第三章 磁路与变压器

1、电工电子技术项目4 变压器任务一任务一 变压器的结构与工作原理变压器的结构与工作原理2.1 单相变压器单相变压器2.2 三相变压器三相变压器2.3 特殊变压器特殊变压器任务二任务二 特殊变压器变压器特殊变压器变压器 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。中应用广泛。变电压：变电压：电力系统电力系统 变阻抗：变阻抗：电子线路中的阻抗匹配电子线路中的阻抗匹配（如喇叭的输出变压器）（如喇叭的输出变压器） 变电流：变电流：电流互感器电流互感器 变压器的主要功能有：变压器的主要功能有： 在能量传输过程中，当输送功率在能量传输过程中，当

2、输送功率P =UI cos 及及负载功率因数负载功率因数cos 一定时：一定时：电能损耗小电能损耗小节省金属材料（经济）节省金属材料（经济）U I P = I RlI S变压器的主要结构变压器的主要结构心式结构心式结构壳式结构壳式结构心式结构：心式结构：变压器的铁心变压器的铁心被被绕组包围。多用于电力变压器绕组包围。多用于电力变压器壳式结构：壳式结构：变压器的铁心变压器的铁心包围包围绕组。常用于小容量变压器绕组。常用于小容量变压器变压器的冷却方式变压器的冷却方式自然冷却自然冷却小容量变压器小容量变压器油冷式油冷式大容量变压器大容量变压器铁 心绕 组(a)(b)变压器的磁路变压器的磁路1u2uL

3、Z1i2i单相变压器单相变压器+由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成厚厚0.35mm 或或 0.5mm铁心铁心一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心变压器的结构变压器的结构 发电厂发电厂1.05万伏万伏输电线输电线22万伏万伏升压升压变电站变电站1万伏万伏降压降压 变压器应用举例降压降压实验室实验室380 / 220伏伏降压降压仪器仪器36伏伏降压降压1u2uLR1i2i1u1i2u2iLR变压器符号：变压器符号：2211iuiu工作过程：工作过程：空载运行空载运行 ：原边接入电源，副边开路。原边接入电源，副边开路。接上接上交流电源交流电源1u 原边电流原边电流 i1等等 于励于励

4、磁电流磁电流 i10 dtdNedtdNe2211 产生感应电动势产生感应电动势二二. 工作原理工作原理1u2e1i1e1N2N i10 产生磁通产生磁通 （交变）（交变）（ 方向符合右手定则）方向符合右手定则）、e结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。KNNEEUU212121K为为变比变比10i1u20u2i1e2e1.原、副边电压关系原、副边电压关系mmNfENfE221144.444.4根据交流磁路的分析可得：根据交流磁路的分析可得：202uu 02i时时 （变电压）（变电压）例题：例题： 有一台降压变压器，原绕组接有一台降压变压器，原绕组接6600V

5、6600V的的交流电源上，副绕组电压为交流电源上，副绕组电压为220V220V，试求其，试求其变比。若原绕组匝数变比。若原绕组匝数N N1=33001=3300匝，试求副绕匝，试求副绕匝数匝数N N2 2。 若电源电压减小到若电源电压减小到6000V6000V，为使副绕组，为使副绕组电压保持不变，试问原绕组匝数应调整到电压保持不变，试问原绕组匝数应调整到多少？多少？ 负载运行负载运行1u2e1i1e1N2NZ2i 副边带负载后对磁路的副边带负载后对磁路的影响：在副边感应电压的影响：在副边感应电压的作用下，副边线圈中有了作用下，副边线圈中有了电流电流 i2 。此电流在磁路中此电流在磁路中也会产生

6、磁通，从而影响原边电流也会产生磁通，从而影响原边电流 i1。但当外加电压、但当外加电压、频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时基本不变有负载时基本不变 。带负载后磁动势的平衡关系为：带负载后磁动势的平衡关系为：)44. 4(11mNfU NiNiNi102211KNNII11221结论：原、副边电流与匝数成反比结论：原、副边电流与匝数成反比1102211NiNiNi 由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流 很小，可忽略很小，可忽略 。即：。即：02211NINI)(10i2.原、副边电流

7、关系原、副边电流关系 （变电流）（变电流）2211NINI （变阻抗）（变阻抗）1i1u2u2iLR1N2N3.原、副边阻抗关系原、副边阻抗关系LLRKR222IURL从原边等效：从原边等效：22222211KRKIUKIKUIURLL结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以 变比的平方。变比的平方。 有一台降压变压器，原绕组电压为有一台降压变压器，原绕组电压为220V220V，副绕组，副绕组电压为电压为110V110V，原绕组为，原绕组为22002200匝，若副绕组接入阻抗值匝，若副绕组接入阻抗值为为1010的阻抗，问变压器的变比、副绕组匝

8、数、原绕的阻抗，问变压器的变比、副绕组匝数、原绕组中电流各为多少？组中电流各为多少？解解变压器变比变压器变比匝110022200111212NKUUNN211022021UUKAZUI1110110222副绕组匝数副绕组匝数副绕组电流副绕组电流原绕组电流原绕组电流AIKNINI5 . 5211121221阻抗变换举例：阻抗变换举例：扬声器上如何得到最大输出功率扬声器上如何得到最大输出功率i1uRsRL信号源信号源设：设：信号电压的有效值信号电压的有效值:U1= 50V;信号内阻：信号内阻： Rs=100 ;负载为扬声器，其等负载为扬声器，其等 效电阻：效电阻：RL=8 。求：负载上得到的功率求

9、：负载上得到的功率解：解：（1）将负载直接接到信号源上）将负载直接接到信号源上，得到的输出功，得到的输出功 率为：率为： W)(7.181085022LLSRRRUpL1i1u2u2iLR1N2NRs（2）将负载通过变压器接到信号源上。）将负载通过变压器接到信号源上。输出功率为：输出功率为：W25. 698981005022LLSLRRRUp设变比设变比 1:5 . 321NNK9885 . 32LR则则：结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了 很多。原因很多。原因是满足了电路中获得最大输出的条件（信号源内、外阻抗差不多相是满足了电路中获得

10、最大输出的条件（信号源内、外阻抗差不多相等）。等）。1 1、为什么变压器的铁心要用硅钢片叠成？用整块的铁心行不行？、为什么变压器的铁心要用硅钢片叠成？用整块的铁心行不行？2 2、有一台变压器在修理后，铁心出现气隙，这对于铁心的磁阻、有一台变压器在修理后，铁心出现气隙，这对于铁心的磁阻、工作磁通以及励磁电流有何影响？工作磁通以及励磁电流有何影响？ 答：变压器铁心用硅钢片的目的是为了减小涡流损耗。如果用整块的铁心，答：变压器铁心用硅钢片的目的是为了减小涡流损耗。如果用整块的铁心，变压器会由于过热而损坏。变压器会由于过热而损坏。mfNU44. 4 答：铁心出现气隙，铁心的磁阻增大，根据答：铁心出现气

11、隙，铁心的磁阻增大，根据 电压不变，工作磁通不变，但由于磁阻增大，因而励磁电流增大。电压不变，工作磁通不变，但由于磁阻增大，因而励磁电流增大。3 3、变压器能否用来变换直流电压？如果将变压器接到与它的额定、变压器能否用来变换直流电压？如果将变压器接到与它的额定电压相同的直流电源上，会产生什么后果？电压相同的直流电源上，会产生什么后果？ 答：不能；将变压器接到直流电源上，由于额定电压高而线圈电阻小，答：不能；将变压器接到直流电源上，由于额定电压高而线圈电阻小，使得变压器上产生很大的电流，而烧毁变压器。使得变压器上产生很大的电流，而烧毁变压器。问题与讨论问题与讨论 一一变压器的外特性变压器的外特性

12、副边副边输出电压输出电压和和输出电流输出电流的关系。即：的关系。即：)(22IfUU2I2U20U20：原边加额定电压、原边加额定电压、副边开路时，副边的输副边开路时，副边的输出电压。出电压。一般供电系统希望要硬特性（随一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，的变化，U2 变化不多）变化不多）变压器外特性变化的程度用电压变化率变压器外特性变化的程度用电压变化率U%U%表示表示%100%20220UUUUN大容量的电力变压器的电压变化率大容量的电力变压器的电压变化率5%。小型号变压器的电压变化率小型号变压器的电压变化率20%。电压变化率电压变化率是一个重要技术指标，直接影响到供电是一个重要技术指

13、标，直接影响到供电质量。电压变化率越小，变压器性能越好。质量。电压变化率越小，变压器性能越好。变压器的效率变压器的效率( ( ) )为防止涡流损失，铁芯为防止涡流损失，铁芯一般由一片片导磁材料一般由一片片导磁材料叠合而成。叠合而成。 变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分：铜损铜损 (PCU) ：绕组导线电阻所致。绕组导线电阻所致。磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，造磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，造成的损失。成的损失。涡流损失：交变磁通在铁芯中产生涡流损失：交变磁通在铁芯中产生 的感应电流（涡流），的感应电流（涡流）， 造成的损失。造成的损失。铁损铁损( )：PFE%100%10022

14、12CuFePPPPPPP2为输出功率，为输出功率，P1为输入功率为输入功率一般变压器的效率在一般变压器的效率在95%大型变压器的效率可达大型变压器的效率可达99%以上以上变压器的效率变压器的效率( ( ) ) 额定电流额定电流 I1N、I2N 变压器满载运行时，原、副边绕组允许通过的电流值。变压器满载运行时，原、副边绕组允许通过的电流值。 变压器的额定值变压器的额定值U2N一次侧施加额定电压时的二次侧空载电压。一次侧施加额定电压时的二次侧空载电压。 额定电压额定电压U1N、U2NU1N 加在一次绕组上的正常工作电压。加在一次绕组上的正常工作电压。 为确保变压器合理、安全运行，生产厂家根据国家

15、技术为确保变压器合理、安全运行，生产厂家根据国家技术标准，对变压器的工作条件进行了使用上的规定，为用户标准，对变压器的工作条件进行了使用上的规定，为用户提供了提供了变压器的允许工作数据，称为额定值。变压器的允许工作数据，称为额定值。它们通常标它们通常标注在变压器的铬牌上，故也称为铭牌值，并用下标注在变压器的铬牌上，故也称为铭牌值，并用下标“N”N”表表示。示。 NNNNNIUIUS1122 额定容量额定容量 SN 变压器传送电功率的最大能力。变压器传送电功率的最大能力。 额定频率额定频率 fN 变压器应接入的电源频率。我国电力系统的标准频率变压器应接入的电源频率。我国电力系统的标准频率为为50

16、Hz。以上额定值是以单相变压器为例以上额定值是以单相变压器为例容量容量 SN 输出功率输出功率 P2 变压器的输出功率是否决定于变压器的容量？变压器的输出功率是否决定于变压器的容量？效率效率NNNNNIUIUS1122 变压器的容量：变压器的容量：21PP cos222IUP 变压器输出功率：变压器输出功率： 负载的功负载的功率因数率因数 变压器的输出功率不仅与变压器的容量有关，还与所带负变压器的输出功率不仅与变压器的容量有关，还与所带负载的载的功率因数功率因数有关。有关。原边输入功率原边输入功率原边输入功率原边输入功率 = 输出功率输出功率 +变压器损耗变压器损耗1P2P问题与讨论二问题与讨

17、论二三相电力变压器三相电力变压器 电力工业中，输配电都采用三相制。变电力工业中，输配电都采用三相制。变换三相交流电电压，则用三相变压器。换三相交流电电压，则用三相变压器。 把把三个单相变压器拼合在一起，三个单相变压器拼合在一起， 便组成了一便组成了一个三相变压器。个三相变压器。三相变压器工作原理与单相变压器相同三相变压器工作原理与单相变压器相同U1U2V1V2W1W2u1u2v1u2w1w2高压绕组分别用高压绕组分别用U1U2、V1V2、W1W2表示。表示。低压绕组分别用低压绕组分别用u1u2、v1v2、w1w2表示。表示。 根据电力网的线电压及原绕组额定电压的大小，根据电力网的线电压及原绕组

18、额定电压的大小，可以将可以将原绕组原绕组分别接成星形或三角形。分别接成星形或三角形。 根据供电需要，根据供电需要，副绕组副绕组也可以接成三相四线制星也可以接成三相四线制星形或三角形。形或三角形。 三相变压器的原副绕组的常用接法有三相变压器的原副绕组的常用接法有Y Y，ynyn、 Y Y，d d、 Y YN N，d d三种。大写字三种。大写字母表示高压绕组的接法，小写字母表示低压母表示高压绕组的接法，小写字母表示低压绕组的接法，绕组的接法，Y Y与与y y表示星形接法，表示星形接法，D D与与d d表示表示三角形连接，三角形连接，N N与与n n表示有中线。表示有中线。例如三相变压器的联接组例如

19、三相变压器的联接组 Y，yn0高压绕组联高压绕组联结为星形结为星形低压绕组低压绕组联结为星联结为星形有中线形有中线表示高、低表示高、低压对应两侧压对应两侧线电压的相线电压的相位关系位关系自耦变压器自耦变压器KNNIIKNNUU112212121ABP1u2u1i2iLR1N2N 使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电使用时，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。压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意：注意：原、副边千万不能对调使用，原、副边千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为以防变压器损坏。因为N变变小时，磁通增大，电流会迅速增加。小时，磁通增大，电流会迅速增加。可见，自耦变压器的原、副边不仅可见，自耦变压器的原、副边不仅有磁的耦合，还存在着电的直接联系，有磁的耦合，还存在着电的直接联系，这是区别于普通变压器之处。这是区别于普通变压器之处。电压互感器：用低量程的电压表测高电压电压互感器：用低量程的电压表测高电压1. 副边不能短路，以副边不能短路，以