《电工基础》 第十一章变压器和交流电动机 能利用变压器的电压变换、电流变换和阻抗变换的关 系,做相应的计算。 2.会正确使用几种变压器。 3.会进行三相异步电动机起动、反转、调速、制动的操 作 变压器的工作原理 2.三相异步电动机的工作原理 教学准点3.三相异步电动机起动、反转、调速和制动的方法。 序号 内容 学时 第一节变压器的构造 第二节变压器的工作原理 2 3第三节变压器的功率和效率1 第四节常用变压器 第五节变压器的额定值和检验 学时日配 实验单相变压器 7第六节三相异步电动机 第七节三相异步电动机的控制 第八节单相异步电动机 10 本章小结与习题 11本章总学时 14 第一节变压器的构造 、变压器的用途和种类 变压器是利用互感原理工作的电磁装置,它的符号如图11 所示,T是它的文字符号。 图11-1变压器的符号 107
《电工基础》 107 第十一章 变压器和交流电动机 序号 内 容 学时 1 第一节 变压器的构造 1 2 第二节 变压器的工作原理 2 3 第三节 变压器的功率和效率 1 4 第四节 常用变压器 1 5 第五节 变压器的额定值和检验 1 6 实验 单相变压器 2 7 第六节 三相异步电动机 2 8 第七节 三相异步电动机的控制 1 9 第八节 单相异步电动机 1 10 本章小结与习题 2 11 本章总学时 14 第一节 变压器的构造 一、变压器的用途和种类 变压器是利用互感原理工作的电磁装置，它的符号如图 11-1 所示，T 是它的文字符号。 1．能利用变压器的电压变换、电流变换和阻抗变换的关 系，做相应的计算。 2．会正确使用几种变压器。 3．会进行三相异步电动机起动、反转、调速、制动的操 作。 1．变压器的工作原理。 2．三相异步电动机的工作原理。 3．三相异步电动机起动、反转、调速和制动的方法。 图 11-1 变压器的符号
《电工基础》 1.变压器的用途:变压器除可变换电压外,还可变换电流、变换阻抗、改变相位。 2.变压器的种类:按照使用的场合,变压器有电力变压器、整流变压器、调压变压 器输入、输出变压器等 、变压器的基本构造 变压器主要由铁心和线圈两部分构成 铁心是变压器的磁路通道,是用磁导率较高且相互绝缘的硅钢片制成,以便减少涡流 和磁滞损耗。按其构造形式可分为心式和壳式两种,如图112(a)、(b)所示 图11-2心式和壳式变压器 线圈是变压器的电路部分,是用漆色线、沙包线或丝包线绕成。其中和电源相连的线 圈叫原线圈(初级绕组),和负载相连的线圈叫副线圈(次级绕组)。 第二节变压器的工作原理 一、变压器的工作原理 变压器是按电磁感应原理工作的,原线圈接在交流电源上,在铁心中产生交变磁通 从而在原、副线圈产生感应电动势,如图11-3所示 1.变换交流电压 原线圈接上交流电压,铁心中产生的交变磁通同时通过原、副线圈,原、副线圈中交 变的磁通可视为相同。 设原线圈匝数为M1,副线圈匝数为M2,磁通为④,感应电动势为 Er 4r,E.N2△① N,A④ 由此得 Er U1○E M Ne E M 忽略线圈内阻得 K 图11-3变压器空载运行原理图 上式中K称为变压比。由此可见:变压器原副线圈的端电压之比等于匝数比。 如果M1<M2,K<1,电压上升,称为升压变压器。 如果M1>M2,K>1,电压下降,称为降压变压器
《电工基础》 108 1．变压器的用途：变压器除可变换电压外，还可变换电流、变换阻抗、改变相位。 2．变压器的种类：按照使用的场合，变压器有电力变压器、整流变压器、调压变压 器输入、输出变压器等。 二、变压器的基本构造 变压器主要由铁心和线圈两部分构成。 铁心是变压器的磁路通道，是用磁导率较高且相互绝缘的硅钢片制成，以便减少涡流 和磁滞损耗。按其构造形式可分为心式和壳式两种，如图 11-2(a)、(b)所示。 线圈是变压器的电路部分，是用漆色线、沙包线或丝包线绕成。其中和电源相连的线 圈叫原线圈(初级绕组)，和负载相连的线圈叫副线圈(次级绕组)。 第二节 变压器的工作原理 一、变压器的工作原理 变压器是按电磁感应原理工作的，原线圈接在交流电源上，在铁心中产生交变磁通， 从而在原、副线圈产生感应电动势，如图 11-3 所示。 1．变换交流电压 原线圈接上交流电压，铁心中产生的交变磁通同时通过原、副线圈，原、副线圈中交 变的磁通可视为相同。 设原线圈匝数为 N1，副线圈匝数为 N2，磁通为 ，感应电动势为 t N E t N E = = 2 2 1 1 ， 由此得 2 1 2 1 N N E E = 忽略线圈内阻得 K N N U U = = 2 1 2 1 上式中 K 称为变压比。由此可见：变压器原副线圈的端电压之比等于匝数比。 如果 N1 < N2，K < 1，电压上升，称为升压变压器。 如果 N1 > N2，K >1，电压下降，称为降压变压器。 图 11-2 心式和壳式变压器 图 11-3 变压器空载运行原理图
《电工基础》 2.变换交流电流 根据能量守恒定律,变压器输出功率与从电网中获得功率相等,即P1=P2,由交流电 功率的公式可得 U1/I COs=U2/2 COS( 式中coso-—原线圈电路的功率因数 cos-—副线圈电路的功率因数 ,@2相差很小,可认为相等,因此得到 U1l1=U212 1N21 L N, K 可见,变压器工作时原、副线圈的电流跟线圈的匝数成反比。高压线圈通过的电流小, 用较细的导线绕制;低压线圈通过的电流大,用较粗的导线绕制。这是在外观上区别变压 器高、低压饶组的方法 3.变换交流阻抗 设变压器初级输入阻抗为|z1|,次级负载阻抗为Z2|,则 Z1=1 将U1=,U2,l1=12l2代入,得 () 因为 所以 可见,次级接上负载|Z2|时,相当于电源接上阻抗为K2|Z2的负载。变压器的这种阻 抗变换特性,在电子线路中常用来实现阻抗匹配和信号源内阻相等,使负载上获得最大功 【例11-1】有一电压比为220/110V的降压变压器,如果 次级接上55g的电阻,求变压器初级的输入阻抗。 解1:次级电流 1102A 55 109
《电工基础》 109 2．变换交流电流 根据能量守恒定律，变压器输出功率与从电网中获得功率相等，即 P1 = P2，由交流电 功率的公式可得 U1I1 cos1= U2I2 cos2 式中 cos1——原线圈电路的功率因数； cos2——副线圈电路的功率因数。 1，2 相差很小，可认为相等，因此得到 U1I1 = U2I2 N K N I I 1 1 2 2 1 = = 可见，变压器工作时原、副线圈的电流跟线圈的匝数成反比。高压线圈通过的电流小， 用较细的导线绕制；低压线圈通过的电流大，用较粗的导线绕制。这是在外观上区别变压 器高、低压饶组的方法。 3．变换交流阻抗 设变压器初级输入阻抗为|Z1|，次级负载阻抗为|Z2|，则 1 1 1 I U Z = 将 2 1 2 2 1 2 1 1 I N N U I N N U = ， = 代入，得 2 2 2 2 1 1 I U N N Z = 因为 2 2 2 Z I U = 所以 2 2 2 2 2 1 1 Z K Z N N Z = = 可见，次级接上负载|Z2|时，相当于电源接上阻抗为 K 2|Z2|的负载。变压器的这种阻 抗变换特性，在电子线路中常用来实现阻抗匹配和信号源内阻相等，使负载上获得最大功 率。 解 1：次级电流 2Α 55 110 2 2 2 = = = Z U I 【例 11-1】有一电压比为 220/110 V 的降压变压器，如果 次级接上 55 的电阻，求变压器初级的输入阻抗
《电工基础》 初级电流 A. N U 220 =2A N,U2110 2_2 K 2 输入阻抗 =220g 解2:变压比 K: UI N,U,110 输入阻抗 |=K22=4×55=2209 【例112】有一信号源的电动势为1V,内阻为6009,负载 电阻为150Ω。欲使负载获得最大功率,必须在信号源和负载之 间接一匹配变压器,使变压器的输入电阻等于信号源的内阻,如 题 图11-4所示。问:变压器变压比,初、次级电流各为多少? U2 Rl=l ⊥△U cos o=0. 8 图11-4例11-2图 图11-5变压器外特性曲线 解:负载电阻R2=150g,变压器的输入电阻R1=R0=600g,则变比应为 初、次级电流分别为 E ≈0.83×10-A=0.83mA R0+R1600+600 2x.=2×03=160mA 变压器的外特性和电压变化率 1.变压器的外特性 变压器外特性就是当变压器的初级电压Uh和负载的功率因数都一定时,次级电压U2 随次级电流l2变化的关系,如图11-5所示。 由变压器外特性曲线图可见 (2)当负载为电阻性和电感性时,随着l2的增大,U2逐渐下降。在相同的负载电流情 况下,U2的下降程度与功率因数cos有关
《电工基础》 110 初级电流 2Α 110 220 2 1 2 1 = = = U U N N K 1Α 2 2 2 1 = = = K I I 输入阻抗 = = = 220 1 220 1 1 1 I U Z 解 2：变压比 2 110 220 2 1 2 1 = = = U U N N K 输入阻抗 = = = 2 4 55 220 2 2 2 2 1 1 Z K Z N N Z 解:负载电阻 R2 = 150 ，变压器的输入电阻 R1 = R0 = 600 ，则变比应为 2 150 600 2 1 2 1 = = = R R N N K 初、次级电流分别为 2 0.83 1.66 mA 0.83 10 A 0.83 mA 600 600 1 1 2 1 2 3 0 1 1 = = = + = + = − I N N I R R E I 二、 变压器的外特性和电压变化率 1．变压器的外特性 变压器外特性就是当变压器的初级电压 U1 和负载的功率因数都一定时，次级电压 U2 随次级电流 I2 变化的关系，如图 11-5 所示。 由变压器外特性曲线图可见： (1) I2 = 0 时，U2 = U2N。 (2) 当负载为电阻性和电感性时，随着 I2 的增大，U2 逐渐下降。在相同的负载电流情 况下，U2 的下降程度与功率因数 cos 有关。 【例 11-2】有一信号源的电动势为 1V，内阻为 600 ，负载 电阻为 150 。欲使负载获得最大功率，必须在信号源和负载之 间接一匹配变压器，使变压器的输入电阻等于信号源的内阻，如 图 11-4 所示。问：变压器变压比，初、次级电流各为多少? 图 11-4 例 11-2 图 图 11-5 变压器外特性曲线
《电工基础》 (3)当负载为电容性负载时,随着功率因数cosφ的降低,曲线上升。所以,在供电系 统中,常常在电感性负载两端并联一定容量的电容器,以提高负载的功率因数cosφ 2.电压的变化率 电压变化率是指变压器空载时次级端电压U2N和有载时次级端电压U2之差与U2N的 百分比。即: △U=C2N-U2 2×100% 电压变化率越小,为负载供电的电压越稳定 第三节变压器的功率和效率 、变压器的功率 变压器的功率消耗等于输入功率P1=Uhl1cosa和P2=U22cos输出功率之差,即 PL= PI-P 变压器功率损耗包括铁损和铜损。 二、变压器的效率 变压器的效率为变压器输出功率与输入功率的百分比,即 大容量变压的效率可达98%~99%,小型电源变压器效率约为70%~80% 【例113】有一变压器初级电压为2200V,次级电压为220 V,在接纯电阻性负载时,测得次级电流为10A,变压器的效率 题为95%。试求它的损耗功率,初级功率和初级电流 解:次级负载功率 P2=U2l2cos=220×10=2200w 初级功率 P=P=220 ≈2316W n0.95 损耗功率 PL=P1-P2=2316-2200=116W 初级电流 l≈B2316 ≈1.05A U12200 第四节常用变压器 、自耦变压器 1.自耦变压器的构造和工作原理 自耦变压器原、副线圈共用一部分绕组,它们之间不仅有磁耦合,还有电的关系,如
《电工基础》 111 (3) 当负载为电容性负载时，随着功率因数 cos 的降低，曲线上升。所以，在供电系 统中，常常在电感性负载两端并联一定容量的电容器，以提高负载的功率因数 cos。 2．电压的变化率 电压变化率是指变压器空载时次级端电压 U2N 和有载时次级端电压 U2 之差与 U2N 的 百分比。即： 100% 2N 2N 2 − = U U U U 电压变化率越小，为负载供电的电压越稳定。 第三节 变压器的功率和效率 一、变压器的功率 变压器的功率消耗等于输入功率 P1 = U1I1 cos1 和 P2 = U2I2 cos2 输出功率之差，即 PL = P1 – P2 变压器功率损耗包括铁损和铜损。 二、变压器的效率 变压器的效率为变压器输出功率与输入功率的百分比，即 100% 1 2 = P P 大容量变压的效率可达 98% ~ 99%，小型电源变压器效率约为 70% ~ 80% 。 解：次级负载功率 P2 = U2I2cos2 = 220 10 = 2200 W 初级功率 2316 W 0.95 2 2200 1 = = P P 损耗功率 PL = P1 – P2 = 2316 – 2200 = 116W 初级电流 1.05Α 2200 2316 1 1 1 = = U P I 第四节 常用变压器 一、自耦变压器 1．自耦变压器的构造和工作原理 自耦变压器原、副线圈共用一部分绕组，它们之间不仅有磁耦合，还有电的关系，如 【例 11-3】有一变压器初级电压为 2200 V，次级电压为 220 V，在接纯电阻性负载时，测得次级电流为 10 A，变压器的效率 为 95%。 试求它的损耗功率，初级功率和初级电流