船舶电机与拖动 第2版 课件 3 变压器

第三章变压器

主要内容

1、变压器的基本结构原理

2、三相变压器的组成和连接组别

3、电压互感器和电流互感器

变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。变电压：电力系统

变阻抗：电子线路中的阻抗匹配变电流：电流互感器

变压器的主要功能有：

在能量传输过程中，当输送功率P=UIcos

及负载功率因数cos

一定时：电能损耗小节省金属材料（经济）第一节变压器的基本结构和铭牌数据U

I

P=I²

RlI

S单相变压器+–+–

Z

一、变压器的结构变压器的磁路绕组：一次绕组二次绕组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

变压器的基本组成是铁心和绕组，铁心是闭合的磁路，绕组一般有原副两个，同套在铁心上。索引

变压器有多种分类方法，其用途很广泛。船上主要用做照明的三相照明变压器和各种小型单相电源变压器。船用变压器为干式变压器。1、基本结构结构特点

单相变压器有心式和壳式两种，壳式外边有铁轭，心式则无铁轭。变压器的绕组有筒式和盘式两种，为了节约绝缘，筒式低压绕组靠铁心，盘式绕组变压器。靠上下铁轭的绕组为低压绕组。

注意：船用变压器应采用B级以上绝缘。1)变压器的型号2、变压器的铭牌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)2)额定值额定电压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

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、二次侧绕组线电流

额定容量

SN

传送功率的最大能力。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此外，还有

额定频率fN、额定温升τN、连接组别等。fN一般为工业频率(简称工频)；额定温升是指额定运行时变压器最高温度与标准环境温度之差。我国规定标准环境温度陆地为40℃，船上为45℃。B级绝缘耐热为130℃，其τN=85℃。

第二节变压器的基本工作原理和运行特性空载运行：变压器原边接电源，有电流流过原绕组，原绕组产生磁通，与原副绕组同时交链。在原副绕组同时感应电势，平衡电源，并向负载供电。

与原副绕组同时交链的磁通称为主磁通，是工作磁通。只和一个绕组交链的磁通称为漏磁通，漏磁通在电路中的作用是产生压降。

变压器的基本原理

（1）变压器的作用：双绕组变压器的主要作用有：①.变压、②.变流、③.变换阻抗。有的书还说：双绕组变压器具有电气隔离作用，有的还说具有相位变换作用。

变压、变流和变换阻抗变换，实际都是一样的，都是利用不同匝数的绕组与交变磁通交链，感应电势大小不同实现的。此前，我们曾学过，感应电势的大小正比于线圈的匝数和线圈磁通变化率：e=N×|dΦ/dt|，经过推导即为：

E=4.44fNΦ(即4.44公式，4.44≈π×√2)

变压器的基本结构原理

忽略原绕组的漏磁通(一般只为主磁通的百分之几)，认为U1≈E1。空载时I2=0，∴U2=E2。而两绕组感应电势分别为：U1≈E1=4.44f1N1Φ和U2=E2=4.44f1N2Φ

。因此，有：

其中，k为变压器的变压比，简称为变比。合理选择N1和N2，可得不同副边电压。但应注意：U1≯UN。

变压器的基本结构原理

（2）变流原理：变压器是静止的电机，没有机械损耗，而铁损和铜损相对其额定传输容量而言较小，若忽略损耗，原边输入的视在功率等于副边输出的视在功率，则有S1≈S2，U1I1≈U2I2。

将U1/U2=k代入，经过整理可得：

式中，kI为变压器的电流变换比或简称电流变比。即变压器不仅可变压，同时也能变流。不过电压高的一端，电流小；电压低则电流大。（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。+–+–+–(1)

变压器的匝数比应为：解:例1:

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？R0+–+–RL信号源+–R0RL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：

变压器的基本结构原理

工作原理说明：变压器原绕组通电后，原绕组在磁路产生交变磁通，同时与原、副绕组交链，本感应电势。原绕组感应的电势用于平衡电源电压，副绕组感应电势可作为负载的电源，输出电压和电流。当负载增大(Z减小)时，I2增加，产生的磁势具有去磁性质，Фm有下降趋势。于是I1增加，以补偿Фm。变压器就是通过对Фm的补偿，使副边I2的增加反映到原边I1的增加。只要原边电源电压不变，变压器磁路的磁通将基本保持不变。索引

二、变压器基本方程和等效电路1、原、副边电压平衡方程：

索引

二、变压器基本方程和等效电路2、变压器的等效电路

索引三、变压器的运行特性

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)。U20：一次侧加额定电压、二次侧开路时，二次侧的输出电压。

一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2

变化不大），电压变化率约在5%左右。电压变化率：cos

2=0.8(感性）U2I2U20I2Ncos

2=1O变压器的效率(

)变压器的损耗包括两部分：铜损(

PCu)：绕组导线电阻的损耗。与负载大小（正比于电流平方）有关。

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。输出功率输入功率磁滞损耗：涡流损耗它与铁心内磁感应强度的最大值Bm的平方成正比。与负载大小无关。第三节三相电压器1、三相变压器的组成高压绕组：U2、V2

、W2:尾端U1、V1

、W1:首端低压绕组：u1、v1

、w1:首端u2、v2

、w2:尾端U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w22、三相变压器的变换：三相电压的变换，应使用三相变压器。船用照明变压器有两种方案：①.两台三相芯式变压器；②.三台单相变压器。

两台芯式变压器互为备用：一台运行，一台备用。三台单相变压器为△/△连接，即D，d连接；故障时，可将故障变压器的原副绕组同时切除，采用V，v连接，应急向三相负载供电。

当电流流入(或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入(或流出）端称为同极性端。••AXax•AXax（1）同极性端(同名端)

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。2.

三相变压器的同名端与连接组别•联接

2－3

变压器原一次侧有两个额定电压为110V的绕组：（2）线圈的接法

联接

1－3，2－4当电源电压为220V时：+–+–电源电压为110V时：1324••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：VaAXxV（3）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，则A-a为同极性端;结论：Xx电流表+_Aa+–S

如果当S闭合时，电流表反偏，则A-x为同极性端。••AXax+_S+–（4）三相电压的连接组别

三相变压器的联结方式联结方式：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（井下照明）高压、超高压供电系统常用接法:连接组别：连接组别是用来表示变压器原、副绕组极性关系，用“时钟表示法”表示。前半部为连接方法：Yy,Yd,Dy和Dd。后半部为“钟点数”：分针为原边线电势，恒为12点位置；时针为副边线电势位置。如：Yd11，为Y-△连接，副边线电势Eab滞后原边线电势EAB

的电角度为330°。

三相变压器的组成和连接组别

绕组为Y连接，且带中线时，用“YN”或“yn”表示。1)三相变压器Y/Y0联结线电压之比：U1+–+–V2W3w1+–+–v1u12)三相变压器Y0/

联结线电压之比：U1+–+–+–V1W1u1v1w13．三相变压器在船舶中的应用在船舶电力系统和控制系统中，变压器主要应用于照明、应急照明、厨房照明、控制电源以及各种仪用互感器中；在采用电力推进船舶中，变压器还用于动力主回路的升压和降压。

船舶主配电系统中一般使用2台照明变压器，但是平时一台工作，一台备用，需要定时更换以确保变压器正常。仪用互感器：

互感器是用来对电压或电流进行测量的的变压器，常称为仪用变压器。有电压互感器和电流互感器两种。

互感器与普通变压器的最大区别是要求测量精确，因此磁路都应工作在不饱和区。同时为了安全，还对其使用进行相关规定。与变压器V，v连接相似，可采用两个开口三角形连接的互感器测量三相电量，但连接时应注意极性的正确。索引第四节自耦变压器和仪用互感器二次侧不能短路，以防产生过流；2.铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在二次侧出现高压。使用注意事项：电压表被测电压=电压表读数

N1/N21、电压互感器

实现用低量程的电压表测量高电压，我国电压互感器副边标准输出电压为100V。VR

N1（匝数多）保险丝

N2（匝数少）~u（被测电压）电流表被测电流=电流表读数

N2/N1二次侧不能开路，