电工电子学_刘润华_第2讲变压器

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1、一、主要讲解内容　　1、变压器的结构、原理与计算二、学习要求　　【了解】变压器的结构；变压器的指标参数　　【理解】变压器的工作原理；变压器的外特性　　【掌握】变压器的三种变换：变电压、变电流、变复阻抗三、  重点与难点　　【重点】变压器的三种变换　　【难点】变压器的外特性及电流变换分析一、概述与基本结构　　变压器是一种常见的设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。　　在输电方面，当输送功率及负载功率因数为一定时，电压U越高，则线路电流越小。这不仅可以减小输电线面积和材料，同时还可减小线路的功率损耗。因此在输电时必须利用变压器将电压升高。用电时，为了合乎用电设备的电压要求和保证用电的

2、安全和，还要利用变压器把电压降低。　　在电子线路中，除电源变压器外，变压器还用来耦合电路、传递信号，并实现阻抗匹配。变压器种类很多，但它们的结构和工作原理是基本相同的。变压器由以下两部分组成：　　1、铁芯　　构成变压器的磁路部分，按其结构不同可分为心式和壳式两种。　　2、高、低绕组　　构成变压器的电路部分，小容量变压器的绕组是用高强度漆包线绕成；大容量变压器用绝缘扁铜线和铝线绕制而成。二、变压器的工作原理　　为了便于分析，把高、低绕组分别画在两边，与电源相连的称为原绕组（初级绕组，一次绕组），与负载相连的称为副绕组（次级绕组，二次绕组）。原、副绕组的匝数分别为和。　　图中标明的是

3、它们的参考方向。图中各物理量的参考方向是这样选定的：　　原边作为电源的负载，电流i1的参考方向与u1的参考方向一致；电流i1、感应电动势e1及e2的参考方向和主磁通Φ的参考方向符合右手螺旋法则，因此图中e1与i1的参考方向是一致的。　　副边作为负载的电源，规定i2与e2的参考方向一致 电磁关系：　　下面分别讨论变压器的电压变换、电流变换以及阻抗变换。　　1、电压变换根据KVL，对原绕组电路可列出方程　　　　　　　　通常原绕组上所加的是正弦电压。在正弦电压作用的情况下，上式可以用相量表示为　　　　　　　　由于原绕组的电阻和感抗较小，因而它们两端的电压降也较小，与主磁电动势比较起来，

4、可以忽略不计。于是。则　　　　　　　　同理，对副绕组电路可列出，如用相量表示，则为　　　　　　　　感应电动势的有效值为　　（1）在变压器空载时是空载时副绕组的端电压　　原、副绕组的电压之比为，K为变压器的变比，亦即原、副绕组的匝数比。可见当电源电压U1一定时，只要改变匝数比，就可得出不同的输出电压。（2）当变压器接负载时　　虽然e2产生i2，但是由于副绕组的电阻和感抗较小，因而它们两端的电压降也较小，与主磁电动势比较起来，可以忽略不计。于是。则　　　　　　　　显然，为降压变压器，为升压变压器。　　（3）电流变换　　由可见，当电源电压U1和频率f不变时，和也都近于常数。就是说，铁芯

5、中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时是差不多恒定的。因此，有负载时产生主磁通的原、副绕组的合成磁动势（）应该和空载时产生主磁通的原绕组的磁动势（）差不多相等，即：。　　如用相量式表示，则为：。　　变压器的空载电流是励磁用的。由于铁芯的磁导率高，空载电流很小。它的有效值在原绕组额定电流的10%以内。因此与相比，常可忽略。于是上式可写为：。　　由上式可知，原、副绕组的电流关系为：。　　可见变压器中的电流虽然由负载的大小确定，但是原、副绕组中电流的比值是差不多不变的；因为当负载增加时，和随着增大，而和也必须相应增大，以抵偿副绕组的电流和磁动势对主磁通的影响，从而维持主磁通的最大值近似

6、不变。　　变压器的额定电流和是指按规定工作方式（长时间连续工作或短时工作或间歇工作）运行时原、副绕组允许通过的最大电流值，是根据绝缘材料允许的温度确定的。　　副绕组的额定电压与额定电流的乘积称为变压器的额定容量，即：（单相）。　　（4）阻抗变换　　变压器除有变换电压和电流的作用，还有变换负载阻抗的作用，以实现“匹配”。　　如下图所示，从原边看变压器，可等效为一个能反映副边阻抗变化的等效阻抗。　　由图可知，，而　　于是，　　进一步记为，　　上式说明,接在变压器副边的负载阻抗模值,反映到变压器原边的等效阻抗模值是,即增大倍,这就是变压器的阻抗变换作用。　　例如，音箱或收音机，为了得到

7、最大的输出功率，通常要使。　　实现阻抗匹配的方法：　　在电子设备功率输出级和负载之间接入一个输出变压器，适当地选择其匝数比就可获得所需阻抗。三、变压器的技术指标　　（1）原边额定电压：指正常情况下原边绕组应当施加的电压；　　（2）原边额定电流：指在作用下原边绕组允许通过的最大电流；　　（3）副边额定电压：指原边为额定电压时，副边空载时的电压；　　（4）副边额定电流：指原边为额定电压时，副边绕组允许长期通过的最大电流；　　　　注意：对于三相变压器，额定电压与额定电流都指线电压与线电