变压器基本原理及应用介绍

变压器基本原理及应用介绍

1.1基本要求

1．了解变压器的基本构造、工作原理、铭牌数据和外特性。 2．掌握变压器的三个变换功能及其用途。 3．理解阻抗匹配的意义。 1.2基本内容 1． 变压器主要由铁心、原绕组（一次绕组）和副绕组（二次绕组）组成。铁心构成磁路，原绕组

和副绕组（副边开路时仅原绕组）产生的磁通由磁路闭合而实现能量或信号的传递。 2．变压器的功能可由三个变换来表述： 电压变换──主要用途是电源升降压。原绕组电压与副绕组电压的比值近似为原绕组匝数与副绕

组匝数的比值称为变比，即：1

12

2

U N U N k =

=

电流变换──主要用途是电流互感器。原绕组电流与副绕组电流的比值近似为变比的倒数，即：

122

1

1

I N I N k =

=

阻抗变换──主要用途是电路耦合及阻抗匹配。副绕组的负载阻抗Z 折合到原绕组（电源）端

可表示为该阻抗与变比平方的乘积，即：2k Z Z '=

3．变压器铭牌数据通常包括：

①一次侧额定电压1N U 和二次侧额定电压N U 2 ②一次侧额定电流N I 1和二次侧额定电流N I 2 ③额定容量N S

变压器的额定容量之所以用视在功率N S 表示是因为变压器输出的有功功率与负载的功率因数有关。例如在额定电压和额定电流下，负载的功率因数为1时，kVA 100的变压器可输出kW 100的功率，而当负载的功率因数5.0时则只能输出kW 50的功率。

4．变压器阻抗变换的一个重要用途是实现阻抗匹配，即采用不同的匝数比将负载阻抗变换为所需要的、比较合适的数值，这通常可以使负载从信号源或电源获得最大的信号幅度或功率值。 1.3重点和难点

1. 变压器是按照电磁感应原理来实现电能转换的，当变压器的输入端接直流电源时，副边将无

法产生感应电势，因此变压器不能用于直流场合。

2. 变压器的额定容量和输出功率通常是分相等的，它们的表达式分别是：

22112222

()cos N N N N N N N S U I U I V A P U I ϕ=≈=

2N 2P S cos ϕ=

即：式中2cos ϕ为负载的功率因数，上式表达的变压器的输出与负载的功率因数有关。

1.4例题与习题 1.1.1 例题

例4-1. 电源变压器一次侧额定电压为220V ，二次侧有两个绕组，额定电压和额定电流分别为450V 、0.5A 和110V 、2A 。求一次侧的额定电流和容量。

解：根据变压器容量的定义可知 N S =450×0.5+110×2=445V A

一次侧额定电流：

445

2.02()220

A ≈ 例4-2在图4―1所示的电路中，已知V E 24=,80=o R Ω,Ω=5L R ,求： ⑴当测得负载两端电压V U 4.22=时的变比k ； ⑵负载获得的最大输出功率（阻抗匹配）时的变比k ； ⑶负载获得的最大功率值。 解：⑴ 21kU U = 又 E R k R R k U L

o L 2

21+=

所以

22

2kU E R k R R k L

o L =+

即 k k

k 4.258012022

=+ 整理得 016102

=+-k k

解得 ,21=k 82=k

如欲使一次侧电流较小，取82==k k ，否则取21==k k 。 ⑵此时应使 o L R R k =2

故 45

80===

L o

R R k ⑶ 8.180********

22

20

=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=L L R k R k R E P (W) 例4-3 某电源电压器如题图4-2所示。

（1）由三个副绕组能得出多少种输出电压？

（2）试分别画出能得到2V 和5V 的电路接线图。 解：

为分析方便，把题图4-2原电路中三个副绕组的排列改画成如附加图4-2（a ）中所示。

图4―1