第六章_变压器

返回退出章目录上一页下一页6.3变压器变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。变电压：电力系统变阻抗：电子线路中的阻抗匹配变电流：电流互感器变压器的主要功能有：在能量传输过程中，当输送功率P=UIcos及负载功率因数cos一定时：电能损耗小节省金属材料（经济）6.3.1概述UIP=I²RlIS返回退出章目录上一页下一页变压器的分类电压互感器电流互感器按用途分电力变压器(输配电用)仪用变压器整流变压器按相数分三相变压器单相变压器按制造方式壳式心式变压器符号返回退出章目录上一页下一页变压器的结构返回退出章目录上一页下一页单相变压器1u2u1i2iΦ+–+–Z变压器的结构变压器的磁路绕组：一次绕组（原边）二次绕组（副边）由高导磁硅钢片叠成厚0.35mm或0.5mm铁心变压器的电路一次绕组N1二次绕组N2铁心返回退出章目录上一页下一页6.3.2变压器的工作原理一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。单相变压器1u2u1i2iΦ+–+–Z一次绕组N1二次绕组N2铁心2211iuΦiu工作过程：返回退出章目录上一页下一页(1)空载运行情况1.电磁关系一次侧接交流电源，二次侧开路。0i02i1u+–20u+–2e+–1σe+–1e+–11N2N1udd11tΦNei0(i0N1)1dd011tiLeσσtΦNedd22空载时，铁心中主磁通是由一次绕组磁通势产生的。返回退出章目录上一页下一页(2)带负载运行情况1.电磁关系一次侧接交流电源，二次侧接负载。1u+–1σe+–1e+–11N2N1udd11tΦNe1dd111tiLeσσtΦNedd22i1(i1N1)i1i2(i2N2)2有载时，铁心中主磁通是由一次、二次绕组磁通势共同产生的合成磁通。2i2+–e2+–e2+–u2Zdd2tiLeσ2σ2返回退出章目录上一页下一页2.电压变换（设加正弦交流电压）t)sin(tNtNm111ddddetNcosm1)90t(sinm1E1m144.4NfE222111mmfNEE有效值:同理：)90t(sinm22Ee2m244.4NfE主磁通按正弦规律变化，设为则t,sinm(1)一次、二次侧主磁通感应电动势返回退出章目录上一页下一页根据KVL：1111111111jEIXIREEIRUσ变压器一次侧等效电路如图1m1111444Nf.EUEU由于电阻R1和感抗X1(或漏磁通)较小,其两端的电压也较小,与主磁电动势E1比较可忽略不计，则1E1R1I1U1E–––+++(2)一次、二次侧电压式中R1为一次侧绕组的电阻;X1=L1为一次侧绕组的感抗(漏磁感抗，由漏磁产生)。返回退出章目录上一页下一页KNNEEUU2121201（匝比）K为变比对二次侧，根据KVL：2m220224440Nf.EUU,I结论：改变匝数比，就能改变输出电压。222222222jUIXIRUEIREσ2式中R2为二次绕组的电阻;X2=L2为二次绕组的感抗；为二次绕组的端电压。2U变压器空载时:+–u21u+–1σe+–1e+–1N2Ni1i2+–e2+–e2式中U20为变压器空载电压。故有返回退出章目录上一页下一页三相电压的变换(1)三相变压器的结构高压绕组：U2、V2、W2:尾端U1、V1、W1:首端低压绕组：u1、v1、w1:首端u2、v2、w2:尾端(2)三相变压器的联结方式Δ/////000YΔYYYYYYY、、、、联结方式：高压绕组接法低压绕组接法:YY0/动力供电和照明系统（400V/35KV）:ΔY/高压、超高压供电系统（10KV/60KV）常用接法:U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w2高、低压绕组绕在同一个铁心柱上。返回退出章目录上一页下一页3.电流变换(一次、二次侧电流关系)有载运行2222ZUIZ1m11444Nf.EU即：铁心中主磁通的最大值m在变压器空载和有载时基本是恒定的。不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故有当U1、f不变，则m基本不变，近于常数。空载：m10Ni有载：m2211NiNi+–|Z|2i1u2e1iΦ1e1N2N+–+–+–2u返回退出章目录上一页下一页一般情况下：I0(2~3)%I1N很小可忽略。2211NiNi所以或2211NINI2211NINI所以KNNII11221结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。或：221011NiNiNi1.提供产生m的磁势2.提供用于补偿作用的磁势22Ni可得磁势平衡式：102211NiNiNi空载磁势有载磁势返回退出章目录上一页下一页4.阻抗变换由图可知：22IUZ11IUZZKIUKKIKUIUZ22222211ZKZ2结论：变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模的K2倍。1U2U1I2IZ+–+–1U1IZ+–返回退出章目录上一页下一页(1)变压器的匝数比应为：108800L21LRRNNK解:例1:如图，交流信号源的电动势E=120V，内阻R0=800，负载为扬声器，其等效电阻为RL=8。要求:(1)当RL折算到原边的等效电阻时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率；（2）当将负载直接与信号源联接时,信号源输出多大功率？0LRRI1N2U2IR0+–+–2NRLE信号源+–R0ERLILLRKR2返回退出章目录上一页下一页信号源的输出功率：W548008008001202202.RRRERIPLLL电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。0LRR原因：满足了最大功率输出的条件：W1760888001202L2L0.RRREP（2）将负载直接接到信号源上时，输出功率为：返回退出章目录上一页下一页已知某收音机输出变压器的原边匝数为600，副边匝数为30，副边原接有16Ω的扬声器，现要改接成4Ω扬声器，求N2应改为多少？例2：64001620203060022121LZkZNNk解：401600464002'k'kZ则，扬声器后改接成4L匝所以：154060012'kNN返回退出章目录上一页下一页5.变压器的技术数据1)额定电压U1N、U2N变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值2)额定电流I1N、I2N变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。3)额定容量SN传送功率的最大能力。单相：三相：N1N1N2N2NIUIUSN1N1N2N2N33IUIUS返回退出章目录上一页下一页变压器小结：变压器是一种电气设备。变压器的作用是：KNNUU21201U20为二次侧空载电压（匝比）K为变比KNNII11221ZKZ21I1N2U2I+–+–2N1U1、变换电压2、变换电流3、变换阻抗为一次侧等效阻抗模Z返回退出章目录上一页下一页容量SN输出功率P2一次侧输入功率P1输出功率P2注意：变压器几个功率的关系效率N1N1NIUS容量：21PP一次侧输入功率：cos222IUP输出功率：变压器运行时的功率取决于负载的性质返回退出章目录上一页下一页6.3.3变压器的外特性与效率1.变压器的外特性当一次侧电压U1和负载功率因数cos2不变时，二次侧输出电压U2和电流I2的关系，U2=f(I2)。U20：一次侧加额定电压、二次侧开路时，二次侧的输出电压。一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2变化不大），电压变化率约在5%左右。电压变化率：%100%20220UUUU)(22IfUcos2=0.8(感性）U2I2U20I2Ncos2=1O返回退出章目录上一页下一页2.变压器的效率()变压器的损耗包括两部分：铜损(PCu)：绕组导线电阻的损耗。与负载大小（正比于电流平方）有关。铁损(PFe)：FeCu2212ΔΔPPPPPP变压器的效率为一般95%,负载为额定负载的(50~75)%时,最大。输出功率输入功率磁滞损耗：涡流损耗它与铁心内磁感应强度的最大值Bm的平方成正比。与负载大小无关。返回退出章目录上一页下一页例1:有一带电阻负载的三相变压器，其额定数据如下：SN=100kVA,U1N=6000V,f=50Hz。U2N=U20=400V,绕组连接成／０。由试验测得:PFe=600W，额定负载时的PCu=2400W。试求(1)变压器的额定电流；(2)满载和半载时的效率。解:(1)额定电流A14440031010033N2NN2USIA629600031010033N1NN1.USI返回退出章目录上一页下一页(2)满载和半载时的效率0033CuFe22119724006001010010100.PPPPΔΔ00332169724002160010100211010021.2返回退出章目录上一页下一页某单相变压器的额定电压为10000/230V，接在10000V的交流电源上向一电感性负载供电，电压调整率为0.03。求：变压器的变比及二次侧空载和满载时的电压。例2:变比：U1NU2Nk==10000230=43.5空载电压：=230V满载电压:=223VU20=U2NU2=U2N(1－ΔU％)=230×(1－0.03)V［解］%100%20220UUUU返回退出章目录上一页下一页6.3.4特殊变压器1.自耦变压器(a)自耦变压器外形；(b)自耦变压器原理电路返回退出章目录上一页下一页KNNIIKNNUU112212121使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意：一次、二次侧不能对调使用，以防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流迅速增加。电压、电流关系：ABP1u2u1i2iLR1N2N+–+–返回退出章目录上一页下一页电流表被测电流=电流表读数N2/N11.二次侧不能开路，以防产生高电压；2.铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在二次侧出现过压。使用注意事项：2.电流互感器实现用低量程的电流表测量大电流（被测电流）N1（匝数少）N2（匝数多）ARi1i2返回退出章目录上一页下一页当电流流入(或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入(或流出）端称为同极性端。••AXax•AXax1.同极性端(同名端)或者说，当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。同极性端用“•”表示。增加+–+++–––同极性端和绕组的绕向有关。6.3.5变压器绕组的极性•返回退出章目录上一页下一页联接2－3变压器原一次侧有两个额定电压为110V的绕组：2.线圈的接法联接1－3，2－4ii当电源电压为220V时：220u+–110u+–电源电压为110V时：NN1324••NN1324••返回退出章目录上一页下一页结论：在同极性端不明确时，一定要先测定同极性端再通电。答：有可能烧毁变压器两个线圈中的磁通抵消原因：电流很大11Rui1111eRiu烧毁变压器感应电势0e••1324NNi’+–u问题：一次侧有两个相同绕组的电源变压器,如果两绕组的极性端接错，结果如何？返回退出章目录上一页下一页6.4电磁铁1.概述电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保持某种机械零件、工件于固定位置的一种电器。当电源断开时电磁铁的磁性消失，衔铁或其它零件即被释放。电磁铁衔铁的动作可使其它机械装置发生联动。