铁心线圈与变压器简明
变压器结构简介与工作原理
变压器结构简介与工作原理1. 引言变压器是电力系统中常见的电气设备，用于改变交流电压的大小。
本文将详细介绍变压器的结构和工作原理。
2. 变压器结构变压器主要由铁芯和线圈组成。
2.1 铁芯铁芯是变压器的主要结构部分，通常由硅钢片叠压而成。
它的作用是提供一个低磁阻路径，减小磁通的损耗。
铁芯通常分为两部分，即主芯和副芯，它们通过磁路连接在一起。
2.2 线圈线圈是变压器的另一个重要组成部分，分为主线圈和副线圈。
主线圈通常接在电源侧，副线圈接在负载侧。
线圈由绝缘导线绕制而成，通常采用铜或铝导线。
线圈的绕制方式可以是螺绕式或层绕式。
3. 变压器工作原理变压器的工作原理基于电磁感应定律。
3.1 电磁感应定律电磁感应定律指出，当一个导体在磁场中运动或磁场的强度发生变化时，会在导体中产生感应电动势。
3.2 变压器的工作原理变压器的工作原理是基于电磁感应定律。
当变压器的主线圈通电时，通过主线圈的电流会产生一个磁场。
这个磁场会穿过铁芯并感应到副线圈中。
根据电磁感应定律，副线圈中会产生感应电动势。
如果副线圈接上负载，感应电动势会驱动电流在副线圈中流动，从而实现电能的传输。
3.3 变压器的变压比变压器的变压比定义为主线圈的匝数与副线圈的匝数之比。
变压比决定了输入电压和输出电压之间的关系。
例如，如果变压比为2:1，则输入电压是输出电压的两倍。
4. 变压器的工作特性变压器具有以下几个重要的工作特性。
4.1 变压比变压比决定了输入电压和输出电压之间的关系，可以根据需求来设计。
4.2 效率变压器的效率定义为输出功率与输入功率的比值。
高效率的变压器能够最大限度地减少能量损耗。
4.3 转换效率转换效率是指变压器将输入电能转换为输出电能的能力。
高转换效率的变压器能够更有效地传输能量。
4.4 负载容量变压器的负载容量指的是它能够承载的最大负载电流。
负载容量越大，变压器能够供应的负载越多。
5. 变压器的应用领域变压器广泛应用于电力系统和电子设备中。
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。
变压器的结构及工作原理
变压器的结构及工作原理变压器是一种用于将电能从一种电压转换为另一种电压的电气设备。
它是电力系统中非常常见的设备之一，被广泛应用于发电厂、变电站、工业生产和民用电力系统中。
变压器的结构和工作原理十分重要，下面详细介绍。
一、变压器的结构变压器由两个或更多的线圈通过铁芯相互连接而成。
主要包括以下部分：1.铁芯：变压器的铁芯由硅钢片组成，可有效减小磁滞和涡流损耗。
铁芯的形状包括E型、I型和C型等，用于支撑和保护线圈。
2.一次线圈（主绕组）：也称为原线圈或输入线圈，接收电源端的输入电能。
一次线圈一般由较粗的导线绕制而成。
3.二次线圈（副绕组）：也称为输出线圈，输出变压器转换后的电能。
二次线圈一般由较细的导线绕制而成。
4.绝缘材料：用于在不同线圈之间提供电气绝缘，避免相互之间的短路。
5.冷却装置：用于散热，以保证变压器的工作温度不超过允许范围。
常见的冷却方式包括自然冷却（静风冷却）和强制冷却（风扇冷却、冷水冷却等）。
二、变压器的工作原理变压器基于电磁感应的原理工作，其主要过程是通过变化的磁场引起线圈中的电压变化。
1.变流原理：根据法拉第电磁感应定律，当一次线圈中的电流变化时，会在铁芯中产生一个变化的磁场。
这个磁场穿过二次线圈，并在其中引起电动势的产生。
根据电磁感应定律，产生的电动势与变化的磁场强度成正比。
2.变压原理：根据楞次定律，一次线圈和二次线圈中的电流方向是相互反的。
当一次线圈接通电源时，通过它的电流会在铁芯中产生一个磁场。
这个磁场会在二次线圈中引起电动势的产生，并使得二次线圈中的电流流动。
变压器的输入电压和输出电压之比等于输入线圈的匝数和输出线圈的匝数之比。
即：输入电压/输出电压=输入线圈匝数/输出线圈匝数3.近似理想性：在实际的变压器中，我们可以近似认为主线圈和副线圈之间没有电阻，也没有电感。
这样，变压器的损耗可以忽略不计，输出电压会完全等于输入电压。
4.变压器的效率：实际的变压器会有一定的损耗，主要包括铁损耗和铜损耗。
变压器结构中各组成部分介绍
变压器结构中各组成部分介绍一、铁芯铁芯是变压器的主要构件之一，它由硅钢片叠压而成。
铁芯的作用是集中通磁，增加磁路的磁阻，从而提高变压器的效率。
同时，铁芯还起到支撑和固定线圈的作用，使得变压器的结构更加牢固。
二、线圈线圈是变压器的另一个重要组成部分，它由导电材料绕制而成。
线圈一般分为初级线圈和次级线圈两部分。
初级线圈通入交流电源，次级线圈则输出变压后的电压。
线圈通过磁场的变化，引起感应电势，从而实现电压的变换。
三、绝缘材料绝缘材料在变压器中起到隔离和保护的作用。
它用于包裹线圈和绝缘铁芯，防止电流泄漏和短路事故的发生。
绝缘材料要具有良好的耐热、耐压和耐腐蚀性能，以确保变压器的安全运行。
四、冷却系统冷却系统用于散热，保持变压器的温度在安全范围内。
变压器工作时会产生一定的损耗，这些损耗会转化为热量。
如果不能及时散热，温度就会升高，从而影响变压器的性能和寿命。
常见的冷却系统有油冷却和风冷却两种。
五、终端和引线终端和引线是变压器的电气连接部分，用于将变压器与外部电路连接起来。
终端是连接线圈和外部电路的接口，引线则将电流引出变压器。
终端和引线要具有良好的导电性能和耐久性，以确保电能的传输稳定可靠。
六、辅助设备辅助设备包括温度计、油位计、压力继电器等，用于监测和保护变压器的运行状态。
温度计用于测量变压器的温度，油位计用于监测变压器内部的油位，压力继电器用于检测变压器内部的油压。
这些设备能及时发现异常情况并采取相应的保护措施，保证变压器的安全运行。
变压器结构中的各组成部分各具特点，相互配合，共同保证了变压器的正常运行。
铁芯和线圈是变压器的核心部件，绝缘材料保证了变压器的安全性，冷却系统保持了变压器的合理温度，终端和引线实现了电能的传输，辅助设备监测和保护了变压器的运行状态。
只有这些组成部分协调一致，才能使变压器发挥出最佳的效能。
变压器结构简介与工作原理
变压器结构简介与工作原理一、变压器的结构简介变压器是一种电气设备，用于改变交流电的电压。
它由铁心和线圈组成。
1. 铁心：变压器的铁心通常由硅钢片制成，以减少铁损耗和涡流损耗。
硅钢片的特殊结构可以降低磁滞和涡流损耗，提高变压器的效率。
铁心的形状通常是矩形或环形，以便线圈可以紧密地包围它。
2. 线圈：变压器的线圈分为两种，即主线圈和副线圈。
主线圈通常由较粗的导线制成，用于传输电能。
副线圈则由较细的导线制成，用于接收或输出电能。
主线圈和副线圈之间通过铁心的磁耦合实现能量传递。
二、变压器的工作原理变压器的工作原理基于电磁感应定律，即当一个导体中的磁通量发生变化时，会在导体中产生感应电动势。
1. 工作原理概述：变压器的主要工作原理是利用交流电源产生的交变磁场，通过铁心的磁耦合作用，将电能从主线圈传递到副线圈。
当主线圈中的电流发生变化时，会在铁心中产生交变磁场，进而感应出副线圈中的电动势，从而实现电能的传输。
2. 变压器的步骤：a. 交流电源：将交流电源连接到主线圈，使电流通过主线圈。
b. 磁场产生：主线圈中的电流产生交变磁场，通过铁心传递到副线圈。
c. 电动势感应：副线圈中的交变磁场感应出电动势，产生电流。
d. 电能传输：副线圈中的电流可以用于驱动负载或供给其他设备。
3. 变压器的变压比：变压器的变压比由主线圈和副线圈的匝数比决定。
如果主线圈的匝数多于副线圈，变压器被称为升压变压器，可以将输入电压升高；如果副线圈的匝数多于主线圈，变压器被称为降压变压器，可以将输入电压降低。
4. 变压器的效率：变压器的效率是指输出功率与输入功率之间的比值。
变压器的效率通常很高，可以达到95%以上。
效率的损耗主要来自于铁损耗和铜损耗。
铁损耗是由于铁心中的磁滞和涡流引起的，而铜损耗是由于线圈中的电阻产生的。
总结：变压器是一种用于改变交流电压的电气设备。
它由铁心和线圈组成，其中铁心通过磁耦合实现主线圈和副线圈之间的能量传递。
变压器的工作原理基于电磁感应定律，利用交变磁场在线圈中感应出电动势，实现电能的传输。
变压器分类和主要用途
变压器分类和主要用途变压器是用于电力输配系统的电气设备。
它具有高电压、低损耗的特点；广泛应用于工矿企业配电系统及农村用电照明等低压电器中作降压使用，还可作为电动机起动或调速用电源。
变压器的种类繁多，按用途可分为升压（电）变压器和降容（电）变压器两大类：1、升压变压器：主要用作各种电机设备的启动与运行控制之用。
其容量一般较大且能频繁操作。
如大型汽轮机的转子绕组通常采用自耦减压式磁极互感器来产生高压直流电流供主发电机励磁时做正反转的过载能力试验，这种装置称为升压开关型变压器，又称之为空冷。
2、降阻（电）变压器（即俗称的调相变压器）：主要用于改善交流供电网络的功率因数和提高线路输送电能的质量。
由于它的体积小而重量轻，便于安装和维护，所以应用广泛；此外在需要改变三相负荷不平衡的情况下也可用来调节频率。
目前国内外大量生产的都是这类调频调功用的变压器。
根据所用材料不同又可将此类变压器分为铁芯线圈式和铝壳油浸式的两类：（1）铁芯线圈的类有干式变压器、油浴变压器、自藕变压器和气体绝缘金属外壳式变压器等类型。
其中前三种均属于分接开关型的产品。
（2）干式油箱内装设密封油室的变压器称之谓油浸式变压器：它是将原硅钢片叠成的铁心置于充以一定量油的瓷质箱体内制成的一种小型特种变压器。
其主要优点是结构简单、轻便耐用、使用维护方便等优点.但效率较低、温升较高。
（3）用环氧树脂浇铸的铁芯线圈式调温变压器为新型节能型变压器之一。
该产品的最大特点是在额定负载下可保持较低的温度值而不影响性能指标。
4、特殊功能专用变压器：主要有整流滤波变压器、高频变压器、防雷击变压器以及电子仪器仪表专用的稳压电路元件等等。
5、其他类型的各类变压器：包括非晶合金变压器、非包封晶体管复合管变压器、磁屏蔽变压器、无刷同步感应加热变压器及无触点继电器控制的电磁制动器等。
这些变压器大多适用于某些特殊的场合。
第4章 铁芯线圈与变压器
Rm l / S 因磁导率μ是一个变量，因此磁阻Rm不是常数。
磁阻Rm
电工与电子技术基础
沈阳城市学院
3.1.3 铁磁材料的磁性能
1 、高导磁性 ♦磁畴：铁磁材料内部的小天然磁性区域。 ♦在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂乱 无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。 ♦在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向趋 于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。 磁 畴
♦磁感应强度B : 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。 ♦B的方向: 与电流的方向之间符合右手螺旋定则。
♦B的单位: 特斯拉(T)，和高斯（Gs）
1T =104Gs
♦均匀磁场: 各点磁感应强度大小相等，方向相同的 磁场，也称匀强磁场。
电工与电子技术基础
沈阳城市学院
3.1.1 磁路的基本物理量
a S
N1 N2
i2
|ZL|
A
a
u1
u20 x
x
电工与电子技术基础
X
变压器符号 沈阳城市学院
x
3.2.2 变压器的工作原理
1.变压器的空载运行与变换电压的作用 空载运行：原绕组接交流电源，副绕组开路的运行状态 。 原绕组接交流电源u1 →原边通过的电流为空载电流i10很小为额定电流的3%～8%。 →产生磁通→产生自感电压uL1 ，其有效值为：
U L1 4.44 fN 1m
常可认为电源电压U1≈UL1。铁芯中的主磁通Φ穿过副边时产 生互感电压uM2，互感电压的有效值为：
U M 2 4.44 fN 2m
副边开路电流为零，因此空载时副边不存在损耗，有U20=UM2。
第六章：铁芯线圈与变压器
铜损耗：铜导线线圈电阻R消耗的功率； 磁滞损耗：磁性物质被交变磁化时产生的热损耗； 涡流损耗：磁性物质亦属于导电材料，交变磁场作用下产生感应电动势及 感应涡流； 铁损耗：磁滞损耗和涡流损耗发生在铁磁材料内部，合称铁损耗。
16 河科大周立鹏老师讲义
【补充说明】铁损耗
P117介绍
铁损耗使铁心发热，减小铁损耗的措施主要有： A. 使用软磁材料减小磁滞损耗 Ph ； B. 增大铁心的电阻率，从而减小涡流及其损耗 ； C. 用薄硅钢片叠成铁心，减小涡流及其损耗 。
电磁铁在生产中获得广泛应用。原理是用电 电磁铁在生产中获得广泛应用。原理是用电 磁铁衔铁的动作带动其他机械装置运动，产生机 械联动，实现控制要求。
抱闸 电 磁 铁
【应用实例】 应用实例】图示为应用电磁铁实现制动机床或起 重机的电动机的基本结构，其中电动机和制动轮同 轴。原理如下： 启动过程
通 电 电磁铁 动作 拉开 弹簧 抱闸 提起
例4： P119例2：一铁心线圈加载12V直流时，测得电流为3A，若加载 220V交流电压时，测得电流为2.5A，消耗功率100W。求加载220V交 流电压时线圈的铜损耗、铁损耗和功率因数。 解：线圈电阻为： R U 12 4 I 3 则加交流时铜损耗为：
∴ Rm1铁磁 Rm0真空
电路
电动势 E 电流 I 电流密度 J 电导率
≈≈≈≈≈≈补充：磁路与电路的对偶性≈≈≈≈≈≈≈≈
R=
I E R
Rm =
l S
电阻
l S
N
= F NI = l Rm S
+
_
I=
E E = l R
S
11 河科大周立鹏老师讲义
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9
8-3 第三节 交流铁心线圈与交流电磁铁
一、交流铁心线圈的损耗 铜损 磁滞损耗 涡流损耗
总损耗
P = △PCU + △Ph + △Pe
铁损
铜损△PCU 线圈电阻上的损耗 △PCU =I 2R
磁滞损耗 其大小与铁心材料反复磁化后的磁滞回线面积成正比
涡流损耗
交变磁通穿过铁心时，铁心既导磁又导电 ，因铁心在 交变磁通作用下产生感应电动势， 从而在垂直于磁
e 2fNm sin(t 90)
Em
有效值 E 2fNm / 2 4.44 fNm
忽略了漏磁感应电动势 e和L 线圈内阻压降 后iR,方程变为：
u e 或 U E 4.44 fNm
U 4.44 fNm 重要结论
外加电压不变时，交流铁心线圈的铁心内主磁通最大值几
乎是不变的。这是分析变压器和交流电动机时的重要概念。
通方向的铁心平面内产生旋涡状的感应电流，叫涡流。 涡流在铁心内电阻上产生的损耗称涡流损耗。
减小涡流损耗的办法 增大涡流通路的电阻即用薄的材料叠成铁心
减小磁滞损耗的办法
铁心尽量采用软磁材料 #
10
8-3 二、电压平衡方程式
大部分经铁心闭合 产生e 线圈中 磁通 少部分经空气闭合 产生eL
i
u
e eL
Rm
l
S
2. 很大，但不是常数，因此 Rm也不是常数。所以磁
路欧姆定律不能用来进行定量计算，只用做定性分析。
通常磁路计算应用磁路基尔霍夫定律。
3. 磁路和电路有相似之处，但却有本质的区别。
# 7
8-2 第二节 直流铁心线圈与直流电磁铁
一、直流铁心线圈 （磁路计算略）
铁心
二、直流电磁铁 1. 构成
φ N
φL
主磁通 漏磁通
线圈电阻上压降为 iR 根据KVL得：
交流铁心线圈
u e eL iR
或 U E E L IR
电压平衡方程式
m sin t
e N
d
dt
N m sin(t 90)
2f Nm sin(t 90)
Em
#
11
8-3 二、电压平衡方程式
u e eL iR
4
基8尔-1霍基夫尔二定霍律、夫磁定路律基的尔霍基夫本定定律基律尔霍夫安定培律基环尔路霍定夫律磁定路律基欧尔姆霍基定夫尔律定基霍基律尔夫尔霍定霍夫律夫定定律律
1. 磁路的基尔霍夫磁通定律
在节点A 处
φ 1+φ2 -φ3=0
I1 φ1
A
φ2
I2
N1
φ3
N2
2. 磁路的基尔霍夫磁压降定律 任一闭合回路中均有：
#
12
8-3 三、交流电磁铁
铁心
交流电磁铁也是一种电磁器件， 结构形式与直流电磁铁类似。在工 业部门应用极为广泛。如冶金工业 中用于提放钢材的电磁吊车；夹持 工件的电磁工作台；传递动力的电 磁离合器；液压传动中的电磁阀； 交流接触器及接触器等。
线圈 衔铁
铁心中的磁通是交变的，空气隙处的磁感应强度为：
1. 励磁电流是由励磁线圈的外加电压U 和线圈电阻R 决定的
I
U R
电流是恒定的，无感应电动势产生。
2. 无磁滞和涡流损耗，铁心可以使用整块的铸钢、软铁。
3. 吸合后电磁力比吸合前大得多，但励磁电流不变。 （因磁动势 NI 不变，磁阻Rm ↓→B ↑ ，所以吸力F↑）
1. 电流恒定，无感应电动势产生。 2. 无磁滞和涡流损耗，可使用整块铁心 3. 吸合后，励磁电流不变， F↑↑
铁心 2. 工作原理
线请看圈通电衔演铁示
线圈 衔铁
通电的铁心线圈对衔铁会产生吸力
3.
吸力
W
1 2
LI
2
1 2
N
I
I2
1 2
NI
磁动势
磁动势主 要降在空
1 2
Hቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0
1 2
B0
S（ 0
B0
0
）
1 2
B02
0
S0
气隙上
Fd
dW
1 2
B02
0
S0d
电磁铁应用？
#
F
107
8
B02S0
4B02S0 105
N
8
8-2 直流电磁铁的特点
I
N
B（φ）μ b
c sB
μ
a
o
H（I）
铁磁材料 B-H，μ-H 曲线
磁饱和 当H 达到一定程度，B 不再随H 而增加，此为磁饱和。
如曲线的cs 段。 若对铁心线圈而言，磁饱和意为
当电流I 增加到一定程度，φ不再随之增加。
关于磁滞
祥看请点击
#
6
8-1
几点说明：
1. 磁阻Rm 的大小取决于磁路的尺寸和材料的磁导率。
一、磁场的基本物理量
1.磁通φ
2.磁感应 强度B
3.磁场 强度H
4.导磁 系数μ
#
2
8-1
第一节 磁路的基本概念和定律
一、磁场的基本物理量
1.磁通φ 垂直穿过某一面积S 的磁力线的总根数。韦伯wb
2.磁感应 强度B
穿过单位面积的磁力线根数。特斯拉T wb/m2
B
S
或 BS
3.磁场 强度H
磁场中某点的B 与该点的磁导率μ的比值。
有分支磁路
Rm NI 或
Hl NI
磁压降的代数和等于磁动势的代数和
#
5
8-1 三、磁性材料的磁性能
从曲线上能明显看出，μ不是常数
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， 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
第八章 铁心线圈与变压器
第一节 磁路的基本概念和定律 第二节 直流铁心线圈与直流电磁铁 第三节 交流铁心线圈与交流电磁铁 第四节 单相变压器
#
1
8-1
第八章 铁心线圈与变压器
本章介绍的基本物理量、基本定律以及磁性材料的磁性能。 在此基础上重点讨论铁心线圈电路和变压器。
第一节 磁路的基本概念和定律
电动机、继电器、电磁铁及变压器等电器都是基于电磁耦合 的原理工作的，我们已经学过了电路，现在再来研究磁路。
磁路欧姆H定dl 律 I 围在这闭合路径内各电流的代数和
磁路欧姆定律
磁磁路路欧欧姆姆定定律H律 l NI
若磁场均匀则有
磁路欧姆定律 磁路欧姆定律
线圈N 匝
平均长 l
Hl NI
磁动势
I
磁通Φ
根 据
H B / 得 NI l
N
导磁系
数μ
B /S
S
无分支磁路 截面积S
磁路欧姆定律
磁阻Rm
#
H
B
或 B H 安/米，A/m, A/cm
4.导磁 系数μ
描述导磁能力大小的物理量。通常使用相对导磁系数 r
r
0
无量纲
0
真空导磁系数
#
3
8-1
第一节 磁路的基本概念和定律
二、磁路的基本定律 安培环路定律 磁磁路欧路姆欧定姆律定律基尔霍夫定律 安培环路定律 磁路欧姆定律
安培环路与 安定电培路律环类磁路似路定，安欧磁律培磁姆路安环也路定培路有欧律环磁定各沿姆路种路律任定定定欧磁一律律律姆路闭磁定欧合路律姆路欧定径姆律，定H律的线积分等于包