變壓器結(jié)構(gòu)原理

1、變壓器的運(yùn)行與應(yīng)用電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器案例一：市電如何給案例一：市電如何給24V小燈泡供電？小燈泡供電？ 我們國家民用統(tǒng)一供電均為我們國家民用統(tǒng)一供電均為220V220V，那么如何使，那么如何使額定電壓不是額定電壓不是220V220V的電器設(shè)備正常工作呢？的電器設(shè)備正常工作呢？ 變壓器就是改變壓器就是改變交流電壓的設(shè)備變交流電壓的設(shè)備電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器案例二案例二 電能如何傳輸?shù)模侩娔苋绾蝹鬏數(shù)模侩娔茈娔茇?fù)載負(fù)載升升壓壓變變壓壓器器遠(yuǎn)遠(yuǎn) 距距 離離 輸輸 電電降降壓壓變變壓壓器器10 kV10 kV6 kV380 V220 V110 kV、220 kV

2、330 kV、500kV電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器概概 述述電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器電力變壓器概概 述述電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器電子變壓器干式變壓器電源變壓器概概 述述電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器三相變壓器三相變壓器概概 述述電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器 是一種利用是一種利用工作，將一種電壓工作，將一種電壓等級(jí)的交流電能變換成同頻等級(jí)的交流電能變換成同頻率的另一種電壓等級(jí)的交流率的另一種電壓等級(jí)的交流電能的靜止的電機(jī)。電能的靜止的電機(jī)。一、變壓器的定義一、變壓器的定義概概 述述電機(jī)與電

3、氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器變電壓：變電壓：電力系統(tǒng)電力系統(tǒng) 變阻抗：變阻抗：電子電路中的阻抗匹配電子電路中的阻抗匹配變電流：變電流：電流互感器電流互感器 二、變壓器的功能二、變壓器的功能概概 述述電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器電壓互感器電壓互感器 電流互感器電流互感器 按用途分按用途分電力變壓器電力變壓器儀用變壓器儀用變壓器 整流變壓器整流變壓器 按相數(shù)分按相數(shù)分三相變壓器三相變壓器 單相變壓器單相變壓器 三、變壓器的分類三、變壓器的分類按結(jié)構(gòu)分按結(jié)構(gòu)分雙繞組變壓器雙繞組變壓器 三繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器、自耦變壓器、按冷卻方式：按冷卻方式：干式干式油浸式油浸式 概

4、概 述述變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器 1.1.單相變壓器的結(jié)構(gòu)單相變壓器的結(jié)構(gòu) 2.2.變壓器的基本工作原理變壓器的基本工作原理 3.3.變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行 4.4.變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器的負(fù)載運(yùn)行電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)主要部件：主要部件：鐵心和套在鐵心上的繞組。鐵心和套在鐵心上的繞組。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。1U2U1u2u接電源接電源接負(fù)載接負(fù)載電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器1、鐵心、鐵心一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu) 主要部件：主要部件：鐵心和套在

5、鐵心上的繞組。鐵心和套在鐵心上的繞組。 特特 點(diǎn)：點(diǎn)：兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。既是磁路，也是套裝繞組的骨架，由鐵心既是磁路，也是套裝繞組的骨架，由鐵心柱（套有繞組）和鐵軛（形成閉合磁路）柱（套有繞組）和鐵軛（形成閉合磁路）由由0.350.5mm厚硅鋼片疊成厚硅鋼片疊成心式和殼式，電力變壓器主要用心式心式和殼式，電力變壓器主要用心式（3）分類：）分類：（1）作用：）作用：（2）材料：）材料：電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)1、鐵心、鐵心-心式心式2、鐵心、鐵心-殼式殼式電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)心式心式殼式殼式電機(jī)

6、與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器2、繞組、繞組 主要部件：主要部件：鐵心和套在鐵心上的繞組。鐵心和套在鐵心上的繞組。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。（1）作用：）作用：變壓器的電路部分變壓器的電路部分（2）材料：）材料：一般用絕緣銅線或鋁線（扁線或圓線）一般用絕緣銅線或鋁線（扁線或圓線）繞制而成，也稱線圈。繞制而成，也稱線圈。（3）分類：）分類：一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)一次繞組一次繞組二次繞組二次繞組高壓繞組高壓繞組低壓繞組低壓繞組電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器1U2U1u2u一次側(cè)接電源一次側(cè)接電源二次側(cè)接負(fù)載二次側(cè)接負(fù)載 如下圖所示有兩組：一個(gè)繞組與

7、電源相連，稱為如下圖所示有兩組：一個(gè)繞組與電源相連，稱為一次繞組一次繞組（或原繞組），這一側(cè)稱為一次側(cè)（或原邊）；另一個(gè)繞組與負(fù)（或原繞組），這一側(cè)稱為一次側(cè)（或原邊）；另一個(gè)繞組與負(fù)載相連，稱為載相連，稱為二次繞組二次繞組（或副繞組），這一側(cè)稱為二次側(cè)（或副（或副繞組），這一側(cè)稱為二次側(cè)（或副邊）。邊）。一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器1u1e2e2u1i2i1U2U1u2uLZ一次繞組一次繞組 二次繞組二次繞組 1 1、一次側(cè)繞組通交、一次側(cè)繞組通交流電。流電。主要部件：主要部件：鐵心和繞組。鐵心和繞組。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)

8、系。 二、單相變壓器的基本工作原理二、單相變壓器的基本工作原理2 2、產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)。、產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)。3 3、由電磁感應(yīng)定律、由電磁感應(yīng)定律可知，交變磁通在一可知，交變磁通在一次、二次繞組中都會(huì)次、二次繞組中都會(huì)產(chǎn)生交變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。產(chǎn)生交變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。4 4、二次繞組向外電、二次繞組向外電路供電。路供電。212121UUNNee電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器注意注意1 1、變壓器只適用于交流電路。、變壓器只適用于交流電路。2 2、它的作用是傳遞電能，而不能產(chǎn)生電能。、它的作用是傳遞電能，而不能產(chǎn)生電能。二、單相變壓器的基本工作原理二、單相變壓器的基本工作原理1 1、磁通有變化量、磁

9、通有變化量2 2、一、二次繞組的匝數(shù)不同，就能變電壓、一、二次繞組的匝數(shù)不同，就能變電壓。只要：只要：電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器三、三、 變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行 一次繞組加額定電壓，二次繞組開路、負(fù)載電流為零時(shí)一次繞組加額定電壓，二次繞組開路、負(fù)載電流為零時(shí)的運(yùn)行情況，稱為變壓器的空載運(yùn)行。的運(yùn)行情況，稱為變壓器的空載運(yùn)行。1、電磁關(guān)系分析、電磁關(guān)系分析0e1e2e1u1u2i0 i0很小稱為空載電流10RI1U0I100NIF1E011E2E1i2=0i2=0電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器三、三、 變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行0e1e2e1u1u2i0i

10、2=011、電磁關(guān)系分析、電磁關(guān)系分析主、漏磁通的區(qū)別主、漏磁通的區(qū)別性質(zhì)上性質(zhì)上0與與I0成非線性關(guān)系，成非線性關(guān)系，1與與I0成線性關(guān)系；成線性關(guān)系；數(shù)量上數(shù)量上主主：99%以上，以上，漏：漏：1%以下；以下；作用上作用上主：主：起傳遞能量的作用，起傳遞能量的作用，漏：漏：起漏抗壓降作用。起漏抗壓降作用。電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器設(shè)設(shè) 0 = m sint，則則2、感應(yīng)電勢(shì)、感應(yīng)電勢(shì)主磁通的感應(yīng)電勢(shì)主磁通的感應(yīng)電勢(shì)三、三、 變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行)90sin()90sin(2)90sin(cos010101111tEtfNtNtN-dtdNemmmm0有效值：有效值

11、：mmm1fN4.442fN2EE1112相量相量:mfNjE1144.4結(jié)論：結(jié)論：當(dāng)主磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，當(dāng)主磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，所產(chǎn)生的一次主電動(dòng)勢(shì)也按正弦規(guī)所產(chǎn)生的一次主電動(dòng)勢(shì)也按正弦規(guī)律變化，相位上滯后主磁通律變化，相位上滯后主磁通 。090電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器同理：同理：2、感應(yīng)電勢(shì)、感應(yīng)電勢(shì)主磁通的感應(yīng)電勢(shì)主磁通的感應(yīng)電勢(shì)有效值：有效值：三、三、 變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行相量相量:m22fNjE44.4m2m22fN4.442EE)90sin()90sin(200tEtfNdtdNem2m2022電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器三、三、 變

12、壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行3、變比、變比二次繞組：二次繞組：一次繞組：一次繞組：一、二次繞組電壓方程一、二次繞組電壓方程11EU 22EU 空載時(shí)，I2=022EU10111RIEEU 因此：因此：因此：因此：電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器3、變比、變比三、三、 變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行m222m11144. 444. 4fNEUfNEUkNNEEUU 212121電壓與電動(dòng)勢(shì)關(guān)系電壓與電動(dòng)勢(shì)關(guān)系變比變比 k 稱為變壓器的變比。稱為變壓器的變比。結(jié)論：結(jié)論：1、一二次繞組的電壓、一二次繞組的電壓與繞組的匝數(shù)成正比。與繞組的匝數(shù)成正比。2、改變?cè)褦?shù)比，就能、改變?cè)褦?shù)比，就能

13、改變輸出電壓。改變輸出電壓。電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器mfNEU11144.4 可見，影響主磁通 大小的因素有電源電壓 、電源頻率 和一次側(cè)線圈匝數(shù) 。m1Uf1N三、三、 變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行1111444444fN.UfN.Em 對(duì)于一臺(tái)變壓器而言對(duì)于一臺(tái)變壓器而言 和和 不變不變,所以所以 的的大小取決于大小取決于電源電壓 ，只要，只要 保持不變，由空保持不變，由空載到負(fù)載，載到負(fù)載， 基本不變，這叫做恒磁通?；静蛔?，這叫做恒磁通。1Nfm1U1Um恒磁通原理恒磁通原理電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器dq0III空載電流空載電流4、空載電流和空載損耗、

14、空載電流和空載損耗三、三、 變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行 空載電流一般只占額定電流的（空載電流一般只占額定電流的（2 21010），而），而I Id d1010I I0 0，因此，因此I I0 0IIq q，所以，所以空載電流空載電流I I0 0主要用來建主要用來建立主磁通立主磁通，稱作勵(lì)磁電流。，稱作勵(lì)磁電流。 作用與組成作用與組成 即：即：性質(zhì)和大小性質(zhì)和大小產(chǎn)生主磁通產(chǎn)生主磁通無功分量無功分量Iq補(bǔ)償變壓器的空載損耗補(bǔ)償變壓器的空載損耗有功分量有功分量Id：不消耗功率：不消耗功率：消耗功率：消耗功率電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器空載損耗空載損耗 變壓器空載時(shí)沒有輸出功率，一

15、次繞組從電源變壓器空載時(shí)沒有輸出功率，一次繞組從電源中吸取了少量的電功率中吸取了少量的電功率p0，都消耗在其內(nèi)部，稱為都消耗在其內(nèi)部，稱為空載損耗空載損耗。三、三、 變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行4、空載電流和空載損耗、空載電流和空載損耗故可認(rèn)為變壓器的空載損耗就是變壓器的鐵心損耗。故可認(rèn)為變壓器的空載損耗就是變壓器的鐵心損耗。 它用來補(bǔ)償鐵心中的鐵損耗它用來補(bǔ)償鐵心中的鐵損耗pFeFe和極少量的繞和極少量的繞組銅損耗組銅損耗pCuCu。由于。由于I0 0和線圈電阻和線圈電阻r1 1很小，因而空載很小，因而空載損耗可近似等于鐵損耗。損耗可近似等于鐵損耗。 電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變

16、壓器2 2、空載電流越小，主要作用是建立主磁通，又稱勵(lì)磁電流。、空載電流越小，主要作用是建立主磁通，又稱勵(lì)磁電流。1 1、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E E的大小與電源頻率的大小與電源頻率f f、繞組匝數(shù)、繞組匝數(shù)N N及鐵心中主磁通及鐵心中主磁通的最大值的最大值m m 成正比，在相位上滯后產(chǎn)生它的主磁通成正比，在相位上滯后產(chǎn)生它的主磁通9090度。而主度。而主磁通的大小由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝數(shù)決定，與磁路磁通的大小由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝數(shù)決定，與磁路所用材料的性質(zhì)及幾何尺寸基本無關(guān)。所用材料的性質(zhì)及幾何尺寸基本無關(guān)。mfNjE1144.4mfNEU11144.411114444

17、44fN.UfN.Em三、三、 變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器 變壓器一次繞組接在額定頻率、額定電壓的交流電變壓器一次繞組接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次繞組接上負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，稱為負(fù)載運(yùn)行。源上，二次繞組接上負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，稱為負(fù)載運(yùn)行。AXaxLZ1U1I2U2I四、四、 變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器的負(fù)載運(yùn)行電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器1U1I2I2U111INF222INF010INF01E2E11E11IR22E22IR1、電磁關(guān)系、電磁關(guān)系A(chǔ)XaxLZ1U1I11E1E2E2U2I22E0四、四、 變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器的負(fù)載

18、運(yùn)行電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器2、磁勢(shì)平衡方程、磁勢(shì)平衡方程 根據(jù)恒磁通原理，由空載到負(fù)載運(yùn)行，主磁通根據(jù)恒磁通原理，由空載到負(fù)載運(yùn)行，主磁通基本不變，因此有磁勢(shì)平衡方程：基本不變，因此有磁勢(shì)平衡方程：120FFF即即：1 12 21 0N IN IN I四、四、 變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器的負(fù)載運(yùn)行0II21 2 21 1NN3、變流、變流I1 = I2 N2N1忽略忽略I I0 0，則，則大小關(guān)系：大小關(guān)系：相位關(guān)系：相位關(guān)系：I1與與 I2 相位相反。相位相反。 I1 I2 N2 N1 =1 k =電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器大小關(guān)系：大小關(guān)系：I1 I2 N2 N

19、1 =相位關(guān)系：相位關(guān)系：I1與與 I2 相位相反。相位相反。 1 k =結(jié)論：結(jié)論：1、一二次繞組的電流大小與匝數(shù)成反比。、一二次繞組的電流大小與匝數(shù)成反比。2、改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電流。、改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電流。四、四、 變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器的負(fù)載運(yùn)行3、變流、變流電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器22IUZ 11IUZ ZKIUKKIKUIUZ22222211 ZKZ2 結(jié)論：結(jié)論： 變壓器一次變壓器一次側(cè)的等效阻抗模，側(cè)的等效阻抗模，為二次側(cè)所帶負(fù)載為二次側(cè)所帶負(fù)載的阻抗模的的阻抗模的K 2 倍。倍。 1U2U1I2IZ+1U1IZ +五、變壓器的阻抗變換作用五、變壓

20、器的阻抗變換作用電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器22IUZ 11IUZ ZKIUKKIKUIUZ22222211 ZKZ2 1U2U1I2IZ+1U1IZ +五、變壓器的阻抗變換作用五、變壓器的阻抗變換作用變壓器的阻抗變換作用常用于電子電變壓器的阻抗變換作用常用于電子電路中，解決路中，解決電路的阻抗匹配問題。電路的阻抗匹配問題。電機(jī)與電氣控制電機(jī)與電氣控制變壓器變壓器 低壓照明變壓器一次繞組匝數(shù)低壓照明變壓器一次繞組匝數(shù)N1=1210匝，一次繞組電壓匝，一次繞組電壓U1=220V，現(xiàn)要求二次繞組輸出電壓，現(xiàn)要求二次繞組輸出電壓U2=36V，求二次繞組匝數(shù)，求二次繞組匝數(shù)N2及變比及變比K。2121NNUU例例1：解：解：