電工與電子技術(shù)第7章變壓器

1、第第7章章 變壓器變壓器本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容本章主要介紹變壓器的工作原理、變換功能、繞組的連接本章主要介紹變壓器的工作原理、變換功能、繞組的連接及其應(yīng)用。及其應(yīng)用?！疽?變壓器在實(shí)際中廣泛應(yīng)用。下圖所示的是變壓器在實(shí)際中廣泛應(yīng)用。下圖所示的是一個(gè)一個(gè)5V直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源。變壓器是如何傳送電能和變換交流電壓的呢？ 變壓器7.1 7.1 變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu) 變壓器是電力系統(tǒng)、電工技術(shù)和電子技術(shù)中常用的電氣變壓器是電力系統(tǒng)、電工技術(shù)和電子技術(shù)中常用的電氣設(shè)備，它是利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電能和信號(hào)的傳輸。設(shè)備，它是利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電能和信號(hào)的傳輸。鐵心一次繞組二次繞組繞組

2、三相變壓器三相變壓器三相變壓器三相變壓器7.1 7.1 變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu) 1. 繞組繞組繞組的作用：繞組的作用： 構(gòu)成電路，產(chǎn)生磁場(chǎng)。構(gòu)成電路，產(chǎn)生磁場(chǎng)。繞組繞組變壓器由繞組和鐵心組成。變壓器由繞組和鐵心組成。7.1 7.1 變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu) 2. 鐵心鐵心鐵心鐵心鐵心的作用：鐵心的作用：構(gòu)成磁路，用來(lái)產(chǎn)生磁通。構(gòu)成磁路，用來(lái)產(chǎn)生磁通。鐵心由很薄的鐵心由很薄的硅鋼片疊成硅鋼片疊成鐵心鐵心7.1 7.1 變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu) 變壓器功能：變壓器功能： 變電壓，變電壓，電力系統(tǒng)電力系統(tǒng) 變阻抗，變阻抗，阻抗匹配阻抗匹配 變電流，變電流，電流互感器電流互感器 升壓升壓變壓器變壓器

3、電電燈燈電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)電電爐爐發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)輸電線(xiàn)輸電線(xiàn)降壓降壓變壓器變壓器變電壓在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用：變電壓在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用：7.2 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 7.2.1 7.2.1 變壓器的空載工作狀態(tài)變壓器的空載工作狀態(tài)單相變壓器：?jiǎn)蜗嘧儔浩鳎鸿F心鐵心一次繞組一次繞組二次繞組二次繞組電磁關(guān)系電磁關(guān)系7.2 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 11ddeNt 22ddeNt 自感電動(dòng)勢(shì)自感電動(dòng)勢(shì)互感電動(dòng)勢(shì)互感電動(dòng)勢(shì)7.2 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 電流較小。磁場(chǎng)。則一次電流全部用來(lái)產(chǎn)生載開(kāi)路，稱(chēng)為勵(lì)磁電流。由于負(fù)o1o1ii一次磁動(dòng)勢(shì)一次磁動(dòng)勢(shì)7.2 變壓器的工作原理變壓器的工作

4、原理 7.2.2 7.2.2 變壓器的有載工作狀態(tài)變壓器的有載工作狀態(tài)電磁關(guān)系：電磁關(guān)系：一次磁動(dòng)勢(shì)一次磁動(dòng)勢(shì)二次磁動(dòng)勢(shì)二次磁動(dòng)勢(shì)主磁通是由一、二次電主磁通是由一、二次電流共同作用產(chǎn)生的。流共同作用產(chǎn)生的。7.3 變壓器的功能變壓器的功能 7.3.1 7.3.1 電壓變換電壓變換。磁導(dǎo)率，設(shè)002111ue 一次回路：相量表示：11UE 有效值表示：有效值表示：11UE同理，對(duì)于二次回路：同理，對(duì)于二次回路：22ue 22UE 22UEtmsin設(shè))90sin()90sin(cosd)sind(dd1mm1m1m111tEtNtNttNtNemmmfNNE1112mmfNEE11144. 42

5、同理：同理：mfNE2244. 4結(jié)論：結(jié)論：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。)90sin()90sin(cosd)sind(dd1mm1m1m111tEtNtNttNtNeKNNfNfNEEEEUU21m2m121212144. 444. 47.3 變壓器的功能變壓器的功能 匝數(shù)比匝數(shù)比KNNUUUU2121217.3 變壓器的功能變壓器的功能 【例例7.3-1】有一臺(tái)單相變壓器有一臺(tái)單相變壓器 ，輸入電壓，輸入電壓V,2201U輸出電壓輸出電壓 V,362U611N匝。試求：匝。試求： （1）變壓器的電壓比；（）變壓器的電壓比；（2）二次繞組的匝數(shù)。）二次繞組的

6、匝數(shù)。 【解】 （1）變壓器的電壓比為1 . 63622021UUK （2）二次繞組的匝數(shù)為101 . 66112KNN匝 7.3 變壓器的功能變壓器的功能 7.3.2 7.3.2 電流變換電流變換主磁通是由一、二次電主磁通是由一、二次電流共同作用產(chǎn)生的。流共同作用產(chǎn)生的?？蛰d空載有載有載主磁通是由一次電流作主磁通是由一次電流作用產(chǎn)生的。用產(chǎn)生的。1U由于壓器的電源電壓由于壓器的電源電壓 常值，而常值，而 m11144. 4fNEU由一、二次電流共同作用產(chǎn)生由一、二次電流共同作用產(chǎn)生由一次電流作用產(chǎn)生由一次電流作用產(chǎn)生7.3 變壓器的功能變壓器的功能 當(dāng)電源電壓、電源的頻率和一次繞組的匝數(shù)不變

7、時(shí)，當(dāng)電源電壓、電源的頻率和一次繞組的匝數(shù)不變時(shí)，主磁通在數(shù)值上是基本不變的。主磁通在數(shù)值上是基本不變的。 也就是說(shuō)，變壓器空載運(yùn)行和有載運(yùn)行時(shí)，主磁通不也就是說(shuō)，變壓器空載運(yùn)行和有載運(yùn)行時(shí)，主磁通不變，即變壓器空載運(yùn)行和有載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)要變，即變壓器空載運(yùn)行和有載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)要保持相等。保持相等。7.3 變壓器的功能變壓器的功能 1U變壓器的電源電壓變壓器的電源電壓 常值，而常值，而 m11144. 4fNEU為了使主磁通不變，變壓器空載運(yùn)行和有載運(yùn)行為了使主磁通不變，變壓器空載運(yùn)行和有載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)要保持相等，即時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)要保持相等，即11O2211NININI由于由于1oI的值約為

8、一次繞組額定電流的的值約為一次繞組額定電流的10，故，故 011oNI則則2211NINIKNNII11221KNNII11221負(fù)號(hào)表示二次電流對(duì)一次負(fù)號(hào)表示二次電流對(duì)一次電流起去磁作用電流起去磁作用有效值表示電流比有效值表示電流比結(jié)論：結(jié)論：一、二次繞組電流之比與繞組的匝數(shù)比成反比。一、二次繞組電流之比與繞組的匝數(shù)比成反比。7.3 變壓器的功能變壓器的功能 【例例7.3-2】一臺(tái)額定容量為一臺(tái)額定容量為9900VA、額定電壓為、額定電壓為660/220V的變壓器給用電地區(qū)供電。的變壓器給用電地區(qū)供電。試求：試求： (1) 變壓器的一、二次繞組的額定電流；變壓器的一、二次繞組的額定電流；(2

9、) 變壓器的二次繞組可接變壓器的二次繞組可接60W，220V的白熾燈多少只？的白熾燈多少只？(3) 二次繞組若接二次繞組若接60W、220V，功率因數(shù)，功率因數(shù)6 . 0cos的日光燈，可接多少只？的日光燈，可接多少只？ 【解解】（1 1）設(shè)變壓器在傳送電能過(guò)程中無(wú)損耗，即）設(shè)變壓器在傳送電能過(guò)程中無(wú)損耗，即 N2N21NN1NIUIUSA15A6609900N1NN1USIA45A2209900N2NN2USI（2）二次繞組能接白熾燈的燈數(shù)為）二次繞組能接白熾燈的燈數(shù)為白熾燈的燈數(shù)白熾燈的燈數(shù)只只1656099007.3 變壓器的功能變壓器的功能 設(shè)每只日光燈的電流為設(shè)每只日光燈的電流為L(zhǎng)I

10、，則A45. 0A6 . 022060cosLUPI 日光燈的燈數(shù)為 只10045. 045LN2II可見(jiàn)，變壓器帶日光燈負(fù)載比帶白熾燈負(fù)載的可見(jiàn)，變壓器帶日光燈負(fù)載比帶白熾燈負(fù)載的燈數(shù)要少。燈數(shù)要少。（2）二次繞組能接白熾燈的燈數(shù)為）二次繞組能接白熾燈的燈數(shù)為白熾燈的燈數(shù)白熾燈的燈數(shù)只只165609900（3）二次繞組能接白熾燈的燈數(shù)為）二次繞組能接白熾燈的燈數(shù)為7.3 變壓器的功能變壓器的功能 7.3.3 7.3.3 阻抗變換阻抗變換1理想變壓器的模型理想變壓器的模型2變壓器的等效變換變壓器的等效變換L22222222211L1ZKIUKIUKIKUKIUZL2LZKZ 7.3 變壓器的功

11、能變壓器的功能 【例例7.3-3】已知揚(yáng)聲器的等效電源電壓已知揚(yáng)聲器的等效電源電壓 V,010SU,128SR揚(yáng)聲器的電阻揚(yáng)聲器的電阻 。8LR若要使揚(yáng)聲器獲得最大功率，在若要使揚(yáng)聲器獲得最大功率，在等效電源與揚(yáng)聲器之間接入匹配變壓器。等效電源與揚(yáng)聲器之間接入匹配變壓器。 LR試求：試求：直接與等效電源連接時(shí)，負(fù)載直接與等效電源連接時(shí)，負(fù)載（2）匹配變壓器的變比；）匹配變壓器的變比；（3）揚(yáng)聲器獲得的最大功率。）揚(yáng)聲器獲得的最大功率。（1）負(fù)載電阻）負(fù)載電阻能獲得多能獲得多大的功率？大的功率？7.3 變壓器的功能變壓器的功能 mW2 .438)812810()(2L2LSSLRRRUP（2）匹

12、配變壓器的變比；）匹配變壓器的變比； 負(fù)載獲得最大功率的條件是負(fù)載獲得最大功率的條件是 LS,RR LR直接與等效電源連接時(shí)，負(fù)載直接與等效電源連接時(shí)，負(fù)載（1）負(fù)載電阻）負(fù)載電阻獲得獲得的功率為的功率為【解解】2LLRK R 由由得出變壓器的變比為得出變壓器的變比為48128LSRRK7.3 變壓器的功能變壓器的功能 【例例7.3-3】已知揚(yáng)聲器的等效電源電壓已知揚(yáng)聲器的等效電源電壓 V,010SU,128SR揚(yáng)聲器的電阻揚(yáng)聲器的電阻 。8LR若要使揚(yáng)聲器獲得最大功率，在若要使揚(yáng)聲器獲得最大功率，在等效電源與揚(yáng)聲器之間接入匹配變壓器。等效電源與揚(yáng)聲器之間接入匹配變壓器。 試求：試求：（3）揚(yáng)

13、聲器獲得的最大功率。）揚(yáng)聲器獲得的最大功率?！窘饨狻柯?，即時(shí)，負(fù)載可獲得最大功當(dāng)128LSRR22SLLSL10128195.3mW128 128UPRRRS1SL1039mA128 128UIRR或者或者222L2L1L()(40.039)8195.3mWPI RKIR7.4 變壓器繞組的連接變壓器繞組的連接 7.4.1 7.4.1 同名端的判斷同名端的判斷同名端的定義：同名端的定義：當(dāng)兩電流都從繞向相同的一端流入或流出時(shí)，當(dāng)兩電流都從繞向相同的一端流入或流出時(shí)，兩電流在繞組中產(chǎn)生的磁通方向相同，使磁場(chǎng)兩電流在繞組中產(chǎn)生的磁通方向相同，使磁場(chǎng)增強(qiáng)，則這兩端定義為同名端。增強(qiáng)，則這兩端定義為同

14、名端。同名端同名端同名端同名端異名端異名端異名端異名端同名端同名端同名端同名端7.4 變壓器繞組的連接變壓器繞組的連接 判別同名端的方法有直流法和交流法。判別同名端的方法有直流法和交流法。直流法：直流法：1i繞組繞組1接直流電源（干電池），接直流電源（干電池），繞組繞組2接直流電壓表。當(dāng)開(kāi)關(guān)接直流電壓表。當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合瞬間，繞組閉合瞬間，繞組1中產(chǎn)生電流中產(chǎn)生電流，圖中是電流的實(shí)際方向。，圖中是電流的實(shí)際方向。1i電流電流 在繞組在繞組1 1兩端產(chǎn)生的自感電壓極性為上正下負(fù)。兩端產(chǎn)生的自感電壓極性為上正下負(fù)。此時(shí)若電壓表的指針正偏時(shí)，繞組此時(shí)若電壓表的指針正偏時(shí)，繞組2 2兩端產(chǎn)生的互感兩端產(chǎn)生的互感電壓極性也為上正下負(fù)。由于同極性端即為同名端，電壓極性也為上正下負(fù)。由于同極性端即為同名端，所以所以1 1端和端和3 3端為同名端。若電壓表的指針?lè)雌珪r(shí)，端為同名端。若電壓表的指針?lè)雌珪r(shí)，1 1端和端和4 4端為同名端。端為同名端。7.4 變壓器繞組的連接變壓器繞組的連接 7.4.2 7.4.2 繞組的連接繞組的連接變壓器繞組的連接分為串聯(lián)與并聯(lián)。變壓器繞組的連接分為串聯(lián)與并聯(lián)。1. 1.繞組串聯(lián)繞組串聯(lián)異名端相異名端相連連，提高輸出電壓。，提高輸出電壓。2.2.繞組并聯(lián)繞組并聯(lián)同名端相同名端相連