第四章 变压器
变压器基础知识培训

k2 Z
I1
N2 N1
I2
N2
I2
∴变压器具有阻抗变换作用,常用在电子线路中进
行阻抗匹配。 通常可令:kZ=k2 , kZ称为变压器阻抗变比。
变压器的功能
变压器功能有四个: ①. 电压变换的功能; ②. 电流变换的功能; ③. 阻抗变换的功能;
此外(双绕组变压器)还有: ④. 电气隔离的功能。
电气隔离功能,可保证必要的安全。
两个线圈中有两个端子为同名端,则另外两个端子 之间也是同名端;而1-4或2-3则称为“异名端”或“异 极性端”。所以说,线圈同名端的标记不是唯一的。
同名端的判别(交流法)
l交流法:
交流法接线如右图所示。电 压表两端电压 V = U1 -U2。
若1、3为同名端,因为U1、 U2 同相位,则V < U1 ;
电压平衡方程
原边电压平衡方程根据基尔霍夫电压定律直接列 出:Ėσ1 = - j İ1Xσ1 —— 满足电磁感应定律
绕组电势Ė1不采用电 抗表示是因为带铁心线圈 的电抗为非线性的,不是 常数,只有进行小范围线 性处理后才能采用电抗X1 表示。
小范围线性处理:在工 作点附近进行。
注意:电势此时的性质是被当作电压降处理(电抗压降)。
目录
第一章 变压器的应用与结构 第二章 变压器的基本工作原理 第三章 三相电压的变换 第四章 特殊变压器
变压器的概述
为了供电、输电、配电的需要,就必须使用一种电气设
备把发电厂内交流发电机发出的交流电压变换成不同等级的 电压。这种电气设备就是变压器。
变压器是在法拉第电磁感应原理的基础上设计制造的一
磁势平衡方程
注意:因为变压器对电流的变换作用,磁势平衡方程 实际上就是电流平衡方程。若令电流İ′1= -(N1/N2)İ2 则:İ1=İ0+İ′1 —— 就是电流的平衡方程。
第四章 三绕组变压器自耦变压器

•1 •
= −U za + I 1a ⋅ Z ka
( ) Z ka = Z Aa + ka −1 2 Z ax ——自耦变压器的短路阻抗
4、等值电路
图 4-3 自耦变压器的简化等效电路
3.容量关系及功率的传递 普通双绕组变压器的一次、二次绕组之间只有磁的联系而没有电的联系,功率的传递全靠电磁
感应。所以变压器的额定容量就是指绕组的额定容量。 自耦变压器则不同,一次、二次绕组之间除磁的联系外还有电的联系,从原边到副边的功率传
=1+ k
k = W1 ——双绕组变压器的变化。 W2
b.磁势分析及电流关系。
( ) •
•
•
I 1a ω1 + I 2 ω2 = I m ω1 + ω2
∵电源供给了渐强电流流经的匝数为W1+W2,节点电流方程:I2=I1a+I2a
把I2代入磁势平衡方程式
( ) ( ) •
•
•
I 1a ω1 + ω2 + I 2a ω2 = I m ω1 + ω2
等效电路:
Z
1 2
=
r21
+
jx12
Z
1 3
=
r31
+
jx31
图 4-1 三绕组变压器的简化等效电路
与双绕组变压器不同的是等效电路中的 x1 , x2' , x3' ,不代表各绕组的漏抗,而是等效电抗,
它对应自漏磁通和互漏磁通。 三个绕组的容量可以不等。其额定容量指最大一个绕组合的容量。三绕组变压器负载运行时,
( ) •
•
•
= −ka E 2 + I 1a Z Aa + 1 − ka I 1a Z ax
第4章 变压器思考题及答案

第4章思考题及答案4-1 变压器能否对直流电压进行变换?答:不能。
变压器的基本工作原理是电磁感应原理,如果变压器一次绕组外接直流电压,则在变压器一次绕组会建立恒定不变的直流电流i1,则根据F1= i1N1,我们知道直流电流i1会建立直流磁动势F1,该直流磁动势F1就不会在铁芯中产生交变的磁通,也就不会在二次绕组中产生感应电动势,故不会在负载侧有电压输出。
4-2变压器铁芯的主要作用是什么?其结构特点怎样?答:变压器铁芯的作用是为变压器正常工作时提供磁路,为变压器交变主磁通提供流通回路。
为了减小磁阻,一般变压器的铁芯都是由硅钢片叠成的,硅钢片的厚度通常是在0.35mm-0.5mm之间,表面涂有绝缘漆。
4-3为分析变压器方便,通常会规定变压器的正方向,本书中正方向是如何规定的?答:变压器正方向的选取可以任意。
正方向规定不同,只影响相应变量在电磁关系中的表达式为正还是为负,并不影响各个变量之间的物理关系。
变压器的一次侧正方向规定符合电动机习惯,将变压器的一次绕组看成是外接交流电源的负载,一次侧的正方向以外接交流电源的正方向为准,即一次侧电路中电流的方向与一次侧绕组感应电动势方向相同;而变压器的二次侧正方向则与一次侧规定刚好相反,符合发电机习惯,将变压器的二次绕组看成是外接负载的电源,二次侧的正方向以二次绕组的感应电动势的正方向为准,即二次侧电路中电流方向与二次侧负载电压方向相同。
感应电动势的正方向和产生感应电动势的磁通正方向符合右手螺旋定理,而磁通的正方向和产生该磁通的电流正方向也符合右手螺旋定理。
各个电压变量的正方向是由高电平指向低电平,各个电动势正方向则由低电平指向高电平。
4-4 变压器空载运行时,为什么功率因数不会很高?答:变压器空载运行时,一次绕组电流就称为空载电流,一般空载电流的大小不会超过额定电流的10%,变压器空载电流∙0I可以分为两个分量:建立主磁通∙mφ所需要的励磁电流∙μI 和由磁通交变造成铁损耗从而使铁芯发热的铁耗电流∙FeI 。
第四章_自耦变压器

例题: 例题: 双绕组变压器容量 s N = 500 KVA 而自耦变压器输出同等容量时的绕组容量 (设计容量或电磁容量)为多少? 设计容量或电磁容量)为多少? 自耦变压器的变比为: 自耦变压器的变比为:k = 1.5 A 自耦变压器设计容量: S NA
1 1 = (1 − ) S N = (1 − ) S N 1.5 KA
1、省料,造价低,外形尺寸小,重量轻 省料,造价低,外形尺寸小,
1 电磁容量: 电磁容量: S M = (1 − ) S NA KA
2、无功、有功损耗小,电压调整率小 无功、有功损耗小,
Z kA
1 = (1 − )Z k KA
R kA
1 = (1 − )Rk KA
,变比太大, k A 一般不超过 2,变比太大,高低压绕组 没有隔离,会不安全的,高压容易窜到低压。 没有隔离,会不安全的,高压容易窜到低压。
& & U2 = E2
& & & & U1 − E1 + I1R1 + jI1 X1 = & & U2 E2
V
二、电压互感器
& & & & U1 − E1 + I1 R1 + jI1 X 1 = & & U2 E2
≈0, 为励磁电流, I2≈0,I1为励磁电流,若
& I 1 ( R1 + jX 1 ) 很小
例题: 例题:同等容量的双绕组变压器和 自耦变压器比较短路电流大小。 自耦变压器比较短路电流大小。
双绕组变压器的 z k = 0.05 ,自耦变压器变比为 k A = 1.5
Z kA
1 = (1 − ) Z k = (1 − 1 ) Z k = 0.33Z k = 0.0165 KA 1.5
牵引变压器容量计算

Ia pI
供电臂B
Ia Ia
1k2p/n p
p 2 2 8 (4 1 2 4 )4 0 2 9 .3 0 .5 7 0 (0 .8 5 5 )
I b 2 p 2 I 2 0 . 5 7 ( 0 . 8 5 5 ) 1 8 1 1 0 3 ( 1 5 5 ) A
1 .0 5 2 0 .5 7 ( 0 .8 5 5 )/3 I b 2 1 0 3 ( 1 5 5 )1 0 .5 7 ( 0 .8 5 5 ) 1 6 5 (2 1 5 )A
➢校核容量的确定
校核容量:根据列车紧密运行时供电臂的有效电流 和充分利用牵引变压器的过载能力,为确保变压器 安全运行所必须的容量。
紧密运行:线路行车中不可避免的短时间高峰运输 紧密运行时行车量,单线按每区段都有一列列车计 算,复线上下行都按每隔8分钟连发列车计算。这 时,在供电分区同时运行的列车数,等于计算出来 的列车数中的最大列车数。
第四章 牵引变压器 容量计算
§4.1 概述
变压器容量计算一般分为三个步骤: 1、根据铁道部任务书中规定的年运量大小和行车
组织的要求确定计算容量,这是为供应牵引负荷 所必须的容量。 2、根据列车紧密运行时供电臂的有效电流和充分 利用牵引变压器的过载能力,计算校核容量,这 是为确保变压器安全运行所必须的容量。 3、根据计算容量和校核容量,再考虑其他因素 (如备用方式等),并按实际变压器系列产品的 规格选定变压器的数量和容量称为安装容量。
④求变压器计算容量、校核容量
计算容量 S 33 U Im a xk t 32 7 .5 1 2 70 .99 4 3 0 k V A
校核容量 S 3 m a x 3 U Im a x (m a x )k t K 3 2 7 .5 1 6 8 0 .91 .3 9 5 9 5 k V A
电工学原理 第4章 变压器

变压器是一种利用磁路传递电能的
设备。也就是说,变压器是利用电磁
感应原理,从一个电路向另一个电路
传递能量或传输信号的电器。
变压器的分类
升压变压器 降压变压器 电力变压器配电变压器 联络变压器 厂用变压器 变压器 整流变压器 1 中频变压器( -8kHz) 高频变压器(几十kHz-几百kHz) 特种变压器 自耦变压器 电炉变压器
S N U 2 N I 2 N U 1N I 1N
三相变压器的额定容量
4. 额定频率fN
S N 3U 2 N I 2 N 3U1N I1N
变压器的工作频率。我国标准的工业用电频率为50Hz。 5.额定效率 N
P2 P2 P1 P2 PF PCu
从空载到额定负载,副边电压的变化程度可用电压变 化率来表示,即 U2
E1m N1m 2fN1m E1 E1m / 2 4.44 fN1m E2 m N 2m 2fN 2m E2 E2 m / 2 4.44 fN2m
电压变换
据基尔霍夫电压定律,对原、副绕组列出端电压 方程式如下: i =i
220 4.44 f ( N1 N 2 ) m
N1 N 2
则穿过铁芯中的主磁通 m 不变,变压器工作 状态不变,所以 U 3 20V 。
I 3NU 3N 1 20 I1 I 2 0.091A U 1N U 2 N 220
(4)应将1、3相联接,2、4相联接,然后接入 110V电源,此时 U 3 20V 。
铜损可通过短路实验测得,铁损可通过空载实验测得。
4.2 变 压 器
变压器的基本结构与工作原理
微特电机第四章旋转变压器

微特电机第四章旋转变压器1.引言旋转变压器是一种特殊类型的变压器,它采用旋转结构来实现变压变比的调节。
与传统的固定变压器相比,旋转变压器具有更大的灵活性和可调节性,可以适应不同负载条件下的电压需求。
本章将介绍微特电机公司研发的一款旋转变压器,包括其工作原理、结构设计、性能参数以及应用领域等内容。
2.工作原理旋转变压器的工作原理基于电磁感应定律和旋转结构的机械转动。
通过调整转子与固定绕组之间的相对位置,可以改变绕组之间的耦合系数,从而实现变压变比的调节。
当转子与绕组之间没有相对运动时,变压器的变比为1:1,即输入电压等于输出电压。
当转子旋转时,绕组之间的耦合系数发生变化,从而实现不同的变比输出。
3.结构设计微特电机的旋转变压器采用了先进的磁力平衡技术和高强度材料制成的磁芯。
磁芯的设计旨在减小磁场漏磁和铁心损耗,提高变压器的效率和性能。
同时,采用了特殊的绕组结构和绝缘材料,确保了电压输出的稳定性和可靠性。
除此之外,旋转变压器还配备了高精度的角度传感器和控制单元,用于实时监测和调节转子位置,保证变压器的稳定工作。
4.性能参数微特电机的旋转变压器具有以下主要性能参数:-额定功率:根据客户需求可定制,通常范围在1kVA到100kVA之间。
-输入电压范围:根据客户需求可定制,通常范围在220V到660V之间。
-输出电压范围:根据客户需求可定制,通常范围在0V到440V之间。
-效率:高达98%,具有较高的能量转换效率。
-变比调节范围:根据客户需求可定制,通常范围在1:1到1:10之间。
-响应时间:微秒级响应速度,适用于需要快速反应的应用场景。
5.应用领域微特电机的旋转变压器广泛应用于各种工业领域,包括:-变频器和电机驱动系统:用于变频器输出电压的稳定调节。
-电力系统:用于电网电压调节和负载均衡控制。
-物流设备和自动化系统:用于包括输送带、起重机和机器人在内的设备的电压供应和控制。
-光伏发电系统:用于光伏逆变器中的电压调节和能量转换。
第四章 旋转变压器

jKu X m 2 cos 2
Zr Z l1 jKu2 X m 2 2 2 2 2 Z X Z Z jK X jK X sin jK X cos u m u m u m s m r l1 2 Zr Z l 2 jKu X m
2 0 jI f Ku X m sin I r1 Zr Zl1 jKu X m
i
正弦输出绕组电流、电压
I r1
Z s Z r Z l1 Z r Z l1 K u2 Z s jK u2 X m cos 2 jX m
K u U f sin
励磁回路电压方程
余弦绕组回路电压方程
K X cos I Z Z jK X 0 jI
2 f u m r2
r
l2
u
m
解得
I f Zs jX m
Ir1
jKu X m 2 sin 2
2 u
U f
Zr Z l1 jK X m Zr Z l 2 jKu2 X m sin jKuU f
第四章 旋转变压器 Resolver
本章内容:
§4-1 概述 §4-2 正余弦旋转变压器的工作原理 §4-3 线性旋转变压器 §4-4 旋转变压器的应用 §4-5 感应移相器
§4-1概述
旋转变压器是自动控制装置中的一类精密控 制微电机。从物理本质看,可以认为是一种可以 旋转的变压器,这种变压器的原、副边绕组分别 放置在定子和转子上。当旋转变压器的原边施加 交流电压励磁时,其副边输出电压将与转子的转 角保持某种严格的函数关系,从而实现角度的检 测、解算或传输等功能。
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Ik
X r1 Ik x1 r2 ’ x2’
x
Uk
pk Uk r = xk =√Zk2-rk2 k 2 Zk= Ik Ik 1 1 rk r1 ≈ r2’= Zk Z1 ≈ Z2’= 2 2 1 x x1 ≈ x2’= 2 k 需转换到75℃时的电阻值(铜线电阻系 数为234.5,铝线电阻系数为228) 234.5+75 rk75℃=rkθ Zk75℃=√rk75℃2+xk2 234.5+θ Uk I1eZk75℃ Δuk= ×100%= ×100% U1e U1e
思考:一台变压器,若误把原边接到直流电源上,其电压 大小与额定电压相同,电流大小将会怎样?
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变压器的空载电流
变压器空载运行时,流经原绕组的空载电流 i0有两个作用:一是 用来建立空载时的主磁通,它不消耗有功功率,仅仅起磁化铁芯的作用, 将此空载电流分量称为磁化电流(又称励磁电流),以im表示;二是用 来克服空载时的变压器损耗,它消耗有功功率,我们认为变压器空载时 的有功损耗就是其铁芯损耗,,将此空载电流分量称为铁耗电流,以 iFe表示。故 i0=im+iFe
e1
e2
a x
W2 u2
dΦ dt
变压器原、副绕组电势之比以及电压 之比都等于原、副绕组匝数之比,只 要改变原、副绕组的匝数,便可到达 改变副绕组输出电压的目的。
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变压器的额定数据
1、额定电压U1e /U2e: U1e为原绕组额定电压,是指在正常运行时原绕
组接线端点间应该接入的电压; U2e为副绕组额定电压,是指原绕组接 入U1e时副绕组端点间的空载电压。
变压器参数的折算
所谓变压器参数的折算,是指在进行定量计算时,将副绕组的匝数 变换成原绕组的匝数,而不改变其电磁本质。折算后,由于原、副绕组 匝数相等,所以主磁通在原、副绕组中的感应电势也相等。这样可将原、 副绕组联成一个等值电路,利用电路的基本定律,可以大大简化变压器 的分析计算。一般都是将副绕组的参数折算到原绕组边。 具体折算公式为: 1 . I2’= I2 k . . Eσ2’= k Eσ2
变压器负载运行时的物理状况
将变压器的原绕组接到交流电源上而副绕组端接上负载时的工作 情况,称为变压器的负载运行。 A I1
. .
Φm
.
U1
.
Eσ1 E1
.
Φσ1
. Φσ2
.
I2
. .
E2 Eσ2 U2 x Eσ1
.
a
.
Zfz
X
W1 W2
U1
.
I1
I2
.
.
F1
F2
.
Φσ1
.
.
.
Φσ2
.
F0
.
Eσ2
.
.
U1
.
I0
.
F0
.
Φm
.
Φσ1
.
. E1 . E2 .
Eσ1
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变压器空载运行时的基本电磁关系
变压器中各电磁量假设正方向的惯例 . . . . E1=-j4.44 f W1 Φm E2=-j4.44 f W2Φm . . . Eσ1=-j4.44 f W1 Φσ1m=-j I0 x1 原绕组电势平衡方程式: . . . . . . . . U1=-( E1+Eσ1 )+I0 r1=-E1+I0 ( r1+j x1 )=-E1+I0 Z1 . . . 可将漏阻抗压降 I0Z1忽略不计,则: U1≈ - E1 . . 副绕组电势平衡方程式: U2= E2 E1 W1 U1 变压器的变压比(简称变比): k = E2 = W2 ≈ U2
第一节 概述
1、变压器的用途
变压器是一种为了实现电能根据输送距离所需的不 同电压等级合理输送而专门改变电压的设备。
2、变压器的简单工作原理
3、变压器的分类:本章所介绍的变压器是电力变压器,
多为三相变压器、双绕组变压器。
4、变压器的ห้องสมุดไป่ตู้构:主要由铁芯、线圈、油箱和绝缘套管
等部分组成,其中铁芯构成磁路,线圈构成电路。
• 思考: • 1、变压器空载运行时,电源送入什么性质 的功率,消耗在哪里? • 2、变压器空载运行时,为什么功率因数很 低?
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变压器空载时的相量图
. . . . 根据: U1=-E1+I0 r1+j I0 x1 . . E1=-j4.44 f W1 Φm . . E2=-j4.44 f W2Φm . . U2= E2
I20
U2
.
.
rm’’
xm’’
W1 k= W ≈ 2
U10 U2
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短路试验
通过变压器的短路试验,可以测定出变压器绕组的铜耗pk和短路 阻抗Zk。短路试验一般在高压边做,将高压绕组接入电源,而低压绕 组直接短路,测量Ik(Ik=I1e),Uk,pk。(以单相为例) A W pk A
W1 W2
a
~
UK
对于三相变压器,上述电压均指线电压。
2、额定电流I1e /I2e: I1e为原绕组额定电流, I2e为副绕组额定电流。
对于三相变压器,上述电流均指线电流。
3、额定容量Se:单相变压器的额定容量为 Se=U1eI1e=U2eI2e
三相变压器的额定容量为 Se= √3 U1eI1e=√3 U2eI2e
4、短路电压(也称阻抗电压)uK% 5、空载电流 I0% 6、空载损耗 p0,也称铜耗,是变压器在空载状态(原绕组加额定电
Zfz’
.
xk=x1+x2’ 为短路电抗
Zk=Z1+Z2’=rk+jxk 为短 路阻抗
变压器的简化等值电路
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第四节 变压器参数的试验测定
通常变压器的参数可以通过空载和短路两个试验测出。
1、空载试验
2、短路试验
3、例题
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空载试验
通过变压器的空载试验,可以测定出变压器的变比k,空载电流I0, 空载损耗p0,以及励磁阻抗Zm。空载试验一般在低压边做,将高压绕 组开路,在低压绕组加入额定频率的低压绕组的额定电压U2e,测量 U2(U2=U2e),U10(高压绕组的开路电压),I20及p0。(以单相为例) A I20 U2e p0 W U2 x a A U1
.
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变压器负载时的电势平衡方程式
原绕组电势平衡方程式: . . . . . . . . U1=-( E1+Eσ1 )+I1 r1=-E1+I1 ( r1+j x1 )=-E1+I1 Z1 . . . 可将漏阻抗压降 I1Z1忽略不计,则: U1≈ - E1 副绕组电势平衡方程式: . . . . . . . . U2= E2+Eσ2 -I2 r2=E2-I2 ( r2+j x2 )=E2-I2 Z2 . . . U2≈ E2 可将副绕组漏阻抗压降 I2Z2忽略不计,则: . . 从负载阻抗Zfz上来看,显然有: U2=I2Zfz E1 W1 U1 变压器的变压比(简称变比): k= E = W ≈ U 2 2 2 返回
0
I2e
I2
变压器在电阻性和电感性负载时, 外特性曲线是下降的,而电容性 负载时可能上翘。当变压器从空 载到满载时,对电阻性负载副边 电压变化较小,而对于电感性和 电容性负载副边电压变化较大。
引入电压变化率的概念: U20 –U2 U20 –U2 Δu= U2e ×100% ≈ U2e ×100%=β( I1erkcosφ2+I1exksinφ2 ) ×100% U1e
W1
0
U2 p0 Z0’’= r0’’= I20 I202 Z0’’=Z2+Zm’’ r0’’=r2+rm’’ 由于r2<<rm’’, Z2<<Zm’’,则: p0 U2 rm’’ ≈ r0’’= Zm’’ ≈ Z0’’= I202 I20 xm’’ =√Zm’’2-rm’’2 需要折算
W2
X
r2
x2
返回
效率特性
变压器的原绕组从电源吸收有功功率P1=U1I1cosφ1,其中 很小部分消耗于原绕组的电阻r1上(I12r1)和铁芯上(I02rm), 分别称为铜耗 pcu1和铁耗 pFe。其余部分通过电磁感应传递给 副绕组,称之为电磁功率Pdc。副绕组获得的电磁功率,减去 副绕组的铜耗 pcu2=I22r2,其余的输出给负载。
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第五节 变压器的运行特性
1、外特性 2、效率特性 3、例题
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外特性
在原绕组上外加电压和副绕组的负载功率因数cosφ2不变 时,副边端电压U2随负载电流变化I2的规律,称之为变压器 的外特性,即U2=f ( I2 )。
U2 U2e
电容性负载
电阻性负载 电感性负载
.
E2’= k E2 r2’= k2 r2
.
.
折算后变压器负载运行 的基本方程组为:
x2’= k2 x2
U2’= k U2
.
.
Z2’= k2 Z2
Zfz’= k2 Zfz
. . . U1= -E1+I1 Z1 . . . U2’= E2’-I2’ Z2’ . . . I0= I1+I2’ . . . . E1= E2’ -E1=I0 Zm . . U2’=I2 ’ Zfz’ 返回
压而副绕组开路)时产生的损耗。
7、短路损耗 pK,也称铁耗,是指一个绕组通过额定电流而另一个绕
组短路时所产生的损耗。 返回
第二节 变压器的空载运行
1、变压器空载运行时的物理状况
2、变压器空载运行时的基本电磁关系
3、变压器的空载电流