电工基础——变压器.doc

第八章 ??? 变压器 第一节 ? 变压器的基本知识 学习目标： 1 ．了解变压器的构造 ： ??????? 2 ．熟悉变压器的工作原理 重点： 变压器的工作原理 难点： 变压器的工作原理 ???????????????????????????????? 一、变压器的基本知识 1 ．定义 变压器的是一种常见的电气设备， 可用来把某种数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压，也可以改变交流电的数值及变换阻抗或改变相位。 2 ．变压器的意义 发电厂欲将 P=3UIcos φ的电功率输送到用电的区域，在 P 、 cos φ为一定值时，若采用的电压愈高，则输电线路中的电流愈小，因而可以减少输电线路上的损耗，节约导电材料。 所以远距离输电采用高电压是最为经济的。 ??? 目前，我国交流输电的电压最高已达 500kV 。这样高的电压，无论从发电机的安全运行方面或是从制造成本方面考虑，都不允许由发电机直接生产。 发电机的输出电压一般有 3.15kV 、 6.3kV 、 10.5 kV 、 15.75 kV 等几种，因此必须用升压变压器将电压升高才能远距离输送。 ??? 电能输送到用电区域后，为了适应用电设备的电压要求，还需通过各级变电站（所）利用变压器将电压降低为各类电器所需要的电压值。 ??? 在用电方面，多数用电器所需电压是 380V 、 220V 或 36 V ，少数电机也采用 3kV 、 6kV 等。 ??? 3 ．变压器分类 按其用途不同，有电源变压器、电力变压器，调压变压器，仪用互感器，隔离变压器。按结构分为双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器及自耦变压器。按铁心结构分为壳式变压器和心式变压器。按相数分为单相变压器、三相变压器和多相变压器。变压器的种类虽多，但基本原理和结构是一样的。 4 ．变压器的基本结构 ??? （ 1 ）铁心 图 8-1 变压器由套在一个闭合铁心上的两个或多个线圈（绕组）构成，如图 8-1 所示。铁心和线圈是变压器的基本组成部分。铁心构成了电磁感应所需的磁路。为了减少磁通变化时所引起的涡流损失，变压器的铁心要用厚度为 0.35 ～ 0.5mm 的硅钢片叠成。片间用绝缘漆隔开。铁心分为心式和客式两种。 （ 2 ）线圈 变压器和电源相连的线圈称为原绕组（或原边 , 或初级绕组），其匝数为 N 1 ，和负载相连的线圈称为副绕组（或副边 , 或次级绕组），其匝数为 N 2 。绕组与绕组及绕组与铁心之间都是互相绝缘的。 5 ．变压器的符号，如图 8-2 所示。 图 8-2 图 8-1 6 ．理想变压器 原副两绕组的电阻为 0 ，电感无穷大；没有漏磁；没有铁心损耗。 二、变压器的工作原理 ? ? ? 1. 变压器的空载运行 ?? ? 变压器原线圈接上额定的交变电压 u 1 ，副线圈开路不接负载， 称为空载运行，如图 8-3 所示 。副边中的电流为零，原边的空载电流为 i 0 ?? ? （ 1 ）空载电流 I 0 ?? ? 在外加正弦电压 u 1 的作用下，线圈内有交变电流 i 0 流过。 这时原线圈内的电流，称作变压器的空载电流，又称励磁电流。它与原线圈匝数 N 1 的乘积 i 0 N 1 称为励磁磁势。 ? 图 8-3 空载时的变压器 由于铁心的磁导率远大于空气的磁导率，所以激磁磁势产生的磁通绝大部分集中在铁心里，沿铁心而闭合，该磁通称作主磁通（或工作磁通），用Φ表示，空载电流（励磁电流）的有效值 I 0 一般都很小，约为额定电流的 3% ～ 8% 。 ?? （ 2 ）原副边的感应电动势 主磁通随电流按正弦规律变化，变化的磁通穿过原副边产生 的有效值为 E 1 ≈ 4.44fN 1 Φ m ， ? E 2 ≈ 4.44fN 2 Φ m 由此可得 ? （ 3 ）电压平衡方程、电压比 ??? 空载时变压器的原绕组电路是一个含有铁心线圈的交流电路，在工程计算中常忽略原绕组中的阻抗不计。所以原绕组一侧的电压平衡方程可简化为 ? u 1 ≈ -e 1 ，这说明，在变压器原线圈中，自感电动势和电源电压几乎相等，但相位相反。 由此可得 u 1 的有效值为 U 1 ≈ E 1 =4.44fN 1 Φ m ，该式表明： 当电源频率和原线圈匝数一定时，铁心中主磁通的大小基本上由电源电压决定。当电源电压不变时，变压器铁心中的主磁通基本上是个常数。 ??? 由于空载时变压器副线圈是开路的， i 2 =0 ，副线圈的端电压为 ????????????????????? u 2 =e 2 ，有效值为 U 2 ≈ E 2 =4.44f N 2 Φ m ， 因此可以得到 ? ? 式中 Ku 称为变压器的变压比，简称变比，表明变压器空载时，原、副边端电压