中職電工與電子技術(shù)第三章教學(xué)課件

1、正版可修改PPT課件(中職）電工與電子技術(shù)第三章教學(xué)課件第三章 變壓器第一節(jié) 變壓器的基本知識第二節(jié) 單相變壓器第三節(jié) 三相變壓器第四節(jié) 自藕變壓器返回第一節(jié) 變壓器的基本知識 一、變壓器的用途和分類 變壓器幾乎在所有的電子產(chǎn)品中都要用到，它原理簡單，但根據(jù)不同的使用場合(不同的用途)變壓器的繞制工藝會有不同的要求。變壓器的功能主要有:電壓變換;阻抗變換;隔離;穩(wěn)壓(磁飽和變壓器)等，變壓器常用的鐵芯形狀一般有E形和C形。 變壓器的最基本形式，包括兩組繞有導(dǎo)線的線圈，并且彼此以電感方式稱合一起。當(dāng)一交流電流(具有某一已知頻率)流于其中一組線圈時，于另一組線圈中將感應(yīng)出具有相同頻率的交流電壓，而

2、感應(yīng)的電壓大小取決于兩線圈藕合及磁鉸鏈的程度。 大部分的變壓器均有固定的鐵芯，其上繞有一次與二次的線圈。基于鐵材的高導(dǎo)磁性，大部分磁通量局限在鐵芯里，因此，兩組線圈可以獲得相當(dāng)高程度的磁藕合。在一些變壓器中，線圈與鐵芯二者間緊密地結(jié)合，其一次與二次電壓的比值幾乎與二者之線圈匝數(shù)比相同。下一頁返回第一節(jié) 變壓器的基本知識因此，變壓器的匝數(shù)比，一般可作為變壓器升壓或降壓的參考指標(biāo)。由于此項升壓與降壓的功能，使得變壓器已成為現(xiàn)代化電力系統(tǒng)的一個重要附屬物，提升輸電電壓使得長途輸送電力更為經(jīng)濟，至于降壓變壓器，它使得電力運用方面更加多元化。電子變壓器除了體積較小外，在電力變壓器與電子變壓器二者之間，并

3、沒有明確的分界線。一般提供60Hz電力網(wǎng)絡(luò)的電源均非常龐大，它可能是涵蓋有半個洲地區(qū)那么大的容量。電子裝置的電力限制，通常受限于整流、放大，與系統(tǒng)其他組件的能力，其中有些部分屬放大電力，但與電力系統(tǒng)發(fā)電能力相比較，它仍然歸屬于小電力的范圍。 各種電子裝備常用到變壓器，理由是:提供各種電壓階層確保系統(tǒng)正常操作;提供系統(tǒng)中以不同電位操作部分得以電氣隔離;對交流電流提供高阻抗，但對直流則提供低的阻抗;在不同的電位下，維持或修飾波形與頻率響應(yīng)。上一頁下一頁返回第一節(jié) 變壓器的基本知識對于電子裝置而言，重量和空間通常是一項努力追求的目標(biāo)，至于效率、安全性與可靠性，更是重要的考慮因素。變壓器除了能夠在一個

4、系統(tǒng)里占有顯著百分比的重量和空間外，另一方面在可靠性方面，它也是衡量因子中重要一項。在它應(yīng)用方面的差別，使得電力變壓器并不適合應(yīng)用于電子電路上。 二、變壓器的結(jié)構(gòu)簡介 變壓器由鐵芯和繞組構(gòu)成。鐵芯是變壓器中主要的磁路部分。通常由含硅量較高、厚度為0. 35 /0. 3/0. 27 mm，表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝而成。鐵芯分為鐵芯柱和橫片兩部分，鐵芯柱套有繞組;橫片是閉合磁路之用。鐵芯結(jié)構(gòu)的基本形式有心式和殼式兩種。繞組是變壓器的電路部分，它是用雙絲包絕緣扁線或漆包圓線繞成。上一頁返回第二節(jié) 單相變壓器單相變壓器是用來變換單相交流電的變壓器，通常額定容量較小。單相變壓器結(jié)構(gòu)示意如圖3

5、一1所示。在電子線路、焊接、冶金、測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及實驗等方面，單相變壓器的應(yīng)用都很廣泛。 單相就是輸入的電是單相電，是相對于三相電說的，單相電分火線零線，共兩條線，三相電有三根火線一條零線。 單極性開關(guān)電源，指輸出為單極性，也就是只有正極、負(fù)極輸出，相對于雙極性開關(guān)電源說的，雙極性開關(guān)電源有三條輸出，分為正電源、負(fù)電源、地線。 全波整流就是橋式整流，一個意思，說法不同而已。下一頁返回第二節(jié) 單相變壓器一、工作原理1.工作原理變壓器中常將接電源的繞組稱為一次繞組，接負(fù)載的繞組稱為二次繞組。(1)空載運行及電壓比一次繞組接交流電源，二次繞組開路的運行方式稱為空載運行，如圖3一2所示。此時，一

6、次繞組的電流i01稱為勵磁電流，由于im是按正弦規(guī)律變化的，因此由它在鐵芯中產(chǎn)生的磁通中也是按正弦規(guī)律變化的，在交變磁通中的作用下，在一、二次繞組中分別產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e1、e2 設(shè) ，則可根據(jù)電磁感應(yīng)定律計算出上一頁下一頁返回第二節(jié) 單相變壓器由式(3一1)、式(3一2)可得式中，N1是一次繞組匝數(shù);N2是二次繞組匝數(shù)。由于i01在空載時很小(僅占一次繞組額定電流的3%8% )，故可忽略一次繞組的阻抗不計，則電源電壓U1與E1近似相等，即由于二次繞組開路，空載端電壓U20與E2相等，即因此有式中，K稱為電壓比，它是變壓器的一個重要參數(shù)。上一頁下一頁返回第二節(jié) 單相變壓器上式表明，變壓器具有變換

7、電壓的作用，且電壓大小與其匝數(shù)成正比。因此匝數(shù)多的繞組電壓高，匝數(shù)少的繞組電壓低。當(dāng)K1時為降壓變壓器;當(dāng)K1時為升壓變壓器。(2)負(fù)載運行及變流比一次繞組接交流電源，二次繞組接負(fù)載的運行方式，如圖3一3所示，此時二次繞組中有電流i2，一次繞組中的電流也由im增加到i1，但鐵芯中的磁通和空載時相比基本保持不變，若不計一、二次繞組的阻抗，仍有上一頁下一頁返回第二節(jié) 單相變壓器變壓器是一種傳送電能的設(shè)備，在傳送電能的過程中繞組及鐵芯中的損耗很小，勵磁電流也很小，理想情況下可以認(rèn)為一次側(cè)視在功率與二次側(cè)視在功率相等，即故有上式表明，變壓器具有變換電流的作用，電流大小與其匝數(shù)成反比。因此匝數(shù)多的繞組電

8、流小，可用細(xì)導(dǎo)線繞制，匝數(shù)少的繞組電流大，可用粗導(dǎo)線繞制。上一頁下一頁返回第二節(jié) 單相變壓器(3)阻抗變換當(dāng)變壓器處于負(fù)載運行時，從一次繞組看進去的阻抗為而負(fù)載阻抗故有上一頁下一頁返回第二節(jié) 單相變壓器 式(3一6)表明，對交流電源來講，通過變壓器接入阻抗為|ZL|的負(fù)載，相當(dāng)于在交流電源上直接接入阻抗為 的負(fù)載，如圖3一4所示。 在電子技術(shù)中，經(jīng)常要用到變壓器的阻抗變換作用以達到阻抗匹配。例如，在晶體管收音機電路中，作為負(fù)載的揚聲器電阻RL一般不等于晶體管收音機二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻Ro，這就需要在晶體管收音機二端網(wǎng)絡(luò)和揚聲器之間接入一輸出變壓器，利用變壓器進行等效變換，使?jié)M足 達到阻抗匹配，此

9、時揚聲器才能獲得最大功率。 例3一1有一單相變壓器，當(dāng)一次繞組接在220V的交流電源上時，測得二次繞組的端電壓為22V，若該變壓器一次繞組的匝數(shù)為2 100匝，求其變比和二次繞組的匝數(shù)。上一頁下一頁返回第二節(jié) 單相變壓器解 已知U1= 220V ,U2=22V,戈=2 100匝所以又所以上一頁下一頁返回第二節(jié) 單相變壓器 例3一2某晶體管收音機輸出變壓器的一次繞組匝數(shù)N1= 230匝，二次繞組匝數(shù)N2 = 80匝，原來配有阻抗為8的揚聲器，現(xiàn)在要改接為4的揚聲器，問輸出變壓器二次繞組的匝數(shù)應(yīng)如何變動(一次繞組匝數(shù)不變)。解設(shè)輸出變壓器二次繞組變動后的匝數(shù)為N2當(dāng)RL= 4時根據(jù)題意Ri=Ri，

10、即上一頁下一頁返回第二節(jié) 單相變壓器 2.額定值 (1)額定電壓U1N和U2N(V)額定電壓U1N是指根據(jù)變壓器的絕緣強度和允許發(fā)熱而規(guī)定的一次繞組的正常工作電壓。額定電壓U2N是指一次繞組加額定電壓時，二次繞組的開路電壓。 (2)額定電流I1N和I2N(A)指根據(jù)變壓器的允許發(fā)熱條件而規(guī)定的繞組長期允許通過的最大電流值。 (3)額定容量SN ( VA)指變壓器在額定工作狀態(tài)下，二次繞組的視在功率。忽略損耗時，額定容量 二、單相變壓器的同名端及其判斷 所謂同名端是指在同一交變磁通的作用下，兩個繞組上所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓瞬時極性始終相同的端子，同名端又稱同極性端，常以“*”或“”標(biāo)記。判斷同名端可根

11、據(jù)如下方法:上一頁下一頁返回第二節(jié) 單相變壓器已知兩個繞組的繞向，假定兩個繞組中各有電流i1、i2，若它們產(chǎn)生的磁通方向一致，則兩繞組的電流流入端(或流出端)即為同名端。無法辮明繞組方向，此時，可用實驗的方法進行判別。圖3 -5所示是用直流法測定繞組A與繞組B的同名端，當(dāng)開關(guān)S迅速閉合時，若此時電壓表指針正向偏轉(zhuǎn)，則1,3端子為同名端，否則為異名端。上一頁返回第三節(jié) 三相變壓器 三相變壓器是3個相同的容量單相變壓器的組合。它有三個鐵芯柱，每個鐵芯柱都繞著同一相的2個線圈，一個是高壓線圈，另一個是低壓線圈。 用于國內(nèi)變壓器的高壓繞組一般聯(lián)成Y接法，中壓繞組與低壓繞組的接法要視系統(tǒng)情況而決定。所謂

12、系統(tǒng)情況就是指高壓輸電系統(tǒng)的電壓相量與中壓或低壓輸電系統(tǒng)的電壓相量間關(guān)系。如低壓系配電系統(tǒng)，則可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定決定。 高壓繞組常連成Y接法是由于相電壓可等于線電壓的57. 7%，每匝電壓可低些。 國內(nèi)的500,330,220與110kV的輸電系統(tǒng)的電壓相量都是同相位的，所以，對下列電壓比的三相三繞組或三相自藕變壓器，高壓與中壓繞組都要用星形接法。當(dāng)三相三鐵芯柱鐵芯結(jié)構(gòu)時，低壓繞組也可采用星形接法或三角形接法，它決定于低壓輸電系統(tǒng)的電壓相量是與中壓及高壓輸電系統(tǒng)電壓相量為同相位或滯后30電氣角。下一頁返回第三節(jié) 三相變壓器500/220/LVkV-YN , yn0 , yn0或YN , yn0，d

13、l1220/110/LVkV-YN , yn0 , yn0或YN , yn0， dl1330/220/LVkV-YN , yn0 , yn0或YN , yn0， dl1330/110/LVkV-YN , yn0 , yn0或YN , yn0， dl1如220/60kV變壓器采用YNdl l接法，與220/69/lOkV變壓器用YN，yn0，dll接法，這二個60kV輸電系統(tǒng)相差300電氣角。 當(dāng)220/110/35kV變壓器采用YN,yn0,d11接法，110/35/lOkV變壓器采用YN , yn0 , dl 1接法，以上兩個35kV輸電系統(tǒng)電壓相量也差30電氣角。 所以，決定60與35kV

14、級繞組的接法時要慎重，接法必須符合輸電系統(tǒng)電壓相量的要求。根據(jù)電壓相量的相對關(guān)系決定60與35 kV級繞組的接法。否則，即使容量對，電壓比也對，變壓器也無法使用，接法不對，變壓器無法與輸電系統(tǒng)并網(wǎng)。上一頁下一頁返回第三節(jié) 三相變壓器國內(nèi)10,6,3與0. 4kV輸電與配電系統(tǒng)相量也有兩種相位。在上海地區(qū)，有一種10kV與110kV輸電系統(tǒng)電壓相量差60“電氣角，此時可采用110/35/lOkV電壓比與YN , yn0 , y10接法的三相三繞組電力變壓器，但限用三相三鐵芯柱式鐵芯。 注意:單相變壓器在連成三相組接法時，不能采用YNy0接法的三相組。三相殼式變壓器也不能采用YNy0接法。 不同聯(lián)

15、結(jié)組的變壓器并聯(lián)運行時，一般的規(guī)定是聯(lián)結(jié)組別標(biāo)號必須相同。配電變壓器用于多雷地區(qū)時，可采用Yznll接法，當(dāng)采用z接法時，阻抗電壓算法與Yyn0接法不同，同時z接法繞組的耗銅量要多些。Yznll接法配電變壓器的防雷性能較好。 三相變壓器采用四個卷鐵芯框時也不能采用YNyO接法。上一頁下一頁返回第三節(jié) 三相變壓器 以上都是用于國內(nèi)變壓器的接法，如出口時應(yīng)按要求供應(yīng)合適的接法與聯(lián)結(jié)組標(biāo)號。 一般在高壓繞組內(nèi)都有分接頭與分接開關(guān)相聯(lián)。因此，選擇分接開關(guān)時(包括有載調(diào)壓分接開關(guān)與無勵磁調(diào)壓分接開關(guān))，必須注意變壓器接法與分接開關(guān)接法相配合(包括接法、試驗電壓、額定電流、每級電壓、調(diào)壓范圍等)。對YN接

16、法的有載調(diào)壓變壓器所用有載調(diào)壓分接開關(guān)而言，還要注意中點必須能引出。上一頁返回第四節(jié) 自耦變壓器 前面敘述的普通雙繞組變壓器，其一次繞組和二次繞組是截然分開的，即只有磁藕合，而沒有電的直接聯(lián)系。如果把一次繞組和二次繞組合二為一，如圖3一6所示，就成為只有一個繞組的變壓器，這種變壓器稱為自藕變壓器，其特點是一、二次繞組共用部分繞組，因此一、二次繞組之間不僅有磁藕合，而且還有電的直接聯(lián)系。 自藕變壓器的原理與普通變壓器一樣，由于穿過一、二次繞組的磁通相同，故式(3 -4),式(3一5)仍適用，即下一頁返回第四節(jié) 自耦變壓器 自藕變壓器既可做成單相的，也可做成三相的。如圖3 -7所示為三相自藕變壓器的原理圖，它常用作對三相異步電動機進行減壓啟動。 自藕變壓器的優(yōu)點是:結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省用銅量，且效率較高，自藕變壓器的變壓比一般不超過2，變壓比愈小，其優(yōu)點愈明顯。其缺點是:一次側(cè)電路與二次側(cè)電路有直接的電的聯(lián)系，高壓側(cè)的電氣故障會波及到低壓側(cè)，故高、低壓側(cè)應(yīng)采用同一絕緣等級。 低壓小容量的自藕變壓器，其抽頭常做成滑動觸頭，構(gòu)成輸出電壓可調(diào)的自藕調(diào)壓器，如圖3一8所示，這種調(diào)壓器常在實驗室中調(diào)節(jié)實驗用的電壓。由于自藕變壓器一、二次繞組有電的聯(lián)系，因此安全操作規(guī)程中規(guī)定，自藕變壓器不能作為安全變壓器使用。因為萬一線路接錯，就可能發(fā)生觸電事故