電工學 第3章磁路與變壓器

第3章磁路與變壓器電工技術與電子技術中國礦業(yè)大學信電學院第3章磁路與變壓器3.2交流鐵心線圈電路3.4電磁鐵

3.1磁路及其分析方法3.3變壓器了解變壓器的基本結構、工作原理、運行特性和繞組的同極性端，理解變壓器額定值的意義；掌握變壓器電壓、電流和阻抗變換作用；了解三相電壓的變換方法和原、副繞組常用的連接方式；本章要求：第3章磁路與變壓器3.3

變壓器

變壓器是一種常見的電氣設備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應用廣泛。變電壓：電力系統(tǒng)

變阻抗：電子線路中的阻抗匹配變電流：電流互感器

變壓器的主要功能有：

在能量傳輸過程中，當輸送功率及負載功率因數

一定時：（電能損耗?。┕?jié)省金屬材料（經濟）概述

電力工業(yè)中常采用高壓輸電低壓配電，實現(xiàn)節(jié)能并保證用電安全。具體如下：

發(fā)電廠1.05萬伏輸電線22萬伏升壓儀器36伏降壓…實驗室380/220伏降壓變電站

1萬伏降壓降壓…1.結構作用：構成磁路繞組原繞組(初級繞組、一次繞組）副繞組(次級繞組、二次繞組）由高導磁硅鋼片疊成厚0.35mm或0.5mm鐵芯3.3.1

變壓器的工作原理單相變壓器N1作用：構成電路+–+–一、結構和分類副繞組N2鐵心原繞組2.分類電壓互感器電流互感器按用途分電力變壓器(輸配電用)儀用變壓器整流變壓器按相數分三相變壓器單相變壓器按制造方式殼式心式二、變壓器的工作原理

原、副繞組互不相連，能量的傳遞靠磁耦合。變壓器符號+–+–1.電磁關系二、變壓器的工作原理原邊接交流電源,副邊開路。(1)空載運行情況+–+–+–+–+–1i0(i0N1)1空載時，鐵心中主磁通是由原繞組磁勢產生的。1.電磁關系二、變壓器的工作原理

原邊接交流電源,副邊接負載。(2)帶負載運行情況+–+–+–21i1(i1N1)1Zi1i2+–u2+–e2+–e2i2(i2N2)

2有載時，鐵心中主磁通是由原、副繞組磁勢共同產生的合成磁通。2.電壓變換（設加正弦交流電壓）有效值:同理：主磁通按正弦規(guī)律變化，設為則(1)原、副邊主磁通感應電動勢根據KVL：對原邊，變壓器原邊等效電路如圖

由于電阻

R1和感抗X1(或漏磁通)較小,其兩端的電壓也較小,與主磁電動勢E1比較可忽略不計，則–––+++(2)原、副邊電壓式中R1為原繞組的電阻;

X1=L1為原繞組的感抗(漏磁感抗，由漏磁產生)。（匝比）K為變比對副邊，根據KVL：結論：改變匝數比，就能改變輸出電壓。式中R2為副繞組的電阻;

X2=L2為副繞組的感抗；為副繞組的端電壓。變壓器空載時:+–u2+–+–+–i1i2+–e2+–e2式中U20為變壓器空載電壓。故有三相電壓的變換ABCXYZabczyx1)三相變壓器的結構高壓繞組：A-XB-YC-ZX、Y、Z：尾端A、B、C：首端低壓繞組：a-xb-y

c-za、b、c：首端x、y、z：尾端2)三相變壓器的聯(lián)接方式聯(lián)接方式：高壓繞組接法低壓繞組接法三相配電變壓器動力供電系統(tǒng)（井下照明）高壓、超高壓供電系統(tǒng)常用接法:（1）三相變壓器Y/Y0聯(lián)接線電壓之比：ACBbca+–+–+–+–（2）三相變壓器Y0/聯(lián)接線電壓之比：ACBabc+–+–+–3.電流變換(原副邊電流關系)有載運行

可見，鐵心中主磁通的最大值m在變壓器空載和有載時近似保持不變。即有

不論變壓器空載還是有載，原繞組上的阻抗壓降均可忽略，故有由上式，若U1、f不變，則m

基本不變，近于常數?？蛰d：有載：+–Z+–+–+–一般情況下：I0(2~3)%I1N很小可忽略?；颍航Y論：原、副邊電流與匝數成反比?；颍?.提供產生m的磁勢2.提供用于補償作用

的磁勢磁勢平衡式：空載磁勢有載磁勢4.阻抗變換由圖可知：

結論：變壓器原邊的等效阻抗模，為副邊所帶負載的阻抗模的K2倍。+–+–+–(1)

變壓器的匝數比應為：信號源R0RL+–R0+–+–【解】

【例3.3.1】如圖，交流信號源的電動勢E=120V，內阻R0=800，負載為揚聲器，其等效電阻為RL=8。要求:（1）當RL折算到原邊的等效電阻時，求變壓器的匝數比和信號源輸出的功率；（2）當將負載直接與信號源聯(lián)接時,信號源輸出多大功率？信號源的輸出功率：電子線路中，常利用阻抗匹配實現(xiàn)最大輸出功率。結論：接入變壓器以后，輸出功率大大提高。原因：滿足了最大功率輸出的條件：（2）將負載直接接到信號源上時，輸出功率為：1.變壓器的型號三、變壓器的銘牌和技術數據SJL1000/10

變壓器額定容量(KVA)

鋁線圈

冷卻方式J:油浸自冷式F:風冷式相數S:三相D:單相

高壓繞組的額定電壓(KV)

2.額定值額定電壓變壓器副邊開路（空載）時，原、副邊繞組允許的電壓值單相：UIN，原邊電壓，

U2N，副邊空載時的電壓三相：UIN、U2N，原、副邊的線電壓額定電流

變壓器滿載運行時，原、副邊繞組允許的電流值。單相：原、副邊繞組允許的電流值三相：原、副邊繞組線電流

額定容量

傳送功率的最大能力。單相：三相：容量SN

輸出功率P2

原邊輸入功率P1

輸出功率P2注意：變壓器幾個功率的關系（單相）效率容量：原邊輸入功率：輸出功率：變壓器運行時的功率取決于負載的性質2.額定值3.3.2

變壓器的外特性

當原邊電壓U1和負載功率因數cos2保持不變時，副邊輸出電壓U2和輸出電流I2的關系U20：原邊加額定電壓、副邊開路時，副邊的輸出電壓。

一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨I2的變化，U2

變化不大），電壓變化率約在5%左右。電壓變化率：U2I2U20I2Ncos2=1cos2=0.8(感性）為減少渦流損耗，鐵心一般由導磁鋼片疊合成。變壓器的損耗包括兩部分：銅損(PCu)：繞組導線電阻的損耗。渦流損耗：交變磁通在鐵芯中產生的感

應電流(渦流)造成的損耗。磁滯損耗：磁滯現(xiàn)象引起鐵芯發(fā)熱，造

成的損耗。

鐵損(PFe)：變壓器的效率為一般95%,負載為額定負載的(50~75)%時，最大。輸出功率輸入功率3.3.3

變壓器的損耗和效率【例】有一帶電阻負載的三相變壓器，其額定數據如下：SN=100kVA,U1N=6000V,f=50Hz。

U2N=U20=400V,繞組連接成／０。由試驗測得:

PFe

=600W，額定負載時的

PCu

=2400W。試求(1)變壓器的額定電流；

(2)滿載和半載時的效率?！窘狻浚ǎ保╊~定電流(２)滿載和半載時的效率

使用時，改變滑動端的位置，便可得到不同的輸出電壓。實驗室中用的調壓器就是根據此原理制作的。注意：原、副邊千萬不能對調使用，以防變壓器損壞。因為N變小時，磁通增大，電流會迅速增加。3.3.4

特殊變壓器一、自耦變壓器ABP+–+–1.副邊不能短路，以防產生過流；2.鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損壞時，在副邊出現(xiàn)高壓。使用注意：電壓表被測電壓=電壓表讀數N1/N2二、電壓互感器實現(xiàn)用低量程的電壓表測量高電壓VR

N1（匝數多）保險絲

N2（匝數少）~u（被測電壓）電流表被測電流=電流表讀數N2/N11.副邊不能開路，以防產生高電壓；2.鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損壞時，在副邊出現(xiàn)過壓。使用注意事項：三、電流互感器實現(xiàn)用低量程的電流表測量大電流（被測電流）N1（匝數少）N2（匝數多）ARi1i2

當電流流入(或流出）兩個線圈時，若產生的磁通方向相同，則兩個流入(或流出）端稱為同極性端。??AXax?AXax一、同極性端(同名端)

或者說，當鐵芯中磁通變化時，在兩線圈中產生的感應電動勢極性相同的兩端為同極性端。

同極性端用“?”表示。增加+–+++–––

同極性端和繞組的繞向有關。3.3.5

變壓器繞組的極性?聯(lián)接

2－3

變壓器原邊有兩個額定電壓為110V的繞組：二、線圈的接法??1324??1324

聯(lián)接

1－3，2－4當電源電壓為220V時：+–+–電源電壓為110V時：問題1：在110V

情況下，如果只用一個繞組（N），行不行？答：不行（兩繞組必須并接）

原邊有兩個相同繞組的電源變壓器(220/110)，使用中應注意的問題：??1324

若兩種接法鐵芯中的磁通相等，則：+–問題2：如果兩繞組的極性端接錯，結果如何？結論：在同極性端不明確時，一定要先測定同極性端再通電。答：有可能燒毀變壓器兩個線圈中的磁通抵消原因：電流很大燒毀變壓器感應電勢??1