第6章 變壓器

1、2022-2-31第第6 6章章變變 壓壓 器器2022-2-32第第6 6章章 變壓器變壓器2022-2-33變壓器的功能變壓器的功能變電壓：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變電流：變電流：電流互感器電流互感器 2022-2-34 電力系統(tǒng)中的應(yīng)用電力系統(tǒng)中的應(yīng)用：高壓輸電不僅可以減小輸：高壓輸電不僅可以減小輸電線的截面積、節(jié)省材料，同時還可以減小線電線的截面積、節(jié)省材料，同時還可以減小線路的功率損耗，所以在輸電時，必須利用變壓路的功率損耗，所以在輸電時，必須利用變壓器將器將電壓升高電壓升高；在用電方面，為了保證用電的；在用電方面，為了保證用

2、電的安全和合乎用電設(shè)備的電壓要求，還要利用變安全和合乎用電設(shè)備的電壓要求，還要利用變壓器將壓器將電壓降低電壓降低。 電子線路中的應(yīng)用電子線路中的應(yīng)用：耦合電路、電源變壓、傳：耦合電路、電源變壓、傳遞信號、阻抗匹配等。遞信號、阻抗匹配等。變壓器的功能變壓器的功能2022-2-35 發(fā)電廠發(fā)電廠1.05萬伏萬伏輸電線輸電線22萬伏萬伏升壓升壓變電站變電站1萬伏萬伏降壓降壓電力系統(tǒng)中的應(yīng)用舉例電力系統(tǒng)中的應(yīng)用舉例降壓降壓實驗室實驗室380 / 220伏伏降壓降壓儀器儀器36伏伏降壓降壓2022-2-362022-2-371u2uLZ1i2i單相變壓器單相變壓器+一次一次繞組繞組N1二次二次繞組繞組N

3、2鐵心鐵心第第6 6章章 變壓器變壓器與電源與電源相連相連與負載與負載相連相連2022-2-38單相變壓器單相變壓器1u2uLR1i2i2211iuiu工作過程：工作過程：2022-2-391u2uLR1i2i2022-2-310一一. 變壓器的工作原理變壓器的工作原理1. 組成組成：一般由：一般由閉合鐵心閉合鐵心和和高壓、低壓繞組高壓、低壓繞組等幾等幾個主要部分構(gòu)成。個主要部分構(gòu)成。 1u2uLR1i2i鐵芯鐵芯高壓高壓繞組繞組低壓低壓繞組繞組2022-2-3112. 原理圖：原理圖： 原繞組原繞組（與電源相連）（與電源相連）（又稱（又稱初級繞組初級繞組，一次繞組一次繞組） 副繞組副繞組（與

4、負載相連）（與負載相連） （又稱（又稱次級繞組次級繞組，二次繞組二次繞組）1u2uLR1i2i2022-2-312空載運行空載運行 ：原邊接入電源，副邊開路。：原邊接入電源，副邊開路。接上接上交流電源交流電源1u 原邊電流原邊電流 i1等等 于勵磁電流于勵磁電流 i10 dtdNedtdNe2211 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢產(chǎn)生感應(yīng)電動勢3. 工作原理工作原理1u2e1i1e1N2N i10 產(chǎn)生磁通產(chǎn)生磁通 （交變）（交變）2022-2-313結(jié)論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出電壓。結(jié)論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出電壓。KNNEEUU212121K 稱為稱為“變比變比”10i1u20u2i1e2e原、副邊電

5、壓關(guān)系原、副邊電壓關(guān)系mmNfENfE221144. 444. 4根據(jù)交流磁路的分析根據(jù)交流磁路的分析可得：可得：202uu 02i時時 （電壓變換）（電壓變換）2022-2-314變變 比比 K 變比在變壓器的銘牌上注明，它表示一、二次變比在變壓器的銘牌上注明，它表示一、二次繞組的繞組的額定電壓之比額定電壓之比。 例如：例如：“6000/400”，即，即K=15，表示一次繞組，表示一次繞組的額定電壓的額定電壓U1N= 6000V，二次繞組的額定電壓，二次繞組的額定電壓（空載電壓或額定負載下的輸出電壓）（空載電壓或額定負載下的輸出電壓） U2N= 400V。 由于變壓器有內(nèi)阻抗壓降，所以二次繞

6、組的空由于變壓器有內(nèi)阻抗壓降，所以二次繞組的空載電壓一般較滿載時的電壓高載電壓一般較滿載時的電壓高5%10%。2022-2-315負載運行負載運行1u2e1i1e1N2NZ2i 副邊帶負載后對磁路的副邊帶負載后對磁路的影響：在副邊感應(yīng)電壓的影響：在副邊感應(yīng)電壓的作用下，副邊線圈中有了作用下，副邊線圈中有了電流電流 i2 。此電流在磁路中此電流在磁路中也會產(chǎn)生磁通，從而影響原邊電流也會產(chǎn)生磁通，從而影響原邊電流 i1。但當(dāng)外加電壓、。但當(dāng)外加電壓、頻率不變時，鐵芯中頻率不變時，鐵芯中主磁通主磁通的最大值在變壓器空載或的最大值在變壓器空載或有負載時基本不變有負載時基本不變 。帶負載后磁通帶負載后磁

7、通勢的平衡關(guān)系為：勢的平衡關(guān)系為：)44. 4(11mNfU NiNiNi1022112022-2-316ABCXYZabczyx高壓繞組：高壓繞組：A-X B-Y C-ZX、Y 、Z ：尾端：尾端A、B、C ：首端首端低壓繞組：低壓繞組：a-x b-y c-za、b、c：首端：首端x、y、z：尾端：尾端/000YYYYYYYY、：高壓繞組接法高壓繞組接法低壓繞組接法低壓繞組接法:YY0/三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）: Y0/2022-2-317A311PUU CB1UKUU312P bKUU12 ca+KUUUUUU 2P1P2P1P2

8、1332022-2-318A311PUU CB1UKUUU312P2 abc+KUUUUUUPPPP333212121 2022-2-31912211ININK結(jié)論：原、副邊電流比近似等于匝數(shù)比的倒數(shù)。結(jié)論：原、副邊電流比近似等于匝數(shù)比的倒數(shù)。1102211NiNiNi 由于變壓器鐵芯材料的導(dǎo)磁率高、空載勵磁電流由于變壓器鐵芯材料的導(dǎo)磁率高、空載勵磁電流 很小，可忽略很小，可忽略 。即：。即：02211NINI)(10i原、副邊電流關(guān)系原、副邊電流關(guān)系 （電流變換）（電流變換）2211NINI2022-2-320變壓器的額定容量變壓器的額定容量2211()NNNNNSUIUI單相2022-2-

9、321 （阻抗變換）（阻抗變換）原、副邊阻抗關(guān)系原、副邊阻抗關(guān)系2ZK Z 22UZI從原邊等效從原邊等效12212222UKUZIIKUKZ KI 結(jié)論：結(jié)論：1i1u2u2i1N2NZ1i1uZ2022-2-322 （阻抗變換）（阻抗變換）原、副邊阻抗關(guān)系原、副邊阻抗關(guān)系2ZKZ 結(jié)論：結(jié)論：變比（匝數(shù)比）不同，負載阻抗模折算到一次變比（匝數(shù)比）不同，負載阻抗模折算到一次側(cè)的等效阻抗模也會不同，即可以采用不同的變比，側(cè)的等效阻抗模也會不同，即可以采用不同的變比，把負載阻抗模變換為所需要的、合適的數(shù)值。這種方把負載阻抗模變換為所需要的、合適的數(shù)值。這種方法通常稱為法通常稱為阻抗匹配阻抗匹配。

10、 1i1u2u2i1N2NZ1i1uZ2022-2-323二二. . 變壓器的作用變壓器的作用2022-2-32412211ININK1122UNKUN變電壓變電壓變電流變電流2ZKZ 變阻抗變阻抗二二. . 變壓器的作用變壓器的作用1i1u2u2i1N2NZ2022-2-325阻抗變換舉例：阻抗變換舉例：揚聲器上如何得到最大輸出功率？揚聲器上如何得到最大輸出功率？i1uRsRL信號源信號源設(shè)：設(shè)：信號電壓的有效值信號電壓的有效值:U= 50V;信號內(nèi)阻：信號內(nèi)阻： Rs=100 ;負載為揚聲器，其等負載為揚聲器，其等 效電阻：效電阻：RL=8 。求：負載上得到的功率。求：負載上得到的功率。解

11、：解：（1）將負載直接接到信號源上）將負載直接接到信號源上，得到的輸出功率為：，得到的輸出功率為： W)(7 . 181085022LLSRRRUpL2022-2-3261i1u2u2iLR1N2NRs（2）將負載通過變壓器接到信號源上。）將負載通過變壓器接到信號源上。輸出功率為：輸出功率為：W25. 698981005022LLSLRRRUp設(shè)變比設(shè)變比 1:5 . 321NNK9885 . 32LR則：則：結(jié)論：由此例可見加入變壓器以后，輸出功率提高了結(jié)論：由此例可見加入變壓器以后，輸出功率提高了 很多。原因是滿足了電路中獲得最大功率輸出很多。原因是滿足了電路中獲得最大功率輸出 的條件（信

12、號源內(nèi)、外阻抗差不多相等）。的條件（信號源內(nèi)、外阻抗差不多相等）。2022-2-327：信號源信號源IER0RL+108800LL21 RRNNKIE1N2U2ILR2N+ 如圖，交流信號源的電如圖，交流信號源的電動勢動勢 E= 120V，內(nèi)阻，內(nèi)阻 R 0=800 ，負載為揚聲器，其等效電負載為揚聲器，其等效電阻為阻為RL=8 。要求。要求: （1）當(dāng)當(dāng)RL折算到原邊等效時，折算到原邊等效時， 求：變壓器的匝數(shù)比和信號源求：變壓器的匝數(shù)比和信號源輸出的功率；（輸出的功率；（2）當(dāng)將負載）當(dāng)將負載直接與信號源聯(lián)接時直接與信號源聯(lián)接時,信號源信號源輸出多大功率？輸出多大功率？2022-2-328

13、 W548008008001202L2L0.RRREP 電子線路中，常利用阻抗匹配實現(xiàn)最大功率輸出。電子線路中，常利用阻抗匹配實現(xiàn)最大功率輸出。 0LRR W1760888001202L2L0.RRREP （2，為：為：2022-2-329三、三、 變壓器的外特性變壓器的外特性副邊輸出電壓和輸出電流的關(guān)系。即：副邊輸出電壓和輸出電流的關(guān)系。即：1222,cos()UUf IU2I2U20U20：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)一般供電系統(tǒng)希望要希望要硬特性硬特性（隨（隨I2的變化，的變化，U2 變化不多）變化不多）電阻性和電

14、電阻性和電感性負載感性負載2022-2-330為減少渦流損耗，鐵心一為減少渦流損耗，鐵心一般由導(dǎo)磁鋼片疊成。般由導(dǎo)磁鋼片疊成。 正比于正比于電流的電流的平方平方2022-2-331FeCu2212PPPPPP 輸出功率輸出功率輸入功率輸入功率2022-2-332A 14440031010033N2NN2 USIA 629600031010033N1NN1.USI 2022-2-3330033CuFe22119724006001010010100.PPPP 00332169724002160010100211010021. 2 2022-2-3341 1、 自耦變壓器自耦變壓器KNNIIKNNU

15、U112212121ABP1u2u1i2iLR1N2N五、五、 特殊變壓器簡介特殊變壓器簡介 使用時，改變滑動端的位置，便可得到不同使用時，改變滑動端的位置，便可得到不同的輸出電壓。實驗室中使用的的輸出電壓。實驗室中使用的調(diào)壓器調(diào)壓器就是根據(jù)此就是根據(jù)此原理制作的。原理制作的。注意：原、副邊千萬不能對調(diào)使用，注意：原、副邊千萬不能對調(diào)使用，以防變壓器損壞。以防變壓器損壞。2022-2-3352 2 、電壓互感器：用低量程的電壓表測高電壓、電壓互感器：用低量程的電壓表測高電壓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

16、端接地，以防在 絕緣受損時，在副絕緣受損時，在副 邊出現(xiàn)高壓。邊出現(xiàn)高壓。使用注意：使用注意：VR N1（匝數(shù)多）（匝數(shù)多）保險絲保險絲 N2（匝數(shù)少）（匝數(shù)少）u（被測電壓）（被測電壓）電壓表電壓表被測電壓被測電壓=電壓表讀數(shù)電壓表讀數(shù) N1/N22022-2-3363 3、 電流互感器：用低量程的電流表測大電流電流互感器：用低量程的電流表測大電流（被測電流）（被測電流）N1（匝數(shù)少）（匝數(shù)少）N2（匝數(shù)多）（匝數(shù)多）ARi1i2電流表電流表被測電流被測電流=電流表讀數(shù)電流表讀數(shù) N2/N11. 副邊不能開路，以副邊不能開路，以 防產(chǎn)生高電壓；防產(chǎn)生高電壓；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 絕緣損壞時，在副絕緣損壞時，在副 邊出現(xiàn)過壓。邊出現(xiàn)過壓。使用注意事項：使用注意事項：2022-2-337 AXax Aax 同極性端用同極性端用“”表示表示。 2022-2-338聯(lián)接聯(lián)接 23 Nf.Um2444220 NN1324 NN1324 聯(lián)接聯(lián)接 13， 2 4ii Nf.U444110m 當(dāng)電源電壓為當(dāng)電源電壓為220