第5章 变压器.ppt

第5章变压器 本章从磁路的基本概念出发 介绍了磁路的基本概念及其计算的一般方法 介绍变压器的理想化条件 实际变压器的电压变换 电流变换和阻抗变换 介绍了变压器绕组的极性 同名端的概念 绕组联接应注意的问题 最后介绍了三相变压器和特殊变压器 重点 1 理解磁路的基本概念 磁路分析与电路分析的区别 2 理解变压器的电压变换 电流变换和阻抗变换原理 3 理解同名端的概念 5 1磁路的概念及其简单计算 一 什么是磁路 将初级绕组通上变化的电流i 变化的电场将产生变化的磁场 由于铁芯为磁性材料制作 其磁导率 远高于周围的空气 所以 磁通的绝大部分经过铁芯而形成一个闭合的通路 这种人为造成的磁通的路径称为磁路 图中 产生磁场的电流i称之为励磁电流 1 磁感应强度磁感应强度是表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量 用符号B表示 单位是特 斯拉 T 磁感应强度与电流之间的方向关系可用右手螺旋法则来确定 其大小如下 2 磁通磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积 称为通过该面积的磁通 又称为磁通密度 用符号 表示 即 BS单位 伏 秒 通常称为韦 伯 Wb 3 磁场强度磁场强度是计算磁场时引入的一个物理量 也是矢量 用符号H表示 单位 安 米 A m 通过H 可确定磁场与电流之间关系 即 对左图示环形线圈 其中媒质是均匀的 应用上式 有 磁通势 F NI单位 安 培 A 4 磁导率磁导率 是用来衡量物质导磁能力的物理量 它与磁场强度H的乘积等于磁感应强度B 单位 亨 米 H m 即 B H磁场强度H其实是指外加磁场的强度 乘以一个系数 得到因磁感应而磁化以后总磁场的强度B 即磁感应强度 5 磁阻磁阻是表示磁路对磁通具有阻碍作用的物理量 用符号Rm表示 其计算公式如下 Rm l S 计算磁路常用到一下三个公式 BSHl NI F F Rm其中 F NI 磁通势 对应电动势E 磁通 对应电流I Rm 磁导 对应电阻R 二 磁路的计算 例5 1 1 一个线圈绕在一个闭合铁芯上 其匝数为250 铁芯中的磁感应强度为0 9T 铁芯的平均长度为50cm 请求 1 铁芯材料为铸铁时线圈中的电流 2 铁芯材料为铸钢时线圈中的电流 解 1 查图 H1 9000A m I1 H1l N 9000 0 5 250 18A 2 查图 H2 500A m I2 H2l N 500 0 5 250 1A 图5 1 3磁化曲线a 铸铁b 铸钢c硅钢片 5 2变压器的工作原理及特性 一 理想变压器 实际变压器主要由构成磁路的铁芯和绕在铁芯上的构成电路的原绕组 也叫初级绕组 一次绕组 和副绕组 也叫次级绕组 二次绕组 组成 不包括空心变压器 对变压器作以下四点假设 1 绕组的电阻可以忽略 2 磁通全部通过铁芯 不存在铁芯外的漏磁通 3 励磁电流很小 可以忽略 4 忽略铁损和铁芯的磁饱和 满足上述假定的变压器称之为理想变压器 初级绕组 次级绕组 闭合铁芯 次级感应电动势 初级感应电动势 理想变压器模型如左图 图中 e1 e2为磁通 在初级绕组和次级绕组的感应电动势 N1 N2为初级 次级绕组匝数 在初级绕组和次级绕组中 电能全部转换为磁能 有 理想变压器的输入 输出电压比等于初级 次级绕组匝数比 即 当次级绕组联接有负载时将产生负载电流i2 它与初级绕组电流i1的关系如下 理想变压器有载工作的输入 输出电流比等于初级 次级绕组匝数比的反比 即 实际变压器总是存在绕组电阻 漏磁通 和励磁电流 其模型如图5 2 2 二 实际变压器 图中 磁通 为初级 次级绕组共同产生的磁通势的合成磁道 称为主磁通 1 2为初级 次级的漏磁通 e1 e2为主磁通 在初级绕组和次级绕组的感应电动势 e 1 e 2为初级 次级的漏磁通 1 2产生的感应电动势 N1 N2为初级 次级绕组匝数 在绝大多数情况下 由于铁芯材料的磁导率远远大于周边空气的磁导率 励磁电流产生的磁通几乎全部由铁芯中通过 漏磁通总是可以忽略 虽然 励磁电流不为零 但有载工作时 它与变压器的输入电流相比 励磁电流不是变压器输入电流 它总是非常小 在大多数场合下是可以忽略的 同理 绕组电阻在大多数场合下也是可以忽略的 因此 对于实际变压器 在大多数场合下 可以比照理想变压器分析 即输入 输出电压比近似等于初级 次级绕组匝数比 有载工作时的输入 输出电流比近似等于初级 次级绕组匝数比的反比 三 变压器的阻抗变换功能 图5 2 3中 a 图为变压器有载工作的模型 将虚框内部视为二端网络 若 a 图 b 图中u1 i1相同 则两个二端网络等效 对 b 图应用欧姆定律 并将变压器变压 变流关系代入式中 有 即 对变压器的输入电路来说 变压器的负载阻抗的模折算到输入电路的等效阻抗的模为其原始值的匝数比的平方 因此 可选择合适的匝数比将负载变换到所需要的 比较合适的数值 这便是变压器的阻抗变换功能 这种做法通常称为阻抗匹配 5 3变压器绕组的极性及其联接 变压器绕组的极性是指绕组在任意瞬时两端产生的感应电动势的极性 它总是从绕组的相对瞬时电位的低电位端 用符号 表示 指向高电位端 用符号 表示 把初级 次级绕组中瞬时极性相同的端点称为同名端 也称为同极性端 用符号 表示 具体如下 变压器绕组极性与绕组绕向有关 可通过图5 3 2来理解 a 图中绕组绕向相同 绕在同一铁柱上 当磁通 变化时 将在初级 次级绕组中感应出电动势 A与a或X与x的瞬时电位必然相同 为同名端 b 图中绕组绕向相反 则A与x 或X与a 为同名端 5 4特殊用途变压器 由于自耦变压器高 低压绕组存在着直接电气联系 就存在着将高压侧电压引入低压侧的危险隐患 因此 自耦变压器变压比不宜大 约为1 5 2 0 1 单绕组变压器 单绕组变压器如图5 4 4 其结构特点是只有一个绕组 依靠绕组自身的耦合完成变压功能 因此 又称为自耦变压器 其工作原理与普通变压器工作原理相同 电压互感器是专门设计用于测量高电压的特殊用途变压器 当我们测量高电压时 由于电压太高 往往难以直接测量 可用电压互感器来扩大测量仪表的电压测量范围 图5 4 5为电压互感器的接线图 其高压绕组接被测高压线路 低压端接测量仪表 图为电压表 2 电压互感器 电流互感器的初级绕组额定电流大 对绝缘强度要求高 其铁芯 副绕组的一端必须可靠接地 因为初