電工電子技術(shù) 課件 項(xiàng)目三 磁路與變壓器

任務(wù)一、簡(jiǎn)單輸配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生活中處處都離不開電，“電能”如何生產(chǎn)，如何傳輸?shù)接脩舳?

任務(wù)導(dǎo)學(xué)電能是通過發(fā)電設(shè)備（鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等）將其他形式的能源轉(zhuǎn)化為電能，比如火力發(fā)電、核能發(fā)電、太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等。發(fā)電站發(fā)出的電通過變電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)最后到達(dá)我們用電系統(tǒng)供用戶使用。任務(wù)情境由發(fā)電設(shè)備、輸電線路、升壓及降壓變電站、配電所、用電設(shè)備及相應(yīng)的輔助系統(tǒng)組成的電能生產(chǎn)、輸送、分配、使用的統(tǒng)一整體稱為電力系統(tǒng)。簡(jiǎn)述電能的產(chǎn)生形式，繪制電力系統(tǒng)的組成簡(jiǎn)圖。簡(jiǎn)述變壓器的組成及原理，分析變壓器在電力系統(tǒng)中的作用。任務(wù)實(shí)施１)電能是發(fā)電站發(fā)出來的，有哪些發(fā)電形式?通過查閱資料寫出幾種發(fā)電形式，并說明是否屬于清潔可再生能源。２)通過資料查找在圖３-１中繪制出電力系統(tǒng)的組成簡(jiǎn)圖，要求該簡(jiǎn)圖能夠描述“電能”從發(fā)電站到用戶整個(gè)過程。３)發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電，為什么要升壓至５００ｋＶ后再進(jìn)行傳輸?如何將電壓升至５００ｋＶ?４)電能輸送至用戶之前，為什么要經(jīng)過降壓后再供給用戶?５)根據(jù)電力系統(tǒng)的輸配電方式在圖３-２中繪制出電力系統(tǒng)的輸配電示意圖。６)變壓器包含哪些組成部分?各部分的作用是什么?７)什么是磁路?什么是磁場(chǎng)強(qiáng)度?什么是磁感應(yīng)強(qiáng)度?它們之間的關(guān)系如何?知識(shí)鏈接一、電力系統(tǒng)二、新能源發(fā)電技術(shù)三、磁場(chǎng)的基本物理量四、磁性材料的磁性質(zhì)五、磁路的歐姆定律六、交流鐵心線圈電路七、變壓器的基本結(jié)構(gòu)

一、電力系統(tǒng)電工電子技術(shù)

黃燕華一、電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)俗稱電網(wǎng)，是由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費(fèi)系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、母線、架空線、電纜、配電裝置、受電裝置等設(shè)施，以及為保證這些設(shè)施正常運(yùn)行所需的繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置、計(jì)量裝置、電力通信設(shè)施、電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化設(shè)施等。由于電源點(diǎn)與負(fù)荷中心多數(shù)處于不同地區(qū)，也無法大量?jī)?chǔ)存，故其生產(chǎn)、輸送、分配和消費(fèi)端在同一時(shí)間內(nèi)完成，并在同一地域內(nèi)有機(jī)地組成一個(gè)整體，電能生產(chǎn)必須時(shí)刻保持與消費(fèi)平衡。電力系統(tǒng)示意圖電力工業(yè)生產(chǎn)有以下特點(diǎn)：１）同時(shí)性。發(fā)電、輸電、變電、用電是同時(shí)完成的，因電能不能儲(chǔ)存，所以電能必須用多少發(fā)多少。２）整體性。發(fā)電廠、變壓器、高壓輸電線路、配電線路和用電設(shè)備在電網(wǎng)中形成了一個(gè)不可分割的整體，缺少任一環(huán)節(jié)，電力生產(chǎn)都不可能完成。相反，任何設(shè)備脫離電網(wǎng)都將失去其存在的意義。３）快速性。電能輸送過程迅速，其傳輸速度與光速相同，即使相距幾萬千米，發(fā)電、供電、用電都是在一瞬間實(shí)現(xiàn)。４）連續(xù)性。電能的質(zhì)量需要實(shí)時(shí)、連續(xù)地監(jiān)視與調(diào)整。５）實(shí)時(shí)性。電網(wǎng)事故發(fā)展迅速、涉及面大，需要實(shí)時(shí)安全監(jiān)視。6）隨機(jī)性。由于負(fù)荷變化、異常情況、電網(wǎng)操作及事故發(fā)生的隨機(jī)性，電能質(zhì)量的變化是隨機(jī)的。因此，在電力生產(chǎn)過程中，需要實(shí)時(shí)調(diào)度，并需要實(shí)時(shí)安全監(jiān)控系統(tǒng)隨時(shí)跟蹤隨機(jī)事件，以保證電能的質(zhì)量及電網(wǎng)的安全運(yùn)行。二、新能源發(fā)電技術(shù)電工電子技術(shù)

黃燕華二、新能源發(fā)電技術(shù)新能源是相對(duì)常規(guī)能源而言的，一般具有以下特征：1)尚未大規(guī)模作為能源開發(fā)利用，有的甚至還處于初期研發(fā)階段；2)資源賦存條件和物化特征與常規(guī)能源有明顯區(qū)別；3)開發(fā)利用技術(shù)復(fù)雜，成本較高；4)清潔環(huán)保，可實(shí)現(xiàn)二氧化碳等污染物零排放或低排放；5)資源量大、分布廣泛，但大多具有能量密度低的缺點(diǎn)核能發(fā)電是利用原子核分裂時(shí)產(chǎn)生的能量，把反應(yīng)器中的水加熱產(chǎn)生蒸汽，然后借蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)，再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電能。太陽能發(fā)電是把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電技術(shù)。由于太陽能儲(chǔ)量巨大，不會(huì)枯竭，清潔能源，無污染，不受地域限制，是一種無所不在的能源，這些優(yōu)點(diǎn)使它成為最理想的能源。風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。三、磁場(chǎng)的基本物理量電工電子技術(shù)

黃燕華三、磁場(chǎng)的基本物理量磁路限定在一定空間范圍內(nèi)的磁場(chǎng)。I磁感線表示磁場(chǎng)的分布情況。磁通Φ磁場(chǎng)存在的一種特殊形式。磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)弱。磁通Φ通過與磁感線方向垂直的截面內(nèi)磁感線的總數(shù)。在均勻磁場(chǎng)內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度H磁場(chǎng)強(qiáng)度H只與產(chǎn)生它的電流有關(guān)，而與磁場(chǎng)中的介質(zhì)無關(guān)。磁場(chǎng)強(qiáng)度H的單位安[培]每米(A／m)。磁感應(yīng)強(qiáng)度B表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)方向和強(qiáng)弱的物理量。單位：特[斯拉](T)磁通密度矢量

方向與B同。磁導(dǎo)率μB=μH磁導(dǎo)率μ的單位亨[利]每米(H／m)。介質(zhì)的μ越大，導(dǎo)磁能力越強(qiáng)。真空的磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率μr

任一介質(zhì)的磁導(dǎo)率μ與真空的磁導(dǎo)率μ0的比值。表示介質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量。四、磁性材料的磁性質(zhì)電工電子技術(shù)

黃燕華非磁性材料

HB0四、磁性材料的磁性質(zhì)在外界磁場(chǎng)的作用下,基本上不表現(xiàn)出磁性，不產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，磁導(dǎo)率μ≈μ0，，相對(duì)磁導(dǎo)率μr≈1。B≈μ0H磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間具有線性正比關(guān)系外磁場(chǎng)磁疇常用的磁性材料鐵、鎳、鈷及其合金。(一)高導(dǎo)磁性磁導(dǎo)率μ＞＞μ0相對(duì)磁導(dǎo)率μr＞＞

1小電流產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)(磁感應(yīng)強(qiáng)度B=μH足夠大)。磁性材料在外界磁場(chǎng)的作用下,被強(qiáng)烈磁化,產(chǎn)生很強(qiáng)的附加磁場(chǎng),并大大加強(qiáng)外磁場(chǎng)。（二）磁飽和性非線性關(guān)系B(Φ)H(I)0acbd飽和段cdbc段B–H增加上升緩慢飽和段μ急劇減小。μμ--H(I)關(guān)系曲線磁化曲線B(Φ)--H(I)曲線0a段起始段ab段B–H有近似線性正比關(guān)系(三)磁滯性iHCHm--Hm--HCBr--BrBH基本磁化曲線123456磁滯回線交流電流i勵(lì)磁。環(huán)形鐵心勵(lì)磁線圈0i0HCHm--Hm--HCBr--BrBH磁滯損耗123456磁滯損耗的大小正比于磁滯回線包圍的面積。五、磁路的歐姆定律電工電子技術(shù)

黃燕華磁路的歐姆定律一、磁路磁感線集中通過的路徑。是電氣設(shè)備中的導(dǎo)磁路徑。小電流產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)。小段空氣隙也是磁路的組成部分。二、磁路的歐姆定律揭示了磁路中磁通Φ與勵(lì)磁電流I之間的關(guān)系。Ir環(huán)形鐵心磁路勵(lì)磁電流I。磁感線沿鐵心呈同心圓狀分布。環(huán)形鐵心內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度只與勵(lì)磁電流I和線圈匝數(shù)N、與該點(diǎn)位置有關(guān)，而與磁介質(zhì)（μ）無關(guān)。根據(jù)數(shù)學(xué)全電流定律可得環(huán)形磁路平均長(zhǎng)度N－勵(lì)磁線圈匝數(shù)Ir磁場(chǎng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度磁通磁通磁通或F=NI產(chǎn)生磁場(chǎng)的激勵(lì)。取磁阻。磁路的歐姆定律。磁通Φ是響應(yīng)。磁通勢(shì)六、交流鐵心線圈電路電工電子技術(shù)

黃燕華i--++ueφ磁通Φ恒定不變,不在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。線圈內(nèi)電流、電壓關(guān)系與一般直流電路相同。交流磁路交流電流i勵(lì)磁，磁通φ變化，在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e。勵(lì)磁線圈與磁路結(jié)合在一起，不可分割。交流鐵心線圈電路磁路直流磁路交流磁路直流磁路

直流電流勵(lì)磁。一.各電磁量之間的關(guān)系注意正方向。交流電壓u勵(lì)磁電流i磁通勢(shì)Ni主磁通φi--++ueφ感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)二.主磁通與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)外加電壓u是正弦電壓,主磁通φ按正弦規(guī)律變化。主磁通φ=Φmsinωt交流鐵心線圈電路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值該式是分析變壓器、交流電動(dòng)機(jī)中電壓、電流有效值U、I和主磁通最大值Φm關(guān)系的重要依據(jù)。七、變壓器的基本結(jié)構(gòu)電工電子技術(shù)

黃燕華變壓器的主要功能是能夠把某一電壓數(shù)值的交流電變換為同頻率的另一電壓數(shù)值的交流電----變電壓。除此之外，變壓器還具有變電流、變阻抗的作用，用于電工測(cè)量和電子技術(shù)領(lǐng)域。一.變壓器的基本結(jié)構(gòu)鐵心

磁路。心式變壓器殼式變壓器變壓器的基本結(jié)構(gòu)主要用于輸電、配電系統(tǒng)。用硅鋼片交錯(cuò)疊裝或卷繞而成。線圈（繞組）繞在鐵心上的兩個(gè)（或以上）線圈。交流電源負(fù)載二次繞組匝數(shù)N2凡表示一次繞組各量的圖形符號(hào)U2U1－＋＋－二次繞組（副方繞組、次級(jí)繞組）一次繞組（原方繞組、初級(jí)繞組）外接交流電源。字母均標(biāo)注下標(biāo)“1”。如一次繞組電壓（有效值）U1一次繞組電流（有效值）I1一次繞組匝數(shù)N1外接負(fù)載。凡表示二次繞組各量的字母均標(biāo)注下標(biāo)“2”。如二次繞組電壓（有效值）U2二次繞組電流（有效值）I2任務(wù)實(shí)施１)電能是發(fā)電站發(fā)出來的，有哪些發(fā)電形式?通過查閱資料寫出幾種發(fā)電形式，并說明是否屬于清潔可再生能源。①水力發(fā)電：水電站中水流的勢(shì)能經(jīng)過水輪機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能；②火力發(fā)電：火電廠的燃料化學(xué)能通過鍋爐燃燒轉(zhuǎn)化為熱能，經(jīng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能；③核電能：核聚變和核裂變能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能；④風(fēng)力發(fā)電：風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能；⑤太陽能發(fā)電；⑥地?zé)岚l(fā)電。在世界范圍內(nèi)，火電廠的裝機(jī)容量約占總裝機(jī)容量的70%，發(fā)電量約占總發(fā)電量的80%。新能源要同時(shí)符合兩個(gè)條件：一是蘊(yùn)藏豐富不會(huì)枯竭；二是安全、干凈，不會(huì)威脅人類和破壞環(huán)境。目前找到的新能源主要有兩種，一是太陽能，二是燃料電池。另外，風(fēng)力發(fā)電也可算是輔助性的新能源。其中，最理想的新能源是太陽能。核電在理想的情況下是干凈的，但萬一發(fā)生核泄漏，后果同樣是可怕的。２)通過資料查找在圖３-１中繪制出電力系統(tǒng)的組成簡(jiǎn)圖，要求該簡(jiǎn)圖能夠描述“電能”從發(fā)電站到用戶整個(gè)過程。電力系統(tǒng)組成示意圖３)發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電，為什么要升壓至５００ｋＶ后再進(jìn)行傳輸?如何將電壓升至５００ｋＶ?發(fā)電機(jī)發(fā)出的電力除發(fā)電廠自用電以外，大部分送至電網(wǎng)，然后由電網(wǎng)再分配給用戶。由于發(fā)電廠與用戶距離較遠(yuǎn)，電能在輸送過程中要產(chǎn)生損失，稱為線損，線損與電流的平方成正比

（I為傳輸線路中的電流，為傳輸中的功率損耗，為傳輸線路的等效電阻）。在輸送功率P一定的情況下，電流與電壓成反比P=UI，提高電壓U就可以降低電流I，使線損大幅度下降。所以，發(fā)電廠采用升壓變壓器將電壓升高后再向電網(wǎng)送電，輸電距離愈遠(yuǎn)，采用的電壓等級(jí)也愈高。因此發(fā)電廠發(fā)出的電需要升壓主要益處有如下幾點(diǎn)：①減少線路能耗（

）、壓降（

）。②節(jié)約有色金屬，導(dǎo)線在傳輸電流過程中，電流越小，導(dǎo)線就越細(xì)。③降低線路工程造價(jià)。發(fā)電廠發(fā)出的電是經(jīng)過升壓變壓器實(shí)現(xiàn)升壓的。４)電能輸送至用戶之前，為什么要經(jīng)過降壓后再供給用戶?電能送至用戶后，如果不經(jīng)降壓，直接使用，則用戶必須采用耐壓等級(jí)高的用電設(shè)備，不但大大增加了設(shè)備的成本，而且電壓太高，也威脅人身安全。所以，用戶要將電壓降低后再使用。雖然采用了升壓變壓器和降壓變壓器均要產(chǎn)生一些損耗，但現(xiàn)代大型變壓器的效率很高，其損耗與因此而減少的線損相比是很少的。５)根據(jù)電力系統(tǒng)的輸配電方式在圖３-２中繪制出電力系統(tǒng)的輸配電示意圖。電力系統(tǒng)的輸配電示意圖６)變壓器包含哪些組成部分?各部分的作用是什么?變壓器由鐵心和繞在鐵心上的兩個(gè)或多個(gè)線圈（又稱繞組）組成。鐵心的作用是構(gòu)成變壓器的磁路。為了減小渦流損耗和磁滯損耗，鐵心釆用硅鋼片交錯(cuò)疊裝或卷繞而成。繞組是變壓器的電路部分，它是用雙絲包絕緣扁線或漆包圓線繞成。７)什么是磁路?什么是磁場(chǎng)強(qiáng)度?什么是磁感應(yīng)強(qiáng)度?它們之間的關(guān)系如何?磁路為磁感線集中通過的路徑。磁場(chǎng)強(qiáng)度是描述磁場(chǎng)的一個(gè)物理量，符號(hào)為H，只與產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流以及電流的分布情況有關(guān)，而與磁場(chǎng)中的介質(zhì)無關(guān)，單位為：安/米(A/m)。磁感應(yīng)強(qiáng)度，符號(hào)為B，是表示磁場(chǎng)內(nèi)某一點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。磁感線在該點(diǎn)處的方向就是磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向，在數(shù)值上B等于該點(diǎn)與磁場(chǎng)方向垂直的單位面積內(nèi)所通過的磁通，B的單位：特[斯拉]（T）。謝謝！任務(wù)二、簡(jiǎn)單輸配電系統(tǒng)的仿真電工電子技術(shù)

黃燕華任務(wù)導(dǎo)學(xué)生活生產(chǎn)中所需的電壓等級(jí)是各不相同的，有些場(chǎng)合需要高壓甚至特高壓，比如輸電系統(tǒng)中的電壓高達(dá)幾百千伏，有些場(chǎng)合的電壓又是低壓，比如生活中常用的電壓為２２０Ｖ，這些不同等級(jí)的電壓變換是通過什么設(shè)備完成的?基于什么原理實(shí)現(xiàn)變電壓的呢?

任務(wù)導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生活中電壓的變換是通過變壓器完成的，變壓器的原理是基于電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)的。任務(wù)情境常用高壓配電中的電壓為６~１０ｋＶ，而常用低壓設(shè)備的電壓為３８０Ｖ/２２０Ｖ，簡(jiǎn)述實(shí)現(xiàn)高低壓變換的方法，分析三相變壓器常見的聯(lián)結(jié)方式，基于Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真軟件完成相應(yīng)電壓之間的變換。任務(wù)實(shí)施１)現(xiàn)有三相交流電壓源，線電壓為１０ｋＶ，如何將其變換為線電壓為４００Ｖ的電壓?２)簡(jiǎn)述變壓器的工作原理、用途，說明變壓器如何實(shí)現(xiàn)電壓的變換作用?３)從１０ｋＶ(線電壓)電壓變換為４００Ｖ(線電壓)，則所需的變壓器的電壓比為多少?４)三相變壓器常見的聯(lián)結(jié)方式有哪些?５)基于Ｍｕｌｔｉｓｉｍ繪制仿真模型實(shí)現(xiàn)從１０ｋＶ電壓變換為４００Ｖ的三相變壓器的電路圖，并用必要的儀表測(cè)出變換后的電壓。知識(shí)鏈接一、變壓器的工作原理二、三相變壓器

一、變壓器的工作原理電工電子技術(shù)

黃燕華空載運(yùn)行狀態(tài)---變電壓作用一次繞組——空載電流，用i0表示。此時(shí)的變壓器就相當(dāng)于是一個(gè)交流鐵心線圈。變壓器的工作原理-+i0-+-+-+u1e2φu20i2=0ZLe1以電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ),通過磁路(磁場(chǎng))將兩個(gè)(或以上)的繞組耦合起來,進(jìn)行交流電能的傳送與轉(zhuǎn)換。一次繞組外加額定電壓，二次繞組開路,i2=0。u1i0N1i0主磁通φ電磁量之間的關(guān)系二次繞組E2=4.44fN2Φm-+i0-+-+-+u1e2φu20i2=0ZLe1一次繞組u1≈-e1E1=4.44fN1ΦmU1≈E1=4.44fN1Φm一次繞組U1≈E1=4.44fN1Φm二次繞組E2=4.44fN2Φm變比K-+i0-+-+-+u1e2φu20i2=0ZLe1空載狀態(tài)u20≈e2U20≈E2=4.44fN2Φm變電壓作用電源電壓U1固定,改變一、二次繞組的匝數(shù)N1和N2，即可得到不同數(shù)值的二次繞組電壓U2，實(shí)現(xiàn)變換電壓的目的。變壓器銘牌上的額定電壓用分?jǐn)?shù)表示的一、二次繞組的電壓數(shù)值U1N和U2N

。其中U2N即為一次繞組加入額定電壓U1N后，二次繞組的空載（開路）電壓。例如：6000／400V（K=15）變壓器在負(fù)載狀態(tài)下運(yùn)行，且達(dá)到滿載時(shí)，二次繞組的電壓U2較U2N通常降低（3～5）%。升壓變壓器U1＜U2降壓變壓器U1＞

U2（二）負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)---變電流作用φu1ZL-+-+e1i1i2e2-+u2-+

二次繞組接入負(fù)載,產(chǎn)生二次繞組電流i2,向負(fù)載輸出電功率。

空載電流i0的作用只是產(chǎn)生主磁通，又稱勵(lì)磁電流，數(shù)值很小，只占額定電流的百分之幾。1.變壓器的變電流作用此時(shí)，一次繞組電流必定增加，由空載電流i0增加為i1。

負(fù)載運(yùn)行時(shí)，主磁通φ由一、二次繞組的磁通勢(shì)N1i1和N2i2共同作用產(chǎn)生(N1i1+N2i2)。φu1ZL-+-+e1i1i2e2-+u2-+根據(jù)公式（3-12）U1≈E1=4.44fN1Φm當(dāng)U1、

f、

N1固定不變時(shí)，Φm也將固定不變。由于空載運(yùn)行和負(fù)載運(yùn)行時(shí)主磁通基本不變，所以產(chǎn)生它們的激勵(lì)N1i0和（

N1i1+N2i2）應(yīng)該近似相等N1i1+N2i2≈

N1i0N1i1+N2i2≈

N1i0相量表示式磁通式平衡方程變換可得瞬時(shí)值表示式負(fù)載運(yùn)行時(shí)一次繞組電流由兩部分組成。勵(lì)磁分量與負(fù)載電流成正比,但相位相反。數(shù)值很小,可以近似略去。負(fù)載分量有效值表示式或變電流作用在額定工作狀態(tài)下,一、二次繞組額定電流之比等于其變比K的倒數(shù)。U2I2U20I2N0U22.變壓器的外特性和電壓調(diào)整率外特性U2=f(I2)條件保持電源電壓U1、負(fù)載的功率因數(shù)λ2=cosφ2不變。感性負(fù)載的外特性?！鱑%表示供電電壓的穩(wěn)定性。一般電力變壓器的△U%在3%～5%之間。電壓調(diào)整率變壓器從空載（I2=0）到額定工作狀態(tài)（I2N），二次繞組電壓變化量與空載電壓U20之比。U2I2U20I2N0U2等效負(fù)載阻抗（三）變壓器的變換阻抗作用ZL-++-+-U1≈

E1=4.44fN1ΦmU2≈

E2=4.44fN2Φm負(fù)載阻抗一次側(cè)等效負(fù)載阻抗變換化簡(jiǎn)公式(3-18)ZL-++-+-阻抗匹配在電子電路中,為了使負(fù)載得到最大功率輸出,要求負(fù)載的阻抗與信號(hào)源的阻抗之間滿足確定的要求。變壓器變換阻抗作用的應(yīng)用阻抗匹配。二、三相變壓器電工電子技術(shù)

黃燕華（一）三相變壓器的結(jié)構(gòu)和原理三相變壓器可以由三個(gè)相同容量的單相變壓器一次側(cè)、二次側(cè)分別相連組成（圖3-22）,或用一臺(tái)三相變壓器來實(shí)現(xiàn)，它有三個(gè)鐵心柱,每個(gè)鐵心柱都繞著同一相的兩個(gè)繞組，一個(gè)是一次繞組，另一個(gè)是二次繞組，如圖3-23所示。三臺(tái)單相變壓器組成的星形聯(lián)結(jié)的三相變壓器組三相變壓器示意圖及其外形圖（二）三相變壓器的型號(hào)和額定值1.型號(hào)型號(hào)表示的含義是一臺(tái)變壓器的結(jié)構(gòu)(相數(shù))、設(shè)計(jì)序號(hào)、額定容量、電壓等級(jí)、冷卻方式等內(nèi)容。例如：型號(hào)S11-10000/60-10中，S為三相(相數(shù)，D表示單相)；11為設(shè)計(jì)序號(hào)；10000為額定容量(kV?A)；60為高壓側(cè)額定電壓等級(jí)(kV)；10為低壓側(cè)額定電壓等級(jí)(kV)。2.額定值額定值是正確使用變壓器的依據(jù)，在額定狀態(tài)下運(yùn)行，可保證變壓器使用期限內(nèi)長(zhǎng)期安全有效地工作。(1)額定容量SN，指變壓器的視在功率。對(duì)三相變壓器而言指三相容量之和，單位為伏安(V?A)，常用的還有千伏安(kV?A)。(2)額定電壓UN，指線電壓。U1N指電源加到一次繞組上的電壓，U2N是二次側(cè)開路電壓，即空載運(yùn)行時(shí)二次繞組的端電壓。(3)額定電流IN，由SN和UN計(jì)算出來的電流。對(duì)于單相變壓器：

對(duì)于三相變壓器：

(4)額定頻率fN，我國(guó)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用電頻率為50Hz，有些國(guó)家采用60Hz。此外，額定工作狀態(tài)下變壓器的效率、溫升等數(shù)據(jù)均屬于額定值。任務(wù)實(shí)施１)現(xiàn)有三相交流電壓源，線電壓為１０ｋＶ，如何將其變換為線電壓為４００Ｖ的電壓?電力中采用高壓輸電，低壓配電，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能并保證用電安全，所以10KV的高壓交流電壓要轉(zhuǎn)變?yōu)?00V的低壓交流電應(yīng)該采用降壓變壓器來實(shí)現(xiàn)。２)簡(jiǎn)述變壓器的工作原理、用途，說明變壓器如何實(shí)現(xiàn)電壓的變換作用?變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備，它能將某一電壓數(shù)值的交流電變換為同頻率的另一電壓數(shù)值的交流電，變壓器的工作原理是基于電磁感應(yīng)原理。變壓器的用途很多，主要有以下幾種：（1）作為電能傳輸設(shè)備，用在輸電、配電領(lǐng)域。（2）變壓器除了具有變換電壓作用之外，還具有變換電流、變換阻抗的作用。３)從１０ｋＶ(線電壓)電壓變換為４００Ｖ(線電壓)，則所需的變壓器的電壓比為多少?根據(jù)變壓器變電壓的作用，從轉(zhuǎn)變?yōu)?，則變比４)三相變壓器常見的聯(lián)結(jié)方式有哪些?5)基于Ｍｕｌｔｉｓｉｍ繪制仿真模型實(shí)現(xiàn)從１０ｋＶ電壓變換為４００Ｖ的三相變壓器的電路圖，并用必要的儀表測(cè)出變換后的電壓。謝謝！任務(wù)三、特殊用途變壓器電工電子技術(shù)

黃燕華任務(wù)導(dǎo)學(xué)任務(wù)二中變壓器的繞組有一次繞組和二次繞組，任何變壓器都有兩副(多副)繞組嗎?舉例說明。

任務(wù)導(dǎo)學(xué)不一定所有的變壓器都有兩副繞組，比如自耦變壓器就只有一副繞組。任務(wù)情境分析自耦變壓器的工作原理、特點(diǎn)及使用注意事項(xiàng)。現(xiàn)實(shí)生活中有許多需要測(cè)量大電流、高電壓的情況，簡(jiǎn)述測(cè)量大電流、高電壓的方法。任務(wù)實(shí)施１)用什么變壓器可以輸出一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的電壓?這種變壓器有什么特點(diǎn)?寫出電壓變換式。２)簡(jiǎn)述自耦變壓器的優(yōu)缺點(diǎn)和主要用途。３)簡(jiǎn)述自耦變壓器運(yùn)行的注意事項(xiàng)。４)儀用互感器的用途是什么?根據(jù)用途可分成幾種?５)為什么要使用儀用互感器?知識(shí)鏈接一、自耦變壓器二、電流互感器三、電壓互感器

一、自耦變壓器電工電子技術(shù)

黃燕華一.自耦變壓器常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。特點(diǎn)輸出電壓可以根據(jù)需要連續(xù)、均勻的調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)只有一個(gè)繞組，繞組上有一個(gè)滑動(dòng)抽頭a。-+ΦmN1N2-+aN2N1++--a一、二次側(cè)共用一個(gè)繞組，一、二次繞組既有磁的耦合，又有電的直接聯(lián)系。自耦變壓器N2N1++--a一次繞組加入電源電壓U1→工作磁通Φm→一、二次繞組中產(chǎn)生E1、

E2空載時(shí)-+ΦmN1N2-+a略去繞組內(nèi)部導(dǎo)線電阻等的影響，負(fù)載狀態(tài)下可用于升壓N2＞

N1安全操作正確接線外殼接地移動(dòng)滑動(dòng)端頭a的位置,即可改變二次繞組的匝數(shù)N2,就能夠連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓U2。二、電流互感器電工電子技術(shù)

黃燕華電流互感器在電力工程中使用的電流互感器也是根據(jù)變壓器的原理做成的。電流互感器能夠按比例地變換交流電流的數(shù)值，擴(kuò)大交流電流表的量程。同時(shí)在測(cè)量高壓電路的電流時(shí)，還能夠把電流表與高壓電路隔開，確保人身和儀表的安全。電流互感器的接線示意如圖所示。電流互感器一次繞組的匝數(shù)很少，通常只有幾匝，甚至一匝，用粗導(dǎo)線繞制，允許通過較大電流。使用時(shí)一次繞組串聯(lián)接入被測(cè)電路，流過被測(cè)電流二次繞組的匝數(shù)較多，與交流電流表連接。電流互感器的接線示意圖根據(jù)變壓器變換電流的作用原理Ki稱為電流互感器的額定電流比，標(biāo)示在它的銘牌上。實(shí)際測(cè)量時(shí)，只需讀出電流表的數(shù)值I2，就可以按照公式得到被測(cè)電流I1的數(shù)值。一般使用的交流電流表均為5A或1A量程，只需改變電流互感器的額定電流比Ki，就可以達(dá)到改變電流表量程的目的。使用電流互感器時(shí),還應(yīng)注意以下兩點(diǎn)。第一，二次繞組的一端和鐵心必須可靠接地，使一次、二次繞組間出現(xiàn)絕緣損壞事故時(shí)，保障人身及設(shè)備安全；第二，二次繞組不允許開路，否則也會(huì)造成觸電事故及損壞設(shè)備。三、電壓互感器電工電子技術(shù)

黃燕華電壓互感器電壓互感器電壓互感器是利用變壓器的變壓作用，將高電壓變換成低電壓的儀器，其原理電路及其符號(hào)如圖3-24所示。它的一次繞組匝數(shù)較多，接入被測(cè)電路中；二次繞組匝數(shù)較少，兩端接電壓表（表頭一般為100V）或其他測(cè)量、保護(hù)裝置的電壓線圈。為保證安全，二次繞組一端與互感器外殼都必須接地，另外，二次繞組切不可短路，否則會(huì)造成很大的短路電流，使互感器繞組嚴(yán)重發(fā)熱，損壞設(shè)備。電壓互感器任務(wù)實(shí)施１)用什么變壓器可以輸出一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的電壓?這種變壓器有什么特點(diǎn)?寫出電壓變換式。可使用自耦變壓器。自耦變壓器一次側(cè)和二次側(cè)共用一個(gè)繞組，二次繞組是一次繞組的一部分，繞組同心放置。其特點(diǎn)是，一次側(cè)、二次側(cè)繞組既有電的聯(lián)系也有磁的耦合。在變壓器容量相同時(shí)，自耦變壓器的線圈容量比雙線圈變壓器小，可節(jié)省硅鋼片和銅線，且效率高。可做成任意調(diào)節(jié)的自耦調(diào)壓器，即可用于降壓也可用于升壓。因一、二次側(cè)繞組相通，高壓側(cè)的故障會(huì)波及低壓側(cè)，低壓側(cè)要有過電壓的保護(hù)。電源端相線和零線不得接反。電壓比等于匝數(shù)比。２)簡(jiǎn)述自耦變壓器的優(yōu)缺點(diǎn)和主要用途。優(yōu)點(diǎn)：省材料、造價(jià)低、外形尺寸小、重量輕；無功損耗、有功損耗小，電壓調(diào)整率小。缺點(diǎn)：系統(tǒng)故障時(shí)短路；高壓邊與低壓邊有電氣連接，不安全；變比K小，升壓和降壓的幅度小。主要用途：一二次側(cè)電壓比較接近的場(chǎng)合；電壓相近的電力系統(tǒng)；調(diào)壓器和起動(dòng)補(bǔ)償器；家用小型交流穩(wěn)壓器內(nèi)的變壓器；三相電機(jī)自耦減壓起動(dòng)箱內(nèi)的變壓器；鐵路電氣化３)簡(jiǎn)述自耦變壓器運(yùn)行的注意事項(xiàng)。高低壓側(cè)有電的聯(lián)系，為了防止高壓側(cè)單相接地故障引起低壓側(cè)過電壓，應(yīng)把三相自耦變壓器的中性點(diǎn)可靠接地。高低壓側(cè)有電的聯(lián)系，高壓側(cè)遭受雷擊等過電壓時(shí)，也會(huì)傳遞到低壓側(cè)，因此應(yīng)在兩側(cè)都裝上避雷針。應(yīng)盡量避免突發(fā)的短路情況。接電源前，將手柄轉(zhuǎn)到零位。４)儀用互感器的用途是什么?根據(jù)用途可分成幾種?儀用互感器是專供電工測(cè)量和自動(dòng)保護(hù)裝置使用的電壓器，用來測(cè)量高電壓、大電流的變壓器。根據(jù)用途的不同分為電壓互感器和電流互感器。５)為什么要使用儀用互感器?使用儀用互感器的目的是：擴(kuò)大常規(guī)儀表的量程；將被測(cè)回路的高電壓、大電流變換為標(biāo)準(zhǔn)值，利于用標(biāo)準(zhǔn)化和小型化的儀表；使測(cè)量回路與被測(cè)系統(tǒng)隔離，以保障工作人員和測(cè)試設(shè)備的安全；使二次側(cè)的設(shè)備絕緣水平按低壓設(shè)計(jì)，降低成本；由互感器直接帶動(dòng)繼電器線圈，為各類繼電保護(hù)提供控制信號(hào)，也可以經(jīng)過整流變換成直流電壓，為控制系統(tǒng)或微機(jī)控制系統(tǒng)提供控制信號(hào)。謝謝！任務(wù)四、互感繞組電路的研究實(shí)驗(yàn)電工電子技術(shù)

黃燕華任務(wù)導(dǎo)學(xué)什么是繞組的同名端？為什么要規(guī)定繞組的同名端？

任務(wù)導(dǎo)學(xué)同名端是指在同一交變磁通的作用下任一時(shí)刻兩個(gè)（或兩個(gè)以上）繞組中都具有相同電勢(shì)極性的端頭彼此互為同名端。在三相電機(jī)中，如果把同名端一接錯(cuò)，就會(huì)產(chǎn)生大問題，三相電流在電機(jī)中形成不了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電機(jī)不但不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且三相電流嚴(yán)重不對(duì)稱，對(duì)電機(jī)影響很大，導(dǎo)致發(fā)熱甚至燒壞電機(jī)。任務(wù)情境要正確使用變壓器，或者有磁耦合的互感繞組進(jìn)行繞組的串并聯(lián)時(shí)，必須清楚各繞組的同極性端(同名端)的概念，根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟完成繞組同名端的測(cè)定。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，一個(gè)繞組因另一個(gè)繞組中電流變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象，根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟完成互感系數(shù)的測(cè)定。任務(wù)實(shí)施1、準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備：直流數(shù)字電壓表、毫安表；交流數(shù)字電壓表、電流表；互感線圈、鐵、鋁棒；EEL-51組件（含100Ω/3W電位器、510Ω/8W線繞電阻）。2、測(cè)定互感線圈的同名端（1）直流法實(shí)驗(yàn)電路如圖３-２６所示，將繞組Ｎ１、Ｎ２同心式套在一起，并放入鐵心。Ｕ１為可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，調(diào)至６Ｖ，然后改變可變電阻器Ｒ(由大到小調(diào)節(jié))，使流過Ｎ１側(cè)的電流不超過0.４Ａ(選用５Ａ量程的數(shù)字電流表)，Ｎ２側(cè)直接接入２ｍＡ量程的毫安表?將鐵棒迅速地拔出和插入，觀察毫安表正負(fù)數(shù)的變化，來判斷Ｎ１和Ｎ２兩繞組的同名端。將結(jié)果記錄至表３-１中。直流法測(cè)定繞組同名端電路同名端

表3-1繞組同名端的測(cè)定結(jié)果（直流法）（2）交流法實(shí)驗(yàn)電路如圖３-２７所示，將繞組Ｎ２套在繞組Ｎ１中。Ｎ１串接電流表(選０~５Ａ的量程)后接至自耦調(diào)壓器的輸出，并在兩繞組中插入鐵棒。接通電源前，首先應(yīng)檢查自耦調(diào)壓器是否調(diào)至零位，確認(rèn)后方可接通交流電源，令自耦調(diào)壓器輸出一個(gè)很低的電壓(約２Ｖ)，使流過電流表的電流小于１.５Ａ，Ｎ２側(cè)接入發(fā)光二極管(ＬＥＤ)與５１０Ω的電阻串聯(lián)支路。１)將鐵棒慢慢地從兩繞組中抽出和插入，觀察ＬＥＤ亮度及各儀表讀數(shù)的變化，記錄變化現(xiàn)象。２)改變兩繞組的相對(duì)位置，觀察ＬＥＤ亮度及各電表讀數(shù)的變化，記錄變化現(xiàn)象。３)改用鋁棒替代鐵棒，重復(fù)１)、２)兩個(gè)步驟，觀察ＬＥＤ亮度及各儀表讀數(shù)的變化，記錄變化現(xiàn)象。4）用0~20V量程的交流電壓表測(cè)量U13、U12、U34，判斷同名端。拆去2、4聯(lián)線，并將2、3相接，重復(fù)上述步驟，判定同名端。并將結(jié)果填入表3-2中。（2、4相接）同名端

（2、3相接）同名端繞組同名端的測(cè)定結(jié)果（交流法）交流法測(cè)定繞組同名端電路3、測(cè)定兩線圈的互感系數(shù)M如圖3-28所示，在互感繞組的Ｎ２側(cè)開路，Ｎ１側(cè)施加２Ｖ左右的交流電壓Ｕ１，測(cè)出并記錄參數(shù)Ｕ１、Ｉ１、Ｕ２。將數(shù)值填入表３-３中，根據(jù)互感電動(dòng)勢(shì)：可得互感系數(shù)M為：互感系數(shù)參數(shù)4、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)（1）整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，注意流過線圈的電流不超過1.5A，流過線圈的電流不得超過1A；（2）測(cè)定同名端及其它的測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)中，都應(yīng)將小線圈套在大線圈中，并行插入鐵芯；（3）實(shí)驗(yàn)前，首先檢查自耦調(diào)壓器，要保證手柄置于零位，因?qū)嶒?yàn)時(shí)所加的電壓只有2~3V左右。因此調(diào)節(jié)時(shí)要特別仔細(xì)、小心，要隨時(shí)觀察電流表的讀數(shù)，不得超過規(guī)定值。兩線圈互感系數(shù)M的測(cè)定電路知識(shí)鏈接一、變壓器繞組的極性二、互感系數(shù)

一、變壓器繞組的極性電工電子技術(shù)

黃燕華變壓器繞組的極性同名端同極性端繞在同一鐵心上的兩個(gè)繞組，在任何瞬時(shí)都極性相同的兩個(gè)對(duì)應(yīng)端。同名端用“·”標(biāo)出。②①③④⑤⑥ⅡⅢ··繞組Ⅱ和Ⅲ的③和⑤(或④和⑥)是同名端。(1)對(duì)于已知繞向的兩個(gè)繞組從他們的任意二端通入電流,如果電流在鐵心中產(chǎn)生的磁通方向一致,這兩端就是同名端。反之，這兩端就不是同名端，并稱之為異名端。②①③④·i1i2φ1φ2··②①③④·i1i2φ1φ2一.同名端的判別方法(2)對(duì)于已經(jīng)制成的變壓器，已無法辨認(rèn)其繞向的繞組，則只能用實(shí)驗(yàn)法確定繞組的同名端。+－U①③④②ⅠⅡ交流法將繞組Ⅰ、Ⅱ的任意兩端，如②和④連在一起。然后在一個(gè)繞組的二端（如繞組Ⅰ）加入交流電源，其有效值U較