电工基础(变压器)

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1、第5章磁路与变压器5.1磁路的基本概念一、铁磁材料铁磁材料：能被磁化的的材料。例如：铁、钴、镍以及它们的合金和氧化物。铁心：由铁磁材料制成。磁畴：铁心自身存在的自然磁性小区域。注意：在没有外磁场作用时，磁畴的方向杂乱无章，宏观不显磁性。图5.1磁畴和铁心的磁化磁化：在一定强度外磁场的作用下，磁畴将沿外磁场方向趋向规则排列，产生附加磁场，使通电线圈的磁场显著增强。图5.2磁化过程直线1表示空心线圈的情况；曲线2表示线圈放入铁心的情况。磁化过程说明：直线1:I与Φ成正比且增加率较小曲线2(磁化曲线)

2、:OA段大部分磁畴的磁场沿外磁场方向排列，Φ与I成正比且增加率较大；AB段所有磁畴的磁场最终都沿外磁场方向排列，铁心磁场从未饱和状态过渡到饱和状态；B点以后称饱和状态，铁心的增磁作用已达到极限。二、磁导率µ：表征各种材料导磁能力的物理量真空中的磁导率(µ0)为常数（亨/米）一般材料的磁导率µ和真空中的磁导率µ0之比，称为这种材料的相对磁导率µr，则称为铁磁材料，则称为非铁磁材料三、磁滞现象磁滞：铁心线圈通入交流电，铁心中的磁畴会随交流电的变化而被反复磁化。由于磁畴本身存在“惯性”，使得磁通的变化

3、滞后电流的变化。磁滞损耗：为外磁场不断克服磁畴的“惯性”消耗的能量。磁滞损耗是铁心发热的原因之一。铁磁材料的磁性能：1、高导磁性2、磁饱和性3、磁滞性软磁材料硬磁材料矩磁材料图5.3铁磁材料的磁滞回线根据磁性能，磁性材料又可分为三种：软磁材料（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、硬磁材料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、矩磁材料（磁滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。四、磁路线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏磁通。：主磁通：漏磁通图5.4交流铁心线圈电路磁路：主磁通所经过的闭合路径。磁路和电路的

4、比较:五、涡流交变的磁通穿过铁心导体时，在其内部产生的旋涡状的电流。(a)整块铁心(b)有硅钢片叠成的铁心图5.4涡流涡流会使铁心发热并消耗能量，为了减小涡流损耗，铁心常采用涂有绝缘材料的硅钢片叠成。5.2交流铁心线圈电路交流激励线圈中产生感应电势电路方程：一般情况下uR很小，漏磁通很小：主磁通：漏磁通图5.5交流铁心电路和产生的感应电势分别为el和eσ∴假设则最大值有效值N—线圈匝数；f—电源频率；—铁心中交变磁通的幅值例1、有一个铁心线圈接在交流220V、50Hz的交流电源上，铁心中磁通的最

5、大值为0.001Wb，问铁心上的线圈至少应绕多少匝？解U≈4.44fNΦm有若铁心中的线圈只绕了100匝，线圈通电后会产生什么后果？结果是线圈通电后会烧坏——由于磁通最大值远远超过了规定的最大值，对应线圈中的电流远远超过正常值。5.3变压器变压器功能：变电压：电力系统变电流：电流互感器变阻抗：电子电路中的阻抗匹配（如喇叭的输出变压器）二、变压器的工作原理1.空载运行原边接入电源，副边开路。接上交流电源原边通过的空载电流为i10i10产生工作磁通产生感应电动势（方向符合右手定则）图5.6变压器的空

6、载运行原、副边电压关系根据交流磁路的分析可得：图5.7变压器的空载运行工作原理时变电压K为变比结论：改变匝数比，就能改变输出电压。2.负载运行副边带负载后对磁路的影响：在副边感应电压的作用下，副边线圈中有了电流i2。此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响原边电流i1。根据，当外加电压、频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载运行时基本不变。带负载后磁动势的平衡关系为：图5.8变压器的有载运行由于变压器铁芯材料的磁导率高、空载励磁电流很小，一般不到额定电流的10%，常可忽略。根据原、副边

7、电流关系∴变电流结论：原、副边电流与匝数成反比原、副边阻抗关系图5.9变压器的阻抗变换从原边等效：变阻抗结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。例2有一台降压变压器，原绕组电压为220V，副绕组电压为110V，原绕组为2200匝，若副绕组接入阻抗值为10Ω的阻抗，问变压器的变比、副绕组匝数、原绕组中电流各为多少？解：变压器变比副绕组匝数副绕组电流原绕组电流例3：扬声器上如何得到最大输出功率。设：信号源电压的有效值:Us=120V;信号源内阻：负载为扬声器，其等效电阻：RL=8W

8、。1、将负载与信号源直接相连，得到的输出功率为：信号源图5.10例3(a图)2、将负载通过变压器接到信号源上。若要信号源输出给负载的功率达到最大，用变压器进行阻抗变换，通过变压器把负载RL变换为等效电阻变压器把负载RL变换为等效电阻变压器变比图5.11例3(b图)输出功率为：结论：由此例可见经变压器“匹配”后，输出功率增大了许多。原因是满足了电路中获得最大功率输出的条件（信号源内、外阻抗相等）。三、变压器的外特性变压器的外特性：在电源电压和负载功率因数不变的条件下，副边输出电压和输出电流的关系。