定律磁路基本定律6.1磁路和交流鐵芯線圈電路(1)磁感應強度B磁場的基本物理量——矢量單位：T（特斯拉），

B=F/(LI),B=H

均勻磁場——磁場內(nèi)各點的B

大小相等，方向相同?！獦肆繂挝唬篧b對于均勻磁場

=B·S——矢量定義H=B/

單位：A/m(安/米)(2)磁通

(3)磁場強度H——真空磁導率

0=410–7H/m(亨/米)(4)磁導率

相對磁導率r=/0

對于鐵磁材料r=1021056.1磁路和交流鐵芯線圈電路(1)高導磁性

在外磁場的作用下，磁性物質(zhì)被強烈磁化而呈現(xiàn)出很強的磁性。Hm–HmBr–HCBH(2)磁滯性B的變化落后于H。剩磁矯頑力鐵磁性材料特性6.1磁路和交流鐵芯線圈電路(3)磁飽和性

H增加，B增加很小的現(xiàn)象。Hm–HmBrHCBHB-H

-HbcBH

aa、c段

值大、過c點出現(xiàn)飽和鐵磁性材料特性6.1磁路和交流鐵芯線圈電路

磁路是研究局限于一定范圍內(nèi)的磁場問題。I

主磁通

漏磁通鐵心線圈磁路：磁通相對集中通過的路徑磁路及其基本定律6.1磁路和交流鐵芯線圈電路lNui–+根據(jù)得Hl=NI磁通勢：F=NI(單位：安)磁壓降：Hl

磁路歐姆定律：磁路為不同材料組成時磁路磁阻：Rm磁路的歐姆定律6.1磁路和交流鐵芯線圈電路

一均勻閉合鐵心線圈如圖，匝數(shù)為300，鐵心中磁感應強度為0.9T，磁路的平均長度為45cm。試求：(1)鐵心材料為鑄鐵時線圈中的電流；(2)鐵心材料為硅鋼片時線圈中的電流。例題[解]先從磁化曲線中查出磁場強度的H值，然后再計算電流：（1）（2）6.1磁路和交流鐵芯線圈電路1、電磁關系

Φ

Φ

Nuiee

––+–++設：

=

msinte=–Nmcost=Emsin(t–90)Em=Nm=

2f

Nm=

2f

NBmS

感應電動勢的有效值：交流鐵心線圈電路

（1）主磁電動勢e

(2）漏磁電動勢e

6.1磁路和交流鐵芯線圈電路2、

外加電壓與磁通的關系

Nuiee

––+–++u→Fm=iN→uR

=iR

(主磁通)→

(漏磁通)→由KVL：u=iR–e–e

因為R和e

很小所以

u–eU的有效值U

E=

4.44fNmU=

4.44fNBmS6.1磁路和交流鐵芯線圈電路3、功率損耗

Nie

–+u–+e–+(1)磁滯損耗?Ph鐵心反復磁化時所消耗的功率。(2)渦流損耗?Pe

在鐵心中產(chǎn)生的感應電流而引起的損耗。(3)鐵心損耗?PFe鐵心損耗=磁滯損耗+渦流損耗(4)銅損耗?PCu

線圈電阻產(chǎn)生的損耗?PCu

=I2R交流鐵心線圈工作時功率損耗為:P=UICOSθ=

I2R+?PFe6.1磁路和交流鐵芯線圈電路小結

1、磁場的物理量；2、磁性材料的磁性能；

3、磁路基本定律思考交流鐵芯線圈電路怎樣分析電磁關系？變壓器主要內(nèi)容：重難點：6.2變壓器變壓器的基本結構、工作原理；變壓器電壓、電流和阻抗變換作用變壓器的工作原理；特殊變壓器的應用6.2變壓器變壓器：是各種電氣設備及電子系統(tǒng)中應用廣泛的一種多端子磁耦合基本電路元件，利用電磁感應原理實現(xiàn)從一種電壓的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓的交流電能。變壓器的功能：在能量傳輸過程中，當輸送功率P=UIcos

及負載功率因數(shù)cos

一定時：電能損耗小節(jié)省金屬材料（經(jīng)濟）U

I

P=

I2RlI

S變壓器概述6.2變壓器變壓器概述電力工業(yè)中常采用高壓輸電低壓配電，實現(xiàn)節(jié)能并保證用電安全6.2變壓器電壓互感器

電流互感器

按用途分電力變壓器(輸配電用)儀用變壓器

特種變壓器

按鐵心方式殼式心式變壓器符號變壓器的分類實驗變壓器

按相數(shù)分三相變壓器單相變壓器按繞組分雙繞組變壓器三繞組變壓器自耦變壓器

按冷卻分干式變壓器油浸式變壓器6.2變壓器變壓器的結構變壓器鐵心：硅鋼片疊壓而成。變壓器繞組：高強度漆包線繞制而成。其他部件：油箱、冷卻裝置、保護裝置鐵心線圈心式變壓器鐵心線圈殼式變壓器繞組:一次繞組二次繞組變壓器電路鐵心由高導磁硅鋼片疊成厚0.35mm或0.5mm變壓器磁路

6.2變壓器變壓器的工作原理6.2變壓器(1)空載運行情況電磁關系一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)開路。+–+–+–+–+–

1

i0(i0N1)

1空載時，鐵心中主磁通

是由一次繞組磁通勢產(chǎn)生的。變壓器的工作原理6.2變壓器

1N1N2

??I0?E2

?U20?E1

?U1

?

E

1

?–+––+++–變壓器空載：E1

=

4.44fN1

mE2

=

4.44fN2

m結論U1U20—–=–—=KN1N2—變比變壓器的工作原理（2）空載運行情況電壓變換6.2變壓器(1)帶負載運行情況電磁關系一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)接負載。+–+–+–

1

1i1(i1N1)i1i2(i2N2)

2有載時，鐵心中主磁通

是由一次、二次繞組磁通勢共同產(chǎn)生的合成磁通。

2i2+–e2+–e2+–u2

Z

變壓器的工作原理6.2變壓器變壓器的工作原理（2）負載運行情況電壓平衡方程SZLN1N2

??I1E2

?U2

?E1

?U1

?

E

1

??I2+–+–

E

2

?+–+–+–+–+6.2變壓器SZLN1N2

??I1E2

?U2

?E1

?U1

?

E

1

??I2+–+–

E

2

?+–+–+–+–+

?(I0

小)結論產(chǎn)生主磁通

的磁通勢有效值I0=I1N(2.55)

變壓器接負載：變壓器的工作原理（3）負載運行情況電流變換6.2變壓器?I2KZL?U2?U1?I1Z0E?+––++–'ZL結論可利用變壓器進行阻抗匹配變壓器的工作原理（4）阻抗變換+–6.2變壓器

如圖所示，交流信號源E=120V，內(nèi)阻R0=800

，負載RL=8

。(1)當RL

折算到一次側(cè)的等效電阻RL=R0

時，求變壓器的匝數(shù)和信號源的輸出功率；(2)當將負載直接與信號源連接時，信號源輸出多大功率？例題[解]?I2KRL?U2?U1?I1R0E?+–+–+–'RL(2)直接接負載時此時信號源的輸出功率：(1)變壓器的匝數(shù)比應為：6.2變壓器

單相變壓器一次繞組N1=1000匝，二次繞組N2=500匝，現(xiàn)一次側(cè)加電壓U1=220V，二次側(cè)接電阻性負載，測得二次側(cè)電流I2=4A，試求（1）二次側(cè)的額定電壓為U2N；（2）變壓器一次側(cè)的等效負載

；（3）變壓器輸出功率

P2。例題[解](1)

，而，所以(2)由于，因此，有：V

(3）W6.2變壓器變壓器的運行性能

1、電壓調(diào)整率：當一次側(cè)電壓U1和負載功率因數(shù)cos

2保持不變時，二次側(cè)輸出電壓U2和輸出電流I2的關系，U2=f(I2)。

U20：一次側(cè)加額定電壓、二次側(cè)開路時，二次側(cè)的輸出電壓。一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨I2的變化，U2

變化不大），電壓變化率約在5%左右。電壓變化率：cos

2=0.8(感性）U2I2U20I2Ncos

2=1O

(容性負載）電壓變化率約在5%左右6.2變壓器變壓器的運行性能2.變壓器的效率()變壓器的損耗包括兩部分：銅損(

PCu)：繞組導線電阻的損耗。與負載大?。ㄕ扔陔娏髌椒剑┯嘘P。

鐵損(

PFe)：變壓器的效率為一般

95%,負載為額定負載的(50~75)%時,最大。輸出功率輸入功率磁滯損耗：渦流損耗它與鐵心內(nèi)磁感應強度的最大值Bm的平方成正比。與負載大小無關。6.2變壓器

有一單相變壓器的額定容量50kV·A、額定電壓10000V/250V，當該變壓器向

的負載供電時，正好滿載，試求變壓器一次側(cè)、二次側(cè)繞組額定電流和電壓變化率。例題[解]

AAV6.2變壓器特殊變壓器U1?N1N2ZL?U2+

+

?U1

?N1N2

?U2ZLI1

?I2

?I+

+

(1)自耦變壓器（1）使用時，改變滑動端的位置，便可得到不同的輸出電壓。（2）實驗室中用的調(diào)壓器就是根據(jù)此原理制作的。（3）注意：一次、二次側(cè)千萬不能對調(diào)使用，以防變壓器損壞。6.2變壓器特殊變壓器（2）電壓互感器被測電壓=電壓表讀數(shù)

N1/N2VZLN1（匝數(shù)多）保險絲N2（匝數(shù)少）~u（被測電壓）使用注意事項：（1）

鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損壞時，在二次側(cè)出現(xiàn)高壓。（2）二次側(cè)不能短路，以防產(chǎn)生過流；實現(xiàn)用低量程的電壓表測量高電壓6.2變壓器特殊變壓器電流表（被測電流）N1（匝數(shù)少）N2（匝數(shù)多）AZLi1i2被測電流=電流表讀數(shù)

N2/N1實現(xiàn)用低量程的電流表測量大電流使用注意事項：（1）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，在二次側(cè)出現(xiàn)過壓。（3）電流互感器6.2變壓器變壓器繞組的極性判定同極性端:當電流流入(或流出）兩個線圈時，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個流入(或流出）端。（1）同極性端(同名端)??UXux?UXux

同極性端用“?”表示。增加+–+++–––同極性端和繞組的繞向有關。?6.2變壓器(2)線圈的接法變壓器繞組的極性判定聯(lián)接

2－3

變壓器原一次側(cè)有兩個額定電壓為110V的