第四章

變壓器《電工電子技術(shù)基礎(chǔ)》變壓器單相變壓器三相變壓器自耦變壓器4.1單相變壓器《第四章變壓器》單相變壓器單相變壓器是用來(lái)變換單相交流電的電氣設(shè)備。通常額定容量較小。在電子線路、冶金、焊接、測(cè)量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)等中有著廣泛的應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握變壓器的工作原理2.熟悉變壓器同名端及判斷方法3.了解變壓器的運(yùn)行特性4.1.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理與電源一側(cè)連接的繞組稱為一次繞組（或初級(jí)繞組、原邊）與負(fù)載連接的繞組稱為二次繞組（或次級(jí)繞組、副邊）變壓器的工作原理4.1.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理變壓器的工作原理變壓器空載運(yùn)行將變壓器一次繞組接在交流電壓u1上，二次繞組側(cè)開(kāi)路（與負(fù)載斷開(kāi)），這種運(yùn)行狀態(tài)稱為變壓器空載運(yùn)行。此時(shí)，二次繞組的電流i2=0，電壓為開(kāi)路電路u2，一次繞組中的電流為空載電流i01，參考方向如圖。N1為一次繞組的匝數(shù)，N2為二次繞組的匝數(shù)。4.1.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理變壓器的工作原理空載運(yùn)行時(shí)，一次繞組通過(guò)的電流i01就是勵(lì)磁電流，在鐵心中產(chǎn)生交變磁通Φ，穿過(guò)一次繞組與二次繞組，于是分別產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)e1和e2。由法拉第電磁感應(yīng)定律可得4.1.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理變壓器的工作原理e1和e2的有效值分別為E1=4.44fN1ΦmE2=4.44fN2Φm式中f

為交流電的頻率，Φm為磁通的最大值。顯然有4.1.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理變壓器的工作原理因漏感及線圈銅阻很小，可予以忽略，則有電源電壓U1≈E1，二次側(cè)開(kāi)路電壓U2=E2。因此有K為一、二次繞組的匝數(shù)比，稱為變壓器的電壓比。4.1.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理變壓器的工作原理由此可見(jiàn)，變壓器具有變換電壓的作用，并且電壓的大小與匝數(shù)成正比。K>1，N1>N2，為降壓變壓器K<1，N1<N2，為升壓變壓器【例1】某一單相變壓器，已知一次繞組接到U1=220V的交流電源上，其匝數(shù)為N1=200匝，測(cè)得二次繞組的電壓U2=11V，求變壓器的電壓比和二次繞組匝數(shù)N2。4.1.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

4.1.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理變壓器的工作原理變壓器負(fù)載運(yùn)行變壓器的一次繞組接入電源，二次繞組接負(fù)載，稱為變壓器負(fù)載運(yùn)行。此時(shí)在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，二次繞組中有電流i2，一次繞組中的電流由i01增到i1，鐵心中的磁通和空載時(shí)相比基本不變。4.1.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理變壓器的工作原理若忽略一、二次繞組的漏感及線圈銅阻，則有U1≈E1

U2≈E2即4.1.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理變壓器的工作原理變壓器是輸送電能的設(shè)備，忽略鐵心的損耗和繞組銅耗，根據(jù)能量守恒原理有U1I1=U2I2

則有4.1.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理變壓器的工作原理由此可知，變壓器具有變換電流的作用，電流的大小與匝數(shù)成反比，即匝數(shù)較少的繞組通過(guò)的電流大，通常為粗導(dǎo)線繞制匝數(shù)較多的繞組通過(guò)的電流小，通常為細(xì)導(dǎo)線繞制4.1.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理變壓器的工作原理變壓器的阻抗變換

4.1.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理變壓器的工作原理則有所以有變壓器具有變換阻抗的作用。電子線路和通信工程中，常用變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。4.1.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理【例2】某晶體管收音機(jī)原來(lái)配有阻抗為4Ω的揚(yáng)聲器，現(xiàn)在要改接為8Ω的揚(yáng)聲器，已知變壓器的一次繞組匝數(shù)N1=240匝，二次繞組匝數(shù)N2=60匝，若一次繞組匝數(shù)不變，試問(wèn)變壓器二次繞組的匝數(shù)應(yīng)如何變動(dòng)，才能匹配。解：RL=8Ω時(shí)，變壓器的阻抗為若RL=4Ω，在阻抗匹配中阻抗保持不變，則有解得N2≈85匝即二次繞組的匝數(shù)增加為85匝4.1.2變壓器同名端的判斷已知繞組繞向時(shí)同名端判斷同名端判斷若已知變壓器兩繞組的纏繞方向，從兩繞組輸入（或輸出）電流時(shí)若兩線圈產(chǎn)生的磁通方向相同，則電流從同名端流入。在如圖所示電路中，若電流自端鈕1、3流入，根據(jù)右手定則可知，磁通Φ1、Φ2的方向均向上，端鈕1和端鈕3則為同名端，端鈕2和端鈕4也為同名端。4.1.2變壓器同名端的判斷已知繞組繞向時(shí)同名端判斷變壓器的符號(hào)同名端的常用符號(hào)“?”或者“*”來(lái)標(biāo)識(shí)，如變壓器符號(hào)表示如圖所示。4.1.2變壓器同名端的判斷無(wú)法辨明繞組繞向時(shí)同名端判斷直流“三正”法如圖所示，在變壓器一組繞組兩端接直流電源，另一組繞組接直流電壓表，若端鈕1接電源正極，端鈕3接電壓表的紅表棒（正極），在電源接通的瞬間電壓表正偏，此時(shí)證明端鈕1和端鈕3是同名端，這種判斷方法也稱為“三正”法。若變壓器因被封裝無(wú)法判別繞組的繞向，可采用直流電源的輔助判別方法。4.1.3變壓器的運(yùn)行特性變壓器的外特性變壓器負(fù)載實(shí)際運(yùn)行時(shí)，因一、二次側(cè)都存在漏阻抗，故當(dāng)負(fù)載電流通過(guò)時(shí)，變壓器內(nèi)部將產(chǎn)生阻抗壓降，使二次側(cè)端電壓隨負(fù)載電流的變化而變化。當(dāng)電源電壓和負(fù)載的功率因數(shù)等于常數(shù)時(shí)，二次側(cè)端電壓隨負(fù)載電流變化的規(guī)律，稱為變壓器的外特性。4.1.3變壓器的運(yùn)行特性變壓器的外特性不同性質(zhì)的負(fù)載，變壓器外特性變化曲線不同，如圖所示。當(dāng)為阻性負(fù)載時(shí)，二次側(cè)電壓U2隨著電流I2的增大減小，但是電壓減小幅度不大；當(dāng)為感性負(fù)載時(shí)，二次側(cè)電壓U2隨著電流I2的增大減小變化較大；當(dāng)為容性負(fù)載時(shí)，二次側(cè)電壓U2隨著電流I2的增大而增大。變壓器外特性曲線4.1.3變壓器的運(yùn)行特性變壓器的效率特性（1）損耗變壓器在能量傳遞過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生損耗，變壓器的損耗主要包括鐵損耗ΔPFe和銅損耗ΔPCu兩部分。鐵變壓器的鐵損耗包括鐵芯中磁滯和渦流損耗，它取決于鐵芯中磁通密度大小、磁通交變的頻率和硅鋼片的質(zhì)量。變壓器結(jié)構(gòu)一定時(shí)，變壓器的鐵損耗與一次側(cè)外加電源電壓的大小有關(guān)，而與負(fù)載大小無(wú)關(guān)。當(dāng)電源電壓一定時(shí)，其鐵損耗就基本不變了，所以鐵損耗又被稱為“不變損耗”。變壓器的銅損耗主要是電流在一次、二次繞組直流電阻上的損耗，其大小與負(fù)載電流的平方成正比，所以把銅損耗稱為“可變損耗”。變壓器的總損耗ΔP為根據(jù)能量守恒定律，則有4.1.3變壓器的運(yùn)行特性變壓器的效率特性（2）變壓器的效率和效率特性變壓器效率的大小反映變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性能好壞，是表征變壓器運(yùn)行性能的一個(gè)重要指標(biāo)。變壓器的效率η是指變壓器的輸出功率P2

與輸入功率