电工电子第八章

1、2006年年1月月第八章第八章 变变 压压 器器8.1 8.1 变压器的基本结构变压器的基本结构 铁心是变压器的磁路部分.为了减少涡流与磁滞损耗,变 压器的铁心是用两面均涂有绝缘漆的,厚度为0.350.5mm 的硅钢片叠制而成。 变压器: 根据电磁感应原理制成的一种电气设备,它可以将一种交流电压变换成同频率的另一种或几种不同数值的交流电压。变压器的组成:由铁心和套装在铁心柱上的绕组两大部分。一、铁心一、铁心 图8-1为几种常见的铁心形状.二、绕组二、绕组 绕组是变压器的电路部分,其作用是作为电流的载体, 产生磁通和感应电动势.一般小容量变压器的绕组是用高 强度漆包线绕制而成,大容量变压器的绕组

2、是采用绝缘铜 线或扁铝线绕制。 变压器绕组分一次绕组和二次绕组,一次绕组(原边、 初级)与电源相连,二次绕组(副边、次级)与负载相连.按其形状分类: 筒形和盘形(如图8-2)按铁心和绕组的位置组合分类: 心式和壳式(如图8-3) 变压器在工作时绕组和铁心 都要发热，所以要考虑冷却问题。 小容量的变压器多利用空气自冷， 大容量变压器需要采用专门设计 的冷却方式或系统。例如常见的 普通电力变压器铁心和绕组通常 都是浸在油箱内，靠变压器油的 对流将热量传到箱壁散到空气中， 图图8-4 电力变压器外观电力变压器外观 为了增加散热面积，箱壁做成波片状或装有散热对流 管，这种方式称为。电力变压器的外型如

3、图8-4所示。更大容量的变压器还采用风冷、水冷等特 殊的冷却方式。 8.2 8.2 单相变压器单相变压器一、变压器的工作原理一、变压器的工作原理 +u2i1e1(a) 变压器结构示意图 (b) 变压器的符号+u1i2e2Z+u1+u21e2e12 原绕组匝数为N1，电压u1，电流i1，主磁电动势e1 ，漏磁电动势e1；副绕组匝数为N2 ，电压u2 ，电流i2 ，主磁电动势e2 ，漏磁电动势e2 。1变压器的空载运行（电压变换原理）变压器的空载运行（电压变换原理） 一次绕组中感应电动势的有效值E1和二次绕组感应电动势的有效值E2的大小为： mNfE1144. 4mNfE2244. 4（8-1）

4、（8-2） 2121NNEEKNNEEUU2121201（8-3） 变压器空载运行时，一、二次电压之比等于一、二次绕组匝数之比，其比值用K表示，K称为变压比或变比。 例8-1 有一机床照明变压器，一次电压U1=380V， 一次绕组1726匝，二次绕组172匝，求二次 空载电压U20。解： 机床照明灯的额定电压为36V，变压器二次空载电压一般要高出负载额定电压5%10%，这是考虑到变压器内部和供电线路上的电压损失。如工厂的降压变压器10KV/400V，一次绕组10KV为标准电压等级，而400V就比相应的标准等级电压380V提高5%。 03.10172172621NNKV9 .37V03.1038

5、012KUU2变压器的负载运行（电流变换原理）变压器的负载运行（电流变换原理） 将空载运行的变压器二次绕组与负载接通后，二次电路中就会有电流i2通过。这时变压器便在负载状态下运行，如图8-5所示。 KNNUU2121一、二次绕组匝数之比 KNNUUII1121221（8-4） 变压器负载运行时，其一次电流与二次电流有效值之比近似等于变压比的倒数。 变压器二次绕组向负载输出的视在功率S2应与一次绕组的电网吸收的视在功率S1相等 。S1S2U1I1 U2I2 例8-2 已知一单相变压器，一、二次绕组匝数N1=1000，N2=200，二次电流I2=5A，求一次电流I1。 解：由式8-4可知 可得 1

6、221NNIIA1A510002002121INNI3变压器的阻抗变换变压器的阻抗变换 匹配: 用变压器将负载阻抗变换成能满足功率放大器要求的阻抗。图图8-8 变压器变换阻抗电路变压器变换阻抗电路 负载阻抗|ZL|与二次电压、电流的关系为|ZL|=U2/I2将图8-8a中点划线框内的电路看成为一个负载|ZL|,其等效电路如图8-8b所示，其中|ZL|=U1/I1。 那么: LLZNNIUNNINNUNNIUZ2212222121222111)()(可以直接写成: LLZKZ2（8-5） 例8-3 一只阻抗|ZL|=8的扬声器，需要用变压器把阻抗 变换成800才能接到收音机的输出端，问应选一 只

7、变比为多少的变压器？ 解：由式（8-5）可得 108800LLZZK二、变压器的运行特性二、变压器的运行特性 1变压器的损耗与效率 FeCuPPP 总损耗：222121CuRIRIP铜损：铁损PFe包括磁滞损耗和涡流损耗。(8-6) 另一方面，变压器的输入功率为: 1111cos IUP 变压器的输出功率为 :2222cos IUP 变压器的功率损耗 :21PPP 效率:%1002212PPPPP （8-7） （8-8） 变压器空载时P2=0， =0。小型电力变压器满载时的效率为8090%。 2变压器的外特性和电压调整率 在一次电压保持不变，负载功率因数一定的条件下，其输出电压（二次电压）U2

8、与负载电流（二次电流）I2的变化关系（即I2=f（U2）称为变压器的。 对于电阻性负载或电感性负载，随着负载的增大（I2增加）输出电压U2逐渐下降，如图8-9所示。图图8-9 变压器的外特性变压器的外特性负载功率因数越低，U2下降越大 。%100%20220UUUU （8-9） 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。 由图8-9可见电压调整率还与负载的功率因数有关，功率因数越高，电压调整率越小。 变压器从空载到额定负载时U2的变化量U与空载电压U20的百分比，称为变压器的电压调整率。例8-4 一台电压调整率为5%的变压器满载时，二次

9、绕组 电压U2为380V，求该变压器空载时二次电压U20为 多少？ 解：由式（8-9） %100%20220UUUU 可得: V400V95. 0380V%51380%1220UUU 2-12-22-38.3 三相变压器三相变压器 一、三相变压器绕组的联接一、三相变压器绕组的联接 三相变压器可以用三个单相变压器通过一定的连接形式组成，如图8-10所示 。图图8-10 三台单相变压器接成三相变压器组三台单相变压器接成三相变压器组 也可以做成具有三个铁心柱的三相变压器，如图8-11所示。 图图8-11 三相变压器的铁心与绕组三相变压器的铁心与绕组 我国“国家标准”对三相电力变压器规定了五种“标准接

10、线方式”: （Y，yn） （YN，d）（Y，d）（Y，y） （YN，y）以前三种接法应用最多。 三相变压器一次电压与二次电压之比与单相变压器一样，等于每相的一次绕组匝数与二次绕组匝数之比，即 KNNUUPP2121 三相变压器的通常是指一次电压与二次电压之比，这样对不同的接线方式有不同的算法，如对（Y，yn）接法 :KNNUUUUPPLL21212133对（Y，d）接法: KNNUUUUPPLL333212121二、变压器绕组的极性及其测量二、变压器绕组的极性及其测量 图图8-12 变压器绕组的同极性端变压器绕组的同极性端同极性端:两个相互作用的绕组分别从各自的一端通入电流， 如果两个电流产生

11、的磁场（磁通）方向相同，则这两端 就是同极性端，并用黑点“”或星号“*”表示。 图图8-13 变压器绕组的串联与并联变压器绕组的串联与并联a）串联）串联 b）并联）并联同极性端的测定:图图8-14 变压器同极性端的判别变压器同极性端的判别（1）电压表指针正向偏转: 电池正极和电表正极的连接的端点为同极性端。（2）电压表指针反向偏转: 则电池正极和电表负极所连接的端点为同极性端。 三、变压器的铭牌数据三、变压器的铭牌数据 1额定电压UN :指变压器副绕组时各绕组的电压。三相变压器是指电压。2额定电流IN: 指允许绕组长时间连续工作的电流。三相变压器是指电压.3额定容量SN： 变压器的额定容量SN

12、是指变压器二次绕组的视在功率，其单位为千伏安（KVA） 单相变压器的额定容量为 32210NNNIUS三相变压器的容量为 322103NNNIUS4额定频率fN : 我国市电的频率为50赫兹 习习 题题3-23-33-48.4 其它常用变压器简介其它常用变压器简介 一、控制变压器一、控制变压器 具有多个二次绕组，可以输出多个不同的电压以满足控制系统的需要。 是用于自动控制电路中的一种小功率单相变压器，通常它具有多个二次绕组，可以输出多个不同的电压以满足控制系统的需要。 图图8-15 控制变压器控制变压器(a)外形外形(b)图形符号图形符号三个二次绕组电压分别为 1123231122221121

13、21UNNUUNNUUNNU 当各二次绕组分别接入负载Z1、Z2、Z3后， 二次电流分别为 :323232222212121ZUIZUIZUI 二、二、自耦变压器自耦变压器 副绕组是原绕组的一部分，原、副压绕组不但有磁的联系，也有电的联系。图图8-16 单相自耦变压器原理图单相自耦变压器原理图电压比: 2121/NNUU当U1和N1不变 1122UNNU 图8-17 自耦调压器a）外形 b）结构示意图 c）图形符号三、仪用互感器三、仪用互感器 按照一定比例进行电压变换或电流变换的特殊变压器 。1电压互感器 电压互感器的原绕组匝数很多，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

14、、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。电压比 21UKUu或 （8-10） Ku为电压互感器的变压比 图图8-18 电压互感器电压互感器a）外形）外形 b）结构与接线）结构与接线2电流互感器 原绕组线径较粗，匝数很少，与被测电路负载串联；副绕组线径较细，匝数很多，与电流表及功率表、电度表、继电器的电流线圈串联。用于将大电流变换为小电流。使用时副绕组电路不允许开路。电流比 iKNNII122121IKIi或 （8-11） 例8-5 用变压比6000V/100V的电压互感器，变流比 75A/5A的电流互感器来扩大电压表与电流表的量 程，其电压表的读数为95V，电

15、流表的读数为4A， 试求被测电压与电流各为多少？ 解：分别用式（8-10）和式（8-11）可求得 V5700V95100600021UKUuA60A457521IKIi四、电焊变压器四、电焊变压器 电焊变压器空载时要有足够的引弧电压（6575V）；负载时应具有陡降的外特性；额定负载时电压约为30V；短路电流不能太大；焊接电流可调。电焊变压器的外特性如图8-20所示。 图图8-20 电焊变压器的外特性电焊变压器的外特性图图8-21 电焊机原理图电焊机原理图 交流电焊机的类型很多，如图8-21所示为一种电焊机的原理图，它主要是由变压器和可变电感器组成。 4-18.5 电磁铁电磁铁 电磁铁是由铁心、

16、衔铁、线圈三部分组成。按照励磁电流的种类：直流电磁铁和交流电磁。图图8-22 几种电磁铁的结构形式几种电磁铁的结构形式 一、直流电磁铁一、直流电磁铁 直流电磁铁的铁心是由整块软铁制成，吸合过程中电流不变，吸合力随着气隙的减小而增大。 电磁吸合力的计算公式为 SBF02021 B0为空气隙中的磁感应强度0为空气的磁导率 S为全部吸合面的面积 F为吸合力 二、交流电磁铁二、交流电磁铁 交流电磁铁的铁心是由硅钢片叠制而成，并装有短路环，吸合过程中吸合力基本不变，随着气隙的减小，励磁电流减小。 tBBmsin0 )22cos1()22cos1(2sin212102022020tFtSBStBSBfmm

17、m SBF02021 022 SBFmm 吸合力的最大值 一个周期吸合力的平均值 SBfdtTFmT020av411 图图8-23 交流电磁铁吸合力波形交流电磁铁吸合力波形图图8-24 短路环分磁原理短路环分磁原理 交流电磁铁在吸合的过程中，平均吸合力基本保持不变，但随着气隙的减小，励磁电流逐渐减小，也就是说交流电磁铁吸合前的励磁电流要比吸合后的电流大。 5-15-2一、变压器的用途和基本结构一、变压器的用途和基本结构1变压器是一种常见的静止电气设备，它的基本作用是 将一种电压的交流电变换成另一种或几种不同数值电 压的同频率交流电。2变压器主要应用在输配电、电工测量和电子技术等方 面。 3变压

18、器最基本的组成部分是用硅钢片叠制而成的铁心 和套装在铁心柱上的绕组。 二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理 变压器是利用电磁感应原理制成的电气设备，能把一次绕组的电能或信号传递给二次绕组电路。 1电压变换作用KNNUU 21212电流变换作用KNNII11221 3阻抗变换作用LLZKZ2 三、变压器的额定值三、变压器的额定值 为了正确使用变压器必须掌握其额定值，变压器的额定值通常都标明在变压器的铭牌上。主要额定值有：额定电压U1N和U2N、额定电流I1N和I2N、额定容量SN和额定频率。使用变压器时必须使一次绕组额定电压U1N符合所接电源电压，二次额定电压U2N满足负载要求，额定容量SN

19、略大于负载的所需视在功率，额定频率符合电源的频率和负载的要求。四、常用变压器四、常用变压器1.单相变压器 普通单相变压器一、二次绕 组是互相独立的，小功率的单相变压器（如控制变压器）一般二次绕组有多个，各绕组之间的电压比仍为匝数比。若要进行绕组的是串并联（大多数为串联）必须要注意绕组极性即同名端。 2. 三相变压器 三相变压器相当于三个单相变压器，每相的工作情况基本与单相变压器相同，三相变压器的一、二次绕组可以分别接成星形或三角形。三相电力变压器常用的接法有（Y，yn）、（Yn，d）和（Y，d）三种。 3自耦变压器 自耦变压器的特点是一、二次绕组共用一个绕组，其结构简单可以节省材料，提高效率。