電工技術(shù)之變壓器課件

1、電工技術(shù)之變壓器課件,變壓器,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能 3.2 變壓器的額定值、外特性、效率及損耗 3.3 變壓器繞組的極性 3.4 特殊變壓器,電工技術(shù)之變壓器課件,變壓器：,利用電磁感應(yīng)原理，將一定數(shù)值的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的另一數(shù)值的交流電，即一種變換交流電壓、交流電流的電氣設(shè)備。在電力系統(tǒng)和電子線路中應(yīng)用非常廣泛。,交流輸電方面：,先將電廠發(fā)出的正弦交流電的電壓利用電力變壓器升高到110kV、220kV、500kV或1000kV等電網(wǎng)電壓等級(jí)，再經(jīng)過(guò)高壓輸電線路送到電力負(fù)荷地區(qū)。,電工技術(shù)之變壓器課件,用電方面：,為了滿足用電設(shè)備的電壓要求和保障電氣設(shè)備、人員的安全，必須利用

2、電力變壓器將交流高壓輸電線路上的電壓逐級(jí)降低到380V/220V供用戶使用。,電子線路：,大量使用各種規(guī)格的變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓變換、耦合電路、傳遞信號(hào)、阻抗匹配等。此外，還有常用的自耦變壓器、儀用變壓器、互感器和各種專用變壓器（用于電焊、電爐、整流裝置等）。,電工技術(shù)之變壓器課件,電力工業(yè)中常采用高壓輸電低壓配電，實(shí)現(xiàn)節(jié)能并保證用電安全。具體如下：,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,一、變壓器的基本構(gòu)造,變壓器的基本結(jié)構(gòu)：主要是鐵芯和繞組等構(gòu)成。,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,一、變壓器的基本構(gòu)造,變壓器實(shí)物圖：電力變壓器,電工技術(shù)之變壓器

3、課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,一、變壓器的基本構(gòu)造,變壓器實(shí)物圖：電子電路中的變壓器（1）,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,一、變壓器的基本構(gòu)造,變壓器實(shí)物圖：電子電路中的變壓器（2）,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,一、變壓器的基本構(gòu)造,常見(jiàn)的變壓器結(jié)構(gòu)型式有心式和殼式兩種。,特點(diǎn)：繞組包圍鐵芯，多用于大容量變壓器，電力變壓器一般采用心式。,心 式 變 壓 器,殼 式 變 壓 器,特點(diǎn)：鐵芯包圍繞組，多用于小容量變壓器中。,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,一、變壓器的基本構(gòu)造,鐵芯是變壓器的磁路

4、部分。通常鐵芯由厚度為0.300.35mm、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。繞有繞組的鐵芯部分稱為鐵芯柱，其余用以閉合磁路的鐵芯部分，稱為磁軛（或鐵軛）。,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,一、變壓器的基本構(gòu)造,繞組是變壓器的電路部分。一般用絕緣材料漆包的絕緣扁銅（鋁）線或絕緣圓銅（鋁）線繞制而成。,輸入電能端繞組稱為一次繞組，簡(jiǎn)稱一次側(cè)，或稱原邊繞組、原邊；輸出電能端繞組稱為二次繞組，簡(jiǎn)稱二次側(cè)，或稱副邊繞組、副邊。電壓較高的繞組稱為高壓繞組，電壓較低的繞組稱為低壓繞組。,較大容量變壓器還具有冷卻裝置和保護(hù)裝置等。,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、

5、功能,一、變壓器的基本構(gòu)造,變壓器的磁路,變壓器的電路,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,一、變壓器的基本構(gòu)造,變壓器的分類：,按變壓器用途分類,特種變壓器：整流變壓器、電爐變壓器等。,儀用互感器：電壓互感器、電流互感器等。,自耦變壓器（調(diào)壓器）,試驗(yàn)用高壓變壓器,電力變壓器：升壓變壓器、降壓變壓器、 配電變壓器等。,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,一、變壓器的基本構(gòu)造,變壓器的分類：,按變壓器繞組數(shù)目分類,雙繞組變壓器（電力變壓器多數(shù)是雙繞組）,三繞組變壓器（如電力系統(tǒng)中聯(lián)絡(luò)變壓器）,多繞組變壓器（常見(jiàn)于電子電路或多路供電中）,單繞組變壓

6、器（如自耦變壓器）,按變壓器結(jié)構(gòu)型式分類,殼式變壓器,心式變壓器,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,一、變壓器的基本構(gòu)造,變壓器的分類：,按變壓器相數(shù)分類,三相變壓器,多相變壓器（如六相、十二相等）,單相變壓器,按變壓器冷卻方式和冷卻介質(zhì)分類,油浸式變壓器（用油冷卻）,干式變壓器（用空氣冷卻）,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,二、變壓器的工作原理,變壓器原理圖,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,二、變壓器的工作原理,1、變壓器空載運(yùn)行,原邊接交流電源，副邊開(kāi)路。,空載時(shí)，鐵心中主磁通是由一次繞組磁通勢(shì)產(chǎn)生的。,電工

7、技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,二、變壓器的工作原理,1、變壓器空載運(yùn)行,原邊，KVL：,相量形式：,設(shè)：,，原邊主磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1有效值為,原邊電壓u1有效值為,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,二、變壓器的工作原理,1、變壓器空載運(yùn)行,副邊開(kāi)路電壓：,相量形式：,設(shè)：,，副邊主磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2為,e2有效值為：,副邊開(kāi)路電壓u20的有效值為：,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,二、變壓器的工作原理,1、變壓器空載運(yùn)行,原邊、副邊的電壓之比：,變壓器的變壓比，簡(jiǎn)稱變比,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作

8、原理、功能,二、變壓器的工作原理,2、變壓器負(fù)載運(yùn)行,一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)接負(fù)載。,有載時(shí)，主磁通是由一次、二次繞組磁通勢(shì)共同產(chǎn)生的合成磁通。,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,二、變壓器的工作原理,2、變壓器負(fù)載運(yùn)行,原邊，KVL：,相量形式：,原邊電壓u1有效值為：,副邊，KVL：,相量形式：,副邊電壓u2有效值為：,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,二、變壓器的工作原理,2、變壓器負(fù)載運(yùn)行,原邊、副邊電壓之比：,不論是空載運(yùn)行還是負(fù)載運(yùn)行，均有關(guān)系式,說(shuō)明：當(dāng)U1和f不變時(shí)，鐵芯中的主磁通最大值m近似常數(shù)，即在變壓器空載和負(fù)載時(shí)近似

9、一樣。,原、副邊電壓基本關(guān)系,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,二、變壓器的工作原理,2、變壓器負(fù)載運(yùn)行,因此：,相量形式：,變壓器的磁通勢(shì)平衡方程,勵(lì)磁電流分量,負(fù)載電流分量,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,二、變壓器的工作原理,2、變壓器負(fù)載運(yùn)行,鐵芯磁導(dǎo)率很高，勵(lì)磁電流分量 很小，一般情況下，I0約為原邊額定電流的(510)%，因此,或,有效值形式為,原、副邊電流基本關(guān)系,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,三、變壓器的功能,1、電壓變換,電源電壓U1不變時(shí)，改變?cè)?、副邊匝?shù)之比，即改變K，可改變副邊的輸出電壓

10、U2。,2、電流變換,U1、N1、N2不變時(shí)，若負(fù)載變化，副邊電流I2、原邊電流I1發(fā)生變化，但它們的比值不變。,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,3、阻抗變換,由圖可知：,結(jié)論： 變壓器一次側(cè)的等效阻抗模，為二次側(cè)所帶負(fù)載的阻抗模的K 2 倍。,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,(1) 變壓器的匝數(shù)比應(yīng)為：,解:,例:如圖，交流信號(hào)源的電動(dòng)勢(shì)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(shí)，求變壓器的匝數(shù)比和信號(hào)源輸出的功率；(2)當(dāng)將負(fù)載直接與信號(hào)源聯(lián)接時(shí),信號(hào)源輸出多大功率？

11、,電工技術(shù)之變壓器課件,信號(hào)源的輸出功率：,電子線路中，常利用阻抗匹配實(shí)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(hào)源上時(shí)，輸出功率為：,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,四、三相變壓器,三相變壓器可以用三個(gè)單相變壓器以一定的聯(lián)接方式組成，這種三相變壓器稱為三相變壓器組。,大容量巨型變壓器以及運(yùn)輸條件受限制地方，為便于運(yùn)輸及減少備用容量，采用三相變壓器組。,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,四、三相變壓器,常用三相心式變壓器，對(duì)稱三相繞組分別繞在一個(gè)鐵芯柱上。具有消耗材

12、料少、效率高、占地面積小、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,四、三相變壓器,三相心式變壓器實(shí)物圖：,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,四、三相變壓器,三相變壓器繞組聯(lián)結(jié)方式：,三相變壓器的一次繞組或二次繞組，均可采用：,聯(lián)結(jié),Y聯(lián)結(jié),或,電工技術(shù)之變壓器課件,3.1 變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能,四、三相變壓器,三相變壓器聯(lián)結(jié)方式：,Y/Y、Y/Y0、Y/、Y0 /、Y0 /Y、/Y、/Y0等。,高壓繞組接法,低壓繞組接法,三相配電變壓器,動(dòng)力供電系統(tǒng),高壓、超高壓供電系統(tǒng),常用接法:,高壓側(cè)Y， ，可降低每相繞組絕緣要求；

13、,低壓側(cè)， ，可減小每相繞組導(dǎo)線截面；,電工技術(shù)之變壓器課件,（1）三相變壓器Y/Y0聯(lián)結(jié),線電壓之比：,電工技術(shù)之變壓器課件,（2）三相變壓器Y/聯(lián)結(jié),線電壓之比：,電工技術(shù)之變壓器課件,3.2 變壓器的額定值、外特性、效率及損耗,一、額定值,變壓器的銘牌：,變壓器的銘牌：附貼在變壓器的外殼上、標(biāo)明變壓器主要指標(biāo)參數(shù)（額定值）的牌子。,電工技術(shù)之變壓器課件,3.2 變壓器的額定值、外特性、效率及損耗,一、額定值,1、變壓器的型號(hào),電工技術(shù)之變壓器課件,3.2 變壓器的額定值、外特性、效率及損耗,一、額定值,2、額定電壓U1N、U2N,變壓器二次側(cè)開(kāi)路（空載）時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許的電壓值。

14、,3、額定電流I1N、I2N,變壓器滿載運(yùn)行時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許的電流值。,電工技術(shù)之變壓器課件,3.2 變壓器的額定值、外特性、效率及損耗,4、額定容量SN,在額定工作條件下變壓器的視在功率。,容量 SN 輸出功率 P2,一次側(cè)輸入功率 P1 輸出功率 P2,注意：變壓器幾個(gè)功率的關(guān)系（單相）,效率,變壓器運(yùn)行時(shí)的功率取決于負(fù)載的性質(zhì),電工技術(shù)之變壓器課件,3.2 變壓器的額定值、外特性、效率及損耗,5、額定頻率fN,指變壓器應(yīng)接入的電源頻率。我國(guó)電力系統(tǒng)的額定工作頻率為50Hz。,6、變壓器的變比K,變壓器的變比用原、副邊額定電壓之比的形式標(biāo)明在銘牌上。,例如：6000/400V，表明

15、原邊額定電壓U1N=6000V，副邊額定電壓U2N=400V。,由于變壓器有內(nèi)阻抗壓降，所以副邊的空載電壓一般應(yīng)較滿載時(shí)的電壓高5%10%。,電工技術(shù)之變壓器課件,3.2 變壓器的額定值、外特性、效率及損耗,二、變壓器的外特性,變壓器外特性：當(dāng)一次側(cè)電壓 U1和負(fù)載功率因數(shù) cos2保持不變時(shí)，二次側(cè)輸出電壓 U2和輸出電流 I2的關(guān)系，U2 = f (I2)。,U20：一次側(cè)加額定 電壓、二次側(cè) 開(kāi)路時(shí)，二次 側(cè)的輸出電壓。,電工技術(shù)之變壓器課件,3.2 變壓器的額定值、外特性、效率及損耗,二、變壓器的外特性,一般供電系統(tǒng)希望隨I2的變化，U2 變化不大。,變壓器從空載到額定負(fù)載，二次繞組電

16、壓的變化程度用電壓變化率U 表示：,一般變壓器U 約為5%左右，容量大的電力變壓器U 約為2%3%。,電工技術(shù)之變壓器課件,例2: 有一機(jī)床照明變壓器,50VA, U1=380 V, U2 =36 V，其繞組已燒毀，要拆去重繞。今測(cè)得其鐵心截面積為22mm41mm（如圖）。鐵心材料是0.35mm厚的硅鋼片。試計(jì)算一次、二次繞組匝數(shù)及導(dǎo)線線徑。,解:,鐵心的有效截面積為,式中 0.9 為鐵心疊片間隙系數(shù)。,對(duì) 0.35mm的硅鋼片，可取Bm=1.1T,一次繞組匝數(shù)為,一般取 0.90.93,電工技術(shù)之變壓器課件,二次繞組匝數(shù)為,（設(shè)U20=1.05U2）,二次繞組電流為,一次繞組電流為,導(dǎo)線直徑

17、計(jì)算公式,式中，J是電流密度，一般取J 2.5 A/mm2。,電工技術(shù)之變壓器課件,二次繞組線徑為,一次繞組線徑為,電工技術(shù)之變壓器課件,三、變壓器的損耗及效率,為減少渦流損耗，鐵心一般由導(dǎo)磁鋼片疊成。,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：交變磁通在鐵心中產(chǎn)生的感 應(yīng)電流(渦流)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(5075)%時(shí)，最大。,輸出功率,輸入功率,電工技術(shù)之變壓器課件,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=

18、400V , 繞組連接成。由試驗(yàn)測(cè)得: PFe =600 W，額定負(fù)載時(shí)的 PCu =2400W 。 試求 (1) 變壓器的額定電流； (2) 滿載和半載時(shí)的效率。,解:,(1) 額定電流,電工技術(shù)之變壓器課件,() 滿載和半載時(shí)的效率,電工技術(shù)之變壓器課件,3.3 變壓器的繞組的極性,1、同極性端（同名端）,當(dāng)電流流入(或流出）兩個(gè)線圈時(shí)，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個(gè)流入(或流出）端稱為同極性端。,或者說(shuō)，當(dāng)鐵心中磁通變化時(shí)，在兩線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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)。,電工技術(shù)之變壓器課件,聯(lián)接 23,變壓器一

19、次側(cè)有兩個(gè)額定電壓為 110V 的繞組：,2. 線圈的接法,聯(lián)接 13， 2 4,當(dāng)電源電壓為220V時(shí)：,電源電壓為110V時(shí)：,電工技術(shù)之變壓器課件,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（兩繞組必須并接）,一次側(cè)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：,電工技術(shù)之變壓器課件,問(wèn)題2：如果兩繞組的極性端接錯(cuò)，結(jié)果如何？,結(jié)論：在同極性端不明確時(shí)，一定要先測(cè)定同極性端 再通電。,答：有可能燒毀變壓器,+,電工技術(shù)之變壓器課件,方法一：交流法,把兩個(gè)線圈的任意兩端 (X - x)連接, 然后在 AX 上加一低電壓 uAX 。,測(cè)量：,若 說(shuō)明 A 與 x 或 X 與 a 是同極性端.,3. 同極性端的測(cè)定方法,電工技術(shù)之變壓器課件,方法二：直流法,如果當(dāng) S 閉合時(shí)，電