变压器的基本原理和结构

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1、电 机 与 拖 动 供用电教研室 向婉芹 目 录绪 论第一篇 变压器第二篇 异步电动机第三篇 同步电机第四篇 直流电机绪 论 主要内容：（1）电机及电力拖动系统概述（2）电机及电力拖动在国民经济中的作用（3）本课程的性质、任务、内容和特点（4）本课程常用的电磁定律与公式 电机常用的分类方式有两种：一是按功能分，有发电机、电动机、变压器和控制电机四大类；二是按电机结构或转速分，有变压器和旋转电机。 0.1 电机及电力拖动系统概述电机电机变压器变压器直流电机直流电机直流发电机直流发电机直流电动机直流电动机交流电机交流电机控制电机控制电机同步电机同步电机 同步发电机同步发电机异步电机异步电机异步发电

2、机异步发电机异步电动机异步电动机静止电机静止电机旋转电机旋转电机 同步电动机同步电动机 电机拖动系统是用电动机来拖动机械运行的系统。包括：电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分。它们之间的关系如下 电动机电动机传动机构传动机构生产负载生产负载控制设备控制设备电源电源0.2 电机及电力拖动在国民经济中的作用 电能是国民经济中应用最为广泛的能源，而电能的产生、传输、分配和使用等各个环节都依赖于各种各样的电机; 用电机来拖动生产机械称为电力拖动，它是生产过程电气化、国民经济各部门中采用最多最普遍的拖动方式自动化的重要前提。 由此可见，电机及电力拖动在国民经济中起着极其重要的作用。0.3

3、本课程的性质、任务、内容和特点 本课程是工业电气自动化、电气技术和供用电技术、输配电线路等专业的一门专业基础课。 本课程的任务是让学生掌握电机基本结构和工作原理，以及拖动系统的运行性能、分析计算、电机选择及试验方法，培养在电机及电力拖动方面分析和解决问题的能力，为今后学习和工作打下坚实的基础。 本课程的内容有变压器、异步电动机、同步电机、直流电机、电动机的选择、实验等部分。 本课程怎么学？1、记住各种所讲类型电机的典型结构。2、记住一些典型的结论、公式和各个元件的含义。对于结论推导过程根据自己实际情况加以理解。如变压器的T型等值电路、异步电动机的T型等值电路等。3、多练。应用结论分析具体问题。

4、这一点往往是大家容易忽略的。俗话说“熟能生巧”。这一点在这门课体现的比较突出。 0.2 电机运行原理 电机是利用电磁感应原理工作的机械。 什么是电磁感应原理？电磁感应定律（磁生电效应） 导体切割磁力线或穿过线圈的磁场发生变化时，会在导体或线圈中产生感应电动势，即所谓“磁变生电” 或电磁感应现象。它包括: 线圈的自感现象 线圈间的互感现象 导体的切割电动势 按惯例规定：电动势与磁通符合右手螺旋关系。 （2）导体的切割电动势 如果磁场恒定不变，导体或线圈与磁场的磁力线之间有相对切割运动时，在线圈中产生的感应电动势称为切割电动势，其方向的判断方法如图0-4所示，用右手定则来判断。 若磁力线、导体与切

5、割运动方向三者互相垂直，则由电磁感应定律的电动势公式可以推导出切割电动势的公式为 在t时间内穿过线圈磁通量变化为=BS=BLVt E=/t 式中式中 B B为磁场的磁感应强度为磁场的磁感应强度; ; l为导体切割磁力线部分的为导体切割磁力线部分的有效长度有效长度; ; 为导体切割磁力线的为导体切割磁力线的线速度线速度。电磁力定律（电磁生力） 载流导体在磁场当中会受到电磁力的作用。 电磁力F方向的判断如图0-5所示，用左手定则来判断。 当磁力线和导体方向互相垂直时，载流导体所受电磁力的公式为 式中式中 F F为为载流导体所受的电磁力载流导体所受的电磁力; ; B B为载流导体所在处的磁感应强度为

6、载流导体所在处的磁感应强度; ; l l为载流导体处在磁场中的为载流导体处在磁场中的有效长度有效长度; ; I I为载流导体中流过的电流。为载流导体中流过的电流。 磁场对电流的作用力通常称为安培力安培力注意：磁生电或者电生磁用右手（右手螺旋）定则； 电磁生力用左手定则导体导体线圈线圈第一章 变压器的基本原理和结构 第一节 变压器的工作原理及分类第二节 变压器的基本结构 第三节 变压器的型号和额定值 1、变压器有何作用？ 变压器是一种静止的电气设备，它利用电磁感应原理，把一种电压等级的交流电能转换成频率相同的另一种电压等级的交流电能。 思考：变压器能变换大小和方向均保持不变的直流电吗？为什么？

7、电源侧电源侧负载侧负载侧1i2i1u2u1e2eLZ 理想变压器不能转变直流。原因是因为原边如果接直流电，通过根据螺线管法则原边绕组产生恒定磁场，由E=d/dt可以知道，磁场变化率为0是，副边也就无感应电势，不能完成变压输出的目的。 2、在电力系统为什么需要变压器？ 发电厂发电机出口的电压受绝缘条件限制，通常仅为6.320KV，几乎不能进行大功率远距离输送。因为低电压大电流输电，会在输电线路上产生很大的功率损耗和电压降落，为此，必须用变压器将电压升高至110KV或更高的电压等级进行输电，以求输电的经济。当电能送到用电区，再用变压器将电压降低至35KV或更低的电压，供给用户使用，以求用电的安全。

8、 UIS3第一节 变压器的工作原理及分类 一、变压器的基本工作原理 图图1-1 1-1 变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理 电源侧电源侧负载侧负载侧1i2i1u2u1e2eLZ 电源侧的线圈称为原边绕组或一次绕组,匝数为N1； 负载侧的线圈称为副边绕组或二次绕组,匝数为N2。铁芯铁芯原边绕组原边绕组副边绕组副边绕组 当原边绕组接到交流电源时，绕组中便有交流电流流过，并在铁芯中产生与外加电压频率相同的交变磁通。这个交变磁通同时交链着原边绕组和副边绕组。依照惯例，当感应电动势用右手螺旋法则来标定其方向时，图图1-1 1-1 变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理 电源侧电源侧负载侧负载侧1

9、i2i1u2u1e2eLZ铁芯铁芯原边绕组原边绕组副边绕组副边绕组原、副边绕组的感应原、副边绕组的感应电势分别为：电势分别为：dtdNe11原边绕组的感应电势原边绕组的感应电势dtdNe22副边绕组的感应电势副边绕组的感应电势 由于由于 ，11ue 22ue 则则kNNeeuu212121 电源侧电源侧负载侧负载侧1i2i1u2u1e2eLZN1N2思考：思考：变压器变压的条件：是铁心中有变压器变压的条件：是铁心中有 磁通；磁通；一、二次绕组的一、二次绕组的 不等不等 交流交流 匝数匝数 思考：试从物理意义上分析，若减少变压器一次绕组匝数（二次绕组匝数不变），二次电压将如何变化？ 电源电压不变

10、，变压器一次绕组匝数减少，则每匝线圈的电压增大。由于二次绕组匝数不变，故二次电压将增高。 kNNeeuu212121kuu12121NNu不变1u1N2u1212NNuu （1 1）k k称为变压器的变比，它等于称为变压器的变比，它等于原、副绕组原、副绕组的匝数比的匝数比，也等于原边绕组的感应电势与副边绕组，也等于原边绕组的感应电势与副边绕组的感应电势之比，也的感应电势之比，也近似等于原边绕组的电压与副近似等于原边绕组的电压与副边绕组的电压之比边绕组的电压之比。 （2 2）近似计算变比时，常用变压器原、副边额）近似计算变比时，常用变压器原、副边额定电压之比来计算。定电压之比来计算。 kNNee

11、uu212121 （3 3）当原边所加电压）当原边所加电压 不变时，由于不变时，由于 ，所，所以只要改变变压器的变比或线圈的匝数（以只要改变变压器的变比或线圈的匝数（通常是改变通常是改变高压侧匝数高压侧匝数） ，就能达到改变副边电压的目的。，就能达到改变副边电压的目的。1ukuu12 变比计算的具体方法变比计算的具体方法对于单相变压器对于单相变压器低压侧绕组的额定电压高压侧绕组的额定电压NNUUk21kVASN200NNUU214 . 010kV 【例例1.11.1】 一台三相油浸自冷式电力变压器：一台三相油浸自冷式电力变压器：，Y,dY,d连接方式连接方式. .、试求试求 （1 1）变比）变