变压器的选择与使用

2．电流互感器：用于将大电流（5A以上）变换为小电 流。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。
电流互感器二次侧额定电压为5A。
I1 N2 1 I2 N1 k
使用注意： 副绕组电路不允许开路。 二次绕组开路时，互感器处于空载运行状态，此时 一次绕组中流过的被测电流全部为励磁电流，使铁心 中的磁通急剧增大，造成铁心过热，烧坏绕组。 二次绕组匝数多，将感应出很高的电压，危及测量 人员和设备安全。所以在电流互感器工作时，检修或 拆装电流表或功率表的电流线圈，应先将二次绕组短 路。 铁心和二次绕组的一端必须接地。 二次绕组回路串联的电压表的电流线圈阻抗值不得超 过允许值，以免降低测量精度。
U1 N1 k U2 N2
I1 N 1 2 I2 N1 k
自耦变压器使用应注意：
若电源的输入端有3个接头。它可用于220V和110V的 供电线路，若接错会把调压器烧坏。 接通电源前，应将输出端滑动触点旋至零位，然后接 通电源，逐渐转动手柄，将电压调至所需的数值。 不要把输入、输出端接错。若接反 可能造成电源短路 可造成输出过高的电压
负载运行时 副边带负载后在副边 感应电压的作用下 ， 副边 线圈中有了电流 i2 。 此电 流在磁路中也会产生磁通， 从而影响原边电流i1。 外加 u1 电压、 频率不变时 ， 铁芯 中主磁通的最大值在变压 器空载或有负载运行时基 本不变 。带负载后磁动势 的平衡关系为：
i1
e1
Φ
N1
N2
i2
e2
结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以 变比的平方。
例 有一台降压变压器，原绕组电压为220V，副绕组电 压为110V，原绕组为2200匝，若副绕组接入阻抗值为 10Ω的阻抗，问变压器的变比、副绕组匝数、原绕组中 电流各为多少？ 解
U1 220 2 变压器变比 K U2 110
副绕组匝数 N 2 N1U 2 1 N1 2200 1100匝
U1 K 2
副绕组电流 I U 2 110 11A 2 Z2 10 原绕组电流 I1 N 2 I 2 1 I 2 11 5.5A
N1 K 2
例 扬声器上如何得到最大输出功率 设信号源电压的有效值: Us= 120V 信号源内阻：R0=800Ω;
i
R0
RL
us
负 载 为 扬 声 器 ， 其 等 效 电 阻 信号源 RL=8。
3. 变压器能否用来变换直流电压？如果将变压器 接到与它的额定电压相同的直流电源上，会产生什么 后果？
例：现有三种规格的白织灯：36V/500W，36V/60W， 220V/60W ， 另 有 一 台 额 定 容 量 SN=300V.A 、 电 压 为 220V／36 V的变压器，问： （1）上述三种白织灯中，哪种可以接在该变压器的 二次侧使用？最多能接这种规格的白织灯几个？ （2）此变压器一次绕组的匝数是825匝，求二次绕 组的匝数是多少？ （3）二次侧灯泡点亮时，变压器一次、二次绕组中 的电流各为多少？ 36V/60W， 5个 解：（1） （2） （3） 灯泡点亮时，变压器二次绕组电流
二、变压器的基本结构和工作原理
1． 变压器的基本结构
原线圈
由硅钢 片叠压 而成
副线圈
由铜或铝 导线绕成
接电源
接负载
变压器二次 侧绕组 （副线圈）
变压器一 次侧绕组 （原线圈 ）
闭合铁芯
铁心
磁路/绕组的支撑骨架 电路
绕组(线圈）
变压器是一种能变换电压、变换电流、变换阻抗的“ 静止”电气设备。变压器在传递电能的过程中频率不变。
电流互感器图片
例：用变流比为100/5的电流互感器、变压比为10ＫV/100 V的电压互感器，扩大量程，其电流表读数为2.5 A，电压 表读数为90 V，试求被测电路的电流、电压各为多少？ 解：
N2 100 I1 I 2 Ki I 2 2.5 50A N1 5
N1 10 000 U1 U 2 KuU 2 90 9000 V N2 100
（a）磁分路 （b）串联可变电 抗器
变压器有三只铁心柱，两边是主铁心，
中间是动铁心。变压器的一次绕组绕在一 个主铁心柱上，二次绕组的一部分绕在一 次绕组的外层，一部分绕在另一铁心柱上。
动铁心装在固定铁心中间的螺杆上，
螺杆转动时，活动铁心就沿着螺杆在固定 铁心中间移动从而改变变压器的漏抗。当
铁心处于全部推进位置时，漏磁通增多，
二、仪用互感器
1．电压互感器：用于将高电压（500V以上）变换成低 电压。 电压互感器的一次绕组匝数很多，并联于待测电路 两端；二次绕组匝数较少。
电压互感器二次侧额 定电压为100V。
L1 L2
·N
1
U1 N1 k U 2 N2
使用注意：
N2
·
V
电压互感器的铁心和低压绕组的一端必须接地。若 不接地，万一高、低压绕组之间绝缘损坏，则低压 侧出现高电压； 低压侧不能短路，因为短路电流大会烧坏绕组，因 此应该串熔断器； 电压互感器使用时，二次侧并联阻抗不得太小，否 则影响测量精度。
任务1 认识单相变压器 一、变压器的用途
１．变电压
升压变压器
降压变压器
电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保 证用电安全。
发电厂 10.5kV 升压
输电线 220kV 降压
变电站 10kV 降压
… 降压
实验室 380 / 220V 降压
仪器 36V
2．变电流
3．变阻抗
4．变相位
5．电气隔离
模快一
变压器(transformer)的选择与使用
教学目的：各种变压器的结构、原理、计算、用途 能力目标： • 能计算变压器的各种参数 • 能根据负载要求选择电力变压器 • 能根据负载要求选择特殊变压器 知识目标： • 了解各种变压器的结构 • 熟悉各种变压器的工作原理 • 掌握各种变压器的基本计算 任务1 认识单相变压器
2 2
i
R0
us
RL
信号源
结论：由此例可见经变压器“匹配”后，输出功率增大 了许多。原因是满足了电路中获得最大功率输出的条件 （信号源内、外阻抗相等）。
问题与讨论 1. 为什么变压器的铁心要用硅钢片叠成？用整块 的铁心行不行？
2. 有一台变压器在修理后，铁心出现气隙，这对 于铁心的磁阻、工作磁通以及励磁电流有何影响？
Z
(U1 4.44 f N1Φm )
i1 N1 i2 N 2 i10 N1
原、副边电流关系
i1 N1 i2 N2 i10 N1
由于变压器铁芯材料的磁导率高、空载励磁电流 (i10) 很小，一般不到额定电流的10%，常可忽略 。
I1 N1 I 2 N2 0 I N I N
输出电压随输出电流的增大下降较快；当铁
磁分路电焊变压器铁心及绕组图
心处于全部抽出位置时，漏磁通减少，输
出电压随输出电流的增大而下降较慢，调
节铁心的位置可获得满意的外特性曲线。 焊接电流粗调是靠变换二次绕组接线板上的连接片实现的--改变二次 绕组的匝数;焊接电流的细调节是通过调整动铁心的位置--改变漏抗实现。
1. 将负载与信号源直接相连，得到的输出功率为：
Us PL I RL RL R0 RL 120 2 ( ) 8 0.176(W) 800 8
2 2
2. 将负载通过变压器接到信号源上。 若要信号源输出给负载的功率达到最大，用变压器 进行阻抗变换，通过变压器把负载RL变换为等效电阻 变 压 器 把 负 载 RL 变换为等效电阻 RL
即被测电路的电流为50A，电压为9000 V。
三、电焊变压器
特点：
电焊变压器实质是一台特殊的降压变压器。电弧焊 是靠电弧放电的热量来熔化金属的。
1．电焊变压器在空载时，应有一定的空载电压，通 常U0=60～75V，最高不宜超过85V； 2．负载时电压降至30V，短路时即焊条碰上工件时 的电流ISC也不应过大； 3．为了满足不同焊接要求，焊接电流应在较大范围 内进行调节。
I2 5 P 60 5 8.33A U2 36 N 135 I1 I 2 2 8.33 1.36A 则一次绕组电流 N1 825
实例1： 某机床控制电路电压为48V，控制电路的负载（各 种继电器、接触器）为40W，功率因数0.8。机床电源为 线电压380V，相电压为220V。为满足控制电路的需要， 试选择变压器的电压和功率，并说明接线方式。 备选变压器：BK-200（一次电压380，二次电压 48V，额定容量50VA）； 备选变压器：BK-200（一次电压220，二次电压 48V，额定容量60VA）；
1 1 2 2
变电流
I1 N 2 1 I 2 N1 K
结论：原、副边电流与匝数成反比
原、副边阻抗关系
U 1 从原边等效： Z L I1
变阻抗
U2 ZL I2
u1
i1
N1 N 2
i2
ZL
u2
U1 ( N1 / N 2 )U 2 ZL ( N1 / N 2 )2 Z L K 2 Z L I1 ( N 2 / N1 ) I 2
任务2 特殊变压器、三相变压器的认识与应用
ห้องสมุดไป่ตู้一、自耦变压器
特点：副绕组是原绕组的一部分，原、副压绕组不 但有磁的联系，也有电的联系。
自耦变压器也称为自耦调压器 ，它的最大特点就是可以通过 转动手柄来获得副边所需要的 各种电压。
u1
u2
～
自耦变压器的工作原理和普通双 绕组变压器一样，因此变比相同
u1 u2 自耦变压器的电路图符号
原、副边电压关 系 根据交流磁路的分析可得：
E1 4.44 fN1Φm E2 4.44 fN2Φm
i10
u1 e1 e2
i2
U1 E1 U 20 E2
u20
i2 0 时 u2 u20
变电压
U1 E1 N1 K U 2 E2 N 2
(K为变比)
结论：改变匝数比，就能改变输出电压。
实例2： 某机床控制电路电压为24V，控制电路的负载（各种 继电器、接触器）为20W，功率因数0.8。机床电源为线电 压380V。为满足控制电路的需要，试选择变压器的电压和 功率，并说明接线方式。 备选变压器：BK-30（一次电压380，二次电压24V， 额定容量30VA）； 备选变压器：BK-20（一次电压380，二次电压24V， 额定容量20VA）；
变压器符号
单相变压器 +
i1
Φ
+
i2
u2
–
u1
–
ZL
变压器的电路: 小容量变压器多用高强度漆包线绕制。 大容量变压器可用绝缘铜或铝线绕制。 变压器的磁路: 变压器铁心用高导磁的具有绝缘层的 0.35~0.5mm厚的硅钢片叠成。
2．变压器的工作原理 电磁关系
带负载运行情况一次线圈接交流电源，二次侧线圈接负载。
电焊变压器的外特性曲线
外特性：上图所示为电焊变压器的外特性曲线，其中U0 为空载电压，ISC为短路电流，IN、UN为曲线上任意一点 的焊接电流与电压。从图中可以看出，电压随电流的增 大而迅速下降，即有陡降的外特性。
结构：
为了满足上述条件，电焊变压器必须具有较大的漏 抗， 而且可以进行调节。 U2 E2 I 2 (r2 jX 2 )
+
u1
– N1 N2
+ u2 Z –
变压器的工作原理
空载运行时原边接入电源，副边开路。 接上交流电源u1 原边通过的空载电流为i10
i10 产生工作磁通
Φ= Φmsinωt 感应电动势
dΦ e1 N1 dt
i10
u1 e1
Φ
e2
dΦ e2 N 2 dt
N1
N2
(e, Φ的方向符合右手定则)
任务2
特殊变压器、三相变压器的认识与应用
变压器的分类
电力变压器 (输配电用)
按用途分 仪用变压器 整流变压器 按相数分 三相变压器 单相变压器 壳式 电压互感器 电流互感器
按制造方式
心式
P75.图3-10
变压器的冷却方式: 干式, 油式
小型变压器(单相single-phase)
电力变压器(三相three-phase)
N1
R0
N2
i1
i2
RL
RL R0 800
N1 变压器变比 K N2
us
RL RL
u2 RL
800 10 8
输出功率为：
US P RL R0 RL 120 800 4.5(W) 800 800