第三十讲 变压器（课件）《电工技术基础与技能）高教版·第3版

30.变压器 《电工技术基础与技能》高教版·第3版 电工技术基础与技能 1 一 【变压器的类别】 目录 CONTENTS 电工技术基础与技能 【变压器的结构及工作原理】 二 【几种常见变压器】 三 2 电工技术基础与技能 1. 按原、副边的关系分类 一、变压器的类别 2. 按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。 3. 按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。 4. 按用途分：电力变压器、互感器和特种变压器。 5. 按容量大小分： 6. 按铁心结构分：心式变压器和壳式变压器 U1 >U2 ，降压变压器 U1 <U2 ，升压变压器 小型变压器：630KVA以下 中型变压器：800KVA～ 8000KVA 大型变压器：8000KVA以上 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 3 电工技术基础与技能 二、变压器的结构及工作原理 变压器的磁路 绕组： 一次绕组 二次绕组 单相变压器 + – + – 由高导磁硅钢片叠成 厚0.35mm 或 0.5mm 铁心 变压器的电路 一次 绕组 N1 二次 绕组 N2 铁心 变压器符号 1.变压器的结构 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 4 电工技术基础与技能 2.变压器额定值 1) 额定电压 U1N、U2N 变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值 单相：U1N ，一次侧电压， U2N，二次侧空载时的电压 三相：U1N、U2N，一次、二次侧的线电压 2) 额定电流 I1N、I2N 变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。 单相：一次、二次侧绕组允许的电流值 三相：一次、二次侧绕组线电流 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 5 电工技术基础与技能 3) 额定容量 SN 传送功率的最大能力。 单相： 三相： 容量 SN  输出功率 P2 理想变压器一次侧输入功率 P1 =输出功率 P2 注意：变压器几个功率的关系（单相） 效率 容量： 一次侧输入功率： 输出功率： 变压器运行时的功率取决于负载的性质 输入功率： 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 6 电工技术基础与技能 变压器的型号 4)变压器的铭牌和技术数据 S J L 1000/10 变压器额定容量(KVA) 铝线圈 冷却方式 J:油浸自冷式 F:风冷式 相数 S:三相 D:单相 高压绕组的额定电压(KV) 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 7 电工技术基础与技能 3.工作原理 变压器匝数为N1的一次绕组加上交流电压，匝数为N2的二次绕组开路，这种情况即为变压器的空载运行。一次绕组接通电源，变压器在空载情况下运行。二次绕组中的电流为零，一次绕组的空载电流为i0。经推导可得到一次绕组、二次绕组电压之比等于匝数比，即 n叫做变压器的变压比或变化。 n＞1，N1＞N2,U1＞U2,此类变压器为降压变压器。 n＜1，N1＜N2,U1＜U2，此类变压器为升压变压器。 在实际应用时，变压器的二次绕组输出电压可在小范围内调节， 二次绕组留有抽头，换接不同抽头，可获得不同数值的输出电压。 1）变压器的空载运行和变压比 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 8 电工技术基础与技能 变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次接上负载的运行状态，称为负载运行。 变压器工作时，绕组电阻、铁心的磁滞及涡流总会产生一定的能量损耗，但是比负载上消耗的功率小得多，一般情况下可以忽略不计。可将变压器视为理想变压器，其内部不消耗功率输入变压器的功率全部消耗在负载上，即 2）变压器的负载运行和变流比 U1I1=U2I2 从前面的分析可以得出 这表明变压器带负载工作时，一次绕组、二次绕组的电流与它们的电压或匝数成反比。变压器具有变换电流的作用，它在变换电压的同时也变换了电流 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 9 电工技术基础与技能 3.变压器的阻抗变换作用 变换阻抗是变压器一个十分重要的功能。 变压器负载运行时，负载阻抗｜ZL｜决定电流I2的大小又决定一次绕组电流I1的大小。可设想一次绕组电路存在一个等效绕组｜Z L’｜，它的作用是将二次绕组阻抗｜ZL｜拆合到一次绕组电路中去。在如图所示电路中，负载阻抗｜ZL｜与变压器二次绕组连接，虚框部经推导可得 这表明变压器的二次绕组接上负载｜ZL｜后，对电源而言，相当于接上阻抗为 ｜ZL｜的负载。当变压器负载｜ZL｜一定时，改变变压器一次绕组、二次绕组匝数，可获得所需要的阻抗。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 10 电工技术基础与技能 自耦变压器的铁心上只有一个绕组，一次绕组、二次绕组是公用的，二次绕组是从一次绕组直接由抽头引出，其中（上）为实物图，（下）为电路图。自耦变压器可以输出连续可调的交流电压。 1.自耦变压器 三、几种常见变压器 自耦变压器与单相双绕组变压器一样也可以用来变换电压与电流。 用同样的方法分析可知，其电压比、电流比与双绕组变压器相同，即 通常自耦变压器的二次绕组抽头制成沿绕组自由滑动的触点，可以自由、平滑地调节输出电压，因此，又叫做自耦变压器。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 11 电工技术基础与技能 如果变压器的二次侧有两个以上的绕组或一次、二次都有两个以上的绕组,则这样的变压器称为 多绕组变压器。这种变压器多用于各种电子设备中,输出多种电压。 多绕组变压器中,各绕组可以串联或并联使用。但要注意,绕组串联时应将绕组的异名端相接,绕组 并联时应将绕组的同名端相接。 2.多绕组变压器 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 12 电工技术基础与技能 1）电压互感器 电压互感器的结构与普通双绕组变压器相同。它先将被测电网或电气设备的高压降为低压，然后用仪表测出二次绕组的低压U2，将其乘以变压比n，就可间接测出一次绕组高压值U1，即 U1=nU2 其原理如图（右）所示，（左）图为几种常用电压互感器实物图。 互感器即可测量高电压与大电流，又可保障操作人员的人身安全 3.互感器 实际应用时，为使与电压互感器配套使用的仪表标准化，不管一次绕组高压是多少，通常二次绕组低压额定值均为100V标准电压表。 为确保安全，使用电压互感器时，必须将其铁壳和二次绕组的一端接地，以防绝缘损坏二次绕组出现高压 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 13 电工技术基础与技能 电流互感器先将被测的大电流变换成小电流，然后用仪表测出二次绕组电流I2，将其除以变压比n，就可间接测出一次绕组大电流值I1，即 2）电流互感器 电流互感器的一次绕组与被测电路串联，二次绕组接电流表。一次绕组的匝数很少，一般只有一匝或几匝，用粗导线绕成。二次绕组的匝数比较多，用细导线绕成，与电流表串联，它与双绕组变压器工作原理相同，如图（右）所示，（左）图为几种常用电流互感器实物图。 图4-3 电流互感器 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 14 电工技术基础与技能 注意事项： 1.使用时，为和仪表配套，电流互感器不管一次绕组电流多大，通常二次绕组电流的额定值为5A。 2. 电流互感器正常工作时，不允许二次绕组开路，否则会烧毁设备，危及操作人员安全。同时必须将铁壳和二次绕组的一端接地。 3.钳形电流表是将电流互感器和电流表组装成一体的便携式仪表。二次绕组与电流表组成闭合回路，铁心是可以开合的。测量时，先张开铁心，套进被测电流的导线（导线即一次绕组），闭合铁心后即可测出电流，使用非常方便，量程为5~100A。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 15 电工技术基础与技能 在三相变压器铁心的三个心柱上，分别绕有U、V、W、三相一次绕组、二次绕组，如图所示。一次绕组、二次绕组可根据实际需要连接成星形或三角形。一次绕组与三相电源连接，二次绕组与三相负载连接，构成三相电路。 三相变压器的每一相，就相当于一个独立的单相变压器。单相变压器的基本公式和分析方法，适用于三相变压器中的任意一相。 4.三相变压器 三相变压器 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 16 电工技术基础与技能 课堂练习 1.有一理想变压器,一次绕组匝数是1000匝,二次绕组匝数是200匝,将一次侧接在220V的交流电路中,若二次侧负载阻抗是44Ω,求: ①二次绕组的输出电压;②一次、二次绕组中的电流;③一次侧的输入阻抗。 解：①理想变压器的电压比等于匝数比，即： 可得 ②根据欧姆定律可得二次侧电流 一次侧电流 ③一次侧的输入阻抗 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 17 电工技术基础与技能 课堂练习 2.为了安全,机床上照明灯用电的电压是36V,这个电压是把220V的电压经变压器降压后得到的,如果变压器的一次绕组是1140匝,那么二次绕组是多少匝?用这台变压器给40W的灯供电,如果不考虑变压器本身的损耗,一次、二次绕组的电流各是多少? 解：理想变压器电压比等于匝数比 则 不考虑变压器本身的损耗，即 P1=P2 根据功率公式 可得二次侧电流 根据功率公式 可得一次侧电流 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 18 电工技术基础与技能 课堂练习 3.有一理想变压器,已知一次绕组匝数为1000 匝,接在 的交流电源上,负载中的电流为1A,消耗的功率为10W,求二次绕组的匝数和负载的电阻值。 解：根据表达式 可得电压最大值 那么电压有效值 理想变压器的功率守恒，即 P1=P2 一次侧电流 可由功率公式求得： 根据变压器电流比与匝数比的关系 代入数据得二次绕组匝数：N2=100匝 负载功率  代入数据解得负载电阻：R=10Ω 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 19 电工技术基础与技能 感谢观看 20 $$