电工学-第5章变压器课件

电工技术电工技术 下一章下一章 上一章上一章 返回主页返回主页 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件25.1 磁磁 路路单位：特单位：特 斯拉斯拉 (T)，1 T = 1 Wb/m2 磁场中穿过某一截面积磁场中穿过某一截面积 A 的磁感线数。的磁感线数。 单位：韦单位：韦伯伯（Wb）。）。 描述介质中的实际磁场强弱和方向。描述介质中的实际磁场强弱和方向。 B B 是一个矢量，其方向为磁场的方向是一个矢量，其方向为磁场的方向 大小：大小： 磁场是由电流产生的，磁场用磁感线描述。磁场是由电流产生的，磁场用磁感线描述。 磁通密度磁通密度 AB =电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件3 H H 是进行磁场计算引进的辅助物理量。是进行磁场计算引进的辅助物理量。 HH 是一个矢量，是一个矢量，其方向其方向 B B 与相同。与相同。 H 与与 B 的区别：的区别： (1) H I，与介质的性质无关。，与介质的性质无关。(2) B 与电流的大小和介质的性质均有关。与电流的大小和介质的性质均有关。 单位：安单位：安/米（米（A / m）。）。 是用来表示媒质导磁能力的物理量。是用来表示媒质导磁能力的物理量。 BH = （H / m） 真空中的磁导率：真空中的磁导率： 0 = 4 107 H / m 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件4 0（ 为常数）为常数） (1) 顺磁物质顺磁物质 例如变压器油和空气：例如变压器油和空气： 略大于略大于 0 。 (2) 反磁物质反磁物质 例如铜和铋：例如铜和铋： 略小于略小于 0 。 自然界的物质按磁导率分类：自然界的物质按磁导率分类： 非磁性物质、磁性物质。非磁性物质、磁性物质。 非磁性物质：非磁性物质： 磁性物质的磁性能主要有以下三点。磁性物质的磁性能主要有以下三点。 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件5 i 0 ， r 1 常用磁性材料的磁导率常用磁性材料的磁导率 铸钢：铸钢： 1 000 0 硅钢片：硅钢片： (6 000 7 000) 0 坡莫合金：坡莫合金： (20 000 200 000) 0 磁性物质的高导磁性磁性物质的高导磁性 被广泛应用于变压器被广泛应用于变压器 和电机中。和电机中。u主磁通主磁通 漏磁通漏磁通 铁心铁心 励磁绕组励磁绕组 主磁通主磁通 漏磁通。漏磁通。 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件6B HO 初始磁化曲线初始磁化曲线 剩磁剩磁 矫顽矫顽 磁力磁力 HmHm Hc Hc B HOBrBr 磁滞回线磁滞回线BHO 基本磁基本磁 化曲线化曲线 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件7 磁性物质的分类：磁性物质的分类： 硬磁物质、软磁物质、矩磁物质硬磁物质、软磁物质、矩磁物质。 铸铁和硅钢的磁化曲线铸铁和硅钢的磁化曲线 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件8 c Ac lc 0A0l0UI 根据全电流定律：根据全电流定律： Bc = Ac Hc = Bc c 1 Ac =B0 = A0 H0 = B0 0 0 A0 =铁心中：铁心中：气隙中：气隙中：H dl = I 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件9左边左边 = H1 l1H0 l0 l0 0 A0 lc c Ac = ( ) l0 0 A0 lc c Ac = (RmcRm0) = Rm Rm = RmcRm0l0 0 A0 lc c Ac =不是常数不是常数 Rmc、Rm0、Rm 铁心、空气隙、磁路的磁阻。铁心、空气隙、磁路的磁阻。 右边右边 = I = N I 或或 I = F （磁通势）磁通势） 磁路欧姆定律磁路欧姆定律: Rm = F = FRm或或 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件10 磁路中的气隙的影响磁路中的气隙的影响 因为因为 1 0 ，所以所以 Rm0 Rm1 当当F 一定时，一定时， 因因 Rm0 的存在，使的存在，使 大大减小。大大减小。 若要保持若要保持 一定，则需增大磁通势一定，则需增大磁通势 F 。电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件115.2 电电 磁磁 铁铁 电磁铁的常见结构形式电磁铁的常见结构形式 电磁铁的种类：电磁铁的种类： 直流电磁铁、交流电磁铁。直流电磁铁、交流电磁铁。 励磁励磁 线圈线圈 铁心铁心 衔铁衔铁 励磁励磁 线圈线圈 衔铁衔铁 铁心铁心 铁心铁心 励磁励磁 线圈线圈 衔铁衔铁 衔铁衔铁 铁心铁心 励磁励磁 线圈线圈 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件12 U S N N SIf U I N I URI =(1) 电压与电流的关系电压与电流的关系 (2) 线圈的功率：线圈的功率： P = R I 2 衔铁吸合后衔铁吸合后磁阻磁阻 I 不变不变 f 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件13 u i Ni e d dt=N d dte =N didt=L (1) 电压与电流关系电压与电流关系设设 = m sin t则则 e =N m cos t = N m sin( t90o) Em = N m = 2 f N m u i f e 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件14E = 4.44 f N m 漏磁通磁路对应的电感漏磁通磁路对应的电感 N iL = 漏感抗（漏电抗）漏感抗（漏电抗） X =L = 2 f L U = URE E =Ej L IRI =E(Rj L ) I =EZ I 漏阻抗漏阻抗 E =j4.44 f Nm u i e 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件15U =E 忽略漏阻抗，有忽略漏阻抗，有U4.44 f N m= 则则 当当 U 、f 一定时，一定时， m 基本不变。基本不变。 (2) 功率功率视在功率视在功率: S = U I无功功率无功功率: Q = S sin 有功功率有功功率: P = S cos = PCuPFe 铜损耗铜损耗 铁损耗铁损耗= RI2 +( PhPe )磁滞损耗磁滞损耗 涡流损耗涡流损耗 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件16 磁滞损耗磁滞损耗 Ph 涡流损耗涡流损耗 Pe 铁损耗使铁心发热。铁损耗使铁心发热。 减小铁损耗的方法减小铁损耗的方法 使用软磁材料减小使用软磁材料减小Ph ； 增大铁心的电阻率，增大铁心的电阻率， 减小涡流及其损耗减小涡流及其损耗 ；用很薄的硅钢片叠成铁心，用很薄的硅钢片叠成铁心， 减小涡流及其损耗减小涡流及其损耗 。(a) (b) 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件17(1) 变化变化 f 变化变化 电磁吸力用平均值衡量。电磁吸力用平均值衡量。 m 不变不变 fm 不变。不变。(2) 衔铁吸合后衔铁吸合后磁阻磁阻 起动电流起动电流 工作电流。工作电流。(1) 铁心和衔铁用硅钢片叠成。铁心和衔铁用硅钢片叠成。 (2) 加短路环消除衔铁的振动。加短路环消除衔铁的振动。 m 不变不变 磁通势磁通势 励磁电流励磁电流 Of t f fm 平均吸力平均吸力 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件18 例例5.2.1 一铁心线圈，加上一铁心线圈，加上 12 V 直流电压时，电直流电压时，电 流为流为1 A；加上；加上 110 V 交流电压时，电流为交流电压时，电流为 2 A，消耗的，消耗的 功率为功率为 88 W。求后一种情况下线圈的铜损耗、铁损耗和。求后一种情况下线圈的铜损耗、铁损耗和 功率因数。功率因数。 解解 由直流电压和电流求得线圈的电阻为由直流电压和电流求得线圈的电阻为 由交流电流求得线圈的铜损耗为由交流电流求得线圈的铜损耗为 PCu = RI2 = 1222 W = 48 W 由有功功率和铜损耗求得线圈的铁损耗为由有功功率和铜损耗求得线圈的铁损耗为 PFe = PPCu = (88 48) W = 40 W 功率因数为功率因数为R = = = 12 U I 12 1 = cos = = = 0.4 P UI 88 1102 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件19 u2 e1 e2 u1ZL i2i1 1 2 5.3 变压器的工作原理变压器的工作原理 电磁关系电磁关系 一次绕组一次绕组 二次绕组二次绕组 用图形符号表示用图形符号表示 的变压器电路的变压器电路 ZL U1I1 I2 U2 E1 E2 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件20= E1Z1I1 R1、X1 和和 Z1 一次绕组的电阻、漏电抗和漏阻抗。一次绕组的电阻、漏电抗和漏阻抗。U2 = ZLI2 E1 =j4.44 f N1 m U1 =E1(R1jX1 ) I1 2. 二次侧电压方程二次侧电压方程 E1 =j4.44 f N1 m = E2Z2I2 U2 = E2(R2jX2 ) I2 R2、X2 和和 Z2 二次绕组的电阻、漏电抗和漏阻抗。二次绕组的电阻、漏电抗和漏阻抗。电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件21 规定规定 U1 = U1N 时时， U20 = U2N 。 如铭牌上标注：如铭牌上标注： 10 000 / 230 V U1N / U2N= N1 N2E1 E2k = I2 = 0I1 = I010% I1N U2 = U20 = E2U1E1 = = k U1U2 N1N2 变压器空载时变压器空载时 一般一般 U2N 比满载时的比满载时的 电压高电压高 5% 10% 。 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件22U2 = E2Z2I2 当当 U1 = U1N，cos 2 不变时：不变时： U2 = f ( I2) U2 I2OU2Ncos 2 =1cos 2 = 0.8 (感性感性)cos 2 = 0.8 (容性容性)VR = U2NU2 U2N100% 电力变压器：电力变压器： VR 5% 电压调整率电压调整率 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件23 例例5.3.1 某单相变压器的额定电压为某单相变压器的额定电压为 10 000/230 V 接在接在 10 000 V 的交流电源上向一电感性负载供电，电压的交流电源上向一电感性负载供电，电压 调整率为调整率为 0.03，求变压器的电压比、空载和满载时的二，求变压器的电压比、空载和满载时的二 次电压。次电压。 解解 变压器的电压比为变压器的电压比为 空载时的二次电压为空载时的二次电压为 U20 = U2N = 230 V 满载时的二次电压为满载时的二次电压为 U2 = U2N (1 VR ) = 230(1 0.03) V = 223 V k = = = 43.5 U1N U2N 10 000 230 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件24U1NE1 = 4.44 f N1m U1N4.44 f N1m N1I1N2I2 = N1I0 磁通势平衡方程：磁通势平衡方程： I1 = I2 N2N1N1I1N2I2 = 0 忽略忽略 I0： I1I2N2N1= =1k电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件25 例例5.3.2 在例在例5.3.1 中，中，ZL = 0.966 时正好满载，时正好满载，求该变压器的电流。求该变压器的电流。 解解 变压器的电压比为变压器的电压比为 I2 = = A = 224 A U2 ZL 223 0.966 I1 = = A = 5.15 A I2 k 224 43.5 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件26忽略忽略 Z1、Z2 、I0 ，则，则 = U1U2I2I1 = N1N2= k = kU2I2/ kU2I2= k2|Ze | = U1I1|Ze | = k2 | ZL |U1I1I2U2ZLZeU1I1 例例5.3.3 一只电阻为一只电阻为 8 的扬声器的扬声器 (喇叭喇叭)，需要把，需要把电阻提高到电阻提高到 800 才可以接入半导体收音机的输出端，才可以接入半导体收音机的输出端，问问 应该利用电压比为多大的变压器才能实现这一阻抗匹配。应该利用电压比为多大的变压器才能实现这一阻抗匹配。 解解 k = = = 10 ReRL8008 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件27 S1 = U1I1 S2 = U2I2 P1 = U1I1cos 1 P2 = U2I2cos 2 P = PFePCu 可变损耗可变损耗 (1) 铜损耗铜损耗 PCu = R1I12 + R2I22(2) 铁损耗铁损耗 PFe = PhPe P1P2 =100%不变损耗不变损耗 小型电力变压器小型电力变压器 = 80% 90% 大型电力变压器大型电力变压器 = 98% 99% 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件28解解 忽略电压调整率，则忽略电压调整率，则 P2 = SNcos 2 = 101030.8 W = 8 kW P = PFePCu = (300400) W = 700 W P1 = P2P = (8 000700) W = 8.7 kW 例例5.3.4 一变压器容量为一变压器容量为 10 kVA，铁损耗为，铁损耗为 300 W， 满载时铜损耗为满载时铜损耗为 400 W，求该变压器在满载情况下向功率，求该变压器在满载情况下向功率 因数为因数为 0.8 的负载供电时输入和输出的有功功率及效率的负载供电时输入和输出的有功功率及效率。 P1P2 =100% 8 8.7 = 100% = 92% 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件295.4 变压器的基本结构变压器的基本结构 用硅钢片叠成。用硅钢片叠成。 高压绕组和低压绕组同心地套在铁心上。高压绕组和低压绕组同心地套在铁心上。 油箱、油、储油柜、绝缘套管、保护设备等。油箱、油、储油柜、绝缘套管、保护设备等。 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件30 三相变压器、单相变压器。三相变压器、单相变压器。 双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器。双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器。 心式变压器、壳式变压器。心式变压器、壳式变压器。 干式干式变压器变压器、油浸式、油浸式变压器变压器。电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件31 心式变压器心式变压器 铁心铁心 绕组绕组 壳式变压器壳式变压器 铁心铁心 绕组绕组 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件32 S9 型型 10 kV 三相油浸配电变压器三相油浸配电变压器 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件33 树脂浇注干式变压器树脂浇注干式变压器 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件345.5 三相变压器三相变压器 U1 U2u1 u2V1 V2v1 v2W1 W2w1 w2 特点：三相之间只有电的联系，没有磁的联系。特点：三相之间只有电的联系，没有磁的联系。 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件35U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w2 特点：三相之间既有电的联系，又有磁的联系。特点：三相之间既有电的联系，又有磁的联系。 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件36 连接方式连接方式 高压绕组高压绕组 低压绕组低压绕组 星形有中性线星形有中性线 YN yn 星形无中性线星形无中性线 Y y 三角形三角形 D dGB: Yyn、Yd、YNd、Yy、YNy最常用的三种最常用的三种 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件37 例例5.5.1 某三相变压器，某三相变压器，YN,d 联结，联结，SN = 500 kVA，U1N / U2N = 35/11 kV，Y,d 联结，向求联结，向求 2 = 0.9 感性负载供电。满载时二次绕组的线电压为感性负载供电。满载时二次绕组的线电压为380 V。求：。求： (1) 满载时一次、二次绕组的线电流和相电流；满载时一次、二次绕组的线电流和相电流；(2) 输出的有功功率。输出的有功功率。解解 (1) 满载时一次、二次绕组的电流满载时一次、二次绕组的电流 A2.9A0001031050331NNN1 USIA2 . 27A40031050332NNN2 USI电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件38A2 . 27N1P1 IIA7 .41A32 .723N2P2 II222N2cos3 IUP 相电流为相电流为 kW8 .42W0.972.23803 (2) 输出的有功功率输出的有功功率 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件39*5.6 仪用互感器仪用互感器U1 U2= = ku N1 N2 国产互感器：国产互感器： U2N = 100 V(1) 二次绕组禁止短路。二次绕组禁止短路。(2) 二次绕组与铁心必须接地。二次绕组与铁心必须接地。 空载运行的降压变压器。空载运行的降压变压器。 u1 Vu1u2电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件40 E2 短路运行的升压变压器。短路运行的升压变压器。 I1 I2 = = ki N2 N1 国产互感器：国产互感器： I2N = 5 A (1) 二次绕组禁止开路。二次绕组禁止开路。 开路时：开路时：I2 = 0，I1 不变不变 (2) 一次绕组工作电压较高时，一次绕组工作电压较高时， 二次绕组与铁心必须接地。二次绕组与铁心必须接地。 Ai2i1N1 N2 1 2 匝匝电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件41*5.7 自耦变压器自耦变压器手柄手柄 接线柱接线柱 调压器调压器 手柄手柄 绕组绕组 接触臂接触臂 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件42 I+ +U2I1E1E2U1 I2 降压自耦变压器降压自耦变压器 升压自耦变压器升压自耦变压器 I N1N2+ +U1I1E1E2 U2I2忽略漏阻抗，则忽略漏阻抗，则= U1 U2E1 E2=N1 N2= k 电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件43*5.8 三绕组变压器三绕组变压器 有三个绕组和三个电压等级。有三个绕组和三个电压等级。 三绕组三绕组变压器变压器 = k12 U1 U2= N1 N2= k13 U1 U3= N1 N3= k23 U2 U3= N2 N3 各绕组间的电压关系各绕组间的电压关系 N1N3N2I1I2U1I3U2U3ZL3ZL2电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件44 各绕组间的电流关系各绕组间的电流关系 在满载或接近满载时，在满载或接近满载时，I0 可忽略不计，则可忽略不计，则 N1I1 + N2I2 + N3I3 = N1I0 N1I1 + N2I2 + N3I3 = 0 容量容量 SN = U1NI1N 工作时应当保证各个绕组的视在功率不超过工作时应当保证各个绕组的视在功率不超过 其绕组容量。其绕组容量。电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件45*5.9 绕组的极性绕组的极性 (a) 绕向相同绕向相同 U1 与与 u1 是同极性端是同极性端 (同名端同名端) U1 与与 u2 是异极性端是异极性端 (异名端异名端) U1 U2 u1u2 (b) 绕向相反绕向相反 U1 与与 u2 是同极性端是同极性端 (同名端同名端) U1 与与 u1 是异极性端是异极性端 (异名端异名端) U1 U2 u1u2电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件46 (a) 绕向相同绕向相同 (b) 绕向相反绕向相反 绕组极性的标注方法绕组极性的标注方法 U1U2u1u2U1U2u2u1电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件47110V110V220V (a) 绕组的串联绕组的串联 (b) 绕组的并联绕组的并联 绕组的正确接法绕组的正确接法 110V110V110V电工学电工学-第第5章变压器课件章变压器课件48 下一章下一章 上一章上一章 返回主页返回主页