第五章磁路與變壓器§5.1磁路的基本概念§5.2變壓器§5.3

特殊變壓器第五章磁路與變壓器一、磁感應(yīng)強(qiáng)度（磁通密度）與磁場(chǎng)方向相垂直的單位面積上通過的磁通（磁力線）。單位：韋伯1Tesla=104高斯B

的單位：特斯拉（Tesla）5.1磁路基本概念二、磁通單位：韋伯（Wb）B

單位：特斯拉（T）磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直與磁場(chǎng)方向的面積S的乘積，稱為通過該面積的磁通。單位：伏秒三、磁場(chǎng)強(qiáng)度H磁場(chǎng)強(qiáng)度是計(jì)算磁場(chǎng)所用的物理量，其大小為磁感應(yīng)強(qiáng)度和導(dǎo)磁率之比。單位：B

：特斯拉：亨/米：安/米四、磁導(dǎo)率：表征各種材料導(dǎo)磁能力的物理量（亨/米）

真空中的磁導(dǎo)率()為常數(shù)一般材料的磁導(dǎo)率和真空中的磁導(dǎo)率之比，稱為這種材料的相對(duì)磁導(dǎo)率，則稱為磁性材料，則稱為非磁性材料1.非線性大小BH(I)

2.磁飽和性HBBH

3.磁滯性根據(jù)磁性能，磁性材料又可分為三種：軟磁材料（磁滯回線窄長(zhǎng)。常用做磁頭、磁心等）；永磁材料（磁滯回線寬。常用做永久磁鐵）；矩磁材料（滯回線接近矩形?？捎米鲇洃浽?.1.1鐵磁材料的磁性能磁路：主磁通所經(jīng)過的閉合路徑。i線圈通入電流后，產(chǎn)生磁通，分主磁通和漏磁通。：主磁通：漏磁通鐵心（導(dǎo)磁性能好的磁性材料）線圈5.1.2磁路基本定律磁路的基本概念一.安培環(huán)路定律（全電流律）：

磁場(chǎng)中任何閉合回路磁場(chǎng)強(qiáng)度的線積分,等于通過這個(gè)閉合路徑內(nèi)電流的代數(shù)和。I1I2I3電流方向和磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向符合右手定則的，電流取正；否則取負(fù)。

在無分支的均勻磁路（磁路的材料和截面積相同，各處的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等）中，安培環(huán)路定律可寫成：磁路長(zhǎng)度L線圈匝數(shù)NIHL：稱為磁壓降。NI：稱為磁動(dòng)勢(shì)。一般用F表示。F=NI總磁磁動(dòng)動(dòng)勢(shì)勢(shì)在非非均均勻勻磁磁路路（磁磁路路的的材材料料或或截截面面積積不不同同，，或或磁磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度度不不等等））中中，，總磁磁動(dòng)動(dòng)勢(shì)勢(shì)等等于于各各段段磁磁壓壓降降之之和和。。例：：IN對(duì)于于均均勻勻磁磁路路磁路中的歐姆定律二.磁路路的的歐歐姆姆定定律律：：則：INSL注：由于磁性材料是非線性的，磁路歐姆定律多用作定性分析，不做定量計(jì)算。令：Rm稱為磁阻磁路路和電路路的比比較較磁路電路磁通通INR+_EI磁壓降磁動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)電流電壓降U基本本定定律律磁阻阻磁感感應(yīng)應(yīng)強(qiáng)度度安培培環(huán)環(huán)路路定律律磁路路IN歐姆姆定定律律電阻阻電流流強(qiáng)度度基爾爾霍霍夫夫電壓壓定定律律基爾爾霍霍夫夫電流流定定律律磁路路與電路路的比比較較電路路R+_EI變壓壓器器功功能能：：變電壓：電力系統(tǒng)變阻抗：電子電路中的阻抗匹配（如喇叭的輸出變壓器）

變電流：電流互感器

5.2變壓壓器器5.2.1變壓壓器器的的用用途途、、構(gòu)構(gòu)造造和和分分類類發(fā)電廠1.05萬伏輸電線22萬伏升壓變電站1萬伏降壓變壓壓器器應(yīng)應(yīng)用用舉舉例例…降壓實(shí)驗(yàn)室380/220伏降壓儀器36伏降壓?jiǎn)蜗嘞嘧冏儔簤浩髌麒F芯原邊繞組副邊繞組結(jié)構(gòu)構(gòu)：：5.2.2變壓壓器器基基本本原原理理變壓器符號(hào)：電磁磁關(guān)關(guān)系系：：N1N2N1N2A空載載運(yùn)運(yùn)行行：原邊邊接接入入電電源源，，副副邊邊開路路。接上交流電源原邊電流i1等于勵(lì)磁電流i10

產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

i10產(chǎn)生磁通（交變）（方向符合右手定則）結(jié)論論：：改變變?cè)言褦?shù)數(shù)比比，就就能能改變變輸輸出出電電壓壓。K為變比根據(jù)交流磁路的分析可得：時(shí)B、負(fù)負(fù)載載運(yùn)運(yùn)行行：：Z副邊邊帶帶負(fù)負(fù)載載后后對(duì)對(duì)磁磁路路的的影響響：：在在副副邊邊感感應(yīng)應(yīng)電電壓壓的的作用用下下，，副副邊邊線線圈圈中中有有了了電流流i2。此電電流流在在磁磁路路中中也會(huì)會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生生磁磁通通，，從從而而影影響響原原邊邊電電流流i1。但當(dāng)當(dāng)外外加加電電壓壓、、頻頻率率不不變變時(shí)時(shí)，，鐵鐵芯芯中中主主磁磁通通的的最最大大值值在在變變壓壓器器空空載載或或有有負(fù)負(fù)載載時(shí)時(shí)基基本本不不變變。帶負(fù)載載后磁動(dòng)勢(shì)勢(shì)的平平衡式式為：結(jié)論：：原、副副邊電電流與與匝數(shù)數(shù)成反反比由于變壓器鐵芯材料的導(dǎo)磁率高、空載勵(lì)磁電流很小，可忽略。即：從原邊等效：結(jié)論：：變壓器器原邊邊的等等效負(fù)負(fù)載，，為副副邊所所帶負(fù)負(fù)載乘乘以變比的的平方方。C、阻抗抗變換換例：揚(yáng)聲器器上如如何得得到最最大輸輸出功功率RsRL信號(hào)源設(shè)：信號(hào)電壓的有效值:U1=50V;信號(hào)內(nèi)阻：Rs=100;負(fù)載為揚(yáng)聲器，其等效電阻：RL=8。求：負(fù)載上上得到到的功功率解：（1）將負(fù)載直接接到信號(hào)源上，得到的輸出功率為：Rs（2）將負(fù)負(fù)載通通過變變壓器器接到到信號(hào)號(hào)源上上。輸出功率為：設(shè)變比則：結(jié)論：：由此此可見見，加加入變變壓器器以后后，輸出功功率提提高了了很多多。原因是是滿足足了電電路獲獲得最大輸輸出功功率的的條件（RS=RL’）。副邊輸出電壓和輸出電流的關(guān)系。即：U2I2U20U20：原邊加加額定定電壓壓、副邊開開路時(shí)時(shí)，副副邊的的輸出電壓壓。一般供供電系系統(tǒng)希希望要要硬特特性（（隨I2的變化化，U2變化不不多））5.2.3變壓器器的外外特性性A變壓器器的額額定值值變壓器器正常常運(yùn)行行的狀狀態(tài)和和條件件，稱稱為變變壓器器的額額定工工作情情況，，表征征變壓壓器額額定工工作情情況的的電壓壓、電電流和和功率率等數(shù)數(shù)值，，稱為為變壓壓器的的額定定值，，它標(biāo)標(biāo)在變變壓器器的銘銘牌上上，稱稱為銘銘牌值值。變壓器器的主主要額額定值值如下下：(1)額定容容量SN變壓器器的額額定容容量指指它的的額定定視在在功率率，以以伏安安(V··A)或千伏伏安(kV·A)為單位位。在在單相相變壓壓器中中，SN＝U2NI2N，在三三相變變壓器器中，，SN=U2NI2N。(2)額定電壓U1N和U2N原繞組的額額定電壓U1N是指原繞組組上應(yīng)加的的電源電壓壓或輸入電電壓，副繞繞組的額定定電壓U2N是指原繞組組加上額定定電壓時(shí)副副繞組的空空載電壓U20。在三相變壓壓器銘牌上上給出的額額定電壓U1N和U2N均為線電壓壓。(3)額定電流I1N和I2N變壓器的額額定電流I1N和I2N是根據(jù)絕緣緣材料所允允許的溫度度而規(guī)定的的原、副繞繞組中允許許長(zhǎng)期通過過的最大電電流值。在在三相變壓壓器中，I1N和I2N均指線電流流。(4)額定頻率fN我國(guó)規(guī)定標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)頻頻率為50Hz。變壓器的額額定值決定定于變壓器器的構(gòu)造和和所用的材材料。使用用變壓器時(shí)時(shí)一般不能能超過其額額定值，除除此之外，，還必須注注意：工作作溫度不能能過高；原原、副繞組組必須分清清；防止變變壓器繞組組短路，以以免燒毀變變壓器。B變壓器的外特性變壓器的外外特性是指指電源電壓壓U1為額定電壓壓，額定頻頻率，負(fù)載載功率因數(shù)數(shù)cosΦ2一定時(shí)，U2隨I2變化的關(guān)系系曲線，即即U2＝f(I2)，如圖所示示。為防止渦流流損失，鐵鐵芯一般由由一片片導(dǎo)導(dǎo)磁材料疊疊成(如硅鋼片)。變壓器的損耗包括兩部分：銅損(PCU)：繞組導(dǎo)線電阻所致。磁滯損失：磁滯現(xiàn)象引起鐵芯發(fā)熱，造成的損失。渦流損失：交變磁通在鐵芯中產(chǎn)生的感應(yīng)電流（渦流），造成的損失。鐵損()：PFE5.2.4變壓器的功功率與效率率A變壓器的功功率變壓器初級(jí)級(jí)的輸入功功率為式中φ1為原邊電壓壓與電流的的相位差。。變壓器次級(jí)級(jí)的輸出功功率為式中φ2為副邊電壓壓與電流的的相位差。。輸入功率與與輸出功率率的差就是是變壓器所所損耗的功功率，即變壓器的功功率損耗，，包括鐵損損△PFe(磁滯損耗和和渦流損耗耗)和銅損△Pcu(線圈導(dǎo)線電電阻的損耗耗)。即鐵損和銅損損可以用試試驗(yàn)方法測(cè)測(cè)量或計(jì)算算求出，銅銅損(+)與負(fù)載大小小(正比于電流流的平方)有關(guān)，是可可變損耗；；而鐵損與與負(fù)載大小小無關(guān)，當(dāng)當(dāng)外加電壓壓和頻率確確定后，一一般是常數(shù)數(shù)。B變壓器的效效率與機(jī)械效率率的意義相相似，變壓壓器的效率率也就是變變壓器輸出出功率與輸輸入功率之之比的百分分值，即變壓器的的效率較較高。大大容量變變壓器在在額定負(fù)負(fù)載時(shí)的的效率可可達(dá)98％～99％，小型電源源變壓器的效效率約為70％～80％。變壓器的的效率還與負(fù)負(fù)載有關(guān)，輕輕載時(shí)效率很很低，因此應(yīng)應(yīng)合理選用變變壓器的容量量，避免長(zhǎng)期期輕載或空載載運(yùn)行。當(dāng)電流流入兩兩個(gè)線圈(或流出）時(shí)，，若產(chǎn)生的磁通方方向相同，則兩個(gè)流入端稱稱為同極性端端（同名端）。?；蛘哒f，當(dāng)當(dāng)鐵芯中磁通通變化（增大大或減?。r(shí)時(shí)，在兩線圈圈中產(chǎn)生的感感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極極性相同的兩兩端為同極性性端。同極性端(同名端)AXax**AXax**5.2.5變壓器繞組的的極性電器使用時(shí)兩兩種電壓（220V/110V）的切換：220V：聯(lián)結(jié)2－3110V：聯(lián)結(jié)1－3，2－4線圈的接法1324**220V：聯(lián)結(jié)2－3勵(lì)磁兩種接法下線線圈工作情況況的分析**1324110V：聯(lián)結(jié)1－3，2－41,32,4220V：聯(lián)結(jié)2－31324**說明：兩種接法下不變，所以鐵芯磁路的設(shè)計(jì)相同勵(lì)磁'問題1：在110V情況下，如果果只用一個(gè)繞繞組（N），行不行？答：不行（兩繞組組必須并繞））原邊有兩個(gè)相相同繞組的電電源變壓器（（220/110），使用中應(yīng)應(yīng)注意的問題題：**13241,32,4N若兩種接法鐵芯中的磁通相等，則：?jiǎn)栴}2：如果兩繞組的的極性端接錯(cuò)錯(cuò)，結(jié)果如何何？結(jié)論：在極性不明確確時(shí)，一定要要先測(cè)定極性性再通電。答：有可能燒毀變變壓器兩個(gè)線圈中的磁通抵消燒毀感應(yīng)電勢(shì)電流

很大原因：**1324’方法一：交流流法AXax若說明A與a

或X

與

x為同極性端。把兩個(gè)線圈的任意兩端(X-x)連接,然后在AX

上加一小電壓u。測(cè)量：若說說明明A與x或X與a是同極性端；結(jié)論：同極性端的測(cè)測(cè)定方法方法二：直流流法mA表+_AXaxK+-**AXax+_K設(shè)K閉合時(shí)增加。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，阻止的增加。如果當(dāng)

K閉合時(shí)，mA表正偏，則A－a為同極性端;如果當(dāng)K閉合時(shí)，mA表反偏，則A－x為同極性端結(jié)論：5.3.1自耦變壓器ABP使用時(shí)，改變變滑動(dòng)端的位位置，便可得得到不同的輸輸出電壓。實(shí)實(shí)驗(yàn)室中用的的調(diào)壓器就是是根據(jù)此原理理制作的。注意：原、副副邊千萬不能能對(duì)調(diào)使用，，以防變壓器損損壞。因?yàn)镹變小時(shí)，磁通通增大，電流流會(huì)迅速增加加。5.3特殊變壓器5.3.2儀用互感器用于測(cè)量用的的變壓器稱為為儀用互感器器，簡(jiǎn)稱互感感器。采用互互感器的主要要目的是擴(kuò)大大測(cè)量?jī)x表的的量程，使測(cè)測(cè)量?jī)x表與大大電流或高電電壓電路隔離離。按用途分，互互感器分為電電流互感器和和電壓互感器器兩種。A.電流互感器：：用低量程的的電流表測(cè)大大電流（被測(cè)電流）N1（匝數(shù)少）N2（匝數(shù)多）ARi1i