电工学 第6章 磁路与变压器(精品).ppt

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1、第第6章章 磁路与变压器磁路与变压器（上）（上）第第6 6章章 磁路与变压器磁路与变压器6.3 变压器变压器1.1.了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义；组的同极性端，理解变压器额定值的意义；组的同极性端，理解变压器额定值的意义；组的同极性端，理解变压器额定值的意义；2.2.掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；3.

2、3.3.3.了解三相电压的变换方法和原、副绕组常用的连接了解三相电压的变换方法和原、副绕组常用的连接了解三相电压的变换方法和原、副绕组常用的连接了解三相电压的变换方法和原、副绕组常用的连接 方式；方式；方式；方式；本章要求本章要求：第第6章章 磁路与变压器磁路与变压器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变压器的主要功能有变压器的

3、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，当输送功率及负载功率因数及负载功率因数 一定时：一定时：（电能损耗小）（电能损耗小）节省金属材料节省金属材料（经济）（经济）概述概述 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：并保证用电安全。具体如下：并保证用电安全。具体如下：发电厂发电厂发电厂发电厂1.051.05万伏万伏万伏万伏输电线输电线输电线输电线2222万伏万伏万伏万伏升压升压升压升压仪器仪器仪器仪器

4、3636伏伏伏伏降压降压降压降压实验室实验室实验室实验室380/220380/220伏伏伏伏降压降压降压降压变电站变电站变电站变电站 1 1万伏万伏万伏万伏降压降压降压降压降压降压降压降压1.1.结构结构结构结构作用：构成磁路作用：构成磁路作用：构成磁路作用：构成磁路绕组绕组绕组绕组原绕组原绕组原绕组原绕组(初级绕组、一次绕组）初级绕组、一次绕组）初级绕组、一次绕组）初级绕组、一次绕组）副绕组副绕组副绕组副绕组(次级绕组、二次绕组）次级绕组、二次绕组）次级绕组、二次绕组）次级绕组、二次绕组）由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成厚厚厚厚0.35mm 0.35m

5、m 或或或或 0.5mm0.5mm铁芯铁芯铁芯铁芯6.3.1 变压器工作原理变压器工作原理单相变压器单相变压器单相变压器单相变压器N1作用：构成电路作用：构成电路作用：构成电路作用：构成电路+一、结构和分类一、结构和分类一、结构和分类一、结构和分类副绕组副绕组副绕组副绕组N2铁心铁心铁心铁心原绕组原绕组原绕组原绕组变压器的结构变压器的结构2.2.分类分类分类分类电压互感器电压互感器电压互感器电压互感器 电流互感器电流互感器电流互感器电流互感器 按用途分按用途分按用途分按用途分电力变压器电力变压器电力变压器电力变压器 (输配电用输配电用输配电用输配电用)仪用变压器仪用变压器仪用变压器仪用变压器

6、整流变压器整流变压器整流变压器整流变压器 按相数分按相数分按相数分按相数分三相变压器三相变压器三相变压器三相变压器 单相变压器单相变压器单相变压器单相变压器 按制造方式按制造方式按制造方式按制造方式壳式壳式壳式壳式心式心式心式心式二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理 原、副绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合原、副绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合原、副绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合原、副绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合变压器符号变压器符号变压器符号变压器符号+1.1.电磁关系电磁关系电磁关系电磁关系二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理二、变压器的工

7、作原理二、变压器的工作原理原边接交流电原边接交流电 源源,副边开路。副边开路。(1)空载运行情况空载运行情况+1 i0(i0N1)1空载时，空载时，铁心中主铁心中主磁通磁通 是是由原绕组由原绕组磁势产生磁势产生的。的。1.1.电磁关系电磁关系电磁关系电磁关系二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理 原边接交流电原边接交流电原边接交流电原边接交流电 源源源源,副边接负载。副边接负载。副边接负载。副边接负载。(2)(2)带负载运行情况带负载运行情况带负载运行情况带负载运行情况+2 1 i1(i1N1)1Zi1i2+u2+e2+e 2i2(i2N2)2有载时，

8、铁心有载时，铁心中主磁通中主磁通 是是由原、副绕组由原、副绕组磁势共同产生磁势共同产生的合成磁通。的合成磁通。2.2.电压变换（设加正弦交流电压）电压变换（设加正弦交流电压）电压变换（设加正弦交流电压）电压变换（设加正弦交流电压）有效值有效值:同同 理：理：主磁通按正弦规律变化，设为主磁通按正弦规律变化，设为主磁通按正弦规律变化，设为主磁通按正弦规律变化，设为 则则则则(1)(1)原、副边主磁通感应电动势原、副边主磁通感应电动势原、副边主磁通感应电动势原、副边主磁通感应电动势根据根据KVL：对原边，变压器原边等效电路如图对原边，变压器原边等效电路如图 由于电阻由于电阻 R1 和感抗和感抗 X

9、X1 1(或漏磁通或漏磁通)较小较小,其两端的其两端的电压也较小电压也较小,与主磁电动势与主磁电动势 E1 1比较可忽略不计，则比较可忽略不计，则+(2)(2)原、副边电压原、副边电压原、副边电压原、副边电压式中式中式中式中 R R1 1 为原绕组的电阻为原绕组的电阻为原绕组的电阻为原绕组的电阻;X X1 1=L L 1 1 为原绕组的感抗为原绕组的感抗为原绕组的感抗为原绕组的感抗(漏磁感抗，由漏磁产生漏磁感抗，由漏磁产生漏磁感抗，由漏磁产生漏磁感抗，由漏磁产生)。（匝比）匝比）匝比）匝比）K K为为为为变比变比变比变比对副边，对副边，对副边，对副边，根据根据KVL：结论：改变匝数比，就能改变

10、输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。式中式中式中式中 R R2 2 为副绕组的电阻为副绕组的电阻为副绕组的电阻为副绕组的电阻;X X2 2=L L 2 2 为副绕组的感抗；为副绕组的感抗；为副绕组的感抗；为副绕组的感抗；为副绕组的端电压。为副绕组的端电压。为副绕组的端电压。为副绕组的端电压。变压器空载时变压器空载时变压器空载时变压器空载时:+u u2 2+i i1 1i i2 2+e e2 2+e e 2 2式中式中式中式中U U2020为变压器空载电压。为变压器空载电压。为变压器空载电压。为变压器空载电压。故有故有故有故有三相电压的变换三相电压的变换ABCXYZabczyx1)1)

11、三相变压器的结构三相变压器的结构三相变压器的结构三相变压器的结构高压绕组：高压绕组：A-X B-Y C-ZX、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-za、b、c：首端首端x、y、z：尾端尾端2)2)三相变压器的联接方式三相变压器的联接方式三相变压器的联接方式三相变压器的联接方式联接方式联接方式联接方式联接方式：高压绕组接法高压绕组接法低压绕组接法低压绕组接法三相配电变压器三相配电变压器动力供电系统（井下照明）动力供电系统（井下照明）高压、超高压供电系统高压、超高压供电系统高压、超高压供电系统高压、超高压供电系统常用接法常用接法常用接法常用接法:（1 1）三

12、相变压器）三相变压器）三相变压器）三相变压器Y/YY/Y0 0联接联接联接联接线电压之比：线电压之比：线电压之比：线电压之比：ACBbca+（2 2）三相变压器）三相变压器）三相变压器）三相变压器Y Y0 0/联接联接联接联接线电压之比：线电压之比：线电压之比：线电压之比：ACBabc+3.3.电流变换电流变换电流变换电流变换(原副边电流关系原副边电流关系原副边电流关系原副边电流关系)有载运行有载运行有载运行有载运行 可见，铁心中主磁通的最大值可见，铁心中主磁通的最大值可见，铁心中主磁通的最大值可见，铁心中主磁通的最大值 mm在变压器空载在变压器空载在变压器空载在变压器空载和有载时近似保持不变

13、。即有和有载时近似保持不变。即有和有载时近似保持不变。即有和有载时近似保持不变。即有 不论变压器空载还不论变压器空载还不论变压器空载还不论变压器空载还是有载，原绕组上的阻是有载，原绕组上的阻是有载，原绕组上的阻是有载，原绕组上的阻抗压降均可忽略，故有抗压降均可忽略，故有抗压降均可忽略，故有抗压降均可忽略，故有由上式，若由上式，若由上式，若由上式，若U U1 1、f f 不变，则不变，则不变，则不变，则 mm 基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。空载空载空载空载：有载：有载：有载：有载：+Z+一般情况下：一般情况下：I0 (23)%I1N 很小可很小可

14、忽忽略。略。或：或：结论：原、副边电流与匝数成反比。结论：原、副边电流与匝数成反比。或：或：磁势平衡式：磁势平衡式：磁势平衡式：磁势平衡式：空载磁势空载磁势有载磁势有载磁势4.4.阻抗变换阻抗变换阻抗变换阻抗变换由图可知：由图可知：由图可知：由图可知：结论：结论：变压器原边的等效阻抗模，为副边所变压器原边的等效阻抗模，为副边所带负载的阻抗模的带负载的阻抗模的K 2 倍。倍。+(1)(1)变压器的匝数比应为变压器的匝数比应为变压器的匝数比应为变压器的匝数比应为：信号源信号源R0RL+R R0 0+【解】【解】【解】【解】【例例例例6.3.16.3.1】如图，交流信如图，交流信号源的电动势号源的电

15、动势 E=120V，内阻内阻 R 0=800，负载为扬声器，其负载为扬声器，其等效电阻为等效电阻为RL=8。要求要求:（1）当）当RL折算到原边的等效折算到原边的等效电阻电阻 时，求变压器的时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率匝数比和信号源输出的功率;（2）当将负载直接与信号源）当将负载直接与信号源联接时联接时,信号源输出多大功率信号源输出多大功率？信号源的输出功率：信号源的输出功率：信号源的输出功率：信号源的输出功率：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。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

16、。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。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。原因：原因：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：满足了最大功率输出的条件：满足了最大功率输出的条件：（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）将负载直接接到信号源上时）将负载直接接到信号源上时，输出功率输出功率输出功率输出功率为：为：1.1.变压器的型号变压器的型号变压器的型号变压器的型号三、变压器的铭牌和技术数据三、变压器的铭牌和技术数据三、变压器的铭牌和技术数据三、变压器的铭牌和技术数据

17、S J L 1000/10S J L 1000/10 变压器额定容量变压器额定容量(KVA)铝线圈铝线圈铝线圈铝线圈 冷却方式冷却方式冷却方式冷却方式J:J:油浸自冷式油浸自冷式油浸自冷式油浸自冷式F:F:风冷式风冷式风冷式风冷式相数相数相数相数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高压绕组的额定电压高压绕组的额定电压(KV)(KV)2.2.额定值额定值额定值额定值 额定电压额定电压额定电压额定电压 变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许的电

18、压值的电压值的电压值的电压值单相：单相：单相：单相：U UIN IN，原边电压，原边电压，原边电压，原边电压，U U2N2N，副边空载时的电压副边空载时的电压副边空载时的电压副边空载时的电压三相：三相：三相：三相：U UININ、U U2N2N，高、低压绕组的线电压高、低压绕组的线电压高、低压绕组的线电压高、低压绕组的线电压 额定电流额定电流额定电流额定电流 变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。单相：原、副边绕组允许的电流值单相：原、副边绕组允许的电流值单

19、相：原、副边绕组允许的电流值单相：原、副边绕组允许的电流值三相：高、低压绕组线电流三相：高、低压绕组线电流三相：高、低压绕组线电流三相：高、低压绕组线电流 额定容量额定容量额定容量额定容量 传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。单相：单相：单相：单相：三相：三相：三相：三相：容量容量容量容量 S SN N 输出功率输出功率输出功率输出功率 P P2 2 原边输入功率原边输入功率原边输入功率原边输入功率 P P1 1 输出功率输出功率输出功率输出功率 P P2 2注意：变压器几个功率的关系（单相）注意：变压器几个功率的关系（单相）注意：变压器几个功率的关

20、系（单相）注意：变压器几个功率的关系（单相）效率效率效率效率容量：容量：原边输入功率：原边输入功率：输出功率：输出功率：变压器运行变压器运行时的功率取时的功率取决于负载的决于负载的性质性质2.2.额定值额定值额定值额定值例：一台三相变压器,SN=5000kVA，Y，d联结，U1N/U2N=10/6.3kV。求一次侧和二次侧额定电流。解：解：6.3.2 变压器的外特性变压器的外特性变压器的外特性变压器的外特性当原边电压当原边电压当原边电压当原边电压 U U1和负载功率因数和负载功率因数和负载功率因数和负载功率因数 coscos 2保持不变时，副保持不变时，副保持不变时，副保持不变时，副边输出电压

21、边输出电压边输出电压边输出电压 U U2和输出电流和输出电流和输出电流和输出电流 I I2的关系的关系的关系的关系 U U2020：原边加额定电原边加额定电原边加额定电原边加额定电压、副边开路时，副边压、副边开路时，副边压、副边开路时，副边压、副边开路时，副边的输出电压。的输出电压。的输出电压。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I I2 2的变化，的变化，的变化，的变化，U U2 2 变变变变化不大），电压变化率约在化不大），电压变化率约在化不大），电压变化率约在化不大），电压变化率约在5%5%左右。左右

22、。左右。左右。电压变化率：电压变化率：电压变化率：电压变化率：U2I2U20I2Ncoscos 2=1=1coscos 2=0.8=0.8(感性）感性）感性）感性）6.3.36.3.3变压器的损耗与效率变压器的损耗与效率()为减少涡流损耗，铁心一为减少涡流损耗，铁心一为减少涡流损耗，铁心一为减少涡流损耗，铁心一般由导磁钢片叠合成。般由导磁钢片叠合成。般由导磁钢片叠合成。般由导磁钢片叠合成。变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分：铜损铜损铜损铜损 (P PCuCu)：绕组导线电阻的损耗。绕组导线电阻的损耗。绕组导线电阻的损耗。绕组导线电阻的

23、损耗。涡流损耗：交变磁通在铁芯中产生的感涡流损耗：交变磁通在铁芯中产生的感涡流损耗：交变磁通在铁芯中产生的感涡流损耗：交变磁通在铁芯中产生的感 应电流应电流应电流应电流(涡流涡流涡流涡流)造成的损耗。造成的损耗。造成的损耗。造成的损耗。磁滞损耗：磁滞现象引起铁芯发热，造磁滞损耗：磁滞现象引起铁芯发热，造磁滞损耗：磁滞现象引起铁芯发热，造磁滞损耗：磁滞现象引起铁芯发热，造 成的损耗。成的损耗。成的损耗。成的损耗。铁损铁损铁损铁损(P PFeFe)：变压器的效率为变压器的效率为变压器的效率为变压器的效率为一般一般一般一般 95%,95%,95%,95%,负载为额定负载的负载为额定负载的负载为额定负

24、载的负载为额定负载的(50(50(50(5075)%75)%时，时，时，时，最大。最大。最大。最大。输出功率输出功率输出功率输出功率输入功率输入功率输入功率输入功率【例例例例6.3.6.3.】有一带电阻负载的三相变压器，其额有一带电阻负载的三相变压器，其额有一带电阻负载的三相变压器，其额有一带电阻负载的三相变压器，其额 定数据如下：定数据如下：定数据如下：定数据如下：S SN N=100kVA,=100kVA,U U1N1N=6000V,=6000V,f f=50Hz=50Hz。U U2N2N=U U2020=400V,=400V,绕组连接成绕组连接成绕组连接成绕组连接成 。由试验测得由试验测

25、得由试验测得由试验测得:P PFeFe =600 W=600 W，额定负载时的额定负载时的额定负载时的额定负载时的 P PCuCu =2400W=2400W。试求试求试求试求 (1)(1)变压器的额定电流；变压器的额定电流；变压器的额定电流；变压器的额定电流；(2)(2)满载和半载时的效率。满载和半载时的效率。满载和半载时的效率。满载和半载时的效率。【解】【解】【解】【解】（）额定电流）额定电流）额定电流）额定电流()满载和半载时的效率满载和半载时的效率满载和半载时的效率满载和半载时的效率 当电流流入当电流流入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

26、磁通方或流出）两个线圈时，若产生的磁通方或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入向相同，则两个流入向相同，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。或流出）端称为同极性端。或流出）端称为同极性端。AXax AX Xax一、同极性端一、同极性端一、同极性端一、同极性端 (同名端同名端同名端同名端 )或者说，当铁芯中磁通变化时，在两线圈中产生的或者说，当铁芯中磁通变化时，在两线圈中产生的或者说，当铁芯中磁通变化时，在两线圈中产生的或者说，当铁芯中磁通变化时，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。感应电

27、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+同极性端同极性端同极性端同极性端和绕组的绕和绕组的绕和绕组的绕和绕组的绕向有关。向有关。向有关。向有关。6.3.5 变压器绕组的极性变压器绕组的极性 联接联接 23 变压器原边有两个额定电压为变压器原边有两个额定电压为变压器原边有两个额定电压为变压器原边有两个额定电压为 110V 110V 的绕组：的绕组：的绕组：的绕组：二、线圈的接法二、线圈的接法二、线圈的接法二、线圈的接法1324 1324 联接联接 13，2 4当电源电压为当电源电压为220V时：时：+电源电压为电源电压为110

28、V时：时：问题：问题：问题：问题：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？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：结论：结论：在同极性端不明确时，一定要先测定同在同极性端不明确时，一定要先测定同在同极性端不明确时，一定要先测定同在同极性端不明确时，一定要先测定同 极性端再通电。极性端再通电。极性端再通电。极性端再通电。答：有可能烧毁变压器答：有可能烧毁变压器答：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 很大很大烧毁变压器烧毁变压器烧毁变压器烧毁变压器感应电势感应电势132

29、4 +方法：交流法方法：交流法方法：交流法方法：交流法把两个线圈的任意两端把两个线圈的任意两端把两个线圈的任意两端把两个线圈的任意两端 (X X-x x)连接连接连接连接,然后在然后在然后在然后在 AXAX 上加一低电压上加一低电压上加一低电压上加一低电压 uAX 。测量：测量：若若 说明说明 A 与与 x 或或 X 与与 a 是是同极性端同极性端若若若若 说明说明说明说明 A A 与与与与 a a 或或或或 X X 与与与与 x x 为同极性端为同极性端为同极性端为同极性端 结论：结论：结论：结论：VaAXxV三、三、三、三、同极性端的测定方法同极性端的测定方法同极性端的测定方法同极性端的测定方法+