電工學(xué)少學(xué)時(shí)第五章

1、第第 5 5 章章變壓器變壓器第第5 5章章 變壓器變壓器lIFB BH H/m10470 0r 0BB HH0 lNIH SB , +NIfNSSB HO 初始磁化曲線初始磁化曲線 mRF SlNI mRF 5.2 電電 磁磁 鐵鐵 電磁鐵的常見結(jié)構(gòu)形式電磁鐵的常見結(jié)構(gòu)形式 電磁鐵的種類：電磁鐵的種類： 直流電磁鐵、交流電磁鐵。直流電磁鐵、交流電磁鐵。 勵(lì)磁勵(lì)磁 線圈線圈 鐵心鐵心 銜鐵銜鐵 勵(lì)磁勵(lì)磁 線圈線圈 銜鐵銜鐵 鐵心鐵心 鐵心鐵心 勵(lì)磁勵(lì)磁 線圈線圈 銜鐵銜鐵 銜鐵銜鐵 鐵心鐵心 勵(lì)磁勵(lì)磁 線圈線圈 U S N N SIf U I N I URI =(1) 電壓與電流的關(guān)系電壓與電

2、流的關(guān)系 (2) 線圈的功率：線圈的功率： P = R I 2 U S N N SIf 線圈通電后，產(chǎn)生主磁通。線圈通電后，產(chǎn)生主磁通。鐵心和銜鐵被磁化，在它們鐵心和銜鐵被磁化，在它們的兩端形成的兩端形成N極和極和S極，從而極，從而產(chǎn)生電磁吸力產(chǎn)生電磁吸力F。 I 不變不變 F mRF 銜鐵吸合后銜鐵吸合后磁阻磁阻 u(Ni)i ddtNe tNedd （磁通勢(shì)）（磁通勢(shì)）tiLdd 常數(shù)iNLeeRi u )(ddetiLRi )()(EEIRU IZEEIXIR)(jjXRZt, sinm )sin(ddddmttNtNe tN cosm )90t(sin2m fN)90(sinm tE

3、mmm444222 fN.fNEE EU (V) 444444mmSfNB.fN.EU )(jEIXIRUU =E 忽略漏阻抗，有忽略漏阻抗，有U4.44 f N m= 則則 當(dāng)當(dāng) U 、f 一定時(shí)，一定時(shí)， m 基本不變?；静蛔儭?(2) 功率功率視在功率視在功率: S = U I無功功率無功功率: Q = S sin 有功功率有功功率: P = S cos = PCuPFe 銅損耗銅損耗 鐵損耗鐵損耗= RI2 +( PhPe )磁滯損耗磁滯損耗 渦流損耗渦流損耗 Fe2cosPRIUIP (1) 變化變化 f 變化變化 電磁吸力用平均值衡量。電磁吸力用平均值衡量。 m 不變不變 Fm

4、不變。不變。(2) 銜鐵吸合后銜鐵吸合后磁阻磁阻 起動(dòng)電流起動(dòng)電流 工作電流。工作電流。 m 不變不變 磁通勢(shì)磁通勢(shì) 勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流 Of t F fm 平均吸力平均吸力 M3 例例5.2.1 一個(gè)鐵心線圈，加上一個(gè)鐵心線圈，加上12V直流電壓時(shí)，直流電壓時(shí)，電流為電流為1A；加上；加上110V交流時(shí)，電流為交流時(shí)，電流為2A，消耗，消耗的功率為的功率為88W。求后一種情況線圈的銅損耗、。求后一種情況線圈的銅損耗、鐵損耗和功率因數(shù)。鐵損耗和功率因數(shù)。解：解：(1) 線圈施加直流電壓時(shí)：線圈施加直流電壓時(shí)： UIR = 121=12(2) 線圈施加交流電壓時(shí)：線圈施加交流電壓時(shí)： PCu =

5、RI2=1222 W =48 WPFe = PPCu=(8848) W =40W PU Icos = 881102= 0.41u2uLZ1i2i單相變壓器單相變壓器+一次一次繞組繞組N1二次二次繞組繞組N2鐵心鐵心(1) 空載運(yùn)行情況空載運(yùn)行情況一次側(cè)接交流電源，一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)開路。二次側(cè)開路。0i02i1u+20u+2e+1e+1e+ 11N2N 1u dd11tNe i0 ( i0N1) 1 dd011tiLe tNedd 22 空載時(shí)，空載時(shí)，鐵心中主鐵心中主磁通磁通 是是由一次繞由一次繞組磁通勢(shì)組磁通勢(shì)產(chǎn)生的。產(chǎn)生的。(2) 帶負(fù)載運(yùn)行情況帶負(fù)載運(yùn)行情況一次側(cè)接交流電源，一次

6、側(cè)接交流電源，二次側(cè)二次側(cè)。1u+1e+1e+ 11N2N 1u dd11tNe 1 dd111tiLe tNedd 22 i1 ( i1N1) i1i2 ( i2N2) 2有載時(shí)，鐵心有載時(shí)，鐵心中主磁通中主磁通 是是由一次、二次由一次、二次繞組磁通勢(shì)共繞組磁通勢(shì)共同產(chǎn)生的合成同產(chǎn)生的合成磁通。磁通。 2i2+e2+e 2+u2 dd2tiLe22 t)sin(tNtNm111 dddde tN cosm1 )90t(sinm1 E1m144.4NfE 222111mmfNEE 有效值有效值:同同 理：理：)90t(sinm22 Ee2m244. 4NfE t, sinm 2121NNEE根

7、據(jù)根據(jù)KVL：1111111111jEIXIREEIRU 變壓器一次側(cè)等效電路如圖變壓器一次側(cè)等效電路如圖1m1111444Nf.EUEU 由于電阻由于電阻 R1 和感抗和感抗 (或漏磁通或漏磁通)較小較小,其兩端其兩端的電壓也較小的電壓也較小,與主磁電動(dòng)勢(shì)與主磁電動(dòng)勢(shì) E 比較可忽略不計(jì)，比較可忽略不計(jì)，則則1E1R1I1U1E+一次側(cè)一次側(cè)一次側(cè)一次側(cè)KNNEEUU 2121201根據(jù)根據(jù)KVL：2m220224440Nf.EUU,I 結(jié)論：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。結(jié)論：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。222222222jUIXIRUEIRE 22U+1u+1e+1e+1N2N+ 一般

8、取一般取高壓繞組的電壓與低壓繞組的電高壓繞組的電壓與低壓繞組的電 壓之比，壓之比， 規(guī)定規(guī)定: : 當(dāng)當(dāng) U1 = U1N 時(shí)時(shí), U1N U2N即：即：k1U20 = U2N 如銘牌上標(biāo)注如銘牌上標(biāo)注:電壓電壓 10000 / 230V變壓器銘牌參數(shù)：變壓器銘牌參數(shù)：額定電壓額定電壓變壓器二次側(cè)開路（空載）時(shí)，一次、二次側(cè)變壓器二次側(cè)開路（空載）時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許的電壓值繞組允許的電壓值一次繞組的額定電壓一次繞組的額定電壓一次繞組加上額定電壓時(shí)，二次側(cè)空載時(shí)的電壓一次繞組加上額定電壓時(shí)，二次側(cè)空載時(shí)的電壓 一般一般 U2N 比滿載時(shí)的比滿載時(shí)的 電壓高電壓高 5% 10% 。 1222

9、22)%100UUU%UV20220R)(22IfU 2 U2I2U20I2N2 O2 例例5.3.1 某單相變壓器的額定電壓為某單相變壓器的額定電壓為 10 000/230 V 接在接在 10 000 V 的交流電源上向一電感性負(fù)載供電，電壓的交流電源上向一電感性負(fù)載供電，電壓 調(diào)整率為調(diào)整率為 0.03，求變壓器的電壓比、空載和滿載時(shí)的二，求變壓器的電壓比、空載和滿載時(shí)的二 次電壓。次電壓。 解解 變壓器的電壓比為變壓器的電壓比為 空載時(shí)的二次電壓為空載時(shí)的二次電壓為 U20 = U2N = 230 V 滿載時(shí)的二次電壓為滿載時(shí)的二次電壓為 U2 = U2N (1 VR ) = 230(1

10、 0.03) V = 223 V k = = = 43.5 U1N U2N 10 000 230 2222ZUIZ 1m11 44 4 Nf.EU m10 Nim2211 NiNi+|Z |2i1u2e1i1e1N2N+2u一般情況下：一般情況下：I0 (23)%I1N 很小可忽略。很小可忽略。2211 NiNi 所所以以或或2211NINI 2211NINI 所所以以KNNII11221 結(jié)論：一次、二次側(cè)電流與匝數(shù)成反比。結(jié)論：一次、二次側(cè)電流與匝數(shù)成反比。102211NiNiNi 空載磁勢(shì)空載磁勢(shì)有載磁勢(shì)有載磁勢(shì) U2|ZL |I2 = 2230.966= 224A= 5.15A I2k

11、I1 =例例5.3.1 某單相變壓器的額定電壓為某單相變壓器的額定電壓為10000/230V，接在接在10000V的交流電源上向一電感性負(fù)載供電，的交流電源上向一電感性負(fù)載供電，電壓調(diào)整率為電壓調(diào)整率為0.03。當(dāng)。當(dāng)|ZL |=0.966時(shí)，變壓器正時(shí)，變壓器正好滿載。求該變壓器的電流。好滿載。求該變壓器的電流?？蛰d電壓：空載電壓：=230V滿載電壓滿載電壓:=230(10.03) V = 223VU20 = U2N U2 = U2N (1U ) PCu22IUZ 11IUZ ZKIUKKIKUIUZ22222211 ZKZ2 結(jié)論：結(jié)論： 變壓器一次側(cè)的等效阻抗模，為二次變壓器一次側(cè)的等效

12、阻抗模，為二次側(cè)所帶負(fù)載的阻抗模的側(cè)所帶負(fù)載的阻抗模的K 2 倍。倍。 1U2U1I2IZ+1U1IZ + 一只電阻為一只電阻為 8的揚(yáng)聲器（喇叭），需要的揚(yáng)聲器（喇叭），需要把電阻提高到把電阻提高到 800才可以接入半導(dǎo)體收音機(jī)的輸才可以接入半導(dǎo)體收音機(jī)的輸出端。問：應(yīng)該利用電壓比為多大的變壓器才能出端。問：應(yīng)該利用電壓比為多大的變壓器才能實(shí)現(xiàn)這一阻抗匹配。實(shí)現(xiàn)這一阻抗匹配。解：解：例例5.3.3 = 10RL = k2 R RRLk = 8008上一節(jié)上一節(jié)下一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)返返 回回：信號(hào)源信號(hào)源IER0RL+108800LL21 RRNNKIE1N2U2ILR2N+如

13、圖，交流信號(hào)源的電動(dòng)如圖，交流信號(hào)源的電動(dòng)勢(shì)勢(shì) E= 120V，內(nèi)阻，內(nèi)阻 R 0=800 ，負(fù)載為揚(yáng)聲器，其等效電阻為負(fù)載為揚(yáng)聲器，其等效電阻為RL=8 。（。（1）當(dāng)）當(dāng)RL折算到原折算到原邊的等效電阻邊的等效電阻 時(shí)，求時(shí)，求變壓器的匝數(shù)比和信號(hào)源輸出變壓器的匝數(shù)比和信號(hào)源輸出的功率；（的功率；（2）當(dāng)將負(fù)載直接）當(dāng)將負(fù)載直接與信號(hào)源聯(lián)接時(shí)與信號(hào)源聯(lián)接時(shí),信號(hào)源輸出信號(hào)源輸出多大功率？多大功率？0LRR W548008008001202L2L0.RRREP 0LRR W1760888001202L2L0.RRREP （2，為：為：一次繞組的視在功率一次繞組的視在功率： S1 = U1I1

14、二次繞組的視在功率二次繞組的視在功率： S2 = U2I2變壓器的額定容量變壓器的額定容量：SN = U2NI2N = U1NI1N輸入功率：輸入功率：P1 = U1I1cos 1輸出功率：輸出功率：P2 = U2I2cos 2變壓器的損耗變壓器的損耗：P = P1 P2= PCu + PFe不變損耗不變損耗PFe = Ph+Pe鐵損耗：鐵損耗：上一節(jié)上一節(jié)下一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)返返 回回銅損耗：銅損耗： PCu = R1I12 + R2I22可變損耗可變損耗FeCu2212PPPPPP 一變壓器容量為一變壓器容量為10kVA，鐵耗為，鐵耗為300W，滿載時(shí)的銅耗為滿載時(shí)的銅耗為

15、400W。求該變壓器在滿載時(shí)向。求該變壓器在滿載時(shí)向功率因數(shù)為功率因數(shù)為 0.8 的負(fù)載供電時(shí)輸入和輸出的有功的負(fù)載供電時(shí)輸入和輸出的有功功率及效率。功率及效率。解：解：例例5.3.4忽略電壓變化率，則忽略電壓變化率，則P2 = SN cos 2= 101030.8 W = 8 kWP = PCu + PFe= (300 + 400) W = 0.7 kWP1 = P2 + P = (8 + 0.7) kW = 8.7 kWP1P2=100%88.7=100% = 92 %上一節(jié)上一節(jié)下一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)返返 回回5.4 變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器的基本結(jié)構(gòu) 用硅鋼片疊成。用硅鋼片

16、疊成。 高壓繞組和低壓繞組同心地套在鐵心上。高壓繞組和低壓繞組同心地套在鐵心上。 油箱、油、儲(chǔ)油柜、絕緣套管、保護(hù)設(shè)備等。油箱、油、儲(chǔ)油柜、絕緣套管、保護(hù)設(shè)備等。 三相變壓器、單相變壓器。三相變壓器、單相變壓器。 雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器。雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器。 心式變壓器、殼式變壓器。心式變壓器、殼式變壓器。 干式干式變壓器變壓器、油浸式、油浸式變壓器變壓器。 心式變壓器心式變壓器 鐵心鐵心 繞組繞組 殼式變壓器殼式變壓器 鐵心鐵心 繞組繞組 S9 型型 10 kV 三相油浸配電變壓器三相油浸配電變壓器 樹脂澆注干式變壓器樹脂澆注干式變壓器 (2) 三相繞組的

17、聯(lián)結(jié)方式：三相繞組的聯(lián)結(jié)方式：GB: Y,yn Y,d YN,d Y,y YN,y(1) 三相電壓變換的方式：三相電壓變換的方式： 采用三臺(tái)單相變壓器、采用三臺(tái)單相變壓器、三相心式變壓器。三相心式變壓器。常用的三種常用的三種高壓繞組接法高壓繞組接法低壓繞組接法低壓繞組接法ABCXYZabczyx5.5 三相變壓器三相變壓器U1 U2u1 u2V1 V2v1 v2W1 W2w1 w2 特點(diǎn)：三相之間只有電的聯(lián)系，沒有磁的聯(lián)系。特點(diǎn)：三相之間只有電的聯(lián)系，沒有磁的聯(lián)系。 U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w2 特點(diǎn)：三相之間既有電的聯(lián)系，又有磁的聯(lián)系。特點(diǎn)：三相之間既有電的聯(lián)系，又有磁的

18、聯(lián)系。 ABCXYZabczyx高壓繞組：高壓繞組：A-X B-Y C-ZX、Y 、Z ：尾端：尾端A、B、C ：首端首端低壓繞組：低壓繞組：a-x b-y c-za、b、c：首端：首端x、y、z：尾端：尾端高壓繞組接法高壓繞組接法低壓繞組接法低壓繞組接法:y/Yn三相配電變壓器三相配電變壓器: Y/動(dòng)力供電系統(tǒng)（井下照明）動(dòng)力供電系統(tǒng)（井下照明）A311PUU CB1UKUU312P bKUU12 ca+KUUUUUU 2P1P2P1P2133（三相配電變壓器）（三相配電變壓器）A311PUU CB1UKUUU312P2 abc+KUUUUUUPPPP333212121 動(dòng)力供電系統(tǒng)（井下照

19、明）動(dòng)力供電系統(tǒng)（井下照明） 變壓器額定容量變壓器額定容量(KVA)S:三相三相D:單相單相 N1N1N2N2NIUIUSN1N1N2N2N33IUIUSN1N1NIUS 容量：容量： 21PP 一次側(cè)輸入功率：一次側(cè)輸入功率： cos222IUP 輸出功率：輸出功率： 變壓器運(yùn)行變壓器運(yùn)行時(shí)的功率取時(shí)的功率取決于負(fù)載的決于負(fù)載的性質(zhì)性質(zhì) 某三相變壓器某三相變壓器SN=50kVA，U1N/U2N=10000/400 V，Y/D聯(lián)結(jié)，向聯(lián)結(jié)，向2=cos 2 =0.9的的感性負(fù)載供電，滿載時(shí)二次繞組的電壓為感性負(fù)載供電，滿載時(shí)二次繞組的電壓為380V。求：求：(1) 滿載時(shí)一、二次繞組的線電流、

20、相電流；滿載時(shí)一、二次繞組的線電流、相電流； (2) 輸出的有功功率。輸出的有功功率。解：解：例例5.5.1(1)= 2.9 AI1N =SN3 U1N 501033 10000=I2N =SN3 U2N 501033 400= 72.2 AI1p = I1N = 2.9 AI2p = I2N3 I2N3 = 41.7 A(2)P2 =3 U2 I2 cos 2 =3 38072.20.9W= 42.8 kW*5.6 儀用互感器儀用互感器U1 U2= = ku N1 N2 國(guó)產(chǎn)互感器：國(guó)產(chǎn)互感器： U2N = 100 V 空載運(yùn)行的降壓變壓器?？蛰d運(yùn)行的降壓變壓器。 u1 Vu1u2電壓表電壓

21、表被測(cè)電壓被測(cè)電壓=電壓表讀數(shù)電壓表讀數(shù) N1/N2VR N1（匝數(shù)多）（匝數(shù)多）保險(xiǎn)絲保險(xiǎn)絲 N2（匝數(shù)少）（匝數(shù)少）u（被測(cè)電壓）（被測(cè)電壓） 短路運(yùn)行的升壓變壓器。短路運(yùn)行的升壓變壓器。 I1 I2 = = ki N2 N1 國(guó)產(chǎn)互感器：國(guó)產(chǎn)互感器： I2N = 5 A Ai2i1N1 N2 1 2 匝匝電流表電流表被測(cè)電流被測(cè)電流=電流表讀數(shù)電流表讀數(shù) N2/N1（被測(cè)電流）（被測(cè)電流）ARi1i2*5.7 自耦變壓器自耦變壓器手柄手柄 接線柱接線柱 調(diào)壓器調(diào)壓器 手柄手柄 繞組繞組 接觸臂接觸臂 I+ +U2I1E1E2U1 I2 降壓自耦變壓器降壓自耦變壓器 升壓自耦變壓器升壓自耦

22、變壓器 I N1N2+ +U1I1E1E2 U2I2忽略漏阻抗，則忽略漏阻抗，則= U1 U2E1 E2=N1 N2= k KNNIIKNNUU112212121 ABP1u2u1i2iLR1N2N+*5.8 三繞組變壓器三繞組變壓器 有三個(gè)繞組和三個(gè)電壓等級(jí)。有三個(gè)繞組和三個(gè)電壓等級(jí)。 三繞組三繞組變壓器變壓器 = k12 U1 U2= N1 N2= k13 U1 U3= N1 N3= k23 U2 U3= N2 N3 各繞組間的電壓關(guān)系各繞組間的電壓關(guān)系 N1N3N2I1I2U1I3U2U3ZL3ZL2 各繞組間的電流關(guān)系各繞組間的電流關(guān)系 在滿載或接近滿載時(shí)，在滿載或接近滿載時(shí)，I0 可

23、忽略不計(jì)，則可忽略不計(jì)，則 N1I1 + N2I2 + N3I3 = N1I0 N1I1 + N2I2 + N3I3 = 0 容量容量 SN = U1NI1N 工作時(shí)應(yīng)當(dāng)保證各個(gè)繞組的視在功率不超過工作時(shí)應(yīng)當(dāng)保證各個(gè)繞組的視在功率不超過 其繞組容量。其繞組容量。 AXax Aax 同極性端用同極性端用“”表示表示。增加增加 聯(lián)接聯(lián)接 23 Nf.Um2444220 NN1324 NN1324 聯(lián)接聯(lián)接 13， 2 4ii Nf.U444110m 當(dāng)電源電壓為當(dāng)電源電壓為220V時(shí)：時(shí)：220u+110u+電源電壓為電源電壓為110V時(shí)：時(shí)：兩個(gè)線圈中的磁通抵消兩個(gè)線圈中的磁通抵消原因：原因：電流電流 很大很大11Rui 1111eRiu 感應(yīng)電勢(shì)感應(yīng)電勢(shì)0e1324NNi +uaxAaAXUUU、測(cè)量：測(cè)量： 若若 說明說明 A 與與 x 或或 X 與與 a 是是同極性端同極性端.axAXAaUUU axAXAaUUU VaA