电工基础教案6互感线圈的连接与变压器13.docx

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电工基础教案6互感线圈的连接与变压器13

第六章互感线圈的连接与变压器

§6-1互感的串联与并联

一、互感线圈的串联

⒈互感线圈的顺串

①定义：

将两个互感线圈的异名端相串接的方式叫做互感线圈的顺向串联，简称顺串。

②特点：

电流从两个线圈的同名端流进或流出，总磁场增强，等效自感增大。

③等效自感：

Ls串=L1+L2+2M

⒉互感线圈的反串

①定义：

将两个互感线圈的同名端相串接的方式叫做互感线圈的反向串联，简称反串。

②特点：

电流从两个线圈的异名端流进或流出，总磁场减弱，等效自感减小。

③等效自感：

Lf串=L1+L2－2M

结论：

两线圈串联时，顺串的等效自感增加，反串的等效自感减小，所以顺串的等效自感大于反串的等效自感。

二、互感线圈的并联

⒈互感线圈的顺并

①定义：

将两互感线圈的同名端并接在同一侧的方式叫做互感线圈的顺向并联，简称顺并。

②特点：

电流从两个线圈的同名端流进或流出，总磁场增强。

③等效自感：

Ls并=（L1L2－M2）/（L1+L2－2M）

⒉互感线圈的反并

①定义：

将两互感线圈的异名端并接在同一侧的方式叫做互感线圈的反向并联，简称反并。

②特点：

电流从两个线圈的异名端流进或流出，总磁场减弱。

③等效自感：

Lf并=（L1L2－M2）/（L1+L2+2M）

结论：

两互感线圈并联时，顺并的等效自感大于反并的等效自感。

三、同名端的判别

1.直流法

毫安表的指针正偏1和3是同极性端；反偏1和4是同极性端。

2.交流法

U13=U12－U34时1和3是同极性端；U13=U12＋U34时1和4是同极性端。

3.等效自感法

§6-2变压器

一、变压器的用途与种类

⒈变压器的定义：

变压器是根据互感原理把交流电压升高或降低而保持其频率不变的一种静止电气设备。

将低压变成高压的变压器叫做升压变压器。

将高压变成低压的变压器叫做降压变压器。

⒉用途：

变压器除了可以改变交流电压外，还可以改变交流电流、变换阻抗以及改变相位。

⒊分类：

①按变压器使用场合分：

电力变压器、特种变压器、电子变压器

②按照变压器的相数分：

单相变压器、三相变压器

③按变压器冷却方式分：

干式变压器、油浸式变压器、充气式变压器

④按照其中有无铁心分：

铁心变压器、空心变压器

二、变压器的基本结构

⒈变压器的种类很多，结构也各有特点，但它们的基本结构是相同的，都是由闭合的软磁铁心和绕在铁心上的线圈组成，铁心和线圈之间是相互绝缘的，常见的有芯式和壳式两种形式，如图所示。

芯式变压器壳式变压器

⒉单相变压器的基本结构和符号：

原绕组匝数为N1，电压u1，电流i1，主磁电动势e1，漏磁电动势eσ1；副绕组匝数为N2，电压u2，电流i2，主磁电动势e2，漏磁电动势eσ2。

⒊铁心：

是变压器的磁路部分，为了减小涡流及磁滞损耗（即铁损），铁心多选用软磁材料。

⒋绕组：

变压器的线圈又叫绕组，是用绝缘铜线或铝线绕制而成的，是变压器的电路部分。

通常情况下，变压器至少应有两个绕组，与交流电源相接的绕组称为一次侧绕组；与负载相接的绕组成为二次侧绕组。

⒌规定：

凡与一次绕组相关的各量都在其表示符号的右下角标“1”，而与二次绕组相关的各量都在其表示符号的右下角标“2”。

三、变压器的工作原理

⒈变压原理

①变压器空载：

当变压器一次绕组接入交流额定电压，二次绕组开路的工作状态。

②变压器有载：

当变压器一次绕组接入交流额定电压，二次绕组接入负载的工作状态。

③原理：

根据互感原理可知，当变压器一次侧绕组接入交流电压u1时，在一次侧绕组中便有交流电i1流过，并在铁心中产生随电源频率变化的交变磁通。

该磁通的主磁通Ф同时穿过一次侧、二次侧绕组时，就在两绕组中产生与电源同频率的感应电动势e1、e2，二次侧绕组两端的电压u2就是变压器的输出电压。

这就是变压器的基本工作原理。

④变比：

变压器一次、二次绕组的电压比等于它们的匝数比。

比值n称为电压比或匝数比，简称变比。

U1/U2=N1/N2=n

升压变压器：

n＜1

降压变压器：

n＞1

⒉变流原理

变压器在变压过程中，只起着能量转换传递的作用，根据能量守衡有：

I1U1=I2U2

即有：

I1/I2=U2/U1=N2/N1=1/n

表明，变压器一次、二次绕组的电流比等于它们的变比的倒数。

⒊阻抗变换原理

设信号源的内阻抗为ZS，则阻抗匹配时有：

ZS2=nZL2

四、变压器的损耗与效率

⒈变压器的损耗

①铜损PC：

电流流过导线时发热所损耗的能量。

②铁损PF：

交变磁场在铁心中引起的涡流损耗和磁滞损耗。

⒉变压器的效率

衡量变压器传输能量好坏的一个物理量，它等于输出功率P2与输入功率P1之比的百分数，即：

η=P2/P1×100%

小型变压器的效率：

70%～80%；

大型电力变压器满载时的效率可达到98%以上。

例：

设交流信号源电压

，内阻

Ω，负载

Ω。

①将负载直接接至信号源，负载获得多大功率？

②经变压器进行阻抗匹配，求负载获得的最大功率是多少？

变压器变比是多少？

解：

①负载直接接信号源时，负载获得功率为：

②最大输出功率时，

折算到原绕组应等于

Ω。

负载获得的最大功率为：

变压器变比为：

§6-3变压器的应用

一、单相照明变压器

1.一种常见的降压变压器；

2.由铁心和两个相互绝缘良好的绕组构成；

3.通常用来为车间或工厂内部的局部照明灯具提供安全电压；

4.其额定电压一次侧有：

220V、380V两种；

二次侧有：

36V、24V、12V、6V等。

二、互感器

1.是电工测量和自动保护装置中使用的一种特殊的变压器；

2.根据用途不同可以分为电压互感器和电流互感器。

①电压互感器：

作用：

高电压==>一定数值的电压（通常为100V）

特点：

其一次侧绕组匝数很多，并联于待测电路两端；二次侧绕组匝数较少，与电压表及电度表、功率表、继电器的电压线圈并联。

注意：

第一，二次侧绕组和铁壳都需要接地；

第二，使用时二次侧绕组不允许短路，否则会出现大电流，可能烧毁设备。

②电流互感器：

作用：

大电流==>一定数值的小电流（通常为5A）

特点：

其一次侧绕组线径较粗，匝数很少，与被测电路负载串联；二次侧绕组线径较细，匝数很多，与电流表及功率表、电度表、继电器的电流线圈串联。

注意：

第一，二次侧绕组和一端和铁壳都必须接地；

第二，使用时二次侧绕组电路决不允许开路。

③钳形电流表

是电流互感器的另一种形式；

其二次侧绕组与配套的电流表接通，测量时先张开铁心，将被测电流的一根导线套入钳口的中心，张将铁心闭合，就可以不断开被测线路而直接进行测量。

三、脉冲变压器

1.是电子技术中广泛应用的一种特殊类型的变压器；

2.主要用途：

变换只有几微秒或更短的脉冲电压；

3.异同：

它和普通变压器一样，也是通过互感来传输信号的；不同的是，它传输的不是连续信号，而是脉冲信号，且工作频率较高，范围较宽。

4.基本要求：

输出的脉冲波形失真应尽量小

==>结构上要小巧紧凑，匝数不多，变化不高，绕组间耦合比较紧以尽可能减小漏电感和分布电容，使输出波形失真最小。

四、多绕组变压器

1.定义：

变压器的二次侧有两个以上的绕组或者变压器的一次侧、二次侧都有两个以上的绕组，称为多绕组变压器。

2.用途：

仪器仪表中的电源变压器或做阻抗匹配的输入输出变压器。

五、三相变压器

1.实质：

三个容量相同的单相变压器的组合。

2.工作原理与单相同

3.三相电力变压器的基本连接方式

①Y，yn②Y，d③YN，d

逗号前是一次侧接法：

Y—Y形；D—Δ形；YN—Y形连接有中线

逗号后是二次侧接法：

y—Y形；d—Δ形；yn—Y形连接有中线

六、自耦变压器

1.只有一个绕组，一次侧绕组的一部分兼作二次侧绕组；

2.两者之间不但有磁的联系，也有电的联系。

3.原理与普通同

4.优点：

①两绕组公共部分所用导线截面积比普通变压器大为减小，可以节省铜材；

②可以做成可调式以获得所需的各种电压。

5.用途：

常用于实验室和三相交流异步电动机的降压启动设备中。

6.注意：

自耦变压器不能作为安全电源变压器使用。

这是由于其一、二次侧绕组间存在着直接的电的联系。

七、空心变压器

1.变压器的绕组绕在铁心上==>铁心变压器

绕组绕在非铁磁性材料制成的心子上==>空心变压器

2.用途：

高频电路、测量仪器