[工學]第五章變壓器ppt課件

1、第第 5 5 章章變壓器變壓器第第5 5章章 變壓器變壓器lIFB BH H/m10470 0r 0BB HH0 lNIH SB , +NIfNSSB HO 初始磁化曲線初始磁化曲線 mRF SlNI mRF 5.2 電電 磁磁 鐵鐵 電磁鐵的常見構造方式電磁鐵的常見構造方式 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) 電壓與電流的關系電壓與電

2、流的關系 (2) 線圈的功率：線圈的功率： P = R I 2 U S N N SIfI 不變不變 F mRF 銜鐵吸合后銜鐵吸合后磁阻磁阻 u(Ni)i ddtNe tNedd 磁通勢磁通勢tiLdd 常數(shù)iNLeeRi u )(ddetiLRi )()(EEIRU IZEEIXIR)(jjXRZt, sinm )sin(ddddmttNtNe tN cosm )90t(sin2m fN)90(sinm tE mmm444222 fN.fNEE EU (V) 444444mmSfNB.fN.EU )(jEIXIRUU =E 忽略漏阻抗，有忽略漏阻抗，有U4.44 f N m= 那么那么 當當

3、 U 、f 一定時，一定時， 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 Fe2cosPRIUIP (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。 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 M3

4、例例5.2.15.2.1 一個鐵心線圈，加上一個鐵心線圈，加上12V直流電壓時，直流電壓時，電流為電流為1A；加上；加上110V交流時，電流為交流時，電流為2A，耗費，耗費的功率為的功率為88W。求后一種情況線圈的銅損耗、。求后一種情況線圈的銅損耗、鐵損耗和功率因數(shù)。鐵損耗和功率因數(shù)。解：解：(1) 線圈施加直流電壓時：線圈施加直流電壓時： UIR = 121=12(2) 線圈施加交流電壓時：線圈施加交流電壓時： PCu = RI2=1222 W=48 WPFe = PPCu =(8848) W =40W PU Icos = 881102= 0.41u2uLZ1i2i單相變壓器單相變壓器+一次

5、一次繞組繞組N1二次二次繞組繞組N2鐵心鐵心(1) 空載運轉情況空載運轉情況一次側接交流電源，一次側接交流電源，二次側開路。二次側開路。0i02i1u+20u+2e+1e+1e+11N2N 1u dd11tNe i0 ( i0N1) 1 dd011tiLe tNedd 22 空載時，空載時，鐵心中主鐵心中主磁通磁通是是由一次繞由一次繞組磁通勢組磁通勢產(chǎn)生的。產(chǎn)生的。(2) 帶負載運轉情況帶負載運轉情況一次側接交流電源，一次側接交流電源，二次側接負載。二次側接負載。1u+1e+1e+11N2N 1u dd11tNe 1 dd111tiLe tNedd 22 i1 ( i1N1) i1i2 ( i

6、2N2) 2有載時，鐵心有載時，鐵心中主磁通中主磁通是是由一次、二次由一次、二次繞組磁通勢共繞組磁通勢共同產(chǎn)生的合成同產(chǎn)生的合成磁通。磁通。2i2+e2+e2+u2 dd2tiLe22 t)sin(tNtNm111 dddde tN cosm1 )90t(sinm1 E1m144.4NfE 222111mmfNEE 有效值有效值:同同 理：理：)90t(sinm22 Ee2m244. 4NfE t, sinm 2121NNEE根據(jù)根據(jù)KVL：1111111111jEIXIREEIRU 變壓器一次側等效電路如圖變壓器一次側等效電路如圖1m1111444Nf.EUEU 由于電阻由于電阻 R1 和感

7、抗和感抗 X1 (或漏磁通或漏磁通)較小較小,其兩端其兩端的電壓也較小的電壓也較小,與主磁電動勢與主磁電動勢 E1比較可忽略不計，比較可忽略不計，那么那么1E1R1I1U1E+KNNEEUU 21212012m220224440Nf.EUU,I 結論：改動匝數(shù)比，就能改動輸出電壓。結論：改動匝數(shù)比，就能改動輸出電壓。222222222jUIXIRUEIRE 22U+1u+1e+1e+1N2N+ 普通取高壓繞組的電壓與低壓繞組的電普通取高壓繞組的電壓與低壓繞組的電 壓之比，壓之比， 規(guī)定規(guī)定: 當當 U1 = U1N 時時, U1N U2N即：即：k1U20 = U2N 如銘牌上標注如銘牌上標注

8、:電壓電壓 10000 / 230V變壓器銘牌參數(shù)：變壓器銘牌參數(shù)：額定電壓額定電壓 U1N、U2N 變壓器二次側開路空載時，一次、二次側變壓器二次側開路空載時，一次、二次側繞組允許的電壓值繞組允許的電壓值 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% 。 %100UUU%UV20220R)(22IfU U2I2U20I2NO 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 調整率為調整率為 0.03，求變

9、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 VR ) = 230(1 0.03) V = 223 V k = = = 43.5 U1N U2N 10 000 230 2222ZUIZ 1m11 44 4 Nf.EU m10 Nim2211 NiNi+|Z |2i1u2e1i1e1N2N+2u普通情況下：普通情況下：I0 (23)%I1N 很小可忽略。很小可忽略。2211 NiNi

10、 所所以以或或2211NINI 2211NINI 所所以以KNNII11221 結論：一次、二次側電流與匝數(shù)成反比。結論：一次、二次側電流與匝數(shù)成反比。102211NiNiNi 空載磁勢空載磁勢有載磁勢有載磁勢 U2|ZL |I2 = 2230.966= 224A= 5.15A I2kI1 =例例5.3.15.3.1 某單相變壓器的額定電壓為某單相變壓器的額定電壓為10000/230V，接在接在10000V的交流電源上向一電感性負載供電，的交流電源上向一電感性負載供電，電壓調整率為電壓調整率為0.03。當。當|ZL |=0.966時，變壓器正時，變壓器正好滿載。求該變壓器的電流。好滿載。求該變

11、壓器的電流?？蛰d電壓：空載電壓：=230V滿載電壓滿載電壓:=230(10.03) V = 223VU20 = U2N U2 = U2N (1U ) PCu22IUZ 11IUZ ZKIUKKIKUIUZ22222211 ZKZ2 結論：結論： 變壓器一次側的等效阻抗模，為二次變壓器一次側的等效阻抗模，為二次側所帶負載的阻抗模的側所帶負載的阻抗模的K 2 倍。倍。 1U2U1I2IZ+1U1IZ + 一只電阻為一只電阻為 8的揚聲器喇叭，需求的揚聲器喇叭，需求把電阻提高到把電阻提高到 800才可以接入半導體收音機的輸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出端。問：

12、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。實現(xiàn)這一阻抗匹配。解：解：例例5.3.35.3.3 = 10RL = k2 R RRLk = 8008上一節(jié)上一節(jié)下一節(jié)下一節(jié)上一頁上一頁下一頁下一頁返返 回回信號源信號源IER0RL+108800LL21 RRNNKIE1N2U2ILR2N+0LRR W548008008001202L2L0.RRREP 0LRR W1760888001202L2L0.RRREP 2將負載直接接到信號源上時，輸出功率為：將負載直接接到信號源上時，輸出功率為：一次繞組的視在功率：一次繞組的視在功率： S1 = U1I1二次繞組的視在功率：二次繞組的視在功率： S

13、2 = U2I2變壓器的額定容量：變壓器的額定容量：SN = U2NI2N = U1NI1N輸入功率：輸入功率：P1 = U1I1cos1輸出功率：輸出功率：P2 = U2I2cos2變壓器的損耗：變壓器的損耗：P = P1 P2 = PCu + PFe不變損耗不變損耗PFe = Ph+Pe鐵損耗：鐵損耗：上一節(jié)上一節(jié)下一節(jié)下一節(jié)上一頁上一頁下一頁下一頁返返 回回銅損耗：銅損耗： PCu = R1I12 + R2I22可變損耗可變損耗FeCu2212PPPPPP 一變壓器容量為一變壓器容量為10kVA，鐵耗為，鐵耗為300W，滿載時的銅耗為滿載時的銅耗為400W。求該變壓器在滿載時向。求該變壓

14、器在滿載時向功率因數(shù)為功率因數(shù)為 0.8 的負載供電時輸入和輸出的有功的負載供電時輸入和輸出的有功功率及效率。功率及效率。解：解：例例5.3.45.3.4忽略電壓變化率，那么忽略電壓變化率，那么P2 = SN cos2 = 101030.8 W= 8 kWP = PCu + PFe = (300 + 400) W = 0.7 kWP1 = P2 + P= (8 + 0.7) kW = 8.7 kWP1P2=100%88.7=100% = 92 %上一節(jié)上一節(jié)下一節(jié)下一節(jié)上一頁上一頁下一頁下一頁返返 回回5.4 變壓器的根本構造變壓器的根本構造 心式變壓器心式變壓器 鐵心鐵心 繞組繞組 殼式變壓

15、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 (2) 三相繞組的結合方式：三相繞組的結合方式：GB: Y,yn Y,d YN,d Y,y YN,y(1) 三相電壓變換的方式：三相電壓變換的方式： 采用三臺單相變壓器、采用三臺單相變壓器、三相心式變壓器。三相心式變壓器。常用的三種常用的三種高壓繞組接法高壓繞組接法低壓繞組接法低壓繞組接法ABCXYZabczyx5.5 三相變壓器三相變壓器U1 U2u1 u2V1 V2v1 v2W1 W2w1 w2 特點：三相之間只需電的聯(lián)絡，沒有磁的聯(lián)絡。特點：三相之間只需電

16、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。 ABCXYZabczyx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：尾端高壓繞組接法高壓繞組接法低壓繞組接法低壓繞組接法:y/Yn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A311PUU CB1UKUU312P bKUU12 ca+KUUUUUU 2P1P2P1P2133三相

17、配電變壓器三相配電變壓器A311PUU CB1UKUUU312P2 abc+KUUUUUUPPPP333212121 動力供電系統(tǒng)井下照明動力供電系統(tǒng)井下照明 變壓器額定容量變壓器額定容量(KVA)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)N1N1N2N2NIUIUSN1N1N2N2N33IUIUSN1N1NIUS 容量：容量： 21PP 一次側輸入功率：一次側輸入功率： cos222IUP 輸出功率：輸出功率： 變壓器運轉變壓器運轉時的功率取時的功率取決于負載的決于負載的性質性質 某三相變壓器某三相變壓器SN=50kVA，U1N/U2N=10000/400 V，Y

18、/D結合，向結合，向2=cos2 =0.9的的感性負載供電，滿載時二次繞組的電壓為感性負載供電，滿載時二次繞組的電壓為380V。求：求：(1) 滿載時一、二次繞組的線電流、相電流；滿載時一、二次繞組的線電流、相電流； (2) 輸出的有功功率。輸出的有功功率。解：解：例例5.5.15.5.1(1)= 2.9 AI1N =SN3 U1N 501033 10000=I2N =SN3 U2N 501033 400= 72.2 AI1p = I1N = 2.9 AI2p = I2N3 I2N3 = 41.7 A(2)P2 =3 U2 I2 cos2 =3 38072.20.9W= 42.8 kW*5.6

19、 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 Vu1 Vu1u2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/N2VR 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I1 I2 = = ki N2 N1 國產(chǎn)互感器：國產(chǎn)互感器： I2N = 5 A Ai2i1N1 N2 1 2 匝匝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/N1被測電流被測電流ARi1i2*5.7 自耦變壓器自耦變壓器手柄手柄 接線柱接線柱 調壓器調壓器 手柄手柄 繞組繞組 接觸臂接觸臂 I+ +U2U2I1E1E2U1 I

20、2 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 KNNIIKNNUU112212121 ABP1u2u1i2iLR1N2N+*5.8 三繞組變壓器三繞組變壓器 有三個繞組和三個電壓等級。有三個繞組和三個電壓等級。 三繞組變壓器三繞組變壓器 = k12 U1 U2= N1 N2= k13 U1 U3= N1 N3= k23 U2 U3= N2 N3 各繞組間的電壓關系各繞組間的電壓關系 N1N3N2I1I2U1I3U2U3ZL3ZL2 各繞組間的電流關系

21、各繞組間的電流關系 在滿載或接近滿載時，在滿載或接近滿載時，I0 可忽略不計，那么可忽略不計，那么 N1I1 + N2I2 + N3I3 = N1I0 N1I1 + N2I2 + N3I3 = 0 容量容量 SN = U1NI1N 任務時該當保證各個繞組的視在功率不超越任務時該當保證各個繞組的視在功率不超越 其繞組容量。其繞組容量。 AXax Aax 同極性端用同極性端用“表示。表示。添加添加 聯(lián)接聯(lián)接 23 Nf.Um2444220 NN1324 NN1324 聯(lián)接聯(lián)接 13， 2 4ii Nf.U444110m 當電源電壓為當電源電壓為220V時：時：220u+110u+電源電壓為電源電壓為110V時：時：兩個線圈中的磁通抵消兩個線圈中的磁通抵消緣由：緣由：電流電流 很大很大11Rui 1111eRiu 感應電勢感應電勢0e1324NNi +uaxAaAXUUU、丈量：丈量： 假設假設 闡明闡明 A 與與 x 或或 X 與與 a 是同極性端是同極性端.axAXAaUUU axAXAaUUU VaAXxVAXu+ 5.9.(1) 為了判別圖為了判別圖5.9.3 所示變壓器實物中一次側兩個所示變壓器實物中一次