第5章变压器

1、5.1 变压器变压器 5.1.1变压器的基本结构变压器的基本结构 5.1.2变压器的工作原理变压器的工作原理 5.1.3 变压器的特性和额定值变压器的特性和额定值 5.1.4 三相变压器三相变压器5.2 特殊变压器特殊变压器 5.2.1自耦变压器自耦变压器 5.2.2仪表用互感变压器仪表用互感变压器 5.2.3 变压器绕组极性的判断变压器绕组极性的判断变压器是根据电磁感应原理工作的电器设备。变压器是根据电磁感应原理工作的电器设备。变压器可以用来进行电压、电流和阻抗的变换，变压器可以用来进行电压、电流和阻抗的变换，所以在电力系统和电子线路中被广泛应用。所以在电力系统和电子线路中被广泛应用。 变电

2、压变电压：变阻抗：变阻抗：变电流：变电流：电力变压器电力变压器（电力系统中）电力系统中）阻抗匹配器阻抗匹配器（电子线路中）（电子线路中）电流互感器电流互感器（电力系统中）电力系统中）在远距离输电过程中，当负载取用的功率在远距离输电过程中，当负载取用的功率P =UI cos 一定、一定、负载的功率因数负载的功率因数cos 一定时：一定时：电能损耗小，减少电能损耗小，减少能源浪费能源浪费。节省金属材料，节省金属材料，减少减少资源浪费资源浪费。 P线线= IR线线I S线线 U I 发电厂发电厂10.5kV输电线输电线220kV特殊场合特殊场合36V民用民用380 / / 220V变电站变电站 10

3、kV升压升压降压降压降压降压降压降压降压降压变压器的结构变压器的结构5.1 变压器变压器5.1.1 结构结构N1N2一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组i1i2+u1 +u2ZL变压器的变压器的磁路磁路由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成每片厚每片厚0.35mm 或或 0.5mm铁心铁心- -+e1+e2接负载端绕组称为接负载端绕组称为次级次级绕组或绕组或二次二次绕组或绕组或副边副边。绕在铁心上的线圈称为绕组，绕在铁心上的线圈称为绕组， 绕组是变压器的电路部分。绕组是变压器的电路部分。绕组一般是用绕组一般是用纱包铜钱纱包铜钱或或漆包铜钱漆包铜钱绕制，绕制，接电源端的绕组称为接电源端的绕组称为初级初

4、级绕组或绕组或一次一次绕组或绕组或原边原边。为了增加原、副绕组之间的磁耦合，为了增加原、副绕组之间的磁耦合，通常原副绕组都绕在同一铁心柱上。通常原副绕组都绕在同一铁心柱上。 5.1.2 单相变压器的工作原理单相变压器的工作原理变压器是根据电磁感应原理工作的。变压器是根据电磁感应原理工作的。 N1N2i1i2+u1 +e2ZL- -+e1+u2ZL+e2i2i1+u1N1N2- -+e2+u21EmfN144. 41U2EmfN244. 42U1）若）若K 1，则，则原边原边电压高于电压高于副边副边电压，这种变压电压，这种变压器为降压变压器；器为降压变压器；u1K NN21EE21UU2012）

5、若）若K1，则，则原边原边电压低于电压低于副边副边电压，这种变压电压，这种变压器为升压变压器。器为升压变压器。结论：结论：原边和副边的电压都与匝数成正比原边和副边的电压都与匝数成正比。一般：一般：I0 (23)%I1N 很小可忽略。很小可忽略。11 Ni22Ni - -所以：所以：或者：或者：2211NINI- - 22NI11NI数值上：数值上：KNNII11221 10Ni 2211NiNi+ +有载磁势有载磁势空载磁势空载磁势即：即：ZL+u2i2i1+u1N1N2结论：结论：原边和副边的电流都与匝数成反比原边和副边的电流都与匝数成反比。Z+u2i2i1+u1I1+U1|Z|=U2I2=

6、KU2I2K= K2 |Z|11UZ =I11UZ =IZ 结论：结论：原边等效阻抗的大小等于副边所带阻抗大小的原边等效阻抗的大小等于副边所带阻抗大小的K 2 倍。倍。 ：信号源信号源IER0RL+108800LL21 RRNNKIE1N2U2ILR2N+如图，交流信号源的电动如图，交流信号源的电动势势 E= 120V，内阻，内阻 R 0=800 ，负载为扬声器，其等效电阻为负载为扬声器，其等效电阻为RL=8 。要求。要求: （1）当）当RL折算到原边的等效电阻折算到原边的等效电阻 RL=R0时，求变压器的匝数比时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率；（和信号源输出的功率；（2）当将负载直接与

7、信号源联接时当将负载直接与信号源联接时,信号源输出多大功率？信号源输出多大功率？ W548008008001202L2L0.RRREP + + + + 0LRR W1760888001202L2L0.RRREP + + + + （2，为：为：5.1.3 变压器的特性和额定值变压器的特性和额定值 下面主要介绍变压器的额定值。下面主要介绍变压器的额定值。变压器额定容量变压器额定容量(KVA)铝线圈铝线圈冷却方式冷却方式J:油浸自冷式油浸自冷式F:风冷式风冷式相数相数S:三相三相D:单相单相 高压绕组的额定电压高压绕组的额定电压(KV)额定电压额定电压 U1N、U2N 单相：单相：U1N 是一次侧电

8、压，是一次侧电压，U2N是二次侧是二次侧空载时空载时的电压的电压额定电流额定电流 I1N、I2N 单相：单相：一次、二次侧绕组允许的电流值一次、二次侧绕组允许的电流值变压器二次侧空载时，一次、二次侧绕组允许的电压值变压器二次侧空载时，一次、二次侧绕组允许的电压值三相：三相：U1N、U2N是一次、二次侧的是一次、二次侧的线线电压电压变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。三相：三相：一次、二次侧绕组线电流一次、二次侧绕组线电流额定容量额定容量 SN ： 传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。单相：单相：N1N1N2N2NIUIUS N1N

9、1N2N2N33IUIUS 容量容量SN 输出功率输出功率 P2 一次侧输入功率一次侧输入功率 P1 输出功率输出功率 P2注意：变压器几个功率的关系（单相）注意：变压器几个功率的关系（单相）N1N1NIUS 容量：容量：一次侧输入功率：一次侧输入功率： cos222IUP 输出功率：输出功率： 变压器运行时的输出功率取决于负载的性质。变压器运行时的输出功率取决于负载的性质。三相：三相：P1 =P2 AXax高压绕组：高压绕组：A-X、 B-Y、 C-Z末端末端X、Y 、Z首端首端A、B、C ；低压绕组：低压绕组：a-x 、 b-y 、 c-z首端首端a、b、c； 末端末端x、y、z联结方式：

10、联结方式：YO OY Y；Y YO O；YYO O； Y ；分子：高压绕组接法分子：高压绕组接法分母：低压绕组接法分母：低压绕组接法三相配电变压器采用三相配电变压器采用动力供电系统采用动力供电系统采用高压、超高压供电系统采用高压、超高压供电系统采用通常通常Y YO O；Y ；YO OBYbyCZcz变压计算从变压计算从线电压之比线电压之比入手：入手：UP2UP1U2U1 K 33一般，三相变压器的三个变比相同，均为一般，三相变压器的三个变比相同，均为K，Y Y0 0/ / 联结时：联结时：其它类推。其它类推。UP2UP1 UP2UP1 3UP2UP1U2U133 K 使用时，改变滑动端的位置，

11、便可得到不同的输出电压。使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。1N2N+u2i2+u1i1负负载载实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。千万注意：千万注意：因为匝数因为匝数 N 变小时，磁通增大，电流会迅速增加。变小时，磁通增大，电流会迅速增加。N2 N1 变压变流公式不变：变压变流公式不变：一次、二次侧不能一次、二次侧不能对调对调使用，以防变压器损坏，使用，以防变压器损坏，U1U2= KN1N2I1I2=N2N11KU1 = U2 (N1/N2 ) 仪表用互感变压器仪表用互感变压器 ( (实现用低量程的电压表测量高电压实现用低量程的电压表

12、测量高电压) )VRLN2u1（被测电压）（被测电压）N1N1 N2 u2电压表电压表保险丝保险丝1. 二次侧不能短路，二次侧不能短路， 使用注意事项：使用注意事项：2. 低压绕组的一端接地，低压绕组的一端接地，以防绝缘层损坏时，以防绝缘层损坏时，在二次侧出现高压，造成人身伤害。在二次侧出现高压，造成人身伤害。以防产生过流以防产生过流.小量程小量程大电压大电压I1 = I2 (N2/N1 )1. 二次侧不能开路，二次侧不能开路， 使用注意事项：使用注意事项：( (实现用低量程的电流表测量大电流实现用低量程的电流表测量大电流) )（被测电流）（被测电流）ARL以防产生高电压；以防产生高电压；2.

13、 低压绕组的一端接地，低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，以防在绝缘损坏时，N2 N1 i2电流表电流表小量程小量程大电流大电流电流互感器特例：电流互感器特例：i1在二次侧出现高压，造成人身伤害。在二次侧出现高压，造成人身伤害。测流钳测流钳测流钳是实际中常用的一种电流互感器。测流钳是实际中常用的一种电流互感器。 测量时，测量时，将钳口压开套住被测导线，将钳口压开套住被测导线，套入的导线就是一次绕组，套入的导线就是一次绕组，而二次绕组绕在铁心上而二次绕组绕在铁心上并与电流表相连。并与电流表相连。利用测流钳可以方便地测量线路中的电流，利用测流钳可以方便地测量线路中的电流，而不必断开被测电线，将一

14、次绕组串进去。而不必断开被测电线，将一次绕组串进去。 当两个线圈中产生的磁通方向当两个线圈中产生的磁通方向相同相同时，则两个线圈的电流时，则两个线圈的电流流入流入(或流出）端被称为同名端。或流出）端被称为同名端。一一. 同极性端同极性端 ( 同名端同名端 )同名端同名端用用“”表示表示。同名端同名端和绕组的绕向有关：和绕组的绕向有关：1234 ii1234 ii1、3 端是同名端端是同名端1、4 端是同名端端是同名端例例1：变压器一次侧有两个额定电压为变压器一次侧有两个额定电压为 110V 的绕组，的绕组，饶向相同饶向相同。当电源电压为当电源电压为220V时：时：电源电压为电源电压为110V时

15、：时：1234i 应将两线圈串联，应将两线圈串联，23+220 应将两线圈并联，应将两线圈并联，1234 i+110 引出两个端，接引出两个端，接110V。引出两个端，接引出两个端，接220V。问：问：当电源电压为当电源电压为220V和和110V时，应如何将变压器接入电源？时，应如何将变压器接入电源？解：解：1234i如图所示如图所示 解：解：接上电源时，绕组电流很大接上电源时，绕组电流很大 总的感应电势总的感应电势e =0 i +u两个线圈中的磁通抵消两个线圈中的磁通抵消 所以：所以：在同名端不明确的情况下，不能随意连接线圈。在同名端不明确的情况下，不能随意连接线圈。 例例2：变压器一次侧有

16、两个额定电压为变压器一次侧有两个额定电压为 110V 的绕组，的绕组，饶向相反饶向相反。问：问：如图所示并连到如图所示并连到110V 电源上时，结果如何？电源上时，结果如何？5.2.3 变压器绕组极性的判断变压器绕组极性的判断变压器变压器绕组绕组的极性，是指一次绕组和二次绕组的相对极性，的极性，是指一次绕组和二次绕组的相对极性，即当一个绕组的某即当一个绕组的某端瞬时电位为正时，端瞬时电位为正时， 另一绕组瞬时电位也为正的对应端，另一绕组瞬时电位也为正的对应端，这两个对应端，就是前面所说的这两个对应端，就是前面所说的同极性端同极性端或或同名端同名端，1、已知绕组的绕向、已知绕组的绕向两个绕组的绕

17、向已知，则可假设通过铁心的磁通两个绕组的绕向已知，则可假设通过铁心的磁通的参考的参考方向；方向；根据根据磁通磁通的方向，则可用的方向，则可用右手螺旋定则判断出两右手螺旋定则判断出两个绕组的感应电动势的参考方向，便可确定同名端。个绕组的感应电动势的参考方向，便可确定同名端。一、一、绕组绕组同名端的判断同名端的判断2、未知绕组的绕向、未知绕组的绕向如果绕组的绕向不明，而从外观上无法辨认绕组的绕向，如果绕组的绕向不明，而从外观上无法辨认绕组的绕向，这时就需要采用实验的方法确定绕组的极性。这时就需要采用实验的方法确定绕组的极性。这里介绍两种方法：这里介绍两种方法： 1）交流法）交流法采用交流法时，首先要确定绕组的引出端中采用交流法时，首先要确定绕组的引出端中哪两个端属于同一绕组。哪两个端属于同一绕组。在变压器引出端中找出同一绕组，在变压器引出端中找出同一绕组，可利用万用表的电阻档。可利用万用表的电阻档。在确定了两个绕组各自的引出端以后，在确定了两个绕组各自的引出端以后，令其为令其为12、34，再将两绕组串联在一起，再将两绕组串联在一起，如图所示：如图所示： 1U2UU1U2UU1U2U在其中的一个绕组的两端（例如在其中的一个绕组的两端（例如1、2端）加上一个低的交端）加上一个低的交流电压，再用交流电压表分别测量两个绕组的两端电压流电压，再用交流电压表分别测量两个绕组的两端电压、和串联