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1、35 涡流与集肤效应,一.涡流 在具有铁心的线圈中通以交流电时,就有交变的磁通穿过铁心,在铁心内部必然形成感应电流.这种电流在铁心中自成闭合回路,称做涡流。如图,涡流,涡流流动时,由于铁心的电阻很小,所以涡流具有很大的数值,使铁心发热,造成不必要的损耗,如变压器通电时铁心发热等。 涡流在铁芯的电阻上引起功率损耗称为涡流损耗。 为了减小涡流，通常是用增大涡流回路电阻的方法。如图 常把相互绝缘的硅钢片叠成铁心，将涡流的区域分割。,涡流有利的一面。如高频熔炼炉和工频感应炉都是利用涡流产生高温使金属熔化的，如图 此外，涡流对金属进行热处理等。,二. 集肤效应 实践证明，直流电通过导线时，线的横截面积上
2、各处的电流密度相等； 而交流电通过导线时，导线横截面积上电流是不均匀的。越是靠近导线中心，电流密度越小；越是靠近导线表面，电流密度越大。这种交变电流在导线内趋于导线表面的想象称为集肤效应（也称表面效应或趋肤效应）。如图所示不同频率的电流在导线中流动的示意图,集肤效应的影响，(不利的一面和有利的一面： 不利一面是：对传输高频电流是不利的。根据此想象，在高频电路中采用空心导线节省有色金属，有时则用多股相互绝缘的绞合导线或编织线以增大导线的表面积来减小电阻。如收音机天线。 有利一面是：高频淬火一例。由于集肤效应工件表面发热中心几乎不热。就可达到使工件表面硬度高内部韧性好的目的。 通常采用的电流频率是
3、200600KHZ,3 - 6 变 压 器,一.变压器的用途及其基本结构 1.变压器的用途 变压器是改变交流电压而保持交流电频率不变的电器设备。 2. 变压器的基本结构 如图,2 . 变 压 器 的基本结构,3.2.1 变压器的基本结构 (a) 芯式变压器 (b) 壳式变压器 图3.6 单相变压器的结构,2.2 变压器的工作原理 1. 变压器的电压变换作用 图5.7 变压器空载运行示意图 设一次、二次绕组的匝数分别为，N1，N2，变压器起降压作用，称为降压变压器。反之，N2，N1，称为升压变压器,由于一次侧.二次侧绕组同受主磁通作用，所以在两个绕组中产生的感应电动势e1和e2的频率与电源频率相
4、同。若主磁通时间的变化率为/t，则由电磁感应定律可得,又感应电动势与感应电压反相，所以 如不考虑相位，只考虑大小则有效值之间关系如右式 式中U1一次侧交流电有效值，V U2-二次侧交流电压有效值 N1-一次侧绕组的匝数 N2二次侧绕组的匝数 n-一次、二次的电压比，或匝数比，简称变比。,上式表明，变压器一次侧、二次侧的绕组的电压比等于它们的匝数比n。当n1时，N1N2，U1U2，这种变压器是降压变压器；当n1时为升压变压器。 可见，只要选择一次侧、二次侧绕组的匝数比就可实现升压和降压的目的。 下面请看例题39 一变压器的一次测绕组接在380v的输电线上，要求二次侧绕组输出36v电压，设一次测绕
5、组的匝数为1652匝。求变压器的电压比和二次测绕组匝数N2。 解：根据 实际工作中， 二次匝数应加510 （有消耗) N2可取168匝,2. 变压器的电流变换作用 图5.8 变压器负载运行 在额定情况下，一、二次绕组的电流有效值近似地与其匝数成反比,变流原理 在忽略损耗时，变压器的输出功率P2应与变压器从电源中获得的功率P1相等，即P1=P2. 当变压器只有一个二次侧时，应有下述关系； 下面请看例题3-10已知某变压器的匝数比n5，其二次侧电流I2=60A.试计算一次侧电流.,解 根据 可得,3. 变压器的阻抗变换原理(作用) 若把带负载的变压器(虚线框)看成是一个新的负载并以 表示,而对于无
6、损耗变压器说,只起功率传递作用,所以有 图3-41 变压器的阻抗变换,接在二次绕组的负载阻抗对一次侧的影响，可以用一个接于一次绕组的等效阻抗来代替，等效阻抗等于的倍,上试表明，负载 接在变压器的二次侧上，从电源中获取的功率和负载 直接接在电源上所获取的功率是 完全相同的。也就是说， 是 在变压器一次侧中的交流效电阻。变压器的这种特性常用于电子电路中的阻抗匹配，使负载获得最大功率。,4.变压器的几个参数 （1）额定电压U1N和U2N 一次侧绕组的额定电压是指加在一次侧绕组上的正常工作电压值。它是根据变压器的绝缘强度和允许发热等条件规定的。二次侧绕组的额定电压是指变压器在空载时，一次策绕组加上额定
7、电压后，二次绕组两端的电压值。 （2）额定容量SN是指电压器在额定工作状态下二次侧的视在功率，单位为KVA。 单相变压器的额定容量：SN = U2N I2N / 1000(KVA) 三相变压器的额定容量:,2.3 三相变压器 图5.11 三相变压器结构 三相变压器的高压绕组电压和低压绕组电压的比值，不仅与高、低压绕组的每相匝数有关，而且与绕组的接法有关,图5.12 三相变压器绕组接线方式,6.2.4 变压器特性 1. 变压器的外特性 图6.13 变压器的外特性曲线 变压器一次电压 为额定值时，二次侧的电压 的关系曲线称为变压器的外特性,2. 变压器的效率 图5.14 变压器效率曲线 变压器的输
8、出功率 和输入功率 之比称为变压器的效率,3. 变压器技术参数 1. 额定电压 2. 额定电流 3. 额定容量 4. 空载电流 5. 空载损耗 6. 负载损耗 7. 短路阻抗 8. 短路损耗 9. 温升 10. 联结组标号,36 特殊变压器,5.3.1 仪表用互感器 1. 电磁式互感器 1) 电压互感器 (a) 外形 (b) 原理图 图5.16 电压互感器,2) 电流互感器 a) 外形 (b) 原理图 图5.17 电流互感器,3.2 自耦变压器 (a) 电路原理图 (b) 外形图 图5.20 自耦变压器 普通变压器的原边和副边只有磁路上的耦合，没有电路上的直接联系，而自耦变压器(auto-transformer)的副绕组取的是原绕组的一部分,