(工频)变压器的工作原理与设计(新).doc

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1、......变压器的工作原理及设计在电路和磁路中，变压器不但作为电磁能量的传送工具，而且可以改变电路中的电压和电流的大小和相位，在某种情况下可以起电的隔离作用，在各种电力、电子等电路中被广泛应用。电磁感应是变压器工作原理的基础，因此要想了解变压器的工作原理及性能，进而应用、设计变压器，就必须具备电、磁方面的基础理论知识。电路方面的知识大家比较了解，下面对磁路方面的知识进行必要的补充。一、电磁感应和磁路中的概念及一些定律1、电磁感应磁场变化时，将在它所能影响到的区域内的的电回路中产生电压以至电流。用数学式子来描述：实际上这种过程是可逆的，即变化的电场产生变化的磁场，变化的

2、磁场产生变化的电电场。从能量的观点来看，在变压器的工作过程中，电路的电能转换为变压器铁芯内的磁能，然后再转换为二次侧的电能，完成能量的传送。2、磁路中的概念磁路——磁通通过的区域磁感应强度B——表示磁场强弱的一个物理量磁通——，A为与磁场方向垂直的片面的面积磁导率——表示物质磁性质的物理量，，磁场强度H——磁势磁压降3、磁路的基本定律（1）安培环路定律（全电流定律）（2）磁路的基尔霍夫第一定律（3）磁路的基尔霍夫第二定律图1安培环路定律学习好帮手......图2磁路基尔霍夫第一定律图3磁路基尔霍夫第二定律（1）磁路的欧姆定律4、铁磁物质的磁化曲线（1）原始磁化曲线：将一

3、块尚未磁化的铁磁物质进行磁化，在磁场强度H由0开始逐渐增加时，磁感应强度也逐渐增加，这种曲线称为原始磁化曲线。图4磁畴图5原始磁化曲线（2）磁滞回线：当铁磁物质在-Hm到+Hm之间反复磁化若干次最后得到对原点对称的封闭曲线。从磁化过程可以看出，B的变化总是落后于H的变化，所以这种现象称为磁滞。图6磁滞回线学习好帮手......（1）基本磁化曲线：选择不同的Hm进行反复磁化，得到一系列大小不同的磁滞回线，将各磁滞回线的顶点连接起来得到基本磁化曲线。工程上采用的都是基本磁化曲线。图7基本磁化曲线图8磁能（图中灰色部分）（2）磁能磁能密度——单位体积磁场的能量——图中灰色部分

4、面积从上面的图可以看出，若H增加，进入饱和，灰色面积不会增加很多，但电流会增加很多。5、磁滞损耗与涡流损耗——铁耗（1）磁滞损耗：单位体积内的磁滞损耗正比与磁场交变的频率f和磁滞回线的面积（2）涡流损耗：当通过铁芯的磁通交变时，会在铁芯中感应电势和电流，进而产生损耗，与f也有关。二、变压器的工作原理及分类1.工作原理：基础是电磁感应现象变压器的工作原理如下图所示。在绕组1上施加一交流电压，便有电流流入，在铁芯中产生交变磁通，交变磁通与绕组2相匝链，由于磁通交变的作用，就会在绕组2中感应电流。根据电磁感应定律，感应电势正比于绕组匝数，所以改变匝数就可改变绕组的感应电势，达

5、到变压的目的。若二次侧形成回路，就有电流流过，就会对外输出能量。图9变压器的工作原理图从能量的观点来讲：电能经过绕组1转化为铁芯的交变磁能，这交变磁能又可经过绕组在转换为电能，完成能量的转换和传送。学习好帮手......1.分类（1）按用途分：a、电力变压器（工频变压器）：用于电力系统；b、高频变压器：用于电子变换电路（高频开关电路）；c、互感器：用于仪表测量和监控线路中；d、专用变压器。（2）按相数分：单相、三相、六相变压器等（3）按绕组分：双绕组、三绕组等2.变压器组成：（1）铁芯它的磁化曲线即磁性能很大程度上决定了变压器的容量和性能。对于电力变压器，一般选用高磁导

6、率、低损耗的冷扎硅钢片叠压而成。图10铁芯叠装图和柱面图（2）绕组绕组套装在铁心上的情况如下图所示。为了绝缘方便，低压绕组紧靠铁芯，高压绕组套在外面。图11绕组套装在铁芯柱上的情况此外，为了冷却，一般电力变压器都带有冷却装置，如油箱、油管等；对于空冷变压器，无此设备。虽然变压器的种类多，但各种变压器运行时的基本物理过程以及分析变压器的性能的基本方法大体上是一样的，因此下面将以单相和三相电力变压器为主要分析对象，探讨其应用和设计的一些问题。学习好帮手......三、变压器的工作分析变压器的工作性能的方法主要是根据变压器运行时的物理过程、电势、磁势平衡方程式、等效电路及相量

7、图。在这里我们主要讲述物理过程，简单介绍其它，因为方程式、等效电路及相量图涉及到很多的数据计算。1、空载运行忽略变压器的漏磁通和一次侧绕组的电阻，可以认为一次侧绕组的感应电势近似地与外加电压相平衡，即。若外加电压是正弦变化的交流电，则在铁芯中磁通须按余弦变化，因此铁芯中主磁通为，则可得图12变压器空载运行则一次侧绕组感应电势的最大值、有效值分别为，这里是在铁芯的基本磁化曲线上选择的工作点，决定了铁芯的磁能。工作点的选择很重要。根据同样的推导方法，可以得到二次侧的感应电势的有效值为可以得到（变压器的变比）这时一次侧只有激磁电流，这个电流很小