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1、变压器的用途和构造变压器的用途和构造，颇名思义，就是改变电压的电器。它是将某一电压的交流电变换成频率捕同的另一电压的交流电的一种能量变按装置。凡是应用交流电的场合儿乎都离不开它。在电力系统巾，瘦压器可以用来升高或降低交流电压。在传输电能时，如果输送电能是一定的，则升高电压可以减小输送电流，这样小仅能谬减小输电线的截面积、节省材料，还可以降低输电线路 r 的功率损耗。在用电时，佴用变压器降低电压以便适合电气设备额定电压的要求并保证人身安全。在电于线路贴片钽电容中，变压器除作为电源变压器外，还可州来传递交流信号和实现阻抗变耍。变压器的构造主要南绕组和铁心组成如图 7 10(a)、( ”所示。嘲 7
2、 10(c)所示的卷片式铁心由长条冷轧硅钢片卷戚，经热处理后锯成两半使用，故使用 7便。 周 70 变压器结构 (a)壳式变比器 (b)0 式业压器，(c) 卷片式铁心 变压器的种类较多 =按使用电源相数分类，一般可分为单相和 =捕变压器；如按用途分类，町分为电力变压器、自耦谢压变压器和仪用互感器等。尽管变压器的相数和用途不尽下 H 同，但足它们的基本结构和工作原理是相似的。图 7。il 是油浸式电力变压器的卦形图。7.3.2 变压器的工作原理 图 712 为变压器工作原理图。接电源的绕组称为原绕组或一次绕组，其匝数为 M；接负载的绕组称为副绕组或二次绕组，其匝数为2 。凉绕组由电源输人功率，
3、副绕组向负载输出功率。 7 3 2 l 空载运行和电压变换 当开关 S，闭合，原绕组接通交流电源，而开关 S：断开，副绕组术接鱼载时，韭压器就处于空载运行状态。此时副绕组中电流 z： =O，原绕组中电流 L“-t 。称为空载电流（又称激碰电流） 。由原绕组磁动势， 。 。产生的磁通绝大部分经铁心而闭合，这部分磁通称为主磁通，用中表示。主磁通是交变的，它分别在原、副绕组中感应出电动势 e.和 e。此外，还有很小一部分磁通且穿过部分铁心经空气而闭合，它只与原绕组交链，称为漏磁通，用币。表示。中。只在原绕组中产生漏磁电动势 e.原副绕组各电量的正方向和磁通正方T491B336K006AT 向如图 7
4、.iZ 所示。 变压器空载运行时与交流铁心线圈电路情况相同，原绕组电路电压方程式为警（一， ）这表叭变慷器町蹦通过改变原、副绕组的匝数，实现电压变换。即当电源电压 U -定时，只要改变匝数比女，就可以得到不同的输卅电压址，以满足负救刈电压数值的求。 与交流铁心线同样，空载电流 “取次十已所产生的主磁通最大值中。和碰踏的县体条件。山于变压器磁路中气隙很小，在额定工作状态下，磁路尚未饱和，凼此很小，约为娘绕组额定电流的 3c - 8c/e。此叫变压器的输入功率主要消耗于铁损，岬， i=-,o .OSW.O -ph (732) 7 3 2 2 女载运行和电流变换 在 I 珂 712 的变压器电路中，
5、气闭合，原绕组加额定电压“， ；同时 S：闭合，副绕组与负载接通，此时变压器就处丁负载运行状态。这时副绕组电路杜 c：的作H 下产生 b， 。：的大小和相位取决于负载及其性质。 ， 。此瑚时原绕组电流也从 z 。增为。 。 。副绕组输出功率增加，原绕组的输入功率也相应增加。 变压擗负载运行时，原绕组中的电流为。 ， ，其磁动势为啊。 ；剐绕组中的电流为 c：，其磁动势为性 q，根据田 7 一 12 变压器原、副绕组巾的电流。和。：的正力向，原副绕组的磁动势的代数式足相加的关系，即负载运行叫，变压器铁心中的1：磁通毋是由合成磁势（眠。+ 。b）产生的，根据式(7 26) O, -E _4 440
6、，中叮知，当厂和，同定不变时，如果电源电压 U 不变，吒,也基本不变。世就是说，加负载后，由合成磁势产生的币与卒载 TDK 电感时只山。的基小 H 等，因此 c“得当电源电压与内阻一定时，负载功率是负载电阻的函数。川求函数极值的方法可得到功率最大时的负载电阻值；即使警=o，并算得如果实际的负载电阻不能满足匹配条件，则可用变压器进行阻抗匹配，如图 7-14(b)所示。 式(7-31)、式(735)、式(7-36)是铁心变烁器的基本关系式。公式表明，变压器小仅町以变换电压和电流，也可以变换阻抗，以使某些电路的负载与电源匹配，使负载获得最大功率。 7 3 2 4 变压器的外特性 在上商的分析中，是以
7、一种既杖有磁路磁阻，义没有变压器本身阻抗的理想变压器模型来推导三个变换公式(7-31)、式(7-35)、式(7 36)的，根据这些公式，当原侧电压有救值 U，为常数时，副侧电压有致值址也是常数。其实实际变压器的磁路磁阻和本身阻抗都不等于零，因此，吡还与电流有关。比如电流越大，变压器本身阻抗的压降越大，U 就越小。址随副侧电流有效值变化的曲线（见图 7 一 15）称为变压器的外特性。 很明显，理想坐压器的外特性是一条水平横线。上篇电工技术 例 73 在如图 7. 16 所 wi 电路中，已知 T491X107K016AT 电源电压自效值 U - 140 V，内阻月。-9. 8 kn，负载是一个
8、8 n、0 5W 的扬声器。求 (I)用丁匹配阻抗的输出变压器 r 的变比丘、变压器原、副两侧的电流、电压以及喇叭消耗的功率 (2)如变压器变比 K -28，再求原、副侧电流、电压以及扬声器消耗的功率。圈 7.1j 坐压器的外特性图 7， 】6 17-3 电路邕 解：(1) 为使阻抗匹配，必须使变压器原侧的等效负载电阻与电源内阻相等，即 R, -Rn _9 8 kfl 故按公式(7 36)求得变压器变比为 -媸=霹一 变压器原、副侧电流和电压分别为卜若最= 140。 【K=7 1435 -250 mA “-斤L=7 149 8=70 V =等= 70扬声器消耗的功率为= 乩L _2250 -5
9、00 mW (2)如变压器变比 K-28，则变压器原侧的等效负载电阻为 R, _Kz RL= (28)28=6272 n 此时业压器原、副刨电流和电胜分别为扣慕靛= 丽罢：。=s”m 厶=置， = 288 71= 244m1 “-矗 ，=8 7I6 27= 546 V 巩= 等= 54.6 一一 扬声器消耗的功率为 P-%L= 1.95244 -476 mW3.3兰相变压器 电力系统中的变压器多为三相变压器。其基本结构有两种：种是用三台单相变压器组成 豫 痈 专一 7 碰踏和变压器即将二台单相变压器的原、副绕组分别琏接戚星形（丫）或三角形()而构成三相变压器组，如图 7L7 所示。另一种是_三
10、捕心式变压器，翦结构如图 7.18 所示。它的铁 b 是一个整作，有二个芯柱，每个芯柱上各套着一相原、副绕组，它的三相原、副缴组也可接成星形或三角形。一般大容量的三相变压器均采用第一种结构；丽中小容屉的则常采用第二种结构。三：相变压器的连接方法有星+k三，f】彤，三角形堤彤，星彤星形等多种接法，税具体需要而定。380/220 V 配电变压器则常采用二角形星形（中线接地）的接法。刚 7 17 二州变压器组（星彤=伯 jeri 接） 圈 7-18 一州心武堂压器（9：珀彤连接 三相变压器的工作原理与单相变压器相同。单相变压器中的电压和电流变换关系对于三相变压器都是适用的。但要注意变换关系巾的电压和
11、电 KEMET 钽电容流应为 -相变压器的每相绕组的相值，即相电压和相电流；而三相变压器的铭牌数据均为线值，即线电压 U和线电流， 、 ，计算时成进行必要的线、相值变换。7.3.4 变压器的技术数据为了合理、正确地使用变压幕，制造厂家给出 r 一些反映变压器运行条件的技术数据，主要额定电压“。 、址、 。 “，为正常适行时加到原绕组上的最大电压有效值，址。为原绕组加额定电压时副绕组的开路电压有效值。对于三相变压器，郇没有特殊说明，额定电压均指线电压。2)额定电流、。变压器连续运行时，原、副绕组允许通过的最大电流有效值。三相变压器“、k 均指线电流。 “与 I2 的关系为 单相变压器/2. -亡
12、 三相变压器则要视原副侧连接组而定。例如：里形星形连接三角形星形连接，I3=。3)额定容量 s。 。表示在额定电压、额定电流时单相变压器的工作能力，用视在功率表示， s -l， ，=址 (7-39) 但在额定电压、额定电流条件下，变压器输出的有功功率P：则取决于负载的功率因数 cosp，上篇咀上技术地如 m半( “k) COSp： =x 圯c05f2=S、cu5 吼 f7-40)只有在 (osP/ -I 时，变压器输卅的有功功率才等于变 Hi 器的额定释量。 对于三相变压器 sv -扛 l 7t、 【I1、-.J3Ii 矸 I 2N q舢 1 除了上述额定数据外，变压器的铭牌卜 j 丕标有柑数
13、、效率、温升、短路U 压、使用条什和冷却 方式等技术数据。例 7-4 已台三相变压器的技术数据为 S、-20 kV A，额定U 压 ulU.、= 1010 4 kV，变压器原、副绕组为星形三角形连接。求：(1)变压嚣的 【巫数比 ；(2) 原、剐绕组的额定电流， ，解：三相变压 a绕组星形三角形连接如图 7 19 所示。 (1)，蓬压器的 lr 数比。固为=相变压器原侧绕组为 T491V107K016AT 星形连接，所以原绕组的相电压为 u。=U ，巧；副删绕组为二角形连接，相电压等丁线电 JH，即%= 址， ，则匝数比为 -惫=够=107 x0 一” 2)原、副绕组的额定电流、/2由式(7-
14、41)町得 s 2010 5 ：1 15 “2 面“一曲1010， 副绕组相电流为 / -“.=“=14 43l 15=16 6 A 副绕组的线电流为 k=风=再 x】4 10:=28， ” 7.3.5 特殊变压器 7 3 5 l 自耦变压嚣自梢变压器原理电路女 nI 甜 720 所示。它的特点是原、副侧共用一个绕组原、副侧电压、电流关系自耦变压器大多作为调压变压器使用。当移动副侧端触点来改变副侧匝数札时，就可以改变输出电压 q。在实验室里常用的自耦调压器，原侧电压为 220 V，副侧电压在 0-250 V 范围内调节。7 越路和变三器圈耦变乐器臆刊 嗣 与普通变压器州比，自耦变压器用料少，尺
15、寸小、效率商。但 E 的原、副侧之可有电的联系，不适用于要求原、副侧之问有电气隔离的殴备。仪用互感嚣 倥用互感器是一种测量用的变压群，常用的有电压互感器和电流互感器。 A 电压互感器 用电压表贴片钽电容直接测量高压电路中的电压，既不安全，也不合理。因此经常是用一定变比的降压变压器将电压降低，再用电压丧进行测量。这种测威用的降压变压器称为电压互感糌。其原理和测世接线罔如图 7. 21 所示。电压互感器原绕组匝数 M 多，它并联下待测的高压线蹄巾；目 4 绕组匝数札少，井连接人电压表或其他仪表的电压线圈。原、副绕组变比甜可础 u 即（7-42） 这样就可以通过测量巩而计算出被测电压 U 。柏些与电压互感器配套使用的电压表已按放大倍的数值刻度，可直接读“的数值。 电压互感器的删号舰格很多 “。取决十高压线路的电压等级，U.，规定为 100 V。 电压互感器超到降压和隔离 l 岛压的两种作用。为了安全和防止静电荷积累而影响仪表读数，副绕组一端应接地。运行时副端不允许短路。B 电流互感器 测量商压线路中的电流，或测量低压线路中的人电流时，通常用电流互感器将高压线路隔开，并将大屯流变小，以便测量。其原理和接线方式，如图 7 22 所示。电流互感器原绕组匝数札很少（一匝或几匝） ，导线粗，串联于待测
