第3章 铁心线圈与变压器
第讲 交流铁芯线圈电路和变压器
第讲交流铁芯线圈电路和变压器背景在电路设计和应用中，变压器和线圈通常是用于转换和传输电能的重要元器件。
它们可以实现电压升降、电能传递以及信号耦合等功能。
而其中，交流铁芯线圈电路和变压器的应用较为广泛，因此学习和掌握这些知识是非常重要的。
交流铁芯线圈电路交流铁芯线圈电路是将一个固定的直流电源直通到一对铁芯线圈(即“电感”)，并在此基础上加上一个交流信号。
其中，铁芯可以是软磁材料或硬磁材料制成的。
在软磁材料中，磁通可以容易地改变方向，并且可以减小失真；而硬磁材料则更容易保持磁通的方向，但对于信号失真的问题则有些难以解决。
在铁芯线圈中，交流信号会导致其中的磁通不断变化，从而产生交流电磁感应电动势。
此时，电感的阻抗就会随着电流和信号频率的变化而发生变化，其阻抗值随信号频率的增加而增大。
因此，铁芯线圈常用于滤波和隔离等应用中。
变压器变压器是一种将交流电能从一个电路传输到另一个电路的装置，通常用于调整电路中电压或者电流的变化。
变压器是由两个或多个线圈连接在一起，其中一个线圈与电源相连，称为“输入线圈”(primary coil)；而另一个线圈与负载电路相连，称为“输出线圈”(secondary coil)。
变压器的基本原理是利用电磁感应现象，使得输入线圈中的磁通沿着铁心产生磁通，从而引起输出线圈产生感应电动势。
由于变压器中的磁通是通过铁心传递的，因此变压器的铁心一般由软磁性材料(如硅钢)制成，以降低磁通的损耗。
在变压器中，输入线圈和输出线圈的匝数比例决定了变压器的转换比。
这种设计使得变压器可以在输出电路中调整电压和电流的值，而不需要使用其他的元器件(如调压器)。
因此，变压器应用非常广泛，例如电源适配器、放大器和UPS等。
本文简要介绍了交流铁芯线圈电路和变压器的工作原理和应用范围。
其中，交流铁芯线圈电路主要用于滤波和隔离等应用中；而变压器通过调整电路的电压和电流，被广泛应用于电源适配器、放大器和UPS等领域。
电机与拖动大学课程 第三章 变压器1
变压器是一种静止的电气设备， 通过电磁耦合作用，把 电能或信号从一个电路传递到另一个电路。通常用来改变 电压的大小，故叫变压器，有时用于电气隔离。
分类
本章学 习重点
电力变压器（升压、降压、配电）
按用途
特种变压器（电炉、整流）
仪用互感器（电压、电流互感器、 脉冲变压器，阻抗匹配变压器）
(2)额定电压U1N/U2N U1N为额定运行时原边接线端点间应施加的电压。U2N为原边施
加额定电压时副边出线端间的空载电压。单位为V或者kV。三 相变压器中，额定电压指的是线电压。指有效值。
(3)额定电流I1N/I2N 是变压器在额定容量和额定电压下所应提供的电流，在三相变 压器指线电流。单位为A/kA。指有效值。
考虑漏磁通和原边绕组的电阻时，变压器空载运行时相 量形式表示的电压平衡方程式：
U1 I0R1 (E1 ) (E1) I0R1 jI0 x1 (E1)
I0 (R1 jx1 ) (E1) I0Z1 (E1)
U20 E2
R1：原边绕组电阻；
Z1＝R1＋jX1σ为原边绕组漏阻抗
五、空载运行的等效电路和相量图
E2m N2m
有效值：
E2 E2m / 2 4.44 f1N2m
相量表示：
E2 j4.44 f1N2m
.
m
.
. E2 E1
变压器中，原、副绕组电动势E1和E2之比称为变压器 的变比k.
k E1 4.44 N1 f1 m N1 E2 4.44 N2 f1 m N2
由于.
U1 E1 U2 E2
变压器原边接在电源上， 副边接上负载的运行情况，称为负载 运行。
一、物理过程
变压器接通负载 副边电流 副边磁势 原边电动势改变 原边电流改变
变压器铁芯线圈电路的功率损耗
变压器铁芯线圈电路的功率损耗
1 变压器的功率损耗
变压器是一种用于改变电力电压的设备，它通过将高电压输入转
换为低电压输出来提供能量的传递，以满足特定的应用要求。
在变压
器中，铁心线圈电路用于将高压电流转换为低压电流。
然而，在变压
器中使用铁芯线圈电路也会产生功率损耗。
2 功率损耗的原因
铁芯线圈电路的功率损耗主要由两部分组成：磁损耗和电损耗。
磁损耗是通过磁饱和和铁芯损耗产生的，是指截止电感铁芯在开路情
况下物理损失的部分。
铁芯损耗是指在准饱和磁路中，由于磁铁变形
而引起的铁芯内的热损失。
电损耗是由于铁芯铁氧体引入电路中而产
生的损耗。
3 功率损耗的减少
可以采取一些措施来减少铁芯线圈电路的功率损耗，如使用低损
耗线圈、晶体管密封及采用对称结构来改善电器的绝缘特性等。
另外，应当尽量减少铁芯的损耗，它是减轻线圈的磁损耗的有效手段，因为
它的电路阻抗会减少。
此外，应采取措施减少芯片温升，如选择高效
变压器，采用良好的散热装置和结构以改善变压器的散热特性，同时
对变压器进行定期维护也可以减少功率损耗。
4 结论
变压器铁芯线圈电路的功率损耗主要由磁损耗和电损耗组成，可
以采取一些措施来减少功率损耗，例如使用低损耗线圈、晶体管密封
以及采用对称结构来改善电器的绝缘特性。
它也可以减少铁芯的损耗，选择高效变压器，采用良好的散热装置和结构以改善变压器的散热特性，同时对变压器进行定期维护也可以减少功率损耗。
第3章 三相变压器及其他变压器
习 三次谐波分量同相位、同大小。
三次谐波电流在Y联接的原边
学 绕组中无法流通，空载电流接
近正弦波，主磁通为一平顶波。
供 平顶波主磁通分解：除基波 仅 磁通外，还包含三次谐波磁
通F3
17
三相组式结构：
用 F3与F1沿同一磁路闭合， F3大，感应得到的E3可达45~60%。
感应电势称为尖顶波，最大值升高，影响绝缘。因此，三相变压
15
单相变压器
外施电压U1 感应电势E 主磁通F
用 习使 空载电流
学 电流存在许多谐波。
供 在三相变压器中，谐波磁通的路径、电流形状与绕组 仅 的联接方式和结构有关。
16
Y/Y联接的三相变压器
三相三次谐波电流：
I03A = I03m sin 3w t;
用 I03B = I03msin3(w t -1200 ) = I03m sin 3w t; 使 I03C = I03msin3(w t +1200 ) = I03m sin 3w t;
用 使
和低压电压。 Ø用每一绕组的自感系数和各
习
学 绕组间的互感系数作为基本参
数。令L1、L2、L3为各绕组自
供 感系数，M12＝M21为1与2绕组 仅 间互感系数；M13=M31为1与3
绕 组 间 互 感 系 数 ； M23=M32 为
绕组2与3间互感系数
29
• 当外施电压为正弦波且稳定运行时，电压方程式：
- U&1
/k
II
Z kI + Z kII
××
= IIL - IC
仅 I&II
=
Z kI Z kI + ZkII
×
I+
《电工电子技术》——磁路与变压器
已制成的变压器、互感器等，通常都无法从外观上看出 绕组的绕向，如果使用时需要知道它的同名端，可通过实验 方法测定同名端。
直流电感法
交流感应法
3.4 特殊变压器
3.4.1 自耦变压器
若变压器的原、副绕组有一部分是共用的，这类的变 压器叫自耦变压器。自耦变压器的原、副绕组之间既有磁 的耦合，又有电的联系。
在实际工作中可以选用不同匝数比的变压器，将负载阻抗变换 为所需要的阻抗值。在电子线路中常利用变压器的这种阻抗变 换作用实现阻抗匹配。
4. 变压器的外特性、损耗和效率 （1）变压器的外特性
当原绕组上外加电压和副绕组的负载功率因数cosφ2不变 时，副边端电压U2随负载电流I2变化的规律，称为变压器 的外特性。 从图中可看出，负载性质和功率因数不同时，从空载(I2=0) 到满载(I2=I2N)，变压器副边电压U2变化的趋势和程度是 不同的。，我们用副边电压变化率(或称电压调整率)来表示。 副边电压变化率ΔU(％)规定为：当原边接在额定电压和额 定频率的交流电源上，副边开路电压U2N和在指定的功率 因数下副边输出额定电流时的副边电压U2的算术差与副边 额定电压U2N的百分比值，即
r 0
4. 磁场强度H 同一通电线圈内的磁场强弱（用磁感应强度B来表征）， 不仅与所同电流的大小有关，而且与线圈内磁场介质的导磁性 能有关。
在通电线圈中，H这个单位只与电流的大小有关，而与线圈 中被磁化的物质，即与物质的磁导率μ无关。但通电线圈中的磁 感应强度B的大小却与线圈中被磁化的物质的磁导率μ有关。H 的大小由B与μ的比值决定，即磁场强度为
2.额定电流
额定电流是根据变压器允许温升而规定的电流值，以 安或千安为单位，变压器的额定电流有原边额定电流I1N和 副边额定电流I2N。
《电机学》(华中科技大学出版社)课后答案
2．14何谓电枢反应？电枢反应对气隙磁场有何影响？直流发电机和直流电动机的电枢反应有哪些共同点？又有哪些主要区别？
电枢反应：电枢磁场对励磁磁场的作用
交轴电枢反应影响：①物理中性线偏离几何中性线
②发生畴变
③计及饱和时，交轴有去磁作用，
直轴可能去磁，也可能增磁。
对空心线圈：所以
自感：
所以，L的大小与匝数平方、磁导率µ、磁路截面积A、磁路平均长度l有关。
闭合铁心µµ0，所以闭合铁心的自感系数远大于木质材料。因为µ0是常数，所以木质材料的自感系数是常数，铁心材料的自感系数是随磁通密度而变化。
1.7在图1.30中，若一次绕组外加正弦电压u1、绕组电阻R1、电流i1时，问
空载：仅由励磁磁动势建立，
负载：由和Ax共同建立：由每极合成磁通计算，即负载磁通计算，∵负载时，导体切割的是负载磁通（即合成磁通）
2．16一台直流电动机，磁路是饱和的，当电机带负载以后，电刷逆着电枢旋转方向移动了一个角度，试问此时电枢反应对气隙磁场有什么影响？
电动机电刷逆电枢转向移动，直轴电枢反应去磁，交轴电枢反应总是去磁的
磁密
查磁化曲线
气隙：
磁动势:
=
=473.9(A)
∵F=NI∴I=F／N=473.9／600=0.79(A)
1．12设1．11题的励磁绕组的电阻为，接于110V的直流电源上，问铁心磁通是多少？
先求出磁势：∵是直流电源∴不变，
∴∴
然后根据误差进行迭代设则
∴
∴
∴
=551.3-550=1.3很小，∴假设正确
（2）如有一元件断线，电刷间的电压有何变化？此时发电机能供给多大的负载？
第三章 变压器的结构
二、铁心的有关概念
（4）填充系数：又称利用系数，是指由阶梯形组成
的铁心柱的截面积与芯柱外接圆面积之比值。在 一定的直径下，铁心柱的截面积越大，即阶梯级 数越多，则填充系数越大。但阶梯的级数越多， 叠片的规格也越多，从而使铁心的制造工艺复杂化。
三、铁心的装配方法
（1）直接缝 特点：是加工和叠片 都比较方便，搭接面 积大，因此所叠装的 铁心结构强度好、整 体性强、不易变形。 但只能用于热轧硅钢 片。
6、铁心用硅钢片简述
对硅钢片的表面处理 硅钢片涂绝缘漆，其目的是限制涡流回路，使涡流只能在一 片中流动，这样涡流回路阻抗较大，限制了涡流的数值。 对硅钢片的绝缘漆层要求是： 1）涂刷均匀，漆膜光滑不宜过厚（漆膜过厚要降低叠片系 数），附着力强，能抗冲击和弯曲。 2）要求漆膜具有良好的绝缘性、耐热性、防潮性，并且要 求干燥快。 对硅钢片的厚度选用： 通常在0.23~0.5mm左右。ABB公司常用有0.23mm和0.3mm 两种，目的是为了限制硅钢片的涡流损耗以及由此而引起主磁 通的削弱。
4、常用铁心的结构特征及其适用范围
（3）单相二柱旁轭式叠铁心（四柱铁心） 应用：高压和超高压大容量单相电 力变压器。
（4）三相三柱式叠铁心 应用：各种三相变压器。它是三相 变压器最广泛应用的典型结 构。
4、常用铁心的结构特征及其适用范围
（5）三相三柱旁轭式 叠铁心（五柱铁心） 应用：大容量三相电力 变压器。主要是 用来降低铁心的 高度，便于运输
变压器叠片全斜接缝
三、铁心的装配方法
全斜接缝
四、铁心的夹紧
1、夹紧的目的 铁心的夹紧主要是为了能承受器身起吊时 的重力及变压器在发生短路时，绕组作用 到铁心上的电动力； 可以防止变压器在运行中，由于硅钢片松 动而引起的振动噪声。
第三章 变压器
Zk
Uk Ik
Rk
pk
I
2 k
Xk
Z
2 k
Rk2
绕组的电阻时随温度而变的，故经过计算的到的短路参数应 根据国家标准规定折算到参考温度。
三 、相量图
根据T形等效电 路，可以画出相应 的相量图。
四 、近似等效电路图
RK、XK和ZK分别称为短路电阻、短路电抗和短路阻抗。
单相变压器基本方法总结
分析计算变压器运行的方法：
基本方程式：变压器电磁关系的数学表达式。 等效电路：基本方程式的模拟电路。 相量图：基本方程式的图示表示。
三者是统一的，一般定量计算用等效电路，讨论各 物理量之间的相位关系用相量图。
E2 KE2
E2 KE2
U 2 KU 2
（二）电流的归算 电流归算的原则：归算前后二次侧磁动势保持不变。
N2'I2' N2I2
（三）阻抗的归算
I 2
I2 K
阻抗归算的原则：归算前后电阻铜耗及漏感中无功功率不变。
I 22 R2
I
2 2
R2
I22 X 2
I
2 2
X
2
R2
I
2 2
I22
R2
K 2R2
S7-315/10 三相（S）铜芯10KV变压器,容量315KVA,设计序号7为节 能型.
SJL-1000/10 三相油浸自冷式铝线、双线圈电力变压器，额定容量为 1000千伏安、高压侧额定电压为10千伏。
我国生产的各种变压器主要系列产品有：S7、SL7、S9、 SC8等。其中SC8型为环氧树脂浇注干式变压器。
同心式绕组 1—铁心柱 2—铁轭 3—高压线圈 4—低压线圈
交叠式绕组 1—低压绕组 2—高压绕组
第三章 变压器习题答案
第三章 变压器一、填空：1. 变压器空载运行时功率因数很低，其原因为 。
答：激磁回路的无功损耗比有功损耗大很多，空载时主要由激磁回路消耗功率。
2. 变压器的副端是通过 对原端进行作用的。
答：磁动势平衡和电磁感应作用。
3. 引起变压器电压变化率变化的原因是 。
答：负载电流的变化。
4. 联接组号不同的变压器不能并联运行，是因为 。
答：若连接，将在变压器之间构成的回路中引起极大的环流，把变压器烧毁。
5. 变压器副边的额定电压指 。
答：原边为额定电压时副边的空载电压。
6. 通过 和 实验可求取变压器的参数。
答：空载和短路。
7. 变压器的结构参数包括 ， ， ， ， 。
答：激磁电阻，激磁电抗，绕组电阻，漏电抗，变比。
8. 在采用标幺制计算时，额定值的标幺值为 。
答：1。
9. 既和原边绕组交链又和副边绕组交链的磁通为 ，仅和一侧绕组交链的磁通为 。
答：主磁通，漏磁通。
10. 变压器的一次和二次绕组中有一部分是公共绕组的变压器是 。
答：自耦变压器。
11. 并联运行的变压器应满足（1） ，（2） ，（3） 的要求。
答：（1）各变压器的额定电压与电压比应相等；（2）各变压器的联结组号应相同；（3）各变压器的短路阻抗的标幺值要相等，阻抗角要相同。
12. 变压器运行时基本铜耗可视为 ，基本铁耗可视为 。
答：可变损耗，不变损耗。
二、选择填空1. 三相电力变压器带电阻电感性负载运行时，负载电流相同的条件下， cos 越高，则 。
A ：副边电压变化率Δu 越大，效率η越高，B ：副边电压变化率Δu 越大，效率η越低，C ：副边电压变化率Δu 越大，效率η越低，D ：副边电压变化率Δu 越小，效率η越高。
答：D2. 一台三相电力变压器N S =560kVA ，N N U U 21 =10000/400(v), D,y 接法，负载时忽略励磁电流，低压边相电流为808.3A 时，则高压边的相电流为 。
A ： 808.3A ， B: 56A ，C: 18.67A ， D: 32.33A 。
第3章 变压器
3.1 概述
2.变压器的分类
1)按用途分类: 特种变压器（如调压变压器、试验变压器、电炉变压器、整 流变压器、电焊变压器、控制变压器等）
电焊变压器(专用) 给电焊机供电。
3-18
3.1 概述
2.变压器的分类
1)按用途分类: 仪用互感器（电压互感器和电 流互感器） 电子变压器：用在电子线路中
3-19
U1N / U 2 N 35kV / 0.4kV
试求一次、二次绕组的额定电流。
解：
I1N
SN 3U 1N
SN 3U 2 N
160103 3 35 10
160 103 3 0.4 10
3
3
A 2.64A
I 2N
A 230.9 A
3.1.3 本章主要内容
1）本章主要对单相变压器进行分析，所得的基本方程式、等 效电路、相量图以及运行特性分析等方法完全适用于三相变压 器。 2）因为电力系统中三相电压是对 称的，如果三相变压器带对称负载， 则三相变压器的三相原、副边的电 压，电流都是对称的。电力变压器 正常的工作状态基本是对称运行。 但三相变压器也有其特殊的问题需 要研究，例如三相变压器的磁路系 统、三相变压器绕组的连接方法和 联结组等问题。 3）本章只分析变压器的稳态运行， 不考虑过渡过程。
第三章变压器 2
第三章变压器第一节概述变压器是利用电磁感应的原理，将某一数值的交流电压转变成频率相同的另一种或几种不同数值交流电压的电器设备。
通常可以分为电力变压器和特种变压器两大类。
电力变压器是电力系统中的关键设备之一，有单相和三相之分，容量从几千伏安到数十万伏安。
按其作用可分为升压变压器、降压变压器和配电变压器，(参阅第五章有关部分介绍)。
特种变压器是指除电力系统应用的变压器以外，其它各种变压器统称为特种变压器。
因此它的品种繁多，常用的有可调节电压的自耦变压器；测量用的电压互感器、电流互感器；焊接用的电焊变压器等。
尽管种类不同，大小形状也不同，但是它们的基本结构和工作原理是相似的。
第二节变压器的结构和工作原理一、变压器的结构变压器的电磁感应部分包括电路和磁路两部分。
电路又有一次电路与二次电路之分。
各种变压器由于工作要求、用途和型式不同，外形结构不尽相同，但是它们的基本结构都是由铁心和绕组组成的。
．1．铁心铁心是磁通的通路，它是用导磁性能好的硅钢片冲剪成一定的尺寸，并在两面涂以绝缘漆后，按一定规则叠装而成。
变压器的铁心结构可分为心式和壳式两种，如图3—1所示。
心式变压器绕组安装在铁心的边柱上，制造工艺比较简单，一般大功率的变压器均采用此种结构。
壳式变压器的绕组安装在铁心的中柱上，线圈被铁心包围着，所以它不需要专门的变压器外壳，只有小功率变压器采用此种结构。
2．绕组绕组是电流的通路。
小功率变压器的绕组一般用高强度漆包线绕制，大功率变压器的绕组可以采用有绝缘的扁形铜钱或铝线绕制。
绕组分为高压和低压绕组。
高压绕组匝数多，导线细；低压绕组匝数少，导线粗。
为了提高绕组与铁心的绝缘性能，一般低压绕组制作在绕组的内层，高压绕组制作在绕组的外层。
二、工作原理1．变压器的空载运行单相变压器有二个绕组，其中一个绕组接交流电源，叫做一次绕组(又叫原绕组、初级绕88图3-1心式和壳式变压器(a)心式变压器； (b)壳式变压器； (c)单相变压器的符号1一铁心；2--绕组组)，匝数为N 1。
第三章 电力变压器
电工基础
图1.4 壳式变压器 1—铁芯柱; 2—铁轭; 3—绕组图
图1.5 心式变压器 1—铁芯柱; 2—铁轭; 3—高压绕组 ;4—低压绕组
电工基础
2、铁芯材料
铁芯是变压器的磁路，其材料要求导磁性能良好， 铁损小。因此变压器铁芯由硅钢片叠制而成。硅钢 片有热轧和冷轧两种。由于冷轧硅钢片在沿着辗轧 的方向磁化时，有较高的导磁系数和较小的单位损 耗，其性能优于热轧硅钢片。国产变压器均采用冷 轧硅钢片。冷轧硅钢片的厚度有0.35、0.30、 0.27mm等多种。当金属块处在变化的磁场中或相对 于磁场运动时，金属块内部产生感应电流，金属块 中形成一圈圈的闭合电流线，类似流体中的漩涡， 叫作涡电流，简称涡流，铁芯硅钢片越厚，涡流损 耗越大，硅钢片越薄，涡流损耗越小。
结论：在同极性端不明确时，一定要先测定同极性端 再通电。
电工基础
3. 同极性端的测定方法 方法一：交流法 把两个线圈的任意两端 (X-x)连接, 然后在 AX 上加一低电压 uAX 。
V
A +
a V
uAX
– X
x
U U
结论：若 UAa UAX Uax 说明 A 与 a 或 X 与 x 为同极性端。 若
电工基础
电工基础 （D，yn11）表示，高压侧是三角形接线不带中性线，低压 侧为星形接线带中性线，11表示，高压侧是在12点方向，低 压侧是11点方向。表示低压侧滞后于高压侧330°（11乘
30°），或者超前于高压侧30°。
电工基础
（九）调压范围：
变压器接在电网上运行时，变压器二次侧电 压将由于种种原因发生变化，影响用电设备的正 常运行，因此变压器应具备一定调压能力。 采用改变变压器匝数比的办法即可达到调压 的目的。 变压器调压方式分为无励磁调压和有载调压 两种方式。 当二次侧不带负载，一次侧与电网断开时的 调压为无励磁调压，在二次侧带负载下的调压为 有载调压。
《电机与拖动》第3章 变压器
19
3.2
变压器的结构和工作原理
二、变压器的基本工作原理
变压器的结构是在一个闭合铁芯上套有两个绕组，其原理如图 3-14所示。 这两个绕组具有不同的匝数且互相绝 缘，两绕组间只有磁的耦合而没有电的联 系。其中，接于电源侧的绕组称为原绕组 或一次绕组，一次绕组各量用下标“1” 表示；用于接负载的绕组称为副绕组或二 次绕组，二次绕组各量用下标“2”表示。 图3-14 变压器工作原理示意图 两个绕组中感应出同频率的电动势e1和e2。
任务3
变压器参数测试
6
任务1
变压器的外形观察与铭牌解读
1、观察变压器的外观
（1）电力变压器
图3-1为干式电力变压器，图3-2为油浸式电力变压器。
图3-1 干式变压器
图3-2 油浸式电力变压器
7
任务1
变压器的外形观察与铭牌解读
（2）特殊变压器
图3-3为自耦变压器，图3-4为电压互感器，图3-5为电流互感器。
1 表示。 或油）穿过而形成闭合磁通，用
28
3.3
单相变压器的运行分析
主磁通和漏磁通的区别：
与
与
呈非线性关系；而漏磁通磁路由非铁磁材料组成，磁路不饱和， I 0 1 呈线性关系。 I
0
（1）在性质上，主磁通磁路由铁磁材料组成，具有饱和特性，
0
（2）在数量上，铁芯的磁导率较大，磁阻小，所以总磁通的绝大
图3-13 变压器交叠式绕组 1-低压绕组 2-高压绕组 3-铁芯 4-铁轭
18
3.2
变压器的结构和工作原理
2．变压器的分类
（1）按用途分类：分为电力变压器和特种变压器两类。 （2）按绕组数目分类：分为单绕组变压器、双绕组变压器、三绕组 变压器。
第3章 磁路和变压器习题与解答
第3章 磁路和变压器习题解答习题A 选择题3-1磁感应强度单位是（ ）。
AA.特[斯拉]（T）B.韦[伯]（Wb）C.伏秒（V·s）3-2磁性物质的磁导率不是常数，因此（ ）。
CA.Φ与I 成正比B.Φ与B 不成正比C. B 与H 不成正比3-3在直流空心线圈置入铁心后，如在同一电压作用下，则电流I（ ）。
BA.增大B.减小C.不变3-4在直流空心线圈置入铁心后，如在同一电压作用下，则磁通（ ）。
AA.增大B.减小 C .不变3-5在直流空心线圈置入铁心后，如在同一电压作用下，则电感L（ ）。
AA.增大B.减小C.不变3-6在直流空心线圈置入铁心后，如在同一电压作用下，则功率P（ ）。
BA.增大B.减小C.不变3-7 铁心线圈中的铁心到达磁饱和时，则线圈电感L（ ）。
BA. 增大B.减小C.不变3-8在交流铁心线圈中，如将铁心截面积减小，其它条件不变，则磁动势( ) 。
AA.增大B.减小C.不变3-9交流铁心线圈的匝数固定，当电源频率不变时，则铁心中主磁通的最大值基本上决定于（ ）。
CA.磁路结构B.线圈阻抗C.电源电压3-10为了减小涡流损耗，交流铁心线圈中的铁心由钢片（ ）叠成。
CA. 垂直磁场方向B.任意C. 顺磁场方向3-11 当变压器的负载增加后，则（ ）。
AA.一次侧电流1I 和二次侧电流2I 同时增大B.二次侧负载电流2I 增大, 一次侧电流1I 保持不变C.铁芯中磁通m Φ增大3-12 50Hz 的变压器用于30Hz 是，则（ ）。
CA.一次侧电压1U 降低B.m Φ近于不变C.可能烧坏绕组3-13 一台10/0.4Kv，Δ/Y 连结的三相变压器的变比是（ ）。
BA.25B.43.3C.14.433-14变压器额定容量的单位是（ ）。
BA.kVarB. kV·AC. kWB 基本题电工与电子技术2 3-15有一交流铁心线圈，接在f=50Hz 的正弦电源上，在铁心得到磁通的最大值3104−×=Φm Wb。
电机学第五版课后参考答案
第一章磁路电机学1-1磁路的磁阻如何计算？磁阻的单位是什么？答：磁路的磁阻与磁路的几何形状（长度、面积）和材料的导磁性能有关，计算公式为，单位：1-2铁心中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的，它们各与哪些因素有关？答：磁滞损耗：铁磁材料置于交变磁场中，被反复交变磁化，磁畴间相互摩擦引起的损耗。
经验公式。
与铁磁材料的磁滞损耗系数、磁场交变的频率、铁心的体积及磁化强度有关；涡流损耗：交变的磁场产生交变的电场，在铁心中形成环流（涡流），通过电阻产生的损耗。
经验公式。
与材料的铁心损耗系数、频率、磁通及铁心重量有关。
1-3图示铁心线圈，已知线圈的匝数N=1000，铁心厚度为（铁心由的DR320硅钢片叠成），叠片系数（即截面中铁的面积与总面积之比）为，不计漏磁，试计算：(1) 中间心柱的磁通为Wb，不计铁心的磁位降时所需的直流励磁电流；(2) 考虑铁心磁位降时，产生同样的磁通量时所需的励磁电流。
解：磁路左右对称可以从中间轴线分开，只考虑右半磁路的情况:铁心、气隙截面(考虑边缘效应时，通长在气隙截面边长上加一个气隙的长度；气隙截面可以不乘系数)气隙长度铁心长度铁心、气隙中的磁感应强度(1)不计铁心中的磁位降：气隙磁场强度磁势电流(2)考虑铁心中的磁位降：铁心中查表可知：铁心磁位降1-4图示铁心线圈，线圈A为100匝，通入电流，线圈B为50匝，通入电流1A，铁心截面积均匀，求PQ两点间的磁位降。
解：由题意可知，材料的磁阻与长度成正比，设PQ段的磁阻为，则左边支路的磁阻为：1-5图示铸钢铁心，尺寸为左边线圈通入电流产生磁动势1500A。
试求下列三种情况下右边线圈应加的磁动势值：(1) 气隙磁通为Wb时；(2) 气隙磁通为零时；(3) 右边心柱中的磁通为零时。
解：(1)查磁化曲线得气隙中的磁场强度中间磁路的磁势左边磁路的磁势查磁化曲线得查磁化曲线得右边线圈应加磁动势(2)查磁化曲线得查磁化曲线得右边线圈应加磁动势(3) 由题意得由(1)、(2)可知取则查磁化曲线得气隙中的磁场强度中间磁路的磁势查磁化曲线得已知，假设合理右边线圈应加磁动势第二章变压器2-1 什么叫变压器的主磁通，什么叫漏磁通？空载和负载时，主磁通的大小取决于哪些因素？答：变压器工作过程中，与原、副边同时交链的磁通叫主磁通，只与原边或副边绕组交链的磁通叫漏磁通。
电工学简明教程第三版第3章
8
2
8
W
0.176
W
高等教育出版社 高等教育电子音像出版社
3.3.2 变压器的外特性
外特性 U2 = f (I2)
•
I1
K
I•2
Ri
+
•
Us
+
•
U1
––
+
•
U2
RL
–
U2 U20
0
I2N
I2
电压变化率
U %=
U20 – U2 U20
100%
高等教育出版社 高等教育电子音像出版社
3.3.3 变压器的损耗与效率
(3) P = U2I2Ncos
U2 =
P
I2N cos
39 103 = 227 0.8
V = 215 V
高等教育出版社 高等教育电子音像出版社
[例 2] 如图所示，交流信号源 E = 120 V，内阻 R0 = 800 ，负载 RL = 8 。(1)当 RL 折算到一次侧的等效电阻 RL = R0 时，求变压器的匝数和信号源的输出功率；(2)当将 负载直接与信号源连接时，信号源输出多大功率？
I1 N2 1 I 2 N1 K
I0 = I1N (2.5 5)
N1I1 N2I2 0
N1I1= N2 I2
高等教育出版社 高等教育电子音像出版社
③ 阻抗变换
U1 I1
N1 N2
U2
N2 N1
I2
( N1 )2 U2 N2 I2
Z0
•+ E
–
•
•
I1
K
I2
+ ZL'
第三章 变压器的基本运行原理
ｅ1的有效值为： E1 E1m / 2 N1m / 2 2 fN1m 2 即 E1 4.44 fN1m 式（3-3）
E1 j 4.44 fN1 m
式（3-6）
11
（2）由主磁通φ将在二次磁绕组上产生的感应电势
d e2 N 2 N 2m cos t dt
19
（3）空载运行时铁耗较铜耗大很多，所以励磁电阻较一 次绕组的电阻大很多；由于主磁通也远大于一次绕组的漏 磁通，所以励磁阻抗远大于漏电抗。则在对变压器分析时， 可以忽略一次绕组的阻抗。 （4）从等效电路可知，空载励磁电流的大小主要取决于 励磁阻抗。从变压器运行的角度，希望其励磁电流小一些， 所以要求采用高磁导率的铁心材料，以增大励磁阻抗。励 磁电流减小，可提高变压器的效率和功率因数。
图3-6 变压器空载 运行时的相量图
可得U1的正方向。 注意：一次绕组电阻压降i０rl与i0同 相位，一次漏抗压降i0x１σ（此项实 际很小，夸大以便作图）超前i090°；
21
？例3-1 一台三相变压器（还没讲到）
22
第二节
变压器的负载运行
变压器一次绕组接交流电源，二次绕组接有负载的运 行方式，为变压器的负载运行方式。如图3-7所示（可与 图3-1空载运行示意图对比看一看）。
式（3-22）
式中，i1L= -i2/K 被称为一次侧绕组励磁电流的负载分 量，其大小随负载变化而变化。显然，空载时，一次侧的 电流i１=i0 ，负载时，一次侧的电流i１＞i0 。
25
*讨论： 变压器空载时，二次绕组电流为零，二次侧输出功率为 零；一次绕组电流为空载电流很小，变压器从电源吸收很 小的功率提供空载损耗。 负载时，二次侧电流不为零，有功率输出，一次电流发 生变化，在一、二次侧电压基本一定时，如果二次绕组电 流增大，表明二次输出功率增大，则一次电流也增大，变 压器从电源吸收的功率增加。一、二次绕组之间没有电的 直接联系，但由于两个绕组共用一个磁路，共同交链一个 主磁通，借助于主磁通的变化，通过电磁感应作用，实现 了一、二次绕组间的电压变换和功率传递。
变压器构成中铁心与衔铁的区别
变压器构成中铁心与衔铁的区别
变压器主要由两个主要部分组成：铁心和线圈。
铁心是变压器的一个关键部分，通常由硅钢片叠装而成。
它的主要作用是作为磁路，通过电磁感应原理将线圈中的电能转化为磁场能，然后再将磁场能重新转化为电能。
线圈是变压器的另一重要部分，它通常由铜线绕在铁心外部构成。
电流通过线圈时，会产生磁场，这个磁场与铁心相互作用，从而实现电压的升高或降低。
衔铁通常用在接触器等电器中，作为可动磁路部分，与电磁铁一起产生吸合力，驱动触点动作。
因此，铁心和衔铁在功能和用途上有明显的区别。
如需更多信息，建议咨询电子设备相关业内人士或查阅相关论坛。
03-交流铁心线圈电路与变压器原理知识点
交流铁芯线圈电路与变压器1、交流铁芯线圈（1）电磁关系。
交流铁芯线圈如图1所示，电磁关系为图1交流铁芯线圈（1）电压电流关系。
根据KVL 则有，当u 是正弦电压时，其它各电压、电流、电动势可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为当则有有效值为（3）功率关系。
交流铁芯线圈的功率关系为2、变压器变压器与交流线圈相比多了一个副绕组，其中的e 2也是由主磁通Φ产生，接通负载时副绕组有电流i 2、磁通势N 2i 2，同样有漏磁通Φσ2σU RI E +E =+-- （）（）σRI jX I E =++- （）σU RI jX I E =++- （）sin ,m ΦΦωt =cos m NωΦωt =-2sin (90)m πfNΦωt =-︒sin (90)m E ωt =-︒4.4422mmmE fNΦπ===d d ()d d m Φe N N Φsin t t t=-=-ω2cos Fecu Fe P +P UI φΔΔR =I P ΔP ==+和e σ2产生，如图2所示。
图2单相变压器（1）电磁关系。
变压器如图3所示。
（2）电压电流关系。
变压器原副边电压电流关系为应注意的是，1E 和2E 均由主磁通产生，但作用不同。
2E 和1U 是相对的，具有电源电压的作用；1E 具有阻碍电流变化的物理性质。
（3）功率关系。
单相变压器容量（视在功率）为输出功率（有功功率）为原绕组功率应注意：容量S N ≠输出功率P 2；输入功率P 1≠输出功率P 2。
1111U I R jI X +E =+- 1（）222222E I R jI X +U =+ 2211N N N N NS U I U I =≈222cos P U I φ=21P P η=。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
章目录 上一页 下一页 返回
退出
3.1
磁路
3.1.1 磁路的基本概念 1.磁路：主磁通所经过的闭合路径。
i
u1
线圈
线圈通入电流后，产生磁 通，分主磁通和漏磁通。
u2
铁心
：主磁通 ：漏磁通
（导磁性能好 的铁磁性材料）
章目录 上一页 下一页 返回 退出
复习
2. 磁路的基本物理量及相互间的关系 磁感应强度（磁通密度）： B：单位：特斯拉（T） 磁通： 磁场强度：
章目录 上一页 下一页 返回 退出
变压器
在电能的输送中，发电厂发出的交流电的电压被升高到几 十万伏，经过长距离传输，再由变压器将高压降为低压（一般 是380V或220V）。日常生活中常常采用不同的电压，例如阴极 射线管电视机显像管 需要 10kV 以上的电 压，而手机工作只需 要3.6V的电压。 把交流电的电压 升高或者降低的装置 称为变压器，它是根 据电磁感应原理制成 的。
：单位：韦伯（Wb）
H：单位：安/米（A/m）
H=
B=
S
NI
l
H =
B
磁导率：
：单位：亨/米（H/m）
表征各种材料导磁能力的物理量
章目录 上一页 下一页 返回 退出
非磁性材料：磁导率低，如真空、空气；
真空中的磁导率(
0
)为常数
0 = 4 p ·10
-7
磁性材料：磁导率高，如铁磁物质。
章目录 上一页 下一页 返回
退出
3.1.3 磁路的欧姆定律
基尔霍夫定律 磁路欧姆定律 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 磁路欧姆定律 安培环路定律 安培环路定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 安培环路定律 安培环路定律 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律沿任一闭合路径，H 的线积分等于包 围在这闭合路径内各电流的代数和 磁路欧姆定律 I Hdl = 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律 若磁场均匀则有 Hl 磁路欧姆定律 = NI 平均长 l 磁路欧姆定律 线圈N 匝 磁路欧姆定律 磁动势 磁通Φ I
一、磁路的基本定律
安培环路定律
磁路欧姆定律
Hl = NI
根 据
H = B/ B = /S
得
=
NI
l S
N
无分支磁路
磁阻Rm
导磁系 数μ 截面积S
退出
磁路欧姆定律
章目录 上一页 下一页 返回
磁路和电路的比较
磁路
I N 磁动势 磁通 磁压降 磁阻
欧姆定律
F = IN Φ
HL
l Rm = μS
在部分磁路上加分磁环，使两部分磁路中的 磁通产生相位差，消除震动和噪声。
章目录 上一页 下一页 返回 退出
解决：
电磁吸力：
衔铁吸合过程中吸力大小不变。
线圈电流：
衔铁吸合过程中电流不断减小。
使用交流电磁铁时不允许通电后长时间不吸合！
为什么？
章目录 上一页 下一页 返回
退出
交流电磁铁： 直流电磁铁：
磁畴
磁性物质内，分成许多小区域，分子间的特殊作用 力使每个区域内的分子磁铁排列整齐，显示磁性， 称为：磁畴。 在没有外电场作用时，各磁畴排列混乱，磁场互相 抵消，对外不显磁性。
章目录 上一页 下一页 返回 退出
在铁心上绕上线圈，通入 电流，产生磁场： B0 B0：以空气为介质产生的 磁感应强度。
B0
铁心材料的磁滞回线面积
采用软磁性材料做铁心可以减少磁滞损耗。
Pe：涡流损耗：
与铁心的截面积、电源频率、 磁感应强度有关。
采用顺磁场方向的硅钢片叠成的铁心可以 减少涡流损耗。
章目录 上一页 下一页 返回 退出
3.交流铁心线圈的等效电路
U 4.44 f Nm
当外加电压U、频率 f 与线圈匝数N一定时， Φ m 便一定。与 磁路的导磁材料和尺寸无关。
分类：
直流铁心线圈 励磁电流为直流电 交流铁心线圈 励磁电流为交流电
交流励磁： 线圈中上加正弦交流电压，励磁电流为交流电 流 产生交变磁通 在线圈中产生感应电动势
章目录 上一页 下一页 返回 退出
3.2.1 电压、电流和磁通的关系
Φ Φ Φ u i （i N） Φ
i
e= -N
u
e e
dΦ dt dΦ -N dt
N NBS L= = = i i i BL
非磁性材料没有磁畴的结构，不具有磁化的特性。
章目录 上一页 下一页 返回 退出
（3）磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着 外磁场的增强而无限增强，当外磁场增大到一定值时， 全部磁畴的磁场方向都转向与外磁场的方向一致。这 时：磁化磁场的磁感应强度Bj 即达到饱和值。 （4）铁磁材料的不是常数， 随电流变化。
在外磁场的作用下，磁畴 就顺向外磁场的方向，显 示出磁性，产生很强的磁 化磁场。
外电流越大，磁化磁场越大， 当外电流增大到一定值时， 磁畴全部转向外磁场的方向， Bj最大。
Bj B0
Bj
B0
章目录 上一页 下一页 返回 退出
结论：
（1）用铁磁材料作磁路时，通入不大的励磁电流， 可产生足够大的磁通和磁感应强度。 （2）用铁磁材料作磁路时，可以做成大电感。
U m 2 p fN Φ m
则 u NΦm cos t = 2p fNΦ cos t m
最大值 有效值
Um U= 4.44 fNΦm 2
章目录 上一页 下一页 返回
退出
3.2.2 铁心线圈的能量损耗
P=Pcu+ Pfe 铜损：Pcu =I2Rcu
铁损：Pcu = Ph+ Pe Ph：磁滞损耗：
0.5l0 l2 、 2
l0 l1 l2 = 1 S 1 2 S 2 ，因此Rm0很大， 使整个磁路的磁阻大大增加。
I不变：Rm大
小
不变：Rm大
I大
退出
章目录 上一页 下一页 返回
3.2 交流铁心线圈
将线圈绕制在铁心上就构成了铁心线圈。 励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流。（线圈中的电流）
章目录 上一页 下一页 返回 退出
1 6
H （I）
励磁电流
0
i1
t
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）、永磁材料 （磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、矩磁材料（滞回 线接近矩形。可用做记忆元件）。
B （ ） B （ ） B （ ）
H （I）
H （I）
H （I）
章目录 上一页 下一页 返回 退出
3.2.3 交流电磁铁
结构： 铁心、绕组、衔铁
气隙
Φ
I U
吸合衔铁 释放衔铁
线圈 铁心
应用：
工业控制
工作原理：
线圈通电 线圈断电 产生电磁力 电磁力消失
衔铁
电磁吸力：
f=
107 B02S0 （牛顿） 8p
经验公式
气隙磁感应强度
气隙截面面积
章目录 上一页 下一页 返回 退出
e=
Φ ：主磁通
Φ
：漏磁通
电流与磁通方向符合右螺旋法则
章目录 上一页 下一页 返回 退出
1.基本电磁关系 电路方程： u
i
Φ Φ
= uR ( - e ) ( - e )
d u -e = - N dt
u
Φ ：漏磁通，很小；
R：线圈电阻， 很小，
e e
假设
= Φ sin t m
H
（5）铁心线圈的电感是随电流变化的。
L=
SN
l
2
铁心线圈是非线性电感。
空心线圈是线性电感。
章目录 上一页 下一页 返回 退出
I 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， b
（ B φ）
μ c
N s B
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 a o
（ U不变时，
IN = Φ Rm
( I 随 Rm 变化）
Φm 基本不变）
章目录 上一页 下一页 返回
退出
思考
(1)将交流铁心线圈接到与其额定电压值相等的直流 电压上，会产生什么现象？ 感抗XL以及与PFe对应的等效电阻RFe将不存在 线圈电流U/RCu将很大，以至烧坏线圈。 (2)将直流铁心线圈接到有效值与其额定电压值相等的交流电压 上，会产生什么现象？ 将产生感抗XL以及与PFe对应的等效电阻RFe 磁路的磁通达不到额定状态，且铁心（整块铁） 将会严重发热。
章目录 上一页 下一页 返回 退出
3.3 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）
章目录 上一页 下一页 返回
退出
变压器应用举例
发电厂
1.05万伏 升压 输电线 变电站
22万伏
降压
1万伏
降压
…
降压
实验室 380 / 220伏 降压
仪器
m
Rm 大 电流大； 电磁铁吸合后(气隙小） Rm 小 电流小。
注意！
如果气隙中有异物卡住，电磁铁长 时间吸不上，线圈中的电流一直很 大，将会导致过热，把线圈烧坏。
章目录 上一页 下一页 返回 退出
磁路小结
直流磁路
U I= R
(U不变，I不变）
IN Φ= Rm
（ 随Rm变化） Φ
交流磁路
U Φm = 4.44 fN
= Φ IN
Rm