变压器的应用、结构和基本工作原理

1、第二节 变压器的基本结构及工作原理论 变压器是一种静止电机，它通过线圈间的电磁变压器是一种静止电机，它通过线圈间的电磁感应，将一种形式的电信号（或电能）转换成同频感应，将一种形式的电信号（或电能）转换成同频率的另一种率的另一种形式的电信号（或电能）形式的电信号（或电能）。1.变压器的用途简介 在自动控制系统中常用的变压器有在自动控制系统中常用的变压器有小功率电源变小功率电源变压器压器和作为信号传递的和作为信号传递的信号变压器：脉冲变压器、输信号变压器：脉冲变压器、输入输出变压器等。入输出变压器等。 在电力系统中用的变压器是作为电能之间的转换，在电力系统中用的变压器是作为电能之间的转换，为电力变

2、压器。为电力变压器。 在控制系统中用的变压器的容量小，多为不超过几在控制系统中用的变压器的容量小，多为不超过几千伏安的单相变压器；电力变压器的容量大，为几千伏千伏安的单相变压器；电力变压器的容量大，为几千伏安以上。安以上。 本章已自动控制系统中用的单相变压器为例介绍变本章已自动控制系统中用的单相变压器为例介绍变压器的基本理论。压器的基本理论。水电站主变压器在运输途中2. 变压器的基本工作原理 变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有组只有磁耦合磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产

3、生交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。变磁通，在两绕组中分别感应电动势。1u1e2e2u1i2i1U2U1u2uLZdtdNedtdNe2211 只要一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变压只要一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变压的目的。的目的。1、构造构造示意图示意图(1)闭合铁芯闭合铁芯 (绝缘硅钢片叠合而成绝缘硅钢片叠合而成)(2)原线圈原线圈(初级线圈初级线圈) 其匝数用其匝数用n1表示表示 与交变电源相连与交变电源相连(3)副线圈副线圈(次级线圈次级线圈) 其匝数用其匝数用n2表示表示 与负载相连与负载相连(4)输入电压输入电压U1 输出电压输出电压U2铁芯铁芯U1U2 n1n2 变

4、压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了： 电能电能 磁场能磁场能 电能电能转化转化 (U1、I1) (变化的磁场变化的磁场) ( U2、I2)U1U2 n1n2 0tt1t2t3t4理解：理解：（1 1）互感现象：）互感现象：在变压器原、副线圈中由于有交变电在变压器原、副线圈中由于有交变电流而发生互相感应的现象，叫做流而发生互相感应的现象，叫做互感现象互感现象（2 2）互感现象是变压器工作的基础）互感现象是变压器工作的基础 变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了电能到磁变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了电能到磁场能再到电能的转化场能再到电能的转化（3

5、3）变压器只能工作在交流电路）变压器只能工作在交流电路 如果变压器接入直流电路，在铁芯中不会产生交变的如果变压器接入直流电路，在铁芯中不会产生交变的磁通量，没有互感现象出现，所以变压器仅工作于交磁通量，没有互感现象出现，所以变压器仅工作于交流电路流电路 如果在能量转化的过程中能量损失很小，能够略去如果在能量转化的过程中能量损失很小，能够略去原、副线圈的电阻，以及各种电磁能量损失，这样的原、副线圈的电阻，以及各种电磁能量损失，这样的变压器我们称之为变压器我们称之为理想变压器理想变压器.这是物理学中又一种这是物理学中又一种理理想化模型想化模型。 原、副线圈中通过的磁通量始终原、副线圈中通过的磁通量

6、始终相同相同(无漏磁无漏磁),因此产生的感应电动势因此产生的感应电动势分别是：分别是：若不考虑原副线圈的内阻有若不考虑原副线圈的内阻有 U U1 1= =E E1 1 U U2 2= =E E2 2 2121nnUU tnE11tnE22 I1U2U1n1n2I2R2121nnEE U1U2 n1n2dtdNedtdNe2211 变压器的变压比 返回上一页下一页变压器一、二次绕组电压之比称为变压器的变压比。也等于一、二次绕组的匝数之比。 21NNKKEEUUNNu212121变压器的电流比（负载运行）变压器的电流比（负载运行）变压器在传递功率的过程中，损耗很小，在理想的情况下，一次绕组和二次绕

7、组（原副线圈）的功率是相等的)(12212211电流比即iKUUIIIUIU无磁损无磁损无铜损无铜损无铁损无铁损理想变压器的特点：没有能量损失的变压器没有能量损失的变压器 实际上变压器的效率都是比较高的，特别是电力设实际上变压器的效率都是比较高的，特别是电力设备中的巨大变压器，在满负荷工作时效率可以达到备中的巨大变压器，在满负荷工作时效率可以达到97%97%99%99%，所以理论研究时我们把它当成，所以理论研究时我们把它当成100%100%（理想（理想变压器）是没有问题的。变压器）是没有问题的。 理想变压器也是一个理想化模型。PCu叫铜损叫铜损，是电流在原副线圈电阴上的损耗。当负载发生变化时，

8、原副线圈的电流也随之变化，电损也随之变化，因此，铜损又叫可就损耗。PFe叫铁损叫铁损，是在原副线圈铁芯产生的磁滞和涡流的损耗。铁损基本上是保持不变的，因此铁损又称不变损耗。变压器的损耗：P=PCu+PFe变压器的效率变压器的效率（实际的变压器一般效率能达到95%99%）变压器的效率变压器的效率%100%100%100222212Fecuppppppppp用电器用电器额定工作电额定工作电压压用电器用电器额定工作电额定工作电压压随身听随身听3V机床上的照明灯机床上的照明灯36V扫描仪扫描仪12V防身器防身器3000V手机充电手机充电器器4.2V 4.4V 5.3V黑白电视机显像黑白电视机显像管管几

9、万伏几万伏录音机录音机6V 9V 12V彩色电视机显像彩色电视机显像管管十几万伏十几万伏 理想变压器原副线圈的端电压之比等于理想变压器原副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数之比这两个线圈的匝数之比1、n2 n1 U2U1升压变压器升压变压器3、n2 n1 U2 U1降压变压器降压变压器2121nnUU 2、n2 =n1 U2=U1等压变压器等压变压器变压器的结构及类型简介 按用途分：电力变压器（按用途分：电力变压器（升压变压器、降压变压升压变压器、降压变压 器器 ）和特种变压器。）和特种变压器。 按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压

10、器、 三绕组变压器和多绕组变压器。三绕组变压器和多绕组变压器。 按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。 按铁心结构分：芯式变压器和壳式变压器。按铁心结构分：芯式变压器和壳式变压器。 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。充气式变压器。 铁芯结构心式、壳式心式心式 结构简单结构简单工艺简单应用广泛工艺简单应用广泛壳式壳式 结构复杂结构复杂，用在小容量变压器和用在小容量变压器和电炉变压器电炉变压器 图图 铁芯结构示意图铁芯结构示意图基本结构一、铁心 变压器的主磁路，为

11、了提高导磁性能和减少铁损，用变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用0.35mm0.35mm厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。 变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。 油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷却介质，又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子（散热却介质，又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。器或冷却器）。 将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘，担负着固定的作用。缘，担负着固定

12、的作用。二、绕组三、油箱四、绝缘套管 此外，还有储油柜、吸湿器、安全气道、净油器和此外，还有储油柜、吸湿器、安全气道、净油器和气体继电器。气体继电器。空载运行：空载运行：原边接额定电压原边接额定电压 的电源，副边开路。的电源，副边开路。 原边绕组电流原边绕组电流 为空载电流，产生空载励磁磁势为空载电流，产生空载励磁磁势 产生主磁通产生主磁通 。 1U0I0F0010INF 主磁通主磁通流径闭合铁心，磁阻小，同时匝链了原流径闭合铁心，磁阻小，同时匝链了原边和副边绕组边和副边绕组,并感应出电势并感应出电势 和和 。是变压器传。是变压器传递能量的主要媒介递能量的主要媒介原边绕组漏磁通原边绕组漏磁通，

13、仅与原边绕组匝链，通过变，仅与原边绕组匝链，通过变压器油或空气形成闭路，磁阻大，不传递功率压器油或空气形成闭路，磁阻大，不传递功率1磁通分为两部分磁通分为两部分01E2E1u1e10i2e20u0变压器的负载运行原理图变压器的负载运行原理图1N2NLZ122i 4.7 4.7 几种其它常用的变压器几种其它常用的变压器 在电力系统中，除大量采用双绕组变压在电力系统中，除大量采用双绕组变压器以外，还有其他多种特殊用途的变压器，器以外，还有其他多种特殊用途的变压器，涉及面广，种类繁多。本节主要简单介绍较涉及面广，种类繁多。本节主要简单介绍较常用的自耦变压器、电压互感器、电流互感常用的自耦变压器、电压

14、互感器、电流互感器、电焊变压器的工作原理及特点。器、电焊变压器的工作原理及特点。单相自耦变压器单相自耦变压器 （1 1）特点：铁芯上只有一个线圈，其中有一部分的）特点：铁芯上只有一个线圈，其中有一部分的线圈为原、副线圈共用线圈为原、副线圈共用（2 2）自耦变压器可以降压，也可以升压）自耦变压器可以降压，也可以升压（3 3）调压变压器是一种自耦变压器）调压变压器是一种自耦变压器(a)符号符号 (b)外形外形 (c)实际电路实际电路U1 n1n2 U2手手柄柄接接线线柱柱自耦变压器的工作原理自耦变压器的工作原理RLI1+E1+E2N1N2I2+U1 U2 + U1U2 E1E2= N1N2= k

15、用自耦变压器变相调压用自耦变压器变相调压 如将单相自耦变压器的输入和输出公共如将单相自耦变压器的输入和输出公共端焊在中心抽头处，如左图所示。动触点端焊在中心抽头处，如左图所示。动触点调到调到输入、输出公共端的上段或下段，虽输入、输出公共端的上段或下段，虽然都能进行调压，但电压相位相反，彼此然都能进行调压，但电压相位相反，彼此相差相差180。 用这种方法作为伺服电动机的控制电用这种方法作为伺服电动机的控制电压调节，非常方便。变压器的动触点由中压调节，非常方便。变压器的动触点由中心点向上调节时，心点向上调节时，伺服电动机正转：伺服电动机正转：由中由中心点向下调节时，伺服电动机反转。不用心点向下调节

16、时，伺服电动机反转。不用倒向开关或变换控制绕组接线，伺服电动倒向开关或变换控制绕组接线，伺服电动机就可以正反转。机就可以正反转。变压器JMB/BK/JBK/BKC系列系列变压器BK系列系列 用于用于50Hz的交流电路中，作为机床和机械设备中一般电器的控的交流电路中，作为机床和机械设备中一般电器的控制局部照明及指示灯等的电源之用。本变压器在额定负载下能长期工制局部照明及指示灯等的电源之用。本变压器在额定负载下能长期工作。作。 变压器初、次级绕组分开，当次级只有一个绕组时，它担负变压变压器初、次级绕组分开，当次级只有一个绕组时，它担负变压器的全部额定容量；如次级兼有控制、照明及指示绕组时，则各绕组

17、器的全部额定容量；如次级兼有控制、照明及指示绕组时，则各绕组容量之和等于变压器的额定容量，只有最大值电压等同于变压器的额容量之和等于变压器的额定容量，只有最大值电压等同于变压器的额定容量。定容量。 变压器JBK系列系列 用于用于50-6Hz的交流电路中，作为机床和机械设备中一般电器的的交流电路中，作为机床和机械设备中一般电器的控制局部照明及指示灯等的电源之用。变压器在额定负载下能长期工控制局部照明及指示灯等的电源之用。变压器在额定负载下能长期工作。作。 变压器初、次级绕组分开，当次级只有一个绕组时，它担负变压变压器初、次级绕组分开，当次级只有一个绕组时，它担负变压器的全部额定容量；如次极兼有控

18、制、照明及指示绕组时，则各绕组器的全部额定容量；如次极兼有控制、照明及指示绕组时，则各绕组容量之和等于变压器的额定容量。容量之和等于变压器的额定容量。 变压器BKC系列系列 用于用于50Hz的交流电路中，作为机床和机械设备中一般电器的控制的交流电路中，作为机床和机械设备中一般电器的控制局部照明及指示灯等的电源之用。变压器在额定负载下能长期工作。局部照明及指示灯等的电源之用。变压器在额定负载下能长期工作。 变压器初、次级绕组分开，当次级只有一个绕组时，它担负变压器变压器初、次级绕组分开，当次级只有一个绕组时，它担负变压器的全部额定容量；如次极兼有控制、照明及指示绕组时，则各绕组容的全部额定容量；

19、如次极兼有控制、照明及指示绕组时，则各绕组容量之和等于变压器的额定容量。量之和等于变压器的额定容量。变压器R系列系列 R型变压器是当代国际上最新型的变压器产品此种变压器打破了传统型变压器是当代国际上最新型的变压器产品此种变压器打破了传统的的C型、型、E型、环型变压器铁芯截面为方型的结构型式，采用了由一根由型、环型变压器铁芯截面为方型的结构型式，采用了由一根由窄到宽，由宽到窄均匀过渡的优质硅钢带连续卷绕而成，铁芯无切割，截窄到宽，由宽到窄均匀过渡的优质硅钢带连续卷绕而成，铁芯无切割，截面近似圆形的结构型式。与传统的面近似圆形的结构型式。与传统的C 型、型、E型相比较具有漏磁小，温升低，型相比较具

20、有漏磁小，温升低，体积小，重量轻，无噪音等显著特点。体积小，重量轻，无噪音等显著特点。R 型变压器可广泛应用于音响电视型变压器可广泛应用于音响电视广播设备、卫星接收机、复印机、计算机、医疗仪器、电子天平及各种电广播设备、卫星接收机、复印机、计算机、医疗仪器、电子天平及各种电子仪器设备等方面。子仪器设备等方面。变压器BKZ系列系列 BKZ系列整流装置是由系列整流装置是由BK变压器和整流元件组合而成。变压器和整流元件组合而成。变压器适用于原边电压为变压器适用于原边电压为220V或或380V交流交流50Hz的电源，付的电源，付边经晶体管整流元件整流输出直流，用于蓄电池充电，以边经晶体管整流元件整流输出直流，用于蓄电池充电，以及将交流变这直流电源整流设备上。及将交流变这直流电源整流设备上。 调压器调压器TDGC2、TDGC2J系列系列 具有波形下不失真、体积小、重量轻、效率高、使用方便、可靠，具有波形下不失真、体积小、重量轻、效率高、使用方便、可靠，能长期运行等特点，可广泛用于工业（如化工、冶金、仪器仪表、机能长期运行等特点