电工技术与技能实训 教学课件 ppt 作者 谭维瑜 第十四章变压器

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1、第14章 变 压 器,【教学要求】 1）熟悉变压器的电压比、电流比和 阻抗变换。 2）了解变压器的额定值,损耗及效率。 3）知道仪用互感器的使用。 4）了解特殊变压器。,14.1 变 压 器 14.1.1 变压器的功能及应用 1.变压器的功能 变压器是利用电磁感应原理，电磁耦合工作的。它 具有变换电压、电流和阻抗的功能, 但不能变换频率。,14.1 变 压 器,14.1 变 压 器,2.变压器的应用 1）变压器常用来将某一数值的交变电压(电流、 阻抗)变换为同频率的另一数值的交变电压(电流、阻抗)。是一种静止的传递电能的电气设备, 在电力系统和电子线路中广泛应用。 2)在输送电方面, 把交流电

2、功率P=3UIcos从发电厂输送到用电的地方, 当P和cos一定时, 电压越高, 则线路电流越小, 这不仅可减小输电线的截面积, 节省导电材料的用量,还可减小输电线路的功率损耗。因此,远距离输电时,利用变压器将电压升高最为经济。,14.1 变 压 器,3）在用电方面,各类用电器所需电压不一,为了保证用电安全和合乎用电器的电压要求, 还要用变压器将电压降低。 4)在电子线路,除电源变压器外,还可用变压器来耦合电路、传递信号、实现阻抗区配。 5)此外,还有自耦变压器、互感器、隔离变压器及各种专用变压器(用于电焊、电炉等)。变压器种类很多, 但其结构和工作原理是相同的。,14.1 变 压 器,14.

3、1.2 单相变压器的结构 变压器主要由一个软铁心和相互绝缘绕组两部分组成。 1.铁心 铁心是变压器的磁路部分。 铁心的构造,可分为心式和壳式两种。图14-1是心式变压器,图14-2是壳式变压器。,14.1 变 压 器,安装绕组的部分叫铁心柱, 连接各铁心柱形成闭合磁路的部分叫做磁轭。 心式变压器的绕组环绕铁心柱,结构简单,绕组的安装和绝缘比较容易, 多用于容量较大的变压器。 壳式变压器则是铁心包围着绕组, 多用于小容量变压器。,14.1 变 压 器,2.变压器铁心的形式 1)铁心的形式如图14-3所示。 2)为了减少铁心损耗,铁心是用涂有绝缘漆的0.35 0.5mm厚的硅钢片叠压而成的。 图1

4、4-3 常用铁心形式 a)-E形 b)-日形 c)-形,14.1 变 压 器,3.绕组 绕组是变压器的电路部分。绕组符号见图14-4。 1)绕组有高压绕组(电压较高, 匝数较多)和低压绕组(电压较低, 匝数较少)。 2)绕组是用纱包线或高强度漆包的扁铜或圆铜线绕成。为便于绕组与铁心柱之间的绝缘处理,往往把低压绕组置于内圈, 高压绕组置外圈, 或交替放置。,14.1 变 压 器,3)两侧绕组从电的角度来看, 不属于一个电路, 在电路上是相互隔开的。 4)由于磁的耦合,在铁心上是处在同一磁路上的,使一个绕组的能量或信号能够传递到另一个绕组。 5)与电源相连的绕组,叫一次侧绕组(或初级绕组),另一个

5、与负载相连的绕组, 叫二次侧绕组(或次级绕组)。,14.1 变 压 器,14.1.3变压器的电压、电流和阻抗变换 图14-5是变压器有载运行原理图。 图中，u1为一次侧电压，即电源电压；u2为二次侧压 ；Z2为二次侧的负载， N1、N2分别为一、二次侧绕组的匝数。,14.1 变 压 器,1.变换交流电压 如图14-5所示。当一次侧接上变压器的额定电压(电源电压)u1时, 通过电磁耦合, 在二次侧产生互感电压(输出的负载电压)u2。 由于N1和N2不相等, 故e1和e2的大小是不相等的, 因而输入电u1和输出电压u2的大小也是不相等的。一、二次侧电压之比, 为,14.1 变 压 器,1）当N1N

6、2时, U1U2, Ku1,变压器为降压；当N1N2时, U1U20, Ku1,变压器为升压。因此,只要制作一定的匝数比,就能实现变换电压的目的。 2）对于已制成的变压器,其变压比为定值,故二次侧电压与一次侧电压成正比,亦即二次侧电压随一次侧电压升高而升高,降低而降低。 3)要注意,加在一次侧的电压必须是它的额定值,如有超过,一次侧绕组中通过的电流将大大增加,致使变压器烧坏。,14.1 变 压 器,例14-1单相变压器,一次侧接到35kV电源上,二次侧的开路电压是6.6kV 铁心的截面积为1120cm2, 若选磁感应强度Bm=1.5T。求:该变压器的变 比, 高、低压绕组的匝数。 解：变压器的

7、变压比为 铁心中的磁通为 m=BmS=1.5112010-4Wb=0.168Wb 高压绕组的匝数为 低压绕组的匝数为,14.1 变 压 器,2.变换交流电流 在忽略变压器损耗时,变压器的输出功率P2,应与变压器从电源中获取的功率P1相等, 即E1=E2, I1U1=I2U2。故有 1）一、二次侧的电流在数值上近似地与它们的匝数成反比。 2）由于高压绕组匝数多,通过的电流小,绕组的线径可小些；而低压绕组匝数少,流过的电流大,绕组的线径要大些。 3)必须注意, 一、二次侧绕组的电流是互相关联的。I1的大小是由I2的大小来决定的。 4)当二次侧电路断开时,I2=0,这时一次侧绕组中只有很小的空载电流

8、I0。如二次侧阻抗Z2减少,则I2=U2/Z2增大,I1也随着增大, 其值可由变流比公式近似算出,越接近满载, 计算越准确。,14.1 变 压 器,3.阻抗变 (1)阻抗变换,图14-6 阻抗变换 a-原电路 b-变换后等效电路 变压器的阻抗变换是通过改变变压比来实现的。当一次、二次侧绕组的电压、电流和匝数为已知时,从图14-6所示变压器的一次侧来看, 阻抗Z1=U1/I1, 而二次侧的Z2=U2/I2。 一、二次侧的阻抗比, 为,14.1 变 压 器,(2)匝数比 1)只要改变变压器的匝数比, 就可改变变压器的阻抗比。 2)接在二次侧的负载阻抗Z2对一次侧的影响,可以用一个接在一次侧的等效阻

9、抗Z1=Ku2Z2来代替,代替后可使一次侧的电流I1保持不变。 (3)变压器变换阻抗的应用 1)在电子线路中常用来进行阻抗匹配。 2)例如输入变压器和输出变压器就是利用变压器的这个作用,从前级取出尽可能大的信号,向后级输出尽可能大的功率。,14.1 变 压 器,2.变压器的效率 输出功率与输入功率之比称为变压器的效率,通常用百分数表示,即 变压器空载时,P2=0, =0。小型变压器满载时的效率为80%90%；大型变压器满载时的效率可达98%99%。,14.1 变 压 器,例14-4一台电源变压器,一次侧电压U1=380V,二次侧电压U2=38V,接有电阻性负载时,二次侧电流I2=4A,变压器的

10、效率=0.8。求:一次侧功率;二次侧功率,损耗功率及一次侧电流。 解：二次侧功率 P2=I2U2=438W=152W 一次侧功率 P1=P2/=152.0.8W=190W 损耗功率 P损耗=P1-P2=(190-152)W=38W 一次侧电流 I1=P1/U1=190/380A=0.5A,14.1 变 压 器,14.1.5变压器的额定值 每台变压器的外壳上都附有“铭牌”，它上面载有的主要数据,是正确使用变压器的依据,安全使用变压器的保证。 变压器的铭牌举例见图14-7。,14.1 变 压 器,1.一次绕组的额定电压U1N U1N是根据变压器的绝缘强度和容许发热而规定在一次绕组上应加的电压值。

11、2.二次绕组的额定电压U2N U2N是一次侧绕组加上额定电压时,二次侧绕组两端的空载电压值。 通常在铭牌上以分数形式表示U1N/U2N。例如380/38V。 3.一次绕组的额定电流I1N I1N是根据变压器容许发热而规定的,在一次侧绕组中长期容许通过的最大电流值。,4.二次绕组的额定电流I2N I2N是根据变压器容许发热而规定的,在二次侧绕组中长期容许通过的最大电流值。 5.容量S 变压器的容量用视在功率S表示。单相变压器的容量是二次侧绕组的额定电压与额定电流的乘积,即时,14.1 变 压 器,14.1 变 压 器,6.额定频率f f是加在变压器一次侧绕组上的电压允许频率。我国规定的标准频率（

12、工频）为50Hz。 7.温升 温升是指变压器在额定值运行时,允许超出周围环境温度的数值,它取决于变压器所用绝缘材料的等级。 例.14-5 一.单相变压器,额定容量S2=50kVA,额定电压U1N=10000V,U2N=230V。当此变压器向R=0.824,XL=0.618的负载供电时,正好满载。求变压器一次侧和二次侧绕组中的额定电流I1N，I2N。,14.1 变 压 器,解： 二次侧绕组的额定电流 一次侧绕组的额定电流 负载阻抗 二次侧电压,实训项目变压器的简易测 实训项目1确定一、二次侧绕组 实训目的会确定一、二次侧绕组, 判别同名端。 实训器材小型变压器,万用表,直流电源,交流电 实训内容

13、与步骤: 1.以匝数,线径, 电阻来区分一、二次绕组: (1)匝数多,线径细,大电阻是高压绕组；反之,匝数 少,线径粗,电阻小是低压绕组。 (2)测量电阻的大小,可以区别一、二次侧,电阻大的 是一次侧绕组。 2.对其同名端进行测定(其方法亦如前述)。 3.将测试结果记入下表中,14.1 变 压 器,实训项目2小型变压器的检测 实训目的知道对小型变压器的简易检验,故障分析。 实训器材小型变压器,万用表, 兆欧表,交流电源,电压 表,电流表。 实训步骤和内容: 1.图14-8变压器带有负载的原理图. 2.按表14.2中所规定的项目进行检验,然后将结果记入该表中。,14.1 变 压 器,14.1 变

14、 压 器,14.1.7 小型变压器故障分析 1)一次侧绕组接入额定电压后,二次侧绕组无电压,故障原因有:一次侧绕组或二次侧绕组断路;或电源线、插头断路。 2)一次侧绕组接入额定电压,二次侧绕组接入负载运行时,温升过高甚至冒烟, 故障原因有:一二次侧组短路;一或二次侧绕组局部短路;负载过重或输出电路局部短路。 3)若所测电阻为, 则线圈断路；若所测电阻值小于正常值, 则线圈匝间有短路。 4)一、二次侧线圈之间, 与铁芯间的绝缘电阻, 正常值应为,14.2 仪 用 互 感 器,14.2 仪 用 互 感 器 14.2.1仪用互感器 1.仪用互感器 它们是在交流电路中,专供电工测量与自动保护装置使用的

15、一些应用变压器原理工作的仪器。 2.仪用互感器的作用 1)仪用互感器与仪表等低压电器组成二次侧回路对一次侧回路进行测量、控制、调节和保护的电路设备。 2)仪用互感器应用变压器变换电压及电流的功能,将要测量的一次绕组的高电压、大电流,变换为二次绕组的低电压、小电流,同时将仪表、设备与高压电路隔离。 3)常用互感器有降压、隔离作用,可保证仪表设备和人员的安全,也具有扩大仪表使用范围的作用。 4)根据其用途的不同,仪用互感器可分为：电压互感器、电流互感器及钳形电流表等。,14.2 仪 用 互 感 器,14.2.2 电压互感器 1.电压互感器 是小容量降压变压器。 图14-9(a)是电压互感器结构原理

16、图, 图14-9(b)是其电路图,图14-9(c)是其外形。,14.2 仪 用 互 感 器,2.电压互感器的工作原理 1)它的一次侧绕组AX匝数较多,并联在被测电路上；二次侧绕组ax匝数较少,接到电压表或其他保护、测量装置的反应电压大小的线圈上。 2)由变压器的变换电压的工作原理知 U1/U2=N1/N2=Ku , 则被测电压U1=KuU2。 3)如选用与变压器相配的专用电压表,其表盘按高压侧的电压值刻度。 3.电压互感器的使用 1)通常二次侧绕组(低压侧)的额定电压设计为100V。为读数方便, 仪表按一次侧绕组额定值刻度,可直接读出被测高压电压值。,14.2 仪 用 互 感 器,4.使用电压互感器时要注意的事项： 1)二次侧绕组不允许短路,在一次高压侧应接入熔断器保护。 2)应将其外壳及二次绕组必须可靠接地,防止高压方绝缘击穿时,将高压引入低压方, 对仪表造成损坏,危及人身安全。,2)电压互感器的额定电压等级有：6000V/100V, 10000