電工學(xué)少學(xué)時(shí)第五章（章節(jié)課程）

1、第 5 章變壓器1陽(yáng)山書(shū)屋c5.1 磁路5.2 電磁鐵 5.4 變壓器的基本結(jié)構(gòu)5.3 變壓器的工作原理5.7 自耦變壓器5.5 三相變壓器5.9 繞組的極性第5章 變壓器5.6 儀用互感器5.8 三繞組變壓器2陽(yáng)山書(shū)屋c5.1 磁路5.1 磁場(chǎng)的基本物理量1、磁感應(yīng)強(qiáng)度B : 表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小:磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向: 與電流的方向之間符合右手螺旋定則。磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位: 特斯拉(T)均勻磁場(chǎng): 各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同的 磁場(chǎng)，也稱(chēng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)。3陽(yáng)山書(shū)屋c2、磁通磁通 ：穿過(guò)垂直于B方向的面積S中的磁力線總數(shù)。 說(shuō)明: 如果不是均勻磁場(chǎng)，則取B的

2、平均值。在均勻磁場(chǎng)中 = B S 或 B= /S 磁感應(yīng)強(qiáng)度B在數(shù)值上可以看成為與磁場(chǎng)方向垂直的單位面積所通過(guò)的磁通,故又稱(chēng)磁通密度。磁通 的單位:韋伯(Wb)3、磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度H ：介質(zhì)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 與介質(zhì) 磁導(dǎo)率 之比。磁場(chǎng)強(qiáng)度H的單位 ：安培/米（A/m)4陽(yáng)山書(shū)屋c真空的磁導(dǎo)率為常數(shù)，用 0表示，有：4、磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 ：表示磁場(chǎng)媒質(zhì)磁性的物理量，衡量物質(zhì) 的導(dǎo)磁能力。相對(duì)磁導(dǎo)率 r： 任一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率 和真空的磁導(dǎo)率0的比值。磁導(dǎo)率 的單位：亨/米（H/m）5陽(yáng)山書(shū)屋c5. 2 物質(zhì)的磁性能1. 非磁性物質(zhì) 非磁性物質(zhì)分子電流的磁場(chǎng)方向雜亂無(wú)章，幾乎不受外磁場(chǎng)的影響而互相

3、抵消，不具有磁化特性。 非磁性材料的磁導(dǎo)率都是常數(shù)，有： 所以磁通 與產(chǎn)生此磁通的電流 I 成正比，呈線性關(guān)系。當(dāng)磁場(chǎng)媒質(zhì)是非磁性材料時(shí)，有：即 B與 H 成正比，呈線性關(guān)系。由于OHB 0 r 1B = 0 H ( )( I )6陽(yáng)山書(shū)屋c2. 磁性物質(zhì) 磁性物質(zhì)內(nèi)部形成許多小區(qū)域，其分子間存在的一種特殊的作用力使每一區(qū)域內(nèi)的分子磁場(chǎng)排列整齊，顯示磁性，稱(chēng)這些小區(qū)域?yàn)榇女牎?在外磁場(chǎng)作用下，磁疇方向發(fā)生變化，使之與外磁場(chǎng)方向趨于一致，物質(zhì)整體顯示出磁性來(lái)，稱(chēng)為磁化。即磁性物質(zhì)能被磁化。磁疇外磁場(chǎng) 在沒(méi)有外磁場(chǎng)作用的普通磁性物質(zhì)中，各個(gè)磁疇排列雜亂無(wú)章，磁場(chǎng)互相抵消，整體對(duì)外不顯磁性。磁疇7陽(yáng)

4、山書(shū)屋c5.2.1磁性材料的磁性能1 高導(dǎo)磁性 磁性材料的磁導(dǎo)率通常都很高，即 r 1 (如坡莫合金，其 r 可達(dá) 2105 ) 。 磁性材料能被強(qiáng)烈的磁化，具有很高的導(dǎo)磁性能。 磁性材料主要指鐵、鎳、鈷及其合金等。 磁性物質(zhì)的高導(dǎo)磁性被廣泛地應(yīng)用于電工設(shè)備中，如電機(jī)、變壓器及各種鐵磁元件的線圈中都放有鐵心。 磁性物質(zhì)的高導(dǎo)磁性被廣泛地應(yīng)用于電工設(shè)備中，如電機(jī)、變壓器及各種鐵磁元件的線圈中都放有鐵心。在這種具有鐵心的線圈中通入不太大的勵(lì)磁電流，便可以產(chǎn)生較大的磁通和磁感應(yīng)強(qiáng)度。8陽(yáng)山書(shū)屋c 在電機(jī)、變壓器及各種鐵磁元件中常用磁性材料做成一定形狀的鐵心。鐵心的磁導(dǎo)率比周?chē)諝饣蚱渌镔|(zhì)的磁導(dǎo)率高

5、的多，磁通的絕大部分經(jīng)過(guò)鐵心形成閉合通路，磁通的閉合路徑稱(chēng)為磁路。+NIfNSS直流電機(jī)的磁路交流接觸器的磁路9陽(yáng)山書(shū)屋c磁性物質(zhì)由于磁化所產(chǎn)生的磁化磁場(chǎng)不會(huì)隨著外磁場(chǎng)的增強(qiáng)而無(wú)限的增強(qiáng)。2 磁飽和性磁性物質(zhì)由于磁化所產(chǎn)生的磁化磁場(chǎng)不會(huì)隨著外磁場(chǎng)的增強(qiáng)而無(wú)限的增強(qiáng)。當(dāng)外磁場(chǎng)增大到一定程度時(shí)，磁性物質(zhì)的全部磁疇的磁場(chǎng)方向都轉(zhuǎn)向與外部磁場(chǎng)方向一致，磁化磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度將趨向某一定值。如圖。B HO 初始磁化曲線 10陽(yáng)山書(shū)屋c B-H 磁化曲線的特征： Oa段：B 與H幾乎成正比地增加； ab段： B 的增加緩慢下來(lái)； b點(diǎn)以后：B增加很少，達(dá)到飽和。OHBBab 有磁性物質(zhì)存在時(shí)，B 與 H不成

6、正比，磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率不是常數(shù)，隨H而變。 有磁性物質(zhì)存在時(shí)，與 I 不成正比。 磁化曲線11陽(yáng)山書(shū)屋c3 磁滯性 磁性材料在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化，其B-H關(guān)系曲線是一條回形閉合曲線，稱(chēng)為磁滯回線。磁滯性：磁性材料中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化總是滯后于 外磁場(chǎng)變化的性質(zhì)。磁滯回線OHBBrHc剩磁感應(yīng)強(qiáng)度Br (剩磁) ： 當(dāng)線圈中電流減小到零(H=0)時(shí)，鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。矯頑磁力Hc： 使 B = 0 所需的 H 值。 磁性物質(zhì)不同，其磁滯回線和磁化曲線也不同。12陽(yáng)山書(shū)屋c按磁性物質(zhì)的磁性能，磁性材料分為三種類(lèi)型：(1)軟磁材料 具有較小的矯頑磁力，磁滯回線較窄。一般用來(lái)制造電機(jī)、電器及變壓器等

7、的鐵心。常用的有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金即鐵氧體等。(2)永磁材料 具有較大的矯頑磁力，磁滯回線較寬。一般用來(lái)制造永久磁鐵。常用的有碳鋼及鐵鎳鋁鈷合金等。(3)矩磁材料 具有較小的矯頑磁力和較大的剩磁，磁滯回線接近矩形，穩(wěn)定性良好。在計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中用作記憶元件、開(kāi)關(guān)元件和邏輯元件。常用的有鎂錳鐵氧體等。13陽(yáng)山書(shū)屋c式中：F=NI 為磁通勢(shì)，由其產(chǎn)生磁通； Rm 稱(chēng)為磁阻，表示磁路對(duì)磁通的阻礙作用； l 為磁路的平均長(zhǎng)度； S 為磁路的截面積。三. 磁路的歐姆定律 若某磁路的磁通為，磁通勢(shì)為F ，磁阻為Rm，則即有：此即磁路的歐姆定律。14陽(yáng)山書(shū)屋c1. 磁路分析的特點(diǎn)(1)在處理電路時(shí)不涉及

8、電場(chǎng)問(wèn)題，在處理磁路時(shí)離不開(kāi)磁場(chǎng)的概念；(2)在處理電路時(shí)一般可以不考慮漏電流，在處理磁路時(shí)一般都要考慮漏磁通；(3)磁路歐姆定律和電路歐姆定律只是在形式上相似。由于 不是常數(shù)，其隨勵(lì)磁電流而變，磁路歐姆定律不能直接用來(lái)計(jì)算，只能用于定性分析；(4)在電路中，當(dāng) E=0時(shí)，I=0；但在磁路中，由于有剩磁，當(dāng) F=0 時(shí)， 不為零；15陽(yáng)山書(shū)屋c5.2 電磁鐵1. 概述 電磁鐵是利用通電的鐵心線圈吸引銜鐵或保持某種機(jī)械零件、工件于固定位置的一種電器。當(dāng)電源斷開(kāi)時(shí)電磁鐵的磁性消失，銜鐵或其它零件即被釋放。電磁鐵銜鐵的動(dòng)作可使其它機(jī)械裝置發(fā)生聯(lián)動(dòng)。 根據(jù)使用電源類(lèi)型分為：直流電磁鐵：用直流電源勵(lì)磁；

9、交流電磁鐵：用交流電源勵(lì)磁。16陽(yáng)山書(shū)屋c5.2 電 磁 鐵 電磁鐵的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)形式 電磁鐵的種類(lèi)： 直流電磁鐵、交流電磁鐵。 勵(lì)磁 線圈 鐵心 銜鐵 勵(lì)磁 線圈 銜鐵 鐵心 鐵心 勵(lì)磁 線圈 銜鐵 銜鐵 鐵心 勵(lì)磁 線圈 17陽(yáng)山書(shū)屋c一、直流電磁鐵 U S N N SIf U I N I URI =(1) 電壓與電流的關(guān)系 (2) 線圈的功率： P = R I 2 1. 直流鐵心線圈電路 18陽(yáng)山書(shū)屋c一、直流電磁鐵 U S N N SIf2. 電磁吸力 線圈通電后，產(chǎn)生主磁通。鐵心和銜鐵被磁化，在它們的兩端形成N極和S極，從而產(chǎn)生電磁吸力F。 I 不變 F 銜鐵吸合后磁阻 19陽(yáng)山書(shū)屋c二

10、、交流電磁鐵1、電磁關(guān)系+e+e+uNi（磁通勢(shì)）主磁通 ：通過(guò)鐵心閉合的磁通。漏磁通：經(jīng)過(guò)空氣或其它非導(dǎo)磁媒質(zhì)閉合的磁通。線圈鐵心 i，鐵心線圈的漏磁電感 與i不是線性關(guān)系。20陽(yáng)山書(shū)屋c2、電壓電流關(guān)系根據(jù)KVL:+eeuNi式中：R是線圈導(dǎo)線的電阻 L 是漏磁電感 當(dāng) u 是正弦電壓時(shí)，其它各電壓、電流、電動(dòng)勢(shì)可視作正弦量，則電壓、電流關(guān)系的相量式為：Z 是漏磁阻抗21陽(yáng)山書(shū)屋c設(shè)主磁通 根據(jù)電磁感應(yīng)定律有效值 由于線圈電阻 R 和感抗X（或漏磁通）較小，其電壓降也較小，與主磁電動(dòng)勢(shì) E 相比可忽略，故有式中：Bm是鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值，單位T； S 是鐵心截面積，單位m2。22陽(yáng)山

11、書(shū)屋cU =E 忽略漏阻抗，有U4.44 f Nm= 則 當(dāng) U 、f 一定時(shí)， m 基本不變。 (2) 功率視在功率: S = U I無(wú)功功率: Q = S sin 有功功率: P = S cos = PCuPFe 銅損耗 鐵損耗= RI2 +( PhPe )磁滯損耗 渦流損耗 23陽(yáng)山書(shū)屋c3、功率損耗 交流鐵心線圈的功率損耗主要有銅損和鐵損兩種。1. 銅損（Pcu） 在交流鐵心線圈中, 線圈電阻R上的功率損耗稱(chēng)銅損，用Pcu 表示。 Pcu = RI2式中：R是線圈的電阻；I 是線圈中電流的有效值。2. 鐵損（PFe） 在交流鐵心線圈中，處于交變磁通下的鐵心內(nèi)的功率損耗稱(chēng)鐵損，用PFe

12、表示。鐵損由磁滯和渦流產(chǎn)生。+ui24陽(yáng)山書(shū)屋c（1）磁滯損耗（Ph）由磁滯所產(chǎn)生的能量損耗稱(chēng)為磁滯損耗（Ph）。 磁滯損耗的大小： 交變磁化一周在鐵心的單位體積內(nèi)所產(chǎn)生的磁滯損耗能量與磁滯回線所包圍的面積成正比。OHB 磁滯損耗轉(zhuǎn)化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。 減少磁滯損耗的措施： 選用磁滯回線狹小的磁性材料制作鐵心。變壓器和電機(jī)中使用的硅鋼等材料的磁滯損耗較低。25陽(yáng)山書(shū)屋c(2)渦流損耗（Pe）渦流損耗: 由渦流所產(chǎn)生的功率損耗。 渦流：交變磁通在鐵心內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，稱(chēng)為渦流。渦流在垂直于磁通的平面內(nèi)環(huán)流。渦流損耗轉(zhuǎn)化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。減少渦流損耗措施： 提高鐵心的電阻率。鐵心用彼

13、此絕緣的鋼片疊成，把渦流限制在較小的截面內(nèi)。鐵心線圈交流電路的有功功率為：26陽(yáng)山書(shū)屋c(1) 變化 f 變化 電磁吸力用平均值衡量。 m 不變 Fm 不變。(2) 銜鐵吸合后磁阻 起動(dòng)電流 工作電流。4. 電磁吸力 m 不變 磁通勢(shì) 勵(lì)磁電流 Of t F fm 平均吸力 27陽(yáng)山書(shū)屋c (1) 交流電磁鐵的吸力在零與最大值之間脈動(dòng)。銜鐵以?xún)杀峨娫搭l率在顫動(dòng)，引起噪音，同時(shí)觸點(diǎn)容易損壞。為了消除這種現(xiàn)象，在磁極的部分端面上套一個(gè)分磁環(huán)（或稱(chēng)短路環(huán)），工作時(shí)，在分磁環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，其阻礙磁通的變化，在磁極端面兩部分中的磁通 1 和 2 之間產(chǎn)生相位差，因而兩部分的吸力不同時(shí)為零，實(shí)現(xiàn)消除振動(dòng)

14、和噪音，如圖所示；而直流電磁鐵吸力恒定不變；綜合上述：12 (2) 交流電磁鐵中,為了減少鐵損，鐵心由鋼片疊成；直流電磁鐵的磁通不變，無(wú)鐵損，鐵心用整塊軟鋼制成；28陽(yáng)山書(shū)屋c (4) 直流電磁鐵的勵(lì)磁電流僅與線圈電阻有關(guān)，在吸合過(guò)程中，勵(lì)磁電流不變。 (3) 在交流電磁鐵中，在其吸合過(guò)程中，隨著磁路氣隙的減小，磁阻減小，電流減小。如果銜鐵被卡住，通電后銜鐵吸合不上，電流較大，將使線圈嚴(yán)重發(fā)熱甚至燒毀；4. 電磁鐵的應(yīng)用 電磁鐵在生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用。其主要應(yīng)用原理是：用電磁鐵銜鐵的動(dòng)作帶動(dòng)其他機(jī)械裝置運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生機(jī)械連動(dòng)，實(shí)現(xiàn)控制要求。29陽(yáng)山書(shū)屋c應(yīng)用實(shí)例 圖示為應(yīng)用電磁鐵實(shí)現(xiàn)制動(dòng)機(jī)床或起重機(jī)

15、電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，其中電動(dòng)機(jī)和制動(dòng)輪同軸。原理如下：M3 抱閘制動(dòng)輪彈簧電磁鐵通電電磁鐵動(dòng)作拉開(kāi)彈簧抱閘提起松開(kāi)制動(dòng)輪 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)斷電電磁鐵釋放彈簧收縮抱閘抱緊抱緊制動(dòng)輪 電機(jī)制動(dòng)啟動(dòng)過(guò)程：制動(dòng)過(guò)程：30陽(yáng)山書(shū)屋c例5.2.1 一個(gè)鐵心線圈，加上12V直流電壓時(shí)，電流為1A；加上110V交流時(shí)，電流為2A，消耗的功率為88W。求后一種情況線圈的銅損耗、鐵損耗和功率因數(shù)。解：(1) 線圈施加直流電壓時(shí)： UIR = 121=12(2) 線圈施加交流電壓時(shí)： PCu = RI2=1222 W=48 WPFe = PPCu=(8848) W=40W PU Icos = 881102= 0.431陽(yáng)山書(shū)

16、屋c單相變壓器+一次繞組N1二次繞組N2鐵心 一次、二次繞組互不相連，能量的傳遞靠磁耦合。5.3 變壓器的工作原理32陽(yáng)山書(shū)屋c(1) 空載運(yùn)行情況1. 電磁關(guān)系一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)開(kāi)路。+1i0 ( i0N1) 1空載時(shí)，鐵心中主磁通是由一次繞組磁通勢(shì)產(chǎn)生的。33陽(yáng)山書(shū)屋c(2) 帶負(fù)載運(yùn)行情況1. 電磁關(guān)系一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)接負(fù)載。+11i1 ( i1N1) i1i2 ( i2N2) 2有載時(shí)，鐵心中主磁通是由一次、二次繞組磁通勢(shì)共同產(chǎn)生的合成磁通。2i2+e2+e2+u2Z 34陽(yáng)山書(shū)屋c2. 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 則變壓器 一

17、次、二次側(cè)繞組的電動(dòng)勢(shì)之比稱(chēng)為變壓器的電壓比(1) 一次、二次側(cè)主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)35陽(yáng)山書(shū)屋c根據(jù)KVL：變壓器一次側(cè)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(dòng)勢(shì) E1比較可忽略不計(jì)，則+(2) 一次、二次側(cè)電壓式中 R1 為一次側(cè)繞組的電阻; X1=L1 為一次側(cè)繞組的感抗(漏磁感抗，由漏磁產(chǎn)生)。36陽(yáng)山書(shū)屋c（匝比）K為變比對(duì)二次側(cè)，根據(jù)KVL：結(jié)論：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。式中 R2 為二次繞組的電阻; X2=L2 為二次繞組的感抗； 為二次繞組的端電壓。變壓器空載時(shí):+u2+i1i2+e2+e2式中U20為變壓器空載電壓。故有3

18、7陽(yáng)山書(shū)屋c 一般取高壓繞組的電壓與低壓繞組的電 壓之比， 規(guī)定: 當(dāng) U1 = U1N 時(shí), U1N U2N即：k1U20 = U2N 如銘牌上標(biāo)注:電壓 10000 / 230V變壓器銘牌參數(shù)：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U1N ，一次繞組的額定電壓U2N，一次繞組加上額定電壓時(shí)，二次側(cè)空載時(shí)的電壓 一般 U2N 比滿(mǎn)載時(shí)的 電壓高 5% 10% 。 38陽(yáng)山書(shū)屋c（3）、變壓器的外特性 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

19、次側(cè)開(kāi)路時(shí)，二次側(cè)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23%左右。電壓變化率：cos2 =0.8(感性）U2I2U20I2Ncos2 =1Ocos2 =0.8(容性）39陽(yáng)山書(shū)屋c 例5.3.1 某單相變壓器的額定電壓為 10 000/230 V 接在 10 000 V 的交流電源上向一電感性負(fù)載供電，電壓 調(diào)整率為 0.03，求變壓器的電壓比、空載和滿(mǎn)載時(shí)的二 次電壓。 解 變壓器的電壓比為 空載時(shí)的二次電壓為 U20 = U2N = 230 V 滿(mǎn)載時(shí)的二次電壓為 U2 = U2N (1 VR ) = 230(1 0.03) V = 223

20、 V k = = = 43.5 U1N U2N 10 000 230 40陽(yáng)山書(shū)屋c3. 電流變換(一次、二次側(cè)電流關(guān)系)有載運(yùn)行 可見(jiàn)，鐵心中主磁通的最大值m在變壓器空載和有載時(shí)近似保持不變。即有 不論變壓器空載還是有載，一次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)。空載：有載：+|Z |+41陽(yáng)山書(shū)屋c一般情況下：I0 (23)%I1N 很小可忽略?；蚪Y(jié)論：一次、二次側(cè)電流與匝數(shù)成反比。磁勢(shì)平衡式：空載磁勢(shì)有載磁勢(shì)42陽(yáng)山書(shū)屋c U2|ZL |I2 = 2230.966= 224A= 5.15A I2kI1 =例5.3.1 某單相變壓器的額定電壓

21、為10000/230V，接在10000V的交流電源上向一電感性負(fù)載供電，電壓調(diào)整率為0.03。當(dāng)|ZL |=0.966時(shí)，變壓器正好滿(mǎn)載。求該變壓器的電流。空載電壓：=230V滿(mǎn)載電壓:=230(10.03) V= 223VU20 = U2N U2 = U2N (1U ) PCu43陽(yáng)山書(shū)屋c4. 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。 +44陽(yáng)山書(shū)屋c 一只電阻為 8的揚(yáng)聲器（喇叭），需要把電阻提高到 800才可以接入半導(dǎo)體收音機(jī)的輸出端。問(wèn)：應(yīng)該利用電壓比為多大的變壓器才能實(shí)現(xiàn)這一阻抗匹配。解：例5.3.3 = 10RL = k2 R

22、RRLk = 8008上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)返 回45陽(yáng)山書(shū)屋c(1) 變壓器的匝數(shù)比應(yīng)為：信號(hào)源R0RL+R0+解:例1: 如圖，交流信號(hào)源的電動(dòng)勢(shì) E= 120V，內(nèi)阻 R 0=800，負(fù)載為揚(yáng)聲器，其等效電阻為RL=8。（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？46陽(yáng)山書(shū)屋c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(mǎn)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：47陽(yáng)山書(shū)屋c5 變壓器的功率關(guān)系一次繞組的視在功

23、率：S1 = U1I1二次繞組的視在功率：S2 = U2I2變壓器的額定容量：SN = U2NI2N = U1NI1N輸入功率：P1 = U1I1cos1輸出功率：P2 = U2I2cos2變壓器的損耗：P = P1 P2= PCu + PFe48陽(yáng)山書(shū)屋c不變損耗PFe = Ph+Pe鐵損耗：上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)返 回銅損耗：PCu = R1I12 + R2I22可變損耗銅損 (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。磁滯損耗：磁滯現(xiàn)象引起鐵心發(fā)熱，造 成的損耗。 鐵損(PFe )：變壓器的效率為輸出功率輸入功率一般 95% ,負(fù)載為

24、額定負(fù)載的(5075)%時(shí)，最大49陽(yáng)山書(shū)屋c 一變壓器容量為10kVA，鐵耗為300W，滿(mǎn)載時(shí)的銅耗為400W。求該變壓器在滿(mǎn)載時(shí)向功率因數(shù)為 0.8 的負(fù)載供電時(shí)輸入和輸出的有功功率及效率。解：例5.3.4忽略電壓變化率，則P2 = SN cos2= 101030.8 W= 8 kWP = PCu + PFe= (300 + 400) W= 0.7 kWP1 = P2 + P= (8 + 0.7) kW= 8.7 kWP1P2=100%88.7=100%= 92 %上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)返 回50陽(yáng)山書(shū)屋c5.4 變壓器的基本結(jié)構(gòu)一、主要部件 1. 鐵心 用硅鋼片疊成。 2. 繞組（線圈

25、） 高壓繞組和低壓繞組同心地套在鐵心上。 3. 其他 油箱、油、儲(chǔ)油柜、絕緣套管、保護(hù)設(shè)備等。 51陽(yáng)山書(shū)屋c1. 按相數(shù)分類(lèi) 三相變壓器、單相變壓器。2. 按每相繞組的個(gè)數(shù)分類(lèi) 雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器。3. 按結(jié)構(gòu)分類(lèi) 心式變壓器、殼式變壓器。3. 按冷卻方式分類(lèi) 干式變壓器、油浸式變壓器。二、主要種類(lèi) 變壓器符號(hào)52陽(yáng)山書(shū)屋c 心式變壓器 鐵心 繞組 殼式變壓器 鐵心 繞組 53陽(yáng)山書(shū)屋c S9 型 10 kV 三相油浸配電變壓器 54陽(yáng)山書(shū)屋c 樹(shù)脂澆注干式變壓器 55陽(yáng)山書(shū)屋c(2) 三相繞組的聯(lián)結(jié)方式：GB: Y,yn Y,d YN,d Y,y YN,y(1) 三相電

26、壓變換的方式： 采用三臺(tái)單相變壓器、三相心式變壓器。常用的三種高壓繞組接法低壓繞組接法5.5 三相電壓的變換ABCXYZabczyx56陽(yáng)山書(shū)屋c5.5 三相變壓器1. 三相組式變壓器U1 U2u1 u2V1 V2v1 v2W1 W2w1 w2 特點(diǎn)：三相之間只有電的聯(lián)系，沒(méi)有磁的聯(lián)系。 57陽(yáng)山書(shū)屋c2. 三相心式變壓器 U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w2 特點(diǎn)：三相之間既有電的聯(lián)系，又有磁的聯(lián)系。 58陽(yáng)山書(shū)屋c三相電壓的變換ABCXYZabczyx1) 三相變壓器的結(jié)構(gòu)高壓繞組：A-X B-Y C-ZX、Y 、Z ：尾端A、B、C ：首端低壓繞組：a-x b-y c-za、

27、b、c：首端x、y、z：尾端2) 三相變壓器的聯(lián)結(jié)方式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)（井下照明）常用接法:59陽(yáng)山書(shū)屋c（1）三相變壓器Y/yn聯(lián)結(jié)線電壓之比：ACBbca+（三相配電變壓器）60陽(yáng)山書(shū)屋c（2）三相變壓器Y/聯(lián)結(jié)線電壓之比：ACBabc+動(dòng)力供電系統(tǒng)（井下照明）61陽(yáng)山書(shū)屋c1） 變壓器的型號(hào)變壓器的銘牌和技術(shù)數(shù)據(jù)S J L 1000/10 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)62陽(yáng)山書(shū)屋c額定值 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

28、單相：U1N ，一次側(cè)電壓， U2N，二次側(cè)空載時(shí)的電壓三相：U1N、U2N，一次、二次側(cè)的線電壓 額定電流 I1N、I2N 變壓器滿(mǎn)載運(yùn)行時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許的電流值。單相：一次、二次側(cè)繞組允許的電流值三相：一次、二次側(cè)繞組線電流63陽(yáng)山書(shū)屋c 額定容量 SN 傳送功率的最大能力。單相：三相：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）效率容量：一次側(cè)輸入功率：輸出功率： 變壓器運(yùn)行時(shí)的功率取決于負(fù)載的性質(zhì)額定值64陽(yáng)山書(shū)屋c 某三相變壓器SN=50kVA，U1N/U2N=10000/400 V，Y/D聯(lián)結(jié)，向2=cos2 =0.9的

29、感性負(fù)載供電，滿(mǎn)載時(shí)二次繞組的電壓為380V。求：(1) 滿(mǎn)載時(shí)一、二次繞組的線電流、相電流； (2) 輸出的有功功率。解：例5.5.1(1)= 2.9 AI1N =SN3 U1N 501033 10000=I2N =SN3 U2N 501033 400= 72.2 AI1p = I1N = 2.9 AI2p = I2N3 I2N3 = 41.7 A65陽(yáng)山書(shū)屋c(2)P2 =3 U2 I2 cos2 =3 38072.20.9W= 42.8 kW66陽(yáng)山書(shū)屋c*5.6 儀用互感器一、電壓互感器 U1 U2= = ku N1 N2 國(guó)產(chǎn)互感器： U2N = 100 V1. 工作原理 空載運(yùn)行的

30、降壓變壓器。 u1 Vu1u267陽(yáng)山書(shū)屋c二次側(cè)不能短路， 以防產(chǎn)生過(guò)流；2. 鐵心、低壓繞組的 一端接地，以防在 絕緣損壞時(shí)，在二次側(cè)出現(xiàn)高壓。使用注意事項(xiàng)：電壓表被測(cè)電壓=電壓表讀數(shù) N1/N22.電壓互感器 實(shí)現(xiàn)用低量程的電壓表測(cè)量高電壓VR N1（匝數(shù)多）保險(xiǎn)絲 N2（匝數(shù)少）u（被測(cè)電壓）68陽(yáng)山書(shū)屋c二、電流互感器 1. 工作原理 短路運(yùn)行的升壓變壓器。 I1 I2 = = ki N2 N1 國(guó)產(chǎn)互感器： I2N = 5 A Ai2i1N1 N2 1 2 匝69陽(yáng)山書(shū)屋c電流表被測(cè)電流=電流表讀數(shù) N2/N1二次側(cè)不能開(kāi)路， 以防產(chǎn)生高電壓；2. 鐵心、低壓繞組的 一端接地，以防

31、在 絕緣損壞時(shí)，在二次側(cè)出現(xiàn)過(guò)壓。使用注意事項(xiàng)：2.電流互感器實(shí)現(xiàn)用低量程的電流表測(cè)量大電流（被測(cè)電流）N1（匝數(shù)少）N2（匝數(shù)多）ARi1i270陽(yáng)山書(shū)屋c*5.7 自耦變壓器一、結(jié)構(gòu) 手柄 接線柱 調(diào)壓器 手柄 繞組 接觸臂 71陽(yáng)山書(shū)屋c二、工作原理 I+U2I1E1E2U1 I2 降壓自耦變壓器 升壓自耦變壓器 I N1N2+U1I1E1E2 U2I2忽略漏阻抗，則= U1 U2E1 E2=N1 N2= k 72陽(yáng)山書(shū)屋c 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：一次、二次側(cè)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，電流會(huì)迅速增加。1.自耦變壓器ABP+73陽(yáng)山書(shū)屋c*5.8 三繞組變壓器 有三個(gè)繞組和三個(gè)電壓等級(jí)。 三繞組變壓器 = k12 U1 U2= N1 N2= k13 U1 U3= N1 N3= k23 U2 U3= N2 N3 各繞組間的電壓關(guān)系 N1N3N2I1I2U1I3U2U3ZL3ZL274陽(yáng)山書(shū)屋c 各繞組間的電流關(guān)系