变压器结构原理

变压器的运行与应用电机与电气控制—变压器案例一：市电如何给24V小灯泡供电？我们国家民用统一供电均为220V，那么如何使额定电压不是220V的电器设备正常工作呢？变压器就是改变交流电压的设备电机与电气控制—变压器案例二电能如何传输的？电能负载升压变压器远距离输电降压变压器10kV10kV6kV380V220V110kV、220kV330kV、500kV电机与电气控制—变压器概述电机与电气控制—变压器电机与电气控制—变压器电力变压器概述电机与电气控制—变压器电子变压器干式变压器电源变压器概述电机与电气控制—变压器三相变压器概述电机与电气控制—变压器变压器是一种利用电磁感应原理工作，将一种电压等级的交流电能变换成同频率的另一种电压等级的交流电能的静止的电机。一、变压器的定义概述电机与电气控制—变压器变电压：电力系统变阻抗：电子电路中的阻抗匹配变电流：电流互感器二、变压器的功能概述电机与电气控制—变压器电压互感器电流互感器按用途分电力变压器仪用变压器整流变压器按相数分三相变压器单相变压器三、变压器的分类按结构分双绕组变压器三绕组变压器、自耦变压器、、按冷却方式：干式油浸式概述变压器的结构和工作原理电机与电气控制—变压器★1.单相变压器的结构★2.变压器的基本工作原理★3.变压器的空载运行★4.变压器的负载运行变压器的认识电机与电气控制—变压器一、结构主要部件：铁心和套在铁心上的绕组。特点：两绕组只有磁耦合没电联系。1U2U1u2u接电源接负载电机与电气控制—变压器1、铁心一、结构主要部件：铁心和套在铁心上的绕组。特点：两绕组只有磁耦合没电联系。既是磁路，也是套装绕组的骨架，由铁心柱（套有绕组）和铁轭（形成闭合磁路）由0.35～0.5mm厚硅钢片叠成心式和壳式，电力变压器主要用心式（3）分类：（1）作用：（2）材料：电机与电气控制—变压器一、结构1、铁心-心式2、铁心-壳式电机与电气控制—变压器一、结构心式壳式电机与电气控制—变压器2、绕组主要部件：铁心和套在铁心上的绕组。特点：两绕组只有磁耦合没电联系。（1）作用：变压器的电路部分（2）材料：一般用绝缘铜线或铝线（扁线或圆线）绕制而成，也称线圈。（3）分类：一、结构一次绕组二次绕组高压绕组低压绕组电机与电气控制—变压器1U2U1u2u一次侧接电源二次侧接负载如下图所示有两组：一个绕组与电源相连，称为一次绕组（或原绕组），这一侧称为一次侧（或原边）；另一个绕组与负载相连，称为二次绕组（或副绕组），这一侧称为二次侧（或副边）。一、结构电机与电气控制—变压器1u1e2e2u1i2i1U2U1u2uLZ一次绕组二次绕组1、一次侧绕组通交流电。主要部件：铁心和绕组。特点：两绕组只有磁耦合没电联系。二、单相变压器的基本工作原理2、产生交变的磁场。3、由电磁感应定律可知，交变磁通在一次、二次绕组中都会产生交变感应电动势。4、二次绕组向外电路供电。212121UUNNee电机与电气控制—变压器注意1、变压器只适用于交流电路。2、它的作用是传递电能，而不能产生电能。二、单相变压器的基本工作原理1、磁通有变化量2、一、二次绕组的匝数不同，就能变电压。只要：电机与电气控制—变压器三、变压器的空载运行一次绕组加额定电压，二次绕组开路、负载电流为零时的运行情况，称为变压器的空载运行。1、电磁关系分析Φ0e1e2e1σu1u2i0i0很小称为空载电流10RI1U0I100NIF1E011E2EΦ1σi2=0i2=0电机与电气控制—变压器三、变压器的空载运行Φ0e1e2e1σu1u2i0i2=0Φ1σ1、电磁关系分析主、漏磁通的区别性质上Φ0与I0成非线性关系，Φ1σ与I0成线性关系；数量上主：99%以上，漏：1%以下；作用上主：起传递能量的作用，漏：起漏抗压降作用。电机与电气控制—变压器设0=msinωt，则2、感应电势—主磁通的感应电势三、变压器的空载运行)90sin()90sin(2)90sin(cos010101111tEtfNtNtN-dtdNemmmm0有效值：mmm1fN4.442fN2EE1112相量:mfNjE1144.4结论：当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动势也按正弦规律变化，相位上滞后主磁通。090电机与电气控制—变压器同理：2、感应电势—主磁通的感应电势有效值：三、变压器的空载运行相量:m22fNjE44.4m2m22fN4.442EE)90sin()90sin(200tEtfNdtdNem2m2022电机与电气控制—变压器三、变压器的空载运行3、变比二次绕组：一次绕组：一、二次绕组电压方程11EU22EU空载时，I2=022EU10111RIEEU因此：因此：电机与电气控制—变压器3、变比三、变压器的空载运行m222m11144.444.4fNEUfNEUkNNEEUU212121电压与电动势关系变比k称为变压器的变比。结论：1、一二次绕组的电压与绕组的匝数成正比。2、改变匝数比，就能改变输出电压。电机与电气控制—变压器mfNEU11144.4可见，影响主磁通大小的因素有电源电压、电源频率和一次侧线圈匝数。m1Uf1N三、变压器的空载运行1111444444fN.UfN.Em对于一台变压器而言和不变,所以的大小取决于电源电压，只要保持不变，由空载到负载，基本不变，这叫做恒磁通。1Nfm1U1Um恒磁通原理电机与电气控制—变压器dq0III空载电流4、空载电流和空载损耗三、变压器的空载运行空载电流一般只占额定电流的（2～10）％，而Id10％I0，因此I0≈Iq，所以空载电流I0主要用来建立主磁通，称作励磁电流。作用与组成即：性质和大小产生主磁通无功分量Iq补偿变压器的空载损耗有功分量Id：不消耗功率：消耗功率电机与电气控制—变压器空载损耗变压器空载时没有输出功率，一次绕组从电源中吸取了少量的电功率p0，都消耗在其内部，称为空载损耗。三、变压器的空载运行4、空载电流和空载损耗故可认为变压器的空载损耗就是变压器的铁心损耗。它用来补偿铁心中的铁损耗pFe和极少量的绕组铜损耗pCu。由于I0和线圈电阻r1很小，因而空载损耗可近似等于铁损耗。电机与电气控制—变压器2、空载电流越小，主要作用是建立主磁通，又称励磁电流。1、感应电动势E的大小与电源频率f、绕组匝数N及铁心中主磁通的最大值φm成正比，在相位上滞后产生它的主磁通90度。而主磁通的大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，与磁路所用材料的性质及几何尺寸基本无关。mfNjE1144.4mfNEU11144.41111444444fN.UfN.Em三、变压器的空载运行电机与电气控制—变压器变压器一次绕组接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次绕组接上负载的运行状态，称为负载运行。AXaxLZ1U1I2U2I四、变压器的负载运行电机与电气控制—变压器1U1I2I2U111INF222INF010INF01E2E11E11IR22E22IR1、电磁关系AXaxLZ1U1I11Eσ1E2E2U2I22EΦ0四、变压器的负载运行电机与电气控制—变压器2、磁势平衡方程根据恒磁通原理，由空载到负载运行，主磁通基本不变，因此有磁势平衡方程：120FFF即：112210NININI四、变压器的负载运行0II2121NN3、变流I1=－I2N2N1忽略I0，则大小关系：相位关系：I1与I2相位相反。I1I2N2N1=1k=电机与电气控制—变压器大小关系：I1I2N2N1=相位关系：I1与I2相位相反。1k=结论：1、一二次绕组的电流大小与匝数成反比。2、改变匝数比，就能改变输出电流。四、变压器的负载运行3、变流电机与电气控制—变压器由图可知：22IUZ11IUZZKIUKKIKUIUZ22222211ZKZ2结论：变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模的K2倍。1U2U1I2IZ+–+–1U1IZ+–五、变压器的阻抗变换作用电机与电气控制—变压器由图可知：22IUZ11IUZZKIUKKIKUIUZ22222211ZKZ21U2U1I2IZ+–+–1U1IZ+–五、变压器的阻抗变换作用变压器的阻抗变换作用常用于电子电路中，解决电路的阻抗匹配问题。电机与电气控制—变压器低压照明变压器一次绕组匝数N1=1210匝，一次绕组电压U1=220V，现要求二次绕组输出电压U2=36V，求二次绕组匝数N2及变比K。2121NNUU例1：解：匝1981210220361122NUUN1.6198121021NNK电机与电气控制—变压器例2：（2）此变压器一次绕组的匝数是825匝，求二次绕组的匝数是多少？（3）二次侧灯泡点亮时，变压器一次、二次绕组中的电流各为多少？现有三种规格的白炽灯：36V/500W，36V/60W，220V/60W，另有一台额定容量SN=300V.A、电压为220V／36V的变压器，问：（1）上述三种白炽灯中，哪种可以接在该变压器的二次侧使用？最多能接这种规格的白炽灯几个？电机与电气控制—变压器则一次绕组电流解：（1）（3）灯泡点亮时，变压器二次绕组电流例2：36V/60W，5个（2）AUPI33.836605522ANNII36.182513533.81221电机与电气控制—变压器例：设交流信号源电压VU100，内阻800oRΩ，负载8LRΩ。（1）将负载直接接至信号源，负载获得多大功率？（2）经变压器进行阻抗匹配，求负载获得的最大功率是多少？变压器变比是多少？例3：分析：0LRR最大功率输出的条件：电机与电气控制—变压器例：设交流信号源电压VU100，内阻800oRΩ，负载8LRΩ。（1）将负载直接接至信号源，负载获得多大功率？（2）经变压器进行阻抗匹配，求负载获得的最大功率是多少？变压器变比是多少？例3：分析：0LRR最大功率输出的条件：电机与电气控制—变压器解：（1）负载直接接信号源时，负载获得功率为：W123.08880010022o2LLLRRRURIP（2）最大输出功率时，LR折算到原绕组应等于800oRΩ。负载获得的最大功率为：W125.380080080010022o2maxLLLRRRURIP变压器变比为：108800RLo21RNNk例3：电机与电气控制—变压器