第7章 變壓器

1、（上）（上）返回返回教師：朱成杰7.1 7.1 變壓器的結構和工作原理變壓器的結構和工作原理7.2 7.2 變壓器的外特性與效率變壓器的外特性與效率7.4 7.4 特殊變壓器特殊變壓器 7.3 7.3 變壓器繞組的極性變壓器繞組的極性返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁第第7 7章章 變壓器變壓器基本要求：基本要求：1. 了解變壓器的基本結構、工作原理、運行了解變壓器的基本結構、工作原理、運行 特性和繞組的同極性端，理解變壓器額定特性和繞組的同極性端，理解變壓器額定 值的意義。值的意義。2. 掌握變壓器電壓、電流和阻抗變換原理。掌握變壓器電壓、電流和阻抗變換原理。3. 熟悉三相電壓的變換方法和原、

2、副繞組熟悉三相電壓的變換方法和原、副繞組 常用的連接方式。常用的連接方式。返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁第第7 7章章 變壓器變壓器概述概述: 變壓器是一種常見的電器設備，在電力變壓器是一種常見的電器設備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應用廣泛。系統(tǒng)和電子線路中應用廣泛。變電壓：變電壓：電力系統(tǒng)電力系統(tǒng) 變阻抗：變阻抗：電子電路中的阻抗匹配電子電路中的阻抗匹配 （如輸出變壓器）（如輸出變壓器） 變電流：變電流：電流互感器電流互感器 變壓器功能：變壓器功能：在能量傳輸過程中，在能量傳輸過程中， 當輸送功率當輸送功率cosUIP 及負載功率因數(shù)及負載功率因數(shù) 一定時：一定時：cos返回返回后一頁后一頁前

3、一頁前一頁電力工業(yè)中常采用電力工業(yè)中常采用高壓輸電高壓輸電低壓配電低壓配電（保證用電安全）。（保證用電安全）。lrIP2（電能損耗小）（電能損耗?。㊣U SI 如下圖：如下圖：升壓升壓 發(fā)電廠發(fā)電廠1.05萬伏萬伏輸電線輸電線22萬伏萬伏儀器儀器36伏伏降壓降壓降壓降壓實驗室實驗室380 / 220伏伏變電站變電站 1萬伏萬伏降壓降壓降壓降壓節(jié)省金屬材料節(jié)省金屬材料 （經(jīng)濟）（經(jīng)濟）返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁7.1 7.1 變壓器的結構和工作原理變壓器的結構和工作原理1. 結構結構原邊原邊繞組繞組副邊副邊繞組繞組N1N2作用：構成磁路作用：構成磁路繞組：繞組：原邊繞組原邊繞組副邊繞組副邊

4、繞組由高導磁硅鋼片疊成由高導磁硅鋼片疊成厚厚0.35mm 或或 0.5mm鐵芯鐵芯鐵芯鐵芯單相變壓器單相變壓器返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁1u2uZ1i2i+2. 分類分類電壓互感器電壓互感器 電流互感器電流互感器 按用途分按用途分電力變壓器電力變壓器儀用變壓器儀用變壓器 整流變壓器整流變壓器 按相數(shù)分按相數(shù)分三相變壓器三相變壓器 單相變壓器單相變壓器 按制造方式按制造方式殼式殼式芯式芯式一、變壓器的結構和分類一、變壓器的結構和分類返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁(輸配電用輸配電用)二、變壓器的工作原理二、變壓器的工作原理返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁1u2uZ1i2i+ 原、副繞組互不

5、相連，原、副繞組互不相連，能量的傳遞靠磁耦合。能量的傳遞靠磁耦合。變壓器符號：變壓器符號：1.原邊接交流電源，副邊開路。原邊接交流電源，副邊開路。1u接交流電源接交流電源10Ni1tSinm（主磁通（主磁通)磁勢磁勢1(漏磁通漏磁通,很小可忽略很小可忽略)dtdNe22 11dtdNe交變交變（空載電流）（空載電流）i1 = i0 空載運行空載運行：返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁0i1u1N2N02i+20u+2e+1e+1e+)(111tSindtdNdtdNemtCosNm1)90(01tSinEm正方向：正方向： 與電流正方向相同，或與與電流正方向相同，或與 成右手螺旋。成右手螺旋。同

6、理：同理：)90(022tSinEem222111mmfNEE1144.4NfEm2244.4NfEm有效值有效值:正方向：正方向：與與 成右手螺旋。成右手螺旋。返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁.由由KVL定律：定律：11101 EERIU 變壓器原邊等效電路變壓器原邊等效電路1111EUEUKNNEEUU212121內阻內阻R1及漏磁通及漏磁通 很小很小,略其影響略其影響1后一頁后一頁前一頁前一頁1E1R0I1U1aE+11444Nf.Um 1u0i2e1e1N2N02i20u+1e+變壓器空載時變壓器空載時:2022,0UEI結論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出電壓。結論：改變匝數(shù)比，就能改變輸

7、出電壓。返回返回（匝比）（匝比）K為為變比變比跳轉跳轉ABCXYZabczyx高壓繞組：高壓繞組：A-X B-Y C-Z低壓繞組：低壓繞組：a-x b-y c-zX、Y 、Z ：尾端：尾端A、B、C ：首端：首端ac b、：首端首端xzy、：尾端尾端返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁/000YYYYYYYY、：/00YYYY、:/0YY三相配電變壓器三相配電變壓器:/ Y動力供電系統(tǒng)（井下照明）動力供電系統(tǒng)（井下照明）:/0 Y高壓、超高壓供電系統(tǒng)高壓、超高壓供電系統(tǒng)低壓繞組接法低壓繞組接法高壓繞組接法高壓繞組接法返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁（1）三相變壓器）三相變壓器Y/Y0聯(lián)接聯(lián)接線電壓

8、之比：線電壓之比：KUUUUUUUUPPPP2121221133)()(返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁A31UCB1UKU31bKUU12 ca+（2）三相變壓器）三相變壓器Y0/ 聯(lián)接聯(lián)接線電壓之比：線電壓之比：KUUUUUUPPPP333212121 返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁aCA31UB1UKUU312 bc+(原副邊電流關系原副邊電流關系)有載運行有載運行2222ZUIZ1u2e1i1e1N2NZ2i+1u 1 11dtdNei0 ( i0N1) 1edtdNe22 i1 ( i1N1) i2 ( i2N2) 2e2結論：有載時，鐵心中的主磁通結論：有載時，鐵心中的主磁通 是

9、是由由原、副繞組磁勢共同產(chǎn)生的合成磁通。原、副繞組磁勢共同產(chǎn)生的合成磁通。后一頁后一頁前一頁前一頁返回返回2. 電流變換電流變換(原副邊電流關系原副邊電流關系)負載運行負載運行2222ZUIZ 結論：結論：鐵心鐵心中主磁通的中主磁通的最大值最大值 m在在變壓器空載變壓器空載和有載時近和有載時近似保持不變。似保持不變。1u2e1i1e1N2N2i+Z返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁11144. 4NfEUm即：有載：有載：mNiNi2211 不論變壓器空載還是有載，不論變壓器空載還是有載，原繞組上的阻抗壓降均可忽略。原繞組上的阻抗壓降均可忽略。若若U1、 f 不變，則不變，則 m 基本不變基本不

10、變前一頁前一頁一般情況下：一般情況下：I0 (23)%I1N 很小可略。很小可略。2211NINI KNNII112212211NiNi或：或：2211NINI結論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比。結論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比?；颍夯颍?21011NiNiNi1.提供產(chǎn)生提供產(chǎn)生 m的磁勢的磁勢2.提供用于補償提供用于補償 作用作用 的磁勢的磁勢22Ni磁勢平衡式：磁勢平衡式：102211NiNiNi有載磁勢有載磁勢空載磁勢空載磁勢返回返回后一頁后一頁有載時，鐵有載時，鐵心中的主磁心中的主磁通通 是是由原、由原、副繞組磁勢副繞組磁勢共同產(chǎn)生的共同產(chǎn)生的合成磁通。合成磁通。跳轉跳轉結論：結論： 變壓

11、器原邊的等效負載，為副邊所帶負變壓器原邊的等效負載，為副邊所帶負 載的載的 K 2 倍。倍。 3. 阻抗變換：阻抗變換：由圖可知：由圖可知：22IUZ 11IUZ ZKIUKKIKUIUZ22222211 ZKZ2 后一頁后一頁前一頁前一頁1U2U1I2IZ+1U1IZ +返回返回跳轉跳轉信號源信號源設：設：信號電壓的有效值信號電壓的有效值:U1= 120V信號內阻：信號內阻： Rs=800 ;負載為揚聲器，其負載為揚聲器，其等效電阻：等效電阻：RL=8 。求：負載上得到的功率求：負載上得到的功率W)(176. 08880012022LLSRRRUpL阻抗變換舉例阻抗變換舉例解：解：1）負載直

12、接接到信號源上）負載直接接到信號源上，輸出功率為：，輸出功率為：返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁i1uRsRL+2）負載通過變壓器接到信號源上負載通過變壓器接到信號源上輸出功率：輸出功率：W5 . 48008008005022LLSLRRRUp設變比設變比 1021NNK0088102LR則：則：電子線路中，常利用阻抗匹配獲得較大的輸出功率電子線路中，常利用阻抗匹配獲得較大的輸出功率結論：接入變壓器以后，輸出功率大大提高。結論：接入變壓器以后，輸出功率大大提高。SLRR 原因：原因：滿足了最大功率輸出的條件：滿足了最大功率輸出的條件：返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁1i1u1N2u2iLR2N

13、Rs+1. 變壓器的型號變壓器的型號S J L 1000/10 變壓器額定容量變壓器額定容量(KVA)三、變壓器的銘牌和技術數(shù)據(jù)三、變壓器的銘牌和技術數(shù)據(jù) 鋁線圈鋁線圈 冷卻方式冷卻方式J:油浸自冷式油浸自冷式F:風冷式風冷式相數(shù)相數(shù)S:三相三相D:單相單相 高壓繞組的額定電壓高壓繞組的額定電壓(KV)返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁2. 額定值額定值 額定電流額定電流 變壓器滿載運行時，原、副邊繞組允許的電變壓器滿載運行時，原、副邊繞組允許的電 流值。流值。NNII21 額定電壓額定電壓 變壓器副邊開路（空載）時，原、副邊繞組變壓器副邊開路（空載）時，原、副邊繞組 允許的電壓值允許的電壓值N

14、NUU21 、單相：單相：UIN：原邊電壓，：原邊電壓， U2N：副邊空載時的電壓：副邊空載時的電壓三相：三相：UIN、U2N：原、副邊的線電壓：原、副邊的線電壓返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁2. 額定值額定值 額定電流額定電流 變壓器滿載運行時，原、副邊繞組允許的電變壓器滿載運行時，原、副邊繞組允許的電 流值。流值。NNII21 額定容量額定容量 傳送功率的最大能力。傳送功率的最大能力。NS單相：原、副邊繞組允許的電流值單相：原、副邊繞組允許的電流值三相：原、副邊繞組線電流三相：原、副邊繞組線電流單相：單相：三相：三相：NNNNNIUIUS1122 NNNNNIUIUS112233 返回返

15、回后一頁后一頁前一頁前一頁容量容量 SN 輸出功率輸出功率 P2 原邊輸入功率原邊輸入功率 P1 輸出功率輸出功率 P2效率效率變壓器功變壓器功率因數(shù)率因數(shù)NNNIUS11容量容量：21PP 原邊輸入功率：原邊輸入功率：cos222IUP 輸出功率：輸出功率： 變壓器運行時變壓器運行時的功率取決與的功率取決與負載的性質負載的性質返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁副邊輸出電壓和輸出電流的關系副邊輸出電壓和輸出電流的關系。即：。即：)(22IfU U2I2U20U20：原邊加額定電壓、：原邊加額定電壓、副邊開路時，副邊的輸副邊開路時，副邊的輸出電壓。出電壓。 一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨一般供電系統(tǒng)

16、希望要硬特性（隨I2的變化，的變化， U2 變化不大）變化不大）一、變壓器的外特性一、變壓器的外特性返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁二、二、 變壓器的效率變壓器的效率( ( ) )為防止渦流損耗，鐵芯為防止渦流損耗，鐵芯一般由一片片導磁材料一般由一片片導磁材料疊合而成。疊合而成。 變壓器的損耗包括兩部分：變壓器的損耗包括兩部分：銅損銅損 (PCu) ：繞組導線電阻所致。繞組導線電阻所致。磁滯損耗：磁滯現(xiàn)象引起鐵芯發(fā)熱，磁滯損耗：磁滯現(xiàn)象引起鐵芯發(fā)熱， 造成的損耗。造成的損耗。渦流損耗：交變磁通在鐵芯中產(chǎn)生渦流損耗：交變磁通在鐵芯中產(chǎn)生 的感應電流（渦流），的感應電流（渦流）， 造成的損耗。造成

17、的損耗。鐵損鐵損( )：PFeFeCuPPPPPP 2212 FeCuPPIUIUPP 22222212coscos 單相；單相；返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁7.3 7.3 變壓器繞組的極性變壓器繞組的極性 當電流流入當電流流入(或流出）兩個線圈時，若產(chǎn)生的磁通方或流出）兩個線圈時，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個流入向相同，則兩個流入(或流出）端稱為同名端。或流出）端稱為同名端。*AXax*AXax同名端同名端(同極性端同極性端)1. 或者說，當鐵芯中磁通變化時，在兩線圈中產(chǎn)生的或者說，當鐵芯中磁通變化時，在兩線圈中產(chǎn)生的感應電動勢極性相同的兩端為同極性端。感應電動勢極性相同的兩端為同極性端

18、。 同名端用同名端用 * ， 表示表示。增加增加+-+- 同名端和同名端和繞組的繞向繞組的繞向有關。有關。返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁聯(lián)接聯(lián)接 23 Nf.Um2444220 變壓器原邊有兩個額定電壓為變壓器原邊有兩個額定電壓為 110V 的繞組：的繞組：線圈的接法線圈的接法2.*NN1324*NN1324 聯(lián)接聯(lián)接 13， 2 4ii當電源電壓為當電源電壓為220V時：時：返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁220u+110u+ Nf.Um444110 我國民用三相交流電是我國民用三相交流電是220伏，歐洲等其伏，歐洲等其他國家，則用他國家，則用110伏交流電。生產(chǎn)廠家為使伏交流電。生產(chǎn)廠家

19、為使電器產(chǎn)品適用于不同地區(qū)，往往把電源變電器產(chǎn)品適用于不同地區(qū)，往往把電源變壓器的原繞組分成兩個，每一個的額定電壓器的原繞組分成兩個，每一個的額定電壓均設計成壓均設計成110伏，伏，220伏時按圖（伏時按圖（a）串聯(lián)）串聯(lián)方式聯(lián)接，交流方式聯(lián)接，交流110伏時按圖（伏時按圖（b)并聯(lián)方式并聯(lián)方式聯(lián)接。聯(lián)接。 *NN1324220u+（a）*NN1324110u+（b)返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁問題問題1：在在110V 情況下，如果只用一個繞組情況下，如果只用一個繞組 （N），行不行？），行不行？答：答：不行（兩繞組必須并接）不行（兩繞組必須并接）原邊有兩個相同繞組的電源變壓器原邊有兩個相

20、同繞組的電源變壓器(220/110)(220/110)，使用中應注意的問題：使用中應注意的問題： 若兩種接法鐵芯中的磁通相等，則：若兩種接法鐵芯中的磁通相等，則： Ni2220Ni11021110220ii返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁iu*NN1324+問題問題2：如果兩繞組的極性端接錯，結果如何？如果兩繞組的極性端接錯，結果如何？結論：結論：在同名端不明確時，一定要先測定同名在同名端不明確時，一定要先測定同名 端再通電。端再通電。答：答：有可能燒毀變壓器有可能燒毀變壓器兩個線圈中的磁通抵消兩個線圈中的磁通抵消原因：原因：電流電流 很大很大Rui 1111eRiu感應電勢感應電勢0e返回返

21、回后一頁后一頁前一頁前一頁*1324NNi u+方法一：交流法方法一：交流法把兩個線圈的任意兩端把兩個線圈的任意兩端 (X - x)連接連接, 然后在然后在 AX 上加一低電上加一低電壓壓 u ：axAaAXUUU、測量：測量：axAXAaUUU 若若 說明說明 A 與與 x 或或 X 與與 a 是是同極性端同極性端；若若 axAXAaUUU 結論：結論：VV同名端的測定方法同名端的測定方法3.返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁aAXxAXu+說明說明 A 與與 a 或或 X 與與 x 為同極性端。為同極性端。方法二：直流法方法二：直流法設設S閉合時閉合時 增加。增加。 感應電動勢的方感應電動勢

22、的方向，阻止向，阻止 的增的增加。加。如果當如果當 S 閉合時閉合時，電流電流表正偏表正偏，則，則 Aa 為同為同極性端極性端;結論：結論：Xx電流表電流表+_Aa+-S如果當如果當 S 閉合時閉合時，電流電流表反偏表反偏，則，則 Ax 為同為同極性端。極性端。返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁*AXax+_S2e+_KNNIIKNNUU112212121 使用時，改變滑動端的位置，便可得到不同的使用時，改變滑動端的位置，便可得到不同的輸出電壓。實驗室中用的調壓器就是根據(jù)此原理輸出電壓。實驗室中用的調壓器就是根據(jù)此原理制作的。制作的。注意：原、副邊千萬不能對調使用，注意：原、副邊千萬不能對調使用，以以防變壓器損壞。因為防變壓器損壞。因為N變小時，磁通增大，電流變小時，磁通增大，電流會迅速增加。會迅速增加。一、自耦變壓器一、自耦變壓器返回返回后一頁后一頁前一頁前一頁ABP1U2ILR1N2N2U1I+1. 副邊不能短路，以副邊不能短路，以 防產(chǎn)生過流；防產(chǎn)生過流；2. 鐵心、低壓繞組的鐵心、低壓繞組的 一端接地，以防在一端接地，以防在 絕緣損時，在副邊絕緣損時，在副邊 出現(xiàn)高壓。出現(xiàn)高壓。使用注意：使用注意：