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1、电机及应用,电机及应用,模块一 变压器,湖铁科职院 精品课程,本章主要内容,1.1 变压器的应用 1.2 变压器的基本结构 1.3 单相变压器的工作原理 1.4 变压器的参数的测量 1.5 变压器的运行特性 1.6特殊变压器,1.1 变压器的应用,1.1.1变压器在电力系统的应用,1.1 变压器的应用,1.1.2 变压器在日常生活中的应用,（a）万能旅行充电器 （b）线式充电器 （c）手提电脑用直流稳压电源,1.2 变压器的基本结构,变压器,铁芯,绕组,铁芯柱：柱上套装绕组,铁轭：连接铁芯以形成闭合磁路,原绕组,副绕组,同心套在铁芯柱上,1.2 变压器的基本结构,铁芯,1.2 变压器的基本结构
2、,（a）心式变压器 （b）壳式变压器,1.2 变压器的基本结构,绕组,（a）同心式绕组 （b ）交迭式绕组,1.3 变压器的工作原理,一、变压器的基本工作原理,当原绕组外加电压U1时，原边就有电流I1流过，并在铁芯中产生与U1同频率的交变主磁通，主磁通同时链绕原、副绕组，根据电磁感应定律，会在原、副绕组中产生感应电势E1、E2，副边在E2的作用下产生负载电流I2，向负载输出电能。,根据电磁感应定律则有：,若忽略绕组内阻和漏磁通，原、副绕组端电压近似为：,二、变压器的空载运行,变压器空载运行也称无载运行，它是指原边加电源电压，副边开路的运行状况。,则：,三、变压器的负载运行,变压器负载运行是指原
3、边接电源，副边接负载zL时的工作状态。如下图所示，这时副边有负载电流I2通过，原边电流为I1，各量正方向规定与空载运行时相同。,负载运行时电和磁之间的关系,负载运行时磁势平衡方程式,整理可得:,负载时原边负载电流由两部分组成：一部分是励磁分量0，用以产生负载时的主磁通，它基本不随负载变化；另一部分是负载分量-2/k，用以抵消副边电流2对主磁通产生的影响，它随负载变化而变化。由于01，忽略时，原、副边电流关系为：,或用有效值表示为：,上式表明：负载运行时，原、副边电流与它们的匝数成反比，说明变压器在变电压的同时，也能变电流。,1.4 变压器的参数测试,一、变压器的空载实验,说明：,为了便于测量和
4、安全，空载实验一般在副边做，即在低压绕组ax上加电压U2N，高压绕组AX开路，测量电压U2、空载电流I20、输入功率P0和开路电压U10。,因变压器空载时无功率输出，所以输入的功率全部消耗在变压器的内部，为铁芯损耗pFe和空载铜耗I202r2之和，但空载电流I20很小，pFeI202r2，故可忽略空载铜耗，认为P0pFe=I202rm。,空载实验数据计算,根据测得的空载实验数据可计算单相变压器的参数： 变比为： 空载阻抗： 空载电阻： 其中,实验说明：,由于 可认为： 励磁阻抗： 励磁电阻： 励磁电抗：,二、变压器的短路实验,说明：,变压器短路实验一般在高压侧做，即原边加电压，副边短路。,实验
5、时，变压器的高压绕组前接自耦变压器，将自耦变压器的输出电压由零开始慢慢升高，直至短路电流为额定电流为止，记录原边的短路电压Uk、电流I1和输入功率Pk数据。,实验时，原边所加的电压很低，主磁通比正常运行时小很多，铁芯损耗pFe与铜损pCu相比可忽略，短路损耗中主要是原、副边的铜损，即有：PkpCu= pCu1+ pCu2。,短路参数计算,短路阻抗： 短路电阻： 短路电抗： 根据规定，测得的电阻应换算到国标规定的75时的数值，换算公式为： 对于铜线： 对于铝线： 式中为实验时的环境温度（）。,说明：,在75时的短路阻抗为： 对于三相变压器应注意用相值计算，所得的参数也是每相值。如果要将原、副边参
6、数分开，可近似认为：r1r2；x1x2；z1z2。,1.5 变压器的运行特性,变压器的运行特性有外特性U2=(I2)和效率特性=(I2) 而变压器的主要性能指标是电压变化率。 一、电压变化率和外特性 变压器外特性是指当U1=U1N，cos2=常数时，副边端电压随负载电流变化的规律，即：U2=(I2)曲线。,由于变压器内部存在漏阻抗，当有负载电流时，就会产生电压降，输出电压是随负载电流变化而变化，其变化规律与负载的性质有关。,电压变化率,为了表征电压随负载电流变化的程度，可用电压变化率U*表示。电压变化率是指在原边加额定电压，副边空载电压与某一功率因数下的额定负载的副边电压差值与副边额定电压的比
7、值用百分数来表示，即有： 电压变化率反映了变压器电压的稳定性，是一项重要的性能指标。,1.6 特殊变压器,1.6.1 互感器-电压互感器,（a）油浸式电压互感器 （b）测量用电压互感器,电压互感器接线图,1.6 特殊变压器,1.6.1 互感器-电流互感器,（a）穿墙式全封闭电流互感器,1.6 特殊变压器,1.6.1 互感器-电流互感器,（b）配电用电流互感器,1.6 特殊变压器,1.6.1 互感器-电流互感器,（c）精密微型电流互感器,电流互感器接线图,1.6 特殊变压器,1.6.2 自耦变压器,自耦变压器的副绕组是原绕组的一部分，原、副绕组既有磁的耦合，又有电的联系。自耦变压器有单相和三相，有升压，也有降压。,从图中可见，AX为原绕组，匝数为N1，ax为副绕组，匝数为N2，其中副绕组也是原绕组的一部分，称为公共绕组，将Aa绕组称为串联绕组。,忽略励磁电流时可得： 上式表明，电流1与2的实际方向相反。 利用基尔霍夫电流定律，可得公共绕组ax中的电流I为： 当忽略0时，1与2反相，在kA1时，则有21，在节点a上的电流有效值为：I=I2-I1。,1.6 特殊变压器,1.6.4 电焊变压器,（a）外形图,（b）电路图,1.6. 小功率电源变压器,（a）外形图,
