磁路和变压器

第7章变压器变压器的三个功能学习要点电压变换、电流变换、阻抗变换一、磁路的概念在实际电路中，大量电感元件的线圈中都有铁心。线圈通电后铁心产生磁通，磁通分布集中的路径称为磁路。即磁路实质上是局限在一定路径内的磁场，磁路又影响电路。因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。如：变压器磁路1u2ui铁心（导磁性能好的磁性材料）线圈磁路：主磁通所经过的闭合路径：主磁通：漏磁通σΦσΦσΦ二、交流铁心线圈电路1、电磁感应定律：dtdNe式中N为线圈匝数。感应电动势的方向由dtd的符号与感应电动势的参考方向比较而定出。当0dtd，即穿过线圈的磁通增加时，0e，这时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要阻止原磁场的增加；当0dtd，即穿过线圈的磁通减少时，0e，这时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要阻止原磁场的减少。设线圈的电阻为R，主磁电动势为e和漏磁电动势为eσ，由KVL，有：iReeu2、电压、电流和磁通的关系–+e–+e+–uNi线圈铁心铁心线圈的交流电路设主磁通按正弦规律变化：tmsin，则：)90sin(costEtNdtdNemmmmmfNNEE44.422e的有效值为：由于线圈电阻R和感抗X（或漏磁通）较小，其电压降也较小，与主磁电动势E相比可忽略，故有EU(V)SfNB44.4fN44.4EUmm式中：Φm是磁通密度的最大值单位[wb]；Bm是铁心中磁感应强度的最大值，单位[T]；S是铁心横截面积，单位[m2]。a、当频率、匝数一定时，Φm与U成正比。b、当匝数、外加电压、频率一定时，铁心中的磁通的最大值基本保持不变。由上式可知，3、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。a.铜损（Pcu）在交流铁心线圈中,线圈电阻R上的功率损耗称铜损，用Pcu表示。Pcu=RI2+–ui式中：R是线圈的电阻；I是线圈中电流的有效值。b.铁损（PFe）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PFe表示。铁损由磁滞和涡流产生。FeCuPPP涡流：交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。由涡流所产生的功率损耗称为涡流损耗（Pe）由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗（Ph）变压器是一种常见的电气设备，是基于电磁感应原理制成的静止的电磁装置，在电力系统和电子线路中应用广泛。三、变压器的定义变压器功能：变电压：电力系统，如输电方面利用变压器实现高压和低压间的变换变电流：电流互感器变阻抗：在电子线路中，除电源变压器外，变压器还用来耦合电路，传递信号，并实现阻抗匹配。（如喇叭的输出变压器）在能量传输过程中，当输送功率P=UIcos以及负载功率因数cos一定时：UIP=I²RlIS电能损耗小节省金属材料（经济）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。变压器应用举例发电厂1.05万伏输电线22万伏升压变电站1万伏降压…降压实验室380/220伏降压仪器36伏降压四、变压器的分类按相数分三相变压器单相变压器按用途分电力变压器(输配电用)仪用变压器整流变压器按制造方式壳式心式铁心+绕组壳式心式（E型）原边绕组副边绕组铁心单相变压器1u2u1i2iΦLR五、变压器的结构N1N2与电源相连的为原边，原边（初级、一次侧）绕组匝数为N1，电压u1，电流i1，与负载相连的为副边，副边（次级、二次测）绕组匝数为N2，电压u2，电流i2。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。绕组：一次绕组二次绕组变压器的电路由高导磁硅钢片叠成厚0.35mm或0.5mm铁心变压器的磁路变压器符号1i2i1u2uLRΦ或用T代替Φ1．电压变换mfNEUΦ444111.六、变压器的功能重点空载时副绕组电流02I，电压220EUmfNEUΦ4442220.k称为变压器的变比结论：改变匝数比，就能改变输出电压。KNN21EE21UU2012．电流变换102211NiNiNi由U1≈E1=4.44N1fΦm可知，U1和f不变时，E1和Φm也都基本不变。因此，有负载时产生主磁通的原、副绕组的合成磁动势（i1N1+i2N2）和空载时产生主磁通的原绕组的磁动势i0N1基本相等，即：102211NININI空载电流i0很小，可忽略不计。2211NiNi所以2211NINI所以或2211NINI结论：一次、二次侧电流与匝数成反比II21K1NN12即，变压器在有载工作的输入、输出电流比等于初、次级绕组变比的反比3.阻抗变换由图可知：22IUZ11IUZZKZ2结论：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K2倍。1U2U1I2IZ+–+–1U1IZ+–ZK2UIK222KI2KU2IUZ11即，变压器的负载阻抗的模折算到输入电路的等效阻抗的模为其原始值的变比的平方。选择合适的匝数比将负载变换到所需要的、比较合适的数值，这便是变压器的阻抗变换功能，这种做法称为阻抗匹配。阻抗匹配：理想变压器如图所示，已知原边绕组匝数N1=1000匝，副边N2=500匝，U1=100V，则原边等效电阻R’=Ω,原边电流I1=A。典型例：N1N2理想变压器：绕组的内阻可忽略磁通全部通过铁心，不存在漏磁通励磁电流很小可以忽略忽略铁损和铁心的磁饱和如图，交流信号源的电动势E=120V，内阻R0=800，负载为扬声器，其等效电阻为RL=8。信号源IER0RL+–例：（2）当RL折算到原边的等效电阻时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率。0LRR求:（1）当将负载直接与信号源联接时,信号源输出多大功率？IE1N2U2ILR2NR0+–+–800RR0L（1）将负载直接接到信号源上时，输出功率为：W1760888001202L2L0.RRREP结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。0LRR原因：满足了最大功率输出的条件：电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。（2）变压器的匝数比应为：108800LL21RRNNK信号源的输出功率：W548008008001202L2L0.RRREP七．变压器绕组的极性1.同极性端(同名端)当电流流入(或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入(或流出）端称为同极性端。或者说，当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。同极性端用“•”表示。同极性端和绕组的绕向有关。•+•A–Xx+–a•++––•AXax2.线圈的接法变压器一次侧有两个额定电压为110V的绕组：当电源电压为220V时：联接2－3••NN1324i220u+–电源电压为110V时：联接1－3，2－4••NN1324i110u+–问题：如果两绕组的极性端接错，结果如何？答：有可能烧毁变压器••1324NNi’+–u结论：在同极性端不明确时，一定要先测定同极性端再通电。3、同极性端的测定U13=U12－U34时1和3是同极性端；U13=U12＋U34时1和4是同极性端。(b)交流法1324V～1324mA(a)直流法毫安表的指针正偏1和3是同极性端；反偏1和4是同极性端。ee八、特殊变压器1.自耦变压器ABP1u2u1i2iLR1N2N+–+–使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意：一次、二次侧千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。KNNIIKNNUU1122121212.电压互感器实现用低量程的电压表测量高电压VRN1（匝数多）保险丝N2（匝数少）~u（被测电压）电压表被测电压=电压表读数N1/N2使用注意事项：1.二次侧不能短路，以防产生过流；2.铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在二次侧出现高压。降压变压器3.电流互感器实现用低量程的电流表测量大电流（被测电流）N1（匝数少）N2（匝数多）ARi1i2电流表被测电流=电流表读数N2/N1使用注意事项：1.二次侧不能开路，以防产生高电压；2.铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在二次侧出现过压。升压变压器