1、下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 同学们好！同学们好！ 四川四川 成都成都 青城山青城山 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 第第6章章 磁路与变压器磁路与变压器 6.1 6.1 磁路的基本概念与基本定律磁路的基本概念与基本定律 6.2 6.2 交流铁心线圈交流铁心线圈 6.3 6.3 变压器变压器 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 6.3 变压器变压器 变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电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。子线路中应用广泛。 变电压：变电压：电力系统
2、电力系统 变阻抗：变阻抗：电子线路中的阻抗匹配电子线路中的阻抗匹配 变电流：变电流：电流互感器电流互感器 变压器的主要功能有变压器的主要功能有： 在能量传输过程中，当输送功率在能量传输过程中，当输送功率P =UI cos 及及 负载功率因数负载功率因数cos 一定时：一定时： 电能损耗小电能损耗小 节省金属材料（经济）节省金属材料（经济） 6.3.1 概述概述 U I P = I Rl I S 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能 并保证用电安全。具体如下：并保证用电安全。具体如下
3、： 发电厂发电厂 10.5kV 输电线输电线 220kV 升压升压 仪器仪器 36V 降压降压 实验室实验室 380 / 220V 降压降压 变电站变电站 10kV 降压降压 降压降压 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 变压器的结构变压器的结构 变压器的磁路变压器的磁路 绕组：绕组： 一次绕组一次绕组 二次绕组二次绕组 1 u 2 u L Z 1 i 2 i 单相变压器单相变压器 + + 由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成 厚厚0.35mm 或或 0.5mm 铁心铁心 变压器的电路变压器的电路 一次一次 绕组绕组 N1 二次二次 绕组绕组 N2 铁心铁心 下一
4、页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 变压器的结构变压器的结构 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 变压器的分类变压器的分类 电压互感器电压互感器 电流互感器电流互感器 按用途分按用途分 电力变压器电力变压器 (输配电用输配电用) 仪用变压器仪用变压器 整流变压器整流变压器 按相数分按相数分 三相变压器三相变压器 单相变压器单相变压器 按制造方式按制造方式 壳式壳式 心式心式 变压器符号变压器符号 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 6.2.2 变压器的工作原理变压器的工作原理 1 u 2 u L Z 1 i
5、2 i 单相变压器单相变压器 + + 一次一次 绕组绕组 N1 二次二次 绕组绕组 N2 铁心铁心 一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 (1) 空载运行情况空载运行情况 1. 电磁关系电磁关系 一次侧接交流电源，一次侧接交流电源， 二次侧开路。二次侧开路。 0 i 0 2 i 1 u + 20 u + 2 e + 1 e + 1 e + 1 1 N 2 N 1 u d d 11 t Ne i0 ( i0N1) 1 d d 0 11 t i Le t Ne d d 22 空载时
6、，空载时， 铁心中主铁心中主 磁通磁通 是是 由一次绕由一次绕 组磁通势组磁通势 产生的。产生的。 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 (2) 带负载运行情况带负载运行情况 1. 电磁关系电磁关系 一次侧接交流电源，一次侧接交流电源， 二次侧二次侧接负载接负载。 1 u + 1 e + 1 e + 1 1 N 2 N 1 u d d 11 t Ne 1 d d 1 11 t i Le t Ne d d 22 i1 ( i1N1) i1 i2 ( i2N2) 2 有载时，铁心有载时，铁心 中主磁通中主磁通 是是 由一次、二次由一次、二次 绕组磁通势共绕组磁通势共 同
7、产生的合成同产生的合成 磁通。磁通。 2 i2 + e2 + e 2 + u2 Z d d 2 t i Le 22 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 2. 电压变换电压变换（设加正弦交流电压）（设加正弦交流电压） t)sin( t N t N m111 d d d d e tN cos m1 )90t(sin m1 E 1m1 44.4NfE 2 2 2 11 1 mm fNE E 有效值有效值: 同同 理：理： )90t(sin m22 Ee 2m2 44. 4NfE 主磁通按正弦规律变化，设为主磁通按正弦规律变化，设为 则则 t, sin m (1) 一次、
8、二次侧主磁通感应电动势一次、二次侧主磁通感应电动势 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 根据根据KVL： 11111 11111 jEIXIR EEIRU 变压器一次侧等效电路如图变压器一次侧等效电路如图 1m1111 444Nf.EUEU 由于电阻由于电阻 R1 和感抗和感抗 X1 (或漏磁通或漏磁通)较小较小,其两端其两端 的电压也较小的电压也较小,与主磁电动势与主磁电动势 E1比较可忽略不计，比较可忽略不计， 则则 1 E 1 R1 I 1 U 1 E + + + (2) 一次、二次侧电压一次、二次侧电压 式中式中 R1 为为一次侧一次侧绕组的电阻绕组的电阻
9、; X1= L 1 为为一次侧一次侧绕组的感抗绕组的感抗(漏磁感抗，由漏漏磁感抗，由漏 磁产生磁产生)。 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 K N N E E U U 2 1 2 1 02 1 （匝比）（匝比） K为为变比变比 对二次侧，对二次侧，根据根据KVL： 2m22022 4440Nf.EUU,I 结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。 22222 2222 jUIXIR UEIRE 2 式中式中 R2 为二次绕组的电阻为二次绕组的电阻; X2= L 2 为二次绕组的感抗；为二次绕组的感抗； 为二次绕组的端电压。为二次绕
10、组的端电压。 2 U 变压器空载时变压器空载时: + u2 1 u + 1 e + 1 e + 1 N 2 N i1 i2 + e2 + e 2 式中式中U20为变压器空载电压。为变压器空载电压。 故有故有 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 三相电压的变换三相电压的变换 1) 三相变压器的结构三相变压器的结构 A B C CBA 三相心式变压器的结构三相心式变压器的结构 A B C 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 三相电压的变换三相电压的变换 A B C X Y Z a b c z y x 1) 三相变压器的结构三相变压器的结构
11、 高压绕组：高压绕组： A-X B-Y C-Z X、Y 、Z ：尾端：尾端 A、B、C ：首端首端 低压绕组：低压绕组： a-x b-y c-z a、b、c：首端：首端 x、y、z：尾端：尾端 2) 三相变压器的联结方式三相变压器的联结方式 / 000 YYYYYYYY、联结方式联结方式： 高压绕组接法高压绕组接法 低压绕组接法低压绕组接法 :YY 0 /三相配电变压器三相配电变压器 : Y / 动力供电系统（井下照明）动力供电系统（井下照明） : Y 0 /高压、超高压供电系统高压、超高压供电系统 常用接法常用接法: 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 （1）三
12、相变压器）三相变压器Y/Y0联结联结 线电压之比：线电压之比： A 3 1 1P U U C B 1 U K U U 3 1 2P b K U U 1 2 c a + + + + K U U U U U U 2P 1P 2P 1P 2 1 3 3 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 （2）三相变压器）三相变压器Y0/ 联结联结 线电压之比：线电压之比： A 3 1 1P U U C B 1 U K U UU 3 1 2P2 a b c + + + K U U U U U U P P P P 33 3 2 1 2 1 2 1 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录
13、 返回返回 上一页上一页 3. 电流变换电流变换 (一次、二次侧电流关系一次、二次侧电流关系) 有载运行有载运行 2 2 22 Z U IZ 1m11 44 4 Nf.EU 可见，铁心中主磁通的最大值可见，铁心中主磁通的最大值 m在变压器空载在变压器空载 和有载时近似保持不变。即有和有载时近似保持不变。即有 不论变压器空载还是不论变压器空载还是 有载，一次绕组上的阻有载，一次绕组上的阻 抗压降均可忽略，故有抗压降均可忽略，故有 由上式，若由上式，若U1、 f 不变，则不变，则 m 基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。 空载空载： m10 Ni 有载：有载： m2211 NiNi + |Z
14、| 2 i 1 u 2 e 1 i 1 e 1 N 2 N + + + 2 u 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 一般情况下：一般情况下： I0 (23)%I1N 很小可很小可忽忽略。略。 2211 NiNi 所以所以或或 2211 NINI 2211 NINI 所以所以 KN N I I1 1 2 2 1 结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。 或：或： 221011 NiNiNi 1.提供产生提供产生 m的磁势的磁势 2.提供用于补偿提供用于补偿 作用作用 的磁势的磁势 22N i 磁势平衡式：磁势平衡式： 102211 N
15、iNiNi 空载磁势空载磁势 有载磁势有载磁势 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 4. 阻抗变换阻抗变换 由图可知：由图可知： 2 2 I U Z 1 1 I U Z ZK I U K K I KU I U Z 2 2 22 2 2 1 1 ZKZ 2 结论：结论： 变压器一次侧的等效阻抗模，为二次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侧所带负载的阻抗模的K 2 倍。倍。 1 U 2 U 1 I 2 I Z + + 1 U 1 I Z + 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 (1) 变压器的匝数比应为变压器的匝数比应
16、为： 信号源信号源 I E R0 RL + 10 8 800 L L 2 1 R R N N K I E 1 N 2 U 2 I L R 2 N R0 + + 解解: 例例1: 如图，交流信号源的电动如图，交流信号源的电动 势势 E= 120V，内阻，内阻 R 0=800 ， 负载为扬声器，其等效电阻为负载为扬声器，其等效电阻为 RL=8 。要求。要求: （1）当）当RL 折算到原边的等效电阻折算到原边的等效电阻 时，时， ,求变压器的匝数求变压器的匝数 比和信号源输出的功率；（比和信号源输出的功率；（2） 当将负载直接与信号源联接时当将负载直接与信号源联接时, 信号源输出多大功率？信号源输出
17、多大功率？ 0L RR 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 信号源的输出功率：信号源的输出功率： W54800 800800 120 2 L 2 L0 .R RR E P 电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。 结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。 0L RR 原因：原因：满足了最大功率输出的条件：满足了最大功率输出的条件： W17608 8800 120 2 L 2 L0 .R RR E P （2）将负载直接接到信号源上时）将负载直接接到信号源上时，输出功率输出功率为：
18、为： 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 6.3.2 变压器的外特性变压器的外特性 当一次侧电压当一次侧电压 U1和负载功率因数和负载功率因数 cos 2保持不变时，二次保持不变时，二次 侧输出电压侧输出电压 U2和输出电流和输出电流 I2的关系，的关系，U2 = f (I2)。 U20：一次侧加额定：一次侧加额定 电压、二次侧开路时，电压、二次侧开路时， 二次侧的输出电压。二次侧的输出电压。 一般供电系统希望要硬特性（随一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，的变化，U2 变变 化不大），电压变化率约在化不大），电压变化率约在5%左右。左右。 电压变化率：电压变
19、化率： %100% 20 220 U UU U )( 22 IfU cos 2 =0.8 (感性）感性） U2 I2 U20 I2N cos 2 =1 O 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 为减少涡流损耗，铁心一为减少涡流损耗，铁心一 般由导磁钢片叠成。般由导磁钢片叠成。 变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分： 铜损铜损 ( PCu) ：绕组导线电阻的损耗。绕组导线电阻的损耗。 涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感 应电流应电流(涡流涡流)造成的损耗。造成的损耗。 磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造磁滞损耗：磁滞现象引起
20、铁心发热，造 成的损耗。成的损耗。 铁损铁损( PFe )： FeCu2 2 1 2 PPP P P P 变压器的效率为变压器的效率为 一般一般 9595% , ,负载为额定负载的负载为额定负载的(50(5075)%时，时， 最大。最大。 输出功率输出功率 输入功率输入功率 变压器的损耗与效率变压器的损耗与效率 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 1） 变压器的型号变压器的型号 1.变压器的铭牌型号与额定值变压器的铭牌型号与额定值 S J L 1000/10 变压器额定容量变压器额定容量(KVA) 铝线圈铝线圈 冷却方式冷却方式 J:油浸自冷式油浸自冷式 F:风冷
21、式风冷式 相数相数 S:三相三相 D:单相单相 高压绕组的额定电压高压绕组的额定电压(KV) 6.3.3 变压器的使用变压器的使用 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 2） 额定值额定值 额定电压额定电压 U1N、U2N 变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧 绕组允许的电压值绕组允许的电压值 单相：单相：U1N ，一次侧电压，一次侧电压， U2N，二次侧空载时的电压，二次侧空载时的电压 三相：三相：U1N、U2N，一次、二次侧的线电压，一次、二次侧的线电压 额定电流额定电流 I1N、I2N 变压器满载运行时，一次、二次侧
22、绕组允许的变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的 电流值。电流值。 单相：一次、二次侧绕组允许的电流值单相：一次、二次侧绕组允许的电流值 三相：一次、二次侧绕组线电流三相：一次、二次侧绕组线电流 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 额定容量额定容量 SN 传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。 单相：单相： 三相：三相： N1N1N2N2N IUIUS N1N1N2N2N 33IUIUS 2) 额定值额定值 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 当电流流入当电流流入(或流出）两个线圈时，若产生的磁通方或流出）两个线圈时，若产生的磁通
23、方 向相同，则两个流入向相同，则两个流入(或流出）端称为同极性端。或流出）端称为同极性端。 A X a x A X a x 1. 同极性端同极性端 ( 同名端同名端 ) 或者说，当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的或者说，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。感应电动势极性相同的两端为同极性端。 同极性端用“同极性端用“” 表示。表示。 增加增加 + + + + 同极性端同极性端 和绕组的绕和绕组的绕 向有关。向有关。 2 变压器绕组的极性的判别与连接变压器绕组的极性的判别与连接 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 联接联接 2
24、3 Nf. U m 2444 220 变压器原一次侧有两个额定电压为变压器原一次侧有两个额定电压为 110V 的绕组：的绕组： 2. 线圈的接法线圈的接法 N N 1 3 2 4 N N 1 3 2 4 联接联接 13， 2 4 i i Nf. U 444 110 m 当电源电压为当电源电压为220V时：时： 220 u + 110 u + 电源电压为电源电压为110V时：时： 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 问题问题1：如果两绕组的极性端接错，结果如何？如果两绕组的极性端接错，结果如何？ 结论：结论：在同极性端不明确时，一定要先测定同极性端在同极性端不明确时
25、，一定要先测定同极性端 再通电。再通电。 答：有可能烧毁变压器答：有可能烧毁变压器 两个线圈中的磁通抵消两个线圈中的磁通抵消 原因：原因： 电流电流 很大很大 1 1 R u i 1111 eRiu 烧毁变压器烧毁变压器 感应电势感应电势 0e 1 3 2 4 N N i + u 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 KN N I I K N N U U 1 1 2 2 1 2 1 2 1 6.3.4 特殊变压器特殊变压器 1.1.自耦变压器自耦变压器 A B P 1 u 2 u 1 i 2 i L R 1 N 2 N + + 使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同
26、的使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的 输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理 制作的。制作的。注意：一次、二次侧千万不能对调使用，注意：一次、二次侧千万不能对调使用， 以防变压器损坏。因为以防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电变小时，磁通增大，电 流会迅速增加。流会迅速增加。 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 1. 二次侧不能短路，二次侧不能短路， 以防产生过流；以防产生过流； 2. 铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的 一端接地，以防在一端接地，以防在 绝缘损坏时，在二绝缘损坏时，在二 次侧出现高压。次侧出现
27、高压。 使用注意事项：使用注意事项： 电压表电压表 被测电压被测电压=电压表读数电压表读数 N1/N2 2.2.电压互感器电压互感器 实现用低量程的电压表测量高电压实现用低量程的电压表测量高电压 V R N1 （匝数多（匝数多） 保险丝保险丝 N2 （匝数少（匝数少） u （被测电压）（被测电压） 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 电流表电流表 被测电流被测电流=电流表读数电流表读数 N2/N1 1. 二次侧不能开路，二次侧不能开路， 以防产生高电压；以防产生高电压； 2. 铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的 一端接地，以防在一端接地，以防在 绝缘损坏时，在二绝缘损坏时，在二 次侧出现过压。次侧出现过压。 使用注意事项：使用注意事项： 3.3.电流互感器电流互感器 实现用低量程的电流表测量大电流实现用低量程的电流表测量大电流 （被测电流）（被测电流） N1 （匝数少（匝数少） N2 （匝数多（匝数多） A R i1 i2 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 作业 P176 6-15 （第十九讲）
