变压器的用途和构造

变压器的用途和构造 变压器的用途和构造,颇名思义,就是改变电压的电器。它是将某一电压的交流电变换成频率捕同的另一电压的交流电的一种能量变按装置。凡是应用交流电的场合儿乎都离不开它。在电力系统巾,瘦压器可以用来升高或降低交流电压。在传输电能时,如果输送电能是一定的,则升高电压可以减小输送电流,这样小仅能谬减小输电线的截面积、节省材料,还可以降低输电线路r的功率损耗。在用电时,佴用变压器降低电压以便适合电气设备额定电压的要求并保证人身安全。在电于线路贴片钽电容中,变压器除作为电源变压器外,还可州来传递交流信号和实现阻抗变耍。变压器的构造主要南绕组和铁心组成如图7 10(a)、(”所示。嘲7 10(c)所示的卷片式铁心由长条冷轧硅钢片卷戚,经热处理后锯成两半使用,故使用7^便。周7.]0变压器结构(a)壳式变比器.(b)0式业压器,(c)卷片式铁心变压器的种类较多=按使用电源相数分类,一般可分为单相和=捕变压器;如按用途分类,町分为电力变压器、自耦谢压变压器和仪用互感器等。尽管变压器的相数和用途不尽下H同,但足它们的基本结构和工作原理是相似的。图7。il是油浸式电力变压器的卦形图。7.3.2变压器的工作原理图7—12为变压器工作原理图。接电源的绕组称为原绕组或一次绕组,其匝数为M;接负载的绕组称为副绕组或二次绕组,其匝数为Ⅳ2。凉绕组由电源输人功率,副绕组向负载输出功率。7 3 2 l空载运行和电压变换当开关S,闭合,原绕组接通交流电源,而开关S:断开,副绕组术接鱼载时,韭压器就处于空载运行状态。此时副绕组中电流z: =O,原绕组中电流L“-t.。称为空载电流(又称激碰电流)。由原绕组磁动势Ⅳ,‘。。产生的磁通绝大部分经铁心而闭合,这部分磁通称为主磁通,用中表示。主磁通是交变的,它分别在原、副绕组中感应出电动势e.和e。此外,还有很小一部分磁通且穿过部分铁心经空气而闭合,它只与原绕组交链,称为漏磁通,用币。表示。中。只在原绕组中产生漏磁电动势e."原副绕组各电量的正方向和磁通正方T491B336K006AT向如图7.iZ所示。变压器空载运行时与交流铁心线圈电路情况相同,原绕组电路电压方程式为警(一,)这表叭变慷器町蹦通过改变原、副绕组的匝数,实现电压变换。即当电源电压U -定时,只要改变匝数比女,就可以得到不同的输卅电压址,以满足负救刈电压数值的求。与交流铁心线同…样,空载电流“取次十已所产生的主磁通最大值中。和碰踏的县体条件。山于变压器磁路中气隙很小,在额定工作状态下,磁路尚未饱和,凼此很小,约为娘绕组额定电流的3c - 8c/e。此叫变压器的输入功率主要消耗于铁损,岬,’i=￡-,o .OSW.O -ph (7—32) 7 3 2 2女载运行和电流变换在I珂7—12的变压器电路中,气闭合,原绕组加额定电压“,;同时S:闭合,副绕组与负载接通,此时变压器就处丁负载运行状态。这时副绕组电路杜c:的作』H下产生 b,。:的大小和相位取决于负载及其性质。,。此瑚时原绕组电流也从z.。增Ⅲ为。。。副绕组输出功率增加,原绕组的输入功率也相应增加。变压擗负载运行时,原绕组中的电流为。,,其磁动势为啊。.;剐绕组中的电流为c:,其磁动势为性q,根据田7一12变压器原、副绕组巾的电流。和。:的正力向,原副绕组的磁动势的代数式足相加的关系,即负载运行叫,变压器铁心中的1:磁通毋是由合成磁势(眠‘。+Ⅳ。b)产生的,根据式(7 26) O', -E _4 440,中.叮知,当厂和Ⅳ,同定不变时,如果电源电压U不变,吒,也基本不变。世就是说,加负载后,由合成磁势产生的币.与卒载TDK电感时只山Ⅳ。的基小H等,因此c“得当电源电压与内阻一定时,负载功率是负载电阻的函数。川求函数极值的方法可得到功率最大时的负载电阻值;即使警=o,并算得如果实际的负载电阻不能满足匹配条件,则可用变压器进行阻抗匹配,如图7-14(b)所示。式(7-31)、式(7—35)、式(7-36)是铁心变烁器的基本关系式。公式表明,变压器小仅町以变换电压和电流,也可以变换阻抗,以使某些电路的负载与电源匹配,使负载获得最大功率。7 3 2 4变压器的外特性在上商的分析中,是以一种既杖有磁路磁阻,义没有变压器本身阻抗的理想变压器模型来推导三个变换公式(7-31)、式(7-35)、式(7 36)的,根据这些公式,当原侧电压有救值U,为常数时,副侧电压有致值址也是常数。其实.实际变压器的磁路磁阻和本身阻抗都不等于零,因此,吡还与电流有关。比如电流越大,变压器本身阻抗的压降越大,U就越小。址随副侧电流有效值‘变化的曲线(见图7一15)称为变压器的外特性。很明显,理想坐压器的外特性是一条水平横线。上篇电工技术例7·3在如图7. 16所wi电路中,已知T491X107K016AT电源电压自效值U - 140 V,内阻月。-9. 8 kn,负载是一个8 n、0 5W的扬声器。求(I)用丁匹配阻抗的输出变压器r的变比丘、变压器原、副两侧的电流、电压以及喇叭消耗的功率.(2)如变压器变比K -28,再求原、副侧电流、电压以及扬声器消耗的功率。圈7.1j坐压器的外特性图7,】6 ~17-3电路邕解: (1)为使阻抗匹配,必须使变压器原侧的等效负载电阻与电源内阻相等,即R', -Rn _9 8 kfl 故按公式(7 36)求得变压器变比为-媸=霹一变压器原、副侧电流和电压分别为卜若最= 140。【K=7 14×35 -250 mA “-‘‘斤’L=7 14×9 8=70 V =等= 70…扬声器消耗的功率为=乩.L _2×250 -500 mW (2)如变压器变比K-28,则变压器原侧的等效负载电阻为R', _Kz RL= (28)2×8=6272 n 此时业压器原、副刨电流和电胜分别为扣慕靛=丽罢:。=s”m 厶=置,.= 28×8 71= 244m^1 “-‘.矗’,=8 7I×6 27= 546 V 巩=等= 54.6一一扬声器消耗的功率为P-%L= 1.95×244 -476 mW^3.3兰相变压器电力系统中的变压器多为三相变压器。其基本结构有两种:种是用三台单相变压器组成.豫痈专一7碰踏和变压器即将二台单相变压器的原、副绕组分别琏接戚星形(丫)或三角形(△)而构成三相变压器组, 如图7.L7所示。另一种是_三捕心式变压器,翦结构如图7.18所示。它的铁b是一个整作,有二个芯柱,每个芯柱上各套着一相原、副绕组,它的三相原、副缴组也可接成星形或三角形。一般大容量的三相变压器均采用第一种结构;丽中小容屉的则常采用第二种结构。三:相变压器的连接方法有星+k/三,f】彤,三角形/堤彤,星彤/星形等多种接法,税具体需要而定。380/220 V配电变压器则常采用二角形/星形(中线接地)的接法。刚7 17二州变压器组(星彤/=伯jeri接)圈7-18一州心武堂压器(^9∥:珀彤连接三相变压器的工作原理与单相变压器相同。单相变压器中的电压和电流变换关系对于三相变压器都是适用的。但要注意变换关系巾的电压和电KEMET钽电容流应为-相变压器的每相绕组的相值,即相电压和相电流;而三相变压器的铭牌数据均为线值,即线电压U.和线电流,、,计算时成进行必要的线、相值变换。7.3.4变压器的技术数据为了合理、正确地使用变压幕,制造厂家给出r一些反映变压器运行条件的技术数据,主要额定电压“。、址、。“,为正常适行时加到原绕组上的最大电压有效值,址。为原绕组加额定电压时副绕组的开路电压有效值。对于三相变压器,郇没有特殊说明,额定电压均指线电压。2)额定电流?、?。变压器连续运行时,原、副绕组允许通过的最大电流有效值。三相变压器“、k均指线电流。“与I2的关系为单相变压器/2. -亡三相变压器则要视原副侧连接组而定。例如:里形/星形连接.三角形/星形连接,I3={。3)额定容量s。。表示在额定电压、额定电流时单相变压器的工作能力,用视在功率表示,s~ -?l,,=址.(7-39) 但在额定电压、额定电流条件下,变压器输出的有功功率P:则取决于负载的功率因数cosp,上篇咀上技术地如m∥半(“.k) COSp:=∽x圯c05f2=S、cu5吼f7-40)只有在(os