《电工技术之变压器》

变压器3.1

变压器的构造、工作原理、功能3.2

变压器的额定值、外特性、效率及损耗3.3

变压器绕组的极性3.4

特殊变压器.变压器：利用电磁感应原理，将一定数值的交流电转变为同频率的另一数值的交流电，即一种变换交流电压、交流电流的电气设备。在电力系统和电子线路中应用非常广泛。

交流输电方面：先将电厂发出的正弦交流电的电压利用电力变压器升高到110kV、220kV、500kV或1000kV等电网电压等级，再经过高压输电线路送到电力负荷地区。

.用电方面：为了满足用电设备的电压要求和保障电气设备、人员的平安，必须利用电力变压器将交流高压输电线路上的电压逐级降低到380V/220V供用户使用。电子线路：大量使用各种规格的变压器来实现电压变换、耦合电路、传递信号、阻抗匹配等。此外，还有常用的自耦变压器、仪用变压器、互感器和各种专用变压器〔用于电焊、电炉、整流装置等〕。.电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电平安。具体如下：

发电厂10.5kV输电线220kV升压仪器36V降压…实验室380/220V降压变电站

10kV降压降压.3.1

变压器的构造、工作原理、功能一、变压器的根本构造变压器的根本结构：主要是铁芯和绕组等构成。.3.1

变压器的构造、工作原理、功能一、变压器的根本构造变压器实物图：电力变压器.3.1

变压器的构造、工作原理、功能一、变压器的根本构造变压器实物图：电子电路中的变压器〔1〕.3.1

变压器的构造、工作原理、功能一、变压器的根本构造变压器实物图：电子电路中的变压器〔2〕.3.1

变压器的构造、工作原理、功能一、变压器的根本构造常见的变压器结构型式有心式和壳式两种。特点：绕组包围铁芯，多用于大容量变压器，电力变压器一般采用心式。

心式变压器壳式变压器特点：铁芯包围绕组，多用于小容量变压器中。.3.1

变压器的构造、工作原理、功能一、变压器的根本构造铁芯是变压器的磁路局部。通常铁芯由厚度为0.30~0.35mm、外表涂有绝缘漆的硅钢片叠成。绕有绕组的铁芯局部称为铁芯柱，其余用以闭合磁路的铁芯局部，称为磁轭〔或铁轭〕。.3.1

变压器的构造、工作原理、功能一、变压器的根本构造绕组是变压器的电路局部。一般用绝缘材料漆包的绝缘扁铜〔铝〕线或绝缘圆铜〔铝〕线绕制而成。输入电能端绕组称为一次绕组，简称一次侧，或称原边绕组、原边；输出电能端绕组称为二次绕组，简称二次侧，或称副边绕组、副边。电压较高的绕组称为高压绕组，电压较低的绕组称为低压绕组。

较大容量变压器还具有冷却装置和保护装置等。

.3.1

变压器的构造、工作原理、功能一、变压器的根本构造变压器的磁路绕组：一次绕组二次绕组单相变压器+–+–由高导磁硅钢片叠成厚0.35mm或0.5mm铁心变压器的电路一次绕组N1二次绕组N2铁心.3.1

变压器的构造、工作原理、功能一、变压器的根本构造变压器的分类：按变压器用途分类特种变压器：整流变压器、电炉变压器等。仪用互感器：电压互感器、电流互感器等。自耦变压器〔调压器〕试验用高压变压器电力变压器：升压变压器、降压变压器、配电变压器等。.3.1

变压器的构造、工作原理、功能一、变压器的根本构造变压器的分类：按变压器绕组数目分类双绕组变压器〔电力变压器多数是双绕组〕三绕组变压器〔如电力系统中联络变压器〕多绕组变压器〔常见于电子电路或多路供电中〕单绕组变压器〔如自耦变压器〕按变压器结构型式分类壳式变压器心式变压器.3.1

变压器的构造、工作原理、功能一、变压器的根本构造变压器的分类：按变压器相数分类三相变压器多相变压器〔如六相、十二相等〕单相变压器按变压器冷却方式和冷却介质分类油浸式变压器〔用油冷却〕干式变压器〔用空气冷却〕.3.1

变压器的构造、工作原理、功能二、变压器的工作原理变压器原理图.3.1

变压器的构造、工作原理、功能二、变压器的工作原理1、变压器空载运行原边接交流电源，副边开路。+–+–+–+–+–

1

i0(i0N1)

1空载时，铁心中主磁通

是由一次绕组磁通势产生的。.3.1

变压器的构造、工作原理、功能二、变压器的工作原理1、变压器空载运行原边，KVL：∴相量形式：设：，原边主磁感应电动势e1有效值为原边电压u1有效值为

.3.1

变压器的构造、工作原理、功能二、变压器的工作原理1、变压器空载运行副边开路电压：相量形式：设：，副边主磁感应电动势e2为e2有效值为：

副边开路电压u20的有效值为：.3.1

变压器的构造、工作原理、功能二、变压器的工作原理1、变压器空载运行原边、副边的电压之比：变压器的变压比，简称变比.3.1

变压器的构造、工作原理、功能二、变压器的工作原理2、变压器负载运行一次侧接交流电源，二次侧接负载。+–+–+–

1

1i1(i1N1)i1i2(i2N2)

2有载时，主磁通

是由一次、二次绕组磁通势共同产生的合成磁通。

2i2+–e2+–e2+–u2

Z.3.1

变压器的构造、工作原理、功能二、变压器的工作原理2、变压器负载运行原边，KVL：∴相量形式：原边电压u1有效值为：

副边，KVL：∴相量形式：副边电压u2有效值为：

.3.1

变压器的构造、工作原理、功能二、变压器的工作原理2、变压器负载运行原边、副边电压之比：不管是空载运行还是负载运行，均有关系式说明：当U1和f不变时，铁芯中的主磁通最大值Φm近似常数，即在变压器空载和负载时近似一样。

原、副边电压根本关系.3.1

变压器的构造、工作原理、功能二、变压器的工作原理2、变压器负载运行因此：相量形式：变压器的磁通势平衡方程

励磁电流分量负载电流分量.3.1

变压器的构造、工作原理、功能二、变压器的工作原理2、变压器负载运行铁芯磁导率很高，励磁电流分量很小，一般情况下，I0约为原边额定电流的(5~10)%，因此或有效值形式为原、副边电流根本关系.3.1

变压器的构造、工作原理、功能三、变压器的功能1、电压变换电源电压U1不变时，改变原、副边匝数之比，即改变K，可改变副边的输出电压U2。2、电流变换U1、N1、N2不变时，假设负载变化，副边电流I2、原边电流I1发生变化，但它们的比值不变。.3.1

变压器的构造、工作原理、功能3、阻抗变换由图可知：结论：变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模的K2倍。+–+–+–.3.1

变压器的构造、工作原理、功能(1)

变压器的匝数比应为：信号源R0RL+–R0+–+–解:例:如图，交流信号源的电动势E=120V，内阻R0=800

，负载为扬声器，其等效电阻为RL=8

。要求:(1)当RL折算到原边的等效电阻时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率；(2)当将负载直接与信号源联接时,信号源输出多大功率？.信号源的输出功率：电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。原因：满足了最大功率输出的条件：〔2〕将负载直接接到信号源上时，输出功率为：.3.1

变压器的构造、工作原理、功能四、三相变压器三相变压器可以用三个单相变压器以一定的联接方式组成，这种三相变压器称为三相变压器组。

大容量巨型变压器以及运输条件受限制地方，为便于运输及减少备用容量，采用三相变压器组。.3.1

变压器的构造、工作原理、功能四、三相变压器常用三相心式变压器，对称三相绕组分别绕在一个铁芯柱上。具有消耗材料少、效率高、占地面积小、维护简单等优点。

.3.1

变压器的构造、工作原理、功能四、三相变压器三相心式变压器实物图：

.3.1

变压器的构造、工作原理、功能四、三相变压器三相变压器绕组联结方式：三相变压器的一次绕组或二次绕组，均可采用：

Δ联结Y联结或.3.1

变压器的构造、工作原理、功能四、三相变压器三相变压器联结方式：

Y/Y、Y/Y0、Y/Δ、Y0/Δ、Y0/Y、Δ/Y、Δ/Y0等。高压绕组接法低压绕组接法三相配电变压器动力供电系统高压、超高压供电系统常用接法:高压侧Y，，可降低每相绕组绝缘要求；低压侧Δ，，可减小每相绕组导线截面；.〔1〕三相变压器Y/Y0联结线电压之比：.〔2〕三相变压器Y/联结线电压之比：.3.2

变压器的额定值、外特性、效率及损耗一、额定值变压器的铭牌：

变压器的铭牌：附贴在变压器的外壳上、标明变压器主要指标参数〔额定值〕的牌子。.3.2

变压器的额定值、外特性、效率及损耗一、额定值1、变压器的型号SJL1000/10

变压器额定容量(KVA)

铝线圈

冷却方式J:油浸自冷式F:风冷式相数S:三相D:单相

高压绕组的额定电压(KV)

.3.2

变压器的额定值、外特性、效率及损耗一、额定值2、额定电压U1N、U2N变压器二次侧开路〔空载〕时，一次、二次侧绕组允许的电压值。单相：U1N，一次侧电压

U2N，二次侧空载时的电压三相：U1N、U2N，一次、二次侧的线电压3、额定电流I1N、I2N变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。单相：一次、二次侧绕组允许的电流值三相：一次、二次侧的线电流.3.2

变压器的额定值、外特性、效率及损耗4、额定容量SN在额定工作条件下变压器的视在功率。

单相：三相：容量SN

输出功率P2

一次侧输入功率P1

输出功率P2注意：变压器几个功率的关系〔单相〕效率容量：一次侧输入功率：输出功率：变压器运行时的功率取决于负载的性质.3.2

变压器的额定值、外特性、效率及损耗5、额定频率fN指变压器应接入的电源频率。我国电力系统的额定工作频率为50Hz。6、变压器的变比K变压器的变比用原、副边额定电压之比的形式标明在铭牌上。

例如：6000/400V，说明原边额定电压U1N=6000V，副边额定电压U2N=400V。由于变压器有内阻抗压降，所以副边的空载电压一般应较满载时的电压高5%~10%。

.3.2

变压器的额定值、外特性、效率及损耗二、变压器的外特性变压器外特性：当一次侧电压U1和负载功率因数cos

2保持不变时，二次侧输出电压U2和输出电流I2的关系，U2=f(I2)。cos

2=0.8(感性）U2I2U20I2Ncos

2=1O

U20：一次侧加额定电压、二次侧开路时，二次侧的输出电压。.3.2

变压器的额定值、外特性、效率及损耗二、变压器的外特性一般供电系统希望随I2的变化，U2

变化不大。变压器从空载到额定负载，二次绕组电压的变化程度用电压变化率ΔU

表示：一般变压器ΔU约为5%左右，容量大的电力变压器ΔU约为2%~3%。

.例2:有一机床照明变压器,50VA,U1=380V,U2=36V，其绕组已烧毁，要拆去重绕。今测得其铁心截面积为22mm41mm〔如图〕。铁心材料是0.35mm厚的硅钢片。试计算一次、二次绕组匝数及导线线径。22mm厚41mm解:铁心的有效截面积为式中0.9为铁心叠片间隙系数。对0.35mm的硅钢片，可取Bm=1.1T一次绕组匝数为一般取0.9~0.93.二次绕组匝数为〔设U20=1.05U2〕二次绕组电流为一次绕组电流为导线直径计算公式式中，J是电流密度，一般取J

＝2.5A/mm2。.二次绕组线径为一次绕组线径为.三、变压器的损耗及效率为减少涡流损耗，铁心一般由导磁钢片叠成。

变压器的损耗包括两局部：铜损(

PCu)：绕组导线电阻的损耗。涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感

应电流(涡流)造成的损耗。磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造

成的损耗。

铁损(

PFe)：变压器的效率为一般

95%,负载为额定负载的(50~75)%时，

最大。输出功率输入功率.例:

有一带电阻负载的三相变压器，其额定数据如下：SN=100kVA,U1N=6000V,f=50Hz。

U2N=U20=400V,绕组连接成／０。由试验测得:

PFe

=600W，额定负载时的

PCu

=2400W。试求(1)变压器的额定电流；

(2)满载和半载时的效率。解:(1)额定电流

.(２)满载和半载时的效率.3.3

变压器的绕组的极性1、同极性端〔同名端〕当电流流入(或流出〕两个线圈时，假设产生的磁通方向相同，那么两个流入(或流出〕端称为同极性端。••AXax•AXax或者说，当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。同极性端用“•〞表示。增加+–+++–––同极性端和绕组的绕向有关。•.联接

2－3变压器一次侧有两个额定电压为110V的绕组：2.线圈的接法••1324••1324

联接

1－3，2－4当电源电压为220V时：+–+–电源电压为110V时：.问题1：在110V情况下，如果只用一个绕组〔N〕，行不行？答：不行〔两绕组必须并接〕一次侧有两个相同绕组的电源变压器(220/110)，使用中应注意的问题：••1324若两种接法铁心中的磁通相等，则：+–.问题2：如果两绕组的极性端接错，结果如何？结论：在同极性端不明确时，一定要先测定同极性端再通电。答：有可能烧毁变压器两个线圈中的磁通抵消原因：电流很大烧毁变压器感应电势••1324

’+–.方法一：交流法把两个线圈的任意两端(X-x)连接,然后在AX上加一低电压uAX

。测量：若说明A与x

或X与a

是同极性端.若

说明A与a或X与x

为同极性端。

结论：VaAXxV3.同极性端的测定方法+–.方法二：直流法设S闭合时

增加。感应电动势的方向，阻止

的增加。如果当S闭合时，电流表正偏，那么A-a为同极性端;结论：Xx电流表+_Aa+