模擬電路05-變壓器1

1、1基本要求：基本要求：了解變壓器的基本構(gòu)造和工作原理。了解變壓器的基本構(gòu)造和工作原理。2按用途分按用途分: 電力變壓器，特種用途變壓器。電力變壓器，特種用途變壓器。按相數(shù)分按相數(shù)分: 單相、三相和多相變壓器。單相、三相和多相變壓器。按繞組數(shù)分按繞組數(shù)分: 雙繞組、多繞組及自耦變壓器。雙繞組、多繞組及自耦變壓器。 它是利用電磁感應(yīng)定律并通過磁路的耦合作用它是利用電磁感應(yīng)定律并通過磁路的耦合作用, , 把某一個(gè)數(shù)量級(jí)的交流電壓，變換成同頻率的另把某一個(gè)數(shù)量級(jí)的交流電壓，變換成同頻率的另一個(gè)數(shù)量級(jí)的交流電壓的能量變換裝置。一個(gè)數(shù)量級(jí)的交流電壓的能量變換裝置。3變壓器鐵心變壓器鐵心: 硅鋼片疊壓而成。

2、硅鋼片疊壓而成。鐵心鐵心線圈線圈鐵心鐵心線圈線圈變壓器繞組變壓器繞組: 高強(qiáng)度漆包線繞制而成高強(qiáng)度漆包線繞制而成其它部件其它部件: 油箱、冷卻裝置、保護(hù)裝置等油箱、冷卻裝置、保護(hù)裝置等4e1es1 s1N1u1AXd dte1= -= - N1d S1 dteS1= -= - N1d dte2= -= - N2 N2e2u20axSZL一次繞組一次繞組二次繞組二次繞組主磁通主磁通漏磁通漏磁通5 s1N1N2AXax AXax圖形符號(hào)圖形符號(hào)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(對(duì)對(duì) 起阻礙作用起阻礙作用) S2(漏磁通漏磁通) eS2為保持主磁通為保持主磁通 不變不變,只有增大電流只有增大電流 i1( 空載空載電流電流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)產(chǎn)生主磁通產(chǎn)生主磁通 的的磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)有效值有效值I0 = I1N (2. 5)8ZL= U1I1I2kZLU2U1I1Z0ZL= U2I2ZL= kU2I2/ k= k 2 U2I2 = k 2 ZLZL= k 2 ZLE可利用變壓器可利用變壓器進(jìn)行阻抗匹配進(jìn)行阻抗匹配9(1) 變壓器的匝數(shù)比應(yīng)為：變壓器的匝數(shù)比應(yīng)為：信號(hào)源信號(hào)源IER0RL+108800LL21= = = = = =RRNNKIE1N2U2ILR2NR0+解解:例例1: 如圖，交流信號(hào)源的電動(dòng)如圖，交流信號(hào)源的電動(dòng)勢(shì)勢(shì) E= 120V，內(nèi)阻，內(nèi)阻 R 0=800 ，負(fù)載為揚(yáng)聲器，其等效電阻為

5、負(fù)載為揚(yáng)聲器，其等效電阻為RL=8 。要求。要求: （1）當(dāng)）當(dāng)RL折折算到原邊的等效電阻算到原邊的等效電阻 時(shí)，求變壓器的匝數(shù)比和信號(hào)時(shí)，求變壓器的匝數(shù)比和信號(hào)源輸出的功率；（源輸出的功率；（2）當(dāng)將負(fù)載）當(dāng)將負(fù)載直接與信號(hào)源聯(lián)接時(shí)直接與信號(hào)源聯(lián)接時(shí),信號(hào)源輸信號(hào)源輸出多大功率？出多大功率？0RR= = L10信號(hào)源的輸出功率：信號(hào)源的輸出功率： W548008008001202L2L0.RRREP= = = = = =電子線路中，常利用阻抗匹配實(shí)現(xiàn)最大輸出功率。電子線路中，常利用阻抗匹配實(shí)現(xiàn)最大輸出功率。 結(jié)論：接入變壓器以后，輸出功率大大提高。結(jié)論：接入變壓器以后，輸出功率大大提高。0L

6、RR = = 原因：原因：滿足了最大功率輸出的條件：滿足了最大功率輸出的條件： W1760888001202L2L0.RRREP= = = = = =（2）將負(fù)載直接接到信號(hào)源上時(shí)，輸出功率為：）將負(fù)載直接接到信號(hào)源上時(shí)，輸出功率為：111） 變壓器的型號(hào)變壓器的型號(hào)變壓器的銘牌和技術(shù)數(shù)據(jù)變壓器的銘牌和技術(shù)數(shù)據(jù)S J L 1000/10 變壓器額定容量變壓器額定容量(KVA) 鋁線圈鋁線圈 冷卻方式冷卻方式J:油浸自冷式油浸自冷式F:風(fēng)冷式風(fēng)冷式相數(shù)相數(shù)S:三相三相D:單相單相 高壓繞組的額定電壓高壓繞組的額定電壓(KV)122） 額定值額定值 額定電壓額定電壓 U1N、U2N 單相：變壓器單

7、相：變壓器空載空載時(shí)，一、二次側(cè)繞組允許的電壓值時(shí)，一、二次側(cè)繞組允許的電壓值三相：三相：U1N、U2N，一次、二次側(cè)的線電壓，一次、二次側(cè)的線電壓 額定電流額定電流 I1N、I2N 單相：變壓器單相：變壓器滿載滿載時(shí)，一、二次側(cè)繞組允許的電流值。時(shí)，一、二次側(cè)繞組允許的電流值。三相：一次、二次側(cè)繞組線電流三相：一次、二次側(cè)繞組線電流 額定容量額定容量 SN： 傳送功率的最大能力。傳送功率的最大能力。單相：?jiǎn)蜗啵喝啵喝啵篘1N1N2N2NIUIUS = =N1N1N2N2N33IUIUS = =134.3 變壓器的外特性與效率變壓器的外特性與效率1. 變壓器的外特性變壓器的外特性U2 =

8、f (I2)，當(dāng)，當(dāng)U1和負(fù)載和負(fù)載 cos 2保持不變時(shí)。保持不變時(shí)。 一般供電系統(tǒng)希望要一般供電系統(tǒng)希望要硬特性硬特性（隨（隨I2的變化，的變化，U2 變變化不大），電壓變化率約在化不大），電壓變化率約在5%左右。左右。電壓變化率：電壓變化率：%100%20220 - -= = UUUU)(22IfU =cos 2 =0.8(感性）感性）U2I2U20I2Ncos 2 =1O142. 變壓器的效率變壓器的效率( ) 變壓器變壓器損耗損耗銅損銅損 ( PCu) ：繞組導(dǎo)線電阻的損耗。繞組導(dǎo)線電阻的損耗。渦流損耗：渦流損耗：交變磁通在鐵心中產(chǎn)生的感交變磁通在鐵心中產(chǎn)生的感 應(yīng)電流應(yīng)電流(渦流渦

9、流)造成的損耗。造成的損耗。磁滯損耗：磁滯損耗：磁滯現(xiàn)象引起鐵心發(fā)熱，造磁滯現(xiàn)象引起鐵心發(fā)熱，造 成的損耗。成的損耗。 鐵損鐵損( PFe )：FeCu2212PPPPPP = = = 變壓器的效率為變壓器的效率為一般一般 9595%15例例: 某單相變壓器容量為某單相變壓器容量為10kVA，額定電壓為，額定電壓為3300/220V。如果向。如果向220V、60W的白熾燈供電，白熾的白熾燈供電，白熾燈能裝多少盞？如果向燈能裝多少盞？如果向220V、40W、功率因數(shù)為、功率因數(shù)為0.5的日光燈供電，日光燈能裝多少盞？的日光燈供電，日光燈能裝多少盞？SNU2NI2N = = A = 45.45 A

10、10103 220每只白熾燈的電流為每只白熾燈的電流為PU cos I = = A = 0.273 A602201 因而可裝白熾燈數(shù)為因而可裝白熾燈數(shù)為I2NI = 16645.450.273每只日光燈的電流為每只日光燈的電流為PU cos I = = A = 0.3636 A402200.5 【解解】解法解法1：通過電流求解。：通過電流求解。變壓器二次繞組變壓器二次繞組的額定電流為的額定電流為因而可裝日光燈數(shù)為因而可裝日光燈數(shù)為I2NI = 12545.450.363616解法解法2：通過視在功率求解。：通過視在功率求解。每只白熾燈的視在功率為每只白熾燈的視在功率為Pcos S = = VA

11、 = 60 VA601 因而可裝白熾燈數(shù)為因而可裝白熾燈數(shù)為SNS = 1661010360每只日光燈的視在功率為每只日光燈的視在功率為Pcos S = = VA = 80 VA400.5 因而可裝日光燈數(shù)為因而可裝日光燈數(shù)為SNS = = 1251010380返返 回練習(xí)題題集回練習(xí)題題集17例例4: 有一帶電阻負(fù)載的三相變壓器，其額定數(shù)據(jù)如有一帶電阻負(fù)載的三相變壓器，其額定數(shù)據(jù)如下：下：SN=100kVA, U1N=6000V, f=50Hz。 U2N= U20=400V , 繞組連接成繞組連接成 。由試驗(yàn)測(cè)得由試驗(yàn)測(cè)得: PFe =600 W，額定負(fù)載時(shí)的，額定負(fù)載時(shí)的 PCu =240

12、0W 。 試求試求 (1) 變壓器的額定電流；變壓器的額定電流； (2) 滿載和半載時(shí)的效率。滿載和半載時(shí)的效率。解解: (1) 定電流定電流A 14440031010033N2NN2= = = = =USIA 629600031010033N1NN1.USI= = = = =180033CuFe22119724006001010010100.PPPP= = = = = = 00332169724002160010100211010021.= = = =2 19 當(dāng)電流流入兩個(gè)線圈時(shí)，若產(chǎn)生的當(dāng)電流流入兩個(gè)線圈時(shí)，若產(chǎn)生的磁通方向磁通方向相同，相同，則兩個(gè)流入端稱為則兩個(gè)流入端稱為同極性端同極

13、性端。 AXax AXax1. 同極性端同極性端 ( 同名端同名端 )當(dāng)鐵心中磁通變化時(shí)，在兩線圈中產(chǎn)生的當(dāng)鐵心中磁通變化時(shí)，在兩線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性相同的兩端為極性相同的兩端為同極性端同極性端。增加增加+ 同極性端同極性端和繞組的繞和繞組的繞向有關(guān)。向有關(guān)。4.4 變壓器繞組的極性變壓器繞組的極性 20方法一：交流法方法一：交流法axAaAXUUU、測(cè)量：測(cè)量： 若若 說明說明 A 與與 x 或或 X 與與 a 是是同極性端同極性端.axAXAaUUU = =若若 說明說明 A 與與 a 或或 X 與與 x 為同極性端。為同極性端。 axAXAaUUU- -= =結(jié)論：結(jié)論：

14、VaAXxV2. 同極性端的測(cè)定方法同極性端的測(cè)定方法AXu+21方法二：直流法方法二：直流法設(shè)設(shè)S閉合時(shí)閉合時(shí) 增加。增加。 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，阻止阻止 的增加。的增加。電流表正偏，則電流表正偏，則 A-a 為為同極性端同極性端;結(jié)論：結(jié)論：Xx電流表電流表+_A a+S電流表反偏，電流表反偏，則則 A-x 為為同極性端。同極性端。AXax+_S2e+如果當(dāng)如果當(dāng) S 閉合時(shí)閉合時(shí)22聯(lián)接聯(lián)接 23 Nf.Um2444220= = 變壓器原一次側(cè)有兩個(gè)額定電壓為變壓器原一次側(cè)有兩個(gè)額定電壓為 110V 的繞組：的繞組：3. 線圈的接法線圈的接法NN1324 NN1324 聯(lián)

15、接聯(lián)接 13， 2 4ii Nf.U444110m= =當(dāng)電源電壓為當(dāng)電源電壓為220V時(shí)：時(shí)：220u+110u+電源電壓為電源電壓為110V時(shí)：時(shí)：23問題問題1：在在110V 情況下，如果只用一個(gè)繞組情況下，如果只用一個(gè)繞組 （N），行不行？），行不行？答：答：不行（兩繞組必須并接）不行（兩繞組必須并接） 一次側(cè)有兩個(gè)相同繞組的電源變壓器一次側(cè)有兩個(gè)相同繞組的電源變壓器(220/110)(220/110)，使用中應(yīng)注意的問題：使用中應(yīng)注意的問題：iuNN1324 若兩種接法鐵心中的磁通相等，則：若兩種接法鐵心中的磁通相等，則： = = Ni2220 Ni 1102220110= =ii+

16、24問題問題2：如果兩繞組的極性端接錯(cuò)，結(jié)果如何？如果兩繞組的極性端接錯(cuò)，結(jié)果如何？結(jié)論：結(jié)論：在同極性端不明確時(shí)，一定要先測(cè)定同極性端在同極性端不明確時(shí)，一定要先測(cè)定同極性端 再通電。再通電。答：有可能燒毀變壓器答：有可能燒毀變壓器兩個(gè)線圈中的磁通抵消兩個(gè)線圈中的磁通抵消原因：原因：電流電流 很大很大11Rui = =1111eRiu- -= =燒毀變壓器燒毀變壓器感應(yīng)電勢(shì)感應(yīng)電勢(shì)0=e1324NNi +u25 變壓器設(shè)計(jì)變壓器設(shè)計(jì)中的一些概念中的一些概念(1)11IUSN=1U一定一定額定容量額定容量定鐵芯窗口定鐵芯窗口定導(dǎo)線直徑定導(dǎo)線直徑1I定定定定mN1UIS =mfNU1144. 4

17、=則則 （銅多、鐵少）（銅多、鐵少）mN則則 （銅少、鐵多）（銅少、鐵多）mN( , 一定時(shí)一定時(shí), )SB=BS26在同樣變比情況下，匝數(shù)多好，還是少好？在同樣變比情況下，匝數(shù)多好，還是少好？mfNU1144. 4=m（省銅）（省銅）N（費(fèi)鐵）（費(fèi)鐵）截面積截面積 A AB= 變壓器設(shè)計(jì)變壓器設(shè)計(jì)中的一些概念中的一些概念(2)27KNNIIKNNUU112212121= = = = =注意：一次、二次側(cè)千萬不能對(duì)調(diào)使用，注意：一次、二次側(cè)千萬不能對(duì)調(diào)使用，以防變以防變壓器損壞。因?yàn)閴浩鲹p壞。因?yàn)镹變小時(shí)，磁通增大，電流會(huì)迅變小時(shí)，磁通增大，電流會(huì)迅速增加。速增加。4.5 其他類型的變壓器其他

18、類型的變壓器1.自耦變壓器自耦變壓器ABP1u2u1i2iLR1N2N+281. 二次側(cè)不能短路，二次側(cè)不能短路， 以防產(chǎn)生過流；以防產(chǎn)生過流；2. 鐵心、低壓繞組的鐵心、低壓繞組的 一端接地，以防在一端接地，以防在 絕緣損壞時(shí)，在二絕緣損壞時(shí)，在二次側(cè)出現(xiàn)高壓。次側(cè)出現(xiàn)高壓。使用注意事項(xiàng)：使用注意事項(xiàng)：被測(cè)電壓被測(cè)電壓=電壓表讀數(shù)電壓表讀數(shù) N1/N22.電壓互感器電壓互感器 VR N1（匝數(shù)多（匝數(shù)多）保險(xiǎn)絲保險(xiǎn)絲 N2（匝數(shù)少（匝數(shù)少）u（被測(cè)電壓）（被測(cè)電壓）29被測(cè)電流被測(cè)電流=電流表讀數(shù)電流表讀數(shù) N2/N11. 二次側(cè)不能開路，二次側(cè)不能開路， 以防產(chǎn)生高電壓；以防產(chǎn)生高電壓；2

19、. 鐵心、低壓繞組的鐵心、低壓繞組的 一端接地，以防在一端接地，以防在 絕緣損壞時(shí)，在二絕緣損壞時(shí)，在二次側(cè)出現(xiàn)過壓。次側(cè)出現(xiàn)過壓。使用注意事項(xiàng)：使用注意事項(xiàng)：3.電流互感器電流互感器（被測(cè)電流）（被測(cè)電流）N1（匝數(shù)少（匝數(shù)少）N2（匝數(shù)多（匝數(shù)多）ARi1i2301、下面敘述中正確的是（）、下面敘述中正確的是（）(a)理想變壓器可以變換各種電源電壓理想變壓器可以變換各種電源電壓(b)理想變壓器不僅能變換電壓，還能變換理想變壓器不僅能變換電壓，還能變換電流和功率電流和功率(c)理想變壓器一次繞組的輸入功率由二次理想變壓器一次繞組的輸入功率由二次繞組的輸出功率決定繞組的輸出功率決定312用理想

20、變壓器給負(fù)載電阻供電，變壓器輸入電壓用理想變壓器給負(fù)載電阻供電，變壓器輸入電壓不變時(shí)，要使變壓器的輸入功率增加，則應(yīng)該（不變時(shí)，要使變壓器的輸入功率增加，則應(yīng)該（ ）A、增加變壓器原線圈匝數(shù)，而副線圈匝數(shù)和負(fù)載、增加變壓器原線圈匝數(shù)，而副線圈匝數(shù)和負(fù)載電阻電阻R保持不變。保持不變。B、增加變壓器副線圈匝數(shù)，而原線圈匝數(shù)和負(fù)載、增加變壓器副線圈匝數(shù)，而原線圈匝數(shù)和負(fù)載電阻電阻R保持不變保持不變C、減少變壓器副線圈的匝數(shù)，而原線圈匝數(shù)和負(fù)、減少變壓器副線圈的匝數(shù)，而原線圈匝數(shù)和負(fù)載電阻載電阻R保持不變保持不變D、增加負(fù)載電阻、增加負(fù)載電阻R的阻值，而原副線圈的匝數(shù)保的阻值，而原副線圈的匝數(shù)保持不變持不變323變壓器如圖變壓器如圖4所示，保持原邊電壓有效值所示，保持原邊電壓有效值U1 、頻率、頻率f 不變，開關(guān)不變，開關(guān)S自位置自位置1合向位置合向位置2，則（，則（ ）。）。A. 主磁通主磁通m 變大，副邊開路（空載