变压器的工作原理

机床电气系统装调与维修王民权刘萍梅晓妍宁波职业技术学院模块1：变压器与电动机1-1变压器的工作原理1-2变压器的计算与选择1-3三相异步电动机的工作原理1-4三相异步电动机的运行王民权宁波职业技术学院教授1-1变压器的工作原理学习内容1-1-1变压器的结构1-1-2变压器的工作原理学习目标了解变压器的各种应用了解变压器的基本结构掌握变压器的工作原理能进行变压器基本参数的计算1-1-1变压器的结构说明：本课程以机床常用的“控制变压器”为例，进行变压器原理的学习。1.变压器的各种应用电力变压器控制变压器电流互感器自耦变压器电压互感器电焊变压器变压器利用交变的电磁场，把供电电压变为用户所需要的同频率的交流电压。2.变压器的结构u2u1++--i1i2原理示意图变压器结构主要部分：铁芯、线圈（绕组）变压器的绕组：一次绕组、二次绕组。i1u1+u2-+-Z2i2N1N2铁芯一次绕组二次绕组一次绕组产生主磁通，二次绕组感应产生同频率的交流电。1-1-2.变压器的工作原理空载时，在变压器一次绕组加上交流电压u1后，产生电流i1。由于二次绕组开路，电流i2为零。此时的i1为空载电流（励磁电流），用i0表示。m01fiN1.变压器的空载状态：电压变换作用励磁电流在铁芯中产生磁通势fm，其大小为：i1u1+u2-+-i2续-1主磁通同时穿过一、二次绕组，在两个绕组中分别产生感应电动势e1和e1；1122dΦdΦeNeNdtdt；漏磁通仅在一次绕组中穿过，产生漏感电动势e1：σ1σ11dΦeNdt在磁通势fm作用下，铁芯中产生主磁通和漏磁通1。1i1u1+u2e2e1e1-+-i2续-2以电流i1为参考方向。设一、二次绕组的电阻和电抗分别为为R1、X1，R2、X2（*二次绕组电流为0），则用向量法表示的一、二次绕组电压方程为：11σ111122()UEEIRjXUE一次绕组中的漏感电动势、空载电流、绕组阻抗都很小，忽略这些因素，则有：11UE则一、二次绕组的电压比为：11112222UEeNkUEeN说明：①一、二次绕组的电压比近似等于其匝数比k；②变压器的一次侧电压决定二次侧电压。m011122FINININ2.变压器的负载状态：电流变换作用1i1u1+u2e2e1-+-Z2e22i2设变压器二次侧负载阻抗为Z2，电流为i2。i2在铁芯中会产生一附加磁动势i2N2，进而在铁芯中产生附加的主磁通和漏磁通2。根据楞次定律，电流i1会增大以阻碍铁芯中磁势的变化，并达到最初的磁势平衡状态。磁势平衡方程的向量形式为：1211222110ININININk；空载电流仅占变压器额定电流的(1-5)%，可忽略，则有：说明：①一二次侧电流之比约为一二次侧匝数比的倒数；②一次侧电流决定于二次侧电流。121212,UUZZII3.变压器的负载状态：阻抗变换作用一个负载在变压器二次侧的实际大小为Z2，从能量等效的观点看，这个负载也可看作是由一次侧的电源直接供电的。而对于电源来说，这个负载又是多少呢？说明：一个负载经过变压器后其阻抗值发生了变化。在电子线路中，常根据需要，通过选择变比把阻抗变为所需要的值，实现阻抗匹配。设负载Z2变换到一次侧为Z1，则有：2121221UkUZkZIIk带入电压比、电流比公式，得：【学与练-1】⑴二次绕组匝数N2及变比k【例1-1-1】某变压器U1=380V，U2=48V，N1=1520匝，求二次绕组的匝数N2及变比k。若二次侧负载电阻为10，试求一二次侧的工作电流、负载电阻折合到一次侧的等效电阻R’。【解】通过本例学习变压器参数的基本计算112212213801520487.91;19248380UNkUNNUkNU⑵工作电流、等效电阻22122484.84.8A;0.6A107.91'7.9110626IIIkRkR【学与练-2】⑴把负载直接接在信号源上的电路图如右【例1-1-2】一交流信号源的电动势，内阻R0＝400Ω，现有一个R=4Ω的负载，试做如下计算：⑴如果将R直接与信号源连接，试求负载获得的功率；⑵如果通过变压器实现阻抗匹配，试求负载获得的功率及变压器的变比。202sinVet【解】通过本例学习如何进行阻抗匹配，实现功率传输最大化。R+-EILR0负载获得的功率为：29.8mWLLPIR负载电流为：A0495.04400200RREIL续⑵如果通过变压器实现负载的阻抗匹配，则需在负载和电源之间接入一个变压器，电路如右所示。'0400RR对应的电流为：''0200.025A400400LEIRRRI’LR'+-ER0负载获得的功率为：阻抗匹配变压器的变比为：'400104RkR结论：通过阻抗匹配，可提高负载获取的功率，实现功率传输效率最大化。这种技术主要应用于电子线路中，如收音机、电视机和音响设备的功率放大电路中。匹配阻抗为：mW250400025.02'2''RIPL小结⑴变压器的主要部件①铁芯：为磁通提供路径②线圈（绕组）一次绕组：建立磁场，产生主磁通（电生磁）二次绕组：感应产生同频率的交流电（磁生电）⑵变压器的主要功能①变电压：U1/U2=N1/N2=k②变电流：I1/I2=N2/N1=1/k③变阻抗：Z1=k2Z2⑶变压器的应用电力变压器、整流变压器、控制变压器、脉冲变压器、仪用互感器、阻抗匹配器……