電工學(xué) 第3章磁路與變壓器

第3章磁路與變壓器電工技術(shù)與電子技術(shù)中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院第3章磁路與變壓器3.2交流鐵心線圈電路3.4電磁鐵

3.1磁路及其分析方法3.3變壓器了解變壓器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行特性和繞組的同極性端，理解變壓器額定值的意義；掌握變壓器電壓、電流和阻抗變換作用；了解三相電壓的變換方法和原、副繞組常用的連接方式；本章要求：第3章磁路與變壓器3.3

變壓器

變壓器是一種常見的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應(yīng)用廣泛。變電壓：電力系統(tǒng)

變阻抗：電子線路中的阻抗匹配變電流：電流互感器

變壓器的主要功能有：

在能量傳輸過程中，當(dāng)輸送功率及負(fù)載功率因數(shù)

一定時：（電能損耗小）節(jié)省金屬材料（經(jīng)濟(jì)）概述

電力工業(yè)中常采用高壓輸電低壓配電，實現(xiàn)節(jié)能并保證用電安全。具體如下：

發(fā)電廠1.05萬伏輸電線22萬伏升壓儀器36伏降壓…實驗室380/220伏降壓變電站

1萬伏降壓降壓…1.結(jié)構(gòu)作用：構(gòu)成磁路繞組原繞組(初級繞組、一次繞組）副繞組(次級繞組、二次繞組）由高導(dǎo)磁硅鋼片疊成厚0.35mm或0.5mm鐵芯3.3.1

變壓器的工作原理單相變壓器N1作用：構(gòu)成電路+–+–一、結(jié)構(gòu)和分類副繞組N2鐵心原繞組2.分類電壓互感器電流互感器按用途分電力變壓器(輸配電用)儀用變壓器整流變壓器按相數(shù)分三相變壓器單相變壓器按制造方式殼式心式二、變壓器的工作原理

原、副繞組互不相連，能量的傳遞靠磁耦合。變壓器符號+–+–1.電磁關(guān)系二、變壓器的工作原理原邊接交流電源,副邊開路。(1)空載運(yùn)行情況+–+–+–+–+–1i0(i0N1)1空載時，鐵心中主磁通是由原繞組磁勢產(chǎn)生的。1.電磁關(guān)系二、變壓器的工作原理

原邊接交流電源,副邊接負(fù)載。(2)帶負(fù)載運(yùn)行情況+–+–+–21i1(i1N1)1Zi1i2+–u2+–e2+–e2i2(i2N2)

2有載時，鐵心中主磁通是由原、副繞組磁勢共同產(chǎn)生的合成磁通。2.電壓變換（設(shè)加正弦交流電壓）有效值:同理：主磁通按正弦規(guī)律變化，設(shè)為則(1)原、副邊主磁通感應(yīng)電動勢根據(jù)KVL：對原邊，變壓器原邊等效電路如圖

由于電阻

R1和感抗X1(或漏磁通)較小,其兩端的電壓也較小,與主磁電動勢E1比較可忽略不計，則–––+++(2)原、副邊電壓式中R1為原繞組的電阻;

X1=L1為原繞組的感抗(漏磁感抗，由漏磁產(chǎn)生)。（匝比）K為變比對副邊，根據(jù)KVL：結(jié)論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出電壓。式中R2為副繞組的電阻;

X2=L2為副繞組的感抗；為副繞組的端電壓。變壓器空載時:+–u2+–+–+–i1i2+–e2+–e2式中U20為變壓器空載電壓。故有三相電壓的變換ABCXYZabczyx1)三相變壓器的結(jié)構(gòu)高壓繞組：A-XB-YC-ZX、Y、Z：尾端A、B、C：首端低壓繞組：a-xb-y

c-za、b、c：首端x、y、z：尾端2)三相變壓器的聯(lián)接方式聯(lián)接方式：高壓繞組接法低壓繞組接法三相配電變壓器動力供電系統(tǒng)（井下照明）高壓、超高壓供電系統(tǒng)常用接法:（1）三相變壓器Y/Y0聯(lián)接線電壓之比：ACBbca+–+–+–+–（2）三相變壓器Y0/聯(lián)接線電壓之比：ACBabc+–+–+–3.電流變換(原副邊電流關(guān)系)有載運(yùn)行

可見，鐵心中主磁通的最大值m在變壓器空載和有載時近似保持不變。即有

不論變壓器空載還是有載，原繞組上的阻抗壓降均可忽略，故有由上式，若U1、f不變，則m

基本不變，近于常數(shù)?？蛰d：有載：+–Z+–+–+–一般情況下：I0(2~3)%I1N很小可忽略?；颍航Y(jié)論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比?；颍?.提供產(chǎn)生m的磁勢2.提供用于補(bǔ)償作用

的磁勢磁勢平衡式：空載磁勢有載磁勢4.阻抗變換由圖可知：

結(jié)論：變壓器原邊的等效阻抗模，為副邊所帶負(fù)載的阻抗模的K2倍。+–+–+–(1)

變壓器的匝數(shù)比應(yīng)為：信號源R0RL+–R0+–+–【解】

【例3.3.1】如圖，交流信號源的電動勢E=120V，內(nèi)阻R0=800，負(fù)載為揚(yáng)聲器，其等效電阻為RL=8。要求:（1）當(dāng)RL折算到原邊的等效電阻時，求變壓器的匝數(shù)比和信號源輸出的功率；（2）當(dāng)將負(fù)載直接與信號源聯(lián)接時,信號源輸出多大功率？信號源的輸出功率：電子線路中，常利用阻抗匹配實現(xiàn)最大輸出功率。結(jié)論：接入變壓器以后，輸出功率大大提高。原因：滿足了最大功率輸出的條件：（2）將負(fù)載直接接到信號源上時，輸出功率為：1.變壓器的型號三、變壓器的銘牌和技術(shù)數(shù)據(jù)SJL1000/10

變壓器額定容量(KVA)

鋁線圈

冷卻方式J:油浸自冷式F:風(fēng)冷式相數(shù)S:三相D:單相

高壓繞組的額定電壓(KV)

2.額定值額定電壓變壓器副邊開路（空載）時，原、副邊繞組允許的電壓值單相：UIN，原邊電壓，

U2N，副邊空載時的電壓三相：UIN、U2N，原、副邊的線電壓額定電流

變壓器滿載運(yùn)行時，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

額定容量

傳送功率的最大能力。單相：三相：容量SN

輸出功率P2

原邊輸入功率P1

輸出功率P2注意：變壓器幾個功率的關(guān)系（單相）效率容量：原邊輸入功率：輸出功率：變壓器運(yùn)行時的功率取決于負(fù)載的性質(zhì)2.額定值3.3.2

變壓器的外特性

當(dāng)原邊電壓U1和負(fù)載功率因數(shù)cos2保持不變時，副邊輸出電壓U2和輸出電流I2的關(guān)系U20：原邊加額定電壓、副邊開路時，副邊的輸出電壓。

一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨I2的變化，U2

變化不大），電壓變化率約在5%左右。電壓變化率：U2I2U20I2Ncos2=1cos2=0.8(感性）為減少渦流損耗，鐵心一般由導(dǎo)磁鋼片疊合成。變壓器的損耗包括兩部分：銅損(PCu)：繞組導(dǎo)線電阻的損耗。渦流損耗：交變磁通在鐵芯中產(chǎn)生的感

應(yīng)電流(渦流)造成的損耗。磁滯損耗：磁滯現(xiàn)象引起鐵芯發(fā)熱，造

成的損耗。

鐵損(PFe)：變壓器的效率為一般95%,負(fù)載為額定負(fù)載的(50~75)%時，最大。輸出功率輸入功率3.3.3

變壓器的損耗和效率【例】有一帶電阻負(fù)載的三相變壓器，其額定數(shù)據(jù)如下：SN=100kVA,U1N=6000V,f=50Hz。

U2N=U20=400V,繞組連接成／０。由試驗測得:

PFe

=600W，額定負(fù)載時的

PCu

=2400W。試求(1)變壓器的額定電流；

(2)滿載和半載時的效率?！窘狻浚ǎ保╊~定電流(２)滿載和半載時的效率

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(diào)壓器就是根據(jù)此原理制作的。注意：原、副邊千萬不能對調(diào)使用，以防變壓器損壞。因為N變小時，磁通增大，電流會迅速增加。3.3.4

特殊變壓器一、自耦變壓器ABP+–+–1.副邊不能短路，以防產(chǎn)生過流；2.鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損壞時，在副邊出現(xiàn)高壓。使用注意：電壓表被測電壓=電壓表讀數(shù)N1/N2二、電壓互感器實現(xiàn)用低量程的電壓表測量高電壓VR

N1（匝數(shù)多）保險絲

N2（匝數(shù)少）~u（被測電壓）電流表被測電流=電流表讀數(shù)N2/N11.副邊不能開路，以防產(chǎn)生高電壓；2.鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損壞時，在副邊出現(xiàn)過壓。使用注意事項：三、電流互感器實現(xiàn)用低量程的電流表測量大電流（被測電流）N1（匝數(shù)少）N2（匝數(shù)多）ARi1i2

當(dāng)電流流入(或流出）兩個線圈時，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個流入(或流出）端稱為同極性端。??AXax?AXax一、同極性端(同名端)

或者說，當(dāng)鐵芯中磁通變化時，在兩線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢極性相同的兩端為同極性端。

同極性端用“?”表示。增加+–+++–––

同極性端和繞組的繞向有關(guān)。3.3.5

變壓器繞組的極性?聯(lián)接

2－3

變壓器原邊有兩個額定電壓為110V的繞組：二、線圈的接法??1324??1324

聯(lián)接

1－3，2－4當(dāng)電源電壓為220V時：+–+–電源電壓為110V時：問題1：在110V

情況下，如果只用一個繞組（N），行不行？答：不行（兩繞組必須并接）

原邊有兩個相同繞組的電源變壓器(220/110)，使用中應(yīng)注意的問題：??1324

若兩種接法鐵芯中的磁通相等，則：+–問題2：如果兩繞組的極性端接錯，結(jié)果如何？結(jié)論：在同極性端不明確時，一定要先測定同極性端再通電。答：有可能燒毀變壓器兩個線圈中的磁通抵消原因：電流很大燒毀變壓器感應(yīng)電勢??1