第七章 磁路及变压器

第七章 磁路及变压器

[教学目标]

1、了解磁路的基本知识，铁磁材料主要特性、分类及磁路欧姆定律。 2、了解变压器的基本结构、工作原理及主要参数。 3、掌握变压器变换电压、变换电流、变换阻抗的作用。 4、了解几种特殊用途变压器的特点及应用。

7.1 磁路的基本知识

在工程实践中，广泛地应用着机电能量变换的器件和设备，如电动机、变压器及电工仪表等，它们都是利用电磁现象的规律制成的。因此，研究磁与电之间的关系，掌握磁路十分有用。

磁路问题是局限于一定路径内的磁场问题，因此磁场的各个基本物理量也适用于磁路。

7.1.1 磁路的概念

磁路就是磁通的路径。磁路实质上是局限在一定路径内的磁场。工程上为 了得到较强的磁场并有效的加以运用，常采用导磁性能良好的铁磁物质作成一定形状的铁心，以便使磁场集中分布于由铁心构成的闭合路径内，这种磁场通路才是我们要分析的磁路。很多电工设备，如变压器、电机、电器和电工仪表等，在工作时都要有磁场参与作用。常见的磁路如图7-1-1所示，磁路中的磁通由励磁线圈中的励磁电流产生，经过铁心和空气隙而闭合，如图7-1-1(a)、(b)；也可由永久磁铁产生，如图7-1-1(c)。磁路中可以有空气隙，如图7-1-1(b)、(c)；也可以没有空气隙，如图 7-1-1(a)。

（a）变压器 （b）电磁铁 （c）磁电式电表

图7-1-1 常见电气设备的磁路

7.1.2 磁场的主要物理量

表示磁场特性的主要物理量包括磁感应强度、磁通、磁场强度和磁导率。 1、磁场强度

1

磁场强度H是一个用来确定磁场与电流之间关系的矢量，满足安培环流定律：

HdlNI （7-1-1）

其中N为线圈匝数,L为磁路的平均长度；在国际单位制中，磁场强度的单位是

。 A/m（安每米）

2、磁感应强度

磁感应强度B是一个表示磁场内某点的磁场强弱和方向的矢量，其方向可用小磁针N极在磁场中某点的指向确定，磁针N极的指向就是磁场的方向。在磁场中某点放一个长度为l，电流为I并与磁场方向垂直的导体，如果导体所受的电磁力为F，则该点磁感应强度的量值为BF。在国际单位制中，磁感应强度的单位为T（特斯拉）。lI如果磁场内各点的磁感应强度大小相等、方向相同,这样的磁场称为均匀磁场。

3、磁通

在均匀磁场中，若垂直于磁场方向的面积为S，则通过该面积的磁通

Φ＝ＢＳ 或 B （7-1-2） S式中B为磁感应强度，又称为磁通密度，在国际单位制中，磁通的单位是伏·秒（V·S），通常称为韦伯（Wb）。 4、磁导率

处在磁场中的任何物质均会或多或少地影响磁场的强弱，影响的程度则与该物质的导磁性能有关。磁导率与磁场强度的乘积就等于磁感应强度，即

BH （7-1-3）

磁导率的国际单位制单位为H/m(亨每米)。 通过实验可测出，真空的磁导率 0410 任意一种物质的磁导率 r ，即

7Hm

0 与真空的磁导率的比值，称为该物质的相对磁导率

 （7-1-4） 0  非磁性材料中0，即r1， 磁性材料中0，即r1 。 7.1.3 铁磁材料

磁性材料的相对磁导率很大，具有高导磁、磁饱和以及磁滞等磁性能，是制造电机、变压器和电器设备铁心的主要材料。

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1、高导磁性

铁磁材料被放人磁场内，其内部的磁感应强度大大增强，即铁磁材料受到强烈的磁

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化，其导磁率很高（可达10～10数量级）。磁感应强度B随磁场强度H变化的曲线为磁化曲线，如图7-1-2所示。可见磁化曲线是非线性曲线，所以铁磁性物质的不是常数。

图7-1-2 磁化曲线

2、磁饱和性

铁磁材料的磁饱和性体现在因磁化所产生的磁感应强度BJ不会随外磁场的增强而无限的增强。当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，其内部所有的磁畴已基本上转向与外磁场一致的方向。因而，当外部磁场再增大时，其磁化磁感应强度BJ不再继续增加，如图7-1-3所示。

图7-1-3 B~H曲线

从图7-1-3所示铁磁材料的磁化曲线 B— f（H）可知，该曲线经过原点，在 oa段，B随 H近似线性增加；在 ab段， B增长趋势缓慢下来； b点以后， B增加的很少，达到饱和状态。由于铁磁材料的磁化率不是常数， B和H的关系是非线性的，

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无法用准确的数学表达式表示，只能用B～H曲线（即磁化曲线）表示。图7-1-2为使用实验方法，在反复磁化的情况下测得的几种常见铁磁材料的磁化曲线。

3、磁滞性

磁滞性表现在铁磁材料在交变磁场中反复磁化时，磁感应强度的变化滞后于磁场强度的变化。当铁磁材料被磁化，磁场强度H由零增加到某值（H=+Hm）后，如果再减少H，此时B并不沿着原来的曲线返回，而是沿着位于其上部的另一条曲线减弱，如图7-1-4所示。当H=0时，B=Br，Br称为剩磁感应强度，简称剩磁。只有当H反方向变化到-Hc时，B才下降到零，Hc称为矫顽力。由此可见，磁感应强度B的变化滞后于磁场强度H的变化，这种现象称为磁滞现象。图7-1-4所示的回线表现了铁磁材料的磁滞性，故称为磁滞回线。磁滞性是由于分子热运动所产生的。

图7-1-4 磁滞回线

4、铁磁性物质的分类和用途

依据各种铁磁材料具有不同的磁滞回线，其剩磁及矫顽力各不相同的特性，磁性材料通常可以分成三种类型，各具有不同的用途。

1）软磁材料

软磁材料比较容易磁化，当外磁场消失后，磁性大都消失。反映在磁滞回线上是剩磁和矫顽磁力均较小，磁滞回线窄而陡，包围的面积较小，磁滞损耗小，磁导率高。软磁材料适用于交变磁场或要求剩磁特别小的场合。一般用来制造电机、变压器和各种电器的铁心，如灵敏继电器、接触器、磁放大器等。软磁材料中的铁氧体在电子技术中应用很广泛，例如做计算机的磁心、磁鼓及录音设备的磁带、磁头、高频磁路中的铁心、滤波器、脉冲变压器等。

2）硬磁材料

硬磁材料的特点是，必须用较强的外磁场才能使它磁化，但是一经磁后，能保留很大的剩磁。反映在磁滞回线上是具有较高的剩磁和较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。硬磁材料适用于制造永久磁铁及磁电式仪表和各种扬声器及小型直流电机中的永磁铁心等。

3）矩磁材料

该种铁磁性物质具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，所以又称之为矩磁材料。该种材料稳定性良好且易于迅速翻转。矩磁材料常用来制造计算机和控

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制系统中的记忆元件和逻辑元件，其磁滞回线接近矩形（图7-1-5）。

图7-1-5 矩磁材料的磁滞回线 图7-1-6 带绕组的铁心

7.1.4 磁路欧姆定律

图7-1-6为绕有线圈的铁心，当线圈中通人电流I时，在铁心中就会有磁通通过。实验可知，铁心中的磁通与通过线圈的电流I、线圈匝数N以及磁路的截面积S成正比，与磁路的长度l成反比，还与磁导率成正比，即

INSINF （7-1-5）

llRmSl 称为磁阻，是表示磁路对S式中FIN称为磁动势，由此而产生磁通；Rm磁通具有阻碍作用的物理量。式7-1-5可以与电路中的欧姆定律（IU）对应，因而R称为磁路欧姆定律。

例7-1 有一环行铁心线圈，其内径为10cm，外径为15cm，铁心材料为铸铁。磁路中含有一空气隙，其长度等于0.2cm。设线圈中通有1A的电流，如要得到0.9T的磁感应强度，试求线圈匝数。

解 磁路的平均长度为

1015l39.2cm

2从磁化曲线查出，当 B = 0.9T时，H1 = 500A/m，所以铸钢的磁压降为：

H1l150039.20.2102195A

空气隙中的磁场强度为：

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H0所以

B000.957.210Am 7410H0l07.21050.21021440A

总磁动势为：

NIHlH1l1H0l019514401635A

线圈匝数为：

NNI16351635 I1可见，当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，磁动势差不多都用在空气隙上

面。

7.2 单相变压器

变压器是一种十分常见的电气设备。按其用途的不同可分为电力变压器和特殊变压器两大类。如果是针对某种特殊需要而制造的变压器，成为特殊变压器。根据变压器的铁心结构，可分为壳式和心式两种；根据电源的相数可分为单相变压器和三相变压器，按冷却方式分油冷变压器和空气变压器等。

上述各种变压器有不同的用途。但其作用都相同——改变交流电压、交流电流、交换阻抗以及改变相位等。作用相同的原因在于变压器的结构原理基本相同。本节重点学习单相变压器。

7.2.1 单相变压器的基本结构

单相变压器的基本构造如图7-2-1所示。它由闭合铁心和一次、二次绕组等组成。为了减少磁滞和涡流引起的能量损耗，变压器的铁心一般用0.35mm或0.5mm厚的硅钢片迭成，迭片间互相绝缘。

（a）单相心式 （b）单相壳式 （c）单相变压器符号

图7-2-1 单相变压器的基本构造

工作时，连接电源的线圈称为一次绕组，匝数用N1表示；连接负载的线圈称为二次绕组，匝数用N2表示。

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7.2.2 变压器的工作原理 1、 变压器的空载运行

若变压器一次绕组接交流电压u1，而副绕组开路（i2=0），称为变压器的空载运行。这时一次绕组通过的电流为空载电流i0。如图7-2-2所示，图中各电量的正方向按照关联方向标定。电流i0在磁路中变化，产生交变主磁通Φ，引起一次、二次绕组中产生感应电

压e1和e2。 图7-2-2 变压器空载运行

设主磁通msint，根据推导，e1和e2的有效值分别为 E1Em14.44fN1m （7-2-1） 2E24.44fN2m （7-2-2）

如果忽略一次绕组中的阻抗不计，则

U1≈E1 U20≈E2

U14.44fN1m即  （7-2-3）

U204.44fN2m 由（7-2-3）式可以看出，只要电源电压不变，铁心中的主要磁通最大值Φm也不变。

由上式可得

U1N1kU20N2 （7-2-4）

其中kN1 ,称为变压器的电压比，也是一次绕组与二次绕组之间的匝数比。可见变N2压器有电压变换作用。

例7-2 变压器一次绕组的匝数为400匝，电源电压为5000V，频率为50Hz,求铁心中的最大磁通m。

解：根据（7-2-3）式得 mU150000.565Wb

4.44f1N14.4450400 7

2、变压器的有载运行

如果变压器的二次绕组接上负载，则在感应电动势的作用下，二次绕组将产生电流i2≠0。这种情况称为变压器的有载运行，如图7-2-3所示。图中电量的正方向亦为关联方向。

由于二次绕组有电流通过，一次绕组的电流

由空载电流i0变为负载时的电流i1。但当外加

电压U1一定，不论空载或有载，铁心中的主磁 图7-2-3 变压器的有载运行 通m不变(mU1)，

4.44fN1

即 N1I1≈N2I2 所以 I1N21I2I2 （7-2-5） N1k即变压器有电流变换作用。

变压器不仅有变换电压和变换电流的作用，它还具有阻抗变换作用。如图7-2-4（a）所示，在变压器的二次侧接上负载阻抗Z，则在一次侧看进去，可用一个阻抗Z来等效，如图7-2-4（b）。其等效的条件是：电压、电流及功率不变。

U1U2Z' Z ， II21（a）变压器的阻抗变换作用 (b)用阻抗Z来等效

图7-2-4

变压器的等效电路

两式相比，得 根据（7-2-4）式和（7-2-5）式得

Z'ZU1I2 U2I1Z'k2Z （7-2-6）

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匝数不同，变换后的阻抗不同。我们可以采用适当的匝数比，使变换后的阻抗等于电源的内阻，称之为阻抗匹配。这时，负载上可获得最大功率。

20V，内阻R =180Ω，负例7-3 在图7-2-5中，正弦交流电源的端电压US0= R0时，求变压器的电压比及电源的输出功率。载阻抗RL =5Ω（1）当等效电阻RL（2）求负载直接与电源联接时，电源的输出功率。

图7-2-5 例7-3图

解 （1）变压器的电压比为

N1kN2R'L1806 RL5电源输出功率为

US'20PRL1800.55W RR'L1801800 （2）当负载直接接在电源上时，输出功率为

22US20PRL50.058W RRL180507.2.3 变压器的使用

1、变压器的外特性

运行中的变压器，当电源电压有效值U1及负载功率因数cosφ2为常数时，二次绕组输出电压有效值U2随负载电流有效值I2的变化关系可用曲线U2=f(I2)来表示，该曲线称为变压器的外特性曲线（如图7-2-6所示）。图中表明，当负载为电阻性和电感性时，U2随I2的增加而下降，且感性负载比阻性负载下降更明显；对于容性负载，U2随I2的增加而上升。

我们还可用电压变化率U%来表示变压器二次侧电压随负载电流的变化。即

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U2N

图7-2-6

变压器的外特性曲线

U%U2NU2100% （7-2-7）

U2N式中 U2N——变压器二次侧的额定电压，即空载电压；

U2——当负载为额定负载（即电流为额定电流）时的二次侧电压。

电压变化率越小，变压器的稳定性越好。一般变压器的电压变化率约为4%～6%。 2、损耗与效率

当变压器二次绕阻接负载后，在电压U2的作用下，有电流通过，负载吸收功率。对于单相变压器，负载吸收的有功功率为

P2U2I2cos2 （7-2-8）

式中cosφ2为负载的功率因数。这时一次绕组从电源吸收的有功功率为

P1U1I1cos1 （7-2-9） 式中φ1是u1与i1的相位差。

变压器从电源得到的有功功率P1不会全部由负载吸收。因传输过程中有能量损耗，即铜损PCu和铁损PFe。这些损耗均变为热量，使变压器温度升高。根据能量守恒定律

P1P2PCuPFe （7-2-10） 则变压器的效率为

P2P2100%100% （7-2-11） P1P2PCuPFe变压器的效率很高，对于大容量的变压器，其效率一般可达95%～99%。

3、主要额定值

1）额定电压 一次侧额定电压指根据变压器的绝缘强度和允许发热而规定的一次绕组的正常工作电压；二次侧额定电压指一次绕组加额定电压时，二次绕组的开路电压。

2）额定电流 根据变压器的允许发热条件而规定的绕组长期工作允许通过的最

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大电流值。

3）额定容量 指变压器在额定工作状态下，二次绕组的视在功率，单位为KVA。忽略变压器的损耗，额定容量为

SNU1NI1NU2NI2N （7-2-12） 10001000例7-4 有一台50KVA，6600/230V的单相变压器供照明负载用电，测得铁损

PFe500W，额定负载时铜损PCu1486W，满载时副边电压为220V。求（1）额定电流I1N,I2N；（2）电压变化率U%；（3）额定负载时的效率。

解 （1）根据 SNI2NU2N 得

SN50000217A U2N230I2NU2N230I1NI2N2177.56A

kU1N6600U2NU2230220（2）U%100%100%4.3%

U2N230I2N（3）根据（7-2-8）式得

0 P2I2NU2Ncos22172204774W根据（7-2-11）式得



P2P2100%100%P1P2PCuPFe

47740100%96%4774014865007.3 电力变压器

应用于电力系统变配电的变压器称为电力变压器，三相变压器是电力系统的重要设备，本节主要介绍三相变压器。

7.3.1 电力变压器的结构 前面我们讲过，在电力上常利用变压器进行电压变换，将低电压变换成高电压进行远距离传输，以便减少线路损耗和提高传输效率。对于三相电源进行电压变换，可用三台单相变压器组成的三相变压器组，或用一台三相变压器来完成。基本结构（如图7-3-1所示）与单向变压器相似，闭合的铁心上共有六个线圈，三个一次绕组（高压绕组），分别记为AX、BY、CZ；另三个为二次绕组（低压绕组），分别记为ax、by、cz。AX、ax称为A相绕组，BY、by称为B相绕组，CZ、cz称为C相绕组。A（a）、B(b)、C(c)称为首端，其余称为末端。

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三相变压器在电力系统中主要用作传输电能，故它的容量较大。一般大容量电力变压器的铁心和绕组都要浸入装满变压器油的油箱中，以改善其散热条件。除此之外，变压器还设有储油柜、安全气道和气体继电器等一些其它附件。

7.3.2 电力变压器的主要参数

使用变压器时，必须掌握其铭牌上的技术数据。图7-3-2是一台三相电力变压器的铭牌。变压器铭牌上一般注明下列内容：型号、联接组别、容量、使用条件、冷却方式、电压等级等。

1、型号

由字母和数字组成，字母表示的意义为：

S－表示三相，D－表示单相，K－表示防爆， F－表示风冷等。例如变压器型号为S9－500/10， 其中S9——表示三相变压器的系列，它是我国统一设计的高效节能变压器；500——表示变压器容量，单位为千伏安（kVA）；10——表示高压侧的 图7-3-1 三相变压器基本构造电压，单位为千伏（kV）。

2、联接组别

表示三相变压器的接法及高低压绕组线电压之间的相位关系。

S7—500∕10

高压侧电压等级（kV）； 额定容量（kV·A） 产品设计序号；

基本型号（S ——三相）

三相变压器或三个单相变压器的一次绕组都可分别接成星形或三角形。实际上变压器常用的接法有Y／Y0、Y／Δ、Y0／Δ三种，符号Y0表示有中线的星形接法，分子表示高压绕组的接法，分母表示低压绕组的接法。

图7-3-2 变压器铭牌

新的标注法规定变压器绕组的连接方法表示如下：用大写字母表示高压侧，小写字

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母表示低压侧。Y或y表示星形联接，D 或d 表示三角形联接，N 或n表示接中线。上述三种接法分别用Y,yn、Y,d、YN,d来表示。

由于三相绕组可以采用不同的连接，使得三相变压器一次、二次绕组中的线电动势会出现不同的相位差，实践和理论证明：对于三相绕相，无论采用什么连接法，一次、二次线电动势的相位差总是30º的整数倍。因此，采用时钟盘面上的12个数字来表示这种相位差是很简明的。具体表示方法是：把高压边线电动势矢量作为时钟的长针，总是指着“12”，而把低压边线电动势矢量作为短针，它指的数字与12之间的角度就表示高、低压边线电动势矢量之间的相位差。这个“短针”指的数字称为三相变压器联接组的标号（联接组是按一次、二次线电动势的相位关系把变压器绕组的连接分成各种不同连接类型）。常用的联结组有Y,yn0；Y,d11；D,yn11等。其中Y,yn0表示高压侧星形连接、低压侧星形连接且有中线，“0”表示高、低侧电动势是同相的。“11”表示低压侧线电动势超前于高压侧线电动势30º。

3、额定电压

变压器铭牌上有两个额定电压，即一次侧额定电压和二次侧额定电压。 一次侧额定电压U1N是指一次侧绕组的正常工作电压，它是根据变压器的绝缘强度和允许的发热条件规定的。二次侧额定电压U2N是指一次侧加上额定电压后二次侧的空载电压。对于三相变压器，额定电压均指线电压。

4、额定电流

额定电流是指根据变压器允许的发热条件而规定的允许其绕组长期通过的最大电流值，使用时变压器的电流不应超过额定值。对于三相变压器，额定电流均指线电流。

5、额定容量

指变压器在额定工作状态下，二次绕组的视在功率，它反映变压器正常运行时可能传输的最大电功率。单位为kVA或MVA。忽略损耗，三相变压器的额定容量可表示为：

SN3U2NI2N （7-3-1）

1000式中U1N 、U2N 及I1N、I2N为一次侧、二次侧的额定线电压、线电流。 6、额定频率

变压器额定运行时，一次绕组外加电压的频率。我国的标准工频为50Hz。

7、阻抗压降 —— 是将二次侧短路并使二次电流达到额定值I2N时，一次侧（高压边）应加的电压值。用额定电压U1N的百分比表示，中、小型电力变压器约为4～10.5%。

8、使用条件 —— 一般分为户内式和户外式。 在变压器的一次侧设有调压开关，一般只能在断电的情况下调整，若变压器距前一级变电站很近，供电电压偏高，可调至Ⅰ档；若变压器距前一级变电站很远，供电电压偏低，可调至Ⅲ档；正常条件下一般置于Ⅱ档。总之，通过必要的调整，保证二次侧输出电压为额定值400V。

此外，还有冷却方式、允许温升等项内容。1000kV·A以上的变压器铭牌上还标有

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空载电流、空载损耗及短路损耗等数据。

7.3.3 变压器的运行和维护

变压器并行运行，在国民经济建设中有着重要的意义。可提高供电的可靠性，当某台变压器出现故障时，重要用户可以不中断供电，还可减少初期的投资；并且当负载减少时，可断开某些变压器，提高供电效率和功率因数。

变压器的并行运行必须满足额定电压相同，即变压比相等；相序必须一致；短路压降（阻抗压降）必须相等；同时联接组别必须相同等条件。否则，变压器容量不能充分发挥，甚至不能投入并联运行，严重时将会使变压器烧毁。

7.4 特殊变压器

7.4.1 自耦变压器

自耦变压器的结构特点是二次绕组是一次绕组的一部分，而且一次、二次绕组不但有磁的耦合，还有电的联系，上述变压、变流和变阻抗关系都适用于它。如图7-4-1有：

kZU1N1I2 （7-4-1） U2N2I1式中U1、I1为一次绕组的电压和电流有效值，U2、

kZ为自耦变压I2为二次绕组的电压和电流有效值，

器的电压比。

实验室中常用的调压器就是一种可改变二次绕组匝数的特殊自耦变压器，它可以均匀地改变输出

图7-4-1自耦变压器

电压。图7-4-2所示就是单相自耦调压器的外形和原

理电路图。除了单相自耦调压器之外，还有三相自耦调压器。

使用自耦调压器时应注意：

1）输入端应接交流电源，输出端接负载，不能接错，否则，有可能将变压器烧坏；使用完毕后，手柄应退回零位。

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图7-4-2 自耦调压器外形和原理电路

2）由于高、低压侧电路有电的联系，如果高压侧有电气故障，会影响到低压侧，所以高、低压侧应为同一绝缘等级。

3）安全操作规程中规定，自耦变压器不能作为安全变压器使用。这是因为自耦变压器的高、低压侧电路有电的联系，万一接错线路，就可能引发触电事故。

7.4.3 电焊变压器

电弧焊是设备制造、维修最常用的焊接方法。常常采用交流弧焊机进行电弧焊。电焊变压器是交流弧焊机的主要组成部分，它是一种双绕组降压变压器，它的基本原理与普通变压器相同。

电弧焊的基本原理是在焊条与工件之间燃起电弧，用电弧的高温使金属熔化进行焊接。因此对电焊变压器的要求是：空载时应有足够的引弧电压（约60～75V），以保证电极间产生电弧。有载时，二次电压应迅速下降，当焊条与焊件间产生电弧并稳定燃烧时，维持电弧的工作电压，一般为25～35V。短路时（焊条与工件相碰瞬间），短路电流不能过大，以免损坏焊机。另外，为了适应不同的焊件和不同规格的焊条，焊接电流的大小要能够调节。

电焊变压器的结构具有以下特点：电焊变压器的二次绕组与一个可变的铁心电抗器串联，电抗器的铁心有较大的空气隙，调节螺栓是用来调节空气隙的距离，改变电抗器空气隙的长度就可改变它的电抗，从而控制焊

接电流的大小。如空气隙增大， 图7-4-3 电焊变压器的原理图 电抗器的感抗随之减小，电流就随之增大。图7-4-3是它的原理图。

为了调节引弧电压，一次绕组配备分接出头，并用一分接开关来调节二次侧的空载电压。一次、二次绕组分装在两个铁心柱上，使绕组有较大的漏磁通，漏磁通只与各绕组自身交链，它在绕组中产生的自感电动势起着减弱电流的作用，因此可用一个漏电抗来反映这种作用，它与绕组本身的的电阻合称为漏阻抗。漏磁通越大，该绕组本身的漏抗就越大，漏阻抗也就越大。我们知道，对负载来说，二次绕组相当于电源，那么二次绕组本身的漏阻抗就相当于电源的内部阻抗，漏阻抗大就是电源的内阻抗大，会使变压器的外特性曲线变陡，即二次侧的端电压U2将随电流I2的增大而迅速下降。这样，就满足了有载时二次电压迅速下降以及短路瞬间短路电流不致过大的要求。

7.4.4 脉冲变压器

脉冲变压器是用以传输脉冲功率和传递脉冲信号的一种信号变压器，是脉冲放大器的基本元件之一。其基本构造和基本工作原理与普通变压器相同。在脉冲放大器中主要用它作级间耦合及功放级与负载间的耦合，以实现阻抗匹配，变换极性等。常用的一种环形铁心的脉冲变压器如图7-4-4所示。

由于它在脉冲状态下工作，为了减小传输畸变、减小损耗和提高效率，因此在材料选择、制造工艺上都比普通变压器要求高。对于同一种铁心材料来说，工作在脉冲状态

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下的铁心损耗要大大高于工作在工频下的脉冲损耗，激磁电感明显下降，空载电流相应增大，因此，脉冲变压器的铁心一般采用的是高频下磁导率高的磁性材料 —— 坡莫合金或铁氧体，这样可以大大减小铁心损耗，由于铁氧体的导电性能属半导体，电阻率大，铁心损耗较小，空载电流较小，传输效率得到了大大提

高。 图7-4-4 脉冲变压器

7.4.5 电压互感器

电压互感器是一个单相双绕组变压器，它的一次侧绕组匝数较多，二次侧绕组匝数相对较少，类似于一台降压变压器。主要用于测量高电压。其一次侧与被测电路并联，二次侧与交流电压表并联，如图7-4-5所示。电压互感器一次、二次侧的电压关系为

U1N1U2KuU2 （7-4-2） N2Ku——变压比。电压互感器二次侧的额定电压一般为100V。

使用电压互感器时应注意：1）二次侧绕组不允许短路，否则会烧毁互感器；2）二次绕组一端与铁心必须可靠接地。

i 负载

u1 N1 电流互感器

电压互感器

N2 u2 V 图7-4-5 电压互感器 图7-4-6 电流互感器

7.4.6 电流互感器

电流互感器是一个单相双绕组变压器，它的一次侧匝数很少而二次侧匝数相对较多，类似于一台升压变压器。主要用于测量大电流。其一次侧与被测电路串联，二次侧与交流电流表串联，如图7-4-6所示。电流互感器一次、二次侧的电流关系为

I1N2I2KiI2 （7-4-3） N1Ki——变流比。电流互感器二次侧的额定电流一般为5A。

使用电流互感器时应注意：1）二次侧绕组不能开路，否则会产生高压，严重时烧毁互感器；2）二次绕组一端与铁心必须可靠接地。

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7.4.7 钳形电流表

钳形电流表是电流互感器的一种变形。它的铁心如同一钳子，用弹簧压紧。测量时将钳压开而引入被测导线。这时该导线就是一次绕组，二次绕组绕在铁心上并与电流表接通。利用钳形电流表可以随时随地测量线路中的电流，不必像普通电流互感器那样必须固定在一处或者在测量时要断开电路而将原绕组串接进去。钳形电流表的原理图如图7-4-7所示。

小结

一、 铁磁材料主要特性、分类及磁路欧姆定律

1、主要特性

铁磁材料具有高导磁性、磁饱和性及磁滞性等特点。 2、分类

铁磁材料按其磁滞回线形状不同可分为软磁材料、 硬磁材料和矩磁材料三大类。 3、 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律表示为：图7-4-7 钳形电流表

F Rm二、变压器

变压器是利用电磁感应原理制成的一种静止的电气设备，由铁心和绕组组成，它利用电磁感应定律来实现能量的传递。

1、基本关系

U14.44fN1m

U204.44fN2m2、单相变压器作用

单相变压器的作用是变换电压、变换电流和变换阻抗。变换公式分别为

U1E1N1IN1k、 12、 Zk2Z U2E2N2I2N1k3、外特性

U2=f（I2）称为变压器的外特性，由外特性可得到变压器的电压变化率。变压器的电压变化率在一定程度上反映了其供电的质量，表征了电网电压的稳定性，是变压器的主要性能指标之一。

4、使用 ：按铭牌上的额定参数使用。

5、三相变压器的额定电压和额定电流是指线电压和线电流。

6、现代电力系统中，三相变压器一般采用三相制来获得三相电压。三相变压器线

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圈接线常有Y,yn （Y／Y0）、Y,d（Y／Δ）、YN,d（Y0／Δ）三种。

7、对于特殊用途的变压器，一定要按规定的方法和参数使用，特别对于自耦变压器，由于它的一次、二次侧之间有直接的电联系，使用时应小心。一次侧、二次侧不可接错，否则很容易造成电源被短路或烧坏变压器。如将接地端误接到相线时，有触电的危险。

8．电流互感器的二次侧不可以开路，电压互感器的二次侧不可以短路。

习题七

7-1 在由铁磁材料和空气隙组成的磁路中，铁磁材料的平均长度远远大于空气隙的平均长度，你认为是铁磁材料上的磁动势大还是空气隙上的磁动势大？为什么？

7-2 一台变压器的绕组误接到数值为额定电压的直流电源上，它能否变压？会产生什么后果？

7-3 有一线圈，其匝数N=1000，绕在由铸钢制成的闭合铁心上，铁心的截面积

SFe20cm2，铁心的平均长度lFe50cm。如要在铁心中产生磁通0.002Wb，试

问线圈中应通入多大直流电流？

7-4有一空载变压器，一次侧加额定电压220V，并测得一次绕组电R110，问一次侧电流为多少？

7-5 有一单相照明变压器，容量为10kVA，电压为3300/220V。欲在二次侧接上60W、220V的白炽灯，若要变压器在额定负载下运行，这种电灯可接多少个？并求一次、二次侧电流。

7-6 一台变压器一次绕组N1=360匝，电压U1=220V，二次绕组有两组绕组，其电压分别为U12=55V，U22=18V。求二次绕组两组绕组的匝数。 7-8 变压器的额定频率为50Hz，用于25Hz的交流电路中，能否正常工作？

7-9 一台三相变压器，它的额定容量为50 kVA，一次、二次侧的额定电压为

U1NU2N10/0.4kV,Y/Y联接，试计算一次、二次侧的额定电流；若Y/联接，

其一次、二次侧额定电压和额定电流各为多少？

7-10 已知一台自耦变压器的额定容量为15 kVA，U1N220V,N1880匝，

U2N200V，试求（1）应在线圈的何处抽出一线端？（2）满载时I1和I2各为多少？

7-11 一台电力变压器的电压变化率ΔU=3%，变压器在额定负载下的输出电压U2=220V，求此变压器二次绕组的额定电压。

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