模拟电路05-变压器1

1、1基本要求：基本要求：了解变压器的基本构造和工作原理。了解变压器的基本构造和工作原理。2按用途分按用途分: 电力变压器，特种用途变压器。电力变压器，特种用途变压器。按相数分按相数分: 单相、三相和多相变压器。单相、三相和多相变压器。按绕组数分按绕组数分: 双绕组、多绕组及自耦变压器。双绕组、多绕组及自耦变压器。 它是利用电磁感应定律并通过磁路的耦合作用它是利用电磁感应定律并通过磁路的耦合作用, , 把某一个数量级的交流电压，变换成同频率的另把某一个数量级的交流电压，变换成同频率的另一个数量级的交流电压的能量变换装置。一个数量级的交流电压的能量变换装置。3变压器铁心变压器铁心: 硅钢片叠压而成。

2、硅钢片叠压而成。铁心铁心线圈线圈铁心铁心线圈线圈变压器绕组变压器绕组: 高强度漆包线绕制而成高强度漆包线绕制而成其它部件其它部件: 油箱、冷却装置、保护装置等油箱、冷却装置、保护装置等4e1es1 s1N1u1AXd dte1= -= - N1d S1 dteS1= -= - N1d dte2= -= - N2 N2e2u20axSZL一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组主磁通主磁通漏磁通漏磁通5 s1N1N2AXax AXax图形符号图形符号U1 = E1 E2 E1U1 U20 = U1U2 = = kN1N2U20 = E2 I0U1U2E1E2 4.44 f N1 m 4.44 f N2

3、mN1N2 = = = E2 U20E1 U1 ES1 6aSZL s1N1N2AXx I1E2 U2 E1 U1 ES1 s2I2ui1N1 S1(漏磁通漏磁通) eS1i1R1 (主磁通主磁通)e1, e2 i2i2N2 ZLi2N2 2(对对 起阻碍作用起阻碍作用) S2(漏磁通漏磁通) eS2为保持主磁通为保持主磁通 不变不变,只有增大电流只有增大电流 i1( 空载空载电流电流i0 )7aSZLN1I1= N2 I2N1I1+ N2 I2= N1I0 N1I1+ N2 I2 = 0 N1I1= N2 I2 s1N1N2AXx I1E2 U2 E1 U1 ES1 s2I2I1I2 = =

4、 N2N11 k( I0 小小)产生主磁通产生主磁通 的的磁动势磁动势有效值有效值I0 = I1N (2. 5)8ZL= U1I1I2kZLU2U1I1Z0ZL= U2I2ZL= kU2I2/ k= k 2 U2I2 = k 2 ZLZL= k 2 ZLE可利用变压器可利用变压器进行阻抗匹配进行阻抗匹配9(1) 变压器的匝数比应为：变压器的匝数比应为：信号源信号源IER0RL+108800LL21= = = = = =RRNNKIE1N2U2ILR2NR0+解解:例例1: 如图，交流信号源的电动如图，交流信号源的电动势势 E= 120V，内阻，内阻 R 0=800 ，负载为扬声器，其等效电阻为

5、负载为扬声器，其等效电阻为RL=8 。要求。要求: （1）当）当RL折折算到原边的等效电阻算到原边的等效电阻 时，求变压器的匝数比和信号时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率；（源输出的功率；（2）当将负载）当将负载直接与信号源联接时直接与信号源联接时,信号源输信号源输出多大功率？出多大功率？0RR= = L10信号源的输出功率：信号源的输出功率： W548008008001202L2L0.RRREP= = = = = =电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。 结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。0L

6、RR = = 原因：原因：满足了最大功率输出的条件：满足了最大功率输出的条件： W1760888001202L2L0.RRREP= = = = = =（2）将负载直接接到信号源上时，输出功率为：）将负载直接接到信号源上时，输出功率为：111） 变压器的型号变压器的型号变压器的铭牌和技术数据变压器的铭牌和技术数据S J L 1000/10 变压器额定容量变压器额定容量(KVA) 铝线圈铝线圈 冷却方式冷却方式J:油浸自冷式油浸自冷式F:风冷式风冷式相数相数S:三相三相D:单相单相 高压绕组的额定电压高压绕组的额定电压(KV)122） 额定值额定值 额定电压额定电压 U1N、U2N 单相：变压器单

7、相：变压器空载空载时，一、二次侧绕组允许的电压值时，一、二次侧绕组允许的电压值三相：三相：U1N、U2N，一次、二次侧的线电压，一次、二次侧的线电压 额定电流额定电流 I1N、I2N 单相：变压器单相：变压器满载满载时，一、二次侧绕组允许的电流值。时，一、二次侧绕组允许的电流值。三相：一次、二次侧绕组线电流三相：一次、二次侧绕组线电流 额定容量额定容量 SN： 传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。单相：单相：三相：三相：N1N1N2N2NIUIUS = =N1N1N2N2N33IUIUS = =134.3 变压器的外特性与效率变压器的外特性与效率1. 变压器的外特性变压器的外特性U2 =

8、f (I2)，当，当U1和负载和负载 cos 2保持不变时。保持不变时。 一般供电系统希望要一般供电系统希望要硬特性硬特性（随（随I2的变化，的变化，U2 变变化不大），电压变化率约在化不大），电压变化率约在5%左右。左右。电压变化率：电压变化率：%100%20220 - -= = UUUU)(22IfU =cos 2 =0.8(感性）感性）U2I2U20I2Ncos 2 =1O142. 变压器的效率变压器的效率( ) 变压器变压器损耗损耗铜损铜损 ( PCu) ：绕组导线电阻的损耗。绕组导线电阻的损耗。涡流损耗：涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感交变磁通在铁心中产生的感 应电流应电流(涡流涡

9、流)造成的损耗。造成的损耗。磁滞损耗：磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造磁滞现象引起铁心发热，造 成的损耗。成的损耗。 铁损铁损( PFe )：FeCu2212PPPPPP = = = 变压器的效率为变压器的效率为一般一般 9595%15例例: 某单相变压器容量为某单相变压器容量为10kVA，额定电压为，额定电压为3300/220V。如果向。如果向220V、60W的白炽灯供电，白炽的白炽灯供电，白炽灯能装多少盏？如果向灯能装多少盏？如果向220V、40W、功率因数为、功率因数为0.5的日光灯供电，日光灯能装多少盏？的日光灯供电，日光灯能装多少盏？SNU2NI2N = = A = 45.45 A

10、10103 220每只白炽灯的电流为每只白炽灯的电流为PU cos I = = A = 0.273 A602201 因而可装白炽灯数为因而可装白炽灯数为I2NI = 16645.450.273每只日光灯的电流为每只日光灯的电流为PU cos I = = A = 0.3636 A402200.5 【解解】解法解法1：通过电流求解。：通过电流求解。变压器二次绕组变压器二次绕组的额定电流为的额定电流为因而可装日光灯数为因而可装日光灯数为I2NI = 12545.450.363616解法解法2：通过视在功率求解。：通过视在功率求解。每只白炽灯的视在功率为每只白炽灯的视在功率为Pcos S = = VA

11、 = 60 VA601 因而可装白炽灯数为因而可装白炽灯数为SNS = 1661010360每只日光灯的视在功率为每只日光灯的视在功率为Pcos S = = VA = 80 VA400.5 因而可装日光灯数为因而可装日光灯数为SNS = = 1251010380返返 回练习题题集回练习题题集17例例4: 有一带电阻负载的三相变压器，其额定数据如有一带电阻负载的三相变压器，其额定数据如下：下：SN=100kVA, U1N=6000V, f=50Hz。 U2N= U20=400V , 绕组连接成绕组连接成 。由试验测得由试验测得: PFe =600 W，额定负载时的，额定负载时的 PCu =240

12、0W 。 试求试求 (1) 变压器的额定电流；变压器的额定电流； (2) 满载和半载时的效率。满载和半载时的效率。解解: (1) 定电流定电流A 14440031010033N2NN2= = = = =USIA 629600031010033N1NN1.USI= = = = =180033CuFe22119724006001010010100.PPPP= = = = = = 00332169724002160010100211010021.= = = =2 19 当电流流入两个线圈时，若产生的当电流流入两个线圈时，若产生的磁通方向磁通方向相同，相同，则两个流入端称为则两个流入端称为同极性端同极

13、性端。 AXax AXax1. 同极性端同极性端 ( 同名端同名端 )当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的感应电动势感应电动势极性相同的两端为极性相同的两端为同极性端同极性端。增加增加+ 同极性端同极性端和绕组的绕和绕组的绕向有关。向有关。4.4 变压器绕组的极性变压器绕组的极性 20方法一：交流法方法一：交流法axAaAXUUU、测量：测量： 若若 说明说明 A 与与 x 或或 X 与与 a 是是同极性端同极性端.axAXAaUUU = =若若 说明说明 A 与与 a 或或 X 与与 x 为同极性端。为同极性端。 axAXAaUUU- -= =结论：结论：

14、VaAXxV2. 同极性端的测定方法同极性端的测定方法AXu+21方法二：直流法方法二：直流法设设S闭合时闭合时 增加。增加。 感应电动势的方向，感应电动势的方向，阻止阻止 的增加。的增加。电流表正偏，则电流表正偏，则 A-a 为为同极性端同极性端;结论：结论：Xx电流表电流表+_A a+S电流表反偏，电流表反偏，则则 A-x 为为同极性端。同极性端。AXax+_S2e+如果当如果当 S 闭合时闭合时22联接联接 23 Nf.Um2444220= = 变压器原一次侧有两个额定电压为变压器原一次侧有两个额定电压为 110V 的绕组：的绕组：3. 线圈的接法线圈的接法NN1324 NN1324 联

15、接联接 13， 2 4ii Nf.U444110m= =当电源电压为当电源电压为220V时：时：220u+110u+电源电压为电源电压为110V时：时：23问题问题1：在在110V 情况下，如果只用一个绕组情况下，如果只用一个绕组 （N），行不行？），行不行？答：答：不行（两绕组必须并接）不行（两绕组必须并接） 一次侧有两个相同绕组的电源变压器一次侧有两个相同绕组的电源变压器(220/110)(220/110)，使用中应注意的问题：使用中应注意的问题：iuNN1324 若两种接法铁心中的磁通相等，则：若两种接法铁心中的磁通相等，则： = = Ni2220 Ni 1102220110= =ii+

16、24问题问题2：如果两绕组的极性端接错，结果如何？如果两绕组的极性端接错，结果如何？结论：结论：在同极性端不明确时，一定要先测定同极性端在同极性端不明确时，一定要先测定同极性端 再通电。再通电。答：有可能烧毁变压器答：有可能烧毁变压器两个线圈中的磁通抵消两个线圈中的磁通抵消原因：原因：电流电流 很大很大11Rui = =1111eRiu- -= =烧毁变压器烧毁变压器感应电势感应电势0=e1324NNi +u25 变压器设计变压器设计中的一些概念中的一些概念(1)11IUSN=1U一定一定额定容量额定容量定铁芯窗口定铁芯窗口定导线直径定导线直径1I定定定定mN1UIS =mfNU1144. 4

17、=则则 （铜多、铁少）（铜多、铁少）mN则则 （铜少、铁多）（铜少、铁多）mN( , 一定时一定时, )SB=BS26在同样变比情况下，匝数多好，还是少好？在同样变比情况下，匝数多好，还是少好？mfNU1144. 4=m（省铜）（省铜）N（费铁）（费铁）截面积截面积 A AB= 变压器设计变压器设计中的一些概念中的一些概念(2)27KNNIIKNNUU112212121= = = = =注意：一次、二次侧千万不能对调使用，注意：一次、二次侧千万不能对调使用，以防变以防变压器损坏。因为压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流会迅变小时，磁通增大，电流会迅速增加。速增加。4.5 其他类型的变压器其他

18、类型的变压器1.自耦变压器自耦变压器ABP1u2u1i2iLR1N2N+281. 二次侧不能短路，二次侧不能短路， 以防产生过流；以防产生过流；2. 铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的 一端接地，以防在一端接地，以防在 绝缘损坏时，在二绝缘损坏时，在二次侧出现高压。次侧出现高压。使用注意事项：使用注意事项：被测电压被测电压=电压表读数电压表读数 N1/N22.电压互感器电压互感器 VR N1（匝数多（匝数多）保险丝保险丝 N2（匝数少（匝数少）u（被测电压）（被测电压）29被测电流被测电流=电流表读数电流表读数 N2/N11. 二次侧不能开路，二次侧不能开路， 以防产生高电压；以防产生高电压；2

19、. 铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的 一端接地，以防在一端接地，以防在 绝缘损坏时，在二绝缘损坏时，在二次侧出现过压。次侧出现过压。使用注意事项：使用注意事项：3.电流互感器电流互感器（被测电流）（被测电流）N1（匝数少（匝数少）N2（匝数多（匝数多）ARi1i2301、下面叙述中正确的是（）、下面叙述中正确的是（）(a)理想变压器可以变换各种电源电压理想变压器可以变换各种电源电压(b)理想变压器不仅能变换电压，还能变换理想变压器不仅能变换电压，还能变换电流和功率电流和功率(c)理想变压器一次绕组的输入功率由二次理想变压器一次绕组的输入功率由二次绕组的输出功率决定绕组的输出功率决定312用理想

20、变压器给负载电阻供电，变压器输入电压用理想变压器给负载电阻供电，变压器输入电压不变时，要使变压器的输入功率增加，则应该（不变时，要使变压器的输入功率增加，则应该（ ）A、增加变压器原线圈匝数，而副线圈匝数和负载、增加变压器原线圈匝数，而副线圈匝数和负载电阻电阻R保持不变。保持不变。B、增加变压器副线圈匝数，而原线圈匝数和负载、增加变压器副线圈匝数，而原线圈匝数和负载电阻电阻R保持不变保持不变C、减少变压器副线圈的匝数，而原线圈匝数和负、减少变压器副线圈的匝数，而原线圈匝数和负载电阻载电阻R保持不变保持不变D、增加负载电阻、增加负载电阻R的阻值，而原副线圈的匝数保的阻值，而原副线圈的匝数保持不变持不变323变压器如图变压器如图4所示，保持原边电压有效值所示，保持原边电压有效值U1 、频率、频率f 不变，开关不变，开关S自位置自位置1合向位置合向位置2，则（，则（ ）。）。A. 主磁通主磁通m 变大，副边开路（空载