[研究生入學(xué)考試]第5章變壓器.ppt

1、第 五 章 磁路與變壓器,第五章 磁路與變壓器,5.1 磁路的基本概念,上一頁(yè),下一頁(yè),返回本章,5.2 交流鐵心線圈電路,5.3 變壓器,5.4 幾種常用的變壓器,5.1磁路的基本概念,一、鐵磁材料,磁疇,鐵磁材料:能被磁化的的材料。 例如：鐵、鈷、鎳以及它們的合金和氧化物。,鐵心：由鐵磁材料制成,磁疇：鐵心自身存在的自然磁性小區(qū)域,注意：在沒(méi)有外磁場(chǎng)作用時(shí)，磁疇的方向雜亂無(wú)章，宏觀不顯磁性。,返回本章,鐵心,上一頁(yè),下一頁(yè),磁化：在一定強(qiáng)度外磁場(chǎng)的作用下,磁疇將沿外磁場(chǎng)方向趨向規(guī)則排列，產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，使通電線圈的磁場(chǎng)顯著增強(qiáng)。,鐵心,通電線圈,磁化過(guò)程,返回本章,返回本節(jié),直線1表示空心線

2、圈的情況；曲線2表示線圈放入鐵心的情況。,上一頁(yè),下一頁(yè),磁 化 過(guò) 程 說(shuō) 明,直線1,曲線2 (磁化曲線),I與成正比且增加率較小,OA段,AB段,B點(diǎn)以后,大部分磁疇的磁場(chǎng)沿外磁場(chǎng)方向排列, 與I成正比且增加率較大,所有磁疇的磁場(chǎng)最終都沿外磁場(chǎng)方向排列,鐵心磁場(chǎng)從未飽和狀態(tài)過(guò)渡到飽和狀態(tài),稱飽和狀態(tài)，鐵心的增磁作用已達(dá)到極限,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),磁路：主磁通所經(jīng)過(guò)的閉合路徑。,二、磁路,線圈通入電流后，產(chǎn)生磁通，分主磁通和漏磁通。,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),磁路和電路的比較,磁 路,電 路,磁通,I,N,R,+,_,E,I,磁壓降,磁動(dòng)勢(shì),U,返回本章,返回本節(jié)

3、,上一頁(yè),下一頁(yè),三、磁滯現(xiàn)象,磁滯：鐵心線圈通入交流電，鐵心中的磁疇會(huì)隨交流電的變化而被反復(fù)磁化。由于磁疇本身存在“慣性”，使得磁通的變化滯后電流的變化。,外磁場(chǎng)不斷克服磁疇的“慣性”消耗的能量，為磁滯損耗。磁滯損耗是鐵心發(fā)熱的原因之一。,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),四、磁導(dǎo)率,：表征各種材料導(dǎo)磁能力的物理量,（亨/米）,真空中的磁導(dǎo)率( )為常數(shù),，則稱為鐵磁材料,，則稱為非鐵磁材料,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),硬磁材料,矩磁材料,鐵磁材料的磁性能是：1、高導(dǎo)磁性 2、磁飽和性 3、磁滯性,軟磁材料,返回本章,返回本節(jié),不同材料的磁滯回線,上一頁(yè),下一頁(yè),根據(jù)磁性能，磁性材

4、料又可分為三種：,2、硬磁材料（磁滯回線寬。常用做永久磁鐵）；,1、軟磁材料（磁滯回線窄長(zhǎng)。常用做磁頭、磁心等）；,3、矩磁材料（磁滯回 線接近矩形。可用做記憶元件）。,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),五、渦流,交變的磁通穿過(guò)鐵心導(dǎo)體時(shí)，在其內(nèi)部產(chǎn)生的旋渦狀的電流。,渦流會(huì)使鐵心發(fā)熱并消耗能量，為了減小渦流損耗，鐵心常采用涂有絕緣材料的硅鋼片疊成。,由硅鋼片疊成的鐵心,鐵磁材料的鐵心,線圈,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),電路方程：,5.2 交流鐵心線圈電路,：主磁通,：漏磁通,u,i,一般情況下uR 很小，漏磁通 很小,返回本章,N,上一頁(yè),下一頁(yè),假設(shè),則,最大值,有效值,N線圈匝

5、數(shù)；f 電源頻率； 鐵心中交變磁通的幅值,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),例1 有一個(gè)鐵心線圈接在交流220V、50Hz的交流電源上，鐵心中磁通的最大值為0.001Wb，問(wèn)鐵芯上的線圈至少應(yīng)繞多少匝？,解,U4.44fNm,有,若鐵心中的線圈只繞了100匝，線圈通電后會(huì)產(chǎn)生什么后果？,結(jié)果是線圈通電后會(huì)燒壞由于磁通最大值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了規(guī)定的最大值，對(duì)應(yīng)線圈中的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常值。,返回本節(jié),返回本章,上一頁(yè),下一頁(yè),變壓器功能：,變電壓：電力系統(tǒng),變阻抗：電子電路中的阻抗匹配 （如喇叭的輸出變壓器）,變電流：電流互感器,5.3 變壓器,返回本章,上一頁(yè),下一頁(yè),變壓器應(yīng)用舉例,返回本章,返回本

6、節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),單相變壓器,一、變壓器的基本結(jié)構(gòu),返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),鐵心,線圈(又稱繞組),變壓器的組成,鐵心 變壓器鐵心用具有絕緣層的0.350.5mm厚的硅 鋼片疊成。,線圈 小容量變壓器多用高強(qiáng)度漆包線繞制。 大容量變壓器可用絕緣銅或鋁線繞制。,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),變壓器的主要結(jié)構(gòu),心式結(jié)構(gòu),殼式結(jié)構(gòu),返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),心式結(jié)構(gòu),殼式結(jié)構(gòu),心式結(jié)構(gòu)：變壓器的鐵心被繞組包圍。多用于電力變壓器,殼式結(jié)構(gòu)：變壓器的鐵心包圍繞組。常用于小容量變壓器,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),高低壓繞組的一般纏繞方式,工作過(guò)程：,返回本章,返回本節(jié)

7、,上一頁(yè),下一頁(yè),1. 空載運(yùn)行 原邊接入電源，副邊開(kāi)路。,接上交流電源,原邊通過(guò)的空載電流為i10,二、變壓器的工作原理,i10 產(chǎn)生工作磁通,（ 方向符合右手定則）,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),結(jié)論：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。,K為變比,原、副邊電壓關(guān) 系,根據(jù)交流磁路的分析可得：,時(shí),變電壓,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),2. 負(fù)載運(yùn)行,Z,副邊帶負(fù)載后對(duì)磁路的 影響：在副邊感應(yīng)電壓的 作用下，副邊線圈中有了 電流 i2 。此電流在磁路中 也會(huì)產(chǎn)生磁通，從而影響原邊電流 i1。根據(jù) 當(dāng)外加電壓、頻率不變時(shí)，鐵芯中主磁通的最大值在變壓器空載或有負(fù)載運(yùn)行時(shí)基本不變 。帶負(fù)載

8、后磁動(dòng)勢(shì)的平衡關(guān)系為：,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),結(jié)論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比,由于變壓器鐵芯材料的磁導(dǎo)率高、空載勵(lì)磁電流 ( i10) 很小，一般不到額定電流的10%，?？珊雎?。,原、副邊電流關(guān)系,變電流,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),原、副邊阻抗關(guān)系,從副邊等效：,返回本章,從原邊等效：,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),結(jié)論：變壓器原邊的等效負(fù)載，為副邊所帶負(fù)載乘以 變比的平方。,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),例2 有一臺(tái)降壓變壓器，原繞組電壓為220V，副繞組電壓為110V，原繞組為2200匝，若副繞組接入阻抗值為10的阻抗，問(wèn)變壓器的變比、副繞組匝數(shù)、原繞組中電流各

9、為多少？,解,變壓器變比,副繞組匝數(shù),副繞組電流,原繞組電流,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),例3 揚(yáng)聲器上如何得到最大輸出功率,設(shè)：,信號(hào)源電壓的有效值:,Us= 120V;,信號(hào)源內(nèi)阻：R0=800;,負(fù)載為揚(yáng)聲器，其等效電阻： RL=8。,1、將負(fù)載與信號(hào)源直接相連，得到的輸出功率為：,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),2、將負(fù)載通過(guò)變壓器接到信號(hào)源上。,變壓器把負(fù)載RL 變換為等效電阻,若要信號(hào)源輸出給負(fù)載的功率達(dá)到最大，用變壓器進(jìn)行阻抗變換，通過(guò)變壓器把負(fù)載RL變換為等效電阻,變壓器變比,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),輸出功率為：,結(jié)論：由此例可見(jiàn)經(jīng)變壓器“匹配”后，輸出

10、功率增大了許多 。原因是滿足了電路中獲得最大功率輸出的條件（信號(hào)源內(nèi)、外阻抗相等）。,信號(hào)源,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),1、為什么變壓器的鐵心要用硅鋼片疊成？用整塊的鐵心行不行？,2、有一臺(tái)變壓器在修理后，鐵心出現(xiàn)氣隙，這對(duì)于鐵心的磁阻、工作磁通以及勵(lì)磁電流有何影響？,答：變壓器鐵心用硅鋼片的目的是為了減小渦流損耗。如果用整塊的鐵心，變壓器會(huì)由于過(guò)熱而損壞。,答：鐵心出現(xiàn)氣隙，鐵心的磁阻增大，根據(jù) 電壓不變，工作磁通不變，但由于磁阻增大，因而勵(lì)磁電流增大。,3、變壓器能否用來(lái)變換直流電壓？如果將變壓器接到與它的額定電壓相同的直流電源上，會(huì)產(chǎn)生什么后果？,答：不能；將變壓器接到直流電源

11、上，由于額定電壓高而線圈電阻小，使得變壓器上產(chǎn)生很大的電流，而燒毀變壓器。,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),三、變壓器的外特性,U20：原邊加額定電壓、 副邊開(kāi)路時(shí)，副邊的輸 出電壓。,變壓器的外特性：在電源電壓和負(fù)載功率因數(shù)不變的條件下，副邊輸出電壓和輸出電流的關(guān)系。,返回本章,即： U2 = f (I2),返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),變壓器外特性變化的程度用電壓變化率U%表示,大容量的電力變壓器的電壓變化率5%。 小型號(hào)變壓器的電壓變化率20%。,電壓變化率 是一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，直接影響到供電質(zhì)量。電壓變化率越小，變壓器性能越好。,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),四、變壓器的損耗及效

12、率(),變壓器的損耗,銅損 ( PCu ) ：繞組導(dǎo)線電阻所致。,銅損-可變損耗,鐵損-固定損耗,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),變壓器的效率,P2為輸出功率，P1為輸入功率,一般變壓器的效率在95% 大型變壓器的效率可達(dá)99%以上,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),五、變壓器的額定值,變壓器負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)稱額定運(yùn)行。額定運(yùn)行時(shí)各電量值為變壓器的額定值。,U2N 一次側(cè)施加額定電壓時(shí)的二次側(cè)空載電壓。, 額定電壓U1N、U2N U1N 加在一次繞組上的正常工作電壓。,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè), 額定容量 SN 變壓器傳送電功率的最大能力。, 額定頻率 fN 變壓器應(yīng)接入的電源頻率

13、。我國(guó)電力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz。,以上額定值是以單相變壓器為例,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),容量 SN 輸出功率 P2,變壓器的輸出功率是否決定于變壓器的容量？,變壓器的容量：,變壓器輸出功率：,負(fù)載的功 率因數(shù),變壓器的輸出功率不僅與變壓器的容量有關(guān)，還與所帶負(fù)載的功率因數(shù)有關(guān)。,原邊輸入功率,原邊輸入功率 = 輸出功率 +變壓器損耗,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),當(dāng)電流分別流入兩個(gè)線圈（或流出）時(shí)，若兩線圈產(chǎn)生的磁通方向相同，則這兩個(gè)線圈流入端稱為同極性端（同名端）。也是各繞組電位瞬時(shí)極性相同的端點(diǎn)。,同極性端（同名端）,六、變壓器繞組極性及連接方法,(a)圖 A、a為同

14、名端；(b)圖 A、x為同名端,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),小功率電源變壓器在使用中有時(shí)需要把繞組串連起來(lái)以提高電壓；或把繞組并聯(lián)起來(lái)以增大電流。在連接時(shí)必須認(rèn)清繞組的極性，否則不僅達(dá)不到預(yù)期的目的，反而可能燒壞變壓器。,正確的串聯(lián)接法 ：應(yīng)把兩個(gè)繞組的一對(duì)異名端聯(lián)在一起。,正確的并聯(lián)接法：應(yīng)把兩個(gè)繞組的兩對(duì)同名端 分別聯(lián)結(jié)在一起（還需注意并聯(lián)繞組的電壓必須相等）。,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),電器使用時(shí)兩種電壓（220V/110V）的切換：,220V： 聯(lián)結(jié) 2 3,110V： 聯(lián)結(jié) 1 3，2 4,線圈的接法,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),220V：聯(lián)結(jié) 2 3,勵(lì)

15、磁,兩種接法下線圈工作情況的分析,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),110V：聯(lián)結(jié) 1 3，2 4,220V：聯(lián)結(jié) 2 3,說(shuō)明：兩種接法下m 不變，所以鐵芯磁路的設(shè)計(jì)相同,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),問(wèn)題1：在110V 情況下，如果只用一個(gè)繞組（N），行不行？,答：不行（兩繞組必須并繞）,原邊有兩個(gè)相同繞組的電源變壓器（220 / 110），使用中應(yīng)注意的問(wèn)題：,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),問(wèn)題2：如果兩繞組的極性端接錯(cuò)，結(jié)果如何？,結(jié)論：在極性不明確時(shí)，一定要先測(cè)定極性再通電。,答：有可能燒毀變壓器,兩個(gè)線圈中的磁通抵消,燒毀,感應(yīng)電勢(shì),電流 很大,原因：,返回本章,返回

16、本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),5.4 幾種常用的變壓器,一、三相電力變壓器,電力工業(yè)中，輸配電都采用三相制。變換三相交流電電壓，則用三相變壓器。 把三個(gè)單相變壓器拼合在一起， 便組成了一個(gè)三相變壓器。,三相變壓器工作原理與單相變壓器相同,返回本章,上一頁(yè),下一頁(yè),高壓繞組分別用 U1U2、V1V2、W1W2表示。,低壓繞組分別用 u1u2、v1v2、w1w2表示。,根據(jù)電力網(wǎng)的線電壓及原繞組額定電壓的大小，可以將原繞組分別接成星形或三角形。,根據(jù)供電需要，副繞組也可以接成三相四線制星形或三角形。,返回本節(jié),返回本章,上一頁(yè),下一頁(yè),三相變壓器的原副繞組的常用接法有Y，yn、Y，d、YN，d三種。大寫(xiě)字母表示高壓繞組的接法，小寫(xiě)字母表示低壓繞組的接法，Y與y表示星形接法，D與d表示三角形連接，N與n表示有中線。,例如三相變壓器的聯(lián)接組 Y，yn0,高壓繞組聯(lián)結(jié)為星形,低壓繞組聯(lián)結(jié)為星形有中線,表示高、低壓對(duì)應(yīng)兩側(cè)線電壓的相位關(guān)系,返回本章,返回本節(jié),上一頁(yè),下一頁(yè),二、自耦變壓器,使用時(shí)，改變滑動(dòng)端的位置，便可得到不同的輸出電壓。實(shí)驗(yàn)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(wàn)不能對(duì)調(diào)使用，以防變壓器損壞。因?yàn)镹變小時(shí)，磁通增大，