第七章-变压器

1、河河 北北 科科 技技 大大 学学基础课教学部基础课教学部第第4 4章章 变压器变压器4.1 4.1 变压器的基本结构和工作原理变压器的基本结构和工作原理4.2 4.2 变压器的外特性、效率和极性变压器的外特性、效率和极性4.3 4.3 其他类型的变压器其他类型的变压器变压器变压器-利用电磁感应原理，从一个电路向另一个利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器。电路传递电能或传输信号的一种电器。4.1 4.1 变压器的基本结构和工作原理变压器的基本结构和工作原理4.1.1 变压器的作用、分类、结构及符号变压器的作用、分类、结构及符号4.1.2 4.1.2 变压器的工作

2、原理变压器的工作原理4.1.1 4.1.1 变压器的作用、分类、结构及符号变压器的作用、分类、结构及符号1. 作用：作用：变换电压、变换电流、变换阻抗变换电压、变换电流、变换阻抗2. 分类：分类：按照交流量的相数：按照交流量的相数：单相变压器和三相变压器单相变压器和三相变压器按照应用领域：按照应用领域：电力：配电变压器等电力：配电变压器等电子：电源变压器等电子：电源变压器等专用：电焊变压器等专用：电焊变压器等1 1）铁心：由硅钢片叠成）铁心：由硅钢片叠成 作用：构成磁路作用：构成磁路 形状：常见有心式（线圈包围铁心）和壳形状：常见有心式（线圈包围铁心）和壳 式（铁心包围线圈）式（铁心包围线圈）

3、2 2）绕组：由漆包线绕制而成）绕组：由漆包线绕制而成 作用：完成电磁转换作用：完成电磁转换 分为：分为：一次（初级、原）绕组一次（初级、原）绕组 与电源相连的线圈，接收交流电能，与电源相连的线圈，接收交流电能， 二次（次级、副）绕组二次（次级、副）绕组与负载与负载 相连的线圈，送出交流电能相连的线圈，送出交流电能3. 3. 结构结构3 3）绝缘材料：骨架、层绝缘等）绝缘材料：骨架、层绝缘等4 4）散热设施：对于小型变压器）散热设施：对于小型变压器空气自冷空气自冷 对于大型变压器对于大型变压器油浸自冷或油浸风冷油浸自冷或油浸风冷4.4.符号符号1.变压器的电压变换作用变压器的电压变换作用1）原

4、理图（空载运行）原理图（空载运行）4.1.2 变压器的工作原理变压器的工作原理 2）、定性分析：）、定性分析： u1 i0 i0N1 m e 1 e 2（u20） 1 e 1 3）定量分析：）定量分析：变压器空载运行时变压器空载运行时原边等效电路：原边等效电路：列回路的列回路的KVL方程：方程：u1 + e1 + e1 = i0R1 其中：其中：R1为原边绕组电阻为原边绕组电阻则：则： u1 = i0R1 e1 e1 据：据： e1 =L1 di0/dt 其中：其中： L1为原边漏磁电感为原边漏磁电感有：有： u1 = i0R1 +L1 di0/dt e1（1）原边）原边（1）原边）原边u1

5、= i0R1 +L1 di0/dt e1相量形式：相量形式：Z1为原绕组漏磁阻抗，因为为原绕组漏磁阻抗，因为Z1很小、空载电流很小、空载电流I0也很小（仅为也很小（仅为额定电流的百分之几）额定电流的百分之几）.(1). 1110101101EEZIEIjXRIU若设若设相量形式：相量形式：tSinm)90(20111tSinfNdtdNem则根据电磁感应定律：则根据电磁感应定律：010119044. 49022mmfNfNE01119044. 4mfNEUmfNEU11144. 41144. 4fNUm恒磁原理恒磁原理结论：结论：（2）、副边）、副边022209044. 4mfNEU结论：结论

6、：mfNEU222044. 4变压器空载运行时变压器空载运行时副边等效电路：副边等效电路：（3）电压变换作用）电压变换作用kNNUU21201kNNfNfNUUmm2102012019044. 49044. 4 01119044. 4mfNEU022209044. 4mfNEU由由:kNNUU201201 变压器原边、副边电压有效值之比与它变压器原边、副边电压有效值之比与它们的匝数比成正比。们的匝数比成正比。变压器的电压变换作用变压器的电压变换作用k ：变压器的变比：变压器的变比 k1 时，时，U1U20，降压变压器，降压变压器当当 k1 时，时，U1U20，升压变压器，升压变压器 k=1 时

7、，时，U1=U20，隔离变压器，隔离变压器2 变压器的电流变换作用变压器的电流变换作用1）、原理图（有载运行）、原理图（有载运行）2）定性分析）定性分析 e 1 u1 i1 i1N1 e 2 i2 i2N2 2 e 2 1 e 1 3 3）定量分析：）定量分析：1144. 4fNUm根据恒磁原理：根据恒磁原理：恒定。恒定。一定时，主磁通一定时，主磁通、原边匝数、原边匝数、频率、频率当电源电压当电源电压m11NfU空载时磁动势为：空载时磁动势为：i0N1有载时磁动势为：有载时磁动势为：i1N1 + i2N2则得磁动势平衡方程式：则得磁动势平衡方程式： i1N1 + i2N2 =i0N100102

8、211NININI（变压器空载运行时原边电流（变压器空载运行时原边电流I0 很小，仅为额定工作电流的很小，仅为额定工作电流的IN的百分之几）的百分之几）kNNII11221kNNII11221变压器原边、副边电流的有效值之比与它们的匝数比成变压器原边、副边电流的有效值之比与它们的匝数比成反比。反比。变压器的电流变换作用变压器的电流变换作用0102211NININI3、变压器的阻抗变换作用、变压器的阻抗变换作用1）电路图）电路图我们称我们称ZL为负载为负载ZL 在原边的等效阻抗在原边的等效阻抗2 2）分析）分析LLZkZ2根据：根据：kNNII11221kNNUU2121LLZkIUkIkUkI

9、UZ222222111例题：例题：电阻为电阻为8的扬声器接于输出变压器的副边，的扬声器接于输出变压器的副边，设输出变压器的原绕组为设输出变压器的原绕组为500匝，副绕组为匝，副绕组为100匝，试匝，试求：求：（1）扬声器折合到原边的等效电阻；）扬声器折合到原边的等效电阻；（2）将变压器的原边接入电动势）将变压器的原边接入电动势 E=10V，内阻，内阻 R0=250的信号源时，输送到扬声器的功率。的信号源时，输送到扬声器的功率。 （设变压器不损耗功率）（设变压器不损耗功率）（3）直接将扬声器接至信号源时，输送到扬声器的）直接将扬声器接至信号源时，输送到扬声器的 功率；功率；（4）保持原边匝数不变

10、，在（）保持原边匝数不变，在（2）条件下，求使扬声）条件下，求使扬声 器获最大功率的副边匝数器获最大功率的副边匝数 N2。4.2 变压器的外特性、效率和极性变压器的外特性、效率和极性1、变压器的外特性、变压器的外特性指在变压器原边加指在变压器原边加额定电压的前提下，副额定电压的前提下，副边电压与电流的关系。边电压与电流的关系。1) 变压器外特性曲线变压器外特性曲线、I2U2偏离偏离U2N越甚越甚、负载的性质：、负载的性质： 阻感性负载或纯阻性负载：阻感性负载或纯阻性负载： I2U2（ U2低于低于U2N） 阻容性负载（电容较大）：阻容性负载（电容较大）： I2U2（U2可能高于可能高于U2N）

11、2) 二次电压调整率（电压变化率）二次电压调整率（电压变化率）（由于变压器的副边电阻与漏磁感抗很小，一般二次电压调整率（由于变压器的副边电阻与漏磁感抗很小，一般二次电压调整率为为5左右）左右） 2、变压器的损耗与效率、变压器的损耗与效率、 铁损（铁损（PFe）交变磁通在铁芯中产生的磁滞交变磁通在铁芯中产生的磁滞损耗和涡流损耗。当损耗和涡流损耗。当U1、f不变时，铁损基本不变不变时，铁损基本不变不变损耗。不变损耗。、铜损（、铜损（PCu）I1、I2在线圈电阻在线圈电阻R1、R2上产生上产生的损耗。它随负载电流的变化而变化的损耗。它随负载电流的变化而变化可变损耗。可变损耗。1) 损耗损耗2) 效率

12、效率通常变压器的效率在通常变压器的效率在90以上。而且，容以上。而且，容 ，大型变压器的效率可达大型变压器的效率可达99。（由于变压器的效率很高，所以在实际计算中常（由于变压器的效率很高，所以在实际计算中常按理想变压器来分析，即忽略其损耗）按理想变压器来分析，即忽略其损耗）12341234(a) 正接 (b) 反接(1)同极性端的标记同极性端的标记(2)同极性端的测定同极性端的测定 1 3 2 4mA(a) 直流法毫安表的指针正偏毫安表的指针正偏1和和3是同极性端；反偏是同极性端；反偏1和和4是同极性端。是同极性端。U13=U12U34时时1和和3是同是同极性端；极性端； U13=U12U34时时1和和4是同极性端。是同极性端。(b) 交流法 1 3 2 4V4.3 其他类型的变压器其他类型的变压器1、自耦变压器、自耦变压器一次侧、二次侧共用一部分绕组的变压器。一次侧、二次侧共用一部分绕组的变压器。实例：调压器实例：调压器可改变二次可改变二次绕组匝数的