第五章磁路與變壓器

第五章磁路與變壓器在前面幾章中已討論過(guò)分析與計(jì)算各種電路的基本定律和基本方法。電路是電工學(xué)課程所研究的基本對(duì)象，用較多時(shí)間來(lái)討論電路的基本理論是完全必要的。但是在很多電工設(shè)備（像電機(jī)、變壓器、電磁鐵、電工測(cè)量?jī)x表以及其他各種鐵磁元件）中，不僅有電路的問(wèn)題，同時(shí)還有磁路的問(wèn)題。只有同時(shí)掌握了電路和磁路的基本理論，才能對(duì)各種電工設(shè)備作全面的分析。磁路問(wèn)題與磁場(chǎng)和磁介質(zhì)有關(guān)，但磁場(chǎng)往往與電流相關(guān)聯(lián)，所以本章將研究磁路和電路的關(guān)系及磁和電的關(guān)系。本章討論對(duì)象將以變壓器為主，重點(diǎn)研究其電磁特性，為以后研究電動(dòng)機(jī)的基本特性作基礎(chǔ)。9/22/20231任務(wù)1：磁路

磁感應(yīng)強(qiáng)度B

是表示磁場(chǎng)空間某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。它是矢量。磁場(chǎng)對(duì)電流(或運(yùn)動(dòng)電荷)有作用，而電流(或運(yùn)動(dòng)電荷)也將產(chǎn)生磁場(chǎng)。返回電流(或運(yùn)動(dòng)電荷)電流(或運(yùn)動(dòng)電荷)磁場(chǎng)

活動(dòng)1：磁路的基本物理量1.磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)磁場(chǎng)特性的描述，已在高中物理中進(jìn)行了詳盡的討論。這里將對(duì)幾個(gè)基本物理量做以下復(fù)述。9/22/20232磁感應(yīng)強(qiáng)度B

的大小及方向：電流強(qiáng)度為I

長(zhǎng)度為l

的電流元，在磁場(chǎng)中將受到磁力的作用。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，力的大小不僅與電流元I·l

的大小有關(guān)，還與其方向有關(guān)。當(dāng)l

的方向與B

的方向垂直時(shí)電流元受力為最大F=Fmax，此時(shí)規(guī)定，磁場(chǎng)的大小B的單位為特斯拉(T)返回9/22/20233磁場(chǎng)的方向，由三個(gè)矢量成右螺旋定則的關(guān)系來(lái)定義。返回9/22/202342.磁通返回如果是均勻磁場(chǎng)，即磁場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向均相同，且與面積S

垂直，則該面積上的磁通為或故又可稱磁感應(yīng)強(qiáng)度的數(shù)值為磁通密度。磁感應(yīng)強(qiáng)度B

在面積S

上的通量積分稱為磁通9/22/20235磁通的單位是韋伯(Wb)，在工程中常用電磁制單位麥克斯韋(Mx)，兩者關(guān)系為根據(jù)電磁感應(yīng)公式磁通的單位為伏·秒(V·s)，由此，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位也可表示為韋伯每平方米(Wb/m2)。如果用磁力線描述磁場(chǎng)，磁力線的密度就反映了磁場(chǎng)的大小。通過(guò)某一面積的磁力線總數(shù)應(yīng)表示通過(guò)該面積的磁通的大小。由于磁通的連續(xù)性，磁力線是閉合的空間曲線。返回9/22/202363.磁場(chǎng)強(qiáng)度返回磁場(chǎng)強(qiáng)度H是計(jì)算磁場(chǎng)時(shí)常用的物理量，它也是矢量。它與磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量的關(guān)系為工程上常根據(jù)安培環(huán)路定律來(lái)確定磁場(chǎng)與電流的關(guān)系上式左側(cè)為磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量沿閉合回線的線積分；右側(cè)是穿過(guò)由閉合回線所圍面積的電流的代數(shù)和。電流的正負(fù)規(guī)定為：閉合回線的圍繞方向與電流成右螺旋定則時(shí)為正，反之為負(fù)。9/22/20237以環(huán)形線圈為例，計(jì)算線圈內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。xI

SHx線圈內(nèi)為均勻媒質(zhì)，取磁力線作為閉合回線，且以磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向?yàn)榛鼐€的繞行方向。于是而其中N為線圈的匝數(shù)；Hx

是半徑為x處的磁場(chǎng)強(qiáng)度。乘積IN是產(chǎn)生磁通的原因，稱為磁動(dòng)勢(shì)，用F

表示。單位是安培返回9/22/202384.磁導(dǎo)率返回磁導(dǎo)率μ是表示磁場(chǎng)空間媒質(zhì)磁性質(zhì)的物理量，也就是用來(lái)衡量物質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量。它與磁場(chǎng)強(qiáng)度的乘積就等于磁感應(yīng)強(qiáng)度，即前面已導(dǎo)出環(huán)形線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)內(nèi)某一點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H只與電流大小、線圈匝數(shù)以及該點(diǎn)的幾何位置有關(guān)，而與磁場(chǎng)媒質(zhì)的磁性無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)在一定電流值下，同一點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度不因磁場(chǎng)媒質(zhì)的不同而有異。但磁感應(yīng)強(qiáng)度是磁場(chǎng)媒質(zhì)的磁性有關(guān)的?？傻么鸥袘?yīng)強(qiáng)度B為9/22/20239磁導(dǎo)率的單位真空磁導(dǎo)率μ0：實(shí)驗(yàn)測(cè)得，真空的磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率：某種物質(zhì)的磁導(dǎo)率μr與真空磁導(dǎo)率μ0的比值稱為相對(duì)磁導(dǎo)率，用μr表示。上式說(shuō)明，在同樣電流的情況下，磁場(chǎng)空間某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與該點(diǎn)媒質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)，若媒質(zhì)的磁導(dǎo)率為μ，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B

將是真空中磁感應(yīng)強(qiáng)度的μr倍。返回9/22/202310自然界的所有物質(zhì)可根據(jù)磁導(dǎo)率的大小，大體上可分為磁性材料和非磁性材料兩大類。非磁性材料的相對(duì)磁導(dǎo)率為常數(shù)且接近于1；磁性材料的相對(duì)磁導(dǎo)率則很大。返回9/22/202311活動(dòng)2.磁場(chǎng)的基本定律

1.磁路的歐姆定律為了使勵(lì)磁電流產(chǎn)生盡可能大的磁通，在電磁設(shè)備或電磁元件中要放置一定形狀的鐵心。絕大部分磁通將通過(guò)鐵心形成閉合路徑——磁路。

圖示為交流接觸器的磁路，磁通經(jīng)過(guò)鐵心和空氣隙而閉合。得出或9/22/202312Rm

稱為磁阻是磁路對(duì)磁通具有阻礙作用的物理量；l為磁路的平均長(zhǎng)度；S為磁路的截面積。上式與電路中的歐姆定律在形式上相似，與磁路對(duì)照如下：磁路電路磁動(dòng)勢(shì)

F磁通

Φ磁阻R=l/S電動(dòng)勢(shì)E電流

I電阻

R=l/γSNI

+–EIR式中：F=IN稱為磁動(dòng)勢(shì)，此為產(chǎn)生磁通的激勵(lì)返回9/22/202313磁路的計(jì)算或若磁路不均勻，由不同材料構(gòu)成，則磁路的磁阻應(yīng)由不同的幾段串聯(lián)而成，即I

0S0S1

1l1S1

2l2S2右圖所示繼電器的磁路就是由三段串聯(lián)計(jì)算磁路問(wèn)題時(shí)，可以應(yīng)用上面介紹的磁路歐姆定律，但由于磁路的磁導(dǎo)率μ不是常數(shù)(隨勵(lì)磁電流而變)，往往要借助于磁場(chǎng)強(qiáng)度H這個(gè)物理量。9/22/202314氣隙中的磁場(chǎng)強(qiáng)度H0I

0S0S1

1l1S1

2l2S2然后計(jì)算各段磁路的磁壓降Hl，進(jìn)而求出磁路的磁動(dòng)勢(shì)，應(yīng)用磁路歐姆定律對(duì)磁路進(jìn)行分析。B0的單位為特斯拉，若用高斯為單位，則返回9/22/202315例I

lS試求：(1)鐵心材料為鑄鐵時(shí)線圈中的電流；(2)鐵心材料為硅鋼片時(shí)線圈中的電流。解：先從磁化曲線中查出磁場(chǎng)強(qiáng)度的H值，然后再計(jì)算電流。(1)H1=9000A/m，(2)H2=260A/m，可見(jiàn)由于所用鐵心材料不同，要得到相同的磁感應(yīng)強(qiáng)度，則所需要的磁動(dòng)勢(shì)或勵(lì)磁電流是不同的。因此，采用高磁導(dǎo)率的鐵心材料可使線圈的用銅量大為降低。一均勻閉合鐵心線圈，匝數(shù)為300，鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.9T，磁路的平均長(zhǎng)度為45cm,返回9/22/202316交流鐵心線圈電路2．交流鐵心線圈電路鐵心線圈分為兩種：1．直流鐵心線圈電路直流鐵心線圈通直流來(lái)勵(lì)磁（如直流電機(jī)的勵(lì)磁線圈、電磁吸盤及各種直流電器的線圈）。因?yàn)閯?lì)磁是直流，則產(chǎn)生的磁通是恒定的，在線圈和鐵心中不會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)來(lái)，在一定的電壓U下，線圈電流I只與線圈的R有關(guān)，P也只與I2R有關(guān)，所以分析直流鐵心線圈比較簡(jiǎn)單。本課不討論。

交流鐵心線圈通交流來(lái)勵(lì)磁（如交流電機(jī)、變壓器及各種交流電器的線圈）。其電壓、電流等關(guān)系與直流不同，下面我們就來(lái)討論之。返回9/22/2023171.電磁關(guān)系磁動(dòng)勢(shì)F=iN產(chǎn)生的磁通絕大多數(shù)通過(guò)鐵心而閉合，這部分磁通稱為工作磁通Φ

。ΦσΦueeσiN鐵心如圖所示，如果在鐵心上繞有N匝線圈，并在線圈兩端加上電壓u，則在線圈中就會(huì)產(chǎn)生電流

i，此外還有一少部分通過(guò)空氣等非磁性材料而閉合，這部分磁通稱為漏磁通，用Φσ表示。這兩個(gè)磁通在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e和eσ。e為主磁電動(dòng)勢(shì)，eσ為漏磁電動(dòng)勢(shì)。返回9/22/202318ΦσΦueeσiN這個(gè)電磁關(guān)系可表示如下：式中Nφσ=Lσi中的Lσ為常數(shù)，稱為漏電感，而i與φ不存在線性關(guān)系，即L不是常數(shù)。因此，鐵心線圈是一個(gè)非線性的電感元件。Φ與i和L的關(guān)系如圖所示。0Φ、LiΦL9/22/202319ΦσΦueeσiN2.電壓與電流的關(guān)系據(jù)KVL有：當(dāng)為正弦時(shí)，伏上式中的各量可視作正弦量，于是上式可用相量表示：返回9/22/202320式中Xσ為漏磁感抗，R為線圈的電阻。相量表示式：設(shè)則式中：返回9/22/202321注意：Φm無(wú)有效值；大寫Φ為瞬時(shí)值。有效值為：由于R和Xσ很小，∴UR和Uσ與U/相比可忽略Bm為鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值。S為鐵心面積即返回9/22/2023223.功率損耗2．鐵損1．銅損①磁滯損耗①磁滯損耗②渦流損耗在交流鐵心線圈中，功率損耗由兩部分組成：在交變磁場(chǎng)中，鐵磁材料要反復(fù)磁化，就產(chǎn)生了類似摩擦發(fā)熱的能量損耗，我們稱之為磁滯損耗。可以證明，交變磁化一周在鐵心的單位體積內(nèi)所產(chǎn)生的磁滯損耗能量與磁滯回線所包圍的面積成正比。這里有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式：返回9/22/202323磁滯損耗要引起鐵心發(fā)熱。為了減小磁滯損耗，應(yīng)選用磁滯回線狹小的磁性材料制造鐵心。硅鋼就是變壓器和電機(jī)中常用的鐵心材料，其磁滯損耗較小。這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式。

n的取值范圍在1.5到2.5之間，一般取2。從上式可以看出，磁滯損耗與磁感應(yīng)強(qiáng)度的平方成正比，也與頻率和鐵心的體積成正比。返回9/22/202324②渦流損耗由渦流所產(chǎn)生的鐵損稱為渦流損耗△Peφi當(dāng)線圈中通有交流電時(shí)，它所產(chǎn)生的磁通也是交變的。因此，不僅要在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而且在鐵心內(nèi)也要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流。這種感應(yīng)電流稱為渦流，它在垂直于磁通方向的平面內(nèi)環(huán)流著。返回9/22/202325渦流損耗也要引起鐵心發(fā)熱。為了減小渦流損耗，在順磁場(chǎng)方向鐵心可由彼此絕緣的硅鋼疊成，這樣就可以限制渦流只能在較小的截面內(nèi)流通。此外，通常所用的硅鋼片中含有少量的硅（0.8~4.8%），因而電阻率較大，這也可以使渦流減小。由此可見(jiàn)所以，在鐵心線圈電路中Bm不能取的太大。（為什么）一般取0.8-1.2T。在交流磁通的作用下，鐵心內(nèi)的這兩種損耗合稱鐵損△PFe。鐵損差不多與鐵心內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值Bm

的平方成正比，故Bm

不宜選得過(guò)大。返回9/22/202326渦流有有害的一面，但在另外一些場(chǎng)合下也有有利的一面。對(duì)其有害的一面應(yīng)盡可能地加以限制，而對(duì)其有利的一面則應(yīng)充分地加以利用。例如，利用渦流的熱效應(yīng)來(lái)冶煉金屬，利用渦流和磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生電磁力的原理來(lái)制造感應(yīng)式儀器、滑差電機(jī)及渦流測(cè)距器等。又因?yàn)楫?dāng)U一定時(shí)，為什么N不能太??？從上述可知，鐵心線圈交流電路的有功功率為P=UIcos=I2R+△PFe返回9/22/2023274.等效電路鐵心線圈交流電路也可用等效電路進(jìn)行分析，所謂等效電路，就是用一個(gè)不含鐵心的交流電路來(lái)等效代替它。返回φiiuRXσuσuRu/R0X0等效的條件是：在同樣電壓作用下，功率、電流及各量之間的相位關(guān)系保持不變[注意：鐵心線圈中的非正弦周期電流已用等效正弦電流代替]。這樣就使磁路計(jì)算的問(wèn)題簡(jiǎn)化為電路計(jì)算的問(wèn)題了。9/22/202328先把鐵心線圈的電阻R和感抗Xσ劃出，剩下的就成為一個(gè)沒(méi)有電阻和漏磁通的理想鐵心線圈電路。返回4.等效電路φiuRXσuσuRu/但鐵心中仍有能量的損耗和能量的儲(chǔ)放。因此可將這個(gè)理想的鐵心線圈交流電路用具有電阻R0和感抗X0的一段電路來(lái)等效代替。其電路如圖所示。9/22/202329iuRXσuσuRu/R0X0其中電阻R0是和鐵心中能量損耗（鐵損）相應(yīng)的等效電阻，其值為感抗X0是和鐵心中能量的儲(chǔ)放（與電源發(fā)生能量互換）相應(yīng)的等效感抗，其值為等效電路的阻抗模為返回φiuRXσuσuRu/9/22/202330例：有一交流鐵心線圈，電源電壓U=220V，電路中電流I=4A，功率表讀數(shù)P=100W，頻率f=50Hz,漏磁通和線圈上的電壓降可忽略不計(jì)，

試求（1）鐵心線圈的功率因數(shù)（2）鐵心線圈的等效電阻和感抗

解：（1）（2）鐵心線圈的等效阻抗為等效電阻和感抗分別為返回9/22/202331例題：要繞制一個(gè)鐵心線圈，已知電源電壓U=220V，頻率f=50Hz,今量得鐵心截面為30.2cm2，鐵心由硅鋼片疊成，設(shè)疊片間隙系數(shù)為0.91（一般取0.9-0.93）。（1）如取Bm=1.2T,問(wèn)線圈匝數(shù)應(yīng)為多少？（2）如磁路平均長(zhǎng)度為60cm，問(wèn)勵(lì)磁電流應(yīng)為多大？解：鐵心的有效面積為S=30.2×0.91=27.5cm2(1)線圈匝數(shù)可根據(jù)求出（2）從圖7.2.5中可查出，當(dāng)Bm=1.2T時(shí)，Hm=700A/m，所以返回9/22/202332返回9/22/202333任務(wù)2變壓器一、變壓器的用途變壓器是一種常見(jiàn)的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應(yīng)用廣泛。

在電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)出口電壓一般不太高，因此無(wú)法將電能輸送到遠(yuǎn)處。利用變壓器變換電壓的作用，將發(fā)電機(jī)出口電壓升高，就可達(dá)到向遠(yuǎn)距離輸送電能的目的。用戶不能直接使用傳輸?shù)母邏弘?。必須利用電力變壓器將高壓變換為低壓配電值，滿足各類用戶對(duì)不同電壓的需求。在電力系統(tǒng)中，傳輸電能的變壓器稱為電力變壓器。電力變壓器對(duì)電能的經(jīng)濟(jì)傳輸，合理分配和安全使用也都具有十分重要的意義。9/22/202334訊號(hào)式溫度計(jì)吸濕計(jì)儲(chǔ)油柜安全氣道油表氣體繼電器高壓套管低壓套管分接開關(guān)油箱鐵芯繞組放油閥門老式電力變壓器的結(jié)構(gòu)圖9/22/202335新式電力變壓器的結(jié)構(gòu)圖9/22/202336在電子線路中常常需要一種或幾種不同電壓的交流電，因此變壓器作為電源變壓器將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為所需的各種電壓。除電源變壓器外，變壓器還用來(lái)耦合電路，傳遞信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。此外，尚有自耦變壓器、互感器及各種專用變壓器。變壓器的種類很多，但是它們的基本構(gòu)造和工作原理是相同的。二、變壓器的結(jié)構(gòu)均由鐵心和線圈組成。按線圈套裝鐵心的情況不同，分為心式和殼式兩種。變壓器返回9/22/202337三、變壓器的工作原理的分析方法：1．一種是把變壓器看作互感耦合電路的耦合電路分析法（在許多書中采用）2．一種是把磁通分成主磁通和漏磁通的所謂主磁通分析法。即我們要學(xué)的分析方法，一般電機(jī)學(xué)中采用此方法。變壓器返回9/22/202338活動(dòng)1：變壓器的工作原理變壓器一般是有兩部分組成1、閉合鐵心2、繞組u1N1N2u2為了便于分析，我們將高壓繞組和低壓繞組分別畫在兩邊。與電源相聯(lián)的稱為原繞組（或稱初級(jí)繞組、一次繞組）；與負(fù)載相聯(lián)的稱為副繞組（或稱次級(jí)繞組、二次繞組）。原、副繞組的匝數(shù)分別為N1和N2。返回下面我們就來(lái)討論變壓器的工作原理。9/22/202339u1Φσ1e1eσ1i1ΦN1u2e2eσ2i2|Z|N2當(dāng)原繞組接上電壓u1時(shí)，原繞組中便有電流i1通過(guò)。原繞組的磁動(dòng)勢(shì)i1N1產(chǎn)生的磁通絕大部分通過(guò)鐵心而閉合，從而在副繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。如果副繞組接有負(fù)載，那么副繞組中就有電流i2通過(guò)。副繞組的磁動(dòng)勢(shì)i2N2也產(chǎn)生磁通，其絕大部分也通過(guò)鐵心而閉合。因此，鐵心中的磁通是一個(gè)由原、副繞組的磁動(dòng)勢(shì)共同產(chǎn)生的合成磁通，它稱為主磁通，用Φ表示。主磁通穿過(guò)原繞組和副繞組而在其中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)分別為e1和e2。此外，原、副繞組的磁動(dòng)勢(shì)還分別產(chǎn)生漏磁通Φσ1和Φσ2（僅與本繞組相鏈），從而在各自的繞組中分別產(chǎn)生漏磁電動(dòng)勢(shì)eσ1和eσ2.返回Φσ29/22/202340u1e1eσ1i1N1u2e2eσ2i2|Z|N21、電壓變換據(jù)KVL可得：如用相量表示可得：返回9/22/202341電壓變換式中：和分別為原繞組的電阻和感抗由于原繞組的電阻和感抗較小，因而它們兩端的電壓降也較小，與主磁電動(dòng)勢(shì)比較起來(lái)，可以忽略不計(jì)。于是電動(dòng)勢(shì)的有效值為返回9/22/202342同理可得如用相量表示可得：式中：和分別為副繞組的電阻和感抗為副繞組的端電壓電動(dòng)勢(shì)的有效值為返回電壓變換9/22/202343在變壓器空載時(shí)，I2=0，E2=U20式中U20為空載時(shí)副繞組的端電壓原、副繞組的電壓之比為式中，K稱為變壓器的變比，亦即原、副繞組的匝數(shù)比?？梢?jiàn)，當(dāng)電源電壓一定時(shí)，只要改變?cè)褦?shù)比，就可以得出不同的輸出電壓。返回電壓變換9/22/202344在負(fù)載狀態(tài)下，由于副繞組的電阻R2和漏抗很小，其上的電壓遠(yuǎn)小于E2，仍有：9/22/202345變比在變壓器的銘牌上注明，它表示原、副繞組的額定電壓之比，例如“6000/400伏”（K=15）。這表示原繞組的額定電壓為6000V，副繞組的額定電壓為400V。所謂副繞組的額定電壓是指原繞組加上額定電壓時(shí)副繞組的空載電壓。由于變壓器有內(nèi)阻抗壓降，所以副繞組的空載電壓一般應(yīng)較滿載時(shí)的電壓高5-10%。返回電壓變換9/22/202346三相變壓器的兩種接法以及電壓的變換關(guān)系如下圖所示。9/22/2023472、電流變換由可見(jiàn)，當(dāng)電源電壓U1和頻率f不變時(shí)，E1和Φm也都近于常數(shù)。就是說(shuō)，鐵心中主磁通的最大值在變壓器空載或有負(fù)載時(shí)是差不多恒定的。因此，有負(fù)載時(shí)產(chǎn)生主磁通的原、副繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)（i1N1+i2N2）應(yīng)該和空載時(shí)產(chǎn)生主磁通的原繞組的磁動(dòng)勢(shì)i0N1差不多相等，即：i1N1+i2N2≈i0N1如用相量表示可得：返回9/22/202348變壓器的空載電流是勵(lì)磁用的。由于鐵心的磁導(dǎo)率高，空載電流是很小的。它的有效值在原繞組額定電流的10%以內(nèi)。因此?？珊雎浴＜矗侯~定容量：它是視在功率（單位是伏安），與輸出功率不同。返回電流變換9/22/2023493、阻抗變換上面講過(guò)變壓器能起變換電壓和變換電流的作用。此外它還有變換負(fù)載阻抗的作用，以實(shí)現(xiàn)“匹配”。|Z|u1i1u2i2u1i1|Z/|在前圖中，負(fù)載阻抗|Z|接在變壓器的副邊，而后圖中的虛線框部分可以用一個(gè)阻抗|Z/|來(lái)等效代替。兩者的關(guān)系可通過(guò)下面計(jì)算得出。返回9/22/202350根據(jù)可得出匝數(shù)比不同，負(fù)載阻抗|Z|折算到原邊的等效阻抗|Z/|也不同。我們可以采用不同的匝數(shù)比，把負(fù)載阻抗變換為所需要的、比較合適的數(shù)值。這種做法通常稱為阻抗匹配。返回9/22/202351例題：已知E=120V，R0=800Ω，RL=8Ω。（1）當(dāng)RL折算到原邊的等效電阻R/L=R0時(shí)，求變壓器的匝數(shù)比和信號(hào)源輸出的功率；（2）當(dāng)將負(fù)載直接與信號(hào)源聯(lián)接時(shí)，信號(hào)源輸出多大功率？解：（1）變壓器的匝數(shù)比為RLR0返回9/22/202352（2）當(dāng)負(fù)載直接接在信號(hào)源時(shí)，返回9/22/202353活動(dòng)2：變壓器的使用

1.外特性

當(dāng)電源電壓不變時(shí)，隨著副繞組電流的增加，原副繞組上的電壓降便增加，從而使副繞組的端電壓發(fā)生變動(dòng)。當(dāng)電源電壓和負(fù)載功率因數(shù)為常數(shù)時(shí)，U2和I2的變化關(guān)系稱為變壓器的外特性。如圖所示。0U2

I2U20I2N

通常希望電壓U2的變動(dòng)愈小愈好。從空載到額定負(fù)載，副繞組電壓的變化程度用電壓變化率△U表示，在一般變壓器中電壓變化率約為5%左右。返回9/22/2023542.變壓器的損耗與效率和交流鐵心線圈一樣，變壓器的功率損耗包括鐵心中的鐵損和銅損兩部分。鐵損的大小與鐵心內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值Bm有關(guān)，與負(fù)載的大小無(wú)關(guān)，而銅損則與負(fù)載的大小有關(guān)。變壓器的效率：式中，P2為變壓器的輸出功率，P1為輸入功率返回9/22/2023553.額定值1)額定電壓UN：指變壓器副繞組空載時(shí)各繞組的電壓。三相變壓器是指線電壓。2)額定電流IN：指允許繞組長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的線電流。3)額定容量SN：在額定工作條件下變壓器的視在功率。單相變壓器：三相變壓器：9/22/202356例題：有一電阻負(fù)載三相變壓器，其額定數(shù)據(jù)如下：SN=100KVA，UIN=6000V，U2N=U20=400V，f=50Hz。繞組聯(lián)接成Y/Y0。由實(shí)驗(yàn)測(cè)得：△PFe=600W，額定負(fù)載時(shí)的△PCu=2400W。試求：（1）變壓器的額定電流；（2）滿載和半載時(shí)的效率。

解：（1）返回9/22/202357（2）返回9/22/2023584.變壓器線圈極性的測(cè)定1、同極性端所謂同極性端就是當(dāng)電流從兩個(gè)線圈的同極性端流入（或流出）時(shí)，產(chǎn)生的磁通的方向相同；或者說(shuō)，當(dāng)磁通變化（增大或減小）時(shí)，在同極性端感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的極性也相同。例如：如圖所示的線圈電路，試判斷兩線圈的同極性端。abcd返回9/22/202359例如：如圖所示的線圈電路，試判斷兩線圈的同極性端。*abcdef△△*2、線圈的等效電路返回9/22/2023603、變壓器繞組的聯(lián)接110V110V110V220V返回9/22/2023614、變壓器繞組極性的測(cè)定（a）交流法1234V用交流法測(cè)定繞組極性的電路如圖所示其中1-2為一個(gè)繞組，3-4為另一個(gè)繞組，將兩個(gè)繞組的任意兩端聯(lián)接在一起（如2和4）；在其中一個(gè)繞組（如1-2）兩端加一個(gè)較低的電壓。用電壓表分別測(cè)量U13、U12、U34。如果U13是兩繞組電壓之差，則1和3是同極性端。如果U13是兩繞組電壓之和，則1和4是同極性端。返回9/22/2023621234mA（b）直流法S++--用直流法測(cè)定繞組極性的電路如圖所示。當(dāng)開關(guān)S閉合瞬間，如果毫安計(jì)的指針正向偏轉(zhuǎn)，則1和