磁路與變壓器課件

1、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,1. 了解變壓器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行特性和繞組的同極性端，理解變壓器額定值的意義；,2. 掌握變壓器電壓、電流和阻抗變換作用；,3.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(shè)備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應(yīng)用廣泛。,變壓器的主要功能有：,（電能損耗小）,節(jié)省金屬材料 （經(jīng)濟(jì)）,概述,電力工業(yè)中常采用高壓輸電低壓配電，實(shí)現(xiàn)節(jié)能并保證用電安全。具體如下：,1. 結(jié)構(gòu),作用：構(gòu)成磁路,繞組,原繞組(初級(jí)繞組、

2、一次繞組）,副繞組(次級(jí)繞組、二次繞組）,3.3.1 變壓器的工作原理,單相變壓器,N1,作用：構(gòu)成電路,一、結(jié)構(gòu)和分類,原繞組,變壓器的結(jié)構(gòu),2. 分類,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,1. 電磁關(guān)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(yùn)行情況,空載時(shí)，鐵心中主磁通是由原繞組磁勢(shì)產(chǎn)生的。,1. 電磁關(guān)系,二、變壓器的工作原理,原邊接交流電 源,副邊接負(fù)載。,(2)帶負(fù)載運(yùn)行情況,有載時(shí)，鐵心中主磁通是由原、副繞組磁勢(shì)共同產(chǎn)生的合成磁通。,2. 電壓變換（設(shè)加正弦交流電壓）,有效值:,同 理：,主磁通按正弦規(guī)律變化，設(shè)為 則,(1) 原

3、、副邊主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),根據(jù)KVL：,對(duì)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(dòng)勢(shì) E1比較可忽略不計(jì)，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(chǎn)生)。,對(duì)副邊，根據(jù)KVL：,結(jié)論：改變?cè)褦?shù)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(shí):,式中U20為變壓器空載電壓。,故有,三相電壓的變換,1) 三相變壓器的結(jié)構(gòu),高壓繞組： A-X B-Y C-Z,X、Y 、Z ：尾端,A、B、C ：首端,低壓繞組

4、： a-x b-y c-z,a、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(dòng)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：,（2）三相變壓器Y0/聯(lián)接,線電壓之比：,3. 電流變換,(原副邊電流關(guān)系),有載運(yùn)行,可見，鐵心中主磁通的最大值m在變壓器空載和有載時(shí)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(shù)。,空載：,有載：,或：,結(jié)論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比。,或：,1.提供產(chǎn)生m

5、的磁勢(shì),磁勢(shì)平衡式：,空載磁勢(shì),有載磁勢(shì),4. 阻抗變換,由圖可知：,結(jié)論： 變壓器原邊的等效阻抗模，為副邊所帶負(fù)載的阻抗模的K 2 倍。,(1) 變壓器的匝數(shù)比應(yīng)為：,【解】,【例7.5.1】如圖，交流信號(hào)源的電動(dòng)勢(shì) E= 120V，內(nèi)阻 R 0=800，負(fù)載為揚(yáng)聲器，其等效電阻為RL=8。要求: （1）當(dāng)RL折算到原邊的等效電阻 時(shí)，求變壓器的匝數(shù)比和信號(hào)源輸出的功率；（2）當(dāng)將負(fù)載直接與信號(hào)源聯(lián)接時(shí),信號(hào)源輸出多大功率？,信號(hào)源的輸出功率：,電子線路中，常利用阻抗匹配實(shí)現(xiàn)最大輸出功率。,結(jié)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(fù)載直接接到信號(hào)源

6、上時(shí)，輸出功率為：,1. 變壓器的型號(hào),三、變壓器的銘牌和技術(shù)數(shù)據(jù),2. 額定值, 額定電壓 變壓器副邊開路（空載）時(shí)，原、副邊繞組允許的電壓值, 額定電流 變壓器滿載運(yùn)行時(shí)，原、副邊繞組允許的電流值。, 額定容量 傳送功率的最大能力。,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(gè)功率的關(guān)系（單相）,效率,變壓器運(yùn)行時(shí)的功率取決于負(fù)載的性質(zhì),2. 額定值,3.3.2 變壓器的外特性,當(dāng)原邊電壓 U1和負(fù)載功率因數(shù) cos2保持不變時(shí)，副邊輸出電壓 U2和輸出電流 I2的關(guān)系,U20：原邊加額定電壓、副邊開路時(shí)，副邊的輸出電壓。,一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨I

7、2的變化，U2 變化不大），電壓變化率約在5%左右。,電壓變化率：,為減少渦流損耗，鐵心一般由導(dǎo)磁鋼片疊合成。,變壓器的損耗包括兩部分：,銅損 (PCu) ：繞組導(dǎo)線電阻的損耗。,渦流損耗：交變磁通在鐵芯中產(chǎn)生的感 應(yīng)電流(渦流)造成的損耗。,鐵損(PFe )：,變壓器的效率為,一般 95% ,負(fù)載為額定負(fù)載的(5075)%時(shí)，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(fù)載的三相變壓器，其額 定數(shù)據(jù)如下：SN=100kVA, U1N=6000V, f=50Hz。 U2N= U20=400V , 繞組連接成。由試驗(yàn)測(cè)得: PFe =600 W，額定負(fù)載時(shí)的 PC

8、u =2400W 。 試求 (1) 變壓器的額定電流； (2) 滿載和半載時(shí)的效率。,【解】,（）額定電流,() 滿載和半載時(shí)的效率,使用時(shí)，改變滑動(dòng)端的位置，便可得到不同的輸出電壓。實(shí)驗(yàn)室中用的調(diào)壓器就是根據(jù)此原理制作的。注意：原、副邊千萬不能對(duì)調(diào)使用，以防變壓器損壞。因?yàn)镹變小時(shí)，磁通增大，電流會(huì)迅速增加。,3.3.4 特殊變壓器,一、自耦變壓器,被測(cè)電壓=電壓表讀數(shù) N1/N2,二、電壓互感器,實(shí)現(xiàn)用低量程的電壓表測(cè)量高電壓,被測(cè)電流=電流表讀數(shù) N2/N1,1. 副邊不能開路，以 防產(chǎn)生高電壓； 2. 鐵心、低壓繞組的 一端 接地，以防在 絕緣損壞時(shí)，在副 邊出現(xiàn)過壓。,使用注意事項(xiàng)：

9、,三、電流互感器,實(shí)現(xiàn)用低量程的電流表測(cè)量大電流,當(dāng)電流流入(或流出）兩個(gè)線圈時(shí)，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個(gè)流入(或流出）端稱為同極性端。,一、同極性端 ( 同名端 ),或者說，當(dāng)鐵芯中磁通變化時(shí)，在兩線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(guān)。,3.3.5 變壓器繞組的極性,聯(lián)接 23,變壓器原邊有兩個(gè)額定電壓為 110V 的繞組：,二、線圈的接法,聯(lián)接 13， 2 4,當(dāng)電源電壓為220V時(shí)：,電源電壓為110V時(shí)：,問題1：在110V 情況下，如果只用一個(gè)繞組 （N），行不行？,答：不行（兩繞組必須并接）,原邊有兩個(gè)相同繞組的電源變壓器(220/110)，使用中應(yīng)注意的問題：,問題2：如果兩繞組