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1、第6章 磁路与铁心线圈电路全第1页，本讲稿共34页2.2.了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性，理解了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性，理解了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性，理解了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性，理解变压器额定值的意义；变压器额定值的意义；变压器额定值的意义；变压器额定值的意义；3.3.掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；4 4.了解三相电压的变换方法；了解三相电压的变换方法；了解三相电压的变换方法；了解三相电压的变换方法；本章要求：本章要求：第
2、第6章章 磁路与铁心线圈电路磁路与铁心线圈电路1.1.理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的基本知识理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的基本知识理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的基本知识理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的基本知识及磁路的基本定律，会分析计算交流铁心线圈电路；及磁路的基本定律，会分析计算交流铁心线圈电路；及磁路的基本定律，会分析计算交流铁心线圈电路；及磁路的基本定律，会分析计算交流铁心线圈电路；第2页，本讲稿共34页物质的磁性物质的磁性物质的磁性物质的磁性1.1.非磁性物质非磁性物质非磁性物质非磁性物质 非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不非磁性
3、物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。非磁性材料的磁导率都是常数，有：非磁性材料的磁导率都是常数，有：非磁性材料的磁导率都是常数，有：非磁性材料的磁导率都是常数，有：所以磁通所以磁通所以磁通所以磁通 与产生此磁通的电流与产生此磁通的电流与产生此磁通的电流与产生此磁通的电流 I I 成正比，呈线性成正比，呈线性成正比，呈线性成正比，呈线性关系。
4、关系。关系。关系。当磁场媒质是非磁性材料时，有：当磁场媒质是非磁性材料时，有：当磁场媒质是非磁性材料时，有：当磁场媒质是非磁性材料时，有：即即即即 B B与与与与 H H 成正比，呈线性关系。成正比，呈线性关系。成正比，呈线性关系。成正比，呈线性关系。由于由于由于由于O OHHB B 0 0 r r 1 1B B=0 0 H H()(I I)第3页，本讲稿共34页2.2.磁性物质磁性物质磁性物质磁性物质 磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一种特磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一种特磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一种特磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一种特
5、殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，显示磁性，殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，显示磁性，殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，显示磁性，殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，显示磁性，称这些小区域为磁畴。称这些小区域为磁畴。称这些小区域为磁畴。称这些小区域为磁畴。在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称
6、为磁化。场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即即即即磁性物质能被磁化。磁性物质能被磁化。磁性物质能被磁化。磁性物质能被磁化。磁磁磁磁畴畴畴畴外外外外磁磁磁磁场场场场 在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂乱在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂乱在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂乱在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。磁磁磁磁畴畴畴畴第4页，本讲稿共34页6.1.1 磁性材料的磁性能磁性
7、材料的磁性能磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能1.高导磁性高导磁性 磁性材料的磁导率通常都很高，即磁性材料的磁导率通常都很高，即磁性材料的磁导率通常都很高，即磁性材料的磁导率通常都很高，即 r r 1 1(如坡莫合如坡莫合如坡莫合如坡莫合金，其金，其金，其金，其 r r 可达可达可达可达 2 2 10105 5)。磁性材料磁性材料磁性材料磁性材料能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。具有很高的导磁性能。具有很高的导磁性能。具有很高的导磁性能。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
8、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，如磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如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心。电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如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
9、各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种这种这种这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可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。以产生较大的磁通和磁感应强度。以产生较大的磁通和磁感应强度。以产生较大的磁通和磁感应强度。第5页，本讲稿共34页磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁性物质由于
10、磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。磁场的增强而无限的增强。磁场的增强而无限的增强。磁场的增强而无限的增强。2.磁饱和性磁饱和性B BJ J 磁场内磁性物质的磁化磁场磁场内磁性物质的磁化磁场磁场内磁性物质的磁化磁场磁场内磁性物质的磁化磁场 的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线；B B0 0 磁场内不存在磁性物质时的磁场内不存在磁性物质时的磁场内不存在磁性物质时的磁场内不存在磁性物质时的 磁感应强度直线；磁感应强度直线；磁感应强度直线；磁感应强度直线；B B B BJ J曲线和曲线和曲线和曲线和B B0
11、 0直线的纵坐标相直线的纵坐标相直线的纵坐标相直线的纵坐标相 加即磁场的加即磁场的加即磁场的加即磁场的 B B-HH 磁化曲线。磁化曲线。磁化曲线。磁化曲线。O OHHB BB B0 0B BJ JB B a a b b磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，场的增强而无限的增强。当外磁
12、场增大到一定程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。如图。第6页，本讲稿共34页 B B-HH 磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：磁化曲线的特征：O Oa a段：段：段：段：B B 与与与与HH几乎成正比地增加；几乎成正比地增加；几乎成正比
13、地增加；几乎成正比地增加；abab段：段：段：段：B B 的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；的增加缓慢下来；b b点以后：点以后：点以后：点以后：B B增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。增加很少，达到饱和。O OHHB BB B0 0B BJ JB B a a b b 有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，B B 与与与与 HH不成不成不成不成正比，磁性物质的磁导率正比，磁性物质的磁导率正比，磁性物质的磁导率正比，磁性物质的磁导率 不是常数，不是常数，不是常数，不是常数，随随随随HH而变。而变。而变。而变。有磁性物质存在
14、时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，有磁性物质存在时，与与与与 I I 不成不成不成不成正比。正比。正比。正比。磁性物质的磁化曲线在磁路计算磁性物质的磁化曲线在磁路计算磁性物质的磁化曲线在磁路计算磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极为重要，其为非线性曲线，实上极为重要，其为非线性曲线，实上极为重要，其为非线性曲线，实上极为重要，其为非线性曲线，实际中通过实验得出际中通过实验得出际中通过实验得出际中通过实验得出。O OHHB,B,B B 磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁化曲线B B和和和和 与与与与HH的关系的关系的关系的关系第7页，本讲稿共34页3.磁滞性磁滞性 磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性
15、材料在交变磁场中反复磁化，其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B B-HH关系曲线是关系曲线是关系曲线是关系曲线是一条回形闭合曲线，称为一条回形闭合曲线，称为一条回形闭合曲线，称为一条回形闭合曲线，称为磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线。磁滞性：磁滞性：磁滞性：磁滞性：磁性材料中磁性材料中磁性材料中磁性材料中磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B的变化总是滞后于的变化总是滞后于的变化总是滞后于的变化总是滞后于 外磁场变化的性质。外磁场变化的性质。外磁场变化的性质。外磁场变化的性质。磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线O OHHB B B Br rHHc c剩磁感
16、应强度剩磁感应强度剩磁感应强度剩磁感应强度B Br r(剩磁剩磁剩磁剩磁)：当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零(HH=0)=0)时，时，时，时，铁心中的磁感应强度。铁心中的磁感应强度。铁心中的磁感应强度。铁心中的磁感应强度。矫顽磁力矫顽磁力矫顽磁力矫顽磁力HHc c：使使使使 B B=0=0 所需的所需的所需的所需的 H H 值。值。值。值。磁性物质不同，其磁滞回线和磁磁性物质不同，其磁滞回线和磁磁性物质不同，其磁滞回线和磁磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。化曲线也不同。化曲线也不同。化曲线也不同。第8页，本讲稿共34页按磁性物质的磁性能，
17、磁性材料分为三种类型：按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：(1)(1)软磁材料软磁材料软磁材料软磁材料 具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来一般用来一般用来一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。坡莫合金即
18、铁氧体等。坡莫合金即铁氧体等。坡莫合金即铁氧体等。(2)(2)永磁材料永磁材料永磁材料永磁材料 具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制造一般用来制造一般用来制造一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。(3)(3)矩磁材料矩磁材料矩磁材料矩磁材料 具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁
19、，磁滞回线接具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性良好。近矩形，稳定性良好。近矩形，稳定性良好。近矩形，稳定性良好。在计算机和控制系统中用作记忆在计算机和控制系统中用作记忆在计算机和控制系统中用作记忆在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。第9页，本讲稿共34页6.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路6.2.1 电磁关系电磁关系 +e e+e e +u uN Ni i（磁通势）（磁通势）主磁通主磁通
20、主磁通主磁通 ：通过铁心闭合的磁通过铁心闭合的磁通过铁心闭合的磁通过铁心闭合的磁通。通。通。通。漏磁通漏磁通漏磁通漏磁通 ：经过空气或其它经过空气或其它经过空气或其它经过空气或其它非导磁媒质闭合的磁通。非导磁媒质闭合的磁通。非导磁媒质闭合的磁通。非导磁媒质闭合的磁通。线圈线圈线圈线圈铁心铁心铁心铁心 i i，铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感铁心线圈的漏磁电感 与与与与i i不是线性关系。不是线性关系。不是线性关系。不是线性关系。第10页，本讲稿共34页6.2.2 电压电流关系电压电流关系根据根据根据根据KVL:KVL:+e ee e u uN Ni i式中：式中：式中：式
21、中：R R是线圈导线的电阻是线圈导线的电阻是线圈导线的电阻是线圈导线的电阻 L L 是漏磁电感是漏磁电感是漏磁电感是漏磁电感 当当当当 u u 是正弦电压时是正弦电压时是正弦电压时是正弦电压时，其它各电压、电流、电动势可视作，其它各电压、电流、电动势可视作，其它各电压、电流、电动势可视作，其它各电压、电流、电动势可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：正弦量，则电压、电流关系的相量式为：正弦量，则电压、电流关系的相量式为：正弦量，则电压、电流关系的相量式为：第11页，本讲稿共34页设主磁通设主磁通设主磁通设主磁通 则则则则有效值有效值有效值有效值 由于线圈电阻由于线圈电阻由于线圈电阻由于线圈
22、电阻 R R 和感抗和感抗和感抗和感抗X X （或漏磁通（或漏磁通（或漏磁通（或漏磁通 ）较小，其电压）较小，其电压）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，故有相比可忽略，故有相比可忽略，故有式中：式中：式中：式中：B Bmm是是是是铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位铁心中磁感应强度的最大值，单位TT；S S 是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位是铁心截面积，单位mm2 2。第12页，本讲稿共34页6.2.3
23、 功率损耗功率损耗 交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。1.1.铜损（铜损（铜损（铜损（P Pcucu）在交流铁心线圈中在交流铁心线圈中在交流铁心线圈中在交流铁心线圈中,线圈电阻线圈电阻线圈电阻线圈电阻R R上的功率损耗称铜损，用上的功率损耗称铜损，用上的功率损耗称铜损，用上的功率损耗称铜损，用 P Pcu cu 表示。表示。表示。表示。P Pcu cu=RIRI2 2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
24、 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。2.2.铁损（铁损（铁损（铁损（P PFeFe）在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率损耗称铁损，用损耗称铁损，用损耗称铁损，用损耗称铁损，用 P PFeFe 表示。表示。表示。表示。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。+u ui i第13页，本讲稿共34页（1 1）磁滞损耗（）磁滞损耗（）磁滞损耗（）磁滞
25、损耗（P Ph h）由磁滞所产生的能量损耗称为由磁滞所产生的能量损耗称为由磁滞所产生的能量损耗称为由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗（磁滞损耗（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：磁滞损耗的大小：磁滞损耗的大小：单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回线的面积和磁场交变的频率回线的面积和磁场交变的频率回线的面积和磁场交变的频率回线的面积和磁场交变的频率 f f。O OHHB B 磁滞损耗转化为热能，引起铁心磁滞损耗转化为热能，引起铁心磁滞损耗转化为热能，引起铁心磁滞损耗
26、转化为热能，引起铁心发热。发热。发热。发热。减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施：选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。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。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
27、度。第14页，本讲稿共34页(2)(2)涡流损耗（涡流损耗（涡流损耗（涡流损耗（P Pe e）涡流损耗涡流损耗涡流损耗涡流损耗:由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。涡流涡流涡流涡流：交变磁通在铁心内产生感应电交变磁通在铁心内产生感应电交变磁通在铁心内产生感应电交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。磁通的平面内环流。磁通的平面内环流。磁通的平面内环流。涡流涡流涡流涡流损耗转化为热能，引起铁心发热。
28、损耗转化为热能，引起铁心发热。损耗转化为热能，引起铁心发热。损耗转化为热能，引起铁心发热。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。铁心用彼此绝缘提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。内。内。内。铁心线圈交流电路的有功功率为：铁心线圈交流电路的有功功率为：铁心线圈交流电路的有功功率为：铁心线圈交流电路的有功功率为：第15页，本讲稿共34页6.3 变压器
29、变压器 变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。中应用广泛。变电压：变电压：电力系统电力系统 变阻抗：变阻抗：电子线路中的阻抗匹配电子线路中的阻抗匹配变电流：变电流：电流互感器电流互感器 变压器的主要功能有变压器的主要功能有变压器的主要功能有变压器的主要功能有：在能量传输过程中，当输送功率在能量传输过程中，当输送功率P=UI cos 及负载功及负载功率因数率因数cos 一定时：一定时：电能损耗小电能损耗小节省金属材料（经济）节省金属材料（经济）6.3.16.3.1 概述概述概述概述U I P =I RlI S第16页，本讲稿共
30、34页 电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证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：用电安全。具体如下：用电安全。具体如下：用电安全。具体如下：发电厂发电厂10.5kV输电线输电线220kV升压升压仪器仪器36V降压降压实验室实验室380/220V降压降压变电站变电站 10kV降压降压降压降压第17页，本讲稿共34页变压器的结构变压器的结构变压器的磁路变压器的磁路绕组：绕组：绕组：绕组：一次绕组一次绕组一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组二次绕组二次绕组单相变压器
31、单相变压器+由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成厚厚0.35mm 或或 0.5mm铁心铁心变压器的电路变压器的电路变压器的电路变压器的电路一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心第18页，本讲稿共34页6.2.2 变压器的工作原理变压器的工作原理变压器的工作原理变压器的工作原理单相变压器单相变压器+一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心 一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。第19页，本讲稿共34页(1)空载运行情况空载运行情况1.1.电磁
32、关系电磁关系电磁关系电磁关系一次侧接交流电源，二一次侧接交流电源，二次侧开路。次侧开路。+1 i0(i0N1)1空载时，空载时，铁心中主铁心中主磁通磁通 是是由由一次绕组一次绕组磁通势产磁通势产生的。生的。第20页，本讲稿共34页(2)带负载运行情况带负载运行情况1.1.电磁关系电磁关系电磁关系电磁关系一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧二次侧接负载接负载接负载接负载。+1 1i1(i1N1)i1i2(i2N2)2有载时，铁心中有载时，铁心中主磁通主磁通 是是由一由一次、二次绕组次、二次绕组磁通势共同产磁通势共同产生的合成磁通。生的合成磁通。2i2+e2+e 2+u2 Z Z 第21页，
33、本讲稿共34页2.2.电压变换电压变换电压变换电压变换（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压）有效值有效值:同同 理：理：主磁通按正弦规律变化，设为主磁通按正弦规律变化，设为主磁通按正弦规律变化，设为主磁通按正弦规律变化，设为 则则则则(1)(1)一次、二次侧主磁通感应电动势一次、二次侧主磁通感应电动势一次、二次侧主磁通感应电动势一次、二次侧主磁通感应电动势第22页，本讲稿共34页根据根据KVL：变压器一次侧等效电路如图变压器一次侧等效电路如图 由于电阻由于电阻 R1 和感抗和感抗 X X1 1(或漏磁通或漏磁通)较小较小,其两端的电其两端的电压也较小压
34、也较小,与主磁电动势与主磁电动势 E1 1比较可忽略不计，则比较可忽略不计，则+(2)(2)一次、二次侧电压一次、二次侧电压一次、二次侧电压一次、二次侧电压式中式中式中式中 R R1 1 为为为为一次侧一次侧绕组的电阻绕组的电阻绕组的电阻绕组的电阻;X X1 1=L L 1 1 为为为为一次侧一次侧绕组的感抗绕组的感抗绕组的感抗绕组的感抗(漏磁感抗，由漏磁产漏磁感抗，由漏磁产漏磁感抗，由漏磁产漏磁感抗，由漏磁产生生生生)。第23页，本讲稿共34页（匝比）（匝比）（匝比）（匝比）K K为变比为变比为变比为变比对二次侧，对二次侧，对二次侧，对二次侧，根据根据KVL：结论：改变匝数比，就能改变输出电
35、压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。式中式中式中式中 R R2 2 为为为为二次二次二次二次绕组的电阻绕组的电阻绕组的电阻绕组的电阻;X X2 2=L L 2 2 为为为为二次二次二次二次绕组的感抗；绕组的感抗；绕组的感抗；绕组的感抗；为为为为二次二次二次二次绕组的端电压。绕组的端电压。绕组的端电压。绕组的端电压。变压器空载时变压器空载时变压器空载时变压器空载时:+u u2 2+i i1 1i i2 2+e e2 2+e e 2 2式中式中式中式中U U2020为变压器空载电压。为变压器空载电压。为变压器空载电压。为变压器空载电压。故有故有故有故有第24页，本讲稿共34页3.3.电流变换电
36、流变换电流变换电流变换(一次、二次侧电流关系一次、二次侧电流关系一次、二次侧电流关系一次、二次侧电流关系)有载运行有载运行有载运行有载运行 可见，铁心中主磁通的最大值可见，铁心中主磁通的最大值可见，铁心中主磁通的最大值可见，铁心中主磁通的最大值 mm在变压器空载和有在变压器空载和有在变压器空载和有在变压器空载和有载时近似保持不变。即有载时近似保持不变。即有载时近似保持不变。即有载时近似保持不变。即有 不论变压器空载还是不论变压器空载还是不论变压器空载还是不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻有载，一次绕组上的阻有载，一次绕组上的阻有载，一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故有抗压降均可忽略，故有抗压
37、降均可忽略，故有抗压降均可忽略，故有由上式，若由上式，若由上式，若由上式，若U U1 1、f f 不变，则不变，则不变，则不变，则 m m 基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。空载：空载：空载：空载：有载：有载：有载：有载：+|Z|+第25页，本讲稿共34页一般情况下：一般情况下：I0 (23)%I1N 很小可忽略。很小可忽略。或或结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。磁势平衡式：磁势平衡式：磁势平衡式：磁势平衡式：空载磁势空载磁势有载磁势有载磁势第26页，本讲稿共34页4.4.阻抗变换阻抗变换阻抗变换阻抗变换由图可
38、知：由图可知：由图可知：由图可知：结论：结论：变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模的载的阻抗模的K 2 倍。倍。+第27页，本讲稿共34页(1)(1)变压器的匝数比应为变压器的匝数比应为变压器的匝数比应为变压器的匝数比应为：信号源信号源R0RL+R R0 0+解解解解:例例例例:如图如图,交流信号源的电动势交流信号源的电动势 E=120V，内阻，内阻 R 0=800，负载为负载为扬声器，其等效电阻为扬声器，其等效电阻为RL=8。要。要求求:（1）当）当RL折算到原边的等效折算到原边的等效电阻时电阻时 ，求变压器的匝数比和，求变压器的匝数比和
39、信号源输出的功率；（信号源输出的功率；（2）当将负载）当将负载直接与信号源联接时直接与信号源联接时,信号源输出多信号源输出多大功率？大功率？第28页，本讲稿共34页信号源的输出功率：信号源的输出功率：信号源的输出功率：信号源的输出功率：电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。原因：原因：原因：原因：满足
40、了最大功率输出的条件：满足了最大功率输出的条件：满足了最大功率输出的条件：满足了最大功率输出的条件：（2）将负载直接接到信号源上时）将负载直接接到信号源上时）将负载直接接到信号源上时）将负载直接接到信号源上时，输出功率输出功率输出功率输出功率为：为：第29页，本讲稿共34页1 1）变压器的型号变压器的型号变压器的型号变压器的型号5.5.变压器的铭牌和技术数据变压器的铭牌和技术数据变压器的铭牌和技术数据变压器的铭牌和技术数据S J L 1000/10S J L 1000/10 变压器额定容量变压器额定容量(KVA)铝线圈铝线圈铝线圈铝线圈 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
41、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组的额定电压(KV)(KV)第30页，本讲稿共34页2 2）额定值额定值额定值额定值 额定电压额定电压额定电压额定电压 U U1N1N、U U2N2N 变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值许的电压值许的电压值许的电压值单相：单相：单相：单相：U U1N 1N，一次侧电压，一次侧电压，
42、一次侧电压，一次侧电压，U U2N2N，二次侧空载时的电压，二次侧空载时的电压，二次侧空载时的电压，二次侧空载时的电压三相：三相：三相：三相：U U1N1N、U U2N2N，一次、二次侧的线电压，一次、二次侧的线电压，一次、二次侧的线电压，一次、二次侧的线电压 额定电流额定电流额定电流额定电流 I I1N1N、I I2N2N 变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。单相：一次、二次侧绕组允许的电流值单相：一次、二次侧绕组允许的电流值单相：一次、
43、二次侧绕组允许的电流值单相：一次、二次侧绕组允许的电流值三相：一次、二次侧绕组线电流三相：一次、二次侧绕组线电流三相：一次、二次侧绕组线电流三相：一次、二次侧绕组线电流第31页，本讲稿共34页 额定容量额定容量额定容量额定容量 S SN N 传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。单相：单相：单相：单相：三相：三相：三相：三相：2)2)额定值额定值额定值额定值第32页，本讲稿共34页6.3.2 变压器的外特性与效率变压器的外特性与效率1.1.变压器的外特性变压器的外特性变压器的外特性变压器的外特性 当一次侧电压当一次侧电压当一次侧电压当一次侧电压 U U
44、1和负载功率因数和负载功率因数和负载功率因数和负载功率因数 cos cos 2保持不变时，二次保持不变时，二次保持不变时，二次保持不变时，二次侧输出电压侧输出电压侧输出电压侧输出电压 U U2和输出电流和输出电流和输出电流和输出电流 I I2的关系，的关系，的关系，的关系，U U2=f f(I I2)。U U2020：一次侧加额定电压、：一次侧加额定电压、：一次侧加额定电压、：一次侧加额定电压、二次侧开路时，二次侧的二次侧开路时，二次侧的二次侧开路时，二次侧的二次侧开路时，二次侧的输出电压。输出电压。输出电压。输出电压。一般供电系统希望要硬特性（随一般供电系统希望要硬特性（随一般供电系统希望要
45、硬特性（随一般供电系统希望要硬特性（随I I2 2的变化，的变化，的变化，的变化，U U2 2 变化不变化不变化不变化不大），电压变化率约在大），电压变化率约在大），电压变化率约在大），电压变化率约在5%5%左右。左右。左右。左右。电压变化率：电压变化率：电压变化率：电压变化率：coscos 2=0.8=0.8(感性）感性）感性）感性）U2I2U20I2Ncoscos 2=1=1O第33页，本讲稿共34页2.2.变压器的效率变压器的效率变压器的效率变压器的效率()为减少涡流损耗，铁心一般由为减少涡流损耗，铁心一般由为减少涡流损耗，铁心一般由为减少涡流损耗，铁心一般由导磁钢片叠成。导磁钢片叠成。
46、导磁钢片叠成。导磁钢片叠成。变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分：铜损铜损铜损铜损(P PCuCu)：绕组导线电阻的损耗。绕组导线电阻的损耗。绕组导线电阻的损耗。绕组导线电阻的损耗。涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感 应电流应电流应电流应电流(涡流涡流涡流涡流)造成的损耗。造成的损耗。造成的损耗。造成的损耗。磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造 成的损耗。成的损耗。成的损耗。成的损耗。铁损铁损铁损铁损(P PFeFe)：变压器的效率为变压器的效率为变压器的效率为变压器的效率为一般一般一般一般 95959595%,负载为额定负载的负载为额定负载的负载为额定负载的负载为额定负载的(50(50(50(5075)%75)%时，时，时，时，最大。最大。最大。最大。输出功率输出功率输出功率输出功率输入功率输入功率输入功率输入功率第34页，本讲稿共34页