[交通运输]第四章变压器及电机xz51000305.ppt

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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 kV330 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 kV6 kV380 V220 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:,输电电压 输电功率 输电距离 1

2、10 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。,其数值 B 表示磁场的强弱，其方向表示磁场的方

3、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 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

4、 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 Rmc,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

5、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、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,

6、(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。,0.35mm0.30mm0.27mm0.22mm,图 涡流损耗,(a),(b),电工基础,一个铁心线圈，加上 12 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,=(8

7、848)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%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

8、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,N1i1N2i2,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

9、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,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：,P

10、Cu=R1I12+R2I22,可变损耗,电工基础,不变损耗,PFe=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%,电工

11、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,(1)三相电压变换的方式：采用三台单相变压器、

12、,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,U1U2u1u2,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,U1U2u1u2,U

13、1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,