電磁場PPT課件

1、 變壓器電磁原理變壓器電磁原理小組成員：李凱龍 汪柏松 蔡金 李藝杰 羅乃業(yè) 楊紅健 白冰綜述 變壓器（變壓器（Transformer）是）是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵芯（磁芯）。圈、次級(jí)線圈和鐵芯（磁芯）。 主要功能有：電壓變換、電主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。按用途可（磁飽和變壓器）等。按用途可以分為：電力變壓器和特殊變壓以分為：電力變壓器和特殊變壓器電路符號(hào)常用器電路符號(hào)常用T當(dāng)作編號(hào)的開當(dāng)作編號(hào)的開頭頭.例例: T0

2、1, T201等。等。工作原理發(fā)展歷史電磁感應(yīng)能量傳遞發(fā)展歷史 法拉第法拉第在在1831年年8月月29日發(fā)明了一個(gè)日發(fā)明了一個(gè)“電感環(huán)電感環(huán)”，稱為，稱為“法法拉第感應(yīng)線圈拉第感應(yīng)線圈”，實(shí)際上是世界上第一只變壓器雛形。但法拉，實(shí)際上是世界上第一只變壓器雛形。但法拉第只是用它來示范電磁感應(yīng)原理，并沒有考慮過它可以有實(shí)際第只是用它來示范電磁感應(yīng)原理，并沒有考慮過它可以有實(shí)際的用途。的用途。 1881年，路森年，路森戈拉爾戈拉爾（Lucien Gaulard）和約翰）和約翰狄克狄克遜遜吉布斯吉布斯（John Dixon Gibbs）在倫敦展示一種稱為）在倫敦展示一種稱為“二次手二次手發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)”

3、的設(shè)備，然后把這項(xiàng)技術(shù)賣給了美國西屋公司，的設(shè)備，然后把這項(xiàng)技術(shù)賣給了美國西屋公司， 這可這可能是第一個(gè)實(shí)用的電力變壓器，但并不是最早的變壓器。能是第一個(gè)實(shí)用的電力變壓器，但并不是最早的變壓器。 1884年，路森年，路森戈拉爾和約翰戈拉爾和約翰狄克遜狄克遜吉布斯在采用電力照吉布斯在采用電力照明的意大利都靈市展示了他們的設(shè)備。早期變壓器采用直線型明的意大利都靈市展示了他們的設(shè)備。早期變壓器采用直線型鐵心，后來被更有效的環(huán)形鐵心取代。鐵心，后來被更有效的環(huán)形鐵心取代。 西屋公司的工程師威廉西屋公司的工程師威廉史坦雷從喬治史坦雷從喬治威斯汀豪斯、路森威斯汀豪斯、路森戈戈拉爾與約翰拉爾與約翰狄克遜狄克

4、遜吉布斯買來變壓器專利以后，在吉布斯買來變壓器專利以后，在1885年制造年制造了第一臺(tái)實(shí)用的變壓器。后來變壓器的鐵心由了第一臺(tái)實(shí)用的變壓器。后來變壓器的鐵心由E型的鐵片疊合而型的鐵片疊合而成，并于成，并于1886年開始商業(yè)運(yùn)用。年開始商業(yè)運(yùn)用。 變壓器變壓原理首先由法拉第發(fā)現(xiàn)，但是直到十九世紀(jì)變壓器變壓原理首先由法拉第發(fā)現(xiàn)，但是直到十九世紀(jì)80年年代才開始實(shí)際應(yīng)用。在發(fā)電場應(yīng)該輸出直流電和交流電的競爭中，代才開始實(shí)際應(yīng)用。在發(fā)電場應(yīng)該輸出直流電和交流電的競爭中，交流電能夠使用變壓器是其優(yōu)勢(shì)之一。變壓器可以將電能轉(zhuǎn)換成交流電能夠使用變壓器是其優(yōu)勢(shì)之一。變壓器可以將電能轉(zhuǎn)換成高電壓低電流形式，然后

5、再轉(zhuǎn)換回去，這是因?yàn)殡娔芡ㄟ^原繞組高電壓低電流形式，然后再轉(zhuǎn)換回去，這是因?yàn)殡娔芡ㄟ^原繞組產(chǎn)生交變磁場成為磁能，磁場又通過鐵芯傳導(dǎo)到副繞組，副繞組產(chǎn)生交變磁場成為磁能，磁場又通過鐵芯傳導(dǎo)到副繞組，副繞組上的線圈在交變磁場中產(chǎn)生電流，變?yōu)殡娔?，因此大大減小了電上的線圈在交變磁場中產(chǎn)生電流，變?yōu)殡娔?，因此大大減小了電能在輸送過程中的損失，使得電能的經(jīng)濟(jì)輸送距離達(dá)到更遠(yuǎn)。如能在輸送過程中的損失，使得電能的經(jīng)濟(jì)輸送距離達(dá)到更遠(yuǎn)。如此一來，發(fā)電廠就可以建在遠(yuǎn)離用電的地方。世界大多數(shù)電力經(jīng)此一來，發(fā)電廠就可以建在遠(yuǎn)離用電的地方。世界大多數(shù)電力經(jīng)過一系列的變壓最終才到達(dá)用戶那里的。過一系列的變壓最終才到達(dá)用

6、戶那里的。B工作原理 變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組，其中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組，其中接電源的繞組叫接電源的繞組叫初級(jí)線圈，其余的繞組叫次級(jí)線圈。初級(jí)線圈，其余的繞組叫次級(jí)線圈。它可以變換它可以變換交流電壓、電流和阻抗。最簡單的鐵心變壓器由交流電壓、電流和阻抗。最簡單的鐵心變壓器由一個(gè)軟磁材料做成的鐵心及套在鐵心上的兩個(gè)匝一個(gè)軟磁材料做成的鐵心及套在鐵心上的兩個(gè)匝數(shù)不等的線圈構(gòu)成，如圖所示。數(shù)不等的線圈構(gòu)成，如圖所示。 鐵芯的作用是加強(qiáng)兩個(gè)線圈間的磁耦合。為了減少鐵內(nèi)鐵芯的作用是加強(qiáng)兩個(gè)線圈間的磁耦合。為了減少鐵內(nèi)渦流和磁滯損

7、耗，鐵心由涂漆的硅鋼片疊壓而成渦流和磁滯損耗，鐵心由涂漆的硅鋼片疊壓而成;兩個(gè)線圈之兩個(gè)線圈之間沒有電的聯(lián)系，線圈由絕緣銅線（或鋁線）繞成。一個(gè)線間沒有電的聯(lián)系，線圈由絕緣銅線（或鋁線）繞成。一個(gè)線圈接交流電源稱為圈接交流電源稱為初級(jí)線圈初級(jí)線圈（或原線圈），另一個(gè)線圈接用（或原線圈），另一個(gè)線圈接用電器稱為電器稱為次級(jí)線圈次級(jí)線圈（或副線圈）。實(shí)際的變壓器是很復(fù)雜的，（或副線圈）。實(shí)際的變壓器是很復(fù)雜的，不可避免地存在不可避免地存在銅損銅損（線圈電阻發(fā)熱）、（線圈電阻發(fā)熱）、鐵損鐵損（鐵心發(fā)熱）（鐵心發(fā)熱）和和漏磁漏磁（經(jīng)空氣閉合的磁感應(yīng)線）等，為了簡化討論這里只（經(jīng)空氣閉合的磁感應(yīng)線）等，

8、為了簡化討論這里只介紹理想變壓器。理想變壓器成立的條件是：忽略漏磁通，介紹理想變壓器。理想變壓器成立的條件是：忽略漏磁通，忽略原、副線圈的電阻，忽略鐵心的損耗，忽略空載電流忽略原、副線圈的電阻，忽略鐵心的損耗，忽略空載電流（副線圈開路原線圈線圈中的電流）。（副線圈開路原線圈線圈中的電流）。電應(yīng)磁感 電磁感應(yīng)（電磁感應(yīng)（Electromagnetic induction）現(xiàn)象是指放在變化磁通）現(xiàn)象是指放在變化磁通量中的導(dǎo)體，會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。量中的導(dǎo)體，會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。此電動(dòng)此電動(dòng)勢(shì)稱為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感生電動(dòng)勢(shì)，若勢(shì)稱為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感生電動(dòng)勢(shì)，若將此導(dǎo)體閉合成一回路，則該電動(dòng)勢(shì)將此導(dǎo)體閉合成一回路，則該

9、電動(dòng)勢(shì)會(huì)驅(qū)使電子流動(dòng)，形成感應(yīng)電流（感會(huì)驅(qū)使電子流動(dòng)，形成感應(yīng)電流（感生電流）。生電流）。 而其本質(zhì)則可以追溯至麥克斯韋的電磁場理論，電場和磁而其本質(zhì)則可以追溯至麥克斯韋的電磁場理論，電場和磁場只是電磁場的兩種具體表現(xiàn)，變化的磁場可以產(chǎn)生電場，變場只是電磁場的兩種具體表現(xiàn)，變化的磁場可以產(chǎn)生電場，變化的電場亦可以產(chǎn)生磁場，而流經(jīng)初級(jí)線圈的為交變電流，從化的電場亦可以產(chǎn)生磁場，而流經(jīng)初級(jí)線圈的為交變電流，從微觀角度分析，其電荷所產(chǎn)生的電場是變化的，故將在空間中微觀角度分析，其電荷所產(chǎn)生的電場是變化的，故將在空間中對(duì)應(yīng)的激發(fā)變化的磁場，其激發(fā)的磁場通過變壓器鐵心的集磁，對(duì)應(yīng)的激發(fā)變化的磁場，其激發(fā)

10、的磁場通過變壓器鐵心的集磁，流經(jīng)次級(jí)線圈，因其磁場是變化的，又會(huì)產(chǎn)生交變的電場，使流經(jīng)次級(jí)線圈，因其磁場是變化的，又會(huì)產(chǎn)生交變的電場，使次級(jí)線圈中的自由電子受電場力作用，形成電流。次級(jí)線圈中的自由電子受電場力作用，形成電流。 談及其根本為什么會(huì)有“變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的磁場產(chǎn)生電場”這一現(xiàn)象，目前而言是無法從理論上得以推論的，這僅僅是實(shí)驗(yàn)所歸納的結(jié)論而已，我們只能根據(jù)麥克斯韋所歸納的關(guān)于電磁場的四個(gè)方程式，來得以定量的計(jì)算。 但事實(shí)上，到目前為止，我們并不能確切的知道“場“到底是一種什么樣的物質(zhì)，雖然我們通過大量的實(shí)驗(yàn)可以得到一些關(guān)于物體在場中相互作用的規(guī)律，但歸咎其根本，卻仍然無從得知，

11、包括整個(gè)場（電磁場，力場）等的運(yùn)作方式及其原理，我們都無從得知。 雖然如此，但我們卻仍然可以通過實(shí)驗(yàn)得來的結(jié)論與積累的經(jīng)驗(yàn)對(duì)這些規(guī)律進(jìn)行應(yīng)用，并以此來優(yōu)化我們的生活，如變壓器的構(gòu)造，則是對(duì)電磁場加以應(yīng)用的一個(gè)例子。以下為麥克斯韋方程組的積分形式閉合面積分閉合回路積分213 當(dāng)變壓器的原線圈接在交流電源上時(shí)，當(dāng)變壓器的原線圈接在交流電源上時(shí)，鐵心中便產(chǎn)生交變磁通，交變磁通用鐵心中便產(chǎn)生交變磁通，交變磁通用表示。原、副線圈中的表示。原、副線圈中的是相同的是相同的，由，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，原、副線圈法拉第電磁感應(yīng)定律可知，原、副線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e1=-N1d/dt、e2=-

12、N2d/dt。式中式中N1、N2為原、副線圈為原、副線圈的匝數(shù)。的匝數(shù)。由圖可知由圖可知U1=-e1、U2=e2（原線圈物理量用下角標(biāo)（原線圈物理量用下角標(biāo)1表示，副線表示，副線圈物理量用下角標(biāo)圈物理量用下角標(biāo)2表示）表示）令令k=N1/N2，稱變壓器的變比。由上式可得稱變壓器的變比。由上式可得U1/ U2=-N1/N2=-k，即變壓器原、副線圈電壓，即變壓器原、副線圈電壓有效值之比，等于其匝數(shù)比而且有效值之比，等于其匝數(shù)比而且原、副原、副線圈電壓的位相差為線圈電壓的位相差為。進(jìn)而得出：進(jìn)而得出：U1/U2=N1/N2 在空載電流可以忽略的情況在空載電流可以忽略的情況下，由于功率守恒有下，由于功率守恒有I1/ I2=-N2/N1，即原、副線圈電流有效，即原、副線圈電流有效值大小與其匝數(shù)成反比，且值大小與其匝數(shù)成反比，且相位相位差差。進(jìn)而可得：。進(jìn)而可得：I1/ I2=N2/N1能量傳遞 在變壓器中存在著在變壓器中存在著磁勢(shì)平衡磁勢(shì)平衡和和電勢(shì)平衡電勢(shì)平衡連個(gè)基本關(guān)系，負(fù)載變化連個(gè)基本關(guān)系，負(fù)載變化對(duì)原邊的影響是通過副邊磁勢(shì)起作對(duì)原邊的影