第6章 磁路与变压器

第6章磁路与变压器（上）第6章磁路与变压器6.3变压器1.了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义；2.掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；3.了解三相电压的变换方法和原、副绕组常用的连接方式；本章要求：第6章磁路与变压器6.3变压器变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。变电压：电力系统变阻抗：电子线路中的阻抗匹配变电流：电流互感器变压器的主要功能有：在能量传输过程中，当输送功率cosUIP及负载功率因数一定时：coslrIP2（电能损耗小）IUSI节省金属材料（经济）概述电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。具体如下：发电厂1.05万伏输电线22万伏升压仪器36伏降压…实验室380/220伏降压变电站1万伏降压降压…1.结构作用：构成磁路绕组原绕组(初级绕组、一次绕组）副绕组(次级绕组、二次绕组）由高导磁硅钢片叠成厚0.35mm或0.5mm铁芯6.3.1变压器工作原理单相变压器N1作用：构成电路+–+–1u2uLR1i2iΦ一、结构和分类副绕组N2铁心原绕组变压器的结构2.分类电压互感器电流互感器按用途分电力变压器(输配电用)仪用变压器整流变压器按相数分三相变压器单相变压器按制造方式壳式心式二、变压器的工作原理原、副绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合变压器符号1u2uLR1i2iΦ+–+–1.电磁关系二、变压器的工作原理原边接交流电源,副边开路。(1)空载运行情况0i02i1u+–20u+–2e+–1σe+–1e+–11N2N1u11dtdΦNei0(i0N1)1dd011tiLeσσdtdΦNe22空载时，铁心中主磁通是由原绕组磁势产生的。1.电磁关系二、变压器的工作原理原边接交流电源,副边接负载。(2)带负载运行情况1u+–1σe+–1e+–211u11dtdΦNei1(i1N1)1dd011tiLeσσdtdΦNe221N2NZi1i2+–u2+–e2+–e2i2(i2N2)2dd2tiLeσ2σ2有载时，铁心中主磁通是由原、副绕组磁势共同产生的合成磁通。2.电压变换（设加正弦交流电压）t)(tNtNesinddddm111tNcosm1)t(E90sinm11144.4NfEm222111mmfNEE有效值:同理：)t(Ee90sinm222244.4NfEm主磁通按正弦规律变化，设为则t,sinm(1)原、副边主磁通感应电动势根据KVL：1111111σ111EIjXIREEIRU对原边，变压器原边等效电路如图1m1111444Nf.EUEU由于电阻R1和感抗X1(或漏磁通)较小,其两端的电压也较小,与主磁电动势E1比较可忽略不计，则1E1R1I1U1E–––+++(2)原、副边电压式中R1为原绕组的电阻;X1=L1为原绕组的感抗(漏磁感抗，由漏磁产生)。KNNEEUU2121201（匝比）K为变比对副边，根据KVL：2m220224440Nf.EUU,I结论：改变匝数比，就能改变输出电压。222222222UIjXIRUEIREσ2式中R2为副绕组的电阻;X2=L2为副绕组的感抗；为副绕组的端电压。2U变压器空载时:+–u21u+–1σe+–1e+–1N2Ni1i2+–e2+–e2式中U20为变压器空载电压。故有三相电压的变换ABCXYZabczyx1)三相变压器的结构高压绕组：A-XB-YC-ZX、Y、Z：尾端A、B、C：首端低压绕组：a-xb-yc-za、b、c：首端x、y、z：尾端2)三相变压器的联接方式Δ/////000YΔYYYYYYY、、、、联接方式：高压绕组接法低压绕组接法:YY0/三相配电变压器:ΔY/动力供电系统（井下照明）:ΔY0/高压、超高压供电系统常用接法:（1）三相变压器Y/Y0联接线电压之比：A311PUUCB1UKUU312PbKUU12ca+–+–+–+–KUUUUUU2P1P2P1P2133（2）三相变压器Y0/联接线电压之比：A311PUUCB1UKUUU312P2abc+–+–+–KUUUUUUPPPP3332121213.电流变换(原副边电流关系)有载运行2222ZUIZ1m11444Nf.EU可见，铁心中主磁通的最大值m在变压器空载和有载时近似保持不变。即有不论变压器空载还是有载，原绕组上的阻抗压降均可忽略，故有由上式，若U1、f不变，则m基本不变，近于常数。空载：m10Ni有载：m2211NiNi+–Z2i1u2e1iΦ1e1N2N+–+–+–2u一般情况下：I0(2~3)%I1N很小可忽略。2211NiNi或：2211NINI2211NINIKNNII11221结论：原、副边电流与匝数成反比。或：221011NiNiNi磁势平衡式：102211NiNiNi空载磁势有载磁势4.阻抗变换由图可知：22IUZ11IUZZKIUKKIKUIUZ22222211ZKZ2结论：变压器原边的等效阻抗模，为副边所带负载的阻抗模的K2倍。1U2U1I2IZ+–+–1U1IZ+–(1)变压器的匝数比应为：信号源IER0RL+–108800LL21RRNNKIE1N2U2ILR2NR0+–+–【解】【例6.3.1】如图，交流信号源的电动势E=120V，内阻R0=800，负载为扬声器，其等效电阻为RL=8。要求:（1）当RL折算到原边的等效电阻时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率;（2）当将负载直接与信号源联接时,信号源输出多大功率？0LRR信号源的输出功率：W548008008001202L2L0.RRREP电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。0LRR原因：满足了最大功率输出的条件：W1760888001202L2L0.RRREP（2）将负载直接接到信号源上时，输出功率为：1.变压器的型号三、变压器的铭牌和技术数据SJL1000/10变压器额定容量(KVA)铝线圈冷却方式J:油浸自冷式F:风冷式相数S:三相D:单相高压绕组的额定电压(KV)2.额定值额定电压变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许的电压值NNUU21、单相：UIN，原边电压，U2N，副边空载时的电压三相：UIN、U2N，高、低压绕组的线电压额定电流变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。N2N1II、单相：原、副边绕组允许的电流值三相：高、低压绕组线电流额定容量传送功率的最大能力。NS单相：三相：NNNNNIUIUS1122NNNNNIUIUS112233容量SN输出功率P2原边输入功率P1输出功率P2注意：变压器几个功率的关系（单相）效率NNNIUS11容量：21PP原边输入功率：cos222IUP输出功率：变压器运行时的功率取决于负载的性质2.额定值例：一台三相变压器,SN=5000kVA，Y，d联结，U1N/U2N=10/6.3kV。求一次侧和二次侧额定电流。解：150001N=288.73310INNSAUN50002N=458.236.332SIANU6.3.2变压器的外特性变压器的外特性当原边电压U1和负载功率因数cos2保持不变时，副边输出电压U2和输出电流I2的关系)(22IfUU20：原边加额定电压、副边开路时，副边的输出电压。一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2变化不大），电压变化率约在5%左右。电压变化率：%100%20220UUUU)(22IfUU2I2U20I2Ncos2=1cos2=0.8(感性）6.3.3变压器的损耗与效率()为减少涡流损耗，铁心一般由导磁钢片叠合成。变压器的损耗包括两部分：铜损(PCu)：绕组导线电阻的损耗。涡流损耗：交变磁通在铁芯中产生的感应电流(涡流)造成的损耗。磁滞损耗：磁滞现象引起铁芯发热，造成的损耗。铁损(PFe)：FeCu2212ΔΔPPPPPP变压器的效率为一般95%,负载为额定负载的(50~75)%时，最大。输出功率输入功率【例6.3.３】有一带电阻负载的三相变压器，其额定数据如下：SN=100kVA,U1N=6000V,f=50Hz。U2N=U20=400V,绕组连接成／０。由试验测得:PFe=600W，额定负载时的PCu=2400W。试求(1)变压器的额定电流；(2)满载和半载时的效率。【解】（１）额定电流A14440031010033N2NN2USIA629600031010033N1NN1.USI(２)满载和半载时的效率0033CuFe22119724006001010010100.PPPPΔΔ00332169724002160010100211010021.2当电流流入(或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入(或流出）端称为同极性端。••AXax•AXax一、同极性端(同名端)或者说，当铁芯中磁通变化时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。同极性端用“•”表示。增加+–+++–––同极性端和绕组的绕向有关。6.3.5变压器绕组的极性•联接2－3变压器原边有两个额定电压为110V的绕组：二、线圈的接法••NN1324••NN1324联接1－3，2－4ii当电源电压为220V时：220u+–110u+–电源电压为110V时：问题：如果两绕组的极性端接错，结果如何？结论：在同极性端不明确时，一定要先测定同极性端再通电。答：有可能烧毁变压器两个线圈中的磁通抵消原因：电流很大11Rui1111eRiu烧毁变压器感应电势0e••1324NNi’+–u方法：交流法把两个线圈的任意两端(X-x)连接,然后在AX上加一低电压uAX。axAaAXUUU、、测量：若说明A与x或X与a是同极性端axAXAaUUU若说明A与a或X与x为同极性端axAXAaUUU结论：VaAXxV三、同极性端的测定方法AXu+–