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1、电机与电气控制技术计划课时60授课学期任课教师授课班级第一章变压器第一节变压器的工作原理及分类第三节变压器的基本结构一、电工基本定律1电路欧姆定律1）直流电路欧姆定律7=-,流过电阻月上电流/的大小与电压成正比。R2）交流电路欧姆定律i=流过阻抗Z上电流i的大小与电压的成正比。Z2、磁路欧姆定律在磁阻兄组成的磁路中，通过磁路中的磁通中与产生该磁通的磁动势/成正比,与磁路的磁阻必成反比，即&J=型RlsIAr为线圈匝数，/为流过线圈的电流，/为磁路平均长度，力为磁路的横截面积，为磁路的导磁系数。3、发电机右手定则导体在磁场中作切割磁感线的运动时，在导体中会产生感应电动势，其大小为：e=Blve为
2、感应电动势；8/y为磁感应强度；/为切割磁感线的导体长度；V为导体切割磁感线的速度。感应电动势e的方向可用右手定则判定。4、电动机左手定则通电导体在磁场中会受到力的作用F,方向用左手定则判定。F=BIl尸为作用力；8为磁感应强度；/为通过导体的电流；/为导体在磁场中的有效长度。左手与右手定则：磁力线垂直穿过掌心大拇指所指为力的方向四指所指为电流的方向5、右手螺旋定则1）通电导线右手螺旋定则通电的导线周围会产生磁场，其电流和磁场的方向可用右手螺旋定则来判定2）通电线圈右手螺旋定则通电的线圈在线圈内部及周围也会产生磁场，电流和在线圈内部的磁场方向可用右手螺旋定则来判定6、楞次定律当通过线圈中的磁通
3、发生变化时，在线圈内部会产生感应电动势e,而感应电动势e的方向总是企图使它所形成的感应电流所产生的磁通阻止原磁通的变化。二、单相变压器工作原理变压器是利用电磁感应原理工作的，主要由铁心和绕组组成。两个相互绝缘且匝数不同的绕组分别套装在铁心上，两绕组间只有磁的耦合而没有电的联系，一次绕组加上交流电压加后，绕组产生励磁电流力，在铁心中产生与如同频率的交变磁通中，根据电磁感应原理，在原、次边绕组中产生感应电动势日和C2。将次边接入负我后，就有电流区流过负载，实现了电能从原边到次边的传递。从上式可知，一、二次绕组感应电动势的大小与绕组的匝数成正比，因此只要改变一、二次绕组的匝数，就可变压的目的。三、变
4、压器极性判别1、变压器的极性变压器的原、次边绕组在同一个铁心上，都被同一磁通交链，因此都会在绕组中产生在感应电动势，在任一瞬间一次绕组的某一端点的感应电动势与二次绕组的某一端感应电动势的极性相同时，就称为同极性端或同名端，用符号“”或表示。当变压器需要扩大容量时,就需将两台变压器联在一起使用。扩大容量有两种情况,一种是扩大电流，一种是扩大电压。将输出电压相等的变压器次边并联运行，可扩大输出电流。将变压器的次边串联运行，可扩大输出电压。例1：将两台220V/36V单相变压器联接成电压为220V/36V的接法，方法见下图。例2：将一台220V/36V单相变压器与一台220V/24V的单相变压器联接
5、成电压为220V/60V的接法，方法见下图。2、变压器绕组的极性判别（1）分析法对两个绕向已知的绕组，当电流从两个同极性端流入（或流出）时，铁心所产生的磁通方向是一致的。（2）实验法对于已经制成的变压器，从外部无法观察绕组的绕向，可用实验的方法判别，判别方法有交流法和直流法两种。交流法将2、4端连接在一起，在上、2端加入一个较低的交流电压用交流电压表分别测量1%13、U34的值，如果Ul3=Hl2-Zl34,则1、3为同极性端，如果=Hl2+Zl34,则1、4为同极性端。直流法（电磁感应法）用1.5V或3V的直流电源通过开关S接在高压绕组上,将直流亳伏表接在低压绕组两端。当合上开关S的瞬间，如
6、亳伏表指针正偏（向右），则接电源正极的端子与接毫伏表正极的端子为同极性端。直流法交流法四、变压器结构、特点1、单相变压器结构、特点(1)铁心80年代生产的新型电力铁心用高磁导率、低损耗的冷轧晶粒取向硅钢片制作，降低的损耗，提高了变压器的效率。三相电力变压器铁心均采用心式结构，交叠式的叠装工艺。交叠式铁心优点是各层磁路的接缝相互错开，气隙小，空载电流小，且铁心的夹紧装置简单经济，可靠性高；不足之处是铁心及绕组的装配工艺较复杂。(2)绕组三相变压器绕组一般采用绝缘纸包的扁铜线绕成结构形式与单相变压器一样有同心式绕组和交叠式绕组。(3)油箱和冷却装置为了铁心和绕组的散热和绝缘，将其放置在变压器油内，
7、为了增加散热面积，在四周装有散热片，容量大于10OoOKVA的电力变压器，采用风冷或强迫油循环冷却装置。(4)保护装置：气体继电器、防爆管(安全气道)五、变压器铭牌数据1、型号S9-80/101高压侧电压A(KV)I容量(KVA)设计序号三相变压器2、额定电压UIN和U2N在三相变压器中，额定电压是指线电压。高压侧(一次绕组)额定电压UlN是加在一次绕组上的正常工作电压值，是根据变压器的绝缘强度和允许发热等条件规定的。低压侧(二次绕组)额定电压U2N是变压器在空载时，高压侧加上额定电压后，二次绕组输出的电压值。3、额定电流IlN和12N额定电流是根据变压器容许发热的条件而规定的满载电流值。在三
8、相变压器中是指线电流。4、额定容量SM额定容量是变压器在额定工作状态下，二次绕组的视在功率。单相变压器的额定容量为：KVA三相变压器的额定容量为:SN-J2Nl2N一 1D y n 115、联结组标号变压器联结组别的标号N高压绕组作星形联结时的中性线11低压绕组作星形联结时的中性线d低压绕组作三角形联结y低压绕组作星形联结D高压绕组作三角形联结Y高压绕组作星形联结6、阻抗电压又称为短路电压，是额定电流时变压器阻抗压降的大小，通常用它与额定电压UIN的百分比来表示。第二节单相变压器的运行原理一、变压器的电流、磁通、感应电动势的参考方向i为了统一，按照“电工惯例”来规定参考方向：=三；二1、在同一
9、支路中，电压的参考方向与电流的参考方向一致。一_：2、磁通的参考方向与电流的参考方向之间符合右手螺旋定Ue则。+T3、由交变磁通中的电动势感应e,其参考方向与产生该磁通的电流参考方向一致，即感应电动势e与产生它的磁通中之间符合右手螺旋定则时为正方向。图中电压、电流、磁通、感应电动势的参考方向是按此惯例标出的。二、变压器空载运行变压器空载运行原理图变压器一次绕组接额定交流电压，而二次绕组开路，/2=0的工作方式称为变压器的空载运行，如上图所示。1、理想变压器为了分析问题方便、简单，忽略漏磁通、一次绕组的电阻二及铁心的损耗，这种变压器称为理想变压器。空载时，在外加交流电压小作用下，一次绕组中通过的
10、电流称为空载电流入，在电流入的作用下，铁心中产生交变磁通，同时穿过一、二次绕组，分别在其中产生感应电动势&和e2,大小与d/八成正比。当=勿Sin就时，则=2fN0&sin（90一t）-EEtin（90一t）=Emin(90-t)感生电动势2在相位上滞后磁通中90。，有效值为c Em 2fN/lE = IrF-=4. 44r.因此：E=4.44加4Ez=4.44z27则且-也EzNz在空载情况下，空载电流2。很小,在一次绕组中产生的电压降忽略不计,则1Ei,方向相反，即电动势1与外加电压I相平衡。由于二次侧开路，则2=2。因此I=B=4.44力VirUZ=E2=4.44加2mUxPxV1=Kf
11、4为变压器的变比，UzEiNz由上分析可知：(1)变压器一次、二次绕组的电压与一次、二次匝数成正比，即变压器有变换电压的作用。(2)当频率F与匝数N为常数时，加在变压器上的交流电压力为恒定值，则变压器铁心中的磁通加基本上保持不变，这就是恒磁通概念2、实际变压器实际的变压器空载运行时，磁通分为两部分：一部分为主磁通中卬过铁心同时与一、二次绕组交链，在一、二次绕组中产生感应电动势0和g2；另一部分漏磁通6通过一次绕组周围的空间形成闭合同路，只与一次绕组交链，在一次绕组中产生漏抗电动势E=-%llo由于漏磁通经过空气形成闭合回路，磁路不会饱和，使漏磁通保持与/。成正比，所以漏阻抗Xe是一个常数。实际
12、变压器空载除产生主磁通和漏磁通外，还具有有功分量，以供绕组电阻和铁心中的损耗。电动势平衡方程式为：U1=一E+lZ-E-Jio+rio=-E+ZOjo其中Zm=j+n一次绕组的电阻h很小，漏阻抗Zm很小，产生的漏抗电动势也很小。所以实际变压器在穿戴运行时仍然是：UEU,Ei三、变压器负载运行如上图，当变压器二次绕组接上负载后，二次绕组流过负载电流/2,并产生去磁磁势/2/2,为保持铁心中的磁通中基本不变，一次绕组中的电流由10增加为Z,磁通势变为M/1以抵消二次绕组电流产生的磁通势的影响。磁动势平衡方程式为：Nio=M/i+NZitIZi=Zo+(-Iz)Zo+(I2)=/o+I,NiK由上可
13、知，负载时一次侧电流入由建立主磁通中的励磁电流入和供给负载的负载电流分量组成，用以抵消二次绕组磁通势磁作用，使主磁通保持不变。当二次绕组的输出功率增加，、二次绕组的电流力增加，则使一次绕组中的电流，增加，一次侧输入功率也随之增加，从而实现了能量从一次侧到二次侧的传递。由于很小，公式可表示为Zi=-Z2-”表示人与72在相位上相差180。，N由些可知，变压器一次、二次绕组中的电流与其绕组的匝数成反比，即变压器有变换电流的作用。UEiNIz=AUzEzN21由上式可知变压器的高压绕组匝数多、电流小，所需导线细；低压绕组匝数少、电流大，所需导线粗。电动势平衡方程式一次绕组的电动势平衡方程式为：U1=
14、E+Zl二次绕组的电动势平衡方程式为(JtL=-ElZ2+r2Z0=-EiJx2I0+r2Z0=-El+Zii=Ztz=(r+JX2)I2Zm为二次绕组漏阻抗，Z为二次绕组的负载阻抗，八为二次绕组的负载电阻，X2为二次绕组的负教电抗。变压器的阻抗变换：变压器不但具有电压变换和电流变换的作用，还具有阻抗变换的作用。当变压器二次绕组接上阻抗为Z的负载后，则Z，=3/ZZiItT7相当于直接接在一次绕组上等效阻抗，故Z=K2Z,可见接在变压器二次绕组上负载Z与不经过变压器直接接在电源上等效负载7相减小了42倍，即负载阻抗通过变压器接在电源上时，相当于把阻抗增加了42倍。在电路应用中，为了获得最好的功率输出往往对输出电路的输出阻抗与所接的负载阻抗要相匹配。为了在扬声器中获得最好的音响效果(最大的功率输出)，要求音响设备输出的阻抗与扬声器的阻抗尽量相等。但实际上扬声器的阻抗很小，而音响设备等信号的输出阻抗却很大，因此通常在两者之间加接变压器来达到阻抗匹配的目的。第四节三相电力变压器一、三相油浸式电力变压器的结构在三相电力变压器中，目前使用最广泛的是三相油浸式电力变压器，主要由铁心、绕组、油箱和冷却装置、保护装置等部件组成。铁心是三相变压器的磁路部分，与单相变压器一样，它由0.230.3mm厚的硅钢片叠压（或
