第八章铁心线圈与变压器作者,龚淑秋第八章 铁心线圈与变压器第一节 磁路的基本概念和定律第二节 直流铁心线圈与直流电磁铁第三节 交流铁心线圈与交流电磁铁第四节 单相变压器
#
第八章 铁心线圈与变压器本章介绍的基本物理量、基本定律以及磁性材料的磁性能。
在此基础上重点讨论铁心线圈电路和变压器。
第一节 磁路的基本概念和定律电动机、继电器、电磁铁及变压器等电器都是基于电磁耦合的原理工作的，我们已经学过了电路，现在再来研究磁路。
一、磁场的基本物理量
1.磁通 φ 2.磁感应强度 B
3.磁场强度 H 4.导磁系数 μ
#
8-1
一、磁场的基本物理量垂直穿过某一面积 S 的磁力线的总根数。 韦伯 wb
穿过单位面积的磁力线根数。 特斯拉 T wb/m2
磁场中某点的 B 与该点的磁导率 μ的比值。
BSB S 或
HBH B 或
1.磁通 φ
2.磁感应强度 B
3.磁场强度 H
4.导磁系数 μ
0?
r
0?
描述导磁能力大小的物理量。通常使用相对导磁系数
r?
无量纲 真空导磁系数第一节 磁路的基本概念和定律安 /米,A/m,A/cm
#
8-1
磁动势第一节 磁路的基本概念和定律二、磁路的基本定律 安培环路定律 磁路欧姆定律与电路类似，磁路也有各种定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律
IH d l
沿任一闭合路径,H 的线积分等于包围在这闭合路径内各电流的代数和若磁场均匀则有
NIHl?
磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律无分支磁路平均长 l线圈 N 匝
I
N
磁通 Φ
导磁系数 μ
截面积 S
根据
SB
BH
NIHl
/
/
得
S
l
NI
磁路欧姆定律 磁阻 Rm
基尔霍夫定律
#
8-1
二、磁路的基本定律 安培环路定律 磁路欧姆定律 基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律有分支磁路
I1
N1
I2
N2
φ1 φ2
φ3
1,磁路的基尔霍夫磁通定律在节点 A 处
A
φ 1+φ2 -φ3=0
2,磁路的基尔霍夫磁压降定律任一闭合回路中均有：
NIR m?
或
NIHl
磁压降的代数和等于磁动势的代数和 #
8-1
I
N
H（ I）
B（ φ） μ
μ
a
b
c B
铁磁材料 B-H,μ-H 曲线从曲线上能明显看出,μ不是常数导磁性 工程上利用它来使磁通尽量地约束在有限的范围内，提高电磁设备的利用率，
一般使用 B-H曲线的 ab 段。
磁滞 B的变化滞后于 H的变化如曲线的 oa段
o
磁饱和 当 H 达到一定程度,B 不再随 H 而增加，此为磁饱和。
如曲线的 cs段。
s
若对铁心线圈而言，磁饱和意为当电流 I增加到一定程度,φ不再随之增加。
关于磁滞 祥看请点击 #
三、磁性材料的磁性能8-1
8-1 几点说明：
1,磁阻 Rm 的大小取决于磁路的尺寸和材料的磁导率。
S
lR
m
2,很大，但不是常数，因此 也不是常数。所以磁路欧姆定律不能用来进行定量计算，只用做定性分析。
通常磁路计算应用磁路基尔霍夫定律。
mR
3,磁路和电路有相似之处，但却有本质的区别。
祥见教材 P149
#
第二节第二节 直流铁心线圈与直流电磁铁一、直流铁心线圈 （磁路计算略）
二、直流电磁铁
1,构成铁心铁心线圈线圈 衔铁衔铁
8-2
2,工作原理通电的铁心线圈对衔铁会产生吸力请看通电演示
3,吸力
NIILIW IN 21221221
磁动势主要降在空气隙上
0210021021
0
20
0
0 SSBH BB ）（
dSdWFd B 021
0
2
0
NSBSBF 5020020810 1047
磁动势
#
电磁铁应用？
直流电磁铁的特点8-2
1,励磁电流是由励磁线圈的外加电压 U和线圈电阻 R决定的
R
UI?
2,无磁滞和涡流损耗，铁心可以使用整块的铸钢、软铁。
电流是恒定的，无感应电动势产生。
3,吸合后电磁力比吸合前大得多，但励磁电流不变。
（因磁动势 NI 不变，磁阻 Rm ↓→B ↑,所以吸力 F↑）
1,电流恒定，无感应电动势产生。
2,无磁滞和涡流损耗，可使用整块铁心
3,吸合后，励磁电流不变,F↑↑ #
第三节 交流铁心线圈与交流电磁铁8-3
一、交流铁心线圈的损耗
P = △ PCU + △ Ph + △ Pe总损耗铜损 涡流损耗铁损磁滞损耗铜损△ PCU 线圈电阻上的损耗 △ PCU =I 2R
磁滞损耗 其大小与铁心材料反复磁化后的磁滞回线面积成正比涡流损耗 交变磁通穿过铁心时，铁心既导磁又导电,因铁心在交变磁通作用下产生感应电动势,从而在垂直于磁通方向的铁心平面内产生旋涡状的感应电流，叫涡流。
涡流在铁心内电阻上产生的损耗称 涡流损耗 。
减小涡流损耗的办法 增大涡流通路的电阻即用薄的材料叠成铁心减小磁滞损耗的办法 铁心尽量采用软磁材料 #
8-3 二、电压平衡方程式
i
N
φ
φL
交流铁心线圈大部分经铁心闭合线圈中磁通产生 e
e
主磁通少部分经空气闭合 产生 eL
漏磁通e
L
u
线圈电阻上压降为 iR 根据 KVL得：
iReeu L
或
RIEEU L
电压平衡方程式
tm s i n?
dt
dNe
mE
#
)90s i n ( tN m
)90s i n (2 tNf m
iReeu L
)90s i n(2 tfNe m
mE
#
8-3 二、电压平衡方程式有效值
mm fNfNE 44.42/2
忽略了漏磁感应电动势 和线圈内阻压降 后，方程变为：
Le iR
eu
或
mfNEU?44.4
mfNU?44.4?
重要结论外加电压不变时，交流铁心线圈的铁心内主磁通最大值几乎是不变的。这是分析变压器和交流电动机时的重要概念。
8-3 三、交流电磁铁 铁心线圈衔铁交流电磁铁也是一种电磁器件，结构形式与直流电磁铁类似。在工业部门应用极为广泛。如冶金工业中用于提放钢材的电磁吊车；夹持工件的电磁工作台；传递动力的电磁离合器；液压传动中的电磁阀；交流接触器及接触器等。
铁心中的磁通是交变的，空气隙处的磁感应强度为：
tBB m?s i n0?
吸力
5022520 10s i n4104 tSBSBf m?
)2c o s1(21 tF m
5
00
21 102 SBf d tF T
mT
#
8-3 三、交流电磁铁
5
00
21 102 SBf d tF T
mT
)2c o s1(21 tFf m
瞬时值 有效值显然 f 是交变的，存在过零值。会出现吸合不牢的现象。
通常在尾端留一切口，套上铜环（或称磁环），铜环产生的感应电流阻碍 φ的变化，致使穿过铜环的 φ与其它 φ存在一相位差，结果产生两个相位不同的电磁吸力，平均后，不再有过零点。 见教材 P156
交流电磁铁特点
1,吸力是交变的，铁心需加分磁环。
2,励磁电流吸合前大，吸合后减小。前后吸力不变
3,铁心和衔铁均由硅钢片叠成，为减小铁损。
#
交、直流电磁铁的特点8-3
1,电流恒定，无感应电动势产生。
2,无磁滞和涡流损耗，可使用整块铁心
3,吸合后，励磁电流不变,F↑↑
#
交流电磁铁特点
1,吸力是交变的，铁心需加分磁环。
2,励磁电流吸合前大，吸合后减小。前后吸力不变
3,铁心和衔铁均由硅钢片叠成，为减小铁损。
直流电磁铁特点
8-4
一、变压器的用途、构造和分类变压器是基于电磁感应原理而制成的静止的电器设备用途 变电压，变电流，变阻抗构造 心式和壳式两种心式变压器 壳式变压器分类 单相，三相，多相； 升压，降压；
仪用电压、电流互感器；
焊接变压器，自藕变压器。 #
有两个绕组 也有两个绕组第四节 单相变压器
8-4 二、变压器的工作原理原边绕组 N1
名词介绍幅边绕组 N2
一次绕组 N1 二次绕组 N2
一次侧 二次侧均指电源侧均指负载侧什么是 变压器任载运行？
什么是 变压器空载运行？
u~
u~ Z2
Z2
s
一次侧接电源二次侧负载开路一次侧接电源二次侧接负载
8-4 二、变压器的工作原理变压器空载运行
u~ Z2
sI0
空载电流
U1 U20
此时的变压器相当于交流铁心线圈
mLm NfIRIjXNfU 1010111 44.444.4
mNfU 220 44.4?
2
1
20
1
N
N
U
U? k?
变比
20U
二次侧额定电压空载运行的结论：
kNNUU
2
1
20
1
原幅边之比等于原幅边匝数之比，等于常数 k
这就是变压器的 变电压作用
u~ Z2
变压器任载运行
U1
I1
U2
I2?
两边绕组中通过的磁通是相同的
8-4
只要 U1不变，主磁通就不应该变，所以有：
01221 INININ
磁动势平衡方程式有载时原边磁动势分为两部分
1,产生主磁通 （励磁分量） I0
2,用来补偿 I2N2（负载分量 I2）,又称 去磁一般 I0 很小，小型变压器只有 2 ~ 3%，大的不过 10%，
当略去 I0N1 后有：
kN
N
I
I 1
1
2
2
1
变电流作用任载运行结论：
kN
N
I
I 1
1
2
2
1
变电流作用任载后，电压比是否还等于变比 k?
mNfUU?2202 44.4
mNfU?11 44.4
kNNUU
2
1
2
1
kNNUU
2
1
2
1
变电压作用还有一个作用是变阻抗幅边 Z2
原边 Z1
1
11
I
UZ?
2
22
I
UZ?
22
11
2
1
/
/
IU
IU
Z
Z?
2k?
变阻抗作用
2
2
1 k
Z
Z?
或
221 ZkZ?
8-4 二、变压器的工作原理空载运行结论：
kNNUU
2
1
20
1
任载运行结论：
kN
N
I
I 1
1
2
2
1
变电流作用
kNNUU
2
1
2
1
变电压作用变阻抗作用
2
2
1 k
Z
Z?
或
221 ZkZ?
总结变压器的外特性和额定值
2,额定值 一般变压器的额定值在其名牌上给出。
额定电压额定电流额定容量额定频率一次额定电压 U1N 正常时一次绕组所加电压的有效值。
二次额定电压 U2N 一次电压为 U1N时，变压器空载时对应二次侧的空载电压有效值，即 U20= U2N
一次额定电流 I1N 一次绕组加额定电压，正常工作时一次绕组允许长期通过的最大电流有效值。
二次额定电流 I2N 一次绕组加额定电压，正常工作时二次绕组允许长期通过的最大电流有效值。
指二次侧的输出额定视在功率 即：
NNN IUS 22?
额定频率 50HZ
8-4
三、变压器的外特性和额定值
1,外特性电压保持不变，变压器任载后，由于一、二次侧均有电流通过，必然在一次侧、二次侧内阻抗上产生电压降，从而使二次电压随负载电流增加变小。称
)( 22 IfU?
曲线为变压器的外特性。
2I
2U
1c o s 2
1c o s 2
变压器外特性电压调整率
%100%
20
220
U
UUU
满载时电压空载电压一般在 5%以内
8-4
四、变压器的损耗和效率 8-4
变压器损耗 △ p 分铁损 △ pFe 和铜损 △ pCu
1,铁损是交变的主磁通在铁心中产生磁滞损耗△ ph和涡流损耗△ pe之和又称为固定损耗
2,铜损 又称为可变损耗变压器一次侧、二次侧均有电阻，当有电流通过时，产生损耗
3,效率 一次侧输入功率 p1,二次侧输出功率 p2,效率为 η
△ p = △ pFe +△ pCu
%100
2
2
1
2?
pp
p
p
p?
小型变压器的效率为 70~85%，大型变压器效率可达 98%
第八章结束课后练习第八章习题解答
8-1 在电压相等的情况下，交流铁心线圈误接到直流电源上会怎样？直流铁心线圈误接到交流电源上又会怎样？
解,交流铁心线圈的等效电路为
i
u
L
R
Z
UI?
电流为误接直流电源后，电路为
I
U R
R
UI?
电流为结论：线圈电流增加，烧坏线圈。
直流铁心线圈误接到交流电源上 会怎样？
铁心发热！
#
8-3 交流铁心线圈在下面情况下，其磁感应强度和线圈中电流 怎样变化？
解：
1）电源电压大小和频率不变，线圈匝数增加
#
i
N
φ
交流铁心线圈
u
电压平衡方程式
mNfU?44.4?
N B I
2）电源电压大小不变，频率减小。f?BI
3）电源电压不变，铁心截面减小。s?B
I
SB /
S
l
NI
不变?
4）电源电压不变，铁心气隙增加。
mR
B
I
不变?
S
l
NI
5）电源电压增大，其它不变。
B?I
8-18 一台容量 的照明变压器，它的电压为
6600V/220V，问它能正常供应 220V,40W的白炽灯多少盏？
能供应,电压 220V，功率 40W的日光灯多少盏？6.0c os
k V AS N 20?
解：
2
1 P
Sn N?
40
2 0 0 0 0? 盏500?
6.0/22 P
Sn N?
6.0/40
2 0 0 0 0? 盏300?
#
或 变压器可供出总电流：
U
S NI?
总每只灯的电流：
UPI?灯灯总
I
In?
1
铁心线圈衔铁直流电磁铁通电演示返回衔铁的吸合应是瞬间完成
#
通电演示铁心 线圈 衔铁关于磁滞当外电场 H值作正负变化使铁磁材料反复磁化过程中,B
的变化总是落后于 H的变化。铁磁材料反复磁化后，得到近似对称原点的闭合曲线，叫 磁滞回线 。
不同的磁性材料，其磁滞回线形状不同
H
B
H
B
软磁材料
H
B
硬磁材料
#
返回返回返回返回箱式变压器 -------简称：箱变
#
第八章 铁心线圈与变压器本章介绍的基本物理量、基本定律以及磁性材料的磁性能。
在此基础上重点讨论铁心线圈电路和变压器。
第一节 磁路的基本概念和定律电动机、继电器、电磁铁及变压器等电器都是基于电磁耦合的原理工作的，我们已经学过了电路，现在再来研究磁路。
一、磁场的基本物理量
1.磁通 φ 2.磁感应强度 B
3.磁场强度 H 4.导磁系数 μ
#
8-1
一、磁场的基本物理量垂直穿过某一面积 S 的磁力线的总根数。 韦伯 wb
穿过单位面积的磁力线根数。 特斯拉 T wb/m2
磁场中某点的 B 与该点的磁导率 μ的比值。
BSB S 或
HBH B 或
1.磁通 φ
2.磁感应强度 B
3.磁场强度 H
4.导磁系数 μ
0?
r
0?
描述导磁能力大小的物理量。通常使用相对导磁系数
r?
无量纲 真空导磁系数第一节 磁路的基本概念和定律安 /米,A/m,A/cm
#
8-1
磁动势第一节 磁路的基本概念和定律二、磁路的基本定律 安培环路定律 磁路欧姆定律与电路类似，磁路也有各种定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律安培环路定律
IH d l
沿任一闭合路径,H 的线积分等于包围在这闭合路径内各电流的代数和若磁场均匀则有
NIHl?
磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律无分支磁路平均长 l线圈 N 匝
I
N
磁通 Φ
导磁系数 μ
截面积 S
根据
SB
BH
NIHl
/
/
得
S
l
NI
磁路欧姆定律 磁阻 Rm
基尔霍夫定律
#
8-1
二、磁路的基本定律 安培环路定律 磁路欧姆定律 基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律有分支磁路
I1
N1
I2
N2
φ1 φ2
φ3
1,磁路的基尔霍夫磁通定律在节点 A 处
A
φ 1+φ2 -φ3=0
2,磁路的基尔霍夫磁压降定律任一闭合回路中均有：
NIR m?
或
NIHl
磁压降的代数和等于磁动势的代数和 #
8-1
I
N
H（ I）
B（ φ） μ
μ
a
b
c B
铁磁材料 B-H,μ-H 曲线从曲线上能明显看出,μ不是常数导磁性 工程上利用它来使磁通尽量地约束在有限的范围内，提高电磁设备的利用率，
一般使用 B-H曲线的 ab 段。
磁滞 B的变化滞后于 H的变化如曲线的 oa段
o
磁饱和 当 H 达到一定程度,B 不再随 H 而增加，此为磁饱和。
如曲线的 cs段。
s
若对铁心线圈而言，磁饱和意为当电流 I增加到一定程度,φ不再随之增加。
关于磁滞 祥看请点击 #
三、磁性材料的磁性能8-1
8-1 几点说明：
1,磁阻 Rm 的大小取决于磁路的尺寸和材料的磁导率。
S
lR
m
2,很大，但不是常数，因此 也不是常数。所以磁路欧姆定律不能用来进行定量计算，只用做定性分析。
通常磁路计算应用磁路基尔霍夫定律。
mR
3,磁路和电路有相似之处，但却有本质的区别。
祥见教材 P149
#
第二节第二节 直流铁心线圈与直流电磁铁一、直流铁心线圈 （磁路计算略）
二、直流电磁铁
1,构成铁心铁心线圈线圈 衔铁衔铁
8-2
2,工作原理通电的铁心线圈对衔铁会产生吸力请看通电演示
3,吸力
NIILIW IN 21221221
磁动势主要降在空气隙上
0210021021
0
20
0
0 SSBH BB ）（
dSdWFd B 021
0
2
0
NSBSBF 5020020810 1047
磁动势
#
电磁铁应用？
直流电磁铁的特点8-2
1,励磁电流是由励磁线圈的外加电压 U和线圈电阻 R决定的
R
UI?
2,无磁滞和涡流损耗，铁心可以使用整块的铸钢、软铁。
电流是恒定的，无感应电动势产生。
3,吸合后电磁力比吸合前大得多，但励磁电流不变。
（因磁动势 NI 不变，磁阻 Rm ↓→B ↑,所以吸力 F↑）
1,电流恒定，无感应电动势产生。
2,无磁滞和涡流损耗，可使用整块铁心
3,吸合后，励磁电流不变,F↑↑ #
第三节 交流铁心线圈与交流电磁铁8-3
一、交流铁心线圈的损耗
P = △ PCU + △ Ph + △ Pe总损耗铜损 涡流损耗铁损磁滞损耗铜损△ PCU 线圈电阻上的损耗 △ PCU =I 2R
磁滞损耗 其大小与铁心材料反复磁化后的磁滞回线面积成正比涡流损耗 交变磁通穿过铁心时，铁心既导磁又导电,因铁心在交变磁通作用下产生感应电动势,从而在垂直于磁通方向的铁心平面内产生旋涡状的感应电流，叫涡流。
涡流在铁心内电阻上产生的损耗称 涡流损耗 。
减小涡流损耗的办法 增大涡流通路的电阻即用薄的材料叠成铁心减小磁滞损耗的办法 铁心尽量采用软磁材料 #
8-3 二、电压平衡方程式
i
N
φ
φL
交流铁心线圈大部分经铁心闭合线圈中磁通产生 e
e
主磁通少部分经空气闭合 产生 eL
漏磁通e
L
u
线圈电阻上压降为 iR 根据 KVL得：
iReeu L
或
RIEEU L
电压平衡方程式
tm s i n?
dt
dNe
mE
#
)90s i n ( tN m
)90s i n (2 tNf m
iReeu L
)90s i n(2 tfNe m
mE
#
8-3 二、电压平衡方程式有效值
mm fNfNE 44.42/2
忽略了漏磁感应电动势 和线圈内阻压降 后，方程变为：
Le iR
eu
或
mfNEU?44.4
mfNU?44.4?
重要结论外加电压不变时，交流铁心线圈的铁心内主磁通最大值几乎是不变的。这是分析变压器和交流电动机时的重要概念。
8-3 三、交流电磁铁 铁心线圈衔铁交流电磁铁也是一种电磁器件，结构形式与直流电磁铁类似。在工业部门应用极为广泛。如冶金工业中用于提放钢材的电磁吊车；夹持工件的电磁工作台；传递动力的电磁离合器；液压传动中的电磁阀；交流接触器及接触器等。
铁心中的磁通是交变的，空气隙处的磁感应强度为：
tBB m?s i n0?
吸力
5022520 10s i n4104 tSBSBf m?
)2c o s1(21 tF m
5
00
21 102 SBf d tF T
mT
#
8-3 三、交流电磁铁
5
00
21 102 SBf d tF T
mT
)2c o s1(21 tFf m
瞬时值 有效值显然 f 是交变的，存在过零值。会出现吸合不牢的现象。
通常在尾端留一切口，套上铜环（或称磁环），铜环产生的感应电流阻碍 φ的变化，致使穿过铜环的 φ与其它 φ存在一相位差，结果产生两个相位不同的电磁吸力，平均后，不再有过零点。 见教材 P156
交流电磁铁特点
1,吸力是交变的，铁心需加分磁环。
2,励磁电流吸合前大，吸合后减小。前后吸力不变
3,铁心和衔铁均由硅钢片叠成，为减小铁损。
#
交、直流电磁铁的特点8-3
1,电流恒定，无感应电动势产生。
2,无磁滞和涡流损耗，可使用整块铁心
3,吸合后，励磁电流不变,F↑↑
#
交流电磁铁特点
1,吸力是交变的，铁心需加分磁环。
2,励磁电流吸合前大，吸合后减小。前后吸力不变
3,铁心和衔铁均由硅钢片叠成，为减小铁损。
直流电磁铁特点
8-4
一、变压器的用途、构造和分类变压器是基于电磁感应原理而制成的静止的电器设备用途 变电压，变电流，变阻抗构造 心式和壳式两种心式变压器 壳式变压器分类 单相，三相，多相； 升压，降压；
仪用电压、电流互感器；
焊接变压器，自藕变压器。 #
有两个绕组 也有两个绕组第四节 单相变压器
8-4 二、变压器的工作原理原边绕组 N1
名词介绍幅边绕组 N2
一次绕组 N1 二次绕组 N2
一次侧 二次侧均指电源侧均指负载侧什么是 变压器任载运行？
什么是 变压器空载运行？
u~
u~ Z2
Z2
s
一次侧接电源二次侧负载开路一次侧接电源二次侧接负载
8-4 二、变压器的工作原理变压器空载运行
u~ Z2
sI0
空载电流
U1 U20
此时的变压器相当于交流铁心线圈
mLm NfIRIjXNfU 1010111 44.444.4
mNfU 220 44.4?
2
1
20
1
N
N
U
U? k?
变比
20U
二次侧额定电压空载运行的结论：
kNNUU
2
1
20
1
原幅边之比等于原幅边匝数之比，等于常数 k
这就是变压器的 变电压作用
u~ Z2
变压器任载运行
U1
I1
U2
I2?
两边绕组中通过的磁通是相同的
8-4
只要 U1不变，主磁通就不应该变，所以有：
01221 INININ
磁动势平衡方程式有载时原边磁动势分为两部分
1,产生主磁通 （励磁分量） I0
2,用来补偿 I2N2（负载分量 I2）,又称 去磁一般 I0 很小，小型变压器只有 2 ~ 3%，大的不过 10%，
当略去 I0N1 后有：
kN
N
I
I 1
1
2
2
1
变电流作用任载运行结论：
kN
N
I
I 1
1
2
2
1
变电流作用任载后，电压比是否还等于变比 k?
mNfUU?2202 44.4
mNfU?11 44.4
kNNUU
2
1
2
1
kNNUU
2
1
2
1
变电压作用还有一个作用是变阻抗幅边 Z2
原边 Z1
1
11
I
UZ?
2
22
I
UZ?
22
11
2
1
/
/
IU
IU
Z
Z?
2k?
变阻抗作用
2
2
1 k
Z
Z?
或
221 ZkZ?
8-4 二、变压器的工作原理空载运行结论：
kNNUU
2
1
20
1
任载运行结论：
kN
N
I
I 1
1
2
2
1
变电流作用
kNNUU
2
1
2
1
变电压作用变阻抗作用
2
2
1 k
Z
Z?
或
221 ZkZ?
总结变压器的外特性和额定值
2,额定值 一般变压器的额定值在其名牌上给出。
额定电压额定电流额定容量额定频率一次额定电压 U1N 正常时一次绕组所加电压的有效值。
二次额定电压 U2N 一次电压为 U1N时，变压器空载时对应二次侧的空载电压有效值，即 U20= U2N
一次额定电流 I1N 一次绕组加额定电压，正常工作时一次绕组允许长期通过的最大电流有效值。
二次额定电流 I2N 一次绕组加额定电压，正常工作时二次绕组允许长期通过的最大电流有效值。
指二次侧的输出额定视在功率 即：
NNN IUS 22?
额定频率 50HZ
8-4
三、变压器的外特性和额定值
1,外特性电压保持不变，变压器任载后，由于一、二次侧均有电流通过，必然在一次侧、二次侧内阻抗上产生电压降，从而使二次电压随负载电流增加变小。称
)( 22 IfU?
曲线为变压器的外特性。
2I
2U
1c o s 2
1c o s 2
变压器外特性电压调整率
%100%
20
220
U
UUU
满载时电压空载电压一般在 5%以内
8-4
四、变压器的损耗和效率 8-4
变压器损耗 △ p 分铁损 △ pFe 和铜损 △ pCu
1,铁损是交变的主磁通在铁心中产生磁滞损耗△ ph和涡流损耗△ pe之和又称为固定损耗
2,铜损 又称为可变损耗变压器一次侧、二次侧均有电阻，当有电流通过时，产生损耗
3,效率 一次侧输入功率 p1,二次侧输出功率 p2,效率为 η
△ p = △ pFe +△ pCu
%100
2
2
1
2?
pp
p
p
p?
小型变压器的效率为 70~85%，大型变压器效率可达 98%
第八章结束课后练习第八章习题解答
8-1 在电压相等的情况下，交流铁心线圈误接到直流电源上会怎样？直流铁心线圈误接到交流电源上又会怎样？
解,交流铁心线圈的等效电路为
i
u
L
R
Z
UI?
电流为误接直流电源后，电路为
I
U R
R
UI?
电流为结论：线圈电流增加，烧坏线圈。
直流铁心线圈误接到交流电源上 会怎样？
铁心发热！
#
8-3 交流铁心线圈在下面情况下，其磁感应强度和线圈中电流 怎样变化？
解：
1）电源电压大小和频率不变，线圈匝数增加
#
i
N
φ
交流铁心线圈
u
电压平衡方程式
mNfU?44.4?
N B I
2）电源电压大小不变，频率减小。f?BI
3）电源电压不变，铁心截面减小。s?B
I
SB /
S
l
NI
不变?
4）电源电压不变，铁心气隙增加。
mR
B
I
不变?
S
l
NI
5）电源电压增大，其它不变。
B?I
8-18 一台容量 的照明变压器，它的电压为
6600V/220V，问它能正常供应 220V,40W的白炽灯多少盏？
能供应,电压 220V，功率 40W的日光灯多少盏？6.0c os
k V AS N 20?
解：
2
1 P
Sn N?
40
2 0 0 0 0? 盏500?
6.0/22 P
Sn N?
6.0/40
2 0 0 0 0? 盏300?
#
或 变压器可供出总电流：
U
S NI?
总每只灯的电流：
UPI?灯灯总
I
In?
1
铁心线圈衔铁直流电磁铁通电演示返回衔铁的吸合应是瞬间完成
#
通电演示铁心 线圈 衔铁关于磁滞当外电场 H值作正负变化使铁磁材料反复磁化过程中,B
的变化总是落后于 H的变化。铁磁材料反复磁化后，得到近似对称原点的闭合曲线，叫 磁滞回线 。
不同的磁性材料，其磁滞回线形状不同
H
B
H
B
软磁材料
H
B
硬磁材料
#
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