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青岛港湾职业技术学院授课教案 编号：第 5周 第2次课 题 第四章1.2变压器及变压器的空载运行 班 级 05机电 授课日期 2006 年 3 月 28 日 星期 五 目 的与要 求1、掌握变压器的结构、分类、原理。2、掌握变压器空载运行时的物理情况、电磁关系、电压平衡方程及等效电路。重 点变压器的原理、电磁关系、电压平衡方程及等效电路难 点变压器电磁关系、电压平衡方程及等效电路授课方式课堂讲授教 具多媒体教学过程设计1、 先复习直流电机的工作原理，复习强调电磁感应原理。2、 由生活例子引入变压器，结构、分类、原理3、 由原理引入变压器的空载运行特点（电磁关系、电压平衡方程、等效电路）4、 布置作业教 学 过 程一、变压器定义：变压器是一种静止电器,它通过线圈间的电磁感应,将一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能.1一信号式温度计；2一吸湿器；3一储油柜；4一油表；5一安全气边；6一气体继电器；7一高压套管；8一低压套管；9一分接开关；10一油箱；11铁心；12线圈；13放油阀门二、理想变压器的运行原理变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组，如图所示。一个绕组接电源，称为原绕组（一次绕组、初级），另一个接负载，称为副绕组（二次绕组、次级）。原绕组各量用下标1表示，副绕组各量用下标2表示。原绕组匝数为N1，副绕组匝数为N2。理想变压器：（不计电阻、铁耗和漏磁） 一次与二次绕组完全耦合，且两绕组电阻为零。铁芯中损耗为零铁芯的导磁率为无穷大，即磁阻为零。理想变压器的运行：原绕组加电压产生电流建立磁通，沿铁心闭合分别在原副绕组中感应电动势变压器的变电压作用：由于线圈电阻为零，且一次、二次侧绕组完全耦合，故按照图中的假定正方向下：AXu1 i1 0e1axe2i2感应电势，看作电池结论：只要改变原、副绕组的匝数比,就能按要求改变电压。变压器的变电流作用：结论：变压器在改变电压的同时,亦能改变电流。变压器的变阻抗作用图中，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：结论：变压器在改变电压的同时,亦能实现对阻抗的变换。三、变压器的分类：按用途分：电力变压器和特种变压器按相数分：单相、三相、多相变压器按每相绕组数目分：双绕组、三绕组、自耦变压器按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器 铁心结构：心式变压器和组式变压器四、变压器的基本结构1、铁心：变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用0.35mm厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。为了减少磁路上的空气隙和安装方便，铁心的装配采用交错叠接式。2、绕组：定义 变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成。 一次绕组 输人电能的绕组 二次绕组 输出电能的绕组 同异点一次和二次绕组具有不同的匝数、电压和电流，其中电压较高的绕组称为高压绕组，电压较低的称为低压绕组。五、变压器的空载运行为充分利用铁磁材料，实际的变压器的铁心均工作在饱和状态，因此从本质上讲，变压器属于非线性、非正弦的电磁系统，线性电路分析中的方法和工具符号法和向量图在此均不使用，因而难以建立其变量和参数之间的简明的解析关系。必须在误差允许的范围内，对其中的非线性、非正弦因素作必要的等效处理，最终将变压器简化为单纯的线性电路，以便进行工程分析和计算。（一）、空载运行和一次侧等效电路空载运行：原绕组加额定电压，副绕组开路的运行情况称为空载运行 主磁通与漏磁通的区别主磁通：以铁心为磁路，同时交链着一次绕组和二次绕组漏磁通：以空气或变压器油为磁路，只与一次绕组相交链1）性质上：与 成非线性关系；与 成线性关系；2）数量上：占99%以上，仅占1%以下；3）作用上：起传递能量的作用，起漏抗压降作用。（二）各电磁量参考方向的规定电压或电动势产生电流、电流产生电压降的关系上，三者的假定正方向一致。电流产生磁通的关系：符合右手螺旋定则磁通变化感应电动势的关系：符合右手螺旋定则强调：磁通与产生它的电流之间符合右手螺旋定则；电动势与感应它的磁通之间符合右手螺旋定则。（三）感应电动势与电动势变比一次、二次绕组电动势平衡方程式由于，故 ,同时也很小,故可认为结论：如果u随时间按正弦规律变化，则e亦按正弦规律变化，主磁通也按正弦规律变化 设：则：同理：结论：及在相位上均滞后于电角度它们的有效值分别是变压器空载运行时由于所以结论：电网频率一定时变压器主磁通最大幅值的大小近似于电源电压成正比例。变比比k:指变压器一、二次绕组的电势之比空载运行时：所以（四）一次绕组的等效电路根据电势平衡方程引入假定的正弦电流后由于 由产生，以空气或变压器油为磁路，则可以近似认为与成线性关系。故：可视为通过某匝数为N1的空心线圈时建立的感应电动势，按线性电路的处理方法，可用在某线性电抗上的压降等效代换由于磁化曲线的线性化，则 也可作于类似的处理。（由主磁通产生，铁心为磁路，则有磁滞和涡流损耗，为有功）故 可表示为 在线性阻抗 上的压降一次侧的电动势平衡方程励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。由于磁路具有饱和特性，所以 不是常数，随磁路饱和程度增大而减小。由于，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只是一个元件的电路。在一