《[交通运输]第四章变压器及电机xz5100-03-05.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[交通运输]第四章变压器及电机xz5100-03-05.ppt（56页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第四章 变压器,昆明询知民用航空器维修培训中心,电工基础,要求：,1.理解变压器的结构和原理 2.掌握理想变压器的变比计算,电工基础,4.1变压器 变压器：将具有一定电压的交流电变换成负载所需要的不同数值的交流电压。,(一) 变压器的用途 变压器是一种利用电磁感应作用来改变交流 电能的电压和电流等级的电气设备。 在电力系统中：,110 kV、220 kV 330 kV、500 kV,电能,负荷,升 压 变 压 器,远 距 离 输 电,降 压 变 压 器,10 kV,10 kV 6 kV 380 V 220 V,4.1.1变压器的基本结构和工作原理,电工基础, 输电距离、输电功率与输电电压的关系
2、:,输电电压 输电功率 输电距离 110 kV 5104 kW 50 150 km 220 kV (20 30)104 kW 200 400 km 500 kV 100104 kW 500 km,在电子线路和自动控制系统中，变压器起着 信号传递、阻抗变换以及信号隔离等作用。,电工基础, 变压器常用的结构型式有两种：,心式变压器、壳式变压器,电工基础,上一节,下一节,上一页,电工基础,变压器的工作原理,电工基础,(一) 磁场的基本物理量,电流 磁场,用磁场线描述,磁通:,A 与磁场线垂直的某面积（m2 ),（T）,通过磁场中某一面积的磁场线的总数。 单位：Wb。,(1) 磁感应强度 B B：矢量
3、。,其数值 B 表示磁场的强弱， 其方向表示磁场的方向。,在均匀磁场中：, 磁通密度,电工基础,H ：矢量。,0 = 4107 H / m,方向与 B 的方向相同。,单位：A/m。 磁导率：, 真空中的磁导率:,(2) 磁场强度 H,H 的大小：,只与产生该磁场的电流大小成正 比，与介质的性质无关。,B 的大小：,不仅与产生该磁场的电流大小有关， 还与介质的性质有关。,（H / m）,电工基础,(二) 物质的磁性能, 非磁性物质（非铁磁物质） 0 顺磁物质、, 磁性物质（非铁磁物质） (1) 高导磁性 0 铸钢： 1 0000 硅钢片： (6 000 7 000)0,反磁物质。,电工基础,图
4、5.1.2 初始磁化曲线,(2) 磁饱和性, 不是常数 (3) 磁滞性,剩磁,矫顽 磁力,图 磁滞回线,图 基本磁化曲线,电工基础,硬磁物质:, 磁性物质的分类：,Br 大、HC 大,软磁物质：,Br 小、HC 小,矩磁物质：,Br 大、HC 小,电工基础,(三) 磁路欧姆定律,用于定性分析磁路。,电工基础,全电流定律:,H dl = I,左边=H dl,=H dl,= HC lC + H 0 l0,Rm = Rmc + Rm0,令：, 铁心的磁阻, 空气隙的磁阻,磁路的磁阻：,电工基础,右边= I,= N I, 磁路的磁通势,因此：,Rm = N I, 磁路欧姆定律, C 0, Rm0 Rm
5、c,N I 一定时，,因 Rm0 的存在，使 大大减小。,若要保持一定的，则需要大大增加 N I。,电工基础,4.1.2 变压器铁心绕组,(一) 直流铁心线圈电路 电压与电流的关系:,线圈消耗的功率：,P = U I,= R I 2,电工基础,(二) 交流铁心线圈电路,励磁：u i,N i ,e,el,(1) 电压与电流关系 设: =m sint,则: e =Nm cost = Nmsin(t90o) Em= Nm = 2f Nm,电工基础,E = 4.44 f Nm,漏磁通磁路对应的电感：,漏电感（漏电抗）： X = Ll,= 2f Ll,漏阻抗,电工基础,忽略漏阻抗，有：,则：,当：,U
6、、f 一定时，,m 基本不变。,(2) 功率: 视在功率: S = U I 无功功率: Q = S sin 有功功率: P = S cos = PCu + PFe,铜损,铁损,= RI2 +( Ph + Pe ),磁滞损耗,涡流损耗,电工基础,(a) 磁滞损耗 Ph ：,(b) 涡流损耗 Pe ：, 铜损耗使线圈发热， 铁损耗使铁心发热。 减小铁损耗的方法： 使用软磁材料减小 Ph ； 增大铁心的电阻率， 减小涡流及其损耗 ； 用很薄的硅钢片叠成铁心， 减小涡流及其损耗 。,0.35mm 0.30mm 0.27mm 0.22mm,图 涡流损耗,(a),(b),电工基础,一个铁心线圈，加上 12
7、 V 直流电压时，电流为 1 A；加上 110 V交流时，电流为 2 A，消耗的功率为 88 W。求后一种情况线圈的铜 损耗、铁损耗和功率因数。 解,例,(1) 线圈施加直流电压时：,= 12 ,(2) 线圈施加交流电压时： PCu = RI2,=1222 W,= 48 W,PFe = PPCu,= (8848) W,= 48 W,= 0.4,电工基础, 一次绕组的参数： R1 (电阻)、X1 (漏电抗)、 Z1 (漏阻抗)。, 二次绕组的参数： R2 (电阻)、 X2 (漏电抗)、 Z2 (漏阻抗)。,电工基础,(一) 电压变换,电压比:,变压器空载时: I2 = 0，I1 = I010%
8、I1N U2 = U20 = E2，U1E1,电工基础, 一般取高压绕组的电压与低压绕组的电 压之比，, 规定: 当 U1 = U1N 时,U1N,U2N,即：k1,U20 = U2N, 如铭牌上标注:,电压 10 000 / 230V,电工基础,变压器的外特性: 当 U1 = U1N, 2 = cos2 不变时: U2 = f ( I2),图 变压器的外特性,U =,电压调整率:,U = 2 3%,电工基础,某单相变压器的额定电压为 10 000/230 V，接在 10 000 V 的交流电源上向一电感性负载供电，电压调整率为 0.03。求变压器的电压比及空载和满载时的二次电压。 解,例,电
9、压比：,= 43.5,空载电压：,= 230 V,满载电压:,= 223 V,U20 = U2N,U2 = U2N (1U ) PCu = 230(10.03) V,电工基础,(二) 电流变换,N1i1 N2i2,U1N E1 = 4.44 f N1m,N1i0 ,磁通势平衡方程：,忽略I0，则：,电工基础,上例中的变压器，当 |ZL| = 0.966 时，变压器正好满载。求该变压器的电流。 解,例,= 224 A,= 5.15 A,电工基础,(三) 阻抗变换作用,忽略 Z1、Z2 、 I0 ：,= k,|ZL| =,= k2 | ZL |,等 效,图 5.4.5 变压器的阻抗变换,电工基础,
10、一只电阻为 8 的扬声器（喇叭），需要把电阻提高到 800 才可以接入半导体收音机的输出端。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。 解,例,= 10,R = k2 RL,电工基础,(四) 变压器的功率关系,一次绕组的视在功率：,S1 = U1I1,二次绕组的视在功率：,S2 = U2I2,变压器的额定容量：,SN = U2NI2N,= U1NI1N,输入功率：,P1 = U1I1cos1,输出功率：,P2 = U2I2cos2,变压器的损耗：,P = P1 P2,= PCu + PFe,铜损耗：,PCu = R1I12 + R2I22,可变损耗,电工基础,不变损耗,PFe =
11、Ph+Pe,铁损耗：,效率:, 电力变压器: 当 I2=(60% 80%)I2N时， = max 小型电力变压器: = 80% 90% 大型电力变压器: = 98% 99%,电工基础,一变压器容量为 10 kVA，铁耗为 300 W，满载时的铜耗为 400 W。求该变压器在满载时向功率因数为 0.8 的负载供电时输入和输出的有功功率及效率。 解,例,忽略电压变化率，则,P2 = SN cos2,= 101030.8 W,= 8 kW,P = PCu + PFe,= (300 + 400) W,= 0.7 kW,P1 = P2 + P,= (8 + 0.7) kW,= 8.7 kW,= 92 %
12、,电工基础,自耦变压器和三绕组变压器,(一) 自耦变压器 (1) 自耦变压器的结构 只有一个绕组。,图 自耦变压器,手柄,接线柱,(2) 自耦变压器的工作原理,图 自耦变压器的工作原理,电工基础,(二) 三绕组变压器,(1) 结构： 有三个绕组。,(2) 各绕组间的电压关系：,= k12,= k13,= k23,电工基础,(3) 各绕组间的电流关系：,在满载或接近满载时，,I0可忽略不计，,(4) 容量： SN = U1NI1N 工作时应当保证各个绕组的视在功率不超过 其绕组容量。,电工基础,(2) 三相绕组的联结方式： GB: Y,yn Y,d YN,d Y,y YN,y,三相电压的变换,(
13、1) 三相电压变换的方式： 采用三台单相变压器、,三相心式变压器。,常用的三种,电工基础,某三相变压器 SN = 50 kVA，U1N /U2N =10 000/400 V，Y,d 联结，向2= cos2 = 0.9 的感性负载供电，满载时二次绕组的电压为 380 V。求：(1) 满载时一、二次绕组的线电流和相 电流；(2) 输出的有功功率。 解 (1) 满载时一、二次绕组的线电流即额 定电流，,例,= 2.9 A,= 72.2 A,电工基础,I1p = I1N = 2.9 A,= 41.7 A,(2) 输出的有功功率,= 42.8 kW,相电流为,电工基础,绕组的极性,U1 U2 u1 u2
14、,U1与u1是 同极性端 (同名端) U1与u2是 异极性端 (异名端),(a) 绕向相同,U1 U2 u1 u2,U1与u2 是 同极性端 (同名端) U1与u1 是 异极性端 (异名端),(b) 绕向相反,图 绕组的极性,电工基础,图 绕组极性的标注方法,(a) 绕向相同,(b) 绕向相反,电工基础,单相多绕组变压器的连接方式:,例如：一次侧有两个线圈，其额定电压均为 110 V ， 要求它们能在 110 V 和 220 V 两种交流电源上工作，而输 出电压不变。 (a) 当电源电压为 220 V 时：,+ 220V ,(a) 绕组的串联,(b) 当电源电压为 110 V 时：,+ 110V ,(b) 绕组的并联,图 绕组的正确接法,电工基础,变压器内部,电工基础,电源用变压器,电工基础,电源隔离变压器,电工基础,自耦调压器,电工基础,单相变压器,电工基础,全密封配电变压器（10 kV）,电工基础,S9 型配电变压器（10 kV）,电工基础,S9 型配电变压器（10 kV）,电工基础,大型电力油浸变压器 (110 kV),电工基础,大型电力油浸变压器,电工基础,树脂浇注干式变压器,电工基础,干式变压器,电工基础,整流变压器,