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1、5.1 变压器的基本结构,第五章 变压器,5.2 变压器的工作原理,5.3 特殊变压器,磁路与电路的比较,5.1 变压器的基本结构,5.1.2 变压器的基本结构,5.1.1 概述,变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。,变压器的主要功能有：,5.1.1 概述,5.1 变压器的基本结构,变压器的分类,变压器的磁路,变压器的电路,5.1.2 变压器的基本结构,变压器的结构,1. 铁心线圈电路,5.2 变压器的工作原理,2. 变压器的功率及功率损耗,3. 变压器的工作原理,5.2 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。,励磁：u i,N i ,e,el,
2、电压与电流关系 设: =m sint,则: e =Nm cost = Nmsin(t90o) Em= Nm = 2f Nm,上一节,下一节,上一页,下一页,返 回,1. 铁心线圈电路,E = 4.44 f Nm,上一页,下一页,则：,当：,U 、f 一定时，,m 基本不变。,功率损耗： P = PCu + PFe,铜损,铁损,= RI2 +( Ph + Pe ),磁滞损耗,涡流损耗,下一节,上一页,下一页,返 回,2. 变压器功率损耗, 铜损耗使线圈发热， 铁损耗使铁心发热。 减小铁损耗的方法： 使用软磁材料减小 Ph ； 增大铁心的电阻率， 减小涡流及其损耗 ； 用很薄的硅钢片叠成铁心， 减
3、小涡流及其损耗 。,上一节,下一节,上一页,下一页,0.35mm 0.30mm 0.27mm 0.22mm,图 涡流损耗,(a),(b),返 回,(1) 空载运行情况,电磁关系,空载时，铁心中主磁通是由一次绕组磁通势产生的。,3. 变压器的工作原理,磁路与电路的比较,(2) 带负载运行情况,电磁关系,有载时，铁心中主磁通是由一次、二次绕组磁通势共同产生的合成磁通。,磁通势平衡方程：,E1 =4.44 f N1m,E2 =4.44 f N2m, 一次绕组：, 二次绕组：,上一节,下一节,上一页,下一页,返 回,(一) 电压变换,(一) 电压变换,电压比:,上一节,下一节,上一页,下一页,返 回,
4、原边电压为U1 110伏，匝数为N1, 次边电压为U2伏，匝数为N2, 若输出电压不变，原边电压为220伏，匝数为多少？, 规定: 当 U1 = U1N 时,U1N,U2N,U20 = U2N, 如铭牌上标注:,电压 10 000 / 230V,上一节,下一节,上一页,下一页,返 回,变压器空载时: I2 = 0，I1 = I0 U2 = U20 = E2，U1E1,变压器的外特性: 当 U1 = U1N, 2 = cos2 不变时: U2 = f ( I2),图 变压器的外特性,U =,电压调整率:,U = 2 3%,上一节,下一节,上一页,下一页,返 回,某单相变压器的额定电压为 10 0
5、00/230 V，接在 10 000 V 的交流电源上向一电感性负载供电，电压调整率为 0.03。求变压器的电压比及空载和满载时的二次电压。 解,例,电压比：,= 43.5,空载电压：,= 230 V,满载电压:,= 223 V,U20 = U2N,U2 = U2N (1U ) = 230(10.03) V,上一节,下一节,上一页,下一页,返 回,(二) 电流变换,N1i1 N2i2,U1N E1 = 4.44 f N1m,N1i0 ,磁通势平衡方程：,忽略I0，则：,上一节,下一节,上一页,下一页,返 回,上例中的变压器，当 |ZL| = 0.966 时，变压器正好满载。求该变压器的电流。
6、解,例,= 224 A,= 5.15 A,上一节,下一节,上一页,下一页,返 回,(三) 阻抗变换作用,= k,|ZL| =,= k2 | ZL |,等 效,上一节,下一节,上一页,下一页,返 回,(1) 变压器的匝数比应为：,解:,例: 如图，交流信号源的电动势 E= 120V，内阻 R 0=800，负载为扬声器，其等效电阻为RL=8。要求: （1）当RL折算到原边的等效电阻 时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率；（2）当将负载直接与信号源联接时,信号源输出多大功率？,信号源的输出功率：,电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。,结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。,原因：满足了最
7、大功率输出的条件：,（2）将负载直接接到信号源上时，输出功率为：,(四) 变压器的功率关系,变压器的额定容量：,SN = U2NI2N,= U1NI1N,输入功率：,P1 = U1I1cos1,输出功率：,P2 = U2I2cos2,变压器的损耗：,P = P1 P2,= PCu + PFe,铜损耗：,PCu = R1I12 + R2I22,可变损耗,单相变压器：,三相变压器：,不变损耗,PFe = Ph+Pe,铁损耗：,效率:, 小型电力变压器: = 80% 90% 大型电力变压器: = 98% 99%,上一节,下一节,上一页,下一页,返 回,答案：A、B、D,一变压器容量为 10 kVA，
8、铁耗为 300 W，满载时的铜耗为 400 W。求该变压器在满载时向功率因数为 0.8 的负载供电时输入和输出的有功功率及效率。 解,例,忽略电压变化率，则,P2 = SN cos2,= 101030.8 W,= 8 kW,P = PCu + PFe,= (300 + 400) W,= 0.7 kW,P1 = P2 + P,= (8 + 0.7) kW,= 8.7 kW,= 92 %,上一节,下一节,上一页,下一页,返 回,例: 有一带电阻负载的三相变压器，其额定数据如下：SN=100kVA, U1N=6000V, f=50Hz。 U2N= U20=400V , 绕组连接成。由试验测得: PF
9、e =600 W，额定负载时的 PCu =2400W 。 试求 (1) 变压器的额定电流； (2) 满载和半载时的效率。,解:,(1)额定电流,() 满载和半载时的效率,1.当负载变化使得变压器的电流为额定电流的 0.8 倍时，其铁损耗 PFe 和铜损耗 PCu 应为下述几种情况总的哪一种？ (a) PFe 和 PCu 均不变； (b) PFe = 3000.8 W、PCu = 400 0.8 W ； (c) PFe = 3000.8 W、PCu 不变； (d) PFe 不变、PCu = 400W0.82 W ； (e) PFe不变、PCu = 4000.8 W 。,【答】 因为铁损耗是与负载
10、大小无关的不变损耗， 铜损耗是正比于电流平方的可变损耗，因此，当变压器 的电流为额定电流的 0.8 倍时， (d) 的答案是正确的。,2. 某单相变压器容量为 10 kVA，额定电压为 3 300/220 V。如果向 220V、60 W 的白炽灯供电，白炽灯能装多少盏？如果向 220 V、40 W、功率因数为 0.5 的日光灯供电，日光灯能装多少盏？ 【解】解法1：通过电流求解。 变压器二次绕组的额定电流为,每只白炽灯的电流为,因而可装白炽灯数为,每只日光灯的电流为,上一题,下一题,返 回练习题题集,下一页,因而可装日光灯数为,上一页,下一题,返 回练习题题集,上一题,解法2：通过视在功率求解
11、。,每只白炽灯的视在功率为,因而可装白炽灯数为,每只日光灯的视在功率为,因而可装日光灯数为,只要接入负载后总视在功率（或总电流）不超过变压器的容量 SN（或额定电流 I2N）变压器就不会过载。,3. 某 50 kVA、 6 600/220 V 单相变压器，若忽略电压变化率。求：(1)负载是 220 V、40 W、功率因数为 0.5 的 440 盏日光灯时，变压器一、二次绕组的电流是多少？(2)上述负载是否已使变压器满载？若未满载，还能接入多少盏 220 V、40 W、功率因数为 1 的白炽灯？ 【解】 (1) 变压器的电压比为,变压器输出的有功功率，即日光灯消耗的有功功率为 P2 = 4404
12、0 W = 17 600 W 忽略电压变化率，则变压器二次绕组电压等于其空载 电压 220 V，故二次绕组电流为,下一题,返 回练习题题集,下一页,上一题,则变压器一次绕组电流为,(2) 变压器的二次绕组额定电流为,由于 I2I2N ，所以变压器未满载。 设接入的白炽灯总功率为 P，只要接入白炽灯后总视在 功率（或总电流）不超过变压器的容量 SN（或额定电流 I2N） 变压器就不会过载，故,式中 Q2 为日光灯的无功功率，由于 2 = arccos2 = arccos 0.5 = 60o Q2 = P2 tan2 = 17 600tan 60o var = 30 484 var,上一页,返 回
13、练习题题集,上一题,下一题,下一页,由此可得,= 22 032.4 W,因而可装白炽灯数为,上一页,下一题,返 回练习题题集,上一题,4. 某收音机的输出变压器，一次绕组的匝数为 230，二次绕组的匝数为 80，原配接 8 的扬声器，现改用 4 的扬声器，问二次绕组的匝数应改为多少？ 【解】 本题目是为了熟悉变压器的阻抗变换作用。,改用 4 的扬声器后应当保证一次侧的等效电阻仍与 用 8 扬声器时相同，故,= 4.07,上一题,下一题,返 回练习题题集,一 台 单 相 变 压 器 的 额 定 容 量 SN =180KVA，其 额 定 电 压 为6600/230V，变 压 器 的 铁 损0.4k
14、W，满 载 时 的 铜 损为2.1kW，如 果 变 压 器 在 满 载 情 况 下 向 功 率 因 数 为0.8 的 负 载 供 电，这 时 副 绕 组 的 端 电 压 为220V。求： （1）电 压 调 整 率。 （2）变 压 器 的 效 率。 （3）问 这 台 变 压 器 能 否 允 许 接 入110kW，功 率 因 数 为 0.6 的 感 性 负 载？,P U cos,I2 = = A = 830 A,110000 2200.6,不能,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。,5.4 特
15、殊变压器,1.自耦变压器,因为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。,图 自耦变压器,手柄,接线柱,返 回,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，在二次侧出现高压。,使用注意事项：,被测电压=电压表读数 N1/N2,2.电压互感器,实现用低量程的电压表测量高电压,被测电流=电流表读数 N2/N1,二次侧不能开路， 以防产生高电压； 2. 铁心、低压绕组的 一端接地，以防在 绝缘损坏时，在二次侧出现过压。,使用注意事项：,3.电流互感器,实现用低量程的电流表测量大电流,4. 三相电压的变换,1) 三相变压器的结构,高压绕组： A-X B-Y C-Z
16、,X、Y 、Z ：尾端,A、B、C ：首端,低压绕组： a-x b-y c-z,a、b、c：首端,x、y、z：尾端,2) 三相变压器的联结方式,联结方式：,高压绕组接法,低压绕组接法,三相配电变压器,动力供电系统,高压、超高压供电系统,常用接法:,（1）三相变压器Y/Y0联结,线电压之比：,（2）三相变压器Y0/联结,线电压之比：,1.图为RC 移相电路。已知电阻R =100，输入电压u1的频率为500Hz。如要求输出电压u2的相位比输入电压的相位超前300，则电容值应为多少?,2.图中安培计A1和A2的读数分别为I1 = 3A, I 2 = 4A。 (1) 设Z1 = R , Z2 = jX C ,则安
