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第五章变压器
图11-1变压器的符号
一、变压器的用途和种类
变压器是利用互感原理工作的电磁装置,它的符号如图11-1
所示,T是它的文字符号。
1.变压器的用途:
变压器除可变换电压外,还可变换电流、变换阻抗、改变相位。
2.变压器的种类:
按照使用的场合,变压器有电力变压器、整流变压器、调压变压器输入、输出变压器等。
二、变压器的基本构造
变压器主要由铁心和线圈两部分构成。
铁心是变压器的磁路通道,是用磁导率较高且相互绝缘的硅钢片制成,以便减少涡流和磁滞损耗。
按其构造形式可分为心式和壳式两种,如图11-2(a)、(b)所示。
图11-2心式和壳式变压器
线圈是变压器的电路部分,是用漆色线、沙包线或丝包线绕成。
其中和电源相连的线
圈叫原线圈(初级绕组),和负载相连的线圈叫副线圈(次级绕组)。
小结:
2008年10月9、10日第6周
2
变压器的工作原理
掌握变压器的工作原理
3、4、5、
第二节变压器的工作原理
一、变压器的工作原理
变压器是按电磁感应原理工作的,原线圈接在交流电源上,在铁心中产生交变磁通,从而在原、副线圈产生感应电动势,如图11-3所示。
1.变换交流电压
原线圈接上交流电压,铁心中产生的交变磁通同时通过原、副线圈,原、副线圈中交变的磁通可视为相同。
设原线圈匝数为N1,副线圈匝数为N2,磁通为,感应电动势为
图11-3变压器空载运行原理图
由此得
忽略线圈内阻得
上式中K称为变压比。
由此可见:
变压器原副线圈的端电压之比等于匝数比。
如果N1<
N2,K<
1,电压上升,称为升压变压器。
如果N1>
N2,K>
1,电压下降,称为降压变压器。
2.变换交流电流
根据能量守恒定律,变压器输出功率与从电网中获得功率相等,即P1=P2,由交流电功率的公式可得
U1I1cos1=U2I2cos2
式中cos1——原线圈电路的功率因数;
cos2——副线圈电路的功率因数。
1,2相差很小,可认为相等,因此得到
U1I1=U2I2
可见,变压器工作时原、副线圈的电流跟线圈的匝数成反比。
高压线圈通过的电流小,用较细的导线绕制;
低压线圈通过的电流大,用较粗的导线绕制。
这是在外观上区别变压器高、低压饶组的方法。
3.变换交流阻抗
设变压器初级输入阻抗为|Z1|,次级负载阻抗为|Z2|,则
将
代入,得
因为
所以
可见,次级接上负载|Z2|时,相当于电源接上阻抗为K2|Z2|的负载。
变压器的这种阻抗变换特性,在电子线路中常用来实现阻抗匹配和信号源内阻相等,使负载上获得最大功率。
【例11-1】有一电压比为220/110V的降压变压器,如果次级接上55的电阻,求变压器初级的输入阻抗。
解1:
次级电流
初级电流
输入阻抗
解2:
变压比
【例11-2】有一信号源的电动势为1V,内阻为600,负载电阻为150。
欲使负载获得最大功率,必须在信号源和负载之间接一匹配变压器,使变压器的输入电阻等于信号源的内阻,如图11-4所示。
问:
变压器变压比,初、次级电流各为多少?
图11-5变压器外特性曲线
图11-4例11-2图
解:
负载电阻R2=150,变压器的输入电阻R1=R0=600,则变比应为
初、次级电流分别为
二、变压器的外特性和电压变化率
1.变压器的外特性
变压器外特性就是当变压器的初级电压U1和负载的功率因数都一定时,次级电压U2
随次级电流I2变化的关系,如图11-5所示。
由变压器外特性曲线图可见:
(1)I2=0时,U2=U2N。
(2)当负载为电阻性和电感性时,随着I2的增大,U2逐渐下降。
在相同的负载电流情况下,U2的下降程度与功率因数cos有关。
(3)当负载为电容性负载时,随着功率因数cos的降低,曲线上升。
所以,在供电系统中,常常在电感性负载两端并联一定容量的电容器,以提高负载的功率因数cos。
2.电压的变化率
电压变化率是指变压器空载时次级端电压U2N和有载时次级端电压U2之差与U2N的百分比。
即:
电压变化率越小,为负载供电的电压越稳定。
2008年10月14、15日第7周
第三节变压器的功率和效率以及额定值
掌握变压器的功率和效率
变压器的功率和效率
额定值
7、8、9
第三节变压器的功率和效率
一、变压器的功率
变压器的功率消耗等于输入功率P1=U1I1cos1和P2=U2I2cos2输出功率之差,即
PL=P1–P2
变压器功率损耗包括铁损和铜损。
二、变压器的效率
变压器的效率为变压器输出功率与输入功率的百分比,即
大容量变压的效率可达98%~99%,小型电源变压器效率约为70%~80%
。
【例11-3】有一变压器初级电压为2200V,次级电压为220V,在接纯电阻性负载时,测得次级电流为10A,变压器的效率为95%。
试求它的损耗功率,初级功率和初级电流。
解:
次级负载功率P2=U2I2cos2=220
10=2200W
初级功率
损耗功率PL=P1–P2=2316–2200=116W
习题:
一、变压器的额定值
变压器的满负荷运行情况叫额定运行,额定运行条件叫变压器的额定值。
额定容量——指次级最大视在功率,单位是伏安(VA)或千伏安(kVA)。
额定初级电压——指接到初级线圈电压的规定值。
额定次级电压——指变压器空载时,初级加上额定电压后,次级两端的电压。
额定电流——指规定的满载电流值。
变压器的额定值取决于变压器的构造及使用的材料。
使用时,变压器应在额定条件下运行,不能超过其额定值。
除此外还应注意:
(1)工作温度不能过高;
(2)初、次级绕组必须分清;
(3)防止变压器绕组短路,以免烧毁变压器。
二、变压器的检验
变压器在使用前应进行检验,通常其检验内容有:
(1)区分绕组、测量各绕组的直流电阻;
(2)绝缘检查;
(3)各绕组的电压和变压比;
(4)磁化电流I,变压器次级开路时的初级电流叫磁化电流,I一般为初级额定电流的3%~8%。
各项检验都应符合设计标准,否则不宜使用。
2008年10月16、17日第7周
第四节常用变压器
掌握自耦变压器多绕组变压器互感器的工作原理
自耦变压器多绕组变压器互感器的工作原理
11、12、13
一、自耦变压器
1.自耦变压器的构造和工作原理
自耦变压器原、副线圈共用一部分绕组,它们之间不仅有磁耦合,还有电的关系,如图11-6所示。
原、副线圈电压之比和电流之比的关系为
自耦变压器在使用时,一定要注意正确接线,否则易于发生触电事故。
图11-6自耦变压器符号及原理图
图11-7实验用调压变压器
实验室中用来连续改变电源电压的调压变压器,就是一种自耦变压器,如图11-7所示。
图11-8多绕组变压器
二、多绕组变压器
1.多绕组变压器
变压器的次级有两个以上的绕组或初、次级都有两个以上绕组的变压器叫多绕组变压器,如图11-8所示。
多绕组变压器原、副线圈的电压关系仍符合变压比的关系,
2.多绕组变压器的使用
多绕组变压器多使用于电子设备中,输出多种电压。
多绕组可串联或并联使用,串联时应将线圈的异名端相接,并联时应将线圈的同名端相接。
只有匝数相同的线圈才能并联。
三、互感器
互感器是一种专供测量仪表,控制设备和保护设备中使用的变压器。
可分为电压互感器和电流互感器两种。
1.电压互感器
使用时,电压互感器的高压绕组跨接在需要测量的供电线路上,低压绕组则与电压表相连,如图11-9所示。
图11-9电压互感器
图11-10电流互感器
可见,高压线路的电压U1等于所测量电压U2和变压比K的乘积,即U1=KU2
使用时应注意:
(1)次级绕组不能短路,防止烧坏次级绕组。
(2)铁心和次级绕组一端必须可靠的接地,防止高压绕组绝缘被破坏时而造成设备的破坏和人身伤亡。
图11-11钳形
电流表
2.电流互感器
使用时,电流互感器的初级绕组与待测电流的负载相串连,次
级绕组则与电流表串联成闭和回路,如图11-10所示。
通过负载的电流就等于所测电流和变压比倒数的乘积。
(1)绝对不能让电流互感器的次级开路,否则易造成危险;
(2)铁心和次级绕组一端均应可靠接地。
常用的钳形电流表也是一种电流互感器。
它是由一个电流表
接成闭合回路的次级绕组和一个铁心构成,其铁心可开、可合。
测量时,把待测电流的一根导线放入钳口中,电流表上可直接读
出被测电流的大小,如图11-11所示。
图11-12三相变压器
四、三相变压器
三相变压器就是三个相同的单相变压器的组合,如图11-12
所示。
三相变压器用于供电系统中。
根据三相电源和负载的不同,
三相变压器初级和次级线圈可接成星形或三角形。
2008年10月21、22日第8周
习题与讲解(练习册)
变压器的内容
变压器工作原理
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