电工学-第5章变压器ppt课件

1、电工技术电工技术 下一章下一章 上一章上一章 前往主页前往主页 5.1 磁磁 路路单位：特单位：特斯拉斯拉 (T)，1 T = 1 Wb/m2 磁场是由电流产生的，磁场用磁感线描画。磁场是由电流产生的，磁场用磁感线描画。 磁通密度磁通密度 AB = H 与与 B 的区别：的区别： (1) H I，与介质的性质无关。，与介质的性质无关。(2) B 与电流的大小和介质的性质均有关。与电流的大小和介质的性质均有关。 单位：安单位：安/米米A / m。BH = H / m 真空中的磁导率：真空中的磁导率： 0 = 4107 H / m 0 为常数为常数 (1) 顺磁物质顺磁物质 例如变压器油和空气：例

2、如变压器油和空气： 略大于略大于 0 。 (2) 反磁物质反磁物质 例如铜和铋：例如铜和铋： 略小于略小于 0 。 自然界的物质按磁导率分类：自然界的物质按磁导率分类： 非磁性物质、磁性物质。非磁性物质、磁性物质。 非磁性物质：非磁性物质： 磁性物质的磁性能主要有以下三点。磁性物质的磁性能主要有以下三点。 i 0 ， r 1 常用磁性资料的磁导率常用磁性资料的磁导率 铸钢：铸钢： 1 000 0 硅钢片：硅钢片： (6 000 7 000) 0 坡莫合金：坡莫合金： (20 000 200 000) 0 磁性物质的高导磁性磁性物质的高导磁性 被广泛运用于变压器被广泛运用于变压器 和电机中。和电

3、机中。u主磁通主磁通 漏磁通漏磁通 铁心铁心 励磁绕组励磁绕组 主磁通主磁通 漏磁通。漏磁通。 B HO 初始磁化曲线初始磁化曲线 剩磁剩磁 矫顽矫顽 磁力磁力 HmHm Hc Hc B HOBrBr 磁滞回线磁滞回线BHO 根本磁根本磁 化曲线化曲线 磁性物质的分类：磁性物质的分类： 硬磁物质、软磁物质、矩磁物质。硬磁物质、软磁物质、矩磁物质。 铸铁和硅钢的磁化曲线铸铁和硅钢的磁化曲线 c Ac lc 0A0l0UI 根据全电流定律：根据全电流定律： Bc = Ac Hc = Bcc 1 Ac =B0 = A0 H0 = B00 0 A0 =铁心中：铁心中：气隙中：气隙中：H dl = I

4、左边左边 = H1 l1H0 l0 l0 0 A0 lc c Ac = ( ) l0 0 A0 lc c Ac = (RmcRm0) = Rm Rm = RmcRm0l0 0 A0 lc c Ac =不是常数不是常数 Rmc、Rm0、Rm 铁心、空气隙、磁路的磁阻。铁心、空气隙、磁路的磁阻。 右边右边 = I = N I 或或 I = F 磁通势磁通势 磁路欧姆定律磁路欧姆定律: Rm = F = FRm或或 磁路中的气隙的影响磁路中的气隙的影响 由于由于 1 0 ，所以，所以 Rm0 Rm1 当当F 一定时，一定时， 因因 Rm0 的存在，使的存在，使 大大减小。大大减小。 假设要坚持假设要

5、坚持 一定，那么需增大磁通势一定，那么需增大磁通势 F 。5.2 电电 磁磁 铁铁 电磁铁的常见构造方式电磁铁的常见构造方式 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 U S N N SIf U 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 2. 电磁吸力电磁吸力 衔铁吸合后衔铁吸合后磁阻磁阻 I 不变不变 f u i Ni e

6、 ddt=N d dte =N didt=L (1) 电压与电流关系电压与电流关系设设 = m sin t那么那么 e =N m cos t = N m sin( t90o) Em = N m = 2 f N m u i f e E = 4.44 f N m 漏磁通磁路对应的电感漏磁通磁路对应的电感 N iL = 漏感抗漏电抗漏感抗漏电抗 X =L = 2 f L U = URE E =Ej LIRI =E(Rj L ) I =EZ I 漏阻抗漏阻抗 E =j4.44 f Nm u i e U =E 忽略漏阻抗，有忽略漏阻抗，有U4.44 f N m= 那么那么 当当 U 、f 一定时，一定时

7、， m 根本不变。根本不变。 (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 磁滞损耗磁滞损耗 Ph 涡流损耗涡流损耗 Pe 铁损耗使铁心发热。铁损耗使铁心发热。 减小铁损耗的方法减小铁损耗的方法 运用软磁资料减小运用软磁资料减小Ph ； 增大铁心的电阻率，增大铁心的电阻率， 减小涡流及其损耗减小涡流及其损耗 ；用很薄的硅钢片叠成铁心，用很薄的硅钢片叠成铁心， 减小涡流及其损耗减小涡流及其损耗 。(a)

8、(b) (1) 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 任务电流。任务电流。3. 构造特点构造特点(1) 铁心和衔铁用硅钢片叠成。铁心和衔铁用硅钢片叠成。 (2) 加短路环消除衔铁的振动。加短路环消除衔铁的振动。 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 例例5.2.1 一铁心线圈，加上一铁心线圈，加上 12 V 直流电压时，电直流电压时，电 流为流为1 A；加上；加上 110 V 交流电压时，电流为交流电压时，电流为 2 A，耗费的，

9、耗费的 功率为功率为 88 W。求后一种情况下线圈的铜损耗、铁损耗和。求后一种情况下线圈的铜损耗、铁损耗和 功率因数。功率因数。 解解 由直流电压和电流求得线圈的电阻为由直流电压和电流求得线圈的电阻为 由交流电流求得线圈的铜损耗为由交流电流求得线圈的铜损耗为 PCu = RI2 = 1222 W = 48 W 由有功功率和铜损耗求得线圈的铁损耗为由有功功率和铜损耗求得线圈的铁损耗为 PFe = PPCu = (88 48) W = 40 W 功率因数为功率因数为R = = = 12 U I 12 1 = cos = = = 0.4 P UI 88 1102 u2 e1 e2 u1ZL i2i1

10、 1 2 5.3 变压器的任务原理变压器的任务原理 电磁关系电磁关系 一次绕组一次绕组 二次绕组二次绕组 用图形符号表示用图形符号表示 的变压器电路的变压器电路 ZL U1I1 I2 U2 E1 E2 = E1Z1I1 R1、X1 和和 Z1 一次绕组的电阻、漏电抗和漏阻抗。一次绕组的电阻、漏电抗和漏阻抗。U2 = ZLI2 E1 =j4.44 f N1m U1 =E1(R1jX1 ) I1 2. 二次侧电压方程二次侧电压方程 E1 =j4.44 f N1m = E2Z2I2 U2 = E2(R2jX2 ) I2 R2、X2 和和 Z2 二次绕组的电阻、漏电抗和漏阻抗。二次绕组的电阻、漏电抗和

11、漏阻抗。 规定规定 U1 = U1N 时，时， U20 = U2N 。 如铭牌上标注：如铭牌上标注： 10 000 / 230 V U1N / U2N= N1 N2E1 E2k = I2 = 0I1 = I010% I1N U2 = U20 = E2U1E1 = = k U1U2 N1N2 变压器空载时变压器空载时 普通普通 U2N U2N 比满载时的比满载时的 电压高电压高 5% 10% 5% 10% 。 U2 = E2Z2I2 当当 U1 = U1N，cos2 不变时：不变时： U2 = f ( I2) U2 I2OU2Ncos2 =1cos2 = 0.8 (感性感性)cos2 = 0.8

12、 (容性容性)VR = U2NU2 U2N100% 电力变压器：电力变压器： VR 5% 电压调整率电压调整率 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

13、VR ) = 230(1 0.03) V = 223 V k = = = 43.5 U1N U2N 10 000 230 U1NE1 = 4.44 f N1m U1N4.44 f N1m N1I1N2I2 = N1I0 磁通势平衡方程：磁通势平衡方程： I1 = I2 N2N1N1I1N2I2 = 0 忽略忽略 I0： I1I2N2N1= =1k 例例5.3.2 在例在例5.3.1 中，中，ZL = 0.966 时正好满载，时正好满载，求该变压器的电流。求该变压器的电流。 解解 变压器的电压比为变压器的电压比为 I2 = = A = 224 A U2 ZL 223 0.966 I1 = = A

14、 = 5.15 A I2 k 224 43.5 忽略忽略 Z1、Z2 、I0 ，那么，那么 = U1U2I2I1 = N1N2= k = kU2I2/ kU2I2= k2|Ze | = U1I1|Ze | = k2 | ZL |U1I1I2U2ZLZeU1I1 例例5.3.3 一只电阻为一只电阻为 8 的扬声器的扬声器 (喇叭喇叭)，需求把，需求把电阻提高到电阻提高到 800 才可以接入半导体收音机的输出端，问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干实现这一阻抗匹配。应该利用电压比为多大的变压器才干实现这一阻抗匹配。 解解 k = = = 10 ReRL8008 可

15、变损耗可变损耗 (1) 铜损耗铜损耗 PCu = R1I12 + R2I22(2) 铁损耗铁损耗 PFe = PhPe 6. 效率效率 P1P2 =100%不变损耗不变损耗 小型电力变压器小型电力变压器 = 80% 90% 大型电力变压器大型电力变压器 = 98% 99% 解解 忽略电压调整率，那么忽略电压调整率，那么 P2 = SNcos2 = 101030.8 W = 8 kW P = PFePCu = (300400) W = 700 W P1 = P2P = (8 000700) W = 8.7 kW 例例5.3.4 一变压器容量为一变压器容量为 10 kVA，铁损耗为，铁损耗为 30

16、0 W， 满载时铜损耗为满载时铜损耗为 400 W，求该变压器在满载情况下向功率，求该变压器在满载情况下向功率 因数为因数为 0.8 的负载供电时输入和输出的有功功率及效率。的负载供电时输入和输出的有功功率及效率。 P1P2 =100% 8 8.7 = 100% = 92% 5.4 变压器的根本构造变压器的根本构造 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 S9 型型 10 kV 三相油浸配电变压器三相油浸配电变压器 树脂浇注干式变压器树脂浇注干式变压器 5.5 三相变压器三相变压器U1 U2u1 u2V1 V2v1 v2W1 W2w1 w2 特点：三

17、相之间只需电的联络，没有磁的联络。特点：三相之间只需电的联络，没有磁的联络。 U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w2 特点：三相之间既有电的联络，又有磁的联络。特点：三相之间既有电的联络，又有磁的联络。 衔接方式衔接方式 高压绕组高压绕组 低压绕组低压绕组 星形有中性线星形有中性线 YN yn 星形无中性线星形无中性线 Y y 三角形三角形 D dGB: Yyn、Yd、YNd、Yy、YNy最常用的三种最常用的三种 例例5.5.1 某三相变压器，某三相变压器，YN,d 结合，结合，SN = 500 kVA，U1N / U2N = 35/11 kV，Y,d 结合，向求结合，向求 2 =

18、0.9 感性负载供电。满载时二次绕组的线电压为感性负载供电。满载时二次绕组的线电压为380 V。求：。求： (1) 满载时一次、二次绕组的线电流和相电流；满载时一次、二次绕组的线电流和相电流；(2) 输出的有功功率。输出的有功功率。解解 (1) 满载时一次、二次绕组的电流满载时一次、二次绕组的电流 A2.9A0001031050331NNN1 USIA2 . 27A40031050332NNN2 USIA2 . 27N1P1 IIA7 .41A32 .723N2P2 II222N2cos3 IUP 相电流为相电流为 kW8 .42W0.972.23803 (2) 输出的有功功率输出的有功功率

19、*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 V2. 运用留意运用留意(1) 二次绕组制止短路。二次绕组制止短路。(2) 二次绕组与铁心必需接地。二次绕组与铁心必需接地。u1 Vu1u2 E2 I1 I2 = = ki N2 N1 国产互感器：国产互感器： I2N = 5 A 2. 运用留意运用留意(1) 二次绕组制止开路。二次绕组制止开路。 开路时：开路时：I2 = 0，I1 不不变变 (2) 一次绕组任务电压较高时，一次绕组任务电压较高时， 二次绕组与铁心必需接地。二次绕组与铁心必需接地。 Ai2i1N1 N2 1 2 匝匝*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 I+ +U2U2I1E1E2U1 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+ +U1U1I1E1E2 U2U2I2忽略漏阻抗，那么忽略漏阻抗，那么= U1 U2E1 E2=N1 N2= k *5.8 三绕组变压器三绕组