电工电子技术曹才开电子课件第5章节磁路与变压器.ppt

例5.3 已知一单相变压器原、 副绕组匝数N1=1000， N2=200， 原边电 流I1=2 A， 副边电压U2=50 V， 负载为纯电阻， 若忽略变压器的漏磁 和损耗， 求变压器的原边电压U1、 副边电流I2和输入功率、 输出功 率。 解 变压器变比为 故原边电压为 U1=nU2=5×50=250 V 副边电流为 I2=nI1=5×2=10 A 输入功率为 P1=U1I1=250×2=500 W 输出功率为 P2=U2I2=50×10=500 W 由此可见， 当变压器的功率损耗忽略不计时， 它的输入功率与输出功率相等， 符合能量守恒定律。 例5.4 在图5.18中，交流信号源的电压U=120V，内阻=800Ω，负载电阻=8Ω。 （1）当折算到原边的等效电阻RL’=RL时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率；（2）当将负载直接与信号源联接时，信号源输出多大功率？ 图5.18 例5.4的图 解 （1）变压器的匝数比应为 信号源的输出功率为 (2)负载直接接在信号源上时， 5.4.3 变压器的运行特性 1.变压器的空载特性 变压器的空载运行是指变压器原边绕组接在额定电压的交流电源上， 而副边绕组开路时的工作情况。变压器的原边绕组加上交流电压u1时， 原边绕组内便有一个交变电流i0流过。由于副边绕组是开路的，副边绕 组中没有电流。此时原边绕组中的电流i0称为空载电流，对应的有效值 为I0。该电流产生一个交变磁动势i0N0并建立交变磁场。空载电流主要用 以建立主磁通，所以亦称励磁电流。如果铁心没有饱和，且忽略铁心中 的损耗时，此时的空载电流纯粹为建立主磁通的无功电流。当主磁通按 正弦变化时，空载电流也将按正弦变化，且空载电流与主磁通同相。但 实际上为了充分利用有效材料，变压器的铁心总是设计得比较饱和，磁 通与磁化电流的关系曲线成为一条饱和曲线。 当变压器在空载运行状态下，相当于一个交流铁心线圈。用实验的 方法可以测出U1与I0的关系，即变压器空载运行特性，类似于B-H曲线， 如图5.19所示。 当变压器原边加额定电压时，原边的电流是很小的。如果原边电压 超过额定值很多，由于磁饱和的缘故，空载电流i0的有效值I0将急剧增大， 这是不允许的。 2. 变压器的外特性及电压调整率 当电源电压U1不变时，随着副绕组电流I2的增加（负载增加），原、 副绕组阻抗上的电压降便增加，这将使副绕组的端电压U2发生变化。当 电源电压和负载功率因数 为常数时，U2和I2的变化关系可用外特性曲 线U2=f(I2)来表示，如图5.20所示。对电阻性和电感性负载而言，电压U2 随电流I2的增加而下降，这主要是由于副绕组有内阻引起的。 图5.19 变压器的空载特性曲线 图5.20 变压器的外特性曲线 通常希望电压U2的变动愈小愈好。从空载到额定负载，副绕组电压的变 换程度用电压调整率 表示，即 (5.20) 式中，U20和U2分别表示原边为额定电压、负载功率因数一定时，变压器 在空载和额定负载情况下副边端电压有效值。 变压器的电压调整率表征了电压的稳定性，是变压器的主要性能指 标之一。一般变压器，由于其电阻和漏磁感抗均甚小，电压调整率是不 大的，约为额定电压的5%左右。 3. 变压器的损耗与效率 和交流铁心线圈一样，变压器的功率损耗包括铁心中的铁损 和 绕组上的铜损 两部分。铁损的大小与铁心内磁感应强度的最大值Bm 有关，与负载大小无关，而铜损则与负载大小（正比于电流平方）有关。 变压器的效率常用下式确定： (5.21) 式中，P2为变压器的输出功率，P1为输入功率。 变压器的功率损耗很小，所以效率很高，通常在95%以上。在一般 电力变压器中，当负载为额定负载的50～75%时，效率达到最大值。 5.4.4 变压器的使用 1. 变压器的额定值 (1)额定容量 额定容量是变压器的额定视在功率，以伏安、千伏安或兆伏安表示。由于变压器效率高，通常把原、副边的额定