第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院1 1 1.理解磁路欧姆定律。理解磁路欧姆定律。 2.了解变压器的构造，掌握变压器的工作原理。了解变压器的构造，掌握变压器的工作原理。 3.掌握同名端的判断。掌握同名端的判断。 4.了解自耦变压器、仪用互感器的特点。了解自耦变压器、仪用互感器的特点。【本章教学目标与要求本章教学目标与要求】第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院26.1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量1.1.磁感应强度磁感应强度B B反应不同位置磁场强弱和方向的物理量。反应不同位置磁场强弱和方向的物理量。磁感应强度的大小磁感应强度的大小 等于垂直于磁场方向的单位长度和单位等于垂直于磁场方向的单位长度和单位电流的一小段直导体所受的磁场力，即电流的一小段直导体所受的磁场力，即磁感应强度的方向磁感应强度的方向符合右手螺旋定则。符合右手螺旋定则。单位：特斯拉单位：特斯拉 （T T）6.1 磁场与磁路磁场与磁路第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院32.2.磁通磁通 在磁场中，垂直穿过某一面积的磁感线的在磁场中，垂直穿过某一面积的磁感线的条数称为穿过这一面积的磁通量，简称磁通。条数称为穿过这一面积的磁通量，简称磁通。 在匀强磁场中在匀强磁场中，磁通等于磁感应强度，磁通等于磁感应强度B B 和和与磁感应强度垂直的某一面积与磁感应强度垂直的某一面积S S 的乘积，即的乘积，即 磁感应强度磁感应强度B B 在数值上等于垂直于磁场方向上在数值上等于垂直于磁场方向上单位面积的磁通量，所以也称磁通密度。单位面积的磁通量，所以也称磁通密度。单位：韦伯单位：韦伯 （WbWb）第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院43.3.磁场强度磁场强度H H 为计算方便引入的物理量，是矢量，与磁为计算方便引入的物理量，是矢量，与磁感应强度方向一致，单位是安培每米（感应强度方向一致，单位是安培每米（A/mA/m）。）。 4.4.磁导率磁导率 表征磁场中物质导磁能力的物理量，表征磁场中物质导磁能力的物理量，数值数值上等于磁感应强度与磁场强度的比值，即上等于磁感应强度与磁场强度的比值，即 单位：享利每米（单位：享利每米（H/mH/m）H H 的大小：的大小：只与产生该磁场的电流大小成正比只与产生该磁场的电流大小成正比. .B B 的大小：的大小：不仅与产生该磁场的电流大小有关，不仅与产生该磁场的电流大小有关，还与介质的性质有关。还与介质的性质有关。第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院54.4.磁导率磁导率 真空中的磁导率真空中的磁导率 0 0是常数，是常数，可以通过实验可以通过实验测得测得 相对磁导率相对磁导率 r r 任何一种物质的磁导率任何一种物质的磁导率 与真空中的磁导率与真空中的磁导率 0 0的比值。的比值。 根据不同物质在磁场中被磁化的程度不同，可根据不同物质在磁场中被磁化的程度不同，可将物质非磁性物质、磁性物质。将物质非磁性物质、磁性物质。第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院66.1.2 磁性物质的磁性能磁性物质的磁性能 磁性物质由分子电流形成的小的磁性区域称磁性物质由分子电流形成的小的磁性区域称为磁畴，在外磁场的作用下磁畴由原来的杂乱无为磁畴，在外磁场的作用下磁畴由原来的杂乱无章变为沿磁场方向排列，并增强原有外磁场。磁章变为沿磁场方向排列，并增强原有外磁场。磁性物质主要有铁、镍、钴及其合金。性物质主要有铁、镍、钴及其合金。非磁性物质（非铁磁物质）非磁性物质（非铁磁物质） 0 0 顺磁物质、反磁物质顺磁物质、反磁物质: :例铜、铋例铜、铋磁磁磁磁畴畴畴畴外外外外磁磁磁磁场场场场磁磁磁磁畴畴畴畴 磁性物质（铁磁物质）磁性物质（铁磁物质）第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院71.1.高导磁性高导磁性 磁性物质磁性物质能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，具有很高的导磁具有很高的导磁性能。磁性物质的磁导率通常都很高。性能。磁性物质的磁导率通常都很高。 磁性物质是构成磁路的主要物质磁性物质是构成磁路的主要物质，使得用较，使得用较小的励磁电流就可以产生足够强的磁场。因此需小的励磁电流就可以产生足够强的磁场。因此需要强磁场的场合，如电机、变压器、电磁铁、电要强磁场的场合，如电机、变压器、电磁铁、电磁仪表等广泛选用磁性物质作为磁路。磁仪表等广泛选用磁性物质作为磁路。第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院82.2.磁饱合性磁饱合性 当外磁场达到一定值后，当外磁场达到一定值后，磁性物质内部的磁磁性物质内部的磁畴几乎全部转向与外磁场与外磁场方向一致，以畴几乎全部转向与外磁场与外磁场方向一致，以后外磁场再增加，后外磁场再增加，磁感应强度的变化也很小，磁磁感应强度的变化也很小，磁感应强度就达到了饱合。感应强度就达到了饱合。 如图如图a a点以后，点以后，B B增增加很少。加很少。图图6.16.1磁化曲线图磁化曲线图 O 由于磁饱合性，由于磁饱合性，不是常数不是常数，随，随B B变化。变化。 磁化曲线一般由实磁化曲线一般由实验测得。验测得。第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院93.3.磁滞性磁滞性 磁性材料在交变磁磁性材料在交变磁场中反复磁化，其场中反复磁化，其B-HB-H关系曲关系曲线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线。线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线。图图图图6.2 6.2 6.2 6.2 磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线O O O OH H H HB B B B B B B Br r r rH H H Hc c c c剩磁剩磁剩磁剩磁B B B Br r r r ： 当外磁场当外磁场H H降到零（降到零（线圈中线圈中线圈中线圈中电流减小到零）时，电流减小到零）时，电流减小到零）时，电流减小到零）时，铁芯中的铁芯中的铁芯中的铁芯中的磁感应强度。磁感应强度。磁感应强度。磁感应强度。例如例如例如例如: : : : 永久磁铁的磁性就是由永久磁铁的磁性就是由永久磁铁的磁性就是由永久磁铁的磁性就是由剩磁产生的。剩磁产生的。剩磁产生的。剩磁产生的。 磁性材料中磁感应强度磁性材料中磁感应强度B B的变化总是滞后于外的变化总是滞后于外磁场变化的性质。磁场变化的性质。第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院10矫顽磁力矫顽磁力HcHc： 要去掉剩磁要去掉剩磁BrBr，必需加的一反向磁场强度。，必需加的一反向磁场强度。即使即使B B0 0所需的反向磁场所需的反向磁场H H 值。值。磁感应强度的大小磁感应强度的大小 等于垂直于磁场方向的单位长度和单位等于垂直于磁场方向的单位长度和单位电流的一小段直导体所受的磁场力，即电流的一小段直导体所受的磁场力，即磁感应强度的方向磁感应强度的方向符合右手螺旋定则。符合右手螺旋定则。单位：特斯拉单位：特斯拉 （T T）3.3.磁滞性磁滞性第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院11(1)(1)软磁物质软磁物质 具有较小的矫顽磁力（具有较小的矫顽磁力（具有较小的矫顽磁力（具有较小的矫顽磁力（H H H HC C C C小小小小） ，磁滞回线较，磁滞回线较，磁滞回线较，磁滞回线较窄（窄（窄（窄（B B B Br r r r小）。小）。小）。小）。一般用来制造变压器、电机、接触一般用来制造变压器、电机、接触器等的铁芯。器等的铁芯。 (2)(2)永磁物质永磁物质 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。常用常用来制造永久磁铁。来制造永久磁铁。 (3)(3)矩磁物质矩磁物质 具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回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。线接近矩形，稳定性良好。线接近矩形，稳定性良好。线接近矩形，稳定性良好。常用在控制元件中。常用在控制元件中。 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：第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院12如图均匀环形线圈，由安如图均匀环形线圈，由安培环路定律可知培环路定律可知 若铁芯中心线长度为若铁芯中心线长度为l l , ,线圈匝数为线圈匝数为N N即即图6.3均匀环形线圈磁路O6.1.3 磁路欧姆定律磁路欧姆定律 磁路欧姆定律反映了磁磁路欧姆定律反映了磁路的磁通、磁通势和磁阻之路的磁通、磁通势和磁阻之间的关系。间的关系。 第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院13因为因为即即代入上式得代入上式得 其中其中NINI称为磁通势，用称为磁通势，用F F 表示，反映线圈表示，反映线圈励磁能力的大小。励磁能力的大小。 为磁阻，用为磁阻，用 表示，反映了磁路导表示，反映了磁路导磁性能的强弱磁性能的强弱 第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院14即为磁路欧姆定律即为磁路欧姆定律 对于磁性材料，由于对于磁性材料，由于 不是常数，其不是常数，其 也不是常数，磁路欧姆定律主要用来定性分也不是常数，磁路欧姆定律主要用来定性分析磁路，一般不对磁路进行定量计算。析磁路，一般不对磁路进行定量计算。 对于由不同材料或不同截面组成的几段对于由不同材料或不同截面组成的几段磁路，磁路，例例如如带有空气隙的直流电机磁路。磁带有空气隙的直流电机磁路。磁路的总磁阻为各段磁阻之和，对于空气隙这路的总磁阻为各段磁阻之和，对于空气隙这段磁路，其长度虽小，但因磁导率很小，故段磁路，其长度虽小，但因磁导率很小，故磁阻很大，从而使整个磁路的磁阻大大增加。磁阻很大，从而使整个磁路的磁阻大大增加。若磁通势不变，要保持磁通不变，则若磁通势不变，要保持磁通不变，则空气隙空气隙愈大，所需的励磁电流也愈大愈大，所需的励磁电流也愈大。第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院156.2 单相变压器单相变压器6.2.1 6.2.1 变压器的构造变压器的构造绕组绕组绕组绕组铁芯铁芯铁芯铁芯（a a）芯式）芯式（b b）壳式）壳式 铁铁芯芯一一般般用用0.350.350.5mm0.5mm的的硅硅钢钢片片叠叠装装而而成成，硅硅钢钢片片表表面面涂涂有有绝绝缘缘漆漆，形形成成绝绝缘缘层层，其其作作用用是减少涡流和磁滞损耗。是减少涡流和磁滞损耗。磁路磁路电路电路图6.5 单相变压器构造图第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院166.2.2 变压器的工作原理变压器的工作原理空载（开关断开）空载（开关断开）空载运行时i i0 0 ( ( i i0 0N N1 1) ) 1 1第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院17带负载运行（开关闭合）带负载运行（开关闭合） 1 1i i1 1 ( ( i i1 1N N1 1) ) i i2 2 ( ( i i2 2N N2 2) ) 2 2带负载运行时第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院181.1.电压变换作用电压变换作用根据基尔霍夫电压根据基尔霍夫电压定律：定律：忽略绕组电阻电压降和漏磁电动势忽略绕组电阻电压降和漏磁电动势 若主磁通为正弦量若主磁通为正弦量 第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院19其有效值为：其有效值为：可见，改变可见，改变匝数比匝数比就可以得到不同的就可以得到不同的输出电压输出电压同理：同理：所以一、二次绕组电压比为所以一、二次绕组电压比为K K 为变比（匝数比）为变比（匝数比）第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院20变压器的外特性变压器的外特性：实际应用时漏磁电动势随负载：实际应用时漏磁电动势随负载（I I2 2）增加而增加，）增加而增加，U U2 2随随I I2 2变化可以用外特征曲线变化可以用外特征曲线表示表示电压调整率：电压调整率：从空载到负载二从空载到负载二次绕组电压随负载的变化程度次绕组电压随负载的变化程度一般地，绕组电阻和漏磁电抗较小，电压变一般地，绕组电阻和漏磁电抗较小，电压变化率较小，约为化率较小，约为5%5%左右。左右。 图6.7 变压器外特性曲线第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院21【例例6-16-1】 某单相变压器的容量为某单相变压器的容量为600V600VA A，额，额定电压为定电压为220/36V220/36V，变压器向某一负载供电时，变压器向某一负载供电时，二次侧电压为二次侧电压为35V35V，求变压器的变比及此时的电，求变压器的变比及此时的电压调整率。压调整率。 【解解】 变压器的变比变压器的变比变压器的电压调整率为变压器的电压调整率为第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院222.2.电流变换作用电流变换作用即变压器空载和有载时磁路中的即变压器空载和有载时磁路中的即变压器空载和有载时磁路中的即变压器空载和有载时磁路中的磁通势应保磁通势应保持基本不变持基本不变 当当当当U U U U1 1 1 1、f f f f 不变，不变，不变，不变，则则则则 m m 基本不变基本不变空载电流远小于有载电流，有载时常忽略空空载电流远小于有载电流，有载时常忽略空空载电流远小于有载电流，有载时常忽略空空载电流远小于有载电流，有载时常忽略空载电流，所以载电流，所以载电流，所以载电流，所以即得即得即得即得一次、二次侧电流与一次、二次侧电流与匝数成反比。匝数成反比。第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院233.3.阻抗变换作用阻抗变换作用阻抗变换作用常用于实现负载与电源的匹配阻抗变换作用常用于实现负载与电源的匹配阻抗变换作用常用于实现负载与电源的匹配阻抗变换作用常用于实现负载与电源的匹配采用不同变比的变压器可以将负载阻抗转换采用不同变比的变压器可以将负载阻抗转换采用不同变比的变压器可以将负载阻抗转换采用不同变比的变压器可以将负载阻抗转换为合适的值，为合适的值，为合适的值，为合适的值，以实现与电源的匹配。以实现与电源的匹配。以实现与电源的匹配。以实现与电源的匹配。第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院24【例例6-26-2】已知某交流电源的电动势为已知某交流电源的电动势为220V220V，内电，内电阻为阻为10001000，连接负载电阻为，连接负载电阻为1010，为使负载获，为使负载获得最大的电功率，需通过一单相变压器进行阻抗得最大的电功率，需通过一单相变压器进行阻抗变换。若一次绕组的匝数为变换。若一次绕组的匝数为800800，则二次绕组的匝，则二次绕组的匝数为多少？并求此时负载吸收的功率？数为多少？并求此时负载吸收的功率？ 【解解】根据阻抗变换公式根据阻抗变换公式 负载获得最大功率时负载获得最大功率时负载吸收的功率负载吸收的功率第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院256.2.3 变压器的功率损耗及效率变压器的功率损耗及效率 铜损耗由一、二次侧的电阻产生，铜损耗由一、二次侧的电阻产生，它与负载电它与负载电流的平方成正比，也称作流的平方成正比，也称作可变损耗可变损耗。 铁损耗又包括铁损耗又包括涡流损耗涡流损耗和和磁滞损耗磁滞损耗。变压器的功率损耗主要包括变压器的功率损耗主要包括铜损耗和铁损耗。铜损耗和铁损耗。1.1.铜损耗铜损耗2.2.铁损耗铁损耗第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院26 与铁芯材料、电源电压和电源频率有关，而与铁芯材料、电源电压和电源频率有关，而与负载大小无关，也称作与负载大小无关，也称作不变损耗不变损耗。 (1)(1)涡流损耗涡流损耗 涡流损耗是由铁芯中的涡流损耗是由铁芯中的交变磁通感应交变磁通感应产生的，产生的，它在垂它在垂直于磁通方向直于磁通方向的平面产生环流。的平面产生环流。 涡流损耗会引起涡流损耗会引起铁芯发热铁芯发热 。 为减小涡流损耗，变压器铁芯都由彼此绝缘为减小涡流损耗，变压器铁芯都由彼此绝缘的的硅钢片叠装硅钢片叠装而成。而成。第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院27(2)(2)磁滞损耗磁滞损耗 由磁滞产生的能量损耗称磁滞损耗。由磁滞产生的能量损耗称磁滞损耗。 磁滞损耗与磁滞损耗与磁滞回线的面积磁滞回线的面积成正比，还与成正比，还与电源电源频率频率成正比。成正比。 为减小磁滞损耗，可以选择磁滞回线较窄的软为减小磁滞损耗，可以选择磁滞回线较窄的软磁材料制造铁芯。磁材料制造铁芯。变压器的效率变压器的效率 等于输入有功和输出有功的比值。等于输入有功和输出有功的比值。 变压器的效率通常较高，大型变压器的效率通变压器的效率通常较高，大型变压器的效率通常在常在9999以上以上 。第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院28【例例6-36-3】有一单相变压器接电阻性负载，空载损有一单相变压器接电阻性负载，空载损耗为耗为50W50W，满载时输出功率为，满载时输出功率为4000W4000W，损耗为，损耗为210W210W，试求满载和半载时的效率？，试求满载和半载时的效率？ 【解解】满载时的效率满载时的效率 空载损耗即为铁损耗，则满载时铜损耗为空载损耗即为铁损耗，则满载时铜损耗为半载是的效率为半载是的效率为第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院296.3 变压器绕组的同名端变压器绕组的同名端 6.3.1 6.3.1 变压器绕组的极性变压器绕组的极性 同名端同名端 在某一瞬间当一次绕组的某一端电位为正极性在某一瞬间当一次绕组的某一端电位为正极性时，二次绕组也必然同时有一个电位为正极性的对时，二次绕组也必然同时有一个电位为正极性的对应端。这两个对应端就称为同极性端，或者称为同应端。这两个对应端就称为同极性端，或者称为同名端，通常用符号名端，通常用符号“* *”或或“ ”标注。标注。同名端的判断同名端的判断 对于已知绕向的两个绕组对于已知绕向的两个绕组, ,根据右手螺旋定则根据右手螺旋定则判别。如图判别。如图、为同名端。为同名端。图6.9 绕组的同名端第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院30同名端的判断同名端的判断 外观上看不出绕组绕向。此时若变压器上无外观上看不出绕组绕向。此时若变压器上无标识或标识不清就应该通过实验方法确定其同名标识或标识不清就应该通过实验方法确定其同名端。实验方法有交流法和直流法两种。端。实验方法有交流法和直流法两种。 交流法为例。交流法为例。 把任意二端例如把任意二端例如和和连在一起。然后在其连在一起。然后在其一个绕组（如一个绕组（如I I绕组）的两端加上一个较低的交流绕组）的两端加上一个较低的交流电压，再测量电压，再测量与与端、端、与与端和端和与与端间端间的电压有效值的电压有效值U U1212、U U1313、U U3434。若。若U U1313U U1212-U-U3434，则，则和和端是同名端；若端是同名端；若U U1313U U1212+U+U3434，则，则和和端就是异端就是异名端。名端。 第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院316.3.2 多绕组变压器多绕组变压器含有三个及以上绕组的变压器称为多绕组变压器。含有三个及以上绕组的变压器称为多绕组变压器。各绕组间电压关系各绕组间电压关系各绕组间电流关系各绕组间电流关系第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院32如图两个一次绕组，额定电压如图两个一次绕组，额定电压110V110V。多绕组变压器的连接多绕组变压器的连接若接入若接入110V110V电源电源 可以将任意一个一次绕组接电源，或者将两个可以将任意一个一次绕组接电源，或者将两个一次绕组并联。并联时两绕组的同名端应接在一起，一次绕组并联。并联时两绕组的同名端应接在一起，即即和和端子相连接，端子相连接，和和端子相连接。端子相连接。 若接入若接入220V220V电源电源 将两个一次绕组串联。串联时两绕组的异名端将两个一次绕组串联。串联时两绕组的异名端应接在一起，即应接在一起，即和和端子相连接，端子相连接，和和端子接端子接电源，或者电源，或者和和端子相连接，端子相连接，和和端子接电源。端子接电源。 第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院336.4 特殊变压器特殊变压器 6.4.1 自耦变压器自耦变压器 自耦变压器自耦变压器只有一个绕组只有一个绕组，在绕，在绕组的中间处有一个抽头。组的中间处有一个抽头。 自耦变压器一、二次侧不仅有磁的联系，还自耦变压器一、二次侧不仅有磁的联系，还有有电的联系电的联系。 自耦变压器自耦变压器的工作原理和作用与自耦变压器自耦变压器的工作原理和作用与双绕组变压器相同。双绕组变压器相同。 自耦变压器用料省，体积小，成本低，输出电自耦变压器用料省，体积小，成本低，输出电压连续可调。压连续可调。第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院346.4.2 仪用互感器仪用互感器1.1.电压互感器电压互感器 高压绕组匝数多，与被测的交高压绕组匝数多，与被测的交流高压电并联；二次侧匝数少，与流高压电并联；二次侧匝数少，与电压表组成闭合回路。电压表组成闭合回路。 通常电压互感器的二次侧电压额定值设计为通常电压互感器的二次侧电压额定值设计为标准值标准值100V100V或或50V50V 。 电压互感器二次侧不允许短路电压互感器二次侧不允许短路 。 二次侧必须接地二次侧必须接地 。V第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院352.2.电流互感器电流互感器 一次绕组匝数只有一匝或几匝，一次绕组匝数只有一匝或几匝，与被测的电流电路串联；二次侧匝与被测的电流电路串联；二次侧匝数多，与电流表组成闭合回路。数多，与电流表组成闭合回路。 通常电流互感器的二次侧电流额定值设计为通常电流互感器的二次侧电流额定值设计为标准值标准值5A5A或或1A1A 。 电压互感器二次侧不允许开路电压互感器二次侧不允许开路 。 二次侧必须接地二次侧必须接地 。负载负载A第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院366.5 三相变压器三相变压器 我国供、配电系统中都采用我国供、配电系统中都采用三相交流供电，因此三相变压器三相交流供电，因此三相变压器得到了广泛的应用得到了广泛的应用 。 三相变压器共有三个铁芯柱，每个铁芯柱上三相变压器共有三个铁芯柱，每个铁芯柱上都绕有两个绕组：一次绕组和二次绕组都绕有两个绕组：一次绕组和二次绕组 。 三相变压器和三个单相变压器组成的变压器三相变压器和三个单相变压器组成的变压器组比较，体积小、成本低、效率高组比较，体积小、成本低、效率高 。 三相变压器额定容量指三相的总容量，它与额三相变压器额定容量指三相的总容量，它与额定电压、额定电流的关系为定电压、额定电流的关系为 。A AB BC CX XY YZ Za ab bc cx xy yz z第第6章章山东轻工业学院山东轻工业学院3737ENDThanks