电工与电子技术基础——第5章变压器电子教案.ppt

《电工与电子技术基础（第2版）》电子教案 第5章 变压器 5.1 变压器的基本概念 5.2 变压器的工作原理 5.3 变压器的极性 5.4 特殊变压器 5.4 变压器实验 5.1 变压器的基本概念 5.1.1 变压器的用途 5.1.2 变压器的的基本结构 5.1.1 变压器的用途 变压器是利用电磁感应原理制成的一种变换电压、电流和阻抗的电气设备，主要用于升高或降低交流电压，改变电流或变换电路阻抗。 在远距离输电中，当传输一定功率的电能时，随着输电线路电压的升高，输电电流将减小，从而使输电线路的电能损耗也明显降低。如果保持线路容许的损耗不变，则可以减小导线的截面，在架设线路中降低成本。因此，电力系统在远距离输电中都采用超高压输电线路。当前，我国的输电电压等级有35、110、220、330、500和750kV等几种。 由于受绝缘的限制和其它因素的影响，发电厂发电机的电压达不到输电电压的等级。一般发电机的额定电压有10.5、13.8、15.7、18kV等几种，因此，在输送电能以前，要用升压变压器将电压升高到输电电压。 在用户方面，数百千伏的高电压不能直接使用，所以电能经高压输电线路送到城市和农村附近时，需要用降压变压器将电压降低为10kV的高压配电电压。 用户的各种电器，其额定电压是不一样的，但绝大多数是220V或380V。因此，还需要将高压配电电压再用降压变压器降为380/220V用户电压。 凡是需要使电压升高或降低的地方，都要用到变压器，例如行灯的电压为安全电压36V或24V。在电子电路中，常需要多种电源电压，例如收音机电路、电视机电路中的多种电压，都需要变压器进行变压。 此外，变压器在改变电压的同时也改变了电流和阻抗，在测量技术中利用变压器改变电流的原理，用较小的电流表测量较大的电流。在无线电技术中利用变压器变换阻抗的原理，变换电路的阻抗以达到阻抗匹配的目的。 5.1.2变压器的基本结构 变压器常见结构有两种， 1. 心式变压器 绕组在外、铁心在内，绕组包围着铁心叫做心式变压器，如图1所示；心式变压器构造简单，硅钢片用量较少，用铜量较多，绕组的绝缘和安装比较容易，多用于电压较高、容量较大的变压器。 2.壳式变压器 绕组在内、铁心在外，铁心包围着绕组称为壳式变压器，如图2所示。壳式变压器硅钢片用量较多，用铜量较少，机械强度较高，多用于容量较小的变压器。 3.三相电力变压器 三相变压器的一、二侧各有三个线圈，分别套在三个铁心拄上。一、二次绕组各联成星形或三角形。三相变压器的结构原理如图示。由图中可看出就每一相讲，相当于一个单相变压器。 变压器工作时，绕组和铁心都会产生损耗而发热。如果这些热量在变压器内积聚起来，就会使铁心和绕组的温度逐渐升高，因此要考虑变压器的冷却问题。小容量的变压器采用空气自冷却式。在中、大容量的变压器中，只依靠空气自冷法是不够的，则需要采用专门的冷却措施。图示为常见的油浸自冷式三相变压器。 5.2 变压器的工作原理 5.2.1 电压变换 5.2.2 电流变换 5.2.3 阻抗变换 5.2.1 电压变换 1.单相变压器电路 一般将接电源的线圈叫做一次线圈或初级线圈；接负载的线圈称为二次线圈或次级线圈。如果变压器一次线圈的电压大于二次线圈的电压则称为降压变压器；反之，称为升压变压器。 如果将变压器的一次线圈接到正弦交流电源上，就有正弦交流电流通过线圈。在电流的作用下，铁心中将产生正弦交变的磁通。由于一、二次线圈是绕在同一铁心上，所以铁心中的磁通也要穿过二次线圈。由电磁感应定律可知，交变的磁通穿过线圈时将在线圈中产生感应电动势。在二次线圈中产生的感应电动势是由于一次线圈中通过交变电流产生，因此，叫做互感电动势。这种当一个线圈中磁通发生变化在另一个线圈中产生感应电动势的现象称为互感现象。变压器就是利用互感原理制成。 在变压器中，由于铁心用硅钢片叠成，所以具有良好的导磁性能，绝大部分的磁通既穿过一次线圈，也穿过二次线圈，这部分磁通叫做主磁通，用?表示。另外还有少量的磁通只穿过一次或二次线圈，称为漏磁通，用?L表示。由于漏磁通与主磁通相比很小，为了分析问题简便故将其忽略。 5.2.1 电压变换 穿过一、二次线圈每匝的主磁通都相同，因此，在每一匝线圈内产生的感应电动势都相等。所以每个线圈的总电动势与线圈的匝数成正比。设一次线圈有N1匝，二次线圈有N2匝，则一次线圈中感应电动势的有效值E1与二次线圈中感应电动势的有效值E2的比值，应等于一、二次线圈的匝数之比。即 在忽略变压器各种损耗的情况下，由于一次线圈与电源相接，感应电动势E1应等于电源电压U1；二次线圈与负载相连，则负载的端电压U2就等于E2。所以 5.2.2 电流变换 变压器可以改变交流