[工学]第六章 变压器.ppt

第6章 变压器 6.1 变压器的基本结构和工作原理 6.2 变压器的额定值 6.3 变压器的外特性和效率 6.4 常用变压器 2 损耗和效率 变压器的功率损耗为： = 短路损耗 = 空载损耗 变压器的效率为： P2——输出功率 P1——输入功率 变压器的功率损耗很小，所以效率很高，通常在95%以上。对一般的电力变压器，当负载为额定负载的50% ～ 75%时，效率达到最大。 3 同极性端 变压器原副绕组的电压都是交变的，但是某一瞬间，原绕组必有一个端点的极性为正，另一个端点的极性为负，与此同时，副绕组也必有一个端点的极性为正，另一端点的极性为负。通常把原副绕组极性同为正或同为负的两个端点称为同极性端，或称同名端。 跳转到第一页 * 跳转到第一页 * 6.1 变压器的基本结构和工作原理 变压器是一种常用的电工设备，在电力系统及电子线路中都应用广泛。 在电力系统中，变压器主要用于变换电压，实现远距离输电。 在电子线路中，除电源变压器，变压器还用来耦合电路，传递信号，并实现阻抗匹配等。 此外，有自耦变压器，互感器及各种专用变压器（用于电焊、电炉、整流等）。 变压器的种类很多，但它们的基本结构和工作原理是相同的。 1 变压器的基本结构 闭合铁芯 原边 绕组 副边 绕组 变压器由铁心和绕组两个基本部分组成, 如图所示, 在一个闭合的铁心上套有两个绕组, 绕组与绕组之间以及绕组与铁心之间都是绝缘的。  变压器的铁心由0.35～０.５mm厚的硅钢片交错叠装而成, 下图为几种常见的铁心形状。 变压器的铁心 绕组一般采用绝缘铜线或铝线绕制, 其中与电源相连的绕组称为原绕组（或称为原边、 初级）; 与负载相连的绕组称为副绕组（或称为副边、 次级）。 按铁心和绕组的组合结构可分为心式变压器和壳式变压器, 如图所示。 心式变压器的铁心被绕组包围, 而壳式变压器的铁心则包围绕组。 变压器的结构形式 2 变压器的工作原理 N1 N2 2.1 电磁关系 2.2空载运行 空载运行和电压变换如图所示, 将变压器的原边接在交流电压ｕ1上, 副边开路, 这种运行状态称为空载运行。此时副绕组中的电流i2=0, 电压为开路电压u20, 原绕组通过的电流为空载电流i10, 电压和电流的参考方向如图所示。图中Ｎ１为原绕组的匝数, Ｎ２为副绕组的匝数。 副边开路时, 通过原边的空载电流i10就是励磁电流。磁动势i10N1在铁心中产生的主磁通Φ既穿过原绕组, 也穿过副绕组, 于是在原、 副绕组中分别感应出电动势ｅ１和ｅ２。且ｅ１和ｅ２与Φ的参考方向之间符合右手螺旋定则, 由法拉第电磁感应定律可得： ｅ１和ｅ２的有效值分别为 式中ｆ为交流电源的频率, Φm为主磁通的最大值。 如果忽略漏磁通的影响并且不考虑绕组上电阻的压 降时, 可认为原、 副绕组上电动势的有效值近似等于原、 副绕组上电压的有效值, 即 因此 由上式可见, 变压器空载运行时, 原、 副绕组上电压的比值等于两者的匝数之比, Ｋ称为变压器的变比。 若改变变压器原、 副绕组的匝数, 就能够把某一数值的交流电压变为同频率的另一数值的交流电压 当原绕组的匝数Ｎ1比副绕组的匝数Ｎ２多时, Ｋ＞１, 这种变压器为降压变压器; 反之, 当Ｎ１的匝数少于Ｎ２的匝数时, Ｋ＜１, 为升压变压器。 2.3 负载运行 如下图所示, 变压器的原绕组接交流电压u１, 副绕组接上负载ＺL, 这种运行状态称为负载运行。 这时副边的电流为ｉ２, 原边电流由ｉ10增大为ｉ１, 且u２略有下降, 这是因为有了负载后, ｉ１、ｉ２会增大, 原、 副绕组本身的内部压降也要比空载时增大, 使副绕组电压Ｕ２比Ｅ２低一些。 因为变压器内部压降一般小于额定电压的１０％, 因此变压器有无负载对电压比的影响不大, 可以认为负载运行时变压器原、 副绕组的电压比仍然基本上等于原、 副绕组匝数之比。 变压器负载运行时, 由ｉ２形成的磁动势ｉ２Ｎ２对磁路也会产生影响, 即铁心中的主磁通Φ是由i1N1和i2N2共同产生的。由式 U≈E≈4.44fNΦm可知, 当电源电压和频率不变时, 铁心中的磁通最大值应保持基本不变, 那么磁动势也应保持不变, 即 由于变压器空载电流很小, 一般只有额定电流的百分之几, 因此当变压器额定运行时, 可忽略不计。 则有 。