1.2 变压器的原理(课件）--2022-2023学年高二劳动版《电机与变压器（第六版）》

最简单的变压器是由一个闭合的铁芯和绕在铁芯上的两个匝数不等的绕组组成，与电源相连的绕组称为一次绕组；与负载相连的绕组称为二次绕组。一次绕组、二次绕组都是用绝缘的导线绕成。虽然一次绕组、二次绕组在电路上是相互分开的，但通过磁路，一次绕组和二次绕组相互联系，传递能量。根据二次绕组是否连接负载，变压器的运行可分为空载运行和负载运行。 §1-2　变压器的原理 一、变压器的空载运行 所谓变压器的空载运行就是变压器一次绕组加额定电压，二次绕组开路的工作状态。实际变压器在运行中要考虑到各种损耗，分析起来比较复杂。为了分析简单、方便，把不计绕组的电阻、铁芯的损耗、磁路中的漏磁通和磁饱和影响的变压器称为理想变压器。理想变压器只是一个纯电感电路，在一些近似的计算中常用理想变压器来分析。 1. 理想变压器空载运行 如图所示为理想变压器空载运行原理，各物理量参考方向如图所示。 理想变压器空载运行原理 2. 实际变压器空载运行 如图所示为实际变压器空载运行原理。 实际变压器空载运行原理 二、变压器的负载运行 单相变压器的负载运行是指单相变压器一次绕组加额定电压、二次绕组接负载的运行状态，主要分析变压器一次绕组、二次绕组间的电流关系。如图所示为单相变压器负载运行原理。 单相变压器负载运行原理 1. 磁动势平衡方程 电流流过线圈产生磁场，其磁场大小由线圈的匝数 N 和电流 I 决定，线圈匝数 N和电流 I 的乘积 NI 称为磁动势。 2. 电压方程式 实际变压器的一次绕组、二次绕组之间不可能完全耦合，一次绕组的磁动势和二次绕组的磁动势除在磁路中共同建立主磁通外，一次绕组的磁动势还会产生只交链一次绕组的漏磁通，二次绕组的磁动势也会产生只交链二次绕组的漏磁通，分别在一次绕组、二次绕组上产生漏电动势，它们分别与绕组上流过的电流成正比，可用漏电抗XS1 和 XS2 表示。同时，一次绕组、二次绕组上还都有内阻，绕组内阻和漏电抗组成了一次绕组、二次绕组的漏阻抗，分别用 ZS1 和 ZS2 表示。 3. 阻抗变换 变压器一次绕组接在交流电源上时，对电源来说变压器就相当于一个负载，其输入阻抗可用输入电压、输入电流来计算，即变压器的输入阻抗为 Zl=U1/I1，而变压器的二次绕组输出端又接了负载，变压器的输出电压、输出电流与负载之间存在 Z2 = U2/I2=ZL 关系，如图所示。可以看出经过变压器把 Z2 接到电源上和不经变压器直接把 Z2 接到电源上，两者是完全不一样的，这里变压器起到改变阻抗的作用，把 Z2变成 Z1 可以在 u1 的电压下工作。 变压器的阻抗变换作用 a）有变压器时　b）无变压器时 在电子线路中，这种阻抗变换很常用，如扩音设备中扬声器的阻抗很小（4～ 16 Ω），直接接到功率放大器的输出，则扬声器得到的功率很小，声音就很小。只有经输出变压器把扬声器阻抗变成和功率放大器内阻一样大，扬声器才能得到最大输出功率。这也称为阻抗匹配。 4. 变压器的外特性 变压器一次绕组输入额定电压和二次绕组负载功率因数一定时，二次绕组输出电压与输出电流的关系称为变压器的外特性，也称为输出特性，通常用曲线表示，如图所示。 变压器的外特性曲线 5. 电压调整率 变压器二次绕组电压随负载变化而变化的程度称为电压调整率，用 ΔU 表示。 6. 变压器的损耗和效率 变压器在传输能量的过程中会产生能量损耗，其损耗主要包括铁耗和铜耗两部分。 （1）铁耗 PFe （2）铜耗 PCu （3）效率η $