[工学]第4章 变压器.ppt

第4章 变压器 4.1 变压器的应用、 结构和原理 4.2 变压器的额定值 4.3 变压器空载运行分析 4.4 变压器负载时的情况 4.5 变压器的等值电路及相量图 4.6 脉冲变压器 4.7 单相自耦调压变压器 思考题与习题 4.1 变压器的应用、 结构和原理 4.1.1 变压器的用途简介 变压器是一种静止电机， 它可将一种型式的电信号(或电能)转换成另一种型式的电信号(或电能)。 在自动控制系统中常用的变压器有小功率电源变压器和作为信号传递的信号变压器， 如脉冲变压器、 输入输出变压器等。 在电力系统中用的变压器是作为电能之间的转换， 例如从电力的生产、 输送、 分配到各用电户， 采用着各式各样的电力变压器。 控制系统用的变压器容量小， 一般采用的是不超过几千伏安的单相变压器； 电力变压器的容量大， 一般采用的是几十千伏安甚至几十万千伏安的三相变压器。 本章以自动控制系统中使用的单相变压器为例来分析变压器的基本理论。 4.1.2 变压器的工作原理 ? 图 4 - 1 为单相变压器的原理图。 在闭合铁心上绕有两绕组， 其中接到交流电源一侧的叫原边(或称为一次侧或初级)绕组， 而接负载或输出电信号一侧的叫副边(或称为二次侧或次级)绕组。 变压器的工作原理是建立在电磁感应原理的基础上， 在两个电路之间通过电磁感应实现了交流电信号的传递。 铁心是闭合铁心， 用硅钢片叠压制成。 次侧或次级)绕组。 变压器的工作原理是建立在电磁感应原理的基础上， 在两个电路之间通过电磁感应实现了交流电信号的传递。 铁心是闭合铁心， 用硅钢片叠压制成。由于原边绕组接通交流电源后， 流过原绕组的电流是交变的， 因此在铁心中就会产生一个交变磁通， 这个交变磁通就一定能在原、 副绕组中感应交流电势e1和e2， 该电势的大小E1和E2正比于磁通对时间的变化率和对应绕组的匝数， 由于闭合铁心中的磁通同时匝链原、 副边， 则电势与匝数成正比， 即E1/E2=W1/W2， 若略去绕组本身阻抗压降， 于是U1≈E1, U2≈E2, 则 此关系式说明了一、 二次侧电压之比近似等于对应边匝数之比。 因此在原绕组不变的情况下改变副绕组的匝数， 就可以达到改变输出电压的目的。 若将副绕组接上负载， 副边就会有电流流过， 这样就实现了改变电压大小或把电信号传给了负载的要求。 这就是变压器工作的基本原理。 4.1.3 变压器的结构及其类型简介 从变压器的基本原理知， 变压器主要是由铁心以及绕在铁心上的原、 副边绕组所组成。 因而， 绕组和铁心是变压器的最基本部件， 称为电磁部分。 此外， 根据结构和运行上的需要， 电力变压器还有油箱及冷却装置、 调压和保护装置、 绝缘套管等。 在这里仅介绍自动控制系统中使用的变压器， 故只是简单介绍绕组和铁心的基本情况。 变压器的绕组是变压器的电路部分， 它用绝缘铜导线绕制。 绕组由原边和副边组成。 原边绕组接输入的电压， 副边绕组接负载。 原边绕组只有一个， 副边绕组有一个或多个或与原边有共同部分。 原、 副边绕组各有一个的叫双绕组变压器， 这是最常用的变压器， 也是本章重点分析的一种变压器, 如图 4 - 2(a)所示； 副边有两个绕组的变压器叫三绕组变压器， 它同时可接两个负载， 如图 4 - 2(c)所示； 若原、 副边只有一套绕组， 副边是从此绕组中的某一位置引出的就叫自耦变压器， 如图 4 - 2(b)所示。 而原、 副边绕组一般都绕成筒状再经绝缘处理成为固体后套装在同一铁心柱上， 如图 4 - 3 所示， 图中两个铁心柱上的原、 副边绕组可分别进行串联或并联成为单独的一套原、 副边绕组。 铁心是变压器的磁路部分， 为减少交变磁通引起的铁心损耗， 它由含硅量 5%左右、 厚度为 0.3～0.5 mm的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠装而成。 变压器的铁心有两种基本型式， 即芯式和壳式。 铁心本身由铁心柱和铁轭两部分组成。 被绕组包围着的部分称为铁 心柱， 而铁轭则作为闭合磁路之用。 在单相芯式变压器中(图 4 - 4(b))， 绕组放在两个铁心柱上； 对于单相壳式变压器(图 4 - 5(b))， 它具有两个分支的闭合磁路， 铁心围绕着绕组的两面， 好像是绕组的“外壳”。 如果按照硅钢片的形状可将铁心分成“C”型和“Ш”字型等形状的铁心(仍分别如图4 - 4 和图 4 - 5 所示)， 它们分别由冷轧硅钢片和热轧硅钢片叠装而成。 其中“C”形铁心(又叫环形变压