变压器结构原理

1、变压器的运行与应用电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器案例一：市电如何给案例一：市电如何给24V小灯泡供电？小灯泡供电？ 我们国家民用统一供电均为我们国家民用统一供电均为220V220V，那么如何使，那么如何使额定电压不是额定电压不是220V220V的电器设备正常工作呢？的电器设备正常工作呢？ 变压器就是改变压器就是改变交流电压的设备变交流电压的设备电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器案例二案例二 电能如何传输的？电能如何传输的？电能电能负载负载升升压压变变压压器器远远 距距 离离 输输 电电降降压压变变压压器器10 kV10 kV6 kV380 V220 V110 kV、220 kV

2、330 kV、500kV电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器概概 述述电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器电力变压器概概 述述电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器电子变压器干式变压器电源变压器概概 述述电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器三相变压器三相变压器概概 述述电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器 是一种利用是一种利用工作，将一种电压工作，将一种电压等级的交流电能变换成同频等级的交流电能变换成同频率的另一种电压等级的交流率的另一种电压等级的交流电能的静止的电机。电能的静止的电机。一、变压器的定义一、变压器的定义概概 述述电机与电

3、气控制电机与电气控制变压器变压器变电压：变电压：电力系统电力系统 变阻抗：变阻抗：电子电路中的阻抗匹配电子电路中的阻抗匹配变电流：变电流：电流互感器电流互感器 二、变压器的功能二、变压器的功能概概 述述电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器电压互感器电压互感器 电流互感器电流互感器 按用途分按用途分电力变压器电力变压器仪用变压器仪用变压器 整流变压器整流变压器 按相数分按相数分三相变压器三相变压器 单相变压器单相变压器 三、变压器的分类三、变压器的分类按结构分按结构分双绕组变压器双绕组变压器 三绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器、自耦变压器、按冷却方式：按冷却方式：干式干式油浸式油浸式 概

4、概 述述变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器 1.1.单相变压器的结构单相变压器的结构 2.2.变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理 3.3.变压器的空载运行变压器的空载运行 4.4.变压器的负载运行变压器的负载运行电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器一、结构一、结构主要部件：主要部件：铁心和套在铁心上的绕组。铁心和套在铁心上的绕组。 特点：特点：两绕组只有磁耦合没电联系。两绕组只有磁耦合没电联系。1U2U1u2u接电源接电源接负载接负载电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器1、铁心、铁心一、结构一、结构 主要部件：主要部件：铁心和套在

5、铁心上的绕组。铁心和套在铁心上的绕组。 特特 点：点：两绕组只有磁耦合没电联系。两绕组只有磁耦合没电联系。既是磁路，也是套装绕组的骨架，由铁心既是磁路，也是套装绕组的骨架，由铁心柱（套有绕组）和铁轭（形成闭合磁路）柱（套有绕组）和铁轭（形成闭合磁路）由由0.350.5mm厚硅钢片叠成厚硅钢片叠成心式和壳式，电力变压器主要用心式心式和壳式，电力变压器主要用心式（3）分类：）分类：（1）作用：）作用：（2）材料：）材料：电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器一、结构一、结构1、铁心、铁心-心式心式2、铁心、铁心-壳式壳式电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器一、结构一、结构心式心式壳式壳式电机

6、与电气控制电机与电气控制变压器变压器2、绕组、绕组 主要部件：主要部件：铁心和套在铁心上的绕组。铁心和套在铁心上的绕组。 特点：特点：两绕组只有磁耦合没电联系。两绕组只有磁耦合没电联系。（1）作用：）作用：变压器的电路部分变压器的电路部分（2）材料：）材料：一般用绝缘铜线或铝线（扁线或圆线）一般用绝缘铜线或铝线（扁线或圆线）绕制而成，也称线圈。绕制而成，也称线圈。（3）分类：）分类：一、结构一、结构一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组高压绕组高压绕组低压绕组低压绕组电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器1U2U1u2u一次侧接电源一次侧接电源二次侧接负载二次侧接负载 如下图所示有两组：一个绕组与

7、电源相连，称为如下图所示有两组：一个绕组与电源相连，称为一次绕组一次绕组（或原绕组），这一侧称为一次侧（或原边）；另一个绕组与负（或原绕组），这一侧称为一次侧（或原边）；另一个绕组与负载相连，称为载相连，称为二次绕组二次绕组（或副绕组），这一侧称为二次侧（或副（或副绕组），这一侧称为二次侧（或副边）。边）。一、结构一、结构电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器1u1e2e2u1i2i1U2U1u2uLZ一次绕组一次绕组 二次绕组二次绕组 1 1、一次侧绕组通交、一次侧绕组通交流电。流电。主要部件：主要部件：铁心和绕组。铁心和绕组。 特点：特点：两绕组只有磁耦合没电联系。两绕组只有磁耦合没电联

8、系。 二、单相变压器的基本工作原理二、单相变压器的基本工作原理2 2、产生交变的磁场。、产生交变的磁场。3 3、由电磁感应定律、由电磁感应定律可知，交变磁通在一可知，交变磁通在一次、二次绕组中都会次、二次绕组中都会产生交变感应电动势。产生交变感应电动势。4 4、二次绕组向外电、二次绕组向外电路供电。路供电。212121UUNNee电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器注意注意1 1、变压器只适用于交流电路。、变压器只适用于交流电路。2 2、它的作用是传递电能，而不能产生电能。、它的作用是传递电能，而不能产生电能。二、单相变压器的基本工作原理二、单相变压器的基本工作原理1 1、磁通有变化量、磁

9、通有变化量2 2、一、二次绕组的匝数不同，就能变电压、一、二次绕组的匝数不同，就能变电压。只要：只要：电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器三、三、 变压器的空载运行变压器的空载运行 一次绕组加额定电压，二次绕组开路、负载电流为零时一次绕组加额定电压，二次绕组开路、负载电流为零时的运行情况，称为变压器的空载运行。的运行情况，称为变压器的空载运行。1、电磁关系分析、电磁关系分析0e1e2e1u1u2i0 i0很小称为空载电流10RI1U0I100NIF1E011E2E1i2=0i2=0电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器三、三、 变压器的空载运行变压器的空载运行0e1e2e1u1u2i0i

10、2=011、电磁关系分析、电磁关系分析主、漏磁通的区别主、漏磁通的区别性质上性质上0与与I0成非线性关系，成非线性关系，1与与I0成线性关系；成线性关系；数量上数量上主主：99%以上，以上，漏：漏：1%以下；以下；作用上作用上主：主：起传递能量的作用，起传递能量的作用，漏：漏：起漏抗压降作用。起漏抗压降作用。电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器设设 0 = m sint，则则2、感应电势、感应电势主磁通的感应电势主磁通的感应电势三、三、 变压器的空载运行变压器的空载运行)90sin()90sin(2)90sin(cos010101111tEtfNtNtN-dtdNemmmm0有效值：有效值

11、：mmm1fN4.442fN2EE1112相量相量:mfNjE1144.4结论：结论：当主磁通按正弦规律变化时，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动势也按正弦规所产生的一次主电动势也按正弦规律变化，相位上滞后主磁通律变化，相位上滞后主磁通 。090电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器同理：同理：2、感应电势、感应电势主磁通的感应电势主磁通的感应电势有效值：有效值：三、三、 变压器的空载运行变压器的空载运行相量相量:m22fNjE44.4m2m22fN4.442EE)90sin()90sin(200tEtfNdtdNem2m2022电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器三、三、 变

12、压器的空载运行变压器的空载运行3、变比、变比二次绕组：二次绕组：一次绕组：一次绕组：一、二次绕组电压方程一、二次绕组电压方程11EU 22EU 空载时，I2=022EU10111RIEEU 因此：因此：因此：因此：电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器3、变比、变比三、三、 变压器的空载运行变压器的空载运行m222m11144. 444. 4fNEUfNEUkNNEEUU 212121电压与电动势关系电压与电动势关系变比变比 k 称为变压器的变比。称为变压器的变比。结论：结论：1、一二次绕组的电压、一二次绕组的电压与绕组的匝数成正比。与绕组的匝数成正比。2、改变匝数比，就能、改变匝数比，就能

13、改变输出电压。改变输出电压。电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器mfNEU11144.4 可见，影响主磁通 大小的因素有电源电压 、电源频率 和一次侧线圈匝数 。m1Uf1N三、三、 变压器的空载运行变压器的空载运行1111444444fN.UfN.Em 对于一台变压器而言对于一台变压器而言 和和 不变不变,所以所以 的的大小取决于大小取决于电源电压 ，只要，只要 保持不变，由空保持不变，由空载到负载，载到负载， 基本不变，这叫做恒磁通。基本不变，这叫做恒磁通。1Nfm1U1Um恒磁通原理恒磁通原理电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器dq0III空载电流空载电流4、空载电流和空载损耗、

14、空载电流和空载损耗三、三、 变压器的空载运行变压器的空载运行 空载电流一般只占额定电流的（空载电流一般只占额定电流的（2 21010），而），而I Id d1010I I0 0，因此，因此I I0 0IIq q，所以，所以空载电流空载电流I I0 0主要用来建主要用来建立主磁通立主磁通，称作励磁电流。，称作励磁电流。 作用与组成作用与组成 即：即：性质和大小性质和大小产生主磁通产生主磁通无功分量无功分量Iq补偿变压器的空载损耗补偿变压器的空载损耗有功分量有功分量Id：不消耗功率：不消耗功率：消耗功率：消耗功率电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器空载损耗空载损耗 变压器空载时没有输出功率，一

15、次绕组从电源变压器空载时没有输出功率，一次绕组从电源中吸取了少量的电功率中吸取了少量的电功率p0，都消耗在其内部，称为都消耗在其内部，称为空载损耗空载损耗。三、三、 变压器的空载运行变压器的空载运行4、空载电流和空载损耗、空载电流和空载损耗故可认为变压器的空载损耗就是变压器的铁心损耗。故可认为变压器的空载损耗就是变压器的铁心损耗。 它用来补偿铁心中的铁损耗它用来补偿铁心中的铁损耗pFeFe和极少量的绕和极少量的绕组铜损耗组铜损耗pCuCu。由于。由于I0 0和线圈电阻和线圈电阻r1 1很小，因而空载很小，因而空载损耗可近似等于铁损耗。损耗可近似等于铁损耗。 电机与电气控制电机与电气控制变压器变

16、压器2 2、空载电流越小，主要作用是建立主磁通，又称励磁电流。、空载电流越小，主要作用是建立主磁通，又称励磁电流。1 1、感应电动势、感应电动势E E的大小与电源频率的大小与电源频率f f、绕组匝数、绕组匝数N N及铁心中主磁通及铁心中主磁通的最大值的最大值m m 成正比，在相位上滞后产生它的主磁通成正比，在相位上滞后产生它的主磁通9090度。而主度。而主磁通的大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，与磁路磁通的大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，与磁路所用材料的性质及几何尺寸基本无关。所用材料的性质及几何尺寸基本无关。mfNjE1144.4mfNEU11144.411114444

17、44fN.UfN.Em三、三、 变压器的空载运行变压器的空载运行电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器 变压器一次绕组接在额定频率、额定电压的交流电变压器一次绕组接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次绕组接上负载的运行状态，称为负载运行。源上，二次绕组接上负载的运行状态，称为负载运行。AXaxLZ1U1I2U2I四、四、 变压器的负载运行变压器的负载运行电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器1U1I2I2U111INF222INF010INF01E2E11E11IR22E22IR1、电磁关系、电磁关系AXaxLZ1U1I11E1E2E2U2I22E0四、四、 变压器的负载运行变压器的负载

18、运行电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器2、磁势平衡方程、磁势平衡方程 根据恒磁通原理，由空载到负载运行，主磁通根据恒磁通原理，由空载到负载运行，主磁通基本不变，因此有磁势平衡方程：基本不变，因此有磁势平衡方程：120FFF即即：1 12 21 0N IN IN I四、四、 变压器的负载运行变压器的负载运行0II21 2 21 1NN3、变流、变流I1 = I2 N2N1忽略忽略I I0 0，则，则大小关系：大小关系：相位关系：相位关系：I1与与 I2 相位相反。相位相反。 I1 I2 N2 N1 =1 k =电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器大小关系：大小关系：I1 I2 N2 N

19、1 =相位关系：相位关系：I1与与 I2 相位相反。相位相反。 1 k =结论：结论：1、一二次绕组的电流大小与匝数成反比。、一二次绕组的电流大小与匝数成反比。2、改变匝数比，就能改变输出电流。、改变匝数比，就能改变输出电流。四、四、 变压器的负载运行变压器的负载运行3、变流、变流电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器22IUZ 11IUZ ZKIUKKIKUIUZ22222211 ZKZ2 结论：结论： 变压器一次变压器一次侧的等效阻抗模，侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载为二次侧所带负载的阻抗模的的阻抗模的K 2 倍。倍。 1U2U1I2IZ+1U1IZ +五、变压器的阻抗变换作用五、变压

20、器的阻抗变换作用电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器22IUZ 11IUZ ZKIUKKIKUIUZ22222211 ZKZ2 1U2U1I2IZ+1U1IZ +五、变压器的阻抗变换作用五、变压器的阻抗变换作用变压器的阻抗变换作用常用于电子电变压器的阻抗变换作用常用于电子电路中，解决路中，解决电路的阻抗匹配问题。电路的阻抗匹配问题。电机与电气控制电机与电气控制变压器变压器 低压照明变压器一次绕组匝数低压照明变压器一次绕组匝数N1=1210匝，一次绕组电压匝，一次绕组电压U1=220V，现要求二次绕组输出电压，现要求二次绕组输出电压U2=36V，求二次绕组匝数，求二次绕组匝数N2及变比及变比K。2121NNUU例例1：解：解：