变压器的分类、基本结构及工作原理

第8章变压器变压器功能：变电压：电力系统变阻抗：电子电路中的阻抗匹配（如喇叭的输出变压器）变电流：电流互感器8.1.1变压器的分类按用途可分为：电力变压器（又可分为升压变压器、降压变压器、配电变压器等）、仪用变压器（电流、电压互感器等）、试验用变压器、整流变压器等。按绕组数目可分为：双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器（一般用于特种用途）及自耦变压器。按相数可分为单相变压器、三相变压器、多相变压器。按冷却方式的不同，可分为干式变压器、油浸自冷变压器、油浸风冷变压器、油浸水冷变压器、强迫油循环风冷变压器、强迫油循环水冷变压器等。按线圈导线使用材质的不同，分为铝线变压器、铜线变压器。按调压方式可分为无励磁调压变压器、有载调压变压器。8.1变压器的分类、基本结构及工作原理8.1.2变压器的基本结构图8-1变压器的构造a）心式b）壳式8.1.3变压器的工作原理最简单的变压器是由一个闭合的铁心和绕在铁心上的两个匝数不等的绕组组成，如图所示。虽然一次、二次绕组在电路上是相互分开的，但二者却处在同一磁路上。本节通过对变压器的空载运行和有载运行来分析变压器的变换电压、变换电流和变换阻抗的原理。1．变压器的空载运行和电压变换dd;dd2211tΦNetΦNetΦNeσσdd图8-2变压器的原理图1112022UENKUEN2．变压器的负载运行和电流变换kNUUII1N1212213．阻抗变换ZkIUkkIkUIUZ222222111例1已知某收音机输出变压器的一次侧匝数为600，二次侧匝数为30，一次侧原接有16Ω的扬声器，现要改接成4Ω扬声器，求N2应改为多少？匝所以：则，扬声器后改接成1540600'40'160046400'4640016202030600122L2L2121kNNkkZZkZNNk解8.2变压器的运行特性图8-3变压器的外特性曲线1．电压变化率%100%20N220UUUU例2一单相变压器，额定容量为50KVA，额定电压为1000/230V，当该变压器向R＝0.83Ω、XL=0.618Ω的负载供电时，正好满载，试求变压器一、二次绕组的额定电流和电压变化率。AUSIAUSINNNNNN4.21723010350510000105022311二次绕组的额定电流一次绕组的额定电流解%6.2%1002309.223230%100UU-UU%223.9V1.03217.4|Z|IU03.1618.083.0|Z|2220L2N22222L故电压的变化率又LXR2.变压器的损耗与效率FeCu2212PPPPPP＝变压器的效率一般都较高，大多数在95％以上，大型变压器效率可达99％以上。在一般电力变压器中，当负载为额定负载的50％一75％时，效率达到最大值。2.3变压器的应用1．自耦变压器自耦变压器原理图调压器的外形和电路2．电流互感器为了安全起见，电流互感器的铁心及二次绕组的一端应该接地。电流互感器的原理图测流钳的原理图3．电压互感器电压互感器的原理图4．电焊变压器电焊变压器从结构上讲是一台特殊的降压变压器，是交流电焊机的主要组成部分。电焊变压器的外特性电焊变压器的原理示意图5．三相变压器三相变压器结构原理图注意：三相变压器的电压比是指初级额定相电压与次级额定相电压之比值，而不是额定线电压的比值。可以将三台单相变压器按三相电路联接，其作用与三相变压器相同。三相变压器中的每一相，工作情况相当于一个单相变压器。因此，单相变压器的工作原理、基本方程式和运行特性都完全适用于三相变压器。8.5变压器使用中的问题8.5.1变压器的额定值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、额定电流变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。NNII21额定容量传送功率的最大能力。NSNNNNNIUIUS2211（理想）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效率变压器功率因数NNNIUS11容量：21PP原边输入功率：cos222IUP输出功率：8.5.2变压器绕组的极性当电流流入两个线圈(或流出）时，若产生的磁通方向相同，则两个流入端称为同极性端（同名端）。或者说，当铁芯中磁通变化（增大或减小）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(同名端)AXax**AXax**电器使用时两种电压（220V/110V）的切换：220V：联结2－3110V：联结1－3，2－4线圈的接法1324**220V：联结2－3mΦNfU)2(44.4220励磁mΦNi210NfUΦm244.4220两种接法下线圈工作情况的分析**1324NN10i220U110V：联结1－3，2－4NfUΦm244.4220mΦNfU)(44.4110NfUΦm44.41101,32,4220V：联结2－31324**110U10i说明：两种接法下不变，所以铁芯磁路的设计相同mΦ励磁mΦNi10'问题1：在110V情况下，如果只用一个绕组（N），行不行？答：不行（两绕组必须并绕）原边有两个相同绕组的电源变压器（220/110），使用中应注意的问题：**1324NN220i220U1,32,4110iN若两种接法铁芯中的磁通相等，则：Ni2220Ni11021110220ii问题2：如果两绕组的极性端接错，结果如何？结论：在极性不明确时，一定要先测定极性再通电。答：有可能烧毁变压器两个线圈中的磁通抵消烧毁感应电势0e电流很大11Rui1111eRiu原因：**1324NN10i220U’方法一：交流法AXaxu若说明A与a或X与x为同极性端。axAXAaUUU把两个线圈的任意两端(X-x)连接,然后在AX上加一小电压u。AaaxAXUUU、、测量：axAXAaUUU若说明A与x或X与a是同极性端；结论：方法二：直流法mA表+_AXaxK+-**AXax+_K2eΦ设K闭合时增加。感应电动势的方向，阻止的增加。如果当K闭合时，mA表正偏，则A－a为同极性端;如果当K闭合时，mA表反偏，则A－x为同极性端结论：本章小结1．变压器是利用电磁感应原理，通过铁心中的交变主磁通，将电能从一次侧传送到二次侧及负载上。2．变压器具有变电压、变电流、变阻抗的作用，其关系式为ukNNUU2121iKNNII1221L222222111ZkIUkkIkUIUZ此外，它还能对一、二次电路起隔离作用（自耦变压器除外）。3．为了正确使用变压器，还必须了解变压器的工作特性、额定值和绕组的同极性端。4．各种变压器的基本结构和工作原理都相同，但是由于不同的使用要求，使用不同用途的变压器，一定要注意各自不同的特点。例如，仪用互感器是测量用的变压器，使用时应注意将其二次侧接地，电流互感器二次侧绝不允许开路，而电压互感器二次侧绝不允许短路。注意：电流互感器二次侧标准额定电流为5A。电压互感器二次侧标准额定电压为100V；电焊变压器是一种特殊的降压变压器。为使其具有迅速下降的外特性，采用人为增大漏抗的方法，即串联可调电抗器或在磁路中装设可移动铁心的磁分路。