電工學-第5章變壓器ppt課件

1、電工技術(shù)電工技術(shù) 下一章下一章 上一章上一章 前往主頁前往主頁 5.1 磁磁 路路單位：特單位：特斯拉斯拉 (T)，1 T = 1 Wb/m2 磁場是由電流產(chǎn)生的，磁場用磁感線描畫。磁場是由電流產(chǎn)生的，磁場用磁感線描畫。 磁通密度磁通密度 AB = H 與與 B 的區(qū)別：的區(qū)別： (1) H I，與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。，與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。(2) B 與電流的大小和介質(zhì)的性質(zhì)均有關(guān)。與電流的大小和介質(zhì)的性質(zhì)均有關(guān)。 單位：安單位：安/米米A / m。BH = H / m 真空中的磁導率：真空中的磁導率： 0 = 4107 H / m 0 為常數(shù)為常數(shù) (1) 順磁物質(zhì)順磁物質(zhì) 例如變壓器油和空氣：例

2、如變壓器油和空氣： 略大于略大于 0 。 (2) 反磁物質(zhì)反磁物質(zhì) 例如銅和鉍：例如銅和鉍： 略小于略小于 0 。 自然界的物質(zhì)按磁導率分類：自然界的物質(zhì)按磁導率分類： 非磁性物質(zhì)、磁性物質(zhì)。非磁性物質(zhì)、磁性物質(zhì)。 非磁性物質(zhì)：非磁性物質(zhì)： 磁性物質(zhì)的磁性能主要有以下三點。磁性物質(zhì)的磁性能主要有以下三點。 i 0 ， r 1 常用磁性資料的磁導率常用磁性資料的磁導率 鑄鋼：鑄鋼： 1 000 0 硅鋼片：硅鋼片： (6 000 7 000) 0 坡莫合金：坡莫合金： (20 000 200 000) 0 磁性物質(zhì)的高導磁性磁性物質(zhì)的高導磁性 被廣泛運用于變壓器被廣泛運用于變壓器 和電機中。和電

3、機中。u主磁通主磁通 漏磁通漏磁通 鐵心鐵心 勵磁繞組勵磁繞組 主磁通主磁通 漏磁通。漏磁通。 B HO 初始磁化曲線初始磁化曲線 剩磁剩磁 矯頑矯頑 磁力磁力 HmHm Hc Hc B HOBrBr 磁滯回線磁滯回線BHO 根本磁根本磁 化曲線化曲線 磁性物質(zhì)的分類：磁性物質(zhì)的分類： 硬磁物質(zhì)、軟磁物質(zhì)、矩磁物質(zhì)。硬磁物質(zhì)、軟磁物質(zhì)、矩磁物質(zhì)。 鑄鐵和硅鋼的磁化曲線鑄鐵和硅鋼的磁化曲線 c Ac lc 0A0l0UI 根據(jù)全電流定律：根據(jù)全電流定律： Bc = Ac Hc = Bcc 1 Ac =B0 = A0 H0 = B00 0 A0 =鐵心中：鐵心中：氣隙中：氣隙中：H dl = I

4、左邊左邊 = H1 l1H0 l0 l0 0 A0 lc c Ac = ( ) l0 0 A0 lc c Ac = (RmcRm0) = Rm Rm = RmcRm0l0 0 A0 lc c Ac =不是常數(shù)不是常數(shù) Rmc、Rm0、Rm 鐵心、空氣隙、磁路的磁阻。鐵心、空氣隙、磁路的磁阻。 右邊右邊 = I = N I 或或 I = F 磁通勢磁通勢 磁路歐姆定律磁路歐姆定律: Rm = F = FRm或或 磁路中的氣隙的影響磁路中的氣隙的影響 由于由于 1 0 ，所以，所以 Rm0 Rm1 當當F 一定時，一定時， 因因 Rm0 的存在，使的存在，使 大大減小。大大減小。 假設要堅持假設要

5、堅持 一定，那么需增大磁通勢一定，那么需增大磁通勢 F 。5.2 電電 磁磁 鐵鐵 電磁鐵的常見構(gòu)造方式電磁鐵的常見構(gòu)造方式 電磁鐵的種類：電磁鐵的種類： 直流電磁鐵、交流電磁鐵。直流電磁鐵、交流電磁鐵。 勵磁勵磁 線圈線圈 鐵心鐵心 銜鐵銜鐵 勵磁勵磁 線圈線圈 銜鐵銜鐵 鐵心鐵心 鐵心鐵心 勵磁勵磁 線圈線圈 銜鐵銜鐵 銜鐵銜鐵 鐵心鐵心 勵磁勵磁 線圈線圈 U S N N SIf U I N I URI =(1) 電壓與電流的關(guān)系電壓與電流的關(guān)系 (2) 線圈的功率：線圈的功率： P = R I 2 2. 電磁吸力電磁吸力 銜鐵吸合后銜鐵吸合后磁阻磁阻 I 不變不變 f u i Ni e

6、 ddt=N d dte =N didt=L (1) 電壓與電流關(guān)系電壓與電流關(guān)系設設 = m sin t那么那么 e =N m cos t = N m sin( t90o) Em = N m = 2 f N m u i f e E = 4.44 f N m 漏磁通磁路對應的電感漏磁通磁路對應的電感 N iL = 漏感抗漏電抗漏感抗漏電抗 X =L = 2 f L U = URE E =Ej LIRI =E(Rj L ) I =EZ I 漏阻抗漏阻抗 E =j4.44 f Nm u i e U =E 忽略漏阻抗，有忽略漏阻抗，有U4.44 f N m= 那么那么 當當 U 、f 一定時，一定時

7、， m 根本不變。根本不變。 (2) 功率功率視在功率視在功率: S = U I無功功率無功功率: Q = S sin 有功功率有功功率: P = S cos = PCuPFe 銅損耗銅損耗 鐵損耗鐵損耗= RI2 +( PhPe )磁滯損耗磁滯損耗 渦流損耗渦流損耗 磁滯損耗磁滯損耗 Ph 渦流損耗渦流損耗 Pe 鐵損耗使鐵心發(fā)熱。鐵損耗使鐵心發(fā)熱。 減小鐵損耗的方法減小鐵損耗的方法 運用軟磁資料減小運用軟磁資料減小Ph ； 增大鐵心的電阻率，增大鐵心的電阻率， 減小渦流及其損耗減小渦流及其損耗 ；用很薄的硅鋼片疊成鐵心，用很薄的硅鋼片疊成鐵心， 減小渦流及其損耗減小渦流及其損耗 。(a)

8、(b) (1) 變化變化 f 變化變化 電磁吸力用平均值衡量。電磁吸力用平均值衡量。 m 不變不變 fm 不變。不變。(2) 銜鐵吸合后銜鐵吸合后磁阻磁阻 起動電流起動電流 任務電流。任務電流。3. 構(gòu)造特點構(gòu)造特點(1) 鐵心和銜鐵用硅鋼片疊成。鐵心和銜鐵用硅鋼片疊成。 (2) 加短路環(huán)消除銜鐵的振動。加短路環(huán)消除銜鐵的振動。 m 不變不變 磁通勢磁通勢 勵磁電流勵磁電流 Of t f fm 平均吸力平均吸力 例例5.2.1 一鐵心線圈，加上一鐵心線圈，加上 12 V 直流電壓時，電直流電壓時，電 流為流為1 A；加上；加上 110 V 交流電壓時，電流為交流電壓時，電流為 2 A，耗費的，

9、耗費的 功率為功率為 88 W。求后一種情況下線圈的銅損耗、鐵損耗和。求后一種情況下線圈的銅損耗、鐵損耗和 功率因數(shù)。功率因數(shù)。 解解 由直流電壓和電流求得線圈的電阻為由直流電壓和電流求得線圈的電阻為 由交流電流求得線圈的銅損耗為由交流電流求得線圈的銅損耗為 PCu = RI2 = 1222 W = 48 W 由有功功率和銅損耗求得線圈的鐵損耗為由有功功率和銅損耗求得線圈的鐵損耗為 PFe = PPCu = (88 48) W = 40 W 功率因數(shù)為功率因數(shù)為R = = = 12 U I 12 1 = cos = = = 0.4 P UI 88 1102 u2 e1 e2 u1ZL i2i1

10、 1 2 5.3 變壓器的任務原理變壓器的任務原理 電磁關(guān)系電磁關(guān)系 一次繞組一次繞組 二次繞組二次繞組 用圖形符號表示用圖形符號表示 的變壓器電路的變壓器電路 ZL U1I1 I2 U2 E1 E2 = E1Z1I1 R1、X1 和和 Z1 一次繞組的電阻、漏電抗和漏阻抗。一次繞組的電阻、漏電抗和漏阻抗。U2 = ZLI2 E1 =j4.44 f N1m U1 =E1(R1jX1 ) I1 2. 二次側(cè)電壓方程二次側(cè)電壓方程 E1 =j4.44 f N1m = E2Z2I2 U2 = E2(R2jX2 ) I2 R2、X2 和和 Z2 二次繞組的電阻、漏電抗和漏阻抗。二次繞組的電阻、漏電抗和

11、漏阻抗。 規(guī)定規(guī)定 U1 = U1N 時，時， U20 = U2N 。 如銘牌上標注：如銘牌上標注： 10 000 / 230 V U1N / U2N= N1 N2E1 E2k = I2 = 0I1 = I010% I1N U2 = U20 = E2U1E1 = = k U1U2 N1N2 變壓器空載時變壓器空載時 普通普通 U2N U2N 比滿載時的比滿載時的 電壓高電壓高 5% 10% 5% 10% 。 U2 = E2Z2I2 當當 U1 = U1N，cos2 不變時：不變時： U2 = f ( I2) U2 I2OU2Ncos2 =1cos2 = 0.8 (感性感性)cos2 = 0.8

12、 (容性容性)VR = U2NU2 U2N100% 電力變壓器：電力變壓器： VR 5% 電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率 例例5.3.1 某單相變壓器的額定電壓為某單相變壓器的額定電壓為 10 000/230 V 接在接在 10 000 V 的交流電源上向一電感性負載供電，電壓的交流電源上向一電感性負載供電，電壓 調(diào)整率為調(diào)整率為 0.03，求變壓器的電壓比、空載和滿載時的二，求變壓器的電壓比、空載和滿載時的二 次電壓。次電壓。 解解 變壓器的電壓比為變壓器的電壓比為 空載時的二次電壓為空載時的二次電壓為 U20 = U2N = 230 V 滿載時的二次電壓為滿載時的二次電壓為 U2 = U2N (1

13、VR ) = 230(1 0.03) V = 223 V k = = = 43.5 U1N U2N 10 000 230 U1NE1 = 4.44 f N1m U1N4.44 f N1m N1I1N2I2 = N1I0 磁通勢平衡方程：磁通勢平衡方程： I1 = I2 N2N1N1I1N2I2 = 0 忽略忽略 I0： I1I2N2N1= =1k 例例5.3.2 在例在例5.3.1 中，中，ZL = 0.966 時正好滿載，時正好滿載，求該變壓器的電流。求該變壓器的電流。 解解 變壓器的電壓比為變壓器的電壓比為 I2 = = A = 224 A U2 ZL 223 0.966 I1 = = A

14、 = 5.15 A I2 k 224 43.5 忽略忽略 Z1、Z2 、I0 ，那么，那么 = U1U2I2I1 = N1N2= k = kU2I2/ kU2I2= k2|Ze | = U1I1|Ze | = k2 | ZL |U1I1I2U2ZLZeU1I1 例例5.3.3 一只電阻為一只電阻為 8 的揚聲器的揚聲器 (喇叭喇叭)，需求把，需求把電阻提高到電阻提高到 800 才可以接入半導體收音機的輸出端，問才可以接入半導體收音機的輸出端，問 應該利用電壓比為多大的變壓器才干實現(xiàn)這一阻抗匹配。應該利用電壓比為多大的變壓器才干實現(xiàn)這一阻抗匹配。 解解 k = = = 10 ReRL8008 可

15、變損耗可變損耗 (1) 銅損耗銅損耗 PCu = R1I12 + R2I22(2) 鐵損耗鐵損耗 PFe = PhPe 6. 效率效率 P1P2 =100%不變損耗不變損耗 小型電力變壓器小型電力變壓器 = 80% 90% 大型電力變壓器大型電力變壓器 = 98% 99% 解解 忽略電壓調(diào)整率，那么忽略電壓調(diào)整率，那么 P2 = SNcos2 = 101030.8 W = 8 kW P = PFePCu = (300400) W = 700 W P1 = P2P = (8 000700) W = 8.7 kW 例例5.3.4 一變壓器容量為一變壓器容量為 10 kVA，鐵損耗為，鐵損耗為 30

16、0 W， 滿載時銅損耗為滿載時銅損耗為 400 W，求該變壓器在滿載情況下向功率，求該變壓器在滿載情況下向功率 因數(shù)為因數(shù)為 0.8 的負載供電時輸入和輸出的有功功率及效率。的負載供電時輸入和輸出的有功功率及效率。 P1P2 =100% 8 8.7 = 100% = 92% 5.4 變壓器的根本構(gòu)造變壓器的根本構(gòu)造 心式變壓器心式變壓器 鐵心鐵心 繞組繞組 殼式變壓器殼式變壓器 鐵心鐵心 繞組繞組 S9 型型 10 kV 三相油浸配電變壓器三相油浸配電變壓器 樹脂澆注干式變壓器樹脂澆注干式變壓器 5.5 三相變壓器三相變壓器U1 U2u1 u2V1 V2v1 v2W1 W2w1 w2 特點：三

17、相之間只需電的聯(lián)絡，沒有磁的聯(lián)絡。特點：三相之間只需電的聯(lián)絡，沒有磁的聯(lián)絡。 U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w2 特點：三相之間既有電的聯(lián)絡，又有磁的聯(lián)絡。特點：三相之間既有電的聯(lián)絡，又有磁的聯(lián)絡。 銜接方式銜接方式 高壓繞組高壓繞組 低壓繞組低壓繞組 星形有中性線星形有中性線 YN yn 星形無中性線星形無中性線 Y y 三角形三角形 D dGB: Yyn、Yd、YNd、Yy、YNy最常用的三種最常用的三種 例例5.5.1 某三相變壓器，某三相變壓器，YN,d 結(jié)合，結(jié)合，SN = 500 kVA，U1N / U2N = 35/11 kV，Y,d 結(jié)合，向求結(jié)合，向求 2 =

18、0.9 感性負載供電。滿載時二次繞組的線電壓為感性負載供電。滿載時二次繞組的線電壓為380 V。求：。求： (1) 滿載時一次、二次繞組的線電流和相電流；滿載時一次、二次繞組的線電流和相電流；(2) 輸出的有功功率。輸出的有功功率。解解 (1) 滿載時一次、二次繞組的電流滿載時一次、二次繞組的電流 A2.9A0001031050331NNN1 USIA2 . 27A40031050332NNN2 USIA2 . 27N1P1 IIA7 .41A32 .723N2P2 II222N2cos3 IUP 相電流為相電流為 kW8 .42W0.972.23803 (2) 輸出的有功功率輸出的有功功率

19、*5.6 儀用互感器儀用互感器U1 U2= = ku N1 N2 國產(chǎn)互感器：國產(chǎn)互感器： U2N = 100 V2. 運用留意運用留意(1) 二次繞組制止短路。二次繞組制止短路。(2) 二次繞組與鐵心必需接地。二次繞組與鐵心必需接地。u1 Vu1u2 E2 I1 I2 = = ki N2 N1 國產(chǎn)互感器：國產(chǎn)互感器： I2N = 5 A 2. 運用留意運用留意(1) 二次繞組制止開路。二次繞組制止開路。 開路時：開路時：I2 = 0，I1 不不變變 (2) 一次繞組任務電壓較高時，一次繞組任務電壓較高時， 二次繞組與鐵心必需接地。二次繞組與鐵心必需接地。 Ai2i1N1 N2 1 2 匝匝*5.7 自耦變壓器自耦變壓器手柄手柄 接線柱接線柱 調(diào)壓器調(diào)壓器 手柄手柄 繞組繞組 接觸臂接觸臂 I+ +U2U2I1E1E2U1 I2 降壓自耦變壓器降壓自耦變壓器 升壓自耦變壓器升壓自耦變壓器 I N1N2+ +U1U1I1E1E2 U2U2I2忽略漏阻抗，那么忽略漏阻抗，那么= U1 U2E1 E2=N1 N2= k *5.8 三繞組變壓器三繞組