电机与电气控制技术 课件全套 杨益飞 1-5 电气控制基础-特种电机的选择与使用

控制电器各种电机电气控制电路第一章第一章电气控制基础可以这么说，控制电器是一种控制电的工具。

控制电器可以视为一种具有二值的逻辑原件，即开关器件。这些器件在输入条件的控制下，无论是自动的还是非自动的，其输出或者使电路完全导通（记作ON），或者使电路完全断开（记作OFF）。第一节控制电器控制电器概述：第一节控制电器控制电器分类：（一）按用途分1）控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器。如：接触器，各种控制继电器等。2）主令电器：用于自动控制系统中发送控制指令的电器。如：控制按钮、主令开关、行程开关、转换开关等。3）保护电器：用于保护电设备的电器。如：熔断器、热继电器、避雷器等。4）执行电器：指用于完成某种动作或传动功能的电器。如：电磁铁、电磁阀等。（二）按工作原理分

1）电磁式电器：依据电磁感应原理来工作的电器。如：交直流接触器、各种电磁式继电器等。2）非电量控制电器：靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器。如：刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、压力继电器、温度继电器等。第一节控制电器常见的控制电器刀开关是一种手动电器，由操作手柄、触刀、静插座和绝缘地板组成；按刀数可分为单极、双极和三极。

刀开关是一种手动配电电器。

它主要用来隔离电源、手动接通或断开交直流电路，也可用于不频繁的接通与分断额定电流以下的负载，如小型电动机、电炉等。刀开关1.1刀开关刀开关由操作手柄、触刀、静插座和绝缘底板组成。1.1刀开关a）b）c）a)单极b)双极c)三极刀开关的图形符号及文字符号：

熔断器是一种利用熔化而切断电路的保护电器。

将它串接于保护电路中，当电路发生短路或严重过电流时快速自动熔断，从而切断电路电源，起到保护作用。熔断器1.2熔断器断路器由熔断管、熔断体、填料、导电部件组成。1.2熔断器熔断器的图形符号及文字符号：熔断器的电气符号

在低压控制电路中，控制按钮发布手动控制指令。

按钮是一种短时接通或断开小电流电路的电器。它不直接控制主电路的通断，而是在控制电路中控制接触器或者继电器等，再由它们去控制主电路，故称作“主令电器”。按钮1.3按钮

控制按钮一般用红色表示停止按钮，绿色表示起动按钮。1.4按钮按钮的图形符号及文字符号：按钮的符号a)常开触头b)常闭触头c)复式触头

接触器是用来接通或切断电动机或其他负载主电路的一种控制电器，在电力拖动自动控制线路中被广泛应用。具有动作迅速，控制容量大，使用安全方便，能频繁操作和远距离操作等优点。

主要用作电动机、小型发电机、电热设备、电焊机和电容器组等各种设备的主控开关。能接通和断开负载电流，但不能切断短路电流，因此常与熔断器和热继电器等配合使用。接触器1.5接触器

接触器主要由电磁机构、触头系统、灭弧装置和其它部件组成。1.5接触器接触器的图形符号及文字符号：

接触器的符号a)线圈b)常开触头c)常闭触头1.5接触器

继电器是一种根据特定形式的输入信号而动作的自动控制电器。其输入量可以是电流电压等电量，也可以是温度、时间、速度、压力等非电量，而输出则是触头的动作或者是电路参数的变化。继电器1.6继电器

电磁式继电器的结构及工作原理与接触器类似，也是由电磁机构和触头系统构成。1.6继电器电磁式继电器的图形符号及文字符号：电磁式继电器的符号a)线圈一般符号b)电流继电器线圈c)电压继电器线圈d)触头1.61接触器与继电器的区别接触器与继电器的区别3、继电器针对特定的要求，会与其它装置组合设计成时间继电器、压力继电器等等，有附加功能，而接触器一般不会具有附加的功能。1、继电器的触头容量一般不会超过5A，小型继电器的触头容量一般只有1A或2A，而接触器的触头容量最小也有10A到20A；2、接触器的触头通常有三个主触头另外还有若干个辅助触头，而继电

器的触头一般不分主辅；4、应用场合不同，接触器一

般用于主回路，继电器一般用

于控制回路；1、中间继电器

中间继电器是电磁式继电器的一种，触头对数多，触头容量较大动作灵敏度高。中间继电器主要起信号中继作用。2、时间继电器

时间继电器是一种利用电磁原理或机械动作原理实现触头延时接通和断开的自动控制电器。3、热继电器

热继电器是利用电流的热效应原理实现电动机过载保护的自动控制电器。4、速度继电器

速度继电器主要用作笼型异步电动机的反接制动控制。速度继电器与被控电动机的轴相连接，当电动机转动时，速度继电器的转子随之转动，当达到一定转速，常闭触头分断，常开触头闭合。当电动机转速低于某一数值时，触头在弹簧作用下复位。5、固态继电器

固态继电器（缩写SSR），是用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电器的输入端用微小的控制信号，输出端直接驱动大电流负载。1.62常用继电器

它是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，这些脉冲能用来控制角位移，如果编码器与齿轮条或螺旋丝杠结合在一起，也可用于测量直线位移。一般其选型的重要参数就是编码器的线数，即编码器旋转一圈转换成多少个脉冲信号。编码器1.7编码器

编码器有一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取，获得脉冲信号。光电编码器的原理如图所示：1.71编码器的结构

开关电源是维持稳定输出电压的一种电源。我们常用的直流开关电源其功能就是将电能质量较差的原生态电源（粗电），如市电电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电压（精电）。开关电源1.8开关电源

接近开关是一种不需要和被检测物接触用，用感应方法将被测物体的远近状态转换成电信号的无触点开关。接近开关1.9接近开关1.91接近开关的接线方法

接近开关按输出形式又可分为交流两线式，直流两线式和直流三线式，其中直流三线式又分为PNP输出和NPN输出。可以直接驱动继电器计数器等直流负载。NPN型接近开关接线图1.92接近开关的接线方法PNP型接近开关接线图两线制接近开关接线图棕接正蓝接负黑接信号线温度传感器1.10温度传感器温度传感器热电阻PtCu热电偶半导体电机第二节电机2.1电机分类电动机也称电机（俗称马达），在电路中用字母“M”表示。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。电机交流电机同步电机异步电机直流电机控制电机步进电机伺服电机2.2异步电机

异步电机的工作原理：是通过一种旋转磁场与由这种旋转磁场借助于感应作用在转子绕组内所感生的电流相互作用，产生电磁转矩来实现拖动作用。

因此交流异步电动机只需给其提供三相交流电源便可旋转。一般对其的控制分为直接接触器控制和变频器控制。异步电机2.3步进电机步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

步进电机常用于低转速，精度要求不高的场合。步进电机2.4伺服电机

伺服电动机又分为直流和交流伺服电动机两大类。伺服系统是用来精确地跟随或复现某个过程的闭环反馈控制系统。我公司的伺服电机实际上是一个永磁同步电机，通过编码器构成伺服电机，编码器的精度决定了伺服电机的精度。一个伺服系统关键在于伺服驱动器，伺服驱动器的性能决定了伺服系统的性能。

伺服电机常用于高精度，高转速的场合。伺服电机2.5工业控制系统组成电气控制线路第三节电气控制线路电气控制线路3.电气控制线路

由按钮、接触器、继电器等低压电器组成的电器控制线路，具有线路简单、便于掌握、维修方便等许多优点，在老式生产机械的电气控制领域中，一直获得广泛的应用。电气控制线路3.1三相笼型异步电动机点动控制线路电气控制线路3.1三相笼型异步电动机点动控制线路点动控制电路是用按钮和接触器控制电动机的最简单的控制电路，分为主电路和控制电路两部分。主电路的电源引入采用了隔离开关QS,电动机的电源由接触器KM的主触点的通、断来控制。工作过程如下：首先合上电源开关QS启动：按下SBKM线圈得电KM主触点闭合电动机M运转停止：按下SBKM线圈失电KM主触点分断电动机M停转3.1三相笼型异步电动机点动控制线路

这种当按钮按下时电动机就转动，按钮松开后电动机就停转的工作方式，称为点动控制。特点：不能实现电动机的连续运转。电气控制线路3.2三相异步电动机全压启动控制线路QSFRFUKMM3~

工作原理:

合刀开关QS按SB1→KM线圈得电按SB2→KM线圈失电M3~M3~→KM辅助触头闭合自锁→KM主触头闭合→M运转→KM辅助触头解除自锁→KM主触头断开→M停转KMSB1KMSB2FR主电路控制电路电气控制线路3.2三相异步电动机全压启动控制线路

这种依靠接触器自身辅助触点使其线圈保持通电的现象称为自锁（或称自保）。特点：能实现电动机的连续运转。电气控制线路3.3三相异步电动机正反转控制线路

在许多加工现场中，经常要求电动机能够实现可逆运行。例如机床工作台的前进与后退、主轴的正转与反转、起重机吊钩的上升与下降等。这些控制工艺都要求能实现电动机的正反转切换。

由三相异步电动机的工作原理可知，若将接至电动机的三相电源进线中的任意两相对调，即可使电动机反转。3.3三相异步电动机正反转控制线路

若同时按下SB2和SB3，则接触器KM1和KM2同时得电并自锁，它们的主触点都闭合，这样会导致电动机的三相电源短路，所以该电路不能使用。3.3三相异步电动机正反转控制线路主电路控制电路合上电源开关QS正转启动：按下SB2KM1线圈得电KM1主触点闭合电动机M运转KM1辅助常闭触点断开，对KM2互锁KM1辅助常开触点闭合，自锁停止：按下SB1KM1线圈失电KM1主触点分断电动机M停转KM1辅助常开触点闭合，互锁解锁KM1辅助常开触点分断，自锁解锁反转启动按下SB3KM2线圈得电KM2主触点闭合电动机M运转KM2辅助常闭触点断开，对KM1互锁KM2辅助常开触点闭合，自锁

3.3三相异步电动机正反转控制线路电气控制线路3.3三相异步电动机正反转控制线路

像这样将其中一个接触器的常闭触点串入另一个接触器线圈电路中，实现两个接触器的常闭触头互相控制的方法叫做互锁（有的也称为联锁），这两对起互锁作用的触头被称作互锁触头。电气控制线路3.3三相异步电动机正反转控制线路

有时为了提高劳动生产率，要求直接实现正反转的变换控制。这时我们通常会选择“正-反-停”控制线路，即电机可直接进行正反转切换，而不需要在切换前先将电机停止。

需要注意的是，此时电动机必须选择带制动的电机，或者切换时有相应的延时，否则，尤其是大惯量的场合，直接切换时会出现过流，从而对电动机造成伤害。“正-反-停”控制线路如下一张图所示：电气控制线路3.3三相异步电动机正反转控制线路请分析其工作原理！

学习情境1变压器的选择与使用任务1.1认识变压器任务1.2单相变压器的性能参数测试任务1.3三相变压器、特殊变压器的认识与应用学习情境1变压器的选择与使用【任务目标】技能目标：1.能计算变压器的各种参数；2.能根据负载要求选择电力变压器；3.能根据负载要求选择特殊变压器；4.能实施变压器性能参数测试。知识目标：1.了解各种变压器的结构；2.熟悉各种变压器的工作原理；3.掌握各种变压器的基本计算。

任务1.1认识变压器【任务描述】

变压器是在电力系统和电子线路中应用广泛的电气设备。它利用电磁感应原理，将一种交变电压转变为另一种或两种以上频率相同而数值不同的交变电压。在电能的传输、分配和使用中，变压器是关键设备，具有重要意义。除电力系统外，它在通信、广播、冶金、焊接、电子实验、电气测量、自动控制等方面均有广泛的应用。本任务主要研究变压器的分类、铭牌以及变压器的基本结构与工作原理等内容。

任务1.1认识变压器【子任务目标】技能目标：1．能根据变压器外形及铭牌确定变压器特点与用途；2．能根据负载要求选择电力变压器。知识目标：1．了解各种变压器的结构；2．熟悉单相变压器的工作原理；3．掌握单相变压器的基本计算。

任务1.1认识变压器【知识准备】（一）变压器的基本结构和工作原理1．单相变压器的工作原理

常用单相变压器的原理图如图1.1.1所示，它由一个铁心和两个独立绕组组成。铁心构成变压器的磁路部分，绕组构成变压器的电路部分。接交流电源的绕组称为原绕组，接负载的另一绕组称为副绕组。

T

（a）原理图（b）符号图1.1.1变压器原理图放大

任务1.1认识变压器【知识准备】

变压器的各电磁量都是交流量，为分析和计算方便，必须规定出其正方向。图1.1.1所示变压器各量的正方向是遵循惯例，按下面所述的相应电磁规律来规定的。(1)u1、u2、u1的正方向规定由首端指向末端；u2的正方向规定从末端指向首端。(2)：其正方向与产生它们的电流符合右手螺旋定则。因此，判定磁通的正方向时必须注意绕组的绕向。(3)e1、e1和e2、e2：正方向与产生它们的磁通符合右手螺旋定则，即符合定磁感应定律：。(4)i1、i2：正方向与相应的电势方向一致。

任务1.1之【知识准备】

在变压器原边加上电源电压u1，在u1作用下，绕组中产生交流电流，这个电流在铁心中建立交变磁通Φ，它穿过变压器的两个绕组，并使两个绕组中产生感应电动势，它们的大小分别为：

当变压器原绕组通以交流电流时，在其铁心中产生交变磁通，根据电磁感应原理，原、副绕组都产生感应电动势，副绕组的感应电动势相当于新的电源，这就是变压器的基本工作原理。

变压器只能传递交流电能，而不能产生电能；它只能改变交流电压或电流的大小，不改变频率；而在传递过程中几乎不改变电流与电压大小的乘积，即S=U1﹒I1≈U2﹒I2[例1-1-1]

低压照明变压器一次绕组匝数N1=1210匝，一次绕组电压U1=220V，现要求二次绕组输出电压U2=36V，求二次绕组匝数N2及变比K。解由于则

任务1.1之【知识准备】推论（1）变电流作用则推论（2）变阻抗作用

二次侧绕组电路负载阻抗为如果从一次侧绕组电路来看，则其大小为

任务1.1之【知识准备】2．变压器分类

为了达到不同的使用目的，并适应不同的工作条件，变压器有很多类型，可按其用途、绕组结构、铁心结构、相数、调压方式、冷却方式、容量等进行分类。

图1.1.2变压器类型图片放大

任务1.1之【知识准备】3．变压器的结构

主要组成部分由铁芯和绕组两部分构成。1）变压器铁芯

A）轭部磁通为中柱的1/2；b）山字形；c）日字形；d）F形；e）第一刃冲剪成对接双山形；f）第二刃冲剪成二块山字片图1.1.3小型变压器类的迭片放大

任务1.1之【知识准备】1）铁芯

放大

任务1.1之【知识准备】

2）变压器绕组

按高、低绕组相互间位置的不同，绕组可分为同心式和交叠式两种，如图1.1.4所示。

（a）同心式（b）交叠式图1.1.4变压器绕组的结构放大

任务1.1之【知识准备】

3）三相电力变压器外形

放大

任务1.1之【知识准备】1—放油阀门2—绕组3—铁心4—油箱5—分接开关6—低压套管7—高压套管

8—气体继电器9—安全气道10—油表11—储油柜12—吸湿器13—湿度计1．铁心。

油浸式变压器外形图（二）变压器的铭牌1．型号：表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容，表示方法为如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压，额定容量250000kVA，高压额定电压220kV电力变压器。

任务1.1之【知识准备】耦合方式：O表示自耦变压器；相数：D表示单相，S表示三相；冷却方式：油浸自冷式无符号，G表示干式空气自冷，C表示干浇注式绝缘，F表示油浸风冷，S表示油浸水冷，FP表示强迫油循环风冷，SP表示强迫油循环水冷；绕组数：双绕组无符号，S表示三绕组；导线材质：铜线无符号，L表示铝线；调压方式：无励磁调压无符号，Z表示有载调压。如S7-500/10表示额定容量为500KV∙A，高压侧额定电压为10KV级的低损耗三相油浸式自冷电力变压器。如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压，额定容量250000kVA，高压额定电压220kV电力变压器。

任务1.1之【知识准备】2．铭牌额定数据（额定值）额定容量SN——变压器的视在功率（VA）。一次侧额定电压U1N——指变压器在额定运行情况下，根据变压器绝缘等级和允许温升所规定的原绕组的电压值（三相为线电压），称为原绕组的额定电压U1N。规定加在一次侧的电压（V）。二次侧额定电压U2N——在原绕组加上额定电压后，副绕组空载时的端电压（V）。额定电流I1N/I2N——变压器额定容量下，原、副绕组允许长期通过的电流（三相为线电流A）。额定频率fN

——我国规定标准：工业用交流电频率为50Hz。此外，还有空载电流百分值、短路阻抗百分值、额定效率、温升等额定值等。

任务1.1之【知识准备】2．铭牌额定数据（额定值）额定值之间的关系：单相变压器的关系式三相变压器的关系式

任务1.1之【知识准备】[例1-1-4]

一台单相变压器，额定容量SN＝180kVA，原、副绕组的额定电压U1N/U2N＝6000V/220V，求原、副绕组的额定电流I1N、I2N各是多大?这台变压器的输出端能否接150kW，功率因数为0.75的感性负载?解原绕组电流是副绕组电流是150kW感性负载流过的电流为由于I2＞I2N，不行。

任务1.1之【知识准备】

任务1.1之【任务实施】引导问题为：（1）变压器有什么用处？按用途、按相数变压器是如何分类的？（2）变压器的主要结构有哪几部分？（3）变压器的主要额定值有哪几个，单相、三相变压器的额定容量、额定电压、额定电流的意义相同吗？3）教师通过图片、实物或多媒体分析演示让学生了解变压器结构、原理、铭牌参数并举例，或指导学生自学。4）实际观察几种变压器外形（1）观察变压器结构与特点，观察结果记录在表1-1-1中。（2）注意事项①认真观察，注意各种变压器的结构特点，记录完整；②注意安全，避免划伤、砸伤。

任务1.1认识变压器【学习小结】

本任务的核心是变压器的结构和工作原理。它是深入分析变压器运行的基础。变压器工作原理的基础是法拉第电磁感应定律。要求变压器原、副绕组有良好的磁耦合，要求铁心材料有良好的磁导率。在制作铁心时，要尽量减小磁阻（对一般变压器而言）。绕组的放置既要考虑绝缘，也要考虑安全生产，因此，心式变压器的高压绕组一般放在低压绕组的外面。变压器原、副绕组的电流是反相的。副绕组电流建立的磁动势在铁芯中产生的磁通，对原绕组电流建立的磁动势在铁芯中产生的磁通而言具有抵消作用。变压器正常运行时，副绕组的电流增大时，原绕组的电流也随着增大。因此，原绕组电流的大小是由副绕组电流大小决定的。

任务1.1认识变压器【自我评估】1．1-1变压器的基本结构有哪两大部分？1．1-2变压器的铁心和绕组主要是用什么材料？1．1-3变压器的额定值主要有哪几个？它们在单相和三相变压器中含义相同么？举例说明。1．1-4某机床控制电路电压为48V，控制电路的负载（各种继电器、接触器）为40W，功率因数0.8。机床电源为线电压380V，相电压为220V。为满足控制电路的需要，试选择变压器的电压和功率，并说明接线方式。备选变压器：BK-200（一次电压380V，二次电压48V，额定容量50VA）；备选变压器：BK-200（一次电压220V，二次电压48V，额定容量60VA）。

任务1.1之【自我评估】1．1-5某机床控制电路电压为24V，控制电路的负载（各种继电器、接触器）为20W，功率因数0.8。机床电源为线电压380V。为满足控制电路的需要，试选择变压器的电压和功率，并说明接线方式。备选变压器：BK-30（一次电压380，二次电压24V，额定容量30VA）；备选变压器：BK-20（一次电压380，二次电压24V，额定容量20VA）。1．1-6有一台单相变压器，额定容量为5kV·A，高、低压绕组均由两个线圈组成，高压边每个线圈的额定电压为1100V，低压边每个线圈的额定电压为110V，现将它们进行不同方式的联结。试问：可得几种不同的变比？每种联结时，高、低压边的额定电流为多少？

任务1.2单相变压器的性能参数测试【任务描述】

—台变压器在出厂之前，或在检修之后，一般都要做两项基本试验来测定变压器的变比和参数，这就是变压器的空载试验和短路试验。变压器试验的目的是检验变压器的性能是否符合有关标准和技术条件的规定，是否存在影响变压器正常运行的各种缺陷，以及测出变压器的有关数据。另外还要通过负载试验来测取单相变压器的运行特性。本任务主要研究单相变压器的空载参数、短路参数及运行特性的测试方法、测试线路的接线。

任务1.2单相变压器的性能参数测试【子任务目标】技能目标：1.能根据测试原理图实施变压器空载、短路和负载测试接线；

2.能根据不同测试选用测试仪表；

3.能正确读取测试数据并进行计算。

知识目标：1.了解变压器性能参数的意义；2.熟悉单相变压器空载、短路和负载运行的含义；3.掌握单相变压器性能参数的基本计算。

任务1.2单相变压器的性能参数测试

【知识准备】（一）空载测试变压器空载是指原边接额定电压，副边开路时的运行状态。变压器空载试验的目的是确定变比k，空载电流百分值，空载损耗和激磁阻抗等。空载试验线路如图1.2.1所示。原边接上额定电压，副边开路。为安全与方便，空载测试一般在低压侧加试验电压，高压侧开路。

任务1.2之【知识准备】（一）空载测试

据测量的数据计算变压器的激磁参数：1）变压器变比（单相变压器）

图1.2.1空载试验线路图

图1.2.2空载试验等值电路放大（一）空载测试2）激磁参数（空载参数）计算

激磁电阻激磁阻抗激磁电抗3）空载电流百分值

任务1.2之【知识准备】（二）短路测试变压器短路是指原边接短路电压，副边短路时的运行状态。变压器短路试验的目的是确定短路电压短路电压，短路阻抗，铜损耗等。短路试验线路如图1.2.3所示。副边短路，将调压器从0V开始升压，观测短路侧电流达到额定电流值（或原边电流为额定值）时，原边的电压即为短路电压。为安全与方便，短路测试一般在高压侧加试验电压，低压侧短路。任务1.2之【知识准备】（二）短路测试根据测量的数据计算变压器的激磁参数：1）变压器短路电压（或短路阻抗Zs）

图1.2.3变压器短路试验电路图放大任务1.2之【知识准备】

2）短路阻抗

在变压器短路试验中，由电压表和电流表的读出数据即可确定短路阻抗Zk，即短路阻抗

短路电阻

短路电抗任务1.2之【知识准备】

短路试验时应注意短路用的接线尽量短和离开器身，避免产生不正常的涡流损耗，影响测试结果。接线截面积与短路端出线铜排或导杆截面积相等。短路铜排应拴紧，不可松弛，以减少接触电阻。（三）负载测试变压器负载时的运行特性有两个：外特性和效率特性。外持性是指一次侧外施电压与二次侧功率因数不变时，二次侧电压与电流的变化关系，即U2=f（I2）。效率特性是指一次电压和二次测负载功率因数不变时，变压器的效率与负载电流的变化关系，即η=f（I2）。

任务1.2之【知识准备】任务1.2之【知识准备】变压器带不同性质负载时的外特性U2=f（I2）如图1.2.5所示。纯电阻负载时，端电压变化较小；感性负载时，变化较大，但外特性都是下降的；容性负载时，外特性可能上翘，上翘程度随容性的增大而增大。在一定程度上，电压调整率可以反映出变压器的供电品质，是衡量变压器性能的一个非常重要的指标。

在能量传递过程中，变压器内部同时将产生损耗。变压器的损耗分铜耗和铁耗两种。铜耗是电流在绕组中产生的电能损耗，与负载电流的平方成正比，因而称之为可变损耗。铁耗是交变磁通在铁心中产生的磁滞和涡流损耗。由于变压器主磁通是基本不变的量，铁心损耗是一个常量故称不变损耗。效率特性的特征指标是效率η，其定义为额定负载时的η值约为95％~99％。

图1.2.5变压器负载试验电路图放大任务1.2之【知识准备】任务1.2单相变压器的性能参数测试

【任务实施】3.实施内容与步骤引导问题为：（1）变压器测试项目主要有哪几个？（2）什么叫变压器空载运行？变压器空载测试的目的是什么？（3）什么叫变压器短路运行？变压器短路测试的目的是什么？（4）什么叫变压器负载运行？变压器的输出电压与负载大小有什么关系？3）教师通过图片、实物或多媒体分析演示让学生了解变压器测试原理、线路与方法，或指导学生自学。4）实际进行变压器空载测试、短路测试及运行特性测试。

任务1.2单相变压器的

性能参数测试

【学习小结】

本任务通过变压器空载运行和负载运行等试验分析了变压器的运行原理，能量的传通以及内部的电磁过程；通过空载试验和短路试验，确定了变压器的铁损耗、变比、空载电流和励磁阻抗，以及变压器的额定铜损耗、短路电压和短路阻抗。任务1.2单相变压器的性能参数测试

【自我评估】1.2-1变压器空载试验的目的是什么？进行试验时应注意什么？1.2-2变压器短路试验的目的是什么？进行该试验时应注意什么问题？1.2-3变压器负载试验的目的是什么？1.2-4变压器的空载阻抗与励磁阻抗有什么不同？1.2-5变压器的短路阻抗与短路电压有什么不同？短路阻抗的实际意义是什么？1.2-6变压器空载试验一般在哪侧进行？将电源加在低压侧或高压侧所测得的空载电流、空载电流百分值、空载功率及励磁阻抗是否相等？1.2-7变压器短路试验一般在哪一侧进行？将电源加到高压侧或低压侧所测得的短路电压、短路电压百分值、短路功率及计算出的短路阻抗是否相等？

任务1.3三相变压器、特种变压器的认识与应用

【任务描述】

现代电力系统均采用三相制，因而三相变压器的应用极为广泛。三相变压器可以用三个单相变压器组成，这种三相变压器称为三相变压器组，还有一种由铁扼把三个铁心柱连在一起的三相变压器，称为三相心式变压器。从运行原理来看，三相变压器在对称负载下运行时，各相电压、电流大小相等，相位上彼此相差120°，就其一相来说，和单相变压器没有什么区别。由于工业的不断发展，相应地出现了适用于各种用途的特种变压器。它们分别是自耦变压器、互感器（仪用变压器）以及电焊变压器。本任务主要研究三项变压器和几种应用较多的特种变压器的工作原理和使用。

任务1.3三相变压器、特种变压器的认识与应用

【子任务目标】技能目标：1.能进行三相变压器基本计算；2.能根据铭牌和外形确定特种变压器用途与特点；3.能根据工作实际选择所需特种变压器类型。知识目标：1.了解三相变压器和特种变压器的结构和工作原理；2.熟悉各种变压器的用途和使用注意事项。3.掌握特种变压器的参数意义。

任务1.3三相变压器、特种变压器的认识与应用

【知识准备】（一）三相变压器1.三相变压器的磁路系统三相变压器的磁路系统按其铁心结构可分为组式磁路和心式磁路。1）组式（磁路）变压器三相组式变压器是由三台单相变压器组成的，相应的磁路称为组式磁路。由于每相的主磁通中各沿自己的磁路闭合，彼此不相关联。当一次侧外施三相对称电压时，各相的主磁通必然对称，由于磁路三相对称，显然其三相空载电流也是对称的。三相组式变压器的磁路系统如图1.3.1所示。任务1.3之

【知识准备】2）心式（磁路）变压器三相心式变压器每相有一个铁心柱，三个铁心柱用铁扼连接起来，构成三相铁心，如图1.3.2所示。这种磁路的特点是三相磁路彼此相关。从图上可以看出，任何一相的主磁通都要通过其他两相的磁路作为自己的闭合磁路。三相心式变压器可以看成是由三相组式变压器演变而来的。

图1.3.1三相组式变压器的磁路系统放大

与三相组式变压器相比，三相心式变压器省材料，效率高，占地少，成本低，运行维护方便，故应用广泛。只在超高压、大容量巨型变压器中由于受运输条件限制或为减少备用容量才采用三相组式变压器。

图1.3.2三相心式变压器的磁路系统

任务1.3之

【知识准备】放大2.三相变压器的电路系统―联结组别1）三相绕组的联结方法为了在使用变压器时能正确联结而不至发生错误，变压器绕组的每个出线端都给予一个标志，电力变压器绕组首、末端的标志如表1-3-1所示。

表1-3-1绕组的首端和末端的标记任务1.3之

【知识准备】

在三相变压器中，不论一次绕组或二次绕组，我国主要采用星形和三角形两种联结方法。把三相绕组的三个末端U2.V2.W2（或u2.v2.w2）联结在一起，而把它们的首端Ul、Vl、Wl（或ul、vl、w2）引出，便是星形联结，用字母Y或y表示，如图1.3.3（a）所示。把一相绕组的末端和另一相绕组的首端连在一起，顺次连接成一闭合回路，然后从首端Ul、Vl、Wl（或u1.v1.wl）引出，如图1.3.3（b）、（c）所示，便是三角形联结，用字母D或d表示。其中，在图（b）中，三相绕组按U1-U2W1-W2V1-V2U1的顺序联结，称为逆序（逆时针）三角形联结；在图（c）中，三相绕组按U1-U2V1-V2W1-W2U1的顺序联结，称为顺序（顺时针）三角形联结。

任务1.3之

【知识准备】图1.3.3三相线圈联结方法及相量图任务1.3之

【知识准备】放大2）单相变压器的极性由于一台三相变压器可以看成由三台单相变压器组成，故要想弄清三相变压器原、副边线电动势（线电压）间的相位关系，须首先掌握单相变压器原、副边电动势（电压）之间的相位关系，即单相变压器的极性。单相变压器的主磁通及原、副绕组的感应电动势都是交变的，无固定的极性。这里所讲的极性是指某一瞬间的相对极性，即任一瞬间，高压绕组的某一端点的电位为正（高电位）时，低压绕组必有一个端点的电位也为正（高电位），这两个具有正极性或另两个具有负极性的端点，称为同极性端，用符号“·”或“﹡”表示。同极性端可能在绕组的对应端，如图1.3.4（a）所示，也可能在绕组的非对应端，如图1.3.4（b）所示，这取决于绕组的绕向。

任务1.3之

【知识准备】

当原、副绕组的绕向相同时，同极性端在两个绕组的对应端；当原、副绕组的绕向相反时，同极性端在两个绕组的非对应端。单相变压器的首端和末端有两种不同的标法。一种是将原、副绕组的同极性端都标为首端（或末端），如图1.3.5（a）所示，这时原、副绕组电动势与同相位（感应电动势的参考方向均规定从末端指向首端）。另一种标法是把原、副绕组的异极性端标为首端（或末端），如图1.3.5（b）所示，这时与反相位。

图1.3.4线圈的同极性端任务1.3之

【知识准备】放大

综上分析可知，在单相变压器中，原、副绕组感应电动势之间的相位关系要么同相要么反相位，它取决于绕组的绕向和首末端标记，即同极性端子同样标号电动势同相位。为了形象地表示高、低压绕组电动势之间的相位关系，采用所谓“时钟表示法”。即把高压绕组电动势相量作为时钟的长针，并固定在“12”上，低压绕组电动势相量作为时钟的短针，其所指的数字即为单相变压器联结组的组别号，我国国家标准规定，单相变压器以I，I0作为标准联结组。

图1.3.5不同标志和绕向时原、副绕组感应电动势之间的相位关系

任务1.3之

【知识准备】放大3）三相变压器的联结组别

三相变压器原、副边三相绕组均可采用Y（y）联结或YN（yn）联结，也可采用D（d）联结，括号中为低压三相绕组联结方式的表示符号。因此三相变压器的联结方式有Y，yn、Y，d、YN，d、Y，y、YN，y、D，yn、D，y、D，d等多种组合，其中前三种为最常见的联结，逗号前的大写字母表示高压绕组的联结；逗号后的小写字母表示低压绕组的联结，N（或n）表示有中性点引出。（1）Y，y联结图1.3.6（a）为三相变压器Y，y联结时的接线图，图1.3.6（b）为图（a）的相量图。可见，如把指向钟面的12上，则也指向12，故其联结组就写成Y，y0。如高压绕组三相标志不变，而将低压绕组三相标志依次后移一个铁心柱，在相位图上相当于把各相应的电动势顺时针方向转了120°（即4个点），则得Y，y4联结组；如后移两个铁心柱，则得8点钟接线，记为Y，y8联结组。

任务1.3之

【知识准备】3）三相变压器的联结组别在已知三相变压器接线图的情况下，可以按如下步骤来确定其连接组：1）画出原边绕组相电动势的相量图，并根据其连接方式求出线电动势；2）把U点当作u点，根据同名端，确定副边绕组相电动势与原边相电动势的相位关系，画出副边相电动势的相量图；3）再由其连接方式求出副边的线电动势；4）最后根据相量图所示的原边、副边线电动势相位差，得到连接组标号。

任务1.3之

【知识准备】

在图1.3.6（a）中，如将原、副绕组的异极性端子标在对应端，如图1.3.7（a）所示，这时原、副边对应相的相电动势反向，则线电动势与的相位相差180°，如图1.3.7（b）所示，因而就得到了Y，y6联结组。同理，将低压侧三相绕组依次后移一个或两个铁心柱，便得Y，y10或Y，y2联结组。

图3.1.6Y，y0连接组任务1.3之

【知识准备】放大

图1.3.7Y，y6联结

图1.3.8Y,d11联结任务1.3之

【知识准备】放大

（2）Y，d联结图1.3.8（a）是三相变压器Y，d联结时的接线图。图中将原、副绕组的同极性端标为首端（或末端），副绕组则按U1一U2W1一W2V1一V2U1顺序作三角形联结，这时原、副边对应相的相电动势也同相位，但线电动势与的相位差为330°，如图1.3.8（b）所示，当指向钟面的12时，则指向11，故其组号为11，用Y，d11表示。同理，高压侧三相绕组不变，而相应改变低压侧三相绕组的标号，则得Y，d3和Y，d7联结组。如将副绕组按Ul一U2V1一V2W1一W2U1顺序作三角形联结，如图1.3.9（a）所示。这时原、副边对应相的相电动势也同相，但线电动势与的相位差为30°，如图1.3.9（b）所示，故其组号为1，则得到Y，d1联结。

任务1.3之

【知识准备】

综上所述可得，对Y，y联结而言，可得0、、10等六个偶数组别；而Y，d联结而言，可得l、、11等六个奇数组别。国家标准规定Y，yn0；Y，d11；YN，d11；YN，y0和Y，y0等五种作为三相双绕组电力变压器的标准联结组。Y,yn0联结组的二次绕组可引出中性线，成为三相四线制，用作配电变压器时可兼供动力和照明负载。Y，d11联结组用于低压侧电压超过400V的线路中。YN，d11联结组主要用于高压输电线路中，使电力系统的高压侧可以接地。

图1.3.9Y,d1联结任务1.3之

【知识准备】放大

4）三相变压器绕组的极性判别

当把三相变压器原、副绕组联接成星形或三角形时，绕组的感应电动势就互差120°，变压器正常运行。如果当一相绕组接反了，该相绕组产生的磁通会与另外两相绕组产生的磁通相互抵消，使得变压器空载阻抗变得很小，接入电源后会流过很大的电流而烧坏变压器。为避免上述事故发生，要确定三相绕组的相对极性，即确定三相变压器绕组的首末端，通常也称为绕向测定。具体做法是：在图1.3.10（a）中，若将原绕组的1U2和lV2端子相联接后，在lU1和1V1间加电压。在图1.3.10（b）中，若将两绕组的1U2和lVl端子联接在一起，在1U1和1V2之间加电压，则在W相绕组中产生感应电动势。这表明，1U1.1V1中一个为首端，一个为末端。更换一相绕组后，重复上述过程，就可以确定三相绕组的相对极性。用同样的方法、步骤也可以确定副绕组的相对极性。读者可以依据楞次定律参照图1.3.10自行分析判断。

任务1.3之

【知识准备】

图1.3.10三相变压器组的绕向测定（a）（b）任务1.3之

【知识准备】放大（二）自耦变压器1.自耦变压器的结构根据法拉第电磁感应定律所讲的自感现象制成的变压器，称之为自感变压器，也称为自耦变压器。自耦变压器的特点在于：其原、副绕组之间不仅有磁的联系，而且也有电的直接联系。

自耦变压器与普通变压器相似，也是由铁心和原、副绕组两部分组成。所不同的是，原、副绕组共用一个线圈，如图1.3.11所示。如果绕组中间的抽头做成可滑动接触的，就可构成一个电压可调的自耦变压器。通常将这类可调的自耦变压器称为自耦调压器。如图1.3.12所示，这种自耦调压器将铁心做成圆环形，将绕组均匀绕在上面，滑动接触点一般用碳刷构成。碳刷触头通过组件与转柄相连．可根据需要旋转转柄以改变输出电压。

任务1.3之

【知识准备】

（a）外形结构（b）电路原理

图1.3.11自耦变压器结构图1.3.12自耦调压器

任务1.3之

【知识准备】放大放大2.自耦变压器的原理

自耦变压器可以看作是由一台双绕组变压器改接变成的。设双绕组变压器原、副绕组的总匝数为N1

，副绕组匝数为N2

，额定电压分别为U1N，额定电流分别为U2N，根据变压器原理，变比

k=N1/N2=U1N/U2N

若将这台双绕组变压器原、副绕组按图1.3.13所示串联起来，便成为一台自耦变压器。N2既属于原绕组的一部分，同时也是副绕组的组成部分，成为公共绕组，N1成为原绕组。

自耦变压器可用于升压。也可用于降压。图1.3.13为降压自耦变压器原理接线图。若将电电源和负载对调，就成为升压自耦变压器。

任务1.3之

【知识准备】

如果在自耦变压器原绕组上加上电压，且不考虑绕组的电阻压降和漏抗压降，绕组内有电流通过。铁心内就产生交变磁通，原绕组中产生感应电动势，这个电动势与外加电压相平衡。副绕组中产生的感应电动势与其匝数也是成正比。图1.3.13自耦调压器工作原理

放大任务1.3之

【知识准备】（三）互感器1.电流互感器电流互感器的结构、工作原理与普通双绕组变压器相似，也是由铁心和原、副绕组两部分构成。其主要特点在于，电流互感器原绕组的匝数很少，一般只有一匝到几匝。使用中，原绕组串联在被测电路中。副绕组的匝数很多，用较细的导线绕制。根据测量目的不同，副绕组联接电流表或电度表的电流线圈。根据变压器的变流比公式

任务1.3之

【知识准备】[例1-3-1]

某电力线路，电压为10.5kV，今采用LQJ-15环氧树脂浇注的电流互感器测量线路电流。已知，电流表测得的电流为2.5A，若不计空载电流和漏阻抗的影响，试问该线路电流为多大?若采用的电流互感器，能否测量该线路的电流?

解由于LQJ-15型电流互感器可允许在15kV线路中进行测量，故在该线路是可以使用的。因为Ki=40，I2=2.5A，则该线路的电流为如采用Ki=75/5的电流互感器，它所测量电流的最大值为所以，不能将的电流互感器用于测量线路为100A的电流。任务1.3之

【知识准备】

为了测量的准确和安全，在使用电流互感器时，应注意以下三点：（1）电流互感器在运行中副绕组绝对不能开路。若开路，互感器即成为空载运行，流过原绕组的线路电流，全部成为互感器的励磁电流。副绕组此时没有电流通过，副绕组电流的去磁作用消失，原绕组磁动势不变，使铁心中磁感应强度提高很多倍，磁路严重饱和，磁通的波形为平顶波，在磁通变化过程中，过零时相当快。因而在副绕组中感应出很高的尖峰电动势，其峰值可达数千伏，会造成互感器绝缘击穿，也可能造成人身伤害。任务1.3之

【知识准备】

另外，由于磁感应强度增大，铁损耗增加，铁心过热．加速绝缘物老化。在电流互感器副绕组电路中，绝对不允许接装保险丝；当副绕组不接电流表时，要把副绕组短接，若要拆下运行中的电流表，必须先把互感器副绕组短接后，才能把电流表拆下来。（2）电流互感器的铁心和副绕组要同时可靠接地，以免高压侧绝缘击穿时，损坏仪表或造成人身伤亡。（3）副绕组负载阻抗要小于规定的阻抗，互感器准确度等级要比所接仪表的准确度高两级。任务1.3之

【知识准备】2.电压互感器电压互感器实质是一个降压变压器，其工作原理和结构与其它变压器没有区别。也是由铁心和原、副绕组两个主要部分组成。它的主要特点在于：原绕组匝数较多，并联在被测电路中，副绕组匝数较少，接在高阻抗的测量仪表上，有很准确的电压比。根据测量的目的不同，原绕组接被测量的高电压端，副绕组接电压表、瓦特表或电度表的电压线圈，所接仪表的阻抗都很大，因此，电压互感器的副绕组电流很小，近似等于零。所以电压互感器正常运行时接近于空载运行，接线原理图如1.3.14所示。根据变压器原理，它的原绕组与副绕组的电压之比同它们的匝数成正比。电压互感器的准确度可分为：.1.0、3.0等四级。任务1.3之

【知识准备】（a）接线图（b）符号图图1.3.14电压互感器的原理接线图放大任务1.3之

【知识准备】

[例1-3-2]

用变比为6000V／100V的电压互感器和变比为100A／5A的电流互感器扩大量程，若电压表的读数为85V，电流表的读数为3.5A，则被测电路的电压、电流各为多少?解因为

所以

又因为

所以

任务1.3之

【知识准备】

在使用电压互感器时，应注意以下三点：（1）电压互感器在运行时，副绕组不可短路。因为副绕组匝数少，阻抗小，如发生短路，短路电流将很大，足以烧坏互感器。使用时，低压侧电路要串接熔断器作短路保护。（2）电压互感器的铁心和副绕组的一端必须可靠接地。以防止高压绕组绝缘被损坏时，铁心和副绕组带上高压而造成事故。（3）电压互感器的准确度等级与其使用的额定容量有关，输出电流越大，电压比误差越大的缘故。为了保证所接仪表的测量准确度等级，电压互感器的准确度等级比所接仪表的准确度等级要高两级。

任务1.3之

【知识准备】（四）电焊变压器电焊变压器在生产实际中应用很广泛，主要是以结构简单、成本较低、制造容易、维修方便、经久耐用而著称。交流电弧焊机的主要部分是电焊变压器，实质上是一台特殊的降压变压器。电弧焊是靠电弧放电的热量来熔化金属的，电焊条就是用来被熔化的金属。焊接时的起弧电压约为60～75V，起弧后电压降至30～35V，当焊条碰在工件上时，短路电流不应过大，也不应过小。为了适应不同的焊接要求，焊接电流应能够在较大范围内调节。如果使一台的变压器的特性符合上述电焊条的要求，它就可以作为电焊变压器。为此，对电焊变压器的要求是：

任务1.3之

【知识准备】

（1）变压器空载时具有足够的引弧电压60～80V。（2）有负载时要求电压急剧下降。即电焊变压器必须具有陡降的外特性。图1.3.15所示为电焊变压器的外特性曲线。（3）为了满足焊接不同工件的需要，要求能够调节焊接电流的大小。（4）当焊条与工件短接时，副绕组电流不应过大。即短路电流不应太大，也不应太小。短路电流太大，会使焊条过热、金属颗粒飞溅，工件易烧穿；短路电流太小，引弧条件差，电源处于短路时间过长。一般短路电流不超过额定电流的两倍，在工作中电流要比较稳定。

任务1.3之

【知识准备】

为了满足上述要求，电焊变压器应有较大的可调电抗。电焊变压器的一、二次绕组一般分装在两个铁心柱上，以使绕组的漏抗比较大。改变漏抗的方法很多，常用的有磁分路法和串联可变电抗法两种，如图1.3.16所示。图1.3.15电焊变压器具有陡降的外特性放大任务1.3之【知识准备】

带电抗器的电焊变压器如图1.3.16（a）所示，它是在二次绕组中串接可调电抗器。电抗器中的气隙可以用螺杆调节，当气隙增大时，电抗器的电抗减小，电焊工作电流增大；反之，当气隙减小时，电抗增大，电焊工作电流减小。另外，在一次绕组中还备有分接头，以便调节起弧电压的大小。

（a）带电抗器的电焊变压器图（b）磁分路电焊变压器图1.3.16电焊变压器的原理接线图

放大任务1.3之

【知识准备】磁分路电焊变压器如图1.3.16（b）所示。在一、二次绕组铁心柱中间，加装一个可移动的铁心，提供了一个磁分路。当磁分路铁心移出时，一、二次绕组的漏抗减小，电焊变压器的工作电流增大。当磁分路铁心移入时，一、二次绕组间通过磁分路的漏磁通增多，总的漏抗增大，焊接时二次侧电压迅速下降，工作电流变小。这样，通过调节磁分路的磁阻，即可调节漏抗大小和工作电流的大小，以满足焊件和焊条的不同要求。在二次绕组中还常备有分接头，以便调节空载时的起弧电压。任务1.3之

【知识准备】引导问题为：（1）三相变压器的三相绕组有哪两种基本接法？同一边的三相绕组接成Y接和D接时，线电压之间关系是什么？（2）自耦调压器、电流互感器、电压互感器各自的主要用途是什么？他们的绕组各有什么特点？（3）电焊变压器的外特性有什么特点？3）教师通过图片、实物或多媒体分析演示让学生了解三相变压器变压器、自耦变压器、电流互感器、电压互感器及电焊变压器的结构、原理与特点，或指导学生自学。4）实际进行特种变压器观察、变压器绕组极性训练。

任务1.3

之

【任务实施】3.实施内容与步骤：（1）观察几种特殊变压器外形，观察结果记录在表1-3-2中。

序号变压器名称变压器型号额定容量（VA）额定电压（V）额定电流（A）结构特点主要用途1三相变压器2自耦调压器3电压互感器4电流互感器5交流电焊机表1-3-2特种变压器观察结果记录表3.实施内容与步骤：任务1.3

之

【任务实施】

1.三相变压器的应用极为广泛。正确掌握三相变压器的铭牌参数、基本计算、绕组极性的测定方法，对掌握变压器的使用技能起着非常重要的作用。

2.在交流电路的多种测量中，以及各种控制和保护电路中，应用着大量的互感器。互感器分为两种，一种是电流互感器，它的原理是应用电磁感应原理，将大电流变成小电流，特点是电流互感器在近似短路状态下工作，用以提供测量仪表及各种继电器信号保护的信号。另一种是电压互感器，它也是应用电磁感应原理，将高电压变为低电压，供测量仪表等使用。电压互感器的主要特点是它的副绕组近似在断路的状态下工作，副绕组电流很小。任务1.3三相变压器、特种变压器的认识与应用

【学习小结】3.自耦变压器的原、副绕组具有公共使用的绕组。原、副绕组两边既有磁的联系，又有电的直接联系，这使得其绕组容量小于变压器的容量，但其结构简单、操作简单、节省材料。调压器是电压连续可调的自耦变压器，在试验室中应用较广，但要注意安全，对单相自耦变压器来说，原、副绕组的公共部分要接零线，并注意铁芯接地。

4.电焊变压器的最大特点是具有陡降的外特性，以满足电弧焊的要求。电焊变压器大体可分为两大类，一类是磁分路类，另一类是外加电抗类。其基本原理仍是电磁感应原理。两类调节电流的方式不同，前一类是调节漏磁通，以便调节输出电流；后一类是改变焊接回路电抗来改变输出电流。其实质都是改变加在电焊条电孤间的电压。

任务1.3三相变压器、特种变压器的认识与应用

【学习小结】1．3-1自耦变压器有哪些特点？1．3-2电流互感器和电压互感器的用途和注意事项有哪些？1．3-3变压器的额定值主要有哪几个？它们在单相和三相变压器中含义相同么？举例说明。1．3-4有一台SN=5000kV·A，U1N/U2N=10kV/6.3kV，Y，d联结的三相变压器，试求：（1）变压器的额定电压和额定电流；（2）变压器一、二次绕组的额定电压和额定电流。

任务1.3三相变压器、特种变压器的认识与应用

【自我评估】（五）变压器的特性1.变压器的空载特性变压器的空载运行

一次侧接额定电压u1N，二次侧开路的运行状态称为空载运行（i2=0）。

空载时一次侧绕组中的电流i0为空载(或叫激磁)电流，磁势F0=I0N1叫励磁磁势。

f0产生的磁通分为两部分，其中一部分以铁心为磁路（主磁路），同时与一次绕组N1和二次绕组N2相匝链，并感应电势e1和e2，是传递能量的主要媒介，属于工作磁通，称为主磁通Ф；另一部分磁通只能单独匝链一边的绕组，通过变压器油或空气形成闭路，属于非工作磁通，称为一次侧的漏磁通Ф1σ。铁心由高导磁硅钢片制成，导磁系数μ为空气的导磁系数的2000倍以上，所以大部分磁通都在铁心中流动，主磁通约占总磁通的99％以上，而漏磁通占总磁通的1％以下。

问题：主磁通和漏磁通的性质和作用是什么？二、电势公式及电势平衡方程式推导

空载时，主磁通Ф在一次侧产生感应电势E1，在二次侧产生感应电势E2，一次侧的漏磁通Ф1

在一次侧漏抗电势E1σ。

变压器的空载运行

其有效值假设磁通为正弦波Ф=Фmsinωt

则

这就是电机学最重要的公式。说明感应电势E1与磁通Φm、频率f、绕组匝数N成正比。

同样可以推出e2和e1σ的公式：

由于漏磁路的磁导率μo为常数，Φ1σm=L1σII0，故E1σ=4.44fN12L1σI0=X1σI0，即E1σ可用漏抗压降的形式表示。以上推导涉及到的电磁量均为正弦变化，可以用相量来表示。用相量时可同时表示有效值和相位。

感应电势在相位上永远滞后于它所匝链的磁通90o。

考虑到一次侧绕组的电阻压降后，其电势平衡方程为

若带负载时二次侧无电流对于一次侧来说，电阻压降和漏抗压降都很小。所以U1≈-E1=4.44fN1Φm，可见变压器的磁通主要由电源电压U1、频率

f和一次侧绕组的匝数N1决定。在设计时，若电压U1和频率f给定，则变压器磁通由匝数N1决定。对于制成运行的变压器，其磁通Φ可以由电压U1和频率

f

控制。

2.变压器的负载特性一、负载运行

的物理过程一次侧接电源U1，二次侧接负载ZL，此时二次侧流过电流I2。一次侧电流不再是I0，而是变为I1，这就是变压器的负载运行情况。

负载后，二次侧电流产生磁势F2=N2I2，该磁势将力图改变磁通Φ，而磁通是由电源电压决定的，也就是说Φ基本不变。

要维持Φ不变，一次绕组的电流将由原来的I0变为I1。I1产生磁势F1=I1N1，F1与F2共同作用产生Φ，F1+F2的作用相当于空载磁势F0，也即激磁磁势Fm。

变压器的负载运行

二、磁势平衡方程式

负载后，一次侧绕组中的电流由两个分量组成，一个是其负载分量I1L，另一个是产生磁通的励磁分量I0，I1L产生的磁势与二次侧电流产生的磁势大小相等，方向相反，互相抵消。

在满载时，I0只占I1L的（2－8）％，有时可将I0忽略，即：

这就是变压器的变流作用，只有在较大负载时才基本成立，用此原理可以设计出电流互感器。

三、电势平衡方程式

负载后变压器电路中的各种电势及压降：

根据规定的正方向可以写出电压平衡方程

3.变压器的阻抗变换(1)变比k：指变压器1、2次绕组的电势之比；一次绕组的匝数必须符合一定条件：

变压器负载时的等效电路绕组折算将变压器二次绕组折算到一次绕组时的规律：·电动势和电压的折算值等于实际值乘以ｋ，·电流的折算值等于实际值除以ｋ，·电阻、漏电抗及阻抗的折算值等于实际值乘以ｋ2

经绕组折算，变压器的基本方程式变为：具此可推得变压器的等效电路

“Ｔ”型等效电路准确反映了变压器内部的电磁关系，但它属于混联电路，进行复数运算比较麻烦。因一般电力变压器运行时，Ｉ0只占(2～5)%I1N，从工程计算的观点看，可把Ｉ0略去不计，即去掉励磁支路，得到一个简单的阻抗串联的电路—简化等效电路。此时接在电源与负载之间的变压器相当于一个串联阻抗ＺK—变压器的短路阻抗。4.变压器的运行特性1）变压器的外特性

对于负载来讲，变压器的二次侧相当于一个电源。对于电源，我们所关心的运行性能是它的输出电压与负载电流之间的关系，即一般所说的外特性；以及变压器运行时的效率特性

由于变压器内部存在电阻和漏电抗，因此负载运行时，当负载电流流过二次侧时，变压器内部将产生阻抗压降，使二次侧端电压随负载电流的变化而变化，这种变化关系是用变压器的外特性来描述的。电压变化率：变压器负载