變壓器的應(yīng)用、結(jié)構(gòu)和基本工作原理

第二節(jié)變壓器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理論變壓器是一種靜止電機(jī)，它通過線圈間的電磁感應(yīng)，將一種形式的電信號(hào)（或電能）轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種形式的電信號(hào)（或電能）。1.變壓器的用途簡介在自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用的變壓器有小功率電源變壓器和作為信號(hào)傳遞的信號(hào)變壓器：脈沖變壓器、輸入輸出變壓器等。在電力系統(tǒng)中用的變壓器是作為電能之間的轉(zhuǎn)換，為電力變壓器。在控制系統(tǒng)中用的變壓器的容量小，多為不超過幾千伏安的單相變壓器；電力變壓器的容量大，為幾千伏安以上。本章已自動(dòng)控制系統(tǒng)中用的單相變壓器為例介紹變壓器的基本理論。水電站主變壓器在運(yùn)輸途中2.變壓器的基本工作原理變壓器的主要部件是鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。在一次繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交變磁通，在兩繞組中分別感應(yīng)電動(dòng)勢。只要一、二次繞組的匝數(shù)不同，就能達(dá)到改變壓的目的。1、構(gòu)造示意圖(1)閉合鐵芯

(絕緣硅鋼片疊合而成)(2)原線圈(初級(jí)線圈)

其匝數(shù)用n1表示與交變電源相連(3)副線圈(次級(jí)線圈)

其匝數(shù)用n2表示與負(fù)載相連(4)輸入電壓U1

輸出電壓U2原線圈副線圈鐵芯U1U2

n1n2∽——互感現(xiàn)象變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了：電能→磁場能→電能轉(zhuǎn)化

(U1、I1)(變化的磁場)(U2、I2)變壓器的工作原理原線圈副線圈鐵芯U1U2

n1n2∽

0ett1t2t3t4理解：（1）互感現(xiàn)象：在變壓器原、副線圈中由于有交變電流而發(fā)生互相感應(yīng)的現(xiàn)象，叫做互感現(xiàn)象．（2）互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)．變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了電能到磁場能再到電能的轉(zhuǎn)化．（3）變壓器只能工作在交流電路．如果變壓器接入直流電路，在鐵芯中不會(huì)產(chǎn)生交變的磁通量，沒有互感現(xiàn)象出現(xiàn)，所以變壓器僅工作于交流電路．理想變壓器

如果在能量轉(zhuǎn)化的過程中能量損失很小，能夠略去原、副線圈的電阻，以及各種電磁能量損失，這樣的變壓器我們稱之為理想變壓器.這是物理學(xué)中又一種理想化模型。原、副線圈中通過的磁通量始終相同(無漏磁),因此產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢分別是：若不考慮原副線圈的內(nèi)阻有

U1=E1

U2=E2

理想變壓器的電壓規(guī)律I1U2U1n1n2I2R~原線圈副線圈鐵芯U1U2

n1n2∽

變壓器的變壓比

返回上一頁下一頁變壓器一、二次繞組電壓之比稱為變壓器的變壓比。也等于一、二次繞組的匝數(shù)之比。

變壓器的電流比（負(fù)載運(yùn)行）變壓器在傳遞功率的過程中，損耗很小，在理想的情況下，一次繞組和二次繞組（原副線圈）的功率是相等的P入=P出無磁損無銅損無鐵損理想變壓器的特點(diǎn)：理想變壓器模型——沒有能量損失的變壓器

實(shí)際上變壓器的效率都是比較高的，特別是電力設(shè)備中的巨大變壓器，在滿負(fù)荷工作時(shí)效率可以達(dá)到97%～99%，所以理論研究時(shí)我們把它當(dāng)成100%（理想變壓器）是沒有問題的。

理想變壓器也是一個(gè)理想化模型。PCu叫銅損，是電流在原副線圈電陰上的損耗。當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，原副線圈的電流也隨之變化，電損也隨之變化，因此，銅損又叫可就損耗。PFe叫鐵損，是在原副線圈鐵芯產(chǎn)生的磁滯和渦流的損耗。鐵損基本上是保持不變的，因此鐵損又稱不變損耗。變壓器的損耗：△P=PCu+PFe變壓器的效率（實(shí)際的變壓器一般效率能達(dá)到95%~99%）變壓器的效率用電器額定工作電壓用電器額定工作電壓隨身聽3V機(jī)床上的照明燈36V掃描儀12V防身器3000V手機(jī)充電器4.2V4.4V5.3V黑白電視機(jī)顯像管幾萬伏錄音機(jī)6V9V12V彩色電視機(jī)顯像管十幾萬伏

但我們國家民用統(tǒng)一供電均為220V，那么如何使這些額定電壓不是220V的電器設(shè)備正常工作的呢？

生活中需要各種電壓的交流或直流電

理想變壓器原副線圈的端電壓之比等于這兩個(gè)線圈的匝數(shù)之比1、n2

>n1

U2>U1——升壓變壓器3、n2

<n1

U2<U1——降壓變壓器2、n2

=n1

U2=U1——等壓變壓器變壓器的結(jié)構(gòu)及類型簡介按用途分：電力變壓器（升壓變壓器、降壓變壓器）和特種變壓器。按繞組數(shù)目分：單繞組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。按相數(shù)分：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。按鐵心結(jié)構(gòu)分：芯式變壓器和殼式變壓器。按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器。●鐵芯結(jié)構(gòu)——心式、殼式心式——結(jié)構(gòu)簡單工藝簡單應(yīng)用廣泛殼式——結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用在小容量變壓器和電爐變壓器圖鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖基本結(jié)構(gòu)一、鐵心變壓器的主磁路，為了提高導(dǎo)磁性能和減少鐵損，用0.35mm厚、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。變壓器的電路，一般用絕緣銅線或鋁線繞制而成。油浸式變壓器的器身浸在變壓器油的油箱中。油是冷卻介質(zhì)，又是絕緣介質(zhì)。油箱側(cè)壁有冷卻用的管子（散熱器或冷卻器）。將線圈的高、低壓引線引到箱外，是引線對(duì)地的絕緣，擔(dān)負(fù)著固定的作用。二、繞組三、油箱四、絕緣套管此外，還有儲(chǔ)油柜、吸濕器、安全氣道、凈油器和氣體繼電器。空載運(yùn)行：原邊接額定電壓的電源，副邊開路。原邊繞組電流為空載電流，產(chǎn)生空載勵(lì)磁磁勢

→產(chǎn)生主磁通。

——主磁通流徑閉合鐵心，磁阻小，同時(shí)匝鏈了原邊和副邊繞組,并感應(yīng)出電勢和

。是變壓器傳遞能量的主要媒介

——原邊繞組漏磁通，僅與原邊繞組匝鏈，通過變壓器油或空氣形成閉路，磁阻大，不傳遞功率磁通分為兩部分變壓器的負(fù)載運(yùn)行原理圖

4.7幾種其它常用的變壓器在電力系統(tǒng)中，除大量采用雙繞組變壓器以外，還有其他多種特殊用途的變壓器，涉及面廣，種類繁多。本節(jié)主要簡單介紹較常用的自耦變壓器、電壓互感器、電流互感器、電焊變壓器的工作原理及特點(diǎn)。１．單相自耦變壓器（1）特點(diǎn)：鐵芯上只有一個(gè)線圈，其中有一部分的線圈為原、副線圈共用．（2）自耦變壓器可以降壓，也可以升壓．（3）調(diào)壓變壓器是一種自耦變壓器．(a)符號(hào)(b)外形(c)實(shí)際電路U1n1n2U2手柄接線柱自耦變壓器的工作原理RLI1+－E1+－E2N1N2I2+U1－－U2+≈

U1U2

E1E2=

N1N2=k用自耦變壓器變相調(diào)壓

如將單相自耦變壓器的輸入和輸出公共端焊在中心抽頭處，如左圖所示。動(dòng)觸點(diǎn)調(diào)到輸入、輸出公共端的上段或下段，雖然都能進(jìn)行調(diào)壓，但電壓相位相反，彼此相差180o。用這種方法作為伺服電動(dòng)機(jī)的控制電壓調(diào)節(jié)，非常方便。變壓器的動(dòng)觸點(diǎn)由中心點(diǎn)向上調(diào)節(jié)時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)：由中心點(diǎn)向下調(diào)節(jié)時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。不用倒向開關(guān)或變換控制繞組接線，伺服電動(dòng)機(jī)就可以正反轉(zhuǎn)。變壓器JMB/BK/JBK/BKC系列變壓器BK系列

用于50Hz的交流電路中，作為機(jī)床和機(jī)械設(shè)備中一般電器的控制局部照明及指示燈等的電源之用。本變壓器在額定負(fù)載下能長期工作。

變壓器初、次級(jí)繞組分開，當(dāng)次級(jí)只有一個(gè)繞組時(shí)，它擔(dān)負(fù)變壓器的全部額定容量；如次級(jí)兼有控制、照明及指示繞組時(shí)，則各繞組容量之和等于變壓器的額定容量，只有最大值電壓等同于變壓器的額定容量。

變壓器JBK系列

用于50-6Hz的交流電路中，作為機(jī)床和機(jī)械設(shè)備中一般電器的控制局部照明及指示燈等的電源之用。變壓器在額定負(fù)載下能長期工作。

變壓器初、次級(jí)繞組分開，當(dāng)次級(jí)只有一個(gè)繞組時(shí)，它擔(dān)負(fù)變壓器的全部額定容量；如次極兼有控制、照明及指示繞組時(shí)，則各繞組容量之和等于變壓器的額定容量。變壓器BKC系列

用于50Hz的交流電路中，作為機(jī)床和機(jī)械設(shè)備中一般電器的控制局部照明及指示燈等的電源之用。變壓器在額定負(fù)載下能長期工作。

變壓器初、次級(jí)繞組分開，當(dāng)次級(jí)只有一個(gè)繞組時(shí)，它擔(dān)負(fù)變壓器的全部額定容量；如次極兼有控制、照明及指示繞組時(shí)，則各繞組容量之和等于變壓器的額定容量。變壓器R系列

R型變壓器是當(dāng)代國際上最新型的變壓器產(chǎn)品此種變壓器打破了傳統(tǒng)的C型、E型、環(huán)型變壓器鐵芯截面為方型的結(jié)構(gòu)型式，采用了由一根由窄到寬，由寬到窄均勻過渡的優(yōu)質(zhì)硅鋼帶連續(xù)卷繞而成，鐵芯無切割，截面近似圓形的結(jié)構(gòu)型式。與傳統(tǒng)的C型、E型相比較具有漏磁小，溫升低，體積小，重量輕，無噪音等顯著特點(diǎn)。R型變壓器可廣泛應(yīng)用于音響電視廣播設(shè)備、衛(wèi)星接收機(jī)、復(fù)印機(jī)、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療儀器、電子天平及各種電子儀器設(shè)備等方面。變壓器BKZ系列

BKZ系列整流裝置是由BK變壓器和整流元件組合而成。變壓器適用于原邊電壓為220V或380V交流50Hz的電源，付邊經(jīng)晶體管整流元件整流輸出直流，用于蓄電池充電，以及將交流變這直流電源整流設(shè)備上。

調(diào)壓器TDGC2、TDGC2J系列

具有波形下不失真、體積小、重量輕、效率高、使用方便、可靠，能長期運(yùn)行等特點(diǎn)，可廣泛用于工業(yè)（如化工、冶金、儀器儀表、機(jī)電制造、輕工等），科學(xué)實(shí)驗(yàn)，工用設(shè)備，家用電器、控溫調(diào)速、調(diào)光、及功率控制等目的，是一種理想的交流調(diào)壓源。

變壓器的構(gòu)造

1．示意圖

2．電路圖中符號(hào)

3．構(gòu)造：變壓器內(nèi)部上一頁下一頁返回電源用變壓器上一頁下一頁返回自耦調(diào)壓器上一頁下一頁返回單相變壓器上一頁下一頁返回變壓器的動(dòng)態(tài)分析例3

(2010年高考天津卷)為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流的關(guān)系，將原線圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上，副線