4.2变压器(课件）-《电工电子技术》同步教学（机械工业版）

第四章 常用电器 学习目标： 1、了解照明灯具的基本类型及工作原理。 2、了解交流铁心线圈电路的概念。 3、掌握变压器的用途、基本结构、变压比和变流比。 4、了解自耦变压器、仪用互感器的工作原理及使用注意事项。 第四章 常用电器 照明灯具 1 变压器 2 常用低压电器 3 第二节 变压器 一、交流铁心线圈电路 二、变压器的基本结构 三、单相变压器的工作原理 四、变压器的用途和额定值 将一个含铁心的线圈接通交流电源，便组成交流铁心线圈电路，简称交流铁心线圈，如下图所示。由于铁心线圈的电感量随铁心的磁化状况而改变，即L不是常数。因此，交流铁心线圈是一种非线性交流电路。 一、交流铁心线圈电路 1. 电磁关系 当交变电流通过线圈时，铁心中随即产生交变磁通。由于铁心的磁导率远大于空气的磁导率，所以磁通的绝大部分都沿着铁心而形成闭合路径，称为主磁通φ。仅有极少量的漏磁通φs经空气或其他非铁磁材料自行闭合，可忽略不计。如图4-11所示。主磁通在线圈中所引起的感应电动势为 2. 电压电流关系 根据外加电压u、 铁心线圈电阻上的电压降uR和感应电动势为e的正方向，应用基尔霍夫电压定律，列出回路的电压方程式， 通常铁心线圈的电阻较小，其电压降uR较低。若略去不计，则 于是 得外加电压的有效值和铁心中的磁通最大值之间的关系为 变压器的种类繁多，如下图所示，用途各异，但是变压器的基本结构却大致相同，都是由铁心和绕在同一个铁心上相互绝缘的绕组构成，最简单的变压器。可见，其基本电路形式即为交流铁心线圈电路。其中，与交流电源相连的绕组称为一次绕组（又称原边、或初级绕组）；与负载相连的绕组称为二次绕组（又称副边、或次级绕组）。一般来说，变压器二次绕组的数量可根据所需交流电压的大小不同而设置，以便提供不同的交流电压。 二、变压器的基本结构 根据变压器铁心和绕组的配置情况，变压器有芯式和壳式两种形式，如图所示。为了减小涡流及磁滞损耗，小型变压器的铁心常采用各种不同形状的表面有绝缘层、厚度为0.35～0.5mm的硅钢片叠成。常用的有山字形(E形)、日字形、F形以及卷片式铁心(C形铁心)，如图所示。 下图所示单相变压器原理图。一次、二次绕组在电路上相互绝缘，但两者却处在同一磁路中。为便于分析，规定与一次绕组有关的各量，在其符号的右下角均标注l。 三、单相变压器的工作原理 当变压器一次绕组接入交流电源后，在一次绕组中就有交流电流通过，于是在铁心中产生交变主磁通。主磁通集中在铁心内部，所以可认为一次、二次绕组同受主磁通作用。由于电磁感应，一次、二次绕组都将产生感应电动势和感应电压。如果二次绕组接有负载构成闭合回路，就会在负载回路中产生感应电流。 1. 电压变换 设一次、二次绕组的匝数分别为N1和N2。若忽略漏磁通和绕组的直流电阻，根据前面对交流铁心线圈电路的分析可知: 如不考虑相位，只考虑它们的大小，则有效值之间有如下关系： 该式为一次、二次绕组的电压比，简称变压比。 上式表明，变压器一次、二次绕组的电压之比等于它们的匝数之比。且当Nl > N2时，k >1，即U1 > U2，此时变压器为降压变压器；反之为升压变压器。由此可见，通过选择一次、二次绕组的匝数比，就可实现升压或降压的目的。 2. 电流变换 变压器的变压过程实际上是一个能量传递的过程，在此过程中，如果忽略功率的损耗，则无论变换后的电压是升高还是降低，电能都不会增加。根据能量守恒定律，变压器的输出功率P2应与变压器从电源中获得的功率P1相等，即P1= P2。当变压器只有一个二次绕组时，有以下关系成立。 由此可见，变压器一次、二次绕组的电流比与它们的匝数成反比。 例4-1 某单相变压器的一次侧电压U1＝6000V，二次侧电流I2＝100A，其电压比k＝15，试求一次侧电流I1 和二次侧电压U2。 解： 根据式（4-2）， 可得二次侧电压 由式（4-3）得 3. 阻抗变换 如果将带负载的变压器(图中虚线所示)等效成是一个新的负载并以R'L表示。若不计变压器的功率损耗，则有 将式（4-3）代入上式可得 上式表明，是在变压器一次绕组中的交流等效电阻。变压器的这种特性常用于电子电路中的阻抗匹配，使负载获得最大功率。 例4-2 将阻抗为RL=8Ω的扬声器通过一理想变压器接到信号源上，设变压器一次侧绕组N1＝500匝，二次侧绕组N2＝100匝。试求：（1）扬声器折算到一次侧的等效阻抗；（2）若信号源的电动势E ＝10V，内阻R0 =50时，输出到扬声器的功率。 解： (1)根据式（4-1）知 故由式（4-4）可得折算到