第5章_变压器

1、1,第5章 变压器,5.1 磁路,5.2 铁心线圈电路,5.3 变压器的基本结构,5.4 变压器的工作原理,5.5 自耦变压器和三绕组变压器,5.6 三相电压的变换,5.7 绕组的极性,分析与思考,教学基本要求,练习题,2,下一节,上一页,下一页,返 回,三相电力变压器,讯号式温度计,吸湿计,储油柜,安全气道,油表,气体继电器,高压套管,低压套管,分接开关,油箱,铁芯,绕组,放油阀门,变压器主要由铁芯和绕组两大部分构成。铁芯是它的磁路部分，绕组是它的电路部分。,3,5.1 变压器的基本结构,(一) 变压器的用途 变压器是一种利用电磁感应作用来改变交流 电能的电压和电流等级的电气设备。 在电力系

2、统中：,110kV、220kV 330kV、500kV,电能,负荷,升 压 变 压 器,远 距 离 输 电,降 压 变 压 器,10kV,10kV 6kV 380V 220V,上一节,下一节,上一页,下一页,第 5 章 变压器,返 回,4, 输电距离、输电功率与输电电压的关系:,输电电压 输电功率 输电距离 110kV 5104 kW 50 150km 220kV (20 30)104 kW 200 400km 500kV 100104 kW 500km,在电子线路和自动控制系统中，变压器起着 信号传递、阻抗变换以及信号隔离等作用。,上一节,下一节,上一页,下一页,第 5 章 变压器,返 回,

3、5,(二) 变压器的基本结构：,(1) 铁心: 用硅钢片叠成；分铁心柱和铁轭两部分。,(2) 绕组（线圈）： 接电源的绕组 一次绕组， 接负载的绕组 二次绕组； 或 工作电压高的绕组 高压绕组， 工作电压低的绕组 低压绕组。,上一节,下一节,上一页,下一页,第 5 章 变压器,返 回,6,由硅钢片叠压制成的变压器铁心磁路。,变压器一次侧绕组（原边）,变压器二次侧绕组（副边）,变压器图形符号,变压器的基本结构,7,上一节,下一节,上一页,下一页,第 5 章 变压器,返 回,8,变压器内部,9,电源用变压器,10,电源隔离变压器,11,自耦调压器,12,单相变压器,13,全密封配电变压器（10kV

4、）,14,S9型配电变压器（10kV）,15,S9型配电变压器（10kV）,16,大型电力油浸变压器(110kV),17,大型电力油浸变压器,18,树脂浇注干式变压器,19,干式变压器,20,整流变压器,21,下一节,上一页,下一页,返 回,5.2 磁路,实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电路。因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。,22,下一节,上一页,下一页,返 回,交流铁心线圈示意图,电路部分,磁路部分,23,下一节,上一页,下一页,返 回,磁性材料的磁性能,一、高导磁性 指磁性材料的磁导率很高， r1，使其具有 被强烈磁化的特性。,二、

5、磁饱和性 当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，磁性 材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一致， 磁化磁场的磁感应强度BJ达到饱和值。,高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性,24,下一节,上一页,下一页,返 回,磁化曲线,当有磁性物质存在时 B与H不成比例，与I也不成比例。,三、磁滞性 当铁心线圈中通有交变电流（大小和方向都变化） 时，铁心就受到交变磁化，电流变化时，B随H而变化， 当H已减到零值时，但B未回到零，这种磁感应强度滞 后于磁场强度变化的性质称磁性物质的磁滞性。,25,下一节,上一页,下一页,返 回,磁滞回线,剩磁：当线圈中电流减到零 （H0），铁心在磁化时所 获的磁性还未完全

6、消失，这 时铁心中所保留的磁感应强 度称为剩磁感应强度Br,根据磁性能，磁性材料又可分为三种： 软磁材料（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、 永磁材料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、 矩磁材料（磁滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。,26,下一节,上一页,下一页,返 回,涡流在铁芯中造成的热量损耗。,根据电流的热效应，涡流通过铁芯将使铁芯发热，严重时会造成设备烧损。,铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极性取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转的过程中，由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为磁滞损耗。,铁芯损耗,磁滞损耗,涡流损耗,在交变磁场作用下，整块铁芯中产生的旋涡状感应电流称为涡流。,涡流对电气

7、设备有何影响？,为减小涡流损耗，常用硅钢片叠压制成电机电器的铁芯。,27,下一节,上一页,下一页,返 回,5.4 变压器的工作原理,+,一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。,28,一、 空载运行与电压变换,一次侧接交流电源，二次侧开路。,空载时，铁心中主磁通是由一次绕组磁通势产生的。,1. 电磁关系,29,下一节,上一页,下一页,返 回,2. 电压变换（设加正弦交流电压）,有效值:,同 理：,主磁通按正弦规律变化，设为 则,(1) 一次、二次侧主磁通感应电动势,30,下一节,上一页,下一页,返 回,根据KVL：,变压器一次侧等效电路如图,由于电阻 R1 和感抗 X1 (或漏磁通)较小,

8、其两端的电压也较小,与主磁电动势 E1比较可忽略不计，则,(2) 一次、二次侧电压,式中 R1 为一次侧绕组的电阻; X1=L1 为一次侧绕组的感抗(漏磁感抗，由漏磁产生)。,31,下一节,上一页,下一页,返 回,对二次侧，根据KVL：,结论：改变匝数比，就能改变输出电压。,式中 R2 为二次绕组的电阻; X2=L2 为二次绕组的感抗； 为二次绕组的端电压。,变压器空载时:,式中U20为变压器空载电压。,故有,32,下一节,上一页,下一页,返 回,二、 有载运行与电流变换,有载运行,可见，铁心中主磁通的最大值m在变压器空载和有载时近似保持不变。即有,不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻抗压降

9、均可忽略，故有,由上式，若U1、 f 不变，则 m 基本不变，近于常数。,空载：,有载：,33,下一节,上一页,下一页,返 回,或,结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。,磁势平衡式：,空载磁势,有载磁势,34,三、 阻抗变换作用,忽略Z1、Z2 、 I0 ：,= k,|ZL| =,= k2 | ZL |,等 效,图5.4.4 变压器的阻抗变换,上一节,下一节,上一页,下一页,第 5 章 变压器,返 回,变压器的阻抗变换作用常用于电子电路中。,35,一只电阻为 8的扬声器（喇叭），需要 把电阻提高到 800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 实现这一阻抗匹配。

10、 解：,例,= 10,R = k2 RL,上一节,下一节,上一页,下一页,返 回,36,下一节,上一页,下一页,返 回,已知某收音机输出变压器的原边匝数为600,副边匝数为30,原边原接有16的扬声器，现要改接成4 扬声器，求N2应改为多少？,例如：,37,下一节,上一页,下一页,返 回,变压器的损耗：,变压器的损耗包括两部分：,铜损 (PCu) ：绕组导线电阻的损耗。,铁损(PFe )：,涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感 应电流(涡流)造成的损耗。,38,下一节,上一页,下一页,返 回,电力变压器的型号,S7-500/10,变压器的额定值,额定容量：三相变压器的总容量：SN=3I2NU2N

11、,额定电压：原、副边额定值均指线电压数值。,额定电流：I1N、I2N均指原、副边线电流值。,39,(2) 三相绕组的联结方式： GB: Y,yn/ Y,d/ YN,d Y,y/ YN,y,5.4 三相电压的变换,(1) 三相电压变换的方式： 采用三台单相变压器、,三相心式变压器。,三相配电变压器,动力供电系统（井下照明）,高压、超高压供电系统,40,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。注意：一次、二次侧千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。,特殊变压器,一、单相自耦变压器,41,二次侧不能短路， 以防产生过流； 2. 铁心、低压绕组的 一端接地，以防在 绝缘损坏时，