第七章变压器

河北科技大学基础课教学部第4章变压器第4章变压器4.1变压器的基本结构和工作原理4.2变压器的外特性、效率和极性4.3其他类型的变压器变压器---利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器。4.1变压器的基本结构和工作原理4.1.1变压器的作用、分类、结构及符号4.1.2变压器的工作原理4.1.1变压器的作用、分类、结构及符号1.作用：变换电压、变换电流、变换阻抗2.分类：按照交流量的相数：单相变压器和三相变压器按照应用领域：电力：配电变压器等电子：电源变压器等专用：电焊变压器等1）铁心：由硅钢片叠成作用：构成磁路形状：常见有心式（线圈包围铁心）和壳式（铁心包围线圈）2）绕组：由漆包线绕制而成作用：完成电磁转换分为：一次（初级、原）绕组——与电源相连的线圈，接收交流电能，二次（次级、副）绕组——与负载相连的线圈，送出交流电能3.结构3）绝缘材料：骨架、层绝缘等4）散热设施：对于小型变压器——空气自冷对于大型变压器——油浸自冷或油浸风冷4.符号1.变压器的电压变换作用1）原理图（空载运行）4.1.2变压器的工作原理2）、定性分析：u1i0i0N1me1e2（u20）1e13）定量分析：变压器空载运行时原边等效电路：列回路的KVL方程：u1+e1+e1=i0R1其中：R1为原边绕组电阻则：u1=i0R1－e1－e1据：e1=－L1di0/dt其中：L1为原边漏磁电感有：u1=i0R1+L1di0/dt－e1（1）原边（1）原边u1=i0R1+L1di0/dt－e1相量形式：[Z1为原绕组漏磁阻抗，因为Z1很小、空载电流I0也很小（仅为额定电流的百分之几）].......(1)..........1110101101EEZIEIjXRIU若设相量形式：tSinm)90(20111tSinfNdtdNem则根据电磁感应定律：010119044.49022mmfNfNE01119044.4mfNEUmfNEU11144.41144.4fNUm恒磁原理结论：（2）、副边022209044.4mfNEU结论：mfNEU222044.4变压器空载运行时副边等效电路：（3）电压变换作用kNNUU21201kNNfNfNUUmm2102012019044.49044.401119044.4mfNEU022209044.4mfNEU由:kNNUU201201变压器原边、副边电压有效值之比与它们的匝数比成正比。——变压器的电压变换作用k：变压器的变比k＞1时，U1＞U20，降压变压器当k＜1时，U1＜U20，升压变压器k=1时，U1=U20，隔离变压器2变压器的电流变换作用1）、原理图（有载运行）2）定性分析e1u1i1i1N1e2i2i2N22e21e13）定量分析：1144.4fNUm根据恒磁原理：恒定。一定时，主磁通、原边匝数、频率当电源电压m11NfU空载时磁动势为：i0N1有载时磁动势为：i1N1+i2N2则得磁动势平衡方程式：i1N1+i2N2=i0N1≈00102211NININI（变压器空载运行时原边电流I0很小，仅为额定工作电流的IN的百分之几）kNNII11221kNNII11221变压器原边、副边电流的有效值之比与它们的匝数比成反比。——变压器的电流变换作用0102211NININI3、变压器的阻抗变换作用1）电路图我们称ZL’为负载ZL在原边的等效阻抗2）分析LLZkZ2根据：kNNII11221kNNUU2121LLZkIUkIkUkIUZ222222111例题：电阻为8Ω的扬声器接于输出变压器的副边，设输出变压器的原绕组为500匝，副绕组为100匝，试求：（1）扬声器折合到原边的等效电阻；（2）将变压器的原边接入电动势E=10V，内阻R0=250Ω的信号源时，输送到扬声器的功率。（设变压器不损耗功率）（3）直接将扬声器接至信号源时，输送到扬声器的功率；（4）保持原边匝数不变，在（2）条件下，求使扬声器获最大功率的副边匝数N2’。4.2变压器的外特性、效率和极性1、变压器的外特性——指在变压器原边加额定电压的前提下，副边电压与电流的关系。1)变压器外特性曲线①、I2↑→U2偏离U2N越甚②、负载的性质：阻感性负载或纯阻性负载：I2↑→U2↓（U2低于U2N）阻容性负载（电容较大）：I2↑→U2↑（U2可能高于U2N）2)二次电压调整率（电压变化率）（由于变压器的副边电阻与漏磁感抗很小，一般二次电压调整率为5％左右）2、变压器的损耗与效率⑴、铁损（PFe）——交变磁通在铁芯中产生的磁滞损耗和涡流损耗。当U1、f不变时，铁损基本不变——不变损耗。⑵、铜损（PCu）——I1、I2在线圈电阻R1、R2上产生的损耗。它随负载电流的变化而变化——可变损耗。1)损耗2)效率通常变压器的效率在90％以上。而且，容↑→↑，大型变压器的效率可达99％。（由于变压器的效率很高，所以在实际计算中常按理想变压器来分析，即忽略其损耗）3、变压器线圈极性的测定1234··1234··(a)正接(b)反接(1)同极性端的标记(2)同极性端的测定1324mA(a)直流法毫安表的指针正偏1和3是同极性端；反偏1和4是同极性端。U13=U12－U34时1和3是同极性端；U13=U12＋U34时1和4是同极性端。(b)交流法1324V～4.3其他类型的变压器1、自耦变压器——一次侧、二次侧共用一部分绕组的变压器。实例：调压器——可改变二次绕组匝数的自耦变压器kNNUU2121kNNII112212、仪用互感器——电力系统中测量高电压、大电流时使用的一种变压器。电流互感器：用于测量大电流的仪用互感器电压互感器：用于测量高电压的仪用互感器作业：4.14.24.44.54.6