【电工】第5章变压器

1、1第5章电工与电子技术电工与电子技术21了解变压器的基本结构和工作原理。了解变压器的基本结构和工作原理。2重点掌握重点掌握变压器的基本变换关系变压器的基本变换关系。3理解变压器的额定电流、额定电压、额定功理解变压器的额定电流、额定电压、额定功率等基本概念。率等基本概念。4了解调压器，自耦变压器和电流互感器等电了解调压器，自耦变压器和电流互感器等电器设备的工作原理。器设备的工作原理。5掌握掌握三相变压器的电压变换和功率计算三相变压器的电压变换和功率计算。返返 回回教学基本要求3 用硅钢片叠成。用硅钢片叠成。 高压绕组和低压绕组同心地套在铁心上。高压绕组和低压绕组同心地套在铁心上。 油箱、油、油枕

2、、绝缘导管、保护设备等。油箱、油、油枕、绝缘导管、保护设备等。 5.4 变压器的基本结构一、主要部件一、主要部件4 电力变压器、配电变压器、整流变压器、电力变压器、配电变压器、整流变压器、 电焊变压器、船用变压器、电源变压器等。电焊变压器、船用变压器、电源变压器等。 三相变压器、单相变压器。三相变压器、单相变压器。 双绕阻变压器、三绕阻变压器、自耦变压器。双绕阻变压器、三绕阻变压器、自耦变压器。 干式干式变压器变压器、油浸式、油浸式变压器变压器。 心式变压器、壳式变压器。心式变压器、壳式变压器。二、主要种类 5.4 变压器的基本结构5 心式变压器心式变压器 铁心铁心 绕组绕组 5.4 变压器的

3、基本结构二、主要种类 6 壳式变压器壳式变压器 铁心铁心 绕组绕组 5.4 变压器的基本结构二、主要种类 7忽略漏磁电动势忽略漏磁电动势和线圈内电阻上的电压降。和线圈内电阻上的电压降。U1E1 =4.44 f N1 m U2E2 =4.44 f N2 m 变压器的电压比定义为一、二变压器的电压比定义为一、二次绕组的电动势之比次绕组的电动势之比1122ENk =EN一般情况下一般情况下1122UN= kUN u2 e1 e2u1 1 2 i2i1一次绕组一次绕组 二次绕组二次绕组 ZL U1I1 I2 U2 E1 E2 用图形用图形符号表符号表示的变示的变压器电压器电路路 5.3 变压器的工作原

4、理一、电压变换e 1 e 28一次绕组的额定电压一次绕组的额定电压二次绕组的额定电压二次绕组的额定电压故故1N12N2UE= kUE电压调整率：电压调整率：ZL U1I1 I2 U2 E1 E2 1NU2NU指变压器二次绕组的空载（开路）电压。指变压器二次绕组的空载（开路）电压。2N22N100% % =UUUU其中，是二次绕组电流达到额定值时的电压（易与其中，是二次绕组电流达到额定值时的电压（易与 混淆）。混淆）。2U2NU一、电压变换5.3 变压器的工作原理9 例例5.3.1 某单相变压器的额定电压为某单相变压器的额定电压为 10 000/230 V 接在接在 10 000 V 的交流电源

5、上向一电感性负载供电，电压的交流电源上向一电感性负载供电，电压 调整率为调整率为 0.03，求变压器的电压比、空载和满载时的二，求变压器的电压比、空载和满载时的二 次电压。次电压。 解解 变压器的电压比为变压器的电压比为 空载时的电压为空载时的电压为 U2N = 230 V 满载时的电压为满载时的电压为 U2 = U2N (1 U% ) = 230(1 0.03) = 223 Vk = = = 43.5 U1N U2N 10 000 230 ZL U1I1 I2 U2 E1 E2 5.3 变压器的工作原理一、电压变换10二次绕组电压二次绕组电压U2与电流与电流I2之间的关系：之间的关系： U2

6、 = f ( I2) U2 I2OU2Ncos 2 =1cos 2 = 0.8 (感性感性)cos 2 = 0.8 (容性容性) I2N U2 5.3 变压器的工作原理一、电压变换11二、电流变换 U14.44 f N1m N1I1N2I2 = N1I0 磁动势平衡方程磁动势平衡方程 I1 = I2 N2N1N1I1N2I2 = 0 在满载和接近满载时，一、二次绕组电流远大于空载电流，在满载和接近满载时，一、二次绕组电流远大于空载电流，可以忽略空载电流：可以忽略空载电流： 由公式由公式 ZL U1I1 I2 U2 E1 E2 可知，不论负载大小，主磁通不变，可知，不论负载大小，主磁通不变，空载

7、和负载时的磁通势不变空载和负载时的磁通势不变 I1I2N2N1= =1kI0 05.3 变压器的工作原理12 例例5.3.2 在例在例5.3.1 中，中，ZL = 0.966 时正好满载，时正好满载，求该变压器的电流。求该变压器的电流。 解解 变压器的电压比为变压器的电压比为 I2 = = A = 224 A U2 ZL 223 0.966 I1 = = A = 5.15 A I2 k 224 43.5 ZL U1I1 I2 U2 E1 E2 一次绕组电流产生磁通，通过磁通把能量传递到二一次绕组电流产生磁通，通过磁通把能量传递到二次绕组，二次绕组通过电流把能量传递到负载。次绕组，二次绕组通过电

8、流把能量传递到负载。5.3 变压器的工作原理二、电流变换 13三、阻抗变换U1I1I2U2|ZL |Ze |U1等等效效变压器二次绕组的阻抗模变压器二次绕组的阻抗模|ZL |,等效等效到一次绕组为到一次绕组为|Ze |。忽略忽略 Z1、Z2 、I0 ，则，则 = U1U2I2I1 = N1N2= k = kU2I2/ kU2I2= k2|Ze | = U1I1|Ze | = k2 | ZL |5.3 变压器的工作原理14解解 例例5.3.3 一只电阻为一只电阻为 8 的扬声器的扬声器 (喇叭喇叭)，需要，需要把电阻提高到把电阻提高到 800 才可以接入半导体收音机的输出端，才可以接入半导体收音

9、机的输出端， 问应该利用电压比为多大的变压器才能实现这一阻抗匹配。问应该利用电压比为多大的变压器才能实现这一阻抗匹配。 k = = = 10 ReRL8008 5.3 变压器的工作原理三、阻抗变换15四、功率传递变压器的容量是二次绕组的额定变压器的容量是二次绕组的额定视在功率视在功率S2N 二次绕组的额定视在功率二次绕组的额定视在功率 S2N = U2NI2NZL U1I1 I2 U2 E1 E2 注意：这里是开路电压与满载时的负载电流注意：这里是开路电压与满载时的负载电流I2N相乘。通相乘。通常变压器一、二次绕组的额定视在功率相等：常变压器一、二次绕组的额定视在功率相等： S1N = S2N

10、一次绕组的额定视在功率：一次绕组的额定视在功率： S1N = U1NI1N5.3 变压器的工作原理16P1 = U1I1cos 1 P2 = U2I2cos 2 P = P1P2 = PFePCu ZL U1I1 I2 U2 E1 E2 PCu = R1I12 + R2I22P1P2 =100%5.3 变压器的工作原理四、功率传递17解解 忽略电压调整率，则忽略电压调整率，则 P2 = SNcos 2 = 101030.8 W = 8 kW P = PFePCu = (300400) W = 700 W P1 = P2P = (8 000700) W = 8.7 W 例例5.3.4 一变压器容

11、量为一变压器容量为 10 kVA，铁损为，铁损为 300 W， 满载时铜损为满载时铜损为 400 W，求该变压器在满载情况下向功率，求该变压器在满载情况下向功率 因数为因数为 0.8 的负载供电时输入和输出的有功功率及效率的负载供电时输入和输出的有功功率及效率。 P1P2 =100% 8 8.7 = 100% = 92% 5.3 变压器的工作原理四、功率传递18U1 U2u1 u2V1 V2v1 v2W1 W2w1 w2 特点：三相之间只有电的联系，没有磁的联系。特点：三相之间只有电的联系，没有磁的联系。 5.5 三相变压器一、三相变压器的种类19U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w

12、2 特点：三相之间既有电的联系，又有磁的联系。特点：三相之间既有电的联系，又有磁的联系。 5. 5 三相变压器一、三相变压器的种类20 联结方式联结方式 高压绕组高压绕组 低压绕组低压绕组 星形有中性线星形有中性线 YN yn 星形无中性线星形无中性线 Y y 三角形三角形 D dGB: Y,yn、Y,d、Y,Nd、Y,y、YN,y二、三相绕组的联结方式最常用的三种最常用的三种 5. 5 三相变压器215. 5 三相变压器例题例题 例例5.5.1 某三相电压某三相电压 , ,Y,d联结，向联结，向2=cos2=0.9的感性负载供电，满载时二次绕的感性负载供电，满载时二次绕组的线电压为组的线电压

13、为380V。求求：（：（1）满载时一、二次绕组的线电流和相电流；）满载时一、二次绕组的线电流和相电流； （2）输出的有功功率。）输出的有功功率。 解解 （1）满载时一、二次绕组的线电流即额定电流满载时一、二次绕组的线电流即额定电流33N1N1N50 10=A = 2.9A3 10 000SIUN= 50kV AS/10 000/ 400 V1N2NUU33N2N2N50 10=A = 72.2A3400SIU相电流为相电流为3233 380 72.2 0.9WW42.8kW222=cos= 42.8 10PU I72.2332N2P=A = 41.7AII（2）输出的有功功率）输出的有功功率1

14、P1N= 2.9AII22一、电压互感器 u1 Vu1u2U1 U2=N1 N2= ku 国产互感器：国产互感器： U2N = 100 V(1) 二次绕组禁止短路。二次绕组禁止短路。(2) 二次绕组与铁心必须接地。二次绕组与铁心必须接地。 空载运行的降压变压器。空载运行的降压变压器。 *5.5 仪用互感器23 E2 二、电流互感器 短路运行的升压变压器。短路运行的升压变压器。 I1 I2 =N2 N1 = ki 国产互感器：国产互感器： I2N = 5 A (1) 二次绕组禁止开路。二次绕组禁止开路。 开路时：开路时：I2 = 0，I1 不变不变 (2) 一次绕组工作电压较高时，一次绕组工作电压较高时， 二次绕组与铁心必须接地。二次绕组与铁心必须接地。 Ai2