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1、1第第11讲讲磁路与变压器磁路与变压器知识点6 用SPICE分析变压器电路知识点1 磁场的物理量与磁性材料知识点2 安培环路定律和磁路的欧姆定律知识点3 交流铁芯线圈知识点4 变压器的结构与工作原理知识点5 变压器的额定值及特殊变压器2知识点知识点1 11 1.1.1磁场的物理量与磁性材料磁场的物理量与磁性材料第第1111讲讲磁路与变压器磁路与变压器一、磁路的概念一、磁路的概念磁路磁路就是局限在一定路径内的磁场，也就是就是局限在一定路径内的磁场，也就是磁通磁通的路径的路径。在变压器、电动机等电工设备中，为了得到较强的磁场，通在变压器、电动机等电工设备中，为了得到较强的磁场，通常把常把线圈线圈绕
2、在由绕在由磁性材料磁性材料制成的制成的铁芯铁芯上。上。磁路的特性可用磁路的特性可用磁感应强度、磁通、磁场强度磁感应强度、磁通、磁场强度等几个物理等几个物理量表示。量表示。衔铁衔铁铁芯铁芯线圈线圈线圈线圈线圈线圈铁芯铁芯31.1.磁感应强度磁感应强度(B B)二、磁场基本物理量二、磁场基本物理量用来表示磁场中各点的磁场强弱和方向的物理量。用来表示磁场中各点的磁场强弱和方向的物理量。单位：国际单位制单位：国际单位制（SI)SI)：特斯拉（：特斯拉（T T），常用单位），常用单位:高斯高斯（Gs)Gs)。单位之间的转换关系：。单位之间的转换关系：1T1T104GsGs。若某个磁场中各点的磁感应强度大
3、小和方向都相同的磁场，若某个磁场中各点的磁感应强度大小和方向都相同的磁场，称为称为均匀磁场均匀磁场。磁感应强度磁感应强度B 的方向的方向与与产生它的电流方向之间产生它的电流方向之间符合符合右手螺旋定则。右手螺旋定则。长直通电导线产生的磁场长直通电导线产生的磁场磁感应强度磁感应强度B B与垂直于磁场与垂直于磁场方向面积方向面积S S 的的乘积乘积，称为，称为通过通过该面积的该面积的磁通磁通，用符号，用符号 表示，表示，即：即：磁通单位：国际单位制：韦伯（磁通单位：国际单位制：韦伯（WbWb）,常用单位麦克常用单位麦克斯韦（斯韦（MxMx）。）。单位之间的转换关系：单位之间的转换关系：1Wb1Wb
4、10108 8MxMx。B S所以磁感应强度所以磁感应强度B B在在数值上可以看成为与磁场方向垂直数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通的单位面积所通过的磁通,故又称故又称磁通密度磁通密度。2.2.磁通磁通BS43.3.磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度H H是为计算磁场与电流之间关系所引入的物理量是为计算磁场与电流之间关系所引入的物理量，其大小为其大小为磁感应强度磁感应强度和导磁率之比和导磁率之比。即。即BH 磁场强度的单位：安磁场强度的单位：安/米（米（A/m),常用单位安常用单位安/厘米（厘米（A/cm)。磁场强度磁场强度只只反映反映电流对磁场电流对磁场的影响，而磁感应强度的
5、影响，而磁感应强度还还反映反映介质对磁场的影响。介质对磁场的影响。：称为称为磁导率，磁导率，是是一个一个用来衡量用来衡量物质导磁能物质导磁能力强弱的力强弱的物理量。物理量。真空真空中的中的磁导率用磁导率用 0 0表示，是一常数，表示，是一常数，70410/H m物质按导磁能力分为磁性材料、非磁性材料。磁性材料是指物质按导磁能力分为磁性材料、非磁性材料。磁性材料是指铁、钴、镍及有它们所组成的合金。非磁性材料的磁导率和真空铁、钴、镍及有它们所组成的合金。非磁性材料的磁导率和真空中相差不大。而磁性材料的磁导率远大于非磁性材料的，为中相差不大。而磁性材料的磁导率远大于非磁性材料的，为 0 0的的数百到
6、数万倍。数百到数万倍。三、磁性材料的磁性能三、磁性材料的磁性能磁性材料具有磁性材料具有高导磁性高导磁性、磁饱和性磁饱和性及及磁滞性磁滞性等磁性能，等磁性能，是制是制造电机、变压器等设备中铁芯的重要材料。造电机、变压器等设备中铁芯的重要材料。指磁性材料的磁导率很高，指磁性材料的磁导率很高，使其具有被强烈磁化的特性。使其具有被强烈磁化的特性。1 1、高导磁性、高导磁性结论：在铁芯线圈中通入不大的电流便能获得相当大的磁通。在铁芯线圈中通入不大的电流便能获得相当大的磁通。2 2、磁饱和性、磁饱和性B、与H的关系磁化曲线H(I)B()BJB00BB1B2H1(I1)abHBB0ab53.3.磁滞性磁滞性
7、磁性材料在磁性材料在交变交变磁场中反复磁场中反复磁化，其磁化，其B B-H H关系曲线是一条回关系曲线是一条回形闭合曲线，称为形闭合曲线，称为磁滞回线磁滞回线。磁滞性是指磁性材料磁滞性是指磁性材料中中磁感应强度磁感应强度B B的变化总是滞后的变化总是滞后于于磁磁场强度场强度H H的变化的变化的性质的性质。磁滞回线磁滞回线OHBBr+Hc剩磁剩磁(Br)：当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零(H H=0)=0)时时，铁芯中铁芯中的磁感应强度。的磁感应强度。矫顽磁力矫顽磁力（Hc）：使使B B=0=0 所需的所需的H H 值。值。磁性材料不同磁性材料不同，其磁滞回线和，其磁滞回线和磁化曲线也不
8、同。磁化曲线也不同。-Br+Hm-Hm-Hc(2)2)永磁（硬磁）材料永磁（硬磁）材料具有具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制造永久较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。3.3.磁滞性磁滞性按磁性材料的磁滞回线的不同，磁性材料分为三种类型：按磁性材料的磁滞回线的不同，磁性材料分为三种类型：(1)(1)软磁材料软磁材料具有较小的剩磁和矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来具有较小的剩磁和矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来制造电机、电器及变压器等的铁芯。常用的有铸铁、硅钢、制造电机、电器及变压器等的铁芯。常用的有铸铁、硅
9、钢、坡莫合金及铁氧体等。坡莫合金及铁氧体等。(3)(3)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，当外磁场去掉，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。磁性仍保持，磁滞回线几乎成矩形。6知识点知识点11.2 11.2 安培环路定律和磁感应定律安培环路定律和磁感应定律第第1111讲讲磁路与变压器磁路与变压器主讲人：南京工程学院许其清磁场磁场中任何闭合中任何闭合回路对磁场强度回路对磁场强度H的的线积分线积分,等于通过这个闭等于通过这个闭合路径内电流的合路径内电流的代数和。电流方向和磁场强度方向符合右手螺旋代数和。电流方向和磁场强度方向符合
10、右手螺旋定则时，电流取正；否则取负。即定则时，电流取正；否则取负。即Hdli（）123+-Hdlii i一、安培环路定律（全电流定律）一、安培环路定律（全电流定律）：如右图所示图形，利用如右图所示图形，利用安培环路定律可得：安培环路定律可得：Hi1i2i37二、磁路二、磁路的欧姆定律的欧姆定律磁路的欧姆定律是分析磁路的磁路的欧姆定律是分析磁路的基本定律。基本定律。线圈线圈通入电流后，产生磁通，通入电流后，产生磁通，分通过铁芯的主磁通分通过铁芯的主磁通 和通和通过空气的漏磁通过空气的漏磁通。磁通方向与产生它的电流方向之间符合右。磁通方向与产生它的电流方向之间符合右手螺旋定则。手螺旋定则。环形线圈
11、环形线圈如下图，其中介质如下图，其中介质是均是均 匀的，匀的，磁导率为磁导率为，试分试分析线圈析线圈内部内部 的磁通的磁通。i对左图根据对左图根据安培安培环路定律，有环路定律，有Hl=NIHdl=I（）取磁路的中心长度为平均长度，设为取磁路的中心长度为平均长度，设为l，磁路中心上的磁场，磁路中心上的磁场强度强度H各处相等，并设线圈匝数为各处相等，并设线圈匝数为N，则，则有有mNIFlRS m=SlR，称为磁阻。BH=B=S，二、磁路二、磁路的欧姆定律的欧姆定律又i8第第1111讲磁路与变压器讲磁路与变压器注意：表示磁阻注意：表示磁阻Rm 的表达式中，由于磁性材料的磁导率的表达式中，由于磁性材料
12、的磁导率不是不是常数常数，该表达式只用来，该表达式只用来定性定性分析磁路中相关物理量的变化过分析磁路中相关物理量的变化过程，如果需要对磁路物理量的定量分析，需要用磁性材料的程，如果需要对磁路物理量的定量分析，需要用磁性材料的磁化曲线来进行计算。磁化曲线来进行计算。mNIFlRS 二、磁路二、磁路的欧姆定律的欧姆定律式中：式中：F=NI，称为磁动势，又称磁通势，简称磁势。，称为磁动势，又称磁通势，简称磁势。Rm 称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；l为磁路的平均长度；为磁路的平均长度；S 为磁路的横截面积。为磁路的横截面积。几种常用铁磁性材料的基本磁化曲线0.
13、20.40.60.81.01.21.41.61.80.1cbac 硅钢片b 铸钢a 铸铁00.20.30.40.5 0.60.70.80.9 1.010312345678910 103B/T二、磁路二、磁路的欧姆定律的欧姆定律2H)（A/m9INR+_EIU+_磁路与电路对照磁路与电路对照磁路磁路电路电路磁动势F电动势E磁通电流I磁阻Rm电阻RmFR EI=R图形结构图形结构对应物理量对应物理量表达式表达式结论结论磁动势是磁通产生的原因磁动势是磁通产生的原因电动势是电流产生的原因电动势是电流产生的原因二、磁路二、磁路的欧姆定律的欧姆定律三、三、电磁感应定律电磁感应定律deNdt N匝式中N为线
14、圈匝数。当穿过线圈的磁通增加时，即感应电动势的方向与参考方向相反，表明感应电流产生的磁场阻碍原磁场的增加；当穿过线圈的磁通减少时，即感应电动势的方向与参考方向相同，表明感应电流产生的磁场阻碍原磁场的减少。0ddt0ddt10知识点知识点11.11.3 3 交流铁芯线圈交流铁芯线圈第第1111讲讲磁路与变压器磁路与变压器主讲人：南京工程学院许其清铁芯线圈按工作电源分为铁芯线圈按工作电源分为：直流铁芯线圈直流铁芯线圈和和交流铁芯线圈。交流铁芯线圈。首先来分析交流铁芯线圈首先来分析交流铁芯线圈。下图为交流铁芯线圈的结构。下图为交流铁芯线圈的结构。交流铁芯线圈一、交流一、交流铁芯线圈铁芯线圈的结构的结
15、构铁芯铁芯线圈线圈1ui(主磁通）（漏磁通）+(iN)11 i，称为铁芯线圈称为铁芯线圈的漏磁的漏磁电感。电感。二、二、电磁关系电磁关系L根据根据KVLKVL，并考虑到线圈导线的并考虑到线圈导线的电阻电阻R R，有：有：eeRi u )(ddetiLRi 1ui(主磁通）（漏磁通）+(iN)+交流铁芯线圈deNdtuiFiNddieNLdtdt 当当 u 是正弦电压时是正弦电压时，其它各电，其它各电压、电流、电动势可视作正弦量，压、电流、电动势可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：则电压、电流关系的相量式为：)()(EEIRU j()URIX IE 则有设主磁通设主磁通则则t,sinm m
16、mmdd(sin)Ntdd2sin(t 90)sin(90)meNNtcosttfNEt 二、二、电磁关系电磁关系交流铁芯线圈1ui(主磁通）（漏磁通）+(iN)+12有主磁通所产生的主感电动势的有效值：有主磁通所产生的主感电动势的有效值：由于线圈电阻由于线圈电阻 R 和漏感抗和漏感抗X（或漏磁通或漏磁通 ）较小，其电压）较小，其电压降也较小，与主磁电动势降也较小，与主磁电动势E E 相比可忽略，故有相比可忽略，故有EU 有效值：有效值：上式表明：正弦电压激励的交流铁芯线圈，在匝数及频率一上式表明：正弦电压激励的交流铁芯线圈，在匝数及频率一定的情况下，铁芯内的磁通最大值定的情况下，铁芯内的磁通
17、最大值正比于正比于所加的线圈电压有效值。所加的线圈电压有效值。在电压及磁感应强度一定时，若提高频率，则匝数及截面积均可在电压及磁感应强度一定时，若提高频率，则匝数及截面积均可减小减小。所以在电压及磁感应强度相同下，高频铁芯线圈比低频铁。所以在电压及磁感应强度相同下，高频铁芯线圈比低频铁芯线圈做的尺寸小。芯线圈做的尺寸小。二、二、电磁关系电磁关系24.4422mmmEfNEfN4.444.44 mmUEfNfNB S 三、功率损耗三、功率损耗交流铁芯线圈交流铁芯线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。的功率损耗主要有铜损和铁损两种。1.1.铜损（铜损（Pcu）在交流铁芯线圈在交流铁芯线圈中中,线圈电
18、阻线圈电阻R上上的功率损耗称铜损，用的功率损耗称铜损，用 PCu表示。表示。式中：式中：R是线圈的电阻；是线圈的电阻；I 是是线圈电流线圈电流的有效值。的有效值。2.2.铁损（铁损（P PFeFe）在交流铁芯线圈在交流铁芯线圈中，处于交变磁通下中，处于交变磁通下的铁芯内的铁芯内的功率损的功率损耗称铁损，用耗称铁损，用 P PFeFe表示表示。铁损由铁损由磁滞损耗磁滞损耗和和涡流损耗涡流损耗组成。组成。2CuPRI交流铁芯线圈功率损耗转化为热能，引起铁芯线圈功率损耗转化为热能，引起铁芯线圈发热发热。所以必须减。所以必须减小功率损耗。小功率损耗。1ui(主磁通）（漏磁通）+(iN)+13（1 1）
19、磁滞损耗（）磁滞损耗（P Ph h）铁芯在交变磁场中反复磁化，磁场来回翻转而产生功率铁芯在交变磁场中反复磁化，磁场来回翻转而产生功率损耗，这种由于磁滞损耗，这种由于磁滞所所产生的产生的能量损耗称为能量损耗称为磁滞损耗（磁滞损耗（P Ph h）。磁滞损耗的大小磁滞损耗的大小：单位体积内的磁滞损耗与磁滞回线的：单位体积内的磁滞损耗与磁滞回线的面积面积和磁场交变的频率和磁场交变的频率f f 成成正比正比。由于软磁材料的由于软磁材料的磁滞回线面积磁滞回线面积小于硬磁材料的，所以软小于硬磁材料的，所以软磁材料的磁滞损耗小于硬磁材料的，在制造电机、变压器等电磁材料的磁滞损耗小于硬磁材料的，在制造电机、变压
20、器等电气设备时，为了减小磁滞损耗，选用软磁材料（如气设备时，为了减小磁滞损耗，选用软磁材料（如硅钢硅钢）制作）制作铁芯。铁芯。减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施：三、功率损耗三、功率损耗(2)涡流损耗涡流损耗（Pe）涡流损耗涡流损耗:由涡流所产生的功率损耗由涡流所产生的功率损耗。涡流涡流：交变磁通交变磁通在铁芯内在铁芯内产生感应电产生感应电动势和电流，称为涡流动势和电流，称为涡流。涡流。涡流在垂直于在垂直于磁通的平面内环流磁通的平面内环流。减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施：铁芯用铁芯用彼此彼此绝缘绝缘的钢片的钢片叠成叠成，把涡流限制，把涡流限制在在较小的截面较小的截面内内。另外，在钢中掺
21、入少量。另外，在钢中掺入少量硅硅，提高提高铁芯的铁芯的电阻率电阻率。铁芯线圈铁芯线圈交流电路的有功功率为：交流电路的有功功率为：Fe2cosPRIUIP 三、功率损耗三、功率损耗 涡流示意图减小涡流示意图14四、直流铁芯线圈四、直流铁芯线圈1.1.电磁电磁关系关系2.2.功率损耗功率损耗直流铁芯线圈内只有直流铁芯线圈内只有铜损铜损，内部既，内部既无磁滞损耗无磁滞损耗，也，也无涡流无涡流损耗损耗，所以，所以没有铁损没有铁损。一般，直流铁芯线圈内的铁芯采用。一般，直流铁芯线圈内的铁芯采用整块整块铸铁铸铁构成。构成。直流铁芯线圈这里，由于各物理量都是直流这里，由于各物理量都是直流信号，内部无感生电动
22、势信号，内部无感生电动势2PRIUIF=INUIR知识点知识点11.11.4 4 变压器的结构与工作原理变压器的结构与工作原理第第1111讲讲磁路与变压器磁路与变压器15一、变压器的结构与工作原理一、变压器的结构与工作原理变压器是一种根据电磁作用原理制造的变压器是一种根据电磁作用原理制造的静止静止的电气设备，的电气设备，是一种将某一电压某一频率的交流电变换成另一电压同一频是一种将某一电压某一频率的交流电变换成另一电压同一频率的交流电，具有率的交流电，具有变电压变电压、变电流变电流和和变阻抗变阻抗的作用。的作用。根据变压器的铁芯结构，可以分为根据变压器的铁芯结构，可以分为心式心式（如图（如图1）
23、和）和壳壳式式（如图（如图2）两种；按其用途不同可分为）两种；按其用途不同可分为电力变压器电力变压器和和特殊特殊变压器变压器两大类。根据电源的相数可以分为两大类。根据电源的相数可以分为单相单相和和三相三相变压器。变压器。各种变压器有不同的用途，但其作用都是改变交流电压、交各种变压器有不同的用途，但其作用都是改变交流电压、交流电流、交换阻抗以及改变相位等。流电流、交换阻抗以及改变相位等。1.变压器的分类与作用变压器的分类与作用心式变压器的绕组套在铁心式变压器的绕组套在铁芯柱上，绕组的装配和绝缘都芯柱上，绕组的装配和绝缘都比较方便，多用于容量较大的比较方便，多用于容量较大的变压器。变压器。图图1
24、心式铁芯变压器心式铁芯变压器壳式铁芯变压器具有分壳式铁芯变压器具有分支的磁路，铁芯把绕组包围支的磁路，铁芯把绕组包围在中间，故不要专门的变压在中间，故不要专门的变压器外壳，器外壳，图图2 壳式铁芯变压器壳式铁芯变压器铁芯铁芯线圈线圈线圈线圈铁芯铁芯心式变压器的特点：心式变压器的特点：壳式变压器的特点：壳式变压器的特点：1.1.变压器的分类与作用变压器的分类与作用16二、互感及互感系数二、互感及互感系数i1A*Bi2XY线圈12111N2N1线圈2+-u11+-u12+-u22+-u21两个线圈的匝数分别为两个线圈的匝数分别为N1、N2 2。在线圈。在线圈1 1中通以中通以交变交变电流电流i1,
25、使线圈使线圈1 1具有的磁通具有的磁通1111叫叫自感磁通自感磁通。由于线圈。由于线圈2 2处在处在i i1 1所产生的所产生的磁场之中磁场之中,1111的一部分穿过线圈的一部分穿过线圈2,2,线圈线圈2 2具有的磁通具有的磁通2121叫做叫做互感磁通互感磁通。这种由于一个线圈电流磁场使另一个线圈具有的磁。这种由于一个线圈电流磁场使另一个线圈具有的磁通叫做通叫做互感磁通互感磁通。1.1.互感现象互感现象为明确起见为明确起见,磁通、磁链、感应电压磁通、磁链、感应电压的的应用采用应用采用双双下标下标表示。表示。第一个第一个下标表示该物理量所在的下标表示该物理量所在的线圈编号线圈编号,第二个第二个下
26、下标表示产生该物理量原因的其它物理量所在标表示产生该物理量原因的其它物理量所在线圈的编号线圈的编号。例。例如，如，2121表示由线圈表示由线圈1 1中的电流产生的穿过线圈中的电流产生的穿过线圈2 2的磁的磁通通。1212表示由线圈表示由线圈1 1中的电流产生的穿过线圈中的电流产生的穿过线圈2 2的磁通。的磁通。1.1.互感现象互感现象由于由于i1的变化引起的变化引起2121的变化的变化,从而在线圈从而在线圈2 2中产生的电压中产生的电压叫叫互感电压互感电压。同理。同理,线圈线圈2 2中电流中电流i2的变化的变化,也会在线圈也会在线圈1 1中产中产生互感电压。这种由生互感电压。这种由一个线圈的交
27、变电流一个线圈的交变电流在在另一个线圈另一个线圈中产生中产生感应电压感应电压的现象叫做的现象叫做互感现象互感现象。17121212MNi2.2.互感系数互感系数线圈线圈1 1对线圈对线圈2 2的互感为的互感为:212211MNi线圈线圈2 2对线圈对线圈1 1的互感为的互感为一般一般,M12=M21，两线圈间的互感系数统一用两线圈间的互感系数统一用M表示表示，即即1221MMM在国际单位制（在国际单位制（SISI），互感），互感M单位是亨利（单位是亨利（H）。）。3.3.耦合系数耦合系数耦合系数耦合系数k用来表示磁耦合线圈的耦合程度用来表示磁耦合线圈的耦合程度。定义定义耦合系数定义为：耦合系数
28、定义为：12Mk=L L0k 1时，称为时，称为降压变压器，当降压变压器，当k1时，称为升压变压器。时，称为升压变压器。2.2.变压器的工作原理：空载运行变压器的工作原理：空载运行结论：变压器原边电压、副边电压之比等于变压器的变比。结论：变压器原边电压、副边电压之比等于变压器的变比。20第第1111讲磁路与变压器讲磁路与变压器2.2.变压器的有载运行变压器的有载运行有载时有载时，铁芯中，铁芯中主主磁通磁通 是是由原边、由原边、副边绕组磁动势副边绕组磁动势共共同产生同产生的。的。有载时的电磁关系：有载时的电磁关系：u1e1e 1 1+e2eNNui2zi1 2 2 1 1 2 2212第第111
29、1讲讲 磁路与变压器磁路与变压器可见可见，铁芯中，铁芯中主磁通的最大值主磁通的最大值 m m在变压器空载和有载时近在变压器空载和有载时近似保持不变。即有似保持不变。即有不论不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻抗压降均可忽变压器空载还是有载，一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故略，故有：有：上式表明，上式表明，若若U1、f 不变，则不变，则 m m 基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。空载空载：01mi N 有载：有载：1122mi N+i N 3.3.变压器的有载运行变压器的有载运行磁磁动动势平衡式势平衡式14.4411mUEfN112201i N+i N=i N21第第1111讲讲 磁路与
30、变压器磁路与变压器一般情况下：一般情况下：I0 (2 210)%10)%I1N，I0很很小可小可忽忽略略。则有：则有：1122i Ni N或或1122I N-I N1122I NI N1221IN1=INk结论结论：原边电流和副边电流的关系与匝：原边电流和副边电流的关系与匝数成反比。数成反比。上式表明：变压器副边绕组接上负载后，原边电流从上式表明：变压器副边绕组接上负载后，原边电流从I0变为变为I1，此时的磁动势此时的磁动势的作用有两方面：一是的作用有两方面：一是提供产生提供产生 m m的磁动势的磁动势，另一是另一是提供用于补偿提供用于补偿作用作用的磁动势。的磁动势。即：即：22Ni22101
31、1NiNiNi 3.3.变压器的有载运行变压器的有载运行11i N第第1111讲磁路与变压器讲磁路与变压器3.3.变压器的阻抗变换作用变压器的阻抗变换作用结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。12122111UUU1k=IkIkI211UZ=kZI22知识点知识点11.11.5 5 变压器的额定值及特殊变压器变压器的额定值及特殊变压器第第1111讲讲磁路与变压器磁路与变压器20220%=100%UUUU第第1111讲磁路与变压器讲磁路与变压器变压器的外特性是指变压器副变压器的外特性是指变压器副边输出电压和输出电流的边
32、输出电压和输出电流的关系，即：关系，即：U2U20OI2I2NU U2020：原边加额定电压：原边加额定电压、副、副边开路时，边开路时，副副边边的的输出输出电压。电压。变压器的外特性曲线变压器的外特性曲线变压器的外特性表明：变压器的输出变压器的外特性表明：变压器的输出电压将随着外部负载的增加而下降。电压将随着外部负载的增加而下降。五、变压器的外特性五、变压器的外特性22U=f(I)当当变压器输出变压器输出电流电流时，变压器输出电压相对于空载电空载电压压的变化，称为电压变化率，用的变化，称为电压变化率，用表示。表示。22NII%U20U2U23变压器的功率损耗包括铁芯中的铁损变压器的功率损耗包括
33、铁芯中的铁损 PFe和原边绕组、副和原边绕组、副边绕组上的铜损边绕组上的铜损 PCu。变压器的效率：变压器的效率：CuFePPPPPP 2212第第1111讲讲 磁路与变压器磁路与变压器六、变压器的损耗与效率六、变压器的损耗与效率P1表示变压器原边表示变压器原边输入功率输入功率，P2表示变压器副边表示变压器副边输出功率输出功率。是指原边加额定电压，原、副边允许长期流经的最大电流值。是指原边加额定电压，原、副边允许长期流经的最大电流值。七、变压器七、变压器的铭牌的铭牌数据数据1.1.额定电压额定电压原边绕组允许的电压值。原边绕组允许的电压值。NNUU21 、1NU：原边加额定电压，副边开路时的空
34、载电压。原边加额定电压，副边开路时的空载电压。2NU：2.2.额定电流额定电流NNII21 若电流超过此额定值，会使变压器温升过高，绝缘易老化，若电流超过此额定值，会使变压器温升过高，绝缘易老化，缩短使用寿命甚至烧毁缩短使用寿命甚至烧毁。若为三相变压器，原、副若为三相变压器，原、副边额定电流是指线电流。边额定电流是指线电流。若为三相变压器，原、副若为三相变压器，原、副边额定电压是指线电压。边额定电压是指线电压。NS3.3.额定容量额定容量2211NNNNNSUIU I（单相）221133NNNNNSUIU I（三相）2 NI1 NI24八、特殊八、特殊变压器变压器11221221UN=kUNI
35、N1=INk1.1.自耦变压器自耦变压器第第1111讲讲 磁路与变压器磁路与变压器结构特点：副边绕组为原绕组的一个部分结构特点：副边绕组为原绕组的一个部分使用注意点：使用注意点：原副边原副边不可交换不可交换，使用，使用公共端公共端接接零线零线。参数特点：参数特点：2.2.电压互感器电压互感器1 1.副边副边不能短路不能短路，否则会造成很大的，否则会造成很大的短路电流短路电流；2 2.铁芯、铁芯、低压绕组的低压绕组的一端接地一端接地，以防在绝缘，以防在绝缘损坏时损坏时，在副边出现高压。在副边出现高压。第第1111讲讲 磁路与变压器磁路与变压器使用注意点：使用注意点：用途用途：用小量程的电压表测用
36、小量程的电压表测量高电压量高电压。特点特点：原边匝数多，并联接在原边匝数多，并联接在待测高压电网上；副边匝数少，待测高压电网上；副边匝数少，接电压表。接电压表。253.3.电流互感器电流互感器1.1.使用中副使用中副边边不能不能开开路路，以防产生以防产生高电压高电压；2.2.铁芯、副绕组铁芯、副绕组的一的一端端接地接地。第第1111讲讲 磁路与变压器磁路与变压器用途用途：用小量程的电流用小量程的电流表测量大电流。表测量大电流。特点特点：原边匝数少，串原边匝数少，串接在待测大电流线路中；接在待测大电流线路中；副边匝数多，接电流表。副边匝数多，接电流表。使用注意点：使用注意点：知识点11.6 用S
37、PICE分析变压器电路第11讲磁路与变压器26互感在Spice中的表示方法Kname Lname1 Lname2 kK互感的标识符Lname1 Lname2互相有磁耦合的两个电感k耦合系数（小于1）+io2112452mH8mHM=3.2mH1K1 L1 L2 0.8M两个电感L1、L2之间的互感=12L1 2 1 2m L2 4 5 8m =3.22 8=0.8理想变压器Spice仿真要求任何节点都必须有到参考点的直流通路。+2101452mH8mH1+inoL12如图电路的处理方法：如图电路的处理方法：（1）两个耦合电感之间有公共点；）两个耦合电感之间有公共点；+210142mH8mH1+
38、inoL12+210142mH8mH+ino5L212（2）如果两个电感之间没有公共点，）如果两个电感之间没有公共点，可以在两个电感之间增加一个足够大可以在两个电感之间增加一个足够大的电阻。此电阻不影响电路，但是使的电阻。此电阻不影响电路，但是使电路满足了电路满足了Spice仿真的条件。仿真的条件。27理想变压器理想变压器用耦合系数等于1的互感来模拟，但是Spice中的耦合系数不能等于1，可以使耦合系数尽量接近1，但是不等于1（比如0.99999）。理想变压器K1 L1 L2 0.999999L1 2 0 2m L2 4 0 8m exampleVin 1 0 sin(0 10 1000)R1
39、 1 2 20K L1 L2 0.99999L1 2 0 2mL2 4 0 8mRL 4 0 5k.tran 0.01m 4m.plot v(4).end+210142mH8mH1+inoL12R1=20幅度是10V，频率1000Hz014mH9mH2+S=1.5mH121280103+例：例：如图电路，已知信号源幅度为200V，频率为100Hz。用Spice画出u 的波形。Exp1Vs 1 0 sin(0 200 100)L1 1 2 4mL2 2 3 9mK L1 L2 0.25R1 2 0 80R2 3 0 10.tran 0.1m 20m.plot ac v(1)v(3).end =12=1.54 9=0.25 的波形S的波形