1、6.3 變壓器,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。,變壓器的主要功能有：,在能量傳輸過程中，當(dāng)輸送功率P =UI cos 及負(fù)載功率因數(shù)cos 一定時(shí)：,電能損耗小,節(jié)省金屬材料（經(jīng)濟(jì)）,一、概述,U I,P = I Rl,I S,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：,變壓器的結(jié)構(gòu),變壓器的磁路,變壓器的電路,變壓器的結(jié)構(gòu),變壓器的分類,二、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。,(1) 空載運(yùn)行情況,1. 電磁關(guān)系,一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)開路。,空載時(shí)，鐵心中主磁通是由一次繞組磁通勢(shì)產(chǎn)生的。,(2) 帶負(fù)載運(yùn)

2、行情況,1. 電磁關(guān)系,一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)接負(fù)載。,有載時(shí)，鐵心中主磁通是由一次、二次繞組磁通勢(shì)共同產(chǎn)生的合成磁通。,2. 電壓變換（設(shè)加正弦交流電壓）,有效值:,同 理：,主磁通按正弦規(guī)律變化，設(shè)為 則,(1) 一次、二次側(cè)主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),根據(jù)KVL：,變壓器一次側(cè)等效電路如圖,由于電阻 R1 和感抗 X1 (或漏磁通)較小,其兩端的電壓也較小,與主磁電動(dòng)勢(shì) E1比較可忽略不計(jì)， 則,(2) 一次、二次側(cè)電壓,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)。,對(duì)二次側(cè)，根據(jù)KVL：,結(jié)論：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。,式中 R2 為二次繞組

3、的電阻; X2=L2 為二次繞組的感抗； 為二次繞組的端電壓。,變壓器空載時(shí):,式中U20為變壓器空載電壓。,故有,三相電壓的變換,(1) 三相變壓器的結(jié)構(gòu),高壓繞組：,U2、 V2 、W2 : 尾端,U1、 V1 、W1 : 首端,低壓繞組：,u1、v1 、w1: 首端,u2、v2 、w2: 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(dòng)力供電系統(tǒng)（井下照明）,高壓、超高壓供電系統(tǒng),常用接法:,1) 三相變壓器Y/Y0聯(lián)結(jié),線電壓之比：,2) 三相變壓器Y0/聯(lián)結(jié),線電壓之比：,3. 電流變換,(一次、二次側(cè)電流關(guān)系),有載運(yùn)行,即：鐵心中主磁

4、通的最大值m在變壓器空載和有載時(shí)基本是恒定的。,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,當(dāng)U1、 f 不變，則 m 基本不變，近于常數(shù)。,空載：,有載：,或,結(jié)論：一次、二次側(cè)電流與匝數(shù)成反比。,或：,1.提供產(chǎn)生m的磁勢(shì),可得磁勢(shì)平衡式：,空載磁勢(shì),有載磁勢(shì),4. 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K 2 倍。,(1) 變壓器的匝數(shù)比應(yīng)為：,解:,例1: 如圖，交流信號(hào)源的電動(dòng)勢(shì) E= 120V，內(nèi)阻 R 0=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(hào)源輸

5、出的功率；（2）當(dāng)將負(fù)載直接與信號(hào)源聯(lián)接時(shí),信號(hào)源輸出多大功率？,信號(hào)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(hào)源上時(shí)，輸出功率為：,1) 變壓器的型號(hào),5.變壓器的銘牌和技術(shù)數(shù)據(jù),2) 額定值,額定電壓 U1N、U2N 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,額定電流 I1N、I2N 變壓器滿載運(yùn)行時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許的電流值。,額定容量 SN 傳送功率的最大能力。,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

6、的關(guān)系(單相),效率,變壓器運(yùn)行時(shí)的功率取決于負(fù)載的性質(zhì),2) 額定值,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。,1. 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(dòng)勢(shì)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)。,三、變壓器繞組的極性,聯(lián)接 23,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,聯(lián)接 13， 2 4,當(dāng)電源電壓為220V時(shí)：,電源電壓為110V時(shí)：,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

7、先測(cè)定同極性 端再通電。,答：有可能燒毀變壓器,+,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(cè)量：,若 說明 A 與 x 或 X 與 a 是同極性端.,3. 同極性端的測(cè)定方法,方法二：直流法,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：,如果當(dāng) S 閉合時(shí)，電流表反偏，則 A-x 為同極性端。,使用時(shí)，改變滑動(dòng)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(duì)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(huì)迅速增加。,四、特殊變壓器,1.自耦變壓器,二次側(cè)

8、不能短路， 以防產(chǎn)生過流； 2. 鐵心、低壓繞組的 一端接地，以防在 絕緣損壞時(shí)，在二次側(cè)出現(xiàn)高壓。,使用注意事項(xiàng)：,被測(cè)電壓=電壓表讀數(shù) N1/N2,2.電壓互感器,實(shí)現(xiàn)用低量程的電壓表測(cè)量高電壓,被測(cè)電流=電流表讀數(shù) N2/N1,二次側(cè)不能開路， 以防產(chǎn)生高電壓； 2. 鐵心、低壓繞組的 一端接地，以防在 絕緣損壞時(shí)，在二次側(cè)出現(xiàn)過壓。,使用注意事項(xiàng)：,3.電流互感器,實(shí)現(xiàn)用低量程的電流表測(cè)量大電流,6.4 電磁鐵,1. 概述,電磁鐵是利用通電的鐵心線圈吸引銜鐵或保持某種機(jī)械零件、工件于固定位置的一種電器。當(dāng)電源斷開時(shí)電磁鐵的磁性消失，銜鐵或其它零件即被釋放。電磁鐵銜鐵的動(dòng)作可使其它機(jī)械裝

9、置發(fā)生聯(lián)動(dòng)。,根據(jù)使用電源類型分為：,直流電磁鐵：用直流電源勵(lì)磁；,交流電磁鐵：用交流電源勵(lì)磁。,2. 基本結(jié)構(gòu),電磁鐵由線圈、鐵心及銜鐵三部分組成，常見的結(jié)構(gòu)如圖所示。,鐵心,銜鐵,銜鐵,有時(shí)是機(jī)械零件 、工件充當(dāng)銜鐵,線圈,線圈,銜鐵,鐵心,線圈,鐵心,3.電磁鐵吸力的計(jì)算,電磁鐵吸力的大小與氣隙的截面積S0及氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0的平方成正比。基本公式如下：,式中： B0 的單位是特斯拉； S0 的單位是平方米； F 的單位是牛頓（N）。,直流電磁鐵的吸力,直流電磁鐵的吸力依據(jù)上述基本公式直接求取。,交流電磁鐵的吸力,交流電磁鐵中磁場(chǎng)是交變的，設(shè),則吸力瞬時(shí)值為:,式中：,為吸力的最大值

10、。,吸力的波形:,吸力平均值為:,O,(1) 交流電磁鐵的吸力在零與最大值之間脈動(dòng)。銜鐵以兩倍電源頻率在顫動(dòng)，引起噪音，同時(shí)觸點(diǎn)容易損壞。為了消除這種現(xiàn)象，在磁極的部分端面上套一個(gè)分磁環(huán)（或稱短路環(huán)），工作時(shí)，在分磁環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，其阻礙磁通的變化，在磁極端面兩部分中的磁通 1 和 2 之間產(chǎn)生相位差，相應(yīng)該兩部分的吸力不同時(shí)為零，實(shí)現(xiàn)消除振動(dòng)和噪音，如圖所示；而直流電磁鐵吸力恒定不變；,綜合上述：,(2) 交流電磁鐵中,為了減少鐵損，鐵心由鋼片疊 成；直流電磁鐵的磁通不變，無鐵損，鐵心用整塊軟 鋼制成；,(4) 直流電磁鐵的勵(lì)磁電流僅與線圈電阻有關(guān)，在吸合過程中，勵(lì)磁電流不變。,(3) 在交流電磁鐵中，線圈電流不僅與線圈電阻有關(guān)，主要的還與線圈感抗有關(guān)。在其吸合過程中，隨著磁路氣隙的減小，線圈感抗增大，電流減小。如果銜鐵被卡住，通電后銜鐵吸合不上，線圈感抗一直很小，電流較大，將使線圈嚴(yán)重發(fā)熱甚至燒毀；,4. 電磁鐵的應(yīng)用,電磁鐵在生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用。其主要應(yīng)用原理是：用電磁鐵