变压器
合集下载
变压器的基础知识
分裂式变压器
这种变压器有两个或两个以上低压线 圈，可单独或并联运行，如一个低压侧负 载或电源发生故障，其余低压线圈仍能运 行。发电厂自用变压器有时采用这种型式 的变压器。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
柱上式变压器
只可安装在电线杆 上的小容量配电变压器， 一般多为单相变压器， 专供照明及家用电器， 在美国采用较普遍，加 上保护装置组成全自动 保护变压器，这种变压 器多数采用卷铁心结构， 油箱做成圆形街面。
SCZ9—1250/10
• 三相（干式）双线圈有载调压铜线9型变 压器，容量为1250kVA,高压电压等及 为10kV。
ZQSC—2500/33
• 牵引用三相干式树脂浇注（无励磁调压） 整流变压器，铜线、双绕组，容量 2500KVA，高压绕组电压等级33KV。
单相（三相）变压器
输电系统度采用三相制，但在容量很大的电 厂或变电站中有时受变压器运输条件的限制或 制造厂生产条件限制或考虑到一“相”为单元 设备用变压器更经济时，采用由单相变压器组 成的三相变压器组，或有特殊设计的三台单相 变压器组成“组合式”三相变压器。
1.3.3安容量大小分类
• <=500KVA的称小型变压器 • 630-5000KVA的称中型变压器 • 6300-63000KVA的称大型变压器 • 90000KVA以上的称特大型变压器
• 2、空载电流（I。）、空载损耗（Ｐ。铁损）；
• 3、铜损、负载损耗、杂散损耗； • 4、阻抗电压（阻抗百分数）。
• 5、联接组别（Y,yn0、D,yn11、YN,d11） • 6、负载率、变压器效率（η）。 • 7、功率因数、有功功率（Ｐ）、无功功率（Ｑ）、
视在功率（Ｓ）。
1.4 变压器的型号
有载调压变压器
变压器操作规程
变压器操作规程引言概述：变压器是电力系统中重要的电气设备，用于改变电压的大小。
为了确保变压器的正常运行和延长其使用寿命，操作人员需要遵守一定的操作规程。
本文将详细介绍变压器操作规程的五个部分。
一、变压器操作前的准备1.1 清理工作区域：在进行任何操作之前，需要确保变压器周围的工作区域清洁整齐，没有杂物和易燃物。
1.2 检查变压器外观：仔细检查变压器外壳、接线端子和冷却系统，确保没有损坏或漏电的情况。
1.3 检查电源和保护装置：检查变压器的电源和保护装置是否正常工作，如电源电压是否稳定、保护装置是否设置正确等。
二、变压器的开机操作2.1 检查油位和油质：打开变压器油箱，检查油位是否在正常范围内，同时检查油质是否正常，如有异常应及时处理。
2.2 检查冷却系统：检查变压器的冷却系统，确保冷却器和风扇正常工作，温度控制在安全范围内。
2.3 启动变压器：按照操作手册的要求，依次启动变压器的电源和控制系统，确保各个部件正常运行。
三、变压器的运行操作3.1 监测电压和电流：定期监测变压器的输入和输出电压、电流，确保其在正常范围内运行。
3.2 温度监测：定期测量变压器的温度，包括油温、绕组温度等，确保其不超过设定的安全温度。
3.3 防雷和过电压保护：安装合适的防雷和过电压保护装置，确保变压器在雷电和过电压情况下正常工作。
四、变压器的停机操作4.1 停电：在停机之前，先切断变压器的电源，确保安全操作。
4.2 冷却系统处理：停机后，及时关闭冷却系统，待变压器冷却后再进行后续操作。
4.3 检查和维护：停机后，对变压器进行检查和维护，如清洁油箱、检查绝缘状况等。
五、变压器的故障处理5.1 异常情况的判断：当变压器出现异常情况时，操作人员需要及时判断故障原因，如电压异常、温度升高等。
5.2 紧急处理措施：根据故障情况，采取相应的紧急处理措施，如切断电源、报修等。
5.3 故障记录和分析：对变压器故障进行记录和分析，找出故障原因，以便今后避免类似故障的发生。
变压器的作用
变压器的作用
变压器是一种电气设备，它能够改变电压的大小。
其主要功能包括：
1. 电压升降：变压器可以将输入电压升高或降低到所需的输出电压水平。
例如，将高电压输送到远距离的输电线路上，以减小输电中的能量损失；或将高压电网的电压降低以供给家庭和商业用电。
2. 能量传输：变压器能够以高效的方式传输电能。
通过变压器，电能可以从发电厂传输到不同的地方，以满足不同领域的用电需求。
3. 绝缘保护：变压器可以提供电气设备之间的绝缘保护。
在将电能传输到用户或设备之前，变压器会将电压升高，从而减小电流的大小。
这种降低电流的方式能够减小电路中的能量损耗，并降低因电流过大而导致的设备故障风险。
4. 相间耦合：变压器可用于实现不同电路之间的相间耦合。
通过变压器的耦合作用，电能可以传输到不同的电路中，实现信号传递、数据交换等功能。
总的来说，变压器的作用是将电压进行升降，并实现电能的传输和绝缘保护。
它在电力系统、电子设备、通信技术等领域都有广泛应用。
变压器
第3章 变 压 器
图3.1.2 油浸式电力变压器的外形图
第3章 变 压 器 1） 铁心 铁心构成了变压器的磁路，同时又是套装绕组的骨架。
铁心分为铁心柱和铁轭两部分。铁心柱上套绕组，铁轭将铁心
柱连接起来形成闭合磁路。为了减少铁心中的磁滞、涡流损耗， 提高磁路的导磁性能，铁心一般用高磁导率的磁性材料——硅 钢片叠装而成。硅钢片有热轧和冷轧两种，其厚度为0.35～0.5 mm，两面涂以厚0.02～0.23 mm的漆膜，使片与片之间绝缘。
在变压器的铭牌上，是选用变压器的依据。 1. 型号 型号可以表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、 冷却方式等内容。例如，SL—500/10表示三相油浸式自冷双线
圈铝线，额定容量为500 kVA，高压侧额定电压为10 kV级的电
力变压器。
第3章 变 压 器 2. 额定值 （1） 额定容量SN(VA/kVA/MVA)：铭牌规定在额定使用条 件下所能输出的视在功率，通常和变压器一、二次侧的额定容 量设计为相同值。 （2） 额定电压UN（V/kV）：指变压器长时间运行所承受 的工作电压（三相为线电压），其中U1N为规定加在一次侧的 电压；U2N为一次侧加额定电压、二次侧空载时的端电压。
的联系。其中与交流电源相接的绕组称为原绕组或一次绕组，
也简称原边或初级；与用电设备（负载）相接的绕组称为副绕 组或二次绕组， 也简称副边或次级。
第3章 变 压 器
图3.1.1 单相变压器原理图
第3章 变 压 器
一次侧通入电流产生交变磁通，感应出电动势e1，二次侧
与一次侧产生的磁通交链进而产生感应电动势e2，有
（4） 按相数分类，变压器可分为单相变压器和三相变压器。
第3章 变 压 器 （5） 按调压方式分类， 变压器可分为无励磁调压变压器和 有载调压变压器。 （6） 按冷却方式和冷却介质分类，变压器可分为以空气为 冷却介质的干式变压器、以油为冷却介质的油浸式变压器（包 括油浸自冷式、油浸风冷式、油浸强迫油循环式等）和充气式 冷却变压器。 （7） 按容量分类， 变压器可分为小型变压器（容量为10～
变压器基本知识介绍
2、绕线方式 根据变压器要求不同，绕线的方式大致可分为以下几种：
2.1 一层密绕：布线只占一层，紧密的线与线间没有空隙，整 齐不可交叉堆积(如图6.1)
高频变压器制作方法
2.2 均等绕：在绕线范围内以相等的间隔进行绕线；间隔误差在20% 以内算合格(如图6.2)
2.3 多层密绕：在一个绕组一层无法绕完，必须绕至第二层或二层以 上
低频类变压器制作方法介绍
三、 配线
低频有针脚式和引脚式两种，其配线方法也不 相同（详情参见作业指导书）
低频类变压器制作方法介绍
四、 焊 锡
1. 操作步骤 1.1 将Pin 脚沾适量助焊剂。 1.2 焊锡：将脚插入锡槽，深度如下图所示。 1.3 焊锡后不得有漏焊、虚焊现象且焊锡光亮 2. 注意事项 2.1 焊锡时部间约为2-3秒，如果线包接有保险丝，不可焊得太久 2.2 焊温（作业指导书要求） 2.3 锡温需每隔两个小时测试并记录
变压器材料介绍
三、胶带（Tape）
2.高压测试：在测试条件AC4.0KV,50Hz 1mA 1min 下，将3圈胶 带均匀缠绕在导电圆棒上，使胶带与圆棒紧密接触，高压表 笔一支接圆棒，另一支接触胶带表面，胶带不击穿。
变压器材料介绍
四、漆包线（WIRE）
1.漆包线是一条铜线（或导体）经由处理将凡立水被覆在铜线 表面，由于凡立水有绝缘功能，此时铜线经由缠绕变成线圈， 即可用于电磁感应的各种应用 2.我们常用的漆包线：直焊性聚氨酯漆包线（QA）、聚酯漆包 线（QZ）、聚胺基甲酸脂漆（UEW）、聚脂瓷漆包线（PEW）等 3.漆包线耐热等级分为：A级（105°C）、E级（120°C）、B 级（130°C）、F级（155°C）、H级（180°C） 4.漆包线常识：2UEW 耐温120°C，可以直接焊锡；而PEW 耐 温155°C，180°C，焊锡时须脱漆皮
2.1 一层密绕：布线只占一层，紧密的线与线间没有空隙，整 齐不可交叉堆积(如图6.1)
高频变压器制作方法
2.2 均等绕：在绕线范围内以相等的间隔进行绕线；间隔误差在20% 以内算合格(如图6.2)
2.3 多层密绕：在一个绕组一层无法绕完，必须绕至第二层或二层以 上
低频类变压器制作方法介绍
三、 配线
低频有针脚式和引脚式两种，其配线方法也不 相同（详情参见作业指导书）
低频类变压器制作方法介绍
四、 焊 锡
1. 操作步骤 1.1 将Pin 脚沾适量助焊剂。 1.2 焊锡：将脚插入锡槽，深度如下图所示。 1.3 焊锡后不得有漏焊、虚焊现象且焊锡光亮 2. 注意事项 2.1 焊锡时部间约为2-3秒，如果线包接有保险丝，不可焊得太久 2.2 焊温（作业指导书要求） 2.3 锡温需每隔两个小时测试并记录
变压器材料介绍
三、胶带（Tape）
2.高压测试：在测试条件AC4.0KV,50Hz 1mA 1min 下，将3圈胶 带均匀缠绕在导电圆棒上，使胶带与圆棒紧密接触，高压表 笔一支接圆棒，另一支接触胶带表面，胶带不击穿。
变压器材料介绍
四、漆包线（WIRE）
1.漆包线是一条铜线（或导体）经由处理将凡立水被覆在铜线 表面，由于凡立水有绝缘功能，此时铜线经由缠绕变成线圈， 即可用于电磁感应的各种应用 2.我们常用的漆包线：直焊性聚氨酯漆包线（QA）、聚酯漆包 线（QZ）、聚胺基甲酸脂漆（UEW）、聚脂瓷漆包线（PEW）等 3.漆包线耐热等级分为：A级（105°C）、E级（120°C）、B 级（130°C）、F级（155°C）、H级（180°C） 4.漆包线常识：2UEW 耐温120°C，可以直接焊锡；而PEW 耐 温155°C，180°C，焊锡时须脱漆皮
关于变压器的基础知识
13、变压器调压有哪几种？变压器分接头为何多在高压侧？ 变压器调压方式有有载调压和无载调压两种：有载调压是指变压器在运行中可 以调节其分接头位置，从而改变变压器变比，以实现调压目的。有载调压变压 器中又有线端调压和中性点调压二种方式，即变压器分接头在高压绕组线端侧 或在高压绕组中性点侧之区别。 分接头在中性点侧可降低变压器抽头的绝缘水平，有明显的优越性，但要求变 压器运行时其中性点必须直接接地。无载调压是指变压器在停电、检修情况下 进行调节变压器分接头位置，从而改变变压器变比，以实现调压目的。 变压器分接头一般都从高压侧抽头，其主要是考虑： (1)变压器高压绕组一般在外侧，抽头引出连接方便； (2)高压侧电流小些，引出线和分头开关的载流部分导体截面小些，接触不良 的影响好解决。原理上，抽头在哪一侧都可以，要进行经济技术比较，如 500kV大型降压变压器抽头是从220kV侧抽出的，而500kV侧是固定的。
14、什么是变压器的过励磁？变压器的过励磁是怎样产生的？ 当变压器在电压升高或频率下降时都将造成工作磁通密度增加，变压器的铁芯 饱和称为变压器过励磁。 电力系统因事故解列后，部分系统的甩负荷过电压、铁磁谐振过电压、变压器 分接头连接调整不当、长线路末端带空载变压器或其他误操作、发电机频率未 到额定值过早增加励磁电流、发电机自励磁等情况都可能产生较高的电压引起 变压器过励磁。
3、变压器在运行中有哪些损失?怎样减少损失? 变压器运行中的损失包括两部分： (1)是由铁芯引起的，当线圈通电后，由于磁力线是交变的，引起铁芯中涡流 和磁滞损耗，这种损耗统称铁损。 (2)是线圈自身的电阻引起的，当变压器初级线圈和次级线圈有电流通过时， 就要产生电能损失，这种损失叫铜损。铁损与铜损的和就是变压器损失，这些 损失与变压器容量、电压和设备利用率有关。 因此，在选用变压器时，应尽量使设备容量和实际使用量一致，以提高设备利 用率，注意不要使变压器轻载运行。
常见变压器及参数一览表
常见变压器及参数一览表
变压器参数解析
1. 变压器型号：每种变压器型号都对应着一定的额定容量、频率、额定电压和额定电流。
在表格中列出了常见的变压器型号。
2. 额定容量：变压器的额定容量是指其正常工作状态下能够传输的最大功率。
常见的额定容量包括100KVA、200KVA和
300KVA等。
3. 频率：变压器的频率是指电压周期性变化的次数。
在电力系统中，通常使用50Hz的频率。
4. 额定电压：变压器的额定电压是指其主次绕组所设计的最高
工作电压。
在表格中列出了常见的额定电压为380V。
5. 额定电流：变压器的额定电流是指在额定容量和额定电压下，变压器的最大工作电流。
在表格中列出了相应的额定电流。
6. 空载损耗：变压器在空载状态下的损耗。
空载损耗主要由铁
芯的磁滞损耗和变压器线圈的铜损耗组成。
7. 短路损耗：变压器在短路状态下的损耗。
短路损耗主要由变
压器线圈的漏耗和铁芯的涡流损耗组成。
结论
以上仅为常见变压器型号及其参数的一部分，不同型号的变压
器可能具有不同的参数。
在选用变压器时，需要根据具体需求和使
用场景来选择合适的型号和参数。
变 压 器
3、双击原理图元件库文档图标，就可以进入原 理图元件库编辑工作界面，如下图所示。
二、 元件库编辑器界面简介
原理图元件库编辑器界面主要由元件管理器 、主工具栏、菜单、常用工具栏、编辑区等组成 。
在编辑区有一个十字坐标轴，将元件编辑区 划分为四个象限。象限的定义和数学上的定义相 同，即右上角为第一家限，左上角为第二象限， 左下角为第三象限，右下角为第四象限，一般我 们在第四象限进行元件的编辑工作。
• (1)空载运行及电压比一次绕组接交流电源，二次绕组开路的运行方 式称为空载运行，如图3一2所示。此时，一次绕组的电流i01称为励磁 电流，由于im是按正弦规律变化的，因此由它在铁芯中产生的磁通中 也是按正弦规律变化的，在交变磁通中的作用下，在一、二次绕组中 分别产生感应电动势e1、e2
•设
，则可根据电磁感应定律计算出
上一页 下一页 返回
第二节 单相变压器
• 解 已知U1= 220V ,U2=22V,戈=2 100匝 • 所以 •又 • 所以
上一页 下一页 返回
第二节 单相变压器
• 例3一2某晶体管收音机输出变压器的一次绕组匝数N1= 230匝，二次 绕组匝数N2 = 80匝，原来配有阻抗为8Ω的扬声器，现在要改接为4Ω 的扬声器，问输出变压器二次绕组的匝数应如何变动(一次绕组匝数 不变)。
• 解设输出变压器二次绕组变动后的匝数为N'2 • 当R'L= 4Ω时
• 根据题意Ri=R'i，即
上一页 下一页 返回
第二节 单相变压器
• 2.额定值 • (1)额定电压U1N和U2N(V)额定电压U1N是指根据变压器的绝缘强度
和允许发热而规定的一次绕组的正常工作电压。额定电压U2N是指一 次绕组加额定电压时，二次绕组的开路电压。 • (2)额定电流I1N和I2N(A)指根据变压器的允许发热条件而规定的绕组长 期允许通过的最大电流值。 • (3)额定容量SN ( VA)指变压器在额定工作状态下，二次绕组的视 在功率。忽略损耗时，额定容量 • 二、单相变压器的同名端及其判断 • 所谓同名端是指在同一交变磁通的作用下，两个绕组上所产生的感 应电压瞬时极性始终相同的端子，同名端又称同极性端，常以“*” 或“·”标记。判断同名端可根据如下方法:
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
变压器 (Transformer) 1.变压器线圈的基本电磁关系 i + – u e
– +
载流回路 中的电流 i
安培环路定律
B和H的关系
H dl i
磁场强度H
磁感应强度 B
磁通的定义
int
u和e的关系
电磁感应定律
Φ B dS
感应电压u
di u L dt
电动势e
dΨ e dt
理想变压器的实际应用一：
I1
+
n:1
* *
I2
+
U1
–
U2
–
nU U 1 2
电压互感器(PT，TV) VCVS
1I I 1 n 2
电流互感器(CT，TA) CCCS
理想变压器的实际应用二 ——
电话机是如何实现听说独立的？
RL
+
U s
Rin
–
现代的电话中用Op Amp构成的 同相比例放大器来实现该功能。
–
U1
–
1 1 10 50 2 Ω
2
o 10 0 1 10 o U1 0 V 1 1/ 2 2 3 10 U U
2
1
33.330o V
方法3：戴维南等效
I1 1
+ +
1 : 10
I2
+
: 求U oc
100 V
o
U1
2
π N1max sin t 2 j4.44f N1max
同理
U1 4.44 f N1max
U1 N 1 U2 N2
U2 4.44 f N 2max
实际情况类似。 升压变压器
降压变压器
N1 N 2 N1 N 2
2. 变压器的作用
+ u1 i1
例5
已知电源内阻RS=1k，负载电阻RL=10。为使 RL上获得最大功率，求理想变压器的变比n。
RS + n:1
**
RS +
RL uS n2RL
uS – 当 n2RL=RS时匹配，即 10n2=1000 n2=100， n=10 .
–
例6
求U2 .
+
I1 1
100 V
o
1 : 10
+ * * +
I2
U2
–
U1
– –
50
方法1：列方程 U 1 100 o 1 I 1 U2 0 解得 50 I 2 1 U1 U2 10 10I I 1 2
U 2 33.330 o V
方法2：阻抗变换 I1 1
+
+
100 o V
j L1
全耦合时:
U L1 M 1 U 2 M L2 L1 N 1 n L2 N 2
M L1 L2 , k 1
n称为变比
从磁通分析: 1 i1
22
11
N1
N2
i2
2
u2 2'
d1 d 2 u1 N1 , u2 N 2 dt dt
u1
1'
1 2 11 22
i2
+ u2 -
• 交流变压、变流
• 传送功率 • 电隔离 • 阻抗匹配
3. 变压器的分类 i1 + u1
空气 B H 0
i2
+ u2 -
硅钢片、铁氧体、非晶合金
物理量之间关系简单， 容易分析。 空心变压器 相同体积下 容量大 铁心变压器 B-H间非线性 相同电流产生的B大。
4. 空心变压器
原边等效电路
(M )2 ω2 M 2 ω2 M 2 R22 ω2 M 2 X 22 Zl 2 j 2 Rl jX l 2 2 Z 22 R22 jX 22 R22 X 22 R22 X 22
副边对原边 的引入阻抗
引入 电阻
引入 电抗
负号反映了副边的感性阻抗 反映到原边为一个容性阻抗
4 4 (10 j10) ZX j10 j10 10 j10 200 0.2 j0.2 j10 0.2 j9.8 Ω 2 （ 20 ） Rl 10 W 此时负载获得的功率：P PR引 10 10 2
实际是最佳匹配：
*, Z l Z 11
(b) 功率性质
理想变压器的特性方程为代数关系，因此无记忆作用。 i1 i2 n:1 u1 nu2 + +
i1 1 i 2 n
*
*
u1
–
u2
–
1 p u1 i1 u2 i 2 u1 i1 u1 ( ni1 ) 0 n
由此可以看出，理想变压器既不储能，也不耗能， 在电路中只起传递信号和能量的作用。
I12R1 消耗在原边； I12Rl 消耗在副边。
实现了功率的传送。
例4 已知 US=20 V , 原边引入阻抗 Zl=10–j10。 求: ZX 并求负载获得的有功功率。
10
j2 10+j10
I2
US
+ –
j10
* * j10
ZX
US
+ –
Zl=10–j10
2 2 ω M 4 10 j10 解： Z l Z 22 Z X j10
– –
* *
0, I 0 I 2 1
10U 10U U oc 1 S 1000 o V
U oc
–
求R0： 1
1 : 10
* *
R0
R0=1021=100
戴维南等效电路： 100
+ +
1000 V
o
50
–
U2
–
o 100 0 o U 50 33 . 33 0 V 2 100 50
二—四线转换 听电话
两个感应电压增强
RL
*
*
RL
* + –
*
* *
R’ Rin
U out
–
+
R’
U s
Rin
讲电话
RL
* + –
* *
R’
U s
Rin
两个感应电压抵消
Rout
返回目录
I1
US (M ) 2 Z11 Z 22
Z in
US I1
(M )2 Z11 Z 22
j M I 1 I 2 Z 22
I1
R1
j M * *
I1
R2
Z11
US
+ –
j L1
I2
j L2 Z=R+jX
US
+ –
(ω M )2 Z 22
I1
R1 j L1
j M * *
I1
R2
Z11
US
+ –
I2
j L2 Z=R+jX
US
+ –
(ωM )2 Z 22
原边回路总阻抗：Z11=R1+j L1
原边等效电路
副边回路总阻抗：Z22=(R2+R)+j( L2+X) = R22+j L22
Z11I 1 - jM I 2 U S jM I 1 Z 22 I 2 0
磁链
磁通
磁链的定义 Ψ N
原边绕组 一次绕组 + u1 e1 N1匝 - +
能量
i1
i2
max sin t
- + 副边绕组 e2 u2 二次绕组 + N2匝
dΨ 1 d u1 e1 N1 N1max cos t dt dt
U1 j
N1 max
u1 N 1 u2 N 2
n
U1 j L 1 I1 j M I2
jM I U U U j M 1 2 1 1 1I I I 1 2 2 jL1 jL1 jL1 jL1 n
全耦合变压器的电压、 电流关系：
nU U 1 2
U 1 1 I1 I2 jL1 n
6. 理想变压器 (ideal transformer) 1 u1 1' N1
i1
22
i2
2 u2 2' 全耦合 变压器
nU U 1 2
U 1 1I I 1 2 jL1 n
11
N2
当L1 , M, L2 ，L1/L2 比值不变 (磁导率m ) , 则有
0, 即副边开路 当I , Z in Z11 2
I1
R1
j M * *
R2
I1
I2
Z11
US
+ –
j L1
j L2
Z=R+jX
US
+ –
(ωM )2 Z 22
从能量角度来说 :
原边等效电路
ω2 M 2 R22 Rl 2 0 2 R22 X 22
– +
载流回路 中的电流 i
安培环路定律
B和H的关系
H dl i
磁场强度H
磁感应强度 B
磁通的定义
int
u和e的关系
电磁感应定律
Φ B dS
感应电压u
di u L dt
电动势e
dΨ e dt
理想变压器的实际应用一：
I1
+
n:1
* *
I2
+
U1
–
U2
–
nU U 1 2
电压互感器(PT，TV) VCVS
1I I 1 n 2
电流互感器(CT，TA) CCCS
理想变压器的实际应用二 ——
电话机是如何实现听说独立的？
RL
+
U s
Rin
–
现代的电话中用Op Amp构成的 同相比例放大器来实现该功能。
–
U1
–
1 1 10 50 2 Ω
2
o 10 0 1 10 o U1 0 V 1 1/ 2 2 3 10 U U
2
1
33.330o V
方法3：戴维南等效
I1 1
+ +
1 : 10
I2
+
: 求U oc
100 V
o
U1
2
π N1max sin t 2 j4.44f N1max
同理
U1 4.44 f N1max
U1 N 1 U2 N2
U2 4.44 f N 2max
实际情况类似。 升压变压器
降压变压器
N1 N 2 N1 N 2
2. 变压器的作用
+ u1 i1
例5
已知电源内阻RS=1k，负载电阻RL=10。为使 RL上获得最大功率，求理想变压器的变比n。
RS + n:1
**
RS +
RL uS n2RL
uS – 当 n2RL=RS时匹配，即 10n2=1000 n2=100， n=10 .
–
例6
求U2 .
+
I1 1
100 V
o
1 : 10
+ * * +
I2
U2
–
U1
– –
50
方法1：列方程 U 1 100 o 1 I 1 U2 0 解得 50 I 2 1 U1 U2 10 10I I 1 2
U 2 33.330 o V
方法2：阻抗变换 I1 1
+
+
100 o V
j L1
全耦合时:
U L1 M 1 U 2 M L2 L1 N 1 n L2 N 2
M L1 L2 , k 1
n称为变比
从磁通分析: 1 i1
22
11
N1
N2
i2
2
u2 2'
d1 d 2 u1 N1 , u2 N 2 dt dt
u1
1'
1 2 11 22
i2
+ u2 -
• 交流变压、变流
• 传送功率 • 电隔离 • 阻抗匹配
3. 变压器的分类 i1 + u1
空气 B H 0
i2
+ u2 -
硅钢片、铁氧体、非晶合金
物理量之间关系简单， 容易分析。 空心变压器 相同体积下 容量大 铁心变压器 B-H间非线性 相同电流产生的B大。
4. 空心变压器
原边等效电路
(M )2 ω2 M 2 ω2 M 2 R22 ω2 M 2 X 22 Zl 2 j 2 Rl jX l 2 2 Z 22 R22 jX 22 R22 X 22 R22 X 22
副边对原边 的引入阻抗
引入 电阻
引入 电抗
负号反映了副边的感性阻抗 反映到原边为一个容性阻抗
4 4 (10 j10) ZX j10 j10 10 j10 200 0.2 j0.2 j10 0.2 j9.8 Ω 2 （ 20 ） Rl 10 W 此时负载获得的功率：P PR引 10 10 2
实际是最佳匹配：
*, Z l Z 11
(b) 功率性质
理想变压器的特性方程为代数关系，因此无记忆作用。 i1 i2 n:1 u1 nu2 + +
i1 1 i 2 n
*
*
u1
–
u2
–
1 p u1 i1 u2 i 2 u1 i1 u1 ( ni1 ) 0 n
由此可以看出，理想变压器既不储能，也不耗能， 在电路中只起传递信号和能量的作用。
I12R1 消耗在原边； I12Rl 消耗在副边。
实现了功率的传送。
例4 已知 US=20 V , 原边引入阻抗 Zl=10–j10。 求: ZX 并求负载获得的有功功率。
10
j2 10+j10
I2
US
+ –
j10
* * j10
ZX
US
+ –
Zl=10–j10
2 2 ω M 4 10 j10 解： Z l Z 22 Z X j10
– –
* *
0, I 0 I 2 1
10U 10U U oc 1 S 1000 o V
U oc
–
求R0： 1
1 : 10
* *
R0
R0=1021=100
戴维南等效电路： 100
+ +
1000 V
o
50
–
U2
–
o 100 0 o U 50 33 . 33 0 V 2 100 50
二—四线转换 听电话
两个感应电压增强
RL
*
*
RL
* + –
*
* *
R’ Rin
U out
–
+
R’
U s
Rin
讲电话
RL
* + –
* *
R’
U s
Rin
两个感应电压抵消
Rout
返回目录
I1
US (M ) 2 Z11 Z 22
Z in
US I1
(M )2 Z11 Z 22
j M I 1 I 2 Z 22
I1
R1
j M * *
I1
R2
Z11
US
+ –
j L1
I2
j L2 Z=R+jX
US
+ –
(ω M )2 Z 22
I1
R1 j L1
j M * *
I1
R2
Z11
US
+ –
I2
j L2 Z=R+jX
US
+ –
(ωM )2 Z 22
原边回路总阻抗：Z11=R1+j L1
原边等效电路
副边回路总阻抗：Z22=(R2+R)+j( L2+X) = R22+j L22
Z11I 1 - jM I 2 U S jM I 1 Z 22 I 2 0
磁链
磁通
磁链的定义 Ψ N
原边绕组 一次绕组 + u1 e1 N1匝 - +
能量
i1
i2
max sin t
- + 副边绕组 e2 u2 二次绕组 + N2匝
dΨ 1 d u1 e1 N1 N1max cos t dt dt
U1 j
N1 max
u1 N 1 u2 N 2
n
U1 j L 1 I1 j M I2
jM I U U U j M 1 2 1 1 1I I I 1 2 2 jL1 jL1 jL1 jL1 n
全耦合变压器的电压、 电流关系：
nU U 1 2
U 1 1 I1 I2 jL1 n
6. 理想变压器 (ideal transformer) 1 u1 1' N1
i1
22
i2
2 u2 2' 全耦合 变压器
nU U 1 2
U 1 1I I 1 2 jL1 n
11
N2
当L1 , M, L2 ，L1/L2 比值不变 (磁导率m ) , 则有
0, 即副边开路 当I , Z in Z11 2
I1
R1
j M * *
R2
I1
I2
Z11
US
+ –
j L1
j L2
Z=R+jX
US
+ –
(ωM )2 Z 22
从能量角度来说 :
原边等效电路
ω2 M 2 R22 Rl 2 0 2 R22 X 22