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1、第5章 磁路和变压器,5.3 变压器,5.3.1 变压器的基本结构,5.3.2 变压器的工作原理,5.3.4 三相变压器,5.3.3 变压器绕组的同名端及其连接,5.3.5 变压器的技术数据,5.3.6 特殊变压器,5.3.1 变压器的基本结构,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。,变电压：电力系统,变阻抗：电子线路中的阻抗匹配,变电流：电流互感器,（1）变压器的主要功能,在能量传输过程中，当输送 功率P =UI cos 及负载功率因数 cos 一定时：,电能损耗小,节省金属材料（经济）,U I,P = I Rl,I S,（1）变压器的主要功能,电力系统采用高压输电为减
2、小输电线路损耗。,具体如下：,升压,10KV 输电线,10kV变电站,220kV 输电线,降压,降压,低压变配电所,电力系统采用低压配电保证用电安全。,（2）变压器的作用,变压器的结构,铁心,绕组1,绕组2,（1）铁心,-变压器的磁路,铁心由0.35mm或0.5mm厚高导磁硅钢片叠成,变压器的结构,涡流：交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流,涡流-产生功率损耗-热能-铁心发热,减少涡流损耗措施：,提高铁心的电阻率,铁心用彼此绝缘的钢片叠成,（2）绕组：,一次绕组（原边）-接电源,二次绕组（副边）-接负载,单相变压器,变压器 的电路,（3）油箱、散热筋、油枕,散热筋,油枕,油表,放油阀
3、门,油浸式电力变压器,气体继电器,低压套管,（4）瓦斯保护,-绕组短路保护,信号式温度计,吸湿器,（5）分接开关,-调压(改变高压绕组匝数),变压器的分类,一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合,5.3.2 变压器的工作原理,(1) 空载运行和电压变换,一次侧接交流电源，二次侧开路。,空载时，铁心中主磁通是由一次绕组磁通势产生的。,根据KVL：,变压器一次侧等效电路如图,由于电阻 R1 和漏磁通较小，其i0R1 和e1也较小,与主磁电动势 e1比较可忽略不计。,则:,同理:,主磁通按正弦规律变化，设为,有效值:,同 理：,结论：改变匝数比，就能改变输出电压。,(2) 带负载运行和电流变换,
4、一次侧接交流电源，二次侧接负载,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,有载运行,不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故有,可见，铁心中主磁通的最大值m在变压器空载和有载时近似保持不变。即有,若U1、 f 不变，则 m 基本不变，近于常数。,空载：,有载：,磁势平衡式：,空载磁势,有载磁势,铁心中主磁通的最大值m在变压器空载和有载时近似保持不变。即有,空载：,有载：,或,结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。,由图可知：,结论： 变压器一次侧的等效阻抗模， 为二次侧所带负载的阻抗模的K 2 倍。,(3) 阻抗变换,例: 交流信号源的电动势 E = 120
5、 V，内 阻R 0=800,负载为扬声器,其等效电阻为RL=8 。 当将负载直接与信号源联接时, 求信号源输出的电流及负载获得的功率？ 利用变压器使负载匹配，求变压器的匝数比、信号源输出的电流及负载获得的功率。,解:,信号源输出的电流及负载获得的功率：,E = 120 V, R 0=800, RL=8 。 当将负载直接与信号源联接时, 求信号源输出的电流及负载获得的功率？,负载匹配是使负载与电源匹配，使负载从电源获得最大功率。,RL=R0,E = 120 V, R 0=800, RL=8 。 利用变压器使负载匹配，求变压器匝数比、信号源输出电流及负载获得的功率。,解:,负载匹配信号源的输出功率
6、：,电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。,接入变压器以后，信号源输出电流减小，而负载获得的输出功率大大提高。,原因：满足了最大功率输出的条件：,结论：,(4) 变压器的运行特性,当一次侧电压 和负载功率因数 保持不变时，二次侧输出电压 U2和输出电流 I2的关系。,变压器的外特性,U20：一次侧加额定电压 、二次侧开路时，二次侧的输出电压。,供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2 变化不大），电压变化率5%。,变压器的外特性,电压变化率,变压器的损耗,变压器的损耗包括两部分：,铜损 (PCu) ：绕组导线电阻的损耗。,为减少涡流损耗，铁心一般由导磁钢片叠成。,涡流损耗：涡流造成的损耗
7、。,铁损 (PFe )：,5.3.3 变压器绕组的同名端及其连接,当电流流入(或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入(或流出）端称为同极性端。,同极性端 ( 同名端 ),或当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。,同极性端用“”或“” 表示。,增加,+,+,+,+,同极性端和绕组的绕向有关。,（1）三相变压器的结构,高压绕组： U1U2 V1V2 W1W2,U2、 V2 、 W2 ：尾端,U1、 V1 、 W1 ：首端,低压绕组：u1-u2、v1-v2、w1- w2,u1、v1 、w1 ：首端,u2、v2 、w2 ：尾端,5.3.4 三相变压器,（
8、2）三相变压器的联接方式,联接方式：,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（井下照明）,高压、超高压供电系统,常用接法:,（3）三相变压器Y/Y0接法及线电压之比,U1,W1,V1,v1,w1,u1,+,+,（4）三相变压器Y0/接法及线电压之比,U1,W1,V1,u1,v1,w1,+,（1）额定电压 U1N、U2N,U1N :为正常运行时加到原绕组上的 最大电压有效值。,U2N :为原绕组加额定电压时副绕组 的开路电压有效值。,5.3.5 变压器的技术数据,三相：U1N、U2N 均指线电压,（2）额定电流 I1N、I2N,三相：一次、二次侧绕组线电流,变压器连续运行时，一
9、、二次侧绕组允许的最大电流有效值。,（3）额定容量 SN,单相：,表示额定电压、额定电流时变压器的工作能力。,三相：,传送功率的最大能力。,容量 SN 输出功率 P2,一次侧输入功率 P1 输出功率 P2,注意：变压器几个功率的关系（单相）,效率,容量：,一次侧输入功率：,输出功率：,变压器运行时的功率取决于负载的性质,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。 试求 变压器的额定电流。,SN=100kVA, U1N=6000V， f=50Hz。 U2N= U20=400V , 。 P
10、Fe =600 W， PCu =2400W 。 试求 变压器的额定电流。,解:,自耦变压器结构外形,自耦变压器是一种原副绕组共体的特殊的变压器。,(1)自耦变压器,调节,输入端,输出端,5.3.6 特殊变压器,使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。,互感器结构外形,仪用互感器是一种特殊的变压器,分两类: 电压互感器-实现用低量程电压表测量高电压 电流互感器-实现用小量程电流表测量大电流,(2) 仪用互感器,被测电压=电压表读数 N1/N2,电压互感器（PT）,实现用低量程的电压表测量高电压,2. 铁心、低压绕组的一端接地，以防 在绝缘损坏时，在二次侧出现高压。,使用注意事项：,二次侧不能短路， 以防产生过流；,电压互感器（PT）,被测电流=电流表读数 N2/N1,电流互感器（CT）,实现用低量程的电流表测量大电流,二次侧不能开路，以防产生高电压；,使用注意事项：,电流互感器（CT）,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。,
