做最好的博客模板

变压器的做事道理

  变压器的工作原理_物理_自然科学_专业资料。6.2 变压器 ? 6.2.1 变压器的工作原理 ? 如图6-21是单相变压器的工作原理图,它有 高、低压两个绕组,其中接电源的绕组为原绕组, 匝漏数电数 磁 为 动N为 电 势2Ne动,σ12势,电

  6.2 变压器 ? 6.2.1 变压器的工作原理 ? 如图6-21是单相变压器的工作原理图,它有 高、低压两个绕组,其中接电源的绕组为原绕组, 匝漏数电数 磁 为 动N为 电 势2Ne动,σ12势,电。e其压图σ1u电中;2,压标与电u明负1,流的载i电2是相,流它接主i1们的,磁的绕主电参组磁动与为电势方副e动2向绕,势。组漏e1,,磁匝 ? 由于变压器的工作原理涉及电路、磁路以及 它们的相互联系等方面的问题,比较复杂。为了 便于分析,在此把它们分为变压、变流、变阻抗 三种情况来讨论。 ? ? 图6-21变压器结构示意图及变压器符号 ? 1.变压器的变压原理(变压器的空载运行) ? 副绕变组压开器路的不空接载负运载行(i是2=指0)原。绕组接在正弦交流电源u1上, ? i产1=生在i0同称电时为压交空u1链载的着电作原流用、。下副它,绕在原组原绕的边组主建中磁立有通磁电Φ动流,势i1主通i0N磁过1,通,在Φ此的铁时存心,在中 是变压器运行的必要条件。 ? 由图6-21得原、副绕组的电压方程分别为: ? U1=R1I1+jXσ1I1 -E1 U2= E2 – R2I 2 - jXσ2I2 ? 忽略电阻R1和漏抗Xσ1的电压,且变压器空载时,则有: ? U1≈-E1 U2≈E2 ? 有效值关系为: ? ? 由此可以得出原边电压U1与副边电压U2之间的关系为 ? U1 ? E1 ? N1 ? k U2 E2 N2 (6-25) ? 在负载状态下,由于副绕组的电阻R2和漏抗Xσ2很小, 其上的电压远小于E2,仍有: 。 。 U2 ? E2 U2 ? E2 ? 0.44 fN 2?m U1 ? E1 ? N1 ? k ? U2 E2 N2 ? 式中k称为变压器的变压比(简称变比),该式表明 变压器原、副绕组的电压与原副绕组的匝数成正比。当 K1时,为降压变压器;当K1时,为升压变压器。对于 已经制成的变压器而言,K值一定,故副绕组电压随原绕 组电压的变化而变化。 ? 2.变压器的变流原理(变压器的负载运行) ? 负载变的压运器行的情原况绕,组称接为在变正压弦器交的流负电载源运u行1上。,副绕组接上 ? 动通心Φ势具的接i有2N趋上恒2,势负磁根。载通据但后特楞是,性次,副,定在绕即律电组主,源中磁i电2便通N压有2Φ将u将电有1及基流改其本i2变通频保铁过率持心,f不一中建变定原立。时有副因,主边此铁磁磁, 原i载1N绕时1,组的以中总抵的磁消电动副流势边由应磁i该0 动变与势到变ii21压N,2器的使空作原载用边时。的的也磁磁就动动是势势说由基i变0N本压1相变器等成负。 ? 由U1≈E1=4.44N1fΦm可知,U1和f不变时,E1和Φm也都 基本不变。因此,有负载时产生主磁通的原、副绕组的合 成磁动势(i1N1+i2N2)和空载时产生主磁通的原绕组的磁 动势i0N1基本相等,即: i1N1+i2N2= i0N1 I1N1+I2N2= I0N1 ? 空载电流i0很小,可忽略不计。 ? I1N1≈-I2N2 I1 ? N2 ? 1 ? I 2 N1 k (6-26) ? 用。式中负号说明I1和I2的相位相反,即I2N2对I1N1有去磁作 ? 其比例式,说明变压器负载运行时,其原绕组和副绕 组电流有效值之比,等于它们匝数比的倒数,即变压比K 的倒数。这也就是变压器的电流变换原理。 ? 3.阻抗变换 ? 设接在变压器副绕组的负载阻抗Z的模为Z,则: ? Z反映到原绕组的阻抗模Z为: Z ? U1 ? kU2 ? k 2 U2 ? k 2 Z ? I1 I2 I2 (6-27) ? 式(6-27)说明以下两点: k ? (1)当变压器的副边接入负载阻抗Z时,反映(反射) 到变压器原边的等效聘阻抗是Z= K2Z,即增大 K2倍, 这就是变压器的阻抗变换作用。 ? (2)当副边的负载阻抗Z一定时,通过选取不同的匝数 比的变压器,在原边可得到不同的等效阻抗Z。因此, 在一些电子设备中,为了获得最大的功率输出,可以利用 变压器将负载的阻抗变换到正好等于电源的内阻抗,即 “阻抗匹配”。 ? 负载[例R6L=.18]Ω设. 交流信号源电压U=100V,内阻RO=800Ω, ? (1) 将负载直接接至信号源,负载获得多大功率? ? (2) 经变压器进行阻抗匹配,求负载获得的最大功率是多 少?变压器变比是多少? ? 解:(1)负载直接接信号源时,求负载获得功率为: ? R ? I 2RL ? ???? U R0 ? RL 2 ? ?? RL ? ? ?? ? 100 800 ? ??2 8? ?8 ? 0.123W ? 800(Ω2)。最负大载输获出得功的率最时大,功R率L折为算:到原绕组应等于RO= Pm a x ? I 2 RL ? ???? R0 U ? RL ?2 ?? ? RL ? ?? ? 100 800 ? 800 2 ? ? ? ? 800 ? 3.125W ? 变压器变比为: ? k ? N2 ? R0 ? 800 ? 10 N1 RL 8 ? 6.2.2 变压器的使用 ? 1.外特性 ? 如常在5图希外%6望特左-2U性2右2所的是。示变指用。动副公电愈绕式压小组表变愈电示化好压为率,U反2一与映般副电变绕压压组U器电2的的流变电的化压变程变化度化关。率系约通, ? (6-28) ? ? 式中,U20为空载时变 ? 压器副绕组电压,U2为满 ? 载时变压器副绕组电压。 U2 U20 ?2 ? 0 ?2 ? 0 I2N I2 ?图6-22 变压器的外特性曲线.损耗与效率 ? 变压器在运行时存在两种损耗:铜损和铁损, 即 ? 铜损是变压器在运行时其原、副绕组的直流电 阻R1和R2上的损耗,即 ? 铁损ΔPFe包括磁滞损耗和涡流损耗。 ? 变压器的效率:输出功率P2与输入功率P1的百 分比,即 ? ? ? P2 ?100 % ? P2 ?100 % (6-29) P1 P2 ? ?P ? 3.额定值 ? (1)额定电压UN:指变压器副绕组空载时各绕组的 电压,三相变压器是指线)额定电流IN:指允许绕组长时间连续工作的线)率额。定容量SN:在额定工作条件下变压器的视在 ? 单相变压器: (6-30) ? ? 三相变压器: (6-31) ? 6.2.3 特殊变压器 ? 1.自耦变压器 ? 如图6-23是自耦变压器示意图,它的结构特点是:副 绕组是原绕组的一部分,原、副绕组不但有磁的联系,也 有电的联系。它在实验室或某些电子设备中经常用到。使 用时注意要原、副绕组的公共端应接零线,以保正用电安 全。自耦变压器的原理与普通电力变压器相同,原、副绕 组的电压和电流关系如下: ? + u1 N1 - + N2 Z u2 - ? 图6-23 自耦变压器示意图 ? 2.仪用互感器 ? 配合测量仪表专用的变压器称为仪用互感器,简称互 感器。根据用途的不同,互感器有电压互感器和电流互感 器两种。电压互感器可扩 ? 大交流电压表的量程,电 ? 流互感器可扩大交流电流 ? 表的量程。 ? ? a) 电压互感器 (b) 电流互感器 ? 图6-24仪用互感器 ? (1) 电压互感器:如图6-24(a)所示是一电压互感器 原理图,它的原绕组匝数很多,并联于待测电路两端;副 绕组匝数较少,与电压表及电度表、功率表、继电器的电 压线圈并联。用于将高电压变换成低电压。使用时副绕组 不允许短路。其工作原理为: ? ? ? (2) 电流互感器:如图6-24(b)所示是一电压互感器 原理图,它的原绕组线径较粗,匝数很少,与被测电路负 载串联;副绕组线径较细,匝数很多,与电流表及功率表、 电度表、继电器的电流线圈串联。用于将大电流变换为小 电流。使用时副绕组电路不允许开路。其工作原理为: I1 ? N2 I 2 N1