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1、电工电子技术基础磁感应强度磁感应强度B是表示磁场内某点磁场强弱及方向是表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。的物理量。B的大小等于通过垂直于磁场方向单位的大小等于通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目。单位是特斯拉面积的磁力线数目。单位是特斯拉(T)。它与电流之间的方向关系可用右螺旋定则确定。它与电流之间的方向关系可用右螺旋定则确定。如果磁场内各点的磁感应强度的大小相等、方向相如果磁场内各点的磁感应强度的大小相等、方向相同，这样的磁场称为均匀磁场。同，这样的磁场称为均匀磁场。7.1.1磁路的基本物理量磁路的基本物理量1 1磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B均匀磁场中磁通均匀磁场中磁
2、通等于磁感应强度等于磁感应强度B与垂直于磁与垂直于磁场方向的面积场方向的面积S的乘积，单位是韦伯的乘积，单位是韦伯(Wb)。2 2磁通磁通磁通磁通故又可称磁感应强度故又可称磁感应强度B的数值为磁通密度。的数值为磁通密度。磁导率磁导率表示物质的导磁性能，单位是亨表示物质的导磁性能，单位是亨/米米(H/m)。真空的磁导率真空的磁导率非铁磁物质的磁导率与真空极为接近，铁磁非铁磁物质的磁导率与真空极为接近，铁磁物质的磁导率不是一个常数与励磁电流有关系。物质的磁导率不是一个常数与励磁电流有关系。相对磁导率相对磁导率相对磁导率相对磁导率 r r：物质磁导率与真空磁导率的物质磁导率与真空磁导率的比值。非铁磁
3、物质比值。非铁磁物质r近似为近似为1，铁磁物质的，铁磁物质的r远大远大于于1。3 3磁导率磁导率磁导率磁导率 磁场强度磁场强度H是计算磁场时常用的物理量，也是计算磁场时常用的物理量，也是矢量。是矢量。4 4磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度HH磁场强度只与产生磁场的电流以及这些电流磁场强度只与产生磁场的电流以及这些电流分布有关，而与磁介质的磁导率无关，单位分布有关，而与磁介质的磁导率无关，单位是安米（是安米（Am）。）。是为了简化计算而引入是为了简化计算而引入的辅助物理量。的辅助物理量。又又称称为为全全电电流流定定律律，是是对对磁磁路路进进行行分分析析与与计计算算的的基基本本定定律律。安安培培环
4、环路路定定律律指指出出：在在磁磁场场中中，沿沿任任一一个个闭闭合合路路径径，磁磁场场强强度度的的线线积积分分等等于于该该闭闭合合路路经经所所包包围面的电流的代数和，即围面的电流的代数和，即式中电流的正负是这样规定的：电流参考方向与绕行式中电流的正负是这样规定的：电流参考方向与绕行方向符合右手螺旋定则的电流取正号，反之取负号。方向符合右手螺旋定则的电流取正号，反之取负号。工程上常根据安培环路定律来确定磁场与电流的关系工程上常根据安培环路定律来确定磁场与电流的关系.7.1.2磁场的基本定律磁场的基本定律1 1安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律在均匀磁场中，常常遇到闭合回路上各点的磁场
5、在均匀磁场中，常常遇到闭合回路上各点的磁场强度相等并且其方向与闭合回路的切线方向一致强度相等并且其方向与闭合回路的切线方向一致的情况，这时安培环路定律可简化为：的情况，这时安培环路定律可简化为：其中，其中，l为磁路的平均长度。由于电流和闭合回路绕为磁路的平均长度。由于电流和闭合回路绕行方向符合右手螺旋定则，线圈有行方向符合右手螺旋定则，线圈有N匝，电流就穿匝，电流就穿过回路过回路N次，因此次，因此其中其中F=NI称为磁动势，单位是安（称为磁动势，单位是安（A）。）。2磁路欧姆定律（磁路欧姆定律（Ohmslawofmagneticcircuit）它表明在磁路中，磁通它表明在磁路中，磁通它表明在磁
6、路中，磁通它表明在磁路中，磁通与磁动势与磁动势与磁动势与磁动势F F成正比，与磁阻成正比，与磁阻成正比，与磁阻成正比，与磁阻R RMM成反比。成反比。成反比。成反比。其中其中l/s称为磁阻（称为磁阻（magneticresistance），表示对磁通），表示对磁通的阻碍作用，磁路对磁动势建立磁通所呈现的阻力。的阻碍作用，磁路对磁动势建立磁通所呈现的阻力。其中：其中：l磁路的长度（磁路的长度（m）；）；S磁路的截面积（磁路的截面积（m2）；）；磁路材料的磁导率。磁路材料的磁导率。因铁磁物质的磁阻因铁磁物质的磁阻Rm不是常数，它会随励磁电流不是常数，它会随励磁电流I的的改变而改变，因而通常不能用磁
7、路的欧姆定律直接改变而改变，因而通常不能用磁路的欧姆定律直接计算，但可以用于定性分析很多磁路问题。计算，但可以用于定性分析很多磁路问题。当通过线圈的电流发生变化时，线圈中的磁通也随之当通过线圈的电流发生变化时，线圈中的磁通也随之变化，并在线圈中出现感应电流，这表明线圈中感应变化，并在线圈中出现感应电流，这表明线圈中感应了电动势。即了电动势。即3电磁感应定律电磁感应定律即穿过线圈的磁通增加时，即穿过线圈的磁通增加时，e0，这时感，这时感应电动势的方向与参考方向相反；应电动势的方向与参考方向相反；磁磁性性材材料料的的磁磁导导率率很很高高，磁磁导导率率可可达达102104，由由铁铁磁磁材材料料组组成
8、成的的磁磁路路磁磁阻阻很很小小，在在线线圈圈中中通通入入较较小小的的电流即可获得较大的磁通电流即可获得较大的磁通。7.1.3铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能1、高导磁性高导磁性高导磁性高导磁性磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁
9、如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种心。在这种心。在这种心。在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。几种常用磁性材料的磁导率常用磁性材料的磁导率 材料名材料名称称铸铁铸铁硅钢片硅钢片镍锌铁镍锌铁氧体氧体锰锌铁锰锌铁氧体氧体坡莫合坡莫合金金相对磁相对磁导率导率2004007000100
10、0010100030050002*1042*105B不不会会随随H的的增增加加而而无无限限增增加加，H增增大大到到一一定定值值时时，B不不能能继继续续增加增加-磁饱和性磁饱和性磁饱和性磁饱和性将磁性材料放入磁场强度为将磁性材料放入磁场强度为H的磁场内，会受到强烈的磁场内，会受到强烈的磁化。铁磁性物质的磁感应强度的磁化。铁磁性物质的磁感应强度B与外磁场的磁场与外磁场的磁场强度强度H之间的关系曲线如图。之间的关系曲线如图。2 2、磁饱和性、磁饱和性、磁饱和性、磁饱和性H（I）B（）abcB铁磁材料铁磁材料B-H，-H 曲线曲线os 不是常数。不是常数。磁通尽量地约束在有限磁通尽量地约束在有限的范围
11、内，提高电磁设的范围内，提高电磁设备的利用率，一般使用备的利用率，一般使用B-H曲线的曲线的ab段。段。铁铁心心线线圈圈中中通通过过交交变变电电流流时时，H的的大大小小和和方方向向都都会会改改变变，铁铁心心在在交交变变磁磁场场中中反反复复磁磁化化，在在反反复复磁磁化化的的过过程中，程中，B的变化总是滞后于的变化总是滞后于H的变化。的变化。磁滞回线磁滞回线3 3、磁滞性、磁滞性、磁滞性、磁滞性当线圈中电流减至零值时（当线圈中电流减至零值时（H=0），铁芯在磁化），铁芯在磁化时所获得的磁性还未完全消失。这时铁芯中所保时所获得的磁性还未完全消失。这时铁芯中所保留的磁感应强度称为留的磁感应强度称为剩磁
12、剩磁Br。去磁的方法：加反向励磁电流，使去磁的方法：加反向励磁电流，使B=0，所对应的，所对应的H称为称为矫顽磁力。矫顽磁力。磁滞回线磁滞回线在电路中，当在电路中，当E=0时，时，I=0；但在磁路中，由于有剩磁，；但在磁路中，由于有剩磁，当当F=0时，时，不为零不为零；4、磁性材料的种类和用途、磁性材料的种类和用途软磁材料软磁材料：矫顽力和剩磁都小，磁滞回线较窄，磁滞：矫顽力和剩磁都小，磁滞回线较窄，磁滞损耗小。常用来制造变压器、电机和接触器等的铁损耗小。常用来制造变压器、电机和接触器等的铁芯。芯。硬磁材料硬磁材料：剩磁和矫顽力均较大，磁滞性明显，磁滞：剩磁和矫顽力均较大，磁滞性明显，磁滞回线
13、较宽。常用来制造永久磁铁。回线较宽。常用来制造永久磁铁。矩磁材料矩磁材料：只要受较小的外磁场作用就能磁化到饱和，：只要受较小的外磁场作用就能磁化到饱和，当外磁场去掉，磁性仍保持，磁滞回线几乎成矩形。当外磁场去掉，磁性仍保持，磁滞回线几乎成矩形。剩磁大，矫顽力小，常在电子技术和计算机技术中剩磁大，矫顽力小，常在电子技术和计算机技术中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。软磁材料软磁材料硬磁材料硬磁材料矩磁材料矩磁材料变压器、电机和接触器等的铁芯变压器、电机和接触器等的铁芯 永久磁铁永久磁铁 记忆元件、开关元件和逻辑元件记忆元件、开关元件和逻辑元件几种常用铁磁材料的基
14、本磁化曲线几种常用铁磁材料的基本磁化曲线7.2交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路铁心线圈是研究电磁铁、变压器和电机等电气设备的铁心线圈是研究电磁铁、变压器和电机等电气设备的基础，分为直流铁心线圈和交流铁心线圈。基础，分为直流铁心线圈和交流铁心线圈。直流铁心线圈通直流来励磁，产生的磁通是恒定的，直流铁心线圈通直流来励磁，产生的磁通是恒定的，在线圈和铁心中不会感应出电动势来。在线圈和铁心中不会感应出电动势来。NI 这两个磁通在线圈中产生这两个磁通在线圈中产生感应电动势感应电动势e和和e。e为主为主磁电动势，磁电动势，e为漏磁电动为漏磁电动势势(leakemf)。磁动势磁动势F=iN产生的磁通绝大多数
15、通过铁心而闭合，产生的磁通绝大多数通过铁心而闭合，这部分磁通称为这部分磁通称为主磁通主磁通(mainflux)。此外还有一少部分通过空气等非磁性材料而闭合，此外还有一少部分通过空气等非磁性材料而闭合，这部分磁通称为这部分磁通称为漏磁通漏磁通(leakflux)。图中各个物理量参考方向的选择要符合这样的规定：图中各个物理量参考方向的选择要符合这样的规定：l电压电压u的参考方向与电流的参考方向与电流i的参考方向一致；的参考方向一致；l磁通磁通的参考方向与电流的参考方向与电流i的参考方向符合右手螺旋的参考方向符合右手螺旋定则；定则；l磁通磁通的参考方向与感应电动势的参考方向与感应电动势e的参考方向也
16、符合的参考方向也符合右手螺旋定则；右手螺旋定则；l感应电动势感应电动势e的参考方向与电流的参考方向与电流i的参考方向一致。的参考方向一致。7.2.1交流铁心线圈的电磁交流铁心线圈的电磁关系关系1 1电压、电流和磁通的关系电压、电流和磁通的关系电压、电流和磁通的关系电压、电流和磁通的关系设电压设电压u、电流电流i、磁通、磁通、电动势、电动势e的参考方向如的参考方向如图所示。则由图所示。则由KVL得：得：励磁：励磁：uiN ieeddt=Nd dt=Ndidt=L 则则 （1）主磁通产生的感应电动势：）主磁通产生的感应电动势：设设 则电动势的有效值则电动势的有效值主磁通磁路是铁磁物质，其磁通按正弦
17、规律变化主磁通磁路是铁磁物质，其磁通按正弦规律变化（2）漏磁通产生的感应电动势：）漏磁通产生的感应电动势：由于漏磁通经过的路径主要是非铁磁材料，则漏磁通由于漏磁通经过的路径主要是非铁磁材料，则漏磁通产生的产生的感应电动势感应电动势为：为：则则 在交流电路中的在交流电路中的漏磁感抗漏磁感抗为：为：因此，因此，其中，其中，称为称为漏磁阻抗漏磁阻抗。通通常常线线圈圈的的电电阻阻R很很小小，漏漏磁磁通通也也远远远远小小于于主主磁磁通通，因此可忽略它们的影响。则因此可忽略它们的影响。则其有效值其有效值ui一定时磁动势一定时磁动势IN随磁阻随磁阻的变化而变化。的变化而变化。当外加电压当外加电压U、频率、频
18、率f与与线圈匝数线圈匝数N一定时，一定时，便便确定下来。根据磁路欧姆确定下来。根据磁路欧姆定律定律，当，当 交流磁路的特点交流磁路的特点:交流磁路和电路中的恒流源类似交流磁路和电路中的恒流源类似直流磁路中：直流磁路中：固定固定F随随变化变化直流电路中：直流电路中：IS固定固定U随随R变化变化交流磁路中磁阻交流磁路中磁阻对电流的影响对电流的影响电磁铁吸合过程的分析：电磁铁吸合过程的分析：在吸合过程中若外加电压在吸合过程中若外加电压不变不变,则则基本不变。基本不变。iu电磁铁吸合前电磁铁吸合前(气隙大）气隙大）大大起动电流大起动电流大电磁铁吸合后电磁铁吸合后(气隙小）气隙小）小小电流小电流小如果气
19、隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。注意：注意：7.2.2功率损耗功率损耗1、铜损、铜损(copperloss)2、铁损、铁损(coreloss)铁损由磁滞和涡流产生。铁损由磁滞和涡流产生。铁损由磁滞和涡流产生。铁损由磁滞和涡流产生。式中：式中：式中：式中：R R是线圈的电阻；是线圈的电阻；是线圈的电阻；是线圈的电阻；I I 是线圈中电流的有效值。是线圈中电流的有效值。是线圈中电流的有效值。是线圈中电流的有效值。（1）磁滞损耗）磁滞损耗(hysteresis
20、loss)由磁滞所产生的铁损称为由磁滞所产生的铁损称为磁滞损耗磁滞损耗。磁滞损耗要引起。磁滞损耗要引起铁心发热。为了减小磁滞损耗，应选用磁滞回线狭小铁心发热。为了减小磁滞损耗，应选用磁滞回线狭小的磁性材料制造铁心。硅钢就是变压器和电机中常用的磁性材料制造铁心。硅钢就是变压器和电机中常用的铁心材料，其磁滞损耗较小。的铁心材料，其磁滞损耗较小。设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度。设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度。（2）涡流损耗）涡流损耗(eddycurrentloss)由涡流所产生的铁损称为涡流损耗由涡流所产生的铁损称为涡流损耗Pe当线圈中通有交流电时，它所产生的磁通也是交变当线圈中通有交流
21、电时，它所产生的磁通也是交变的。因此，不仅要在线圈中产生感应电动势，而的。因此，不仅要在线圈中产生感应电动势，而且在铁心内也要产生感应电动势和感应电流。这且在铁心内也要产生感应电动势和感应电流。这种感应电流称为种感应电流称为涡流涡流，它在垂直于磁通方向的平，它在垂直于磁通方向的平面内环流着。面内环流着。减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施：提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。把涡流限制在较小的截面
22、内。把涡流限制在较小的截面内。把涡流限制在较小的截面内。在在在在电电电电机机机机和和和和电电电电器器器器铁铁铁铁心心心心中中中中的的的的涡涡涡涡流流流流是是是是有有有有害害害害的的的的。因因因因为为为为它它它它不不不不仅仅仅仅消消消消耗耗耗耗电电电电能能能能，使使使使电电电电气气气气设设设设备备备备效效效效率率率率降降降降低低低低，而而而而且且且且涡涡涡涡流流流流损损损损耗耗耗耗转转转转变变变变为为为为热热热热量量量量，使使使使设设设设备备备备温温温温度度度度升升升升高高高高，严严严严重重重重时时时时将将将将影影影影响响响响设设设设备备备备正正正正常运行。在这种情况下，常运行。在这种情况下，常
23、运行。在这种情况下，常运行。在这种情况下，要尽量减小涡流。要尽量减小涡流。要尽量减小涡流。要尽量减小涡流。涡涡涡涡流流流流虽虽虽虽然然然然在在在在很很很很多多多多电电电电器器器器中中中中会会会会引引引引起起起起不不不不良良良良后后后后果果果果，但但但但在在在在另另另另一一一一些些些些场场场场合合合合下下下下，人人人人们们们们却却却却利利利利用用用用涡涡涡涡流流流流为为为为生生生生产产产产、生生生生活活活活服服服服务务务务。例例例例如如如如工工工工业业业业上上上上利利利利用用用用涡涡涡涡流流流流产产产产生生生生热热热热量量量量来来来来熔熔熔熔化化化化金金金金属属属属，日日日日常常常常生生生生活活
24、活活中中中中的的的的电电电电磁磁磁磁灶灶灶灶也也也也是是是是利利利利用用用用涡涡涡涡流流流流的的的的原原原原理理理理制制制制成成成成的的的的，它它它它给给给给人人人人们的生活带来很大的便利。们的生活带来很大的便利。们的生活带来很大的便利。们的生活带来很大的便利。在交流磁通的作用下，铁心内的这两种损耗合称在交流磁通的作用下，铁心内的这两种损耗合称铁铁损损PFe。铁损差不多与铁心内磁感应强度的最大。铁损差不多与铁心内磁感应强度的最大值值Bm 的平方成正比，故的平方成正比，故Bm 不宜选得过大。不宜选得过大。等效电路等效电路等效电路等效电路用一个不含铁心的交流电路等效为铁心线圈交流电路用一个不含铁心
25、的交流电路等效为铁心线圈交流电路用一个不含铁心的交流电路等效为铁心线圈交流电路用一个不含铁心的交流电路等效为铁心线圈交流电路等效条件：等效条件：等效条件：等效条件：在同样电压作用下，功率、电流及各量之在同样电压作用下，功率、电流及各量之在同样电压作用下，功率、电流及各量之在同样电压作用下，功率、电流及各量之间的相位关系保持不变。间的相位关系保持不变。间的相位关系保持不变。间的相位关系保持不变。先将实际铁心线圈的线圈电阻先将实际铁心线圈的线圈电阻先将实际铁心线圈的线圈电阻先将实际铁心线圈的线圈电阻R R、漏磁感抗、漏磁感抗、漏磁感抗、漏磁感抗X X 分分分分出，得到用理想铁心线圈表示的电路；出，
26、得到用理想铁心线圈表示的电路；出，得到用理想铁心线圈表示的电路；出，得到用理想铁心线圈表示的电路；+u ui iR RX X +u uR Ru u 实际铁心线圈电路实际铁心线圈电路实际铁心线圈电路实际铁心线圈电路理想铁心线圈电路理想铁心线圈电路理想铁心线圈电路理想铁心线圈电路线圈电阻线圈电阻线圈电阻线圈电阻漏磁感抗漏磁感抗漏磁感抗漏磁感抗 +e ee e u ui i等效电路等效电路等效电路等效电路例：有一个铁心线圈，分析铁心中的磁感应强度例：有一个铁心线圈，分析铁心中的磁感应强度B、线圈中的电流线圈中的电流I和铜损和铜损I2R，在下列几种情况下将，在下列几种情况下将如何变化？如何变化？（1）
27、交流励磁）交流励磁铁心截面积加倍，线圈的电阻和铁心截面积加倍，线圈的电阻和匝数以及电源电压保持不变匝数以及电源电压保持不变（2）交流励磁）交流励磁频率和电源电压的大小减半频率和电源电压的大小减半假设在上述情况下工作点在磁化曲线的直线段。在假设在上述情况下工作点在磁化曲线的直线段。在交流励磁的情况下，设电源电压与感应电动势在交流励磁的情况下，设电源电压与感应电动势在数值上近于相等，且忽略磁滞和涡流。铁心是闭数值上近于相等，且忽略磁滞和涡流。铁心是闭合的，截面均匀。合的，截面均匀。（1）交流励磁）交流励磁铁心截面积加倍，线圈的电阻和铁心截面积加倍，线圈的电阻和匝数以及电源电压保持不变匝数以及电源电
28、压保持不变Bm减半减半，Hm也减半，由也减半，由NIm=Hml得，得，电流电流I减半减半，铜损减小铜损减小1/4。由由U=4.44fNm=4.44fNBmS得，得，Bm不变不变，Hm也也不变，不变，电流不变电流不变，铜损不变铜损不变。（2）交流励磁）交流励磁频率和电源电压的大小减半频率和电源电压的大小减半由由U=4.44fNm=4.44fNBmS得，得，7.3单相变压器单相变压器变压器是一种利用电磁感应作用来改变交流电能的变压器是一种利用电磁感应作用来改变交流电能的电压和电流等级的电气设备。电压和电流等级的电气设备。发电厂发电厂1.05万伏万伏输电线输电线22万伏万伏升压升压变电站变电站1万伏
29、万伏降压降压降压降压实验室实验室380/220伏伏降压降压仪器仪器36伏伏降压降压电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。具体如下：并保证用电安全。具体如下：并保证用电安全。具体如下：并保证用电安全。具体如下：7.3.1变压器的基本结构变压器的基本结构变压器的结构心式变压器壳式变压器铁心铁心绕组绕组l铁心（磁路部分）：铁心（磁路部分）：由由0.350.5mm表面涂有表面涂有绝缘绝缘漆的硅漆的硅钢钢片叠装而成。片叠装而成。l绕组绕组（电电路部分）路部分）
30、:原原绕组绕组（与（与输输入入电压电压相相连连）、）、副绕组（与负载相连）副绕组（与负载相连）上一节上一节下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返回回电源用变压器电源用变压器上一页上一页下一页下一页返返回回电源隔离变压器电源隔离变压器上一页上一页下一页下一页返返回回自耦调压器自耦调压器上一页上一页下一页下一页返返回回单相变压器上一页上一页下一页下一页返返回回全密封配电变压器全密封配电变压器（10kV）上一页上一页下一页下一页返返回回S9 9 型配电变压器型配电变压器（10kV）上一页上一页下一页下一页返返回回S9型配电变压器（型配电变压器（10kV）上一页上一页下一页下一页返返回回大型电力油浸
31、变压器(110 kV)上一页上一页下一页下一页返返回回大大型型电电力力油油浸浸变变压压器器上一页上一页下一页下一页返返回回树脂浇注干式变压器上一页上一页下一页下一页返返回回干式变压器上一页上一页下一页下一页返返回回整流变压器整流变压器上一页上一页返返回回箱式变压器箱式变压器-简称：箱变简称：箱变原原绕绕组组匝匝数数为为N1，电电压压u1，电电流流i1，主主磁磁电电动动势势e1，漏漏磁磁电电动动势势e1；副副绕绕组组匝匝数数为为N2，电电压压u2，电流电流i2，主磁电动势主磁电动势e2，漏磁电动势漏磁电动势e2。7.3.2变压器的工作原理变压器的工作原理变压器的基本原理变压器的基本原理当一个正弦
32、交流电压当一个正弦交流电压u1加在原绕组时，导线中就加在原绕组时，导线中就有交变电流有交变电流i1并产生交变磁通并产生交变磁通1，它沿着铁心它沿着铁心穿过原绕组和副绕组形成闭合的磁路。在副绕穿过原绕组和副绕组形成闭合的磁路。在副绕组中感应出互感电势组中感应出互感电势e2，同时同时1也会在原绕组也会在原绕组上感应出一个自感电势上感应出一个自感电势e1，e1的方向与所加电的方向与所加电压压u1方向相反而幅度相近，从而限制了方向相反而幅度相近，从而限制了i1的大的大小，小，i1称为称为“空载电流空载电流”或或“励磁电流励磁电流”。如果接上负载，副绕组就产生电流如果接上负载，副绕组就产生电流i2，并因
33、此而产生并因此而产生磁通磁通2，2的方向与的方向与1相反，起了互相抵消的作相反，起了互相抵消的作用，使铁心中总的磁通量有所减少，从而使用，使铁心中总的磁通量有所减少，从而使e1减少，减少，其结果使其结果使i1增大，可见增大，可见i1与负载有密切关系。与负载有密切关系。1、电压变换、电压变换原绕组的电压方程：原绕组的电压方程：其相量形式为：其相量形式为：副绕组电压方程：副绕组电压方程：其相量形式为：其相量形式为：其中，其中，Z2是副绕组的阻抗。是副绕组的阻抗。空载空载运行：运行：即副绕组开路时，此时副绕组中的电流即副绕组开路时，此时副绕组中的电流I2=0。变压器原绕组电流称为空载电流（励磁电流）
34、变压器原绕组电流称为空载电流（励磁电流）I0，它的数值一般不超过额定电流的它的数值一般不超过额定电流的10%。负载负载运行：运行：由于副绕组的电阻和漏磁感抗也很小，则由于副绕组的电阻和漏磁感抗也很小，则KK1 1，是降压变压器；，是降压变压器；，是降压变压器；，是降压变压器；KK1 1，是升压变压器。，是升压变压器。，是升压变压器。，是升压变压器。由由U1E1=4.44N1fm可可知知，U1和和f不不变变时时，m 基基本本不不变变，F也也基基本本不不变变。因因此此，有有负负载载时时产产生生主主磁磁通通的的原原、副副绕绕组组的的合合成成磁磁动动势势（i1N1+i2N2）和和空空载载时时产产生主磁
35、通的原绕组的磁动势生主磁通的原绕组的磁动势i0N1基本相等，即：基本相等，即：2、电流变换、电流变换空载电流空载电流i0很小可忽略不计。很小可忽略不计。例：如果在电压相等的情况下，把一个交流铁心例：如果在电压相等的情况下，把一个交流铁心线圈接到直流上使用，将会发生什么后果？线圈接到直流上使用，将会发生什么后果？答：烧坏线圈答：烧坏线圈例：为什么说交流铁心线圈是恒磁通的？当线圈通电后例：为什么说交流铁心线圈是恒磁通的？当线圈通电后若衔铁不吸合会产生什么后果？若衔铁不吸合会产生什么后果？答：答：交流铁心线圈通入交流恒压源时，线圈将感交流铁心线圈通入交流恒压源时，线圈将感应电动势与电源电压平衡；感应
36、电势与磁通成正比，应电动势与电源电压平衡；感应电势与磁通成正比，略小于电源电压。因为电源电压不变，磁通也近似略小于电源电压。因为电源电压不变，磁通也近似不变。不变。（如若因某种原因使（如若因某种原因使减小，减小，E也将随之减小，从也将随之减小，从而使电流增大，以增大磁势，让而使电流增大，以增大磁势，让增加。反之亦然）增加。反之亦然）。励磁线圈通电初期，因为衔铁尚未闭合，磁路的磁阻励磁线圈通电初期，因为衔铁尚未闭合，磁路的磁阻较大，较大，较小，线圈感应的电势也较小；此时较小，线圈感应的电势也较小；此时U不变，不变，电流较大；电流的增大，使磁势增加，以产生足够电流较大；电流的增大，使磁势增加，以产
37、生足够的磁通和电磁吸力。等到衔铁吸合后，磁路的工作的磁通和电磁吸力。等到衔铁吸合后，磁路的工作气隙较小，磁阻也较小，相同磁势产生的气隙较小，磁阻也较小，相同磁势产生的和感应和感应电势较大，使得励磁电流减小。若通电后衔铁不能电势较大，使得励磁电流减小。若通电后衔铁不能吸合，电流将不能减小。这不但使设备不能工作，吸合，电流将不能减小。这不但使设备不能工作，而且时间一长将会使线圈因过热而烧毁而且时间一长将会使线圈因过热而烧毁当线圈通电后若衔铁不吸合会产生什么后果？当线圈通电后若衔铁不吸合会产生什么后果？例：例：变压器的负载增加时，铁心中主磁通怎样变化变压器的负载增加时，铁心中主磁通怎样变化？其原绕组
38、中电流怎样变化？输出电压是否一定？其原绕组中电流怎样变化？输出电压是否一定要降低？要降低？答：（答：（1）副绕组负载增加后，铁心中的主磁通将维）副绕组负载增加后，铁心中的主磁通将维持基本不变。持基本不变。（2）负载增加后，副绕组产生新的磁通削弱原绕组）负载增加后，副绕组产生新的磁通削弱原绕组电流产生的磁通。为使磁通保持原来大小，使其电流产生的磁通。为使磁通保持原来大小，使其E1有所减小，当有所减小，当U1不变时，不变时，E1的减小会导致副绕组中的减小会导致副绕组中的电流增加，原绕组中的电流将随之增大的电流增加，原绕组中的电流将随之增大（3）输出电压在电阻性负载和感性负载时都要降低，）输出电压在
39、电阻性负载和感性负载时都要降低，但在容性负载情况下不一定要降低。但在容性负载情况下不一定要降低。3、阻抗变换、阻抗变换设接在变压器副绕组的负载阻抗设接在变压器副绕组的负载阻抗Z的模为的模为|Z|，则：，则：Z等效到原绕组的阻抗模等效到原绕组的阻抗模|Z|为：为：例：例：一只电阻为一只电阻为8 的扬声器的扬声器(喇叭喇叭)，需要，需要把电阻提高到把电阻提高到800 才可以接入半导体收音机的输才可以接入半导体收音机的输出端，出端，RsRsRL信号源信号源（1）应该利用电压比为多大的变压器才能实现这一应该利用电压比为多大的变压器才能实现这一阻抗匹配？阻抗匹配？（2）若交流信号源的电动势）若交流信号源
40、的电动势E100V，经变压器进经变压器进行阻抗匹配，求负载获得的功率是多少？行阻抗匹配，求负载获得的功率是多少？（3）将负载直接接至信号源，负载获得多大功率？）将负载直接接至信号源，负载获得多大功率？RsRsRL信号源信号源解：（解：（1）阻抗匹配时变比为）阻抗匹配时变比为（2）负载获得的功率为）负载获得的功率为（3）负载直接接信号源时，负载获得功率为）负载直接接信号源时，负载获得功率为1 1外特性外特性外特性外特性7.3.3变压器的工作特性变压器的工作特性当电源电压不变时，随着副绕组电流当电源电压不变时，随着副绕组电流I2的变化，原、的变化，原、副绕组阻抗上的电压降就会变化，使副绕组阻抗上的
41、电压降就会变化，使U2也发生变化。也发生变化。当电源电压当电源电压U1和负载功率因数不变时，和负载功率因数不变时，U2与与I2的变化的变化关系称为外特性。关系称为外特性。由由图图可可知知，对对电电阻阻性性负负载载和和电电感感性性负负载载，电电压压U2随随电电流流I2的增加而下降。下降程度与负载的功率因数有关。的增加而下降。下降程度与负载的功率因数有关。通通常常希希望望电电压压U2的的变变化化越越小小越越好好，为为反反映映电电压压U2的的变变化化程度引入电压变化率程度引入电压变化率U一一般般变变压压器器的的电电压压变变化化率率约约5%左右左右例例某单相变压器的额定电压为某单相变压器的额定电压为1
42、0000/230V接在接在10000V的交流电源上向一电感性负载供电，电压的交流电源上向一电感性负载供电，电压调整率为调整率为0.03，求变压器的电压比、空载和满载时的二，求变压器的电压比、空载和满载时的二次电压。次电压。解解变压器的电压比为变压器的电压比为空载时的二次电压为空载时的二次电压为U20=U2N=230V满载时的二次电压为满载时的二次电压为 U2=U2N(1 U%)=230(10.03)=223V2 2损耗与效率损耗与效率损耗与效率损耗与效率（1）损耗损耗空载时最小，约为空载时最小，约为0；满载时最大，可变损耗。；满载时最大，可变损耗。与铁心材料、与铁心材料、U1、f有关，不变损耗
43、。有关，不变损耗。在接近满载时效率最高。小型变压器的效率为在接近满载时效率最高。小型变压器的效率为80%90%，大型变压器的效率可达，大型变压器的效率可达98%左右。左右。（2）效率：）效率：1、同极性端的标记、同极性端的标记7.3.4绕组的同极性端及其测定绕组的同极性端及其测定当电流流入当电流流入(或流出）两个线圈时，若产生的磁通或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入端方向相同，则两个流入端(或流出）称为或流出）称为同极性端同极性端（同名端）（同名端）,用用*或或标注。标注。U1U2u1u2U1U2u1u21、3同极性端同极性端1、4同极性端同极性端可见，绕组同极性端和绕组在铁
44、心柱上的可见，绕组同极性端和绕组在铁心柱上的绕向有关绕向有关110V110V220V(a)绕组的串联绕组的串联110V(b)绕组的并联绕组的并联绕组的正确接法绕组的正确接法110V110V若连接错误，两绕组中的磁动势方向相反，互相抵若连接错误，两绕组中的磁动势方向相反，互相抵消，铁心磁通为消，铁心磁通为0，两绕组均不产生感应电动势，烧，两绕组均不产生感应电动势，烧坏绕组。坏绕组。1、2绕组通过开关绕组通过开关S接一个直流电源，当开关接一个直流电源，当开关S闭闭合瞬间，若毫安表的指针正向偏转，则合瞬间，若毫安表的指针正向偏转，则1、3是同是同极性端；反向偏转则极性端；反向偏转则2、4是同极性端。
45、是同极性端。2、同极性端的测定、同极性端的测定（1）直流法）直流法若若 U13=|U12U34|时时1和和3是同极性端；是同极性端；若若U13=U12U34时时1和和4是同极性端。是同极性端。（2）交流法）交流法将两个绕组的任意两端（如将两个绕组的任意两端（如2和和4）连在一起，在其）连在一起，在其中一个绕组的两端加一个较低的交流电压，用交流中一个绕组的两端加一个较低的交流电压，用交流电压表分别测量电压表分别测量U13、U12、U34。7.4三相三相变变压压器器 三三相相变变压压器器是是输输送送电电能能的的主主要要工工具具，在在电电力力系系统统中中实现高压输电和低压配电。实现高压输电和低压配电
46、。目目前前我我国国的的高高压压电电网网额额定定电电压压有有500kV、220kV、110kV、35kV、10kV，从从安安全全及及制制造造成成本本考考虑虑，发发电电机机的的电电压压不不能能造造的的太太高高，现现在在我我国国发发电电机机的的额额定定电电压压 是是 6.3kV、10.5kV、13.8kV、15.75kV、18kV、20kV，因因此此输输电电之之前前必必须须用用变变压压器器把把电电压压升升高高到到所所需的数值。需的数值。电电力力工工业业中中，输输配配电电都都采采用用三三相相制制。变变换换三三相相交交流流电电压，则用三相变压器。压，则用三相变压器。7.4.1 三相变压器的结构三相变压器
47、的结构三相变压器主要有油浸式（三相变压器主要有油浸式（10kV以上）和干式以上）和干式结构包括结构包括主体部分主体部分、冷却部分、引出装置和保护装置。、冷却部分、引出装置和保护装置。包括铁心和绕组，包括铁心和绕组，铁心一般采用三柱式，三相绕组套在心柱上。铁心用铁心一般采用三柱式，三相绕组套在心柱上。铁心用冷轧的硅钢片叠成。冷轧的硅钢片叠成。绕组有一次绕组和二次绕组，绕组有一次绕组和二次绕组，高压绕组高压绕组U1U2、V1V2、W1W2三个低压绕组三个低压绕组u1u2、v1v2、w1w2绕组可以接成星形和三角形。绕组可以接成星形和三角形。1、主体部分：、主体部分：工作时将三个高压绕组工作时将三个
48、高压绕组U1U2、V1V2、W1W2和三个和三个低压绕组低压绕组u1u2、v1v2、w1w2分别连接成星形或三角分别连接成星形或三角形，然后将一次绕组接三相电源，二次绕组接三相形，然后将一次绕组接三相电源，二次绕组接三相负载。负载。2、冷却部分、冷却部分包括油箱、散热油管、储油柜和油位表。变压器包括油箱、散热油管、储油柜和油位表。变压器油起绝缘和冷却的作用。多数中小型变压器用油起绝缘和冷却的作用。多数中小型变压器用采油浸自冷式。采油浸自冷式。3、引出装置、引出装置包括高低压套管。包括高低压套管。4、保护装置、保护装置大中型电力变压器设有防爆管和气体继电器。大中型电力变压器设有防爆管和气体继电器
49、。变压器有故障时，油箱内油压增加，压力超过允变压器有故障时，油箱内油压增加，压力超过允许值时，油将经防爆管冲破薄膜向外喷出，防许值时，油将经防爆管冲破薄膜向外喷出，防止油箱压力过大而破坏。止油箱压力过大而破坏。1、产品型号产品型号SJL1000/10SJL1000/10变压器额定容量变压器额定容量(KVA)铝线圈（铜线无文字）铝线圈（铜线无文字）铝线圈（铜线无文字）铝线圈（铜线无文字）冷却方式冷却方式冷却方式冷却方式J:J:油浸自冷式油浸自冷式油浸自冷式油浸自冷式F:F:风冷式风冷式风冷式风冷式相数相数相数相数S:三相三相D:单相单相高压绕组的额定电压高压绕组的额定电压高压绕组的额定电压高压绕
50、组的额定电压(KV)(KV)7.4.2变压器的额定值变压器的额定值2、额定值、额定值额定额定电压电压额定额定电流电流额定额定容量容量额定额定频率频率一次额定电压一次额定电压U1N正常时一次绕组所加电压的有效值。正常时一次绕组所加电压的有效值。二次额定电压二次额定电压U2N一次电压为一次电压为U1N时，变压器空载时对应二次时，变压器空载时对应二次侧的空载电压有效值，即侧的空载电压有效值，即U20=U2N一次额定电流一次额定电流I1N一次绕组加额定电压，正常工作时一次绕组一次绕组加额定电压，正常工作时一次绕组允许长期通过的最大电流有效值。允许长期通过的最大电流有效值。二次额定电流二次额定电流I2N