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1、变压器的工作原理(变压器工作)ppt模版课件Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望 1 1变压器的结构变压器的结构变压器的结构变压器的结构 变压器由铁心和绕组两个基本部分组成变压器由铁心和绕组两个基本部分组成, , 如图如图 2 - 34 2 - 34所所示示, , 在一个闭合的铁心上套有两个绕组在一个闭合的铁心上套有两个绕组, , 绕组与绕组之间以绕组与绕组之间以及绕组与铁心之间都是绝缘的。及绕组与铁心之间都是绝缘的。 变压器的铁心由变压器的铁心由0.350.35. .m
2、mmm厚的硅钢片交错叠装厚的硅钢片交错叠装而成而成, , 图图 2 - 35 2 - 35为几种常见的铁心形状。为几种常见的铁心形状。 绕组一般采用绝缘铜线或铝线绕制绕组一般采用绝缘铜线或铝线绕制, , 其中与电源相连其中与电源相连的绕组称为原绕组（或称为原边、的绕组称为原绕组（或称为原边、 初级）初级）; ; 与负载相连与负载相连的绕组称为副绕组（或称为副边、的绕组称为副绕组（或称为副边、 次级）。次级）。 按铁心和绕按铁心和绕组的组合结构可分为心式变压器和壳式变压器组的组合结构可分为心式变压器和壳式变压器, , 如图如图 2 - 2 - 3636所示。所示。 心式变压器的铁心被绕组包围心式
3、变压器的铁心被绕组包围, , 而壳式变压器而壳式变压器的铁心则包围绕组。的铁心则包围绕组。图图2-35 2-35 变压器的铁心变压器的铁心图图2-36 2-36 变压器的结构形式变压器的结构形式 2 2变压器原理及应用变压器原理及应用变压器原理及应用变压器原理及应用 1 1） 空载运行和电压变换如图空载运行和电压变换如图 2 - 37 2 - 37所示所示, , 将变将变压器的原边接在交流电压压器的原边接在交流电压1 1上上, , 副边开路副边开路, , 这种运这种运行状态称为空载运行。此时副绕组中的电流行状态称为空载运行。此时副绕组中的电流i i2 2=0, =0, 电电压为开路电压压为开路
4、电压u u2020, , 原绕组通过的电流为空载电流原绕组通过的电流为空载电流i i1010, , 电压和电流的参考方向如图所示。图中电压和电流的参考方向如图所示。图中为原绕为原绕组的匝数组的匝数, , 为副绕组的匝数。为副绕组的匝数。 副边开路时副边开路时, , 通过原边的空载电流通过原边的空载电流i i1010就是励磁电流。就是励磁电流。磁动势磁动势i i1010N N1 1在铁心中产生的主磁通在铁心中产生的主磁通既穿过原绕组既穿过原绕组, , 也也穿过副绕组穿过副绕组, , 于是在原、于是在原、 副绕组中分别感应出电动势副绕组中分别感应出电动势和和。且。且和和与与的参考方向之间符合右手的
5、参考方向之间符合右手螺旋定则螺旋定则, , 由法拉第电磁感应定律可得由法拉第电磁感应定律可得和和的有效值分别为的有效值分别为（2.342.34） (2.35) (2.35)式中式中为交流电源的频率为交流电源的频率, , mm为主磁通的最大值。为主磁通的最大值。 如果忽略漏磁通的影响并且不考虑绕组上电阻的如果忽略漏磁通的影响并且不考虑绕组上电阻的压压 降时降时, , 可认为原、可认为原、 副绕组上电动势的有效值近似等副绕组上电动势的有效值近似等于原、于原、 副绕组上电压的有效值副绕组上电压的有效值, , 即即因此因此 由式（由式（2.362.36）可见）可见, , 变压器空载运行时变压器空载运行
6、时, , 原、原、 副绕组上副绕组上电压的比值等于两者的匝数之比电压的比值等于两者的匝数之比, , 称为变压器的变比。称为变压器的变比。 若改变变压器原、若改变变压器原、 副绕组的匝数副绕组的匝数, , 就能够把某一数值的交就能够把某一数值的交流电压变为同频率的另一数值的交流电压流电压变为同频率的另一数值的交流电压 当原绕组的匝数当原绕组的匝数1 1比副绕组的匝数比副绕组的匝数多时多时, , , , 这种变压器为降压变压器这种变压器为降压变压器; ; 反之反之, , 当当的匝数少于的匝数少于的的匝数时匝数时, , , , 为升压变压器。为升压变压器。 (2.36)(2.36) 例例例例 4.1
7、 4.1 已知某变压器铁心的截面积为已知某变压器铁心的截面积为 20cm 20cm2 2, , 铁心中磁铁心中磁感应强度的最大值不能超过感应强度的最大值不能超过0. 0., , 若要用它把若要用它把220220工频交工频交流电变换成为流电变换成为2020的同频率交流电的同频率交流电, , 原、副绕组的匝数应为原、副绕组的匝数应为多少？多少？ 解解解解 铁心中磁通的最大值铁心中磁通的最大值原绕组的匝数应为原绕组的匝数应为副绕组的匝数应为副绕组的匝数应为或或 2 2） 负载运行和电流变换负载运行和电流变换负载运行和电流变换负载运行和电流变换 如图如图 2 - 38 2 - 38所示所示, , 变压
8、器的原绕组接交流电压变压器的原绕组接交流电压u u, , 副副绕组接上负载绕组接上负载L L, , 这种运行状态称为负载运行。这种运行状态称为负载运行。 这时副这时副边的电流为边的电流为, , 原边电流由原边电流由1010增大为增大为, , 且且u u略有下略有下降降, , 这是因为有了负载后这是因为有了负载后, , 、会增大会增大, , 原、原、 副绕副绕组本身的内部压降也要比空载时增大组本身的内部压降也要比空载时增大, , 使副绕组电压使副绕组电压比比低一些。低一些。 因为变压器内部压降一般小于额定电压因为变压器内部压降一般小于额定电压的的, , 因此变压器有无负载对电压比的影响不大因此变
9、压器有无负载对电压比的影响不大, , 可可以认为负载运行时变压器原、以认为负载运行时变压器原、 副绕组的电压比仍然基本副绕组的电压比仍然基本上等于原、上等于原、 副绕组匝数之比。副绕组匝数之比。 变压器负载运行时变压器负载运行时, , 由由形成的磁动势形成的磁动势对磁对磁路也会产生影响路也会产生影响, , 即铁心中的主磁通即铁心中的主磁通是由是由i i1 1N N1 1和和i i2 2N N2 2共共同产生的。由式同产生的。由式 U U E E4.44f4.44fNNmm可知可知, , 当电源电压和频率当电源电压和频率不变时不变时, , 铁心中的磁通最大值应保持基本不变铁心中的磁通最大值应保持
10、基本不变, , 那么磁动那么磁动势也应保持不变势也应保持不变, , 即即 由于变压器空载电流很小由于变压器空载电流很小, , 一般只有额定电流的百分一般只有额定电流的百分之几之几, , 因此当变压器额定运行时因此当变压器额定运行时, , 可忽略不计。可忽略不计。 则则有有 。 可见变压器负载运行时可见变压器负载运行时, , 原、原、 副绕组产生的磁动势副绕组产生的磁动势方向相反方向相反, , 即副边电流即副边电流对原边电流对原边电流产生的磁通有产生的磁通有去磁作用。去磁作用。 因此因此, , 当负载阻抗减小当负载阻抗减小, , 副边电流副边电流增大时增大时, , 铁心中的磁通铁心中的磁通mm将
11、减小将减小, , 原边电流原边电流必然增加必然增加, , 以保持以保持磁通磁通mm基本不变基本不变, , 所以副边电流变化时所以副边电流变化时, , 原边电流也会原边电流也会相应地变化。原、副边电流有效值的关系为相应地变化。原、副边电流有效值的关系为(2.37)(2.37) 由式（由式（2.372.37）可见）可见, , 当变压器额定运行时当变压器额定运行时, , 原、原、 副边的副边的电流之比近似等于其匝数之比的倒数。若改变原、电流之比近似等于其匝数之比的倒数。若改变原、 副绕组副绕组的匝数的匝数, , 就能够改变原、就能够改变原、 副绕组电流的比值副绕组电流的比值, , 这就是变压这就是变
12、压器的电流变换作用。器的电流变换作用。 不难看出，不难看出， 变压器的电压比与电流比互为倒数变压器的电压比与电流比互为倒数, , 因此因此匝数多的绕组电压高匝数多的绕组电压高, , 电流小电流小; ; 匝数少的绕组电压低匝数少的绕组电压低, , 电流电流大。大。 例例例例 4.2 4.2 已知某一变压器已知某一变压器 1000, 1000, 100, 100, 2020, , 2 2, , 负载为纯电阻负载为纯电阻, , 忽略变压器的漏磁和损耗忽略变压器的漏磁和损耗, , 求变压器的副边电压求变压器的副边电压、原边电流、原边电流和输入、输出功率。和输入、输出功率。解解解解 变压比：变压比：副边
13、电压：副边电压：原边电流：原边电流：输入功率：输入功率：输出功率输出功率 由此可见由此可见, , 当变压器的功率损耗忽略不计时当变压器的功率损耗忽略不计时, , 它的输它的输入功率与输出功率相等入功率与输出功率相等, , 符合能量守恒定律。符合能量守恒定律。 在远距离输电线路中在远距离输电线路中, , 线路损耗线路损耗l l与电流与电流l l的平方的平方乘以线路电阻乘以线路电阻l l的积成正比的积成正比, , 因此在输送同样功率的情因此在输送同样功率的情况下况下, , 如果所用电压越高如果所用电压越高, , 电流就会越小电流就会越小, , 输电线上的损输电线上的损耗越小耗越小, , 可以减小输
14、电导线的截面积可以减小输电导线的截面积, , 从而大大降低了成从而大大降低了成本。本。 所以电厂在输送电能之前所以电厂在输送电能之前, , 必须先用升压变压器将必须先用升压变压器将电压升高电压升高, , 传输到用户后传输到用户后, , 电压不能太高电压不能太高, , 通常为通常为380380或或220220, , 因此要用降压变压器再进行降压。因此要用降压变压器再进行降压。 3 3） 阻抗变换阻抗变换阻抗变换阻抗变换 变压器除了具有变压和变流的作用外变压器除了具有变压和变流的作用外, , 还有变换阻抗还有变换阻抗的作用。的作用。 如图如图 2 - 39 2 - 39所示所示, , 变压器原边接
15、电源变压器原边接电源1 1, , 副边副边接负载阻抗接负载阻抗|Z|ZL L|, |, 对于电源来说对于电源来说, , 图中虚线框内的电路可用图中虚线框内的电路可用另一个阻抗另一个阻抗|Z|Z/ /L L| |来等效。所谓等效来等效。所谓等效, , 就是它们从电源吸取就是它们从电源吸取的电流和功率相等。当忽略变压器的漏磁和损耗时的电流和功率相等。当忽略变压器的漏磁和损耗时, , 等等效阻抗由下式求得效阻抗由下式求得式中式中 为变压器副边的负载阻抗。可见为变压器副边的负载阻抗。可见, , 对对于变比为于变比为且变压器副边阻抗为且变压器副边阻抗为| |Z ZL L| |的负载的负载, , 相当于相
16、当于在电源上直接接一个阻抗在电源上直接接一个阻抗| |Z Z/ /L L|=|=K K2 2| |Z ZL L| |的负载。也可以的负载。也可以说变压器把负载阻抗说变压器把负载阻抗L L变换为变换为|Z|Z/ /L|L|。因此。因此, , 通过选通过选择合适的变比择合适的变比, , 可把实际负载阻抗变换为所需的数可把实际负载阻抗变换为所需的数值值, , 这就是变压器的阻抗变换作用。这就是变压器的阻抗变换作用。 在电子电路中在电子电路中, , 为了提高信号的传输功率为了提高信号的传输功率, , 常用变压器常用变压器将负载阻抗变换为适当的数值将负载阻抗变换为适当的数值, ,使其与放大电路的输出阻抗
17、使其与放大电路的输出阻抗相匹配相匹配, , 这种做法称为阻抗匹配。这种做法称为阻抗匹配。 例例 4.3 4.3 某交流信号源的电动势某交流信号源的电动势120V, 120V, 内阻内阻0=800, 0=800, 负载电阻负载电阻l l 。试求。试求: : （1 1） 若将负载与信号源直接相连若将负载与信号源直接相连, , 如图如图 2- 40 2- 40（）（）所示所示, , 信号源输出的功率有多大？信号源输出的功率有多大？ （2 2） 若要信号源输给负载的功率达到最大若要信号源输给负载的功率达到最大, , 负载负载电阻应等于信号源内阻。电阻应等于信号源内阻。 今用变压器进行阻抗变换今用变压器进行阻抗变换, , 则变压器的匝数比应选多少？阻抗变换后信号源的输则变压器的匝数比应选多少？阻抗变换后信号源的输出功率有多大？出功率有多大？ 解解 (1) (1) 由图由图( () )可知可知, , 若将负载直接与信号源连接若将负载直接与信号源连接, , 信信号源的输出功率为号源的输出功率为 (2) (2) 如图如图( (b)b)所示所示, , 用变压器把负载用变压器把负载变换为等效电阻变换为等效电阻, , 使其阻值与电源内阻相等。使其阻值与电源内阻相等。 信号源的输出功率为信号源的输出功率为可见可见, , 阻抗匹配后输出功率为最大。阻抗匹配后输出功率为最大。
