電工技術(shù)第2篇電工技術(shù)

變壓器是一種常見的靜止電氣設(shè)備，它利用電磁感應(yīng)原理，將某一數(shù)值的交變電壓變換為同頻率的另一數(shù)值的交變電壓。廣泛應(yīng)用于輸配電系統(tǒng)，電氣控制領(lǐng)域、電子技術(shù)領(lǐng)域，測試技術(shù)領(lǐng)域以及焊接技術(shù)領(lǐng)域等等。變壓器第6章第2篇電工技術(shù)

第6章變壓器

6.1變壓器的種類與基本結(jié)構(gòu)6.2變壓器的工作原理6.3變壓器的運(yùn)行特性和使用6.4變壓器應(yīng)用第2篇電工技術(shù)變壓器的工作原理及外特性變壓器的工作原理第6章變壓器變壓器的結(jié)構(gòu)及其工作原理，變壓器的特性和應(yīng)用主要內(nèi)容：重點(diǎn)內(nèi)容：難點(diǎn)內(nèi)容：

變壓器是一種常見的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應(yīng)用廣泛。變電壓：電力系統(tǒng)

變阻抗：電子線路中的阻抗匹配變電流：電流互感器

變壓器的主要功能有：6.1變壓器的種類與基本結(jié)構(gòu)

電力工業(yè)中常采用高壓輸電低壓配電，實(shí)現(xiàn)節(jié)能并保證用電安全。具體如下：

發(fā)電廠10.5kV輸電線220kV升壓儀器36V降壓…實(shí)驗(yàn)室380/220V降壓變電站

10kV降壓降壓6.1變壓器的種類與基本結(jié)構(gòu)變壓器的種類按相數(shù)分單相變壓器三相變壓器多相變壓器按鐵心結(jié)構(gòu)分疊片式鐵心卷制式鐵心非晶合金鐵心變壓器符號T按用途分電力變壓器儀用變壓器整流變壓器特殊變壓器控制變壓器按繞組分單相變壓器三相變壓器多繞組變壓器自耦變壓器按冷卻方式分干式、油浸等6.1變壓器的種類與基本結(jié)構(gòu)

心式變壓器鐵心繞組

殼式變壓器鐵心繞組變壓器的基本結(jié)構(gòu)6.1變壓器的種類與基本結(jié)構(gòu)變壓器的型號變壓器的銘牌和技術(shù)數(shù)據(jù)SJL1000/10

變壓器額定容量(kVA)

鋁線圈

冷卻方式J:油浸自冷式F:風(fēng)冷式相數(shù)S:三相D:單相

高壓繞組的額定電壓(kV)

6.1變壓器的種類與基本結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu)繞組：一次繞組二次繞組單相變壓器+–+–由高導(dǎo)磁硅鋼片疊成厚0.35mm或0.5mm變壓器的磁路鐵心變壓器的電路一次繞組N1二次繞組N2鐵心（一次側(cè)、原邊）（二次側(cè)、副邊）目前：0.1mm或mm0.2硅鋼帶6.2變壓器的工作原理

一次、二次繞組互不相連，能量的傳遞靠磁耦合。

當(dāng)一次繞組上加交變電壓U1，一次繞組中有交流電，鐵芯中便產(chǎn)生交變磁通，這個(gè)交變磁通穿過一次繞組和次繞組，在一次繞組和二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。如果次繞組電路是閉合的，在二次繞組中就產(chǎn)生交變電流，它在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通，這個(gè)交變磁通也穿過一次繞組和二次組，在一次繞組和二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。

6.2變壓器的工作原理6.2.1功率傳輸P1：一次電源輸出功率即變壓器的輸入功率。P2變壓器的輸出功率即傳遞給負(fù)載。通常變壓器傳輸電能過程有銅損和鐵損，降低銅損和鐵損，變壓器的輸出功率會大大增加。即6.2變壓器的工作原理空載運(yùn)行情況6.2.2電壓變換

一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)開路。1）由磁路分析得到電磁關(guān)系式i0(i0N1)0100空載時(shí)，鐵心中主磁通是由一次繞組磁通勢產(chǎn)生的。0+–+–+–+–+–10006.2變壓器的工作原理（設(shè)加正弦交流電壓）(1)一次、二次側(cè)主磁通感應(yīng)電動勢主磁通按正弦規(guī)律變化，設(shè)為，則有效值：同理：6.2變壓器的工作原理變壓器一次側(cè)等效電路如圖R1和X1(或漏磁通)較小,與主磁電動勢E1比較可忽略不計(jì)，則–––+++(2)從電路分析得到電壓電流關(guān)系式式中R1為一次側(cè)繞組的電阻;

X1=L1為一次側(cè)繞組的感抗(漏磁感抗，由漏磁產(chǎn)生)。6.2變壓器的工作原理（匝比）K為變比對二次側(cè)，根據(jù)KVL：結(jié)論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出電壓。

為二次繞組的端電壓。變壓器空載時(shí):+–u2+–+–+–i1i2+–e2+–e2故有6.2變壓器的工作原理負(fù)載運(yùn)行2.電流變換一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)接負(fù)載。+–+–+–1i12i2+–e2+–e2+–u2Z1i1(i1N1)i2(i2N2)

26.2變壓器的工作原理

磁路的歐姆定律磁路的歐姆定律是分析磁路的基本定律

環(huán)形線圈如圖，其中媒質(zhì)是均勻的，磁導(dǎo)率為，試計(jì)算線圈內(nèi)部的磁通。解：根據(jù)全電流定律，有設(shè)磁路的平均長度為l，則有1)引例SxHxIN匝6.2變壓器的工作原理式中：F=NI

為磁通勢，由其產(chǎn)生磁通；

Rm

稱為磁阻，表示磁路對磁通的阻礙作用；

l為磁路的平均長度；

S

為磁路的截面積。2)磁路的歐姆定律

若某磁路的磁通為，磁通勢為F

，磁阻為Rm，則即有：此即磁路的歐姆定律。6.2變壓器的工作原理有載運(yùn)行

可見，鐵心中主磁通的最大值m在變壓器空載和有載時(shí)近似保持不變。即有

不論變壓器空載還是有載，一次繞組上的阻抗壓降均可忽略，故有由上式，若U1、f不變，則m基本不變，近于常數(shù)。空載：有載：+–|Z|+–+–+–6.2變壓器的工作原理一般情況下：I0(2~3)%I1N很小可忽略。或結(jié)論：一次、二次側(cè)電流與匝數(shù)成反比?；颍?.提供產(chǎn)生m的磁勢2.提供用于補(bǔ)償作用的磁勢磁勢平衡式：空載磁勢有載磁勢6.2變壓器的工作原理負(fù)載時(shí),變壓器仍具有電壓變換的作用6.2變壓器的工作原理3.阻抗變換由圖可知：

結(jié)論：變壓器一次側(cè)的等效阻抗模，為二次側(cè)所帶負(fù)載的阻抗模的K2倍。+–+–+–6.2變壓器的工作原理(1)

變壓器的匝數(shù)比應(yīng)為：信號源R0RL+–R0+–+–解:例1:

如圖，交流信號源的電動勢E=120V，內(nèi)阻R0=800，負(fù)載為揚(yáng)聲器，其等效電阻為RL=8。要求:（1）當(dāng)RL折算到原邊的等效電阻時(shí)，求變壓器的匝數(shù)比和信號源輸出的功率；（2）當(dāng)將負(fù)載直接與信號源聯(lián)接時(shí),信號源輸出多大功率？6.2變壓器的工作原理信號源的輸出功率：電子線路中，常利用阻抗匹配實(shí)現(xiàn)最大輸出功率。結(jié)論：接入變壓器以后，輸出功率大大提高。原因：滿足了最大功率輸出的條件：（2）將負(fù)載直接接到信號源上時(shí)，輸出功率為：6.2變壓器的工作原理復(fù)習(xí)2、變壓器的功能有哪些？3、變壓器有哪兩種運(yùn)行方式？在此運(yùn)行方式下，變壓器主磁通有何種聯(lián)系？1、變壓器的電與磁有何關(guān)系？6.2變壓器的工作原理6.3變壓器的運(yùn)行特性和使用1.變壓器的外特性和電壓調(diào)整變壓器的外特性:當(dāng)一次側(cè)電壓U1和負(fù)載功率因數(shù)cos2保持不變時(shí)，二次側(cè)輸出電壓U2和輸出電流I2的關(guān)系，U2=f(I2)。U20：一次側(cè)加額定電壓、二次側(cè)開路時(shí)，二次側(cè)的輸出電壓。cos2=0.8(感性）U2I2U20I2Ncos2=1O1.變壓器的外特性和電壓調(diào)整

一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨I2的變化，U2

變化不大），電壓變化率約在5%左右。電壓調(diào)整率：cos2=0.8(感性）U2I2U20I2Ncos2=1O6.3變壓器的運(yùn)行特性和使用2.變壓器的效率()變壓器的損耗包括兩部分：銅損(PCu)：繞組導(dǎo)線電阻的損耗。渦流損耗：交變磁通在鐵心中產(chǎn)生的感

應(yīng)電流(渦流)造成的損耗。磁滯損耗：磁滯現(xiàn)象引起鐵心發(fā)熱，造

成的損耗。

鐵損(PFe)：變壓器的效率為一般95%,負(fù)載為額定負(fù)載的(50~75)%時(shí)，最大。輸出功率輸入功率6.3變壓器的運(yùn)行特性和使用3額定值額定電壓U1N、U2N(絕緣強(qiáng)度和溫升）變壓器二次側(cè)開路（空載）時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許的電壓值單相：U1N，一次側(cè)電壓，

U2N，二次側(cè)空載時(shí)的電壓三相：U1N、U2N，一次、二次側(cè)的線電壓額定電流I1N、I2N

（絕緣材料的溫度）變壓器滿載運(yùn)行時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許的電流值。單相：一次、二次側(cè)繞組允許的電流值三相：一次、二次側(cè)繞組線電流6.3變壓器的運(yùn)行特性和使用

額定容量

SN

傳送功率的最大能力。單相：三相：容量SN

輸出功率P2

一次側(cè)輸入功率P1

輸出功率P2注意：變壓器幾個(gè)功率的關(guān)系（單相）效率容量：一次側(cè)輸入功率：輸出功率：變壓器運(yùn)行時(shí)的功率取決于負(fù)載的性質(zhì)6.3變壓器的運(yùn)行特性和使用例：一臺單相變壓器SN=180VA，其額定電壓為6000/230V，變壓器的鐵損為0.5kW，滿載時(shí)銅損為2kW，如變壓器在滿載情況下向cosφ=0.85的負(fù)載供電，U2=220V。試求：1）變壓器的效率？2）這臺變壓器能否允許接入120kW、cosφ=0.55的感性負(fù)載？解：1）6.3變壓器的運(yùn)行特性和使用電壓調(diào)整率2）若I2≤I2N，則可接入該負(fù)載I2＞I2N，不可接入該負(fù)載6.3變壓器的運(yùn)行特性和使用三相電壓的變換ABCXYZabczyx1)三相變壓器的結(jié)構(gòu)高壓繞組：A-XB-YC-ZX、Y、Z：尾端A、B、C：首端低壓繞組：a-xb-y

c-za、b、c：首端x、y、z：尾端2)三相變壓器的聯(lián)結(jié)方式聯(lián)結(jié)方式：高壓繞組接法低壓繞組接法三相配電變壓器動力供電系統(tǒng)（井下照明）高壓、超高壓供電系統(tǒng)常用接法:6.3變壓器的運(yùn)行特性和使用（1）三相變壓器Y/Y0聯(lián)結(jié)線電壓之比：ACBbca+–+–+–+–6.3變壓器的運(yùn)行特性和使用（2）三相變壓器Y0/聯(lián)結(jié)線電壓之比：ACBabc+–+–+–6.3變壓器的運(yùn)行特性和使用

當(dāng)電流流入(或流出）兩個(gè)線圈時(shí)，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個(gè)流入(或流出）端稱為同極性端。??AXax?AXax1)同極性端(同名端)

或者說，當(dāng)鐵心中磁通變化時(shí)，在兩線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢極性相同的兩端為同極性端。

同極性端用“?”表示。增加+–+++–––

同極性端和繞組的繞向有關(guān)。4.變壓器繞組的極性?6.3變壓器的運(yùn)行特性和使用聯(lián)接

2－3

變壓器原一次側(cè)有兩個(gè)額定電壓為110V的繞組：2)線圈的接法??1324??1324

聯(lián)接

1－3，2－4當(dāng)電源電壓為220V時(shí)：+–+–電源電壓為110V時(shí)：6.3變壓器的運(yùn)行特性和使用問題：如果兩繞組的極性端接錯(cuò)，結(jié)果如何？結(jié)論：在同極性端不明確時(shí)，一定要先測定同極性端再通電。答：有可能燒毀變壓器兩個(gè)線圈中的磁通抵消原因：電流很大燒毀變壓器感應(yīng)電勢??1324’+–6.3變壓器的運(yùn)行特性和使用方法一：交流法把兩個(gè)線圈的任意兩端(X-x)連接,然后在AX上加一低電壓uAX

。測量：

若說明A與x

或X與a

是同極性端.若

說明A與a或X與x

為同極性端。

結(jié)論：VaAXxV3)同極性端的測定方法+–6.3變壓器的運(yùn)行特性和使用方法二：直流法設(shè)S閉合時(shí)增加。感應(yīng)電動勢的方向，阻止的增加。

如果當(dāng)S閉合時(shí)，電流表正偏，則A-a為同極性端;結(jié)論：Xx電流表+_Aa+–S

如果當(dāng)S閉合時(shí)，電流表反偏，則A-x為同極性端。??AXax+_S+–6.3變壓器的運(yùn)行特性和使用6.4變壓器應(yīng)用1.自耦變壓器+AXP+––ax+–+–自耦變壓器原、副邊有磁的耦合，還有電的直接聯(lián)系電壓變換作用

使用時(shí)，改變滑動端的位置，便可得到不同的輸出電壓。實(shí)驗(yàn)室中用的調(diào)壓器就是根據(jù)此原理制作的。注意：一次、二次側(cè)千萬不能對調(diào)使用，以防變壓器損壞。因?yàn)镹變小時(shí)，磁通增大，電流會迅速