电工学少学时第五章PPT课件

1、第第 5 5 章章变压器变压器2第第5 5章章 变压器变压器3lifb 4 bh 5h/m10470 0r 0bb hh0 6lnih sb , 789+nifnss10b ho 初始磁化曲线初始磁化曲线 11121314mrf slni mrf 1516175.2 电电 磁磁 铁铁 电磁铁的常见结构形式电磁铁的常见结构形式 电磁铁的种类：电磁铁的种类： 直流电磁铁、交流电磁铁。直流电磁铁、交流电磁铁。 励磁励磁 线圈线圈 铁心铁心 衔铁衔铁 励磁励磁 线圈线圈 衔铁衔铁 铁心铁心 铁心铁心 励磁励磁 线圈线圈 衔铁衔铁 衔铁衔铁 铁心铁心 励磁励磁 线圈线圈 18 u s n n sif u

2、 i n i uri =(1) 电压与电流的关系电压与电流的关系 (2) 线圈的功率：线圈的功率： p = r i 2 19 u s n n sif 线圈通电后，产生主磁通。线圈通电后，产生主磁通。铁心和衔铁被磁化，在它们铁心和衔铁被磁化，在它们的两端形成的两端形成n极和极和s极，从而极，从而产生电磁吸力产生电磁吸力f。 i 不变不变 f mrf 衔铁吸合后衔铁吸合后磁阻磁阻 20u(ni)i ddtne tnedd （磁通势）（磁通势）tildd 常数inl21eeri u )(ddetilri )()(eeiru izeeixir)(jjxrz22t, sinm )sin(ddddmttn

3、tne tn cosm )90t(sin2m fn)90(sinm te mmm444222 fn.fnee eu (v) 444444mmsfnb.fn.eu )(jeixiru23u =e 忽略漏阻抗，有忽略漏阻抗，有u4.44 f n m= 则则 当当 u 、f 一定时，一定时， m 基本不变。基本不变。 (2) 功率功率视在功率视在功率: s = u i无功功率无功功率: q = s sin 有功功率有功功率: p = s cos = pcupfe 铜损耗铜损耗 铁损耗铁损耗= ri2 +( phpe )磁滞损耗磁滞损耗 涡流损耗涡流损耗 242526fe2cospriuip 27(1

4、) 变化变化 f 变化变化 电磁吸力用平均值衡量。电磁吸力用平均值衡量。 m 不变不变 fm 不变。不变。(2) 衔铁吸合后衔铁吸合后磁阻磁阻 起动电流起动电流 工作电流。工作电流。 m 不变不变 磁通势磁通势 励磁电流励磁电流 of t f fm 平均吸力平均吸力 282930m3 31例例5.2.1 一个铁心线圈，加上一个铁心线圈，加上12v直流电压时，直流电压时，电流为电流为1a；加上；加上110v交流时，电流为交流时，电流为2a，消耗，消耗的功率为的功率为88w。求后一种情况线圈的铜损耗、。求后一种情况线圈的铜损耗、铁损耗和功率因数。铁损耗和功率因数。解：解：(1) 线圈施加直流电压时

5、：线圈施加直流电压时： uir = 121=12(2) 线圈施加交流电压时：线圈施加交流电压时： pcu = ri2=1222 w =48 wpfe = ppcu=(8848) w =40w pu icos = 881102= 0.4321u2ulz1i2i单相变压器单相变压器+一次一次绕组绕组n1二次二次绕组绕组n2铁心铁心33(1) 空载运行情况空载运行情况一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧开路。二次侧开路。0i02i1u+20u+2e+1e+1e+ 11n2n 1u dd11tne i0 ( i0n1) 1 dd011tile tnedd 22 空载时，空载时，铁心中主铁心中主磁

6、通磁通 是是由一次绕由一次绕组磁通势组磁通势产生的。产生的。34(2) 带负载运行情况带负载运行情况一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧二次侧。1u+1e+1e+ 11n2n 1u dd11tne 1 dd111tile tnedd 22 i1 ( i1n1) i1i2 ( i2n2) 2有载时，铁心有载时，铁心中主磁通中主磁通 是是由一次、二次由一次、二次绕组磁通势共绕组磁通势共同产生的合成同产生的合成磁通。磁通。 2i2+e2+e 2+u2 dd2tile22 35t)sin(tntnm111 dddde tn cosm1 )90t(sinm1 e1m144.4nfe 222111m

7、mfnee 有效值有效值:同同 理：理：)90t(sinm22 ee2m244. 4nfe t, sinm 2121nnee36根据根据kvl：1111111111jeixireeiru 变压器一次侧等效电路如图变压器一次侧等效电路如图1m1111444nf.eueu 由于电阻由于电阻 r1 和感抗和感抗 (或漏磁通或漏磁通)较小较小,其两端其两端的电压也较小的电压也较小,与主磁电动势与主磁电动势 e 比较可忽略不计，比较可忽略不计，则则1e1r1i1u1e+一次侧一次侧一次侧一次侧37knneeuu 2121201根据根据kvl：2m220224440nf.euu,i 结论：改变匝数比，就能

8、改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。222222222juixirueire 22u+1u+1e+1e+1n2n+38 一般取一般取高压绕组的电压与低压绕组的电高压绕组的电压与低压绕组的电 压之比，压之比， 规定规定: : 当当 u1 = u1n 时时, u1n u2n即：即：k1u20 = u2n 如铭牌上标注如铭牌上标注:电压电压 10000 / 230v变压器铭牌参数：变压器铭牌参数：额定电压额定电压变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值绕组允许的电压值一次绕组的额定电压一次绕组的额定电压一次绕组加上额定电压时，二次

9、侧空载时的电压一次绕组加上额定电压时，二次侧空载时的电压 一般一般 u2n 比满载时的比满载时的 电压高电压高 5% 10% 。 39122222)%100uuu%uv20220r)(22ifu 2 u2i2u20i2n2 o2 40 例例5.3.1 某单相变压器的额定电压为某单相变压器的额定电压为 10 000/230 v 接在接在 10 000 v 的交流电源上向一电感性负载供电，电压的交流电源上向一电感性负载供电，电压 调整率为调整率为 0.03，求变压器的电压比、空载和满载时的二，求变压器的电压比、空载和满载时的二 次电压。次电压。 解解 变压器的电压比为变压器的电压比为 空载时的二次

10、电压为空载时的二次电压为 u20 = u2n = 230 v 满载时的二次电压为满载时的二次电压为 u2 = u2n (1 vr ) = 230(1 0.03) v = 223 v k = = = 43.5 u1n u2n 10 000 230 412222zuiz 1m11 44 4 nf.eu m10 nim2211 nini+|z |2i1u2e1i1e1n2n+2u42一般情况下：一般情况下：i0 (23)%i1n 很小可忽略。很小可忽略。2211 nini 所所以以或或2211nini 2211nini 所所以以knnii11221 结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。结论：一次、二

11、次侧电流与匝数成反比。102211ninini 空载磁势空载磁势有载磁势有载磁势43 u2|zl |i2 = 2230.966= 224a= 5.15a i2ki1 =例例5.3.1 某单相变压器的额定电压为某单相变压器的额定电压为10000/230v，接在接在10000v的交流电源上向一电感性负载供电，的交流电源上向一电感性负载供电，电压调整率为电压调整率为0.03。当。当|zl |=0.966时，变压器正时，变压器正好满载。求该变压器的电流。好满载。求该变压器的电流。空载电压：空载电压：=230v满载电压满载电压:=230(10.03) v = 223vu20 = u2n u2 = u2n

12、 (1u ) pcu4422iuz 11iuz zkiukkikuiuz22222211 zkz2 结论：结论： 变压器一次侧的等效阻抗模，为二次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侧所带负载的阻抗模的k 2 倍。倍。 1u2u1i2iz+1u1iz +45 一只电阻为一只电阻为 8的扬声器（喇叭），需要的扬声器（喇叭），需要把电阻提高到把电阻提高到 800才可以接入半导体收音机的输才可以接入半导体收音机的输出端。问：应该利用电压比为多大的变压器才能出端。问：应该利用电压比为多大的变压器才能实现这一阻抗匹配。实现这一阻抗匹配。解：解：例例5.3.3 = 10rl = k2 r

13、rrlk = 8008上一节上一节下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回46：信号源信号源ier0rl+108800ll21 rrnnkie1n2u2ilr2n+如图，交流信号源的电动如图，交流信号源的电动势势 e= 120v，内阻，内阻 r 0=800 ，负载为扬声器，其等效电阻为负载为扬声器，其等效电阻为rl=8 。（。（1）当）当rl折算到原折算到原边的等效电阻边的等效电阻 时，求时，求变压器的匝数比和信号源输出变压器的匝数比和信号源输出的功率；（的功率；（2）当将负载直接）当将负载直接与信号源联接时与信号源联接时,信号源输出信号源输出多大功率？多大功率？0lrr 47 w548

14、008008001202l2l0.rrrep 0lrr w1760888001202l2l0.rrrep （2，为：为：48一次绕组的视在功率一次绕组的视在功率： s1 = u1i1二次绕组的视在功率二次绕组的视在功率： s2 = u2i2变压器的额定容量变压器的额定容量：sn = u2ni2n = u1ni1n输入功率：输入功率：p1 = u1i1cos 1输出功率：输出功率：p2 = u2i2cos 2变压器的损耗变压器的损耗：p = p1 p2= pcu + pfe49不变损耗不变损耗pfe = ph+pe铁损耗：铁损耗：上一节上一节下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回铜损耗：

15、铜损耗： pcu = r1i12 + r2i22可变损耗可变损耗fecu2212pppppp 50 一变压器容量为一变压器容量为10kva，铁耗为，铁耗为300w，满载时的铜耗为满载时的铜耗为400w。求该变压器在满载时向。求该变压器在满载时向功率因数为功率因数为 0.8 的负载供电时输入和输出的有功的负载供电时输入和输出的有功功率及效率。功率及效率。解：解：例例5.3.4忽略电压变化率，则忽略电压变化率，则p2 = sn cos 2= 101030.8 w = 8 kwp = pcu + pfe= (300 + 400) w = 0.7 kwp1 = p2 + p = (8 + 0.7) k

16、w = 8.7 kwp1p2=100%88.7=100% = 92 %上一节上一节下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回515.4 变压器的基本结构变压器的基本结构 用硅钢片叠成。用硅钢片叠成。 高压绕组和低压绕组同心地套在铁心上。高压绕组和低压绕组同心地套在铁心上。 油箱、油、储油柜、绝缘套管、保护设备等。油箱、油、储油柜、绝缘套管、保护设备等。 52 三相变压器、单相变压器。三相变压器、单相变压器。 双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器。双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器。 心式变压器、壳式变压器。心式变压器、壳式变压器。 干式干式变压器变压器、油浸式、油浸式变压器变压器。5

17、3 心式变压器心式变压器 铁心铁心 绕组绕组 壳式变压器壳式变压器 铁心铁心 绕组绕组 54 s9 型型 10 kv 三相油浸配电变压器三相油浸配电变压器 55 树脂浇注干式变压器树脂浇注干式变压器 56(2) 三相绕组的联结方式：三相绕组的联结方式：gb: y,yn y,d yn,d y,y yn,y(1) 三相电压变换的方式：三相电压变换的方式： 采用三台单相变压器、采用三台单相变压器、三相心式变压器。三相心式变压器。常用的三种常用的三种高压绕组接法高压绕组接法低压绕组接法低压绕组接法abcxyzabczyx575.5 三相变压器三相变压器u1 u2u1 u2v1 v2v1 v2w1 w2

18、w1 w2 特点：三相之间只有电的联系，没有磁的联系。特点：三相之间只有电的联系，没有磁的联系。 58u1u2u1u2v1v2v1v2w1w2w1w2 特点：三相之间既有电的联系，又有磁的联系。特点：三相之间既有电的联系，又有磁的联系。 59abcxyzabczyx高压绕组：高压绕组：a-x b-y c-zx、y 、z ：尾端：尾端a、b、c ：首端首端低压绕组：低压绕组：a-x b-y c-za、b、c：首端：首端x、y、z：尾端：尾端高压绕组接法高压绕组接法低压绕组接法低压绕组接法:y/yn三相配电变压器三相配电变压器: y/动力供电系统（井下照明）动力供电系统（井下照明）60a311pu

19、u cb1ukuu312p bkuu12 ca+kuuuuuu 2p1p2p1p2133（三相配电变压器）（三相配电变压器）61a311puu cb1ukuuu312p2 abc+kuuuuuupppp333212121 动力供电系统（井下照明）动力供电系统（井下照明）62 变压器额定容量变压器额定容量(kva)s:三相三相d:单相单相 6364n1n1n2n2niuiusn1n1n2n2n33iuiusn1n1nius 容量：容量： 21pp 一次侧输入功率：一次侧输入功率： cos222iup 输出功率：输出功率： 变压器运行变压器运行时的功率取时的功率取决于负载的决于负载的性质性质65

20、某三相变压器某三相变压器sn=50kva，u1n/u2n=10000/400 v，y/d联结，向联结，向2=cos 2 =0.9的的感性负载供电，满载时二次绕组的电压为感性负载供电，满载时二次绕组的电压为380v。求：求：(1) 满载时一、二次绕组的线电流、相电流；满载时一、二次绕组的线电流、相电流； (2) 输出的有功功率。输出的有功功率。解：解：例例5.5.1(1)= 2.9 ai1n =sn3 u1n 501033 10000=i2n =sn3 u2n 501033 400= 72.2 ai1p = i1n = 2.9 ai2p = i2n3 i2n3 = 41.7 a66(2)p2 =

21、3 u2 i2 cos 2 =3 38072.20.9w= 42.8 kw67*5.6 仪用互感器仪用互感器u1 u2= = ku n1 n2 国产互感器：国产互感器： u2n = 100 v 空载运行的降压变压器。空载运行的降压变压器。 u1 vu1u268电压表电压表被测电压被测电压=电压表读数电压表读数 n1/n2vr n1（匝数多）（匝数多）保险丝保险丝 n2（匝数少）（匝数少）u（被测电压）（被测电压）69 短路运行的升压变压器。短路运行的升压变压器。 i1 i2 = = ki n2 n1 国产互感器：国产互感器： i2n = 5 a ai2i1n1 n2 1 2 匝匝70电流表电流

22、表被测电流被测电流=电流表读数电流表读数 n2/n1（被测电流）（被测电流）ari1i271*5.7 自耦变压器自耦变压器手柄手柄 接线柱接线柱 调压器调压器 手柄手柄 绕组绕组 接触臂接触臂 72 i+ +u2i1e1e2u1 i2 降压自耦变压器降压自耦变压器 升压自耦变压器升压自耦变压器 i n1n2+ +u1i1e1e2 u2i2忽略漏阻抗，则忽略漏阻抗，则= u1 u2e1 e2=n1 n2= k 73knniiknnuu112212121 abp1u2u1i2ilr1n2n+74*5.8 三绕组变压器三绕组变压器 有三个绕组和三个电压等级。有三个绕组和三个电压等级。 三绕组三绕组变

23、压器变压器 = k12 u1 u2= n1 n2= k13 u1 u3= n1 n3= k23 u2 u3= n2 n3 各绕组间的电压关系各绕组间的电压关系 n1n3n2i1i2u1i3u2u3zl3zl275 各绕组间的电流关系各绕组间的电流关系 在满载或接近满载时，在满载或接近满载时，i0 可忽略不计，则可忽略不计，则 n1i1 + n2i2 + n3i3 = n1i0 n1i1 + n2i2 + n3i3 = 0 容量容量 sn = u1ni1n 工作时应当保证各个绕组的视在功率不超过工作时应当保证各个绕组的视在功率不超过 其绕组容量。其绕组容量。76 axax aax 同极性端用同极性端用“”表示表示。增加增加 77联接联接 23 nf.um2444220 nn1324 nn1324 联接联接 13， 2 4ii nf.u444110m 当电源电压为当电源电压为220v时：时：220u+110u+电源电压为电源电压为110v时：时：78两个线圈中的磁通抵消两个线圈中的磁通抵消原因：原因：电流电流 很大很大11rui 1111eriu 感应电势感应电势0e1324nni +u79axaaaxuuu、测量：测量： 若若 说明说明 a 与与 x 或或 x 与与 a 是是同极性端同极性端.axaxaauuu