第06-2 变压器.ppt

6 2变压器 6 2 1变压器的工作原理如图6 21是单相变压器的工作原理图 它有高 低压两个绕组 其中接电源的绕组为原绕组 匝数为N1 其电压u1 电流i1 主磁电动势e1 漏磁电动势e 1 与负载相接的绕组为副绕组 匝数为N2 电压u2 电流i2 主磁电动势e2 漏磁电动势e 2 图中标明的是它们的参与方向 由于变压器的工作原理涉及电路 磁路以及它们的相互联系等方面的问题 比较复杂 为了便于分析 在此把它们分为变压 变流 变阻抗三种情况来讨论 电工技术 图6 21变压器结构示意图及变压器符号 电工技术 1 变压器的变压原理 变压器的空载运行 变压器的空载运行是指原绕组接在正弦交流电源u1上 副绕组开路不接负载 i2 0 在电压u1的作用下 原绕组中有电流i1通过 此时 i1 i0称为空载电流 它在原边建立磁动势i0N1 在铁心中产生同时交链着原 副绕组的主磁通 主磁通 的存在是变压器运行的必要条件 由图6 21得原 副绕组的电压方程分别为 U1 R1I1 jX 1I1 E1U2 E2 R2I2 jX 2I2忽略电阻R1和漏抗X 1的电压 且变压器空载时 则有 U1 E1U2 E2有效值关系为 由此可以得出原边电压U1与副边电压U2之间的关系为 电工技术 6 25 在负载状态下 由于副绕组的电阻R2和漏抗X 2很小 其上的电压远小于E2 仍有 式中k称为变压器的变压比 简称变比 该式表明变压器原 副绕组的电压与原副绕组的匝数成正比 当K 1时 为降压变压器 当K 1时 为升压变压器 对于已经制成的变压器而言 K值一定 故副绕组电压随原绕组电压的变化而变化 电工技术 2 变压器的变流原理 变压器的负载运行 变压器的原绕组接在正弦交流电源u1上 副绕组接上负载的运行情况 称为变压器的负载运行 接上负载后 副绕组中便有电流i2通过 建立副边磁动势i2N2 根据楞次定律 i2N2将有改变铁心中原有主磁通 的趋势 但是 在电源电压u1及其频率f一定时 铁心具有恒磁通特性 即主磁通 将基本保持不变 因此 原绕组中的电流由i0变到i1 使原边的磁动势由i0N1变成i1N1 以抵消副边磁动势i2N2的作用 也就是说变压器负载时的总磁动势应该与变压器空载时的磁动势基本相等 电工技术 由U1 E1 4 44N1f m可知 U1和f不变时 E1和 m也都基本不变 因此 有负载时产生主磁通的原 副绕组的合成磁动势 i1N1 i2N2 和空载时产生主磁通的原绕组的磁动势i0N1基本相等 即 i1N1 i2N2 i0N1I1N1 I2N2 I0N1空载电流i0很小 可忽略不计 I1N1 I2N2 6 26 式中负号说明I1和I2的相位相反 即I2N2对I1N1有去磁作用 其比例式 说明变压器负载运行时 其原绕组和副绕组电流有效值之比 等于它们匝数比的倒数 即变压比K的倒数 这也就是变压器的电流变换原理 电工技术 3 阻抗变换设接在变压器副绕组的负载阻抗Z的模为 Z 则 Z反映到原绕组的阻抗模 Z 为 6 27 式 6 27 说明以下两点 1 当变压器的副边接入负载阻抗Z时 反映 反射 到变压器原边的等效聘阻抗是 Z K2 Z 即增大K2倍 这就是变压器的阻抗变换作用 2 当副边的负载阻抗 Z 一定时 通过选取不同的匝数比的变压器 在原边可得到不同的等效阻抗 Z 因此 在一些电子设备中 为了获得最大的功率输出 可以利用变压器将负载的阻抗变换到正好等于电源的内阻抗 即 阻抗匹配 电工技术 例6 1 设交流信号源电压U 100V 内阻RO 800 负载RL 8 1 将负载直接接至信号源 负载获得多大功率 2 经变压器进行阻抗匹配 求负载获得的最大功率是多少 变压器变比是多少 解 1 负载直接接信号源时 求负载获得功率为 2 最大输出功率时 RL折算到原绕组应等于RO 800 负载获得的最大功率为 变压器变比为 电工技术 6 2 2变压器的使用1 外特性外特性是指副绕组电压U2与副绕组电流的变化关系 如图6 22所示 电压变化率反映电压U2的变化程度 通常希望U2的变动愈小愈好 一般变压器的电压变化率约在5 左右 用公式表示为 6 28 式中 U20为空载时变压器副绕组电压 U2为满载时变压器副绕组电压 图6 22变压器的外特性曲线 电工技术 2 损耗与效率变压器在运行时存在两种损耗 铜损和铁损 即铜损是变压器在运行时其原 副绕组的直流电阻R1和R2上的损耗 即铁损 PFe包括磁滞损耗和涡流损耗 变压器的效率 输出功率P2与输入功率P1的百分比 即 6 29 电工技术 3 额定值 1 额定电压UN 指变压器副绕组空载时各绕组的电压 三相变压器是指线电压 2 额定电流IN 指允许绕组长时间连续工作的线电流 3 额定容量SN 在额定工作条件下变压器的视在功率 单相变压器 6 30 三相变压器 6 31 电工技术 6 2 3特殊变压器1 自耦变压器如图6 23是自耦变压器示意图 它的结构特点是 副绕组是原绕组的一部分 原 副绕组不但有磁的联系 也有电的联系 它在实验室或某些电子设备中经常用到 使用时注意要原 副绕组的公共端应接零线 以保正用电安全 自耦变压器的原理与普通电力变压器相同 原 副绕组的电压和电流关系如下 图6 23自耦变压器示意图 电工技术 2 仪用互感器配合测量仪表专用的变压器称为仪用互感器 简称互感器 根据用途的不同 互感器有电压互感器和电流互感器两种 电压互感器可扩大交流电压表的量程 电流互感器可扩大交流电流表的量程 a 电压互感器 b 电流互感器图6 24仪用互感器 电工技术 1 电压互感器 如图6 24 a 所示是一电压互感器原理图 它的原绕组匝数很多 并联于待测电路两端 副绕组匝数较少 与电压表及电度表 功率表 继电器的电压线圈并联 用于将高电压变换成低电压 使用时副绕组不允许短路 其工作原理为 2