變壓器和交流電動(dòng)機(jī)知識(shí)

1、變壓器和交流電動(dòng)機(jī)第一節(jié)變壓器的構(gòu)造11-1圖11-1變壓器的符號(hào)一、變壓器的用途和種類變壓器是利用互感原理工作的電磁裝置，它的符號(hào)如圖所示，T是它的文字符號(hào)。1. 變壓器的用途：變壓器除可變換電壓夕卜，還可變換電流、變換阻抗、改變相位。2. 變壓器的種類：按照使用的場(chǎng)合，變壓器有電力變壓器、整流變壓器、調(diào)壓變壓器輸入、輸出變J卞宕徉寺o二、變壓器的基本構(gòu)造變壓器主要由鐵心和線圈兩部分構(gòu)成。鐵心是變壓器的磁路通道，是用磁導(dǎo)率較高且相互絕緣的硅鋼片制成，以便減少渦流和磁滯損耗。按其構(gòu)造形式可分為心式和殼式兩種，如圖11-2(a)、(b)所示。圖11-2心式和殼式變壓器線圈是變壓器的電路部分，是用

2、漆色線、沙包線或絲包線繞成。其中和電源相連的線圈叫原線圈(初級(jí)繞組)，和負(fù)載相連的線圈叫副線圈(次級(jí)繞組)。第二節(jié)變壓器的工作原理一、變壓器的工作原理變壓器是按電磁感應(yīng)原理工作的，原線圈接在交流電源上，在鐵心中產(chǎn)生交變磁通，從而在原、副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如圖11-3所示。1. 變換交流電壓原線圈接上交流電壓，鐵心中產(chǎn)生的交變磁通同時(shí)通過原、副線圈，原、副線圈中交變的磁通可視為相同。設(shè)原線圈匝數(shù)為N,副線圈匝數(shù)為Na,磁通為中，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E1=N".n.:t'e2一.：t由此得E1N1E2-N2忽略線圈內(nèi)阻得圖11-3變壓器空載運(yùn)行原理圖=K上式中K稱為變壓比。由此可見：變

3、壓器原副線圈的端電壓之比等于匝數(shù)比。11 如果N<N2,K<1,電壓上升，稱為升壓變壓器。如果N>N2,K>1,電壓下降，稱為降壓變壓器。變換交流電流根據(jù)能量守恒定律，變壓器輸出功率與從電網(wǎng)中獲得功率相等，即U11cos1=L212cos2式中cos中1原線圈電路的功率因數(shù)；cos%副線圈電路的功率因數(shù)。中1,Q相差很小，可認(rèn)為相等，因此得到U11=L2I2N21一N1一KR=F2,由交流電功率的公式可得可見，變壓器工作時(shí)原、副線圈的電流跟線圈的匝數(shù)成反比。高壓線圈通過的電流小，用較細(xì)的導(dǎo)線繞制；低壓線圈通過的電流大，用較粗的導(dǎo)線繞制。這是在外觀上區(qū)別變壓器高、低壓饒組

4、的方法。變換交流阻抗設(shè)變壓器初級(jí)輸入阻抗為|乙|,次級(jí)負(fù)載阻抗為|乙|,則將L1="。2,|-12A,得N2N1Zi因?yàn)樗钥梢?，次?jí)接上負(fù)載|乙|時(shí)，相當(dāng)于電源接上阻抗為K2|Z2|的負(fù)載。變壓器的這種阻抗變換特性，在電子線路中常用來實(shí)現(xiàn)阻抗匹配和信號(hào)源內(nèi)阻相等，使負(fù)載上獲得最大功率?！纠?1-1】有一電壓比為220/110V的降壓變壓器，如果次級(jí)接上55。的電阻，求變壓器初級(jí)的輸入阻抗。解1:次級(jí)電流I2=U=11=2k|Z255初級(jí)電流牛也：4=220=2aN2U211011=1AK2輸入阻抗Z1嚀=號(hào)=220”解2:變壓比地全土=空=2N2U2110輸入阻抗Z1N1JZ2=K

5、2Z2=4乂55=220?！纠?1-2】有一信號(hào)源的電動(dòng)勢(shì)為1V,內(nèi)阻為600Q,負(fù)載電阻為150d欲使負(fù)載獲得最大功率，必須在信號(hào)源和負(fù)載之間接一匹配變壓器，使變壓器的輸入電阻等于信號(hào)源的內(nèi)阻，如圖11-4所示。問：變壓器變壓比，初、次級(jí)電流各為多少？圖11-4例11-2圖圖11-5變壓器外特性曲線解：負(fù)載電阻R=150Q,變壓器的輸入電阻R=R=600Q,則變比應(yīng)為NiRi600K=2N2-R2150初、次級(jí)電流分別為E13Ii=0.8310皂A=0.83mAR0R600600N1I2：111=20.83=1.66mAN2二、變壓器的外特性和電壓變化率1.變壓器的外特性變壓器外特性就是當(dāng)變

6、壓器的初級(jí)電壓U和負(fù)載的功率因數(shù)都一定時(shí)，次級(jí)電壓U隨次級(jí)電流12變化的關(guān)系，如圖11-5所示。由變壓器外特性曲線圖可見：(1) I2=0時(shí)，U=成。當(dāng)負(fù)載為電阻性和電感性時(shí)，隨著12的增大，U逐漸下降。在相同的負(fù)載電流情況下，12的下降程度與功率因數(shù)cos甲有關(guān)。當(dāng)負(fù)載為電容性負(fù)載時(shí)，隨著功率因數(shù)cos中的降低，曲線上升。所以，在供電系統(tǒng)中，常常在電感性負(fù)載兩端并聯(lián)一定容量的電容器，以提高負(fù)載的功率因數(shù)cos平。2.電壓的變化率電壓變化率是指變壓器空載時(shí)次級(jí)端電壓Un和有載時(shí)次級(jí)端電壓12之差與Un的百分比。即：UU2NU2100%電壓變化率越小，為負(fù)載供電的電壓越穩(wěn)定。第三節(jié)變壓器的功率和

7、效率一、變壓器的功率變壓器的功率消耗等于輸入功率Pi=UI1cosQ和P2=L212cosH輸出功率之差，即PL=Pi-P2變壓器功率損耗包括鐵損和銅損。二、變壓器的效率變壓器的效率為變壓器輸出功率與輸入功率的百分比，即P2-100%P大容量變壓的效率可達(dá)98%99%,小型電源變壓器效率約為70%80%【例11-3】有一變壓器初級(jí)電壓為2200V,次級(jí)電壓為220V,在接純電阻性負(fù)載時(shí)，測(cè)得次級(jí)電流為10A,變壓器的效率解：次級(jí)負(fù)載功率初級(jí)功率損耗功率初級(jí)電流P2=L212cos&=22010=2200WR=絲=2200:2316W0.95PL=P1-Pa=2316-2200=116W

8、I1_P1Ui23162200r=1.05A為95%。試求它的損耗功率，初級(jí)功率和初級(jí)電流。第四節(jié)常用變壓器、自耦變壓器自耦變壓器的構(gòu)造和工作原理自耦變壓器原、副線圈共用一部分繞組，它們之間不僅有磁耦合，還有電的關(guān)系，如圖11-6所示。原、副線圈電壓之比和電流之比的關(guān)系為U12Ni二.=KU2I1N2自耦變壓器在使用時(shí)，一定要注意正確接線，否則易于發(fā)生觸電事故。圖11-7實(shí)驗(yàn)用調(diào)壓變壓器實(shí)驗(yàn)室中用來連續(xù)改變電源電壓的調(diào)壓變壓器，就是一種自耦變壓器，如圖11-7所示。二、多繞組變壓器1.多繞組變壓器變壓器的次級(jí)有兩個(gè)以上的繞組或初、次級(jí)都有兩個(gè)以壓器叫多繞組變壓器，如圖11-8所示。多繞組變壓器原、副線圈的電壓關(guān)系仍符合變壓比的關(guān)系，U1N1U?N?U1N1U3N31. 多繞組變壓器的使用多繞組變壓器多使用于電子設(shè)備中，輸出多種電壓。多繞組可串聯(lián)或并聯(lián)使用，串聯(lián)時(shí)應(yīng)將線圈的異名端相接，并聯(lián)時(shí)應(yīng)將線圈的同名端相接。只有匝數(shù)相同的線圈才能并聯(lián)。三、互感器互感器是一種專供測(cè)量?jī)x表，控制設(shè)備和保護(hù)設(shè)備中使用的變壓器?？煞譃殡妷夯ジ衅骱碗娏骰ジ衅鲀煞N。1.電壓互感器使用時(shí)，電壓互感器的高壓繞組跨接在需要測(cè)量的供電線路上，低壓繞組則與電壓表相連，如