8.2 变压器(课件）-《电工电子技术与技能》同步教学（机械工业版）

8.2 变压器 8.2.1 变压器的基本结构 【外形及符号】单相变压器外形如图8-11a所示。单相变压器图形符号如图8-11b所示，文字符号为T。 【结构】变压器由闭合铁心和套在铁心上的线圈（绕组）构成,铁心和线圈是变压器的基本组成部分。 a） 外形 b) 电路符号 图8-11 变压器 铁心 铁心是变压器的磁路部分。为了减小铁心内部的涡流损耗和磁滞损耗，铁心一般采用磁导率高而又相互绝缘的硅钢片（0.35～0.5mm厚）叠制而成。变压器根据铁心的结构形式不同可分为心式变压器和壳式变压器两大类。分别如图8-12、图8-13所示。 图8-12 心式变压器 图8-13 壳式变压器 绕组（线圈） 变压器的线圈通常称为绕组，它是变压器中的电路部分,一般用漆包圆铜线绕制而成，绕组与绕组及绕组与铁心之间都是互相绝缘的。与电源相连的绕组称为一次绕组，与用电设备连接的绕组称为二次绕组。绕组与铁心之间应是绝缘的。 8.2.2 单相变压器的工作原理 在一般情况下，变压器的损耗和漏磁通都很小。在将它们都忽略不计的情况下，分析变压器的电压变换作用和电流变换作用。 图8-14 变压器基本工作原理 【变换交流电压】 如图8-14所示，在变压器的一次绕组接入交流电源，在一次绕组中就有交流电流流过，交变电流将在铁心中产生交变磁通，这个变化的磁通经过闭合磁路同时穿过一次绕组和二次绕组,可认为穿过一、二次绕组的交变磁通相同，因而这两个线圈的每匝线圈所产生的感应电动势相同。设一次绕组的匝数为N1，二次绕组的匝数是N2 ，穿过它们的磁通是 ，那么，一、二次绕组中产生的感应电动势分别为： 由此可得电动势有效值与匝数的关系: 在一次绕组中，根据楞次定律，感应电动势起着阻碍电流变化的作用，与加在一次绕组两端的电压U1相平衡。一次绕组的电阻很小，如果略去不计，则有U1= E1 。二次绕组相当于一个电源，感应电动势E2相当于电源的电动势。二次绕组的电阻也很小，略去不计，二次绕组就相当于无内阻的电源，因而二次绕组两端的电压U2等于感应电动势E2 ，即U2 = E2 ,因此得到: 式中，k称为变压比。 可见，变压器一、二次绕组的端电压之比等于一、二次绕组的匝数比。当k＞1时， U1> U2,为降压变压器，k＜1时, U1< U2,为升压变压器。改变k值就可获得不同的U2，从而达到电压变换的目的。 【变换交流电流】 由上面的分析知道，变压器能从电网中获得能量，并通过电磁感应进行电压变换后，再把电能输送给负载。根据能量守恒定律，在不计变压器内部损耗的情况下，变压器输出的功率和它从电网中获得的功率相等，即P1 = P2 。根据交流电功率的公式P=UIcos可得: 式中 是一次绕组电路的功率因数， 是二次绕组电路的功率因数， 和 通常相差很小，在实际计算中可以认为它们相等，因而得到： 即 可见：变压器工作时，一、二次绕组中的电流跟绕组的匝数成反比。变压器的高压绕组匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制；低压绕组匝数少而通过的电流大，应当用较粗的导线绕制。 8.2.3 变压器的参数 1.额定值 生产厂商所拟定的变压器满负荷运行情况叫做额定运行，额定运行的条件叫变压器的额定值。这些额定值都会写在变压器的铭牌上。 【额定容量SN 】 表示在额定使用条件下变压器的输出能力，用视在功率表示。 【额定电压U1N和U2N 】 a）一次绕组的额定电压U1N ：加在一次绕组上的正常工作电压值。 b）二次绕组额定电压U2N ：变压器空载时，一次绕组加上额定电压后。二次绕组两端的电压值。 【额定电流I1N和I2N 】 指根据变压器容许发热的条件而规定的满载电流值。变压器的额定值取决于变压器的构造和所用材料，使用变压器时一般不能超过其额定值。 2.损耗 变压器的损耗包括铁损（变压器铁心中的磁滞损耗和涡流损耗称为铁损耗）和铜损（线圈导线电阻通电产生的损耗），即 3.效率 变压器的效率也就是变压器的输出功率P2与输入功率P1 的百分比，即: 4. 变压器的外特性 变压器的外特性指变压器的一次电压U1和负载功率因数 都一定时，二次电压U2随二次电流I2变化的关系。一般用电压调整率