(6.2)--第4章变压器与电动机第2节.pdf

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1、变压器的基本结构与电压变换 现代化生产和生活离不开电，在电能的传输、转换中离不开变压器。变压器是一种静止的电器，它通过线圈间的电磁感应作用，可以把一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能。变压器按用途可分为 输配电用的电力变压器 升压变压器 降压变压器 供特殊电源用的特种变压器 电焊变压器 整流变压器 电炉变压器 供测量用的仪用变压器 电流互感器 电压互感器 调压器（自耦变压器）用于电子电路的阻抗变换器 配电变压器 电流互感器 阻抗变换器 一、变压器的基本结构 二、变压器的电压变换 变压器的主要功能 1.电压变换 3.阻抗变换 2.电流变换 一、变压器的基本结构 变压器虽然

2、种类很多，形状各异，但其基本结构是相同的，主要部件是铁心和高、低压绕组(线圈)。心式铁心 壳式铁心(1)硅钢片(3)叠铁(4)叠好的铁心(2)切铁 铁心制作流程(1)原材料：纸包线 漆包线等(2)绕制线圈(3)绕制好的线圈(4)器身 铁心 线圈制作流程 二、变压器的工作原理 以单相变压器为例。为了分析方便，将高压绕组和低压绕组分别画在两边。接交流电源的绕组称为原边绕组（又称原边或一次绕组）；接负载的绕组称为副边绕组（又称副边或二次绕组）。原边变量的下标用“1”，副边变量的下标用“2”。+i1 e1 u1-e2+-u2 i2 N1 N2+-1.电压变换 变压器空载运行时（副边绕组开路，不接负载）

3、，原边绕组中的电流称为空载电流或励磁电流，用i0表示。忽略原边绕组的电阻及漏磁通的影响，有 ue11 ue202对于副边绕组有+i0 u1-+-u20 N1 N2+-e1 e2+-上两式用相量表示为 UE11 UEfN 4.44111m UE202 UEfN 4.442022m1201212 UUEENNKK称为变压器的变比 通过交流铁心线圈的学习，可知 改变匝数可以改变变压器的输出电压。当变压器副边绕组接有负载时，在e2的作用下，副边绕组中就会产生电流i2，当忽略副边绕组的电阻和漏磁通的影响时，副边电压u2近似为e2，则可近似为 1212 UUNNKK1为降压变压器为降压变压器 K1为升压变

4、压器为升压变压器+i1 u1-+-u2 i2 N1 N2+-e1 e2+-ZL 2.掌握变压器的电压变换 1.了解变压器的基本结构 升压变压器 降压变压器 1212 UUNNK变压器的电流变换与阻抗变换 变压器的主要功能 1.电压变换 3.阻抗变换 2.电流变换 接负载时 UfN 4.4411m i Ni Ni N112201当U1和f 不变时，m也基本不变。i0N1 m(i1N1+i2N2)m 空载时 则 2.电流变换+i1 u1-+-u2 i2 N1 N2+-e1 e2+-ZL I NI NI N112201 IINNI10212产生主磁通 抵消i2产生的磁通，保持主磁通不变。I0 NNI

5、212I1原边电流随副边电流的变化而变化。+i1 u1-+-u2 i2 N1 N2+-e1 e2+-ZL 变压器接近满载（额定负载）时，空载电流i0很小，可忽略不计。I NI N1122 12211IINNK I NI N1122所以 3.阻抗变换 例 交流信号源的US=80V，内阻 RS=400，负载电阻RL=4。负载直接接在信号源上，求信号源的输出功率。+RL USRS I SSLIURR.8040040 198 A信号源的输出功率 LPI R(.).220 19840 16 WPI RS 22(0.198)40015.68 W内阻消耗的功率 RL0.16W I1变压器的阻抗变换 阻抗匹配

6、 喇叭 输出变压器 变压器的电流变换 12211IINNK ZK ZL2L变压器的铭牌与运行特性 1.变压器的铭牌 为了正确合理地使用变压器，必须了解变压器的有关技术指标或额定值，它们通常标在其铭牌上。2.变压器的运行特性 变压器的运行特性主要有外特性和效率特性，主要指标是电压调整率和效率。变压器铭牌 1.变压器的铭牌(1)额定容量：指输出的额定视在功率。单相变压器 SUIUINNNNN 2211kV A三相变压器 SUIUINNNNN 221133kV A(2)额定频率：指电源的工作频率。我国的工业用电频率是50 Hz。1.变压器的铭牌 一次侧额定电压U1N，指正常情况下一次绕组应当施加的电

7、压。二次侧额定电压U2N，指一次侧为额定电压U1N时二次侧的空载电压。(3)额定电压：指变压器长时间运行时所能承受的工作电压。在三相变压器中，额定电压指的是线电压。变压器铭牌 1.变压器的铭牌(4)额定电流：指变压器在额定容量下，允许长期通过的电流。在三相变压器中，额定电流指的是线电流。例 变压器额定容量为10kV A，电压为6600/220V，试求：(1)原、副边的额定电流；(2)若负载为220V、100W的灯泡，满载时能接多少个？(3)若负载为220V、100W、cos=0.8的小型异步电动机，满载时能接多少台？N1 N2 解：(1)原、副边的额定电流分别为 NNNISU.11310 10

8、66001 52A NNNISU.22310 1022045 5AN1 N2 i1N i2N SUIUINNNNN 2211kV A10kV A 6600/220V(3)电动机电动机NNPP.1310 100 810080(2)灯泡灯泡NNPP 1310 10100100N1 N2 N1 N2 cos=0.8 cos=1 220V 100W 220V 100W 2.变压器的运行特性（1）变压器的外特性和电压调整率（2）变压器的损耗和效率 变压器的外特性曲线 cos 21 U2 I2 U20 I2N cos 2=1 O U2（1）变压器的外特性和电压调整率 变压器的外特性 在电源电压U1和负载功

9、率因数cos 2不变的条件下，副边电压U2随负载电流I2变化的规律曲线，称为变压器的外特性。电压调整率 UUUU 20220%100%电压调整率反映了变压器运行时输出电压的稳定性。一般电力变压器的电压调整率约在5%左右。（1）变压器的外特性和电压调整率 电压调整率是指变压器原边加额定电压U1N，副边空载电压U20与带负载后在某一功率因数下负载流过额定电流I2N时的电压U2之差与副边空载电压U20的比值。（2）变压器的损耗与效率 变压器的功率损耗有铜损和铁损。铜损主要由原、副绕组中的电阻R1和R2产生，与负载电流的平方成正比，因此把铜损称为“可变损耗”。铁损由磁滞损耗和涡流损耗构成，与原边外加电

10、压、铁心材料有关，而与负载电流大小无关。当电源电压一定时，铁损基本不变，因此把铁损称为“不变损耗”。变压器的效率是变压器的输出功率P2与对应的输入功率P1的比值。PPPPPP 2122CuFe100%100%变压器没有旋转部件，因此在能量传递过程中没有机械损耗，其效率比旋转电机高，一般中、小型电力变压器效率在95%以上，大型电力变压器效率可达99%。铭牌 1.了解变压器的主要技术指标 额定电压、额定电流、额定容量等 2.了解变压器的运行特性 变压器的外特性曲线、电压调整率、效率等 特殊变压器 1.自耦变压器 2.电流互感器 3.电压互感器 仪用互感器 1.自耦变压器 121212211UUNN

11、KIINNK自耦变压器的特点是二次绕组是一次绕组的一部分。因此一、二次绕组之间不仅有磁的联系，还有电的联系。实验室中常采用二次绕组有滑动接触的自耦变压器作调压器。使用注意事项：自耦变压器在接线前和使用后，应将旋转手柄转到“0”位。+-U1+-U2N1 N2 I1I2RL 旋转手柄 2.电流互感器 3.电压互感器 仪用互感器 使用仪用互感器的目的：(1)为了工作人员的安全，使测量回路与高压电网隔离。(2)可以使用小量程的电流表、电压表分别测量大电流和高电压。(3)统一电流表、电压表的量程，减少备用仪表的规格型号。互感器的规格各种各样，但电流互感器副边额定电流都是5A或1A，电压互感器副边额定电压

12、都是100V。2.电流互感器 A RL i1 i2 电流互感器原理图 i1 N1 N2 结构特点：一次绕组匝数很少，一般只有一匝或几匝，二次绕组匝数很多。一次绕组串在被测量的大电流线路中，二次绕组接电流表或功率表的电流线圈。由于电流表的阻抗很小，电流互感器工作时相当于变压器的短路运行状态。A RL i1 i2 电流互感器原理图 i1 N1 N2 iINNIKIK I1121222电路符号 变流比 2.电流互感器 2.电流互感器 使用注意事项：(1)二次绕组不允许开路。原因一：铁心磁通大大增加，引起铁心严重过热。原因二：将在二次绕组感应出高电压。因此严禁在电流互感器的二次回路中安装熔断器；运行中

13、需要更换测量仪表时，应先把二次绕组短路后才能更换仪表。使用注意事项：(2)二次绕组及铁心必须可靠接地 二次绕组及铁心必须可靠接地，以防止绝缘击穿后，一次绕组高电压危及二次绕组的设备和操作人员的安全。2.电流互感器 3.电压互感器 V N1 N2 +-U1+-U2被测电压 结构特点：电压互感器原理图 一次绕组匝数很多，二次绕组匝数少。一次绕组并接到被测量的高电压线路上，二次绕组接电压表或功率表的电压线圈。由于电压表的阻抗很大，电压互感器工作时相当于降压变压器的空载运行状态。3.电压互感器 V N1 N2 +-U1+-U2被测电压 电压互感器原理图 电路符号 A X a x uKUUNN1212电压变比 3.电压互感器 使用注意事项：(1)二次绕组严禁短路 如果二次绕组短路，将产生很大的短路电流，绕组将因过热而烧毁。为防止二次绕组短路，电压互感器一次、二次绕组中应串接熔断器。(2)二次绕组及铁心必须可靠接地 二次绕组及铁心必须可靠接地，以防止绝缘损坏时，一次绕组高电压侵入二次绕组，危及操作人员和设备的安全。1.自耦变压器 2.电流互感器 3.电压互感器 1.了解每种变压器的用途 2.了解每种变压器的结构特点 3.了解每种变压器的注意事项