第二章变压器

变压器:

是利用电磁感应原理进行工作的，所以将它划在电机的范畴内。由于它没有转动部件，是静止的，因而有人称之为“静止电机”。

第二节变压器陆上：变压器广泛应用于电力传输、电气控制、电气检测等方面。电力传输：升、降压。电气控制：提供合适的电源。电气检测：得到所需的信号。船上：主要有：照明变压器和控制变压器。变压器的应用船舶电气设备与系统郑高18352950102437419280第二章变压器主要内容第一节变压器的用途及分类第二节变压器的基本结构和铭牌第三节变压器的工作原理及运行特性第四节三相变压器的磁路系统第五节变压器的连接组及三相变压器的运行问题第六节自耦变压器及仪用互感器条形磁的磁感线变压器用途：第一节变压器的用途及分类在船舶电力系统和控制系统中，用于主照明、应急照明、厨房照明、控制用电源以及各种仪器用互感器中；在采用电力推进的船舶中，变压器还用于升压和变压。按用途分：电力、电源、调压、测量、控制。按结构分：双绕组、自耦、三绕组、多绕组。按相数分：单相、三相、多相。按冷却方式分：自冷、干式等。船用变压器应该采用干式。第一节变压器的用途及分类变压器分类：组成：变压器由铁心、绕组和外壳组成。铁心：构成磁路。分为芯式和壳式两种。绕组：构成电路。普通变压器有两个绕组：一个绕组接交流电源，称为原绕组或初级绕组(简称原边)；另一个绕组接负载称为副绕组或次级绕组(简称副边)。变压器的基本结构：单相壳式单相芯式第二节变压器的基本结构和铭牌单相变压器铁芯原边绕组副边绕组第二节变压器的基本结构和铭牌变压器符号：工作过程：第二节变压器的基本结构和铭牌(1)额定视在功率SN

：有功功率和无功功率的几何之和(即平方和的均方根)，它用来表示变压器的容量，其单位为伏安(VA)或千伏安(kVA)。(2)额定线电压U1N／U2N：其单位为伏安(VA)或千伏安(kVA)。(3)额定电流I1N／I2N：分别为原、副边的额定电流值，其单位为安(A)。第二节变压器的基本结构和铭牌变压器的铭牌数据：(5)相数m。(6)接线图与连接组。(7)漏阻抗Z或短路电压u%。(8)运行方式(长期或短期的)

。(9)冷却方式。(10)变压器的总重量。第二节变压器的基本结构和铭牌容量SN

输出功率P2

原边输入功率P1

输出功率P2注意：变压器几个功率的关系（单相变压器为例）效率变压器功率因数容量：原边输入功率：输出功率：第三节变压器的工作原理及运行特性在右图中，匝数为N1的原边绕组与交流电源联接，匝数为N2的副边绕组经过开关K与负载阻抗ZL连接。当开关K断开时，副绕组中电流为零，变压器处于空载运行状态。原边接入电源，副边开路。接上交流电源U1

原边电流i1等于励磁电流i10

产生感应电动势

i10产生磁通（交变）（e、Φ

方向符合右手定则）空载运行及变压作用e1=-N1dΦ/dt

e2=-N2dΦ/dt

第三节变压器的工作原理及运行特性第三节变压器的工作原理及运行特性原边接交流电压U1、副边开路时的电势有效值向量：第三节变压器的工作原理及运行特性e的有效值向量：-j表示e的初相是由Φ的初相逆向旋转了得到的。为了表示e与Φ的向量关系，采用下面的形式：第三节变压器的工作原理及运行特性若不考虑漏阻抗，那么外电压与电势平衡，即：其有效值为：同理，若不考虑漏阻抗，副边端电压与副边感应电势的有效值为：结论：改变匝数比，就能改变输出电压。原、副边电压关系（变电压）根据交流磁路的分析可得：时U1/U2≈E1/E2=Ku

Ku为变比E1=4.44fN1ΦmE2=4.44fN2Φm第三节变压器的工作原理及运行特性由上分析可知，当数值为Ul的交流电源加于变压器的原边绕组时，通过变压器的变压作用，可在副边得到一个同频率的新的交流电源，该电源的电压U2的大小取决于变压器原、副绕组的匝数比。因此，只要选择适当匝数比的变压器，即可把交流电源电压降低或升高至任意所需的数值。

K为变比第三节变压器的工作原理及运行特性将右图开关K合上，使副绕组接上负载ZL，此时副绕组中就有电流I2流过，即变压器处于负载运行状态，向ZL输出电能。负载运行及变电流第三节变压器的工作原理及运行特性根据能量守恒定律，原边绕组中必有电能输人，即绕组中有电流I1流过。若忽略变压器自身的绕组铜耗、铁心损耗等，则原边的输入功率等于副边的输出功率，即有U1I1=U2I2原、副边电流关系（变电流）从而可得变压器中原、副边绕组中电流的关系式：I1/I2=U2/U2=1/Ku=KiKi=N2/N1为变流比第三节变压器的工作原理及运行特性原、副边阻抗关系（变阻抗）u1i1Z′第三节变压器的工作原理及运行特性从原边等效：结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。

u1i1Z′Z′=RLKu2第三节变压器的工作原理及运行特性实际变压器的空载运行：原边接电，副边开路，不考虑副边的影响，只讨论原边的电磁及其向量关系。第三节变压器的工作原理及运行特性1.考虑铁芯中µ的影响：原边接电，副边开路，原边就有空载电流I0流入，其大小取决于磁势F0=I0N1。由于实际变压器铁芯的µ不是常数，导致当磁通是正弦变化时，I0并不按正弦变化。一般测量来的励磁电流为有效值，所以在向量图上表示的I0是有效值。第三节变压器的工作原理及运行特性2.考虑铁耗的影响：实际在变压器中，铁心处于反复磁化状态，铁心中存在磁滞和涡流损耗，这些能量以发热的形式散发掉，需要电源不断补充这部分损失的有功功率。因此，I0中存在一个与E1反相(与电压降-E1同相)的有功分量I0a，而磁化分量I0r是I0的无功分量。即：第三节变压器的工作原理及运行特性空载电流I0向量图I0超先Φ一个角度。第三节变压器的工作原理及运行特性3.考虑绕组漏阻抗的影响

原绕组有一定的电阻值r1，当I0流过时将产生电压降I0r1。

现实中原绕组存在漏磁通，在空气中形成闭合回路。原边电流变化时，也随着改变，在绕组中产生了感应电势，种性质与主磁通产生电势在性质上是一样的。

第三节变压器的工作原理及运行特性第三节变压器的工作原理及运行特性第三节变压器的工作原理及运行特性e的有效值向量：后式表示了e与Φ的向量关系，-j表示

的初相是由

的初相逆向旋转了得到的。第三节变压器的工作原理及运行特性绕组反映漏磁通的电感系数为：代入可得：第三节变压器的工作原理及运行特性由以上推导过程可知，

的有效值向量：是对应于漏磁通的原边的漏电抗，是常数。那么，考虑了原绕组的漏阻抗以后，电势平衡关系为：第三节变压器的工作原理及运行特性4.空载时的向量图

第三节变压器的工作原理及运行特性5.空载时的等值电路

对于交流三相制的船艇电力系统，三相变压器的使用较为普遍。从原理上说。三相变压器与单相变压器没有本质的区别。在对称负载的情况下，三相变压器的各相电压和电流在数值上均相等，相位上互差120°，所以可以取任意一相按照单相变压器来分析。第四节三相变压器的磁路系统三相变压器的磁路系统三相变压器的磁路系统，可以分成各相磁路彼此无关和彼此相关两大类，前者称为三相组式变压器的磁路，后者称为三相芯式变压器的磁路。第四节三相变压器的磁路系统三相芯式变压器的磁路彼此联系第四节三相变压器的磁路系统在工程上一般取三相励磁电流的平均值作为励磁电流值第四节三相变压器的磁路系统三相绕组有多种接法，最常用的有星形接法(记为Y)、三角形接法(记为Δ)、Z接法等。三相变压器的连接：三相变压器的原边和副边各有三个绕组。通常，原边各绕组的首端标以A、B、C，尾端对应地标以X、Y、Z；副边各绕组的首端标以a、b、c，尾端对应地标以x、y、z。各绕组也以记号“*”来标明同极性端。

第五节三相变压器的连接组与变压器的运行问题一次侧首尾接反：不允许！！！总磁通不为0，空载电流大大增加。二次侧首尾接反：三相电动势不对称，明显反应在三个线电压大小不一样上。检测是否接线正确的方法：测量二次侧线电压的大小。第五节三相变压器的连接组与变压器的运行问题星形接法三角形接法

第五节三相变压器的连接组与变压器的运行问题一次侧只能星形连接二次侧三角形连接接反：总磁通不为0，总电压等于2倍的相电压，将在闭合回路中产生很大的环流绝对不允许！！！检测三角形接法是否正确的方法：测量一下开口电压是否为0第五节三相变压器的连接组与变压器的运行问题连接组别：

连接组别是用来表示三/单相变压器连接的标准形式的，原副边连接符号之间用“/”号隔开，然后用“-”号引出表示原副边线电势的相位角的“时钟点数”。长针，即分针表示原边线电势相量——恒为“12”的位置；短针，即时针表示副边线电势Eab

位置。如：Y/△-11表示，副边线电势Eab滞后原边线电势EAB30度电角度。第五节三相变压器的连接组与变压器的运行问题连接组别及其判别一次侧表示方法：一次侧绕组三角形接法用D表示一次侧绕组星形接法用Y表示有中线时用N表示二次侧表示方法：二次侧绕组三角形接法用d表示二次侧绕组三角形接法用y表示有中线时用n表示第五节三相变压器的连接组与变压器的运行问题Y/y连接Y/△连接第五节三相变压器的连接组与变压器的运行问题自耦变压器：由于一，二次绕组自己耦合在一起，称自耦变压器。第六节自耦变压器及仪用变压器特点：一次绕组与二次绕组公用一部分绕组。优点：额定容量相同时，所用材料少，重量体积小，损耗低，因此，成本低，效率高。缺点：由于自耦变压器一、二次间不仅有磁的联系，还有电的联系，因此在使用过程中必须注意一次侧高电压可直接传入二次侧，以至危及人身安全。第六节自耦变压器及仪用变压器种类：电压互感器和电流互感器两种。仪用互感器：用来测量交流电压和电流。将高电压或大电流变换成低电压或小电流，用低量程的电压表(电流表)测高电压(高电流)。第六节自耦变压器及仪用变压器电压互感器：用低量程的电压表测高电压，相当于工作在空载状态的降压变压器VR

N1（匝数多）保险丝

N2（匝数少）~u（被测电压）电压表被测电压=电压表读数N1/N2电压互感器副边标准额定电压为100V第六节自耦变压器及仪用变压器使用注意：1.副边不能短路，以防产生过流；2.铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损时，在副边出现高压。第六节自耦变压器及仪用变压器电流互感器：用低量程的电流表测大电流，相当于工作在短路状态的升压变压器。（被测电流）N1（匝数少）N2（匝数多）ARi1i2电流表被测电流=电流表读数N2/N1电流互感器副边标准额定电流为5A第六节自耦变压器及仪用变压器使用注意事项：1.副边不能开路，以防产生高电压；2.铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在副边出现过压。第六节自耦变压器及仪用变压器多功能钳形电流表:多功能钳形电流表是由穿心式电流互感器和磁电式电流表组成，右图所示。当捏紧钳形电流表的扳手时，其电流互感器的铁心便可张开，这时被测电流的导线不必切断，就能穿过铁心张开的缺口，而当放开扳手后使铁心闭合，这样被测电流的导线，就构成了电流互感器的一次绕组，在二次绕组中便会产生感应电流，使与二次线圈串接的电流表的指针发生偏转，从而在表盘上指示出被测电流的数值。第六节自耦变压器及仪用变压器变压器的型号和额定值：第六节自耦变压器及仪用变压器三相变压器的连接

原绕组接成星形，副绕组接成三角形(Y／Δ)，原、副边线电压之比：

三相变压器的原、副绕组的对应接法是根据电源电压和负载所需电压的不同来确定的。船艇上常采用的有两种类型：原、副绕组都接成星形(Y／Y)，原、副边线电压之比：举例题答案：B1．一台50Hz220V／12V的壳式单相变压器，如果将原副边颠倒而将220V的电源误接到副边，则铁芯中的磁通______，变压器将______。A．不变／作升压变压器用B．升高／因铁芯发热而烧毁C．降低／作升压变压器用D．升高／作升压变压器用2．有一台单相变压器，额定容量为3.8kVA，原、副边额定电压380V／220V。其原、副边的额定电流为。A．10A／17.3AB．17.3A／10AC．20A／34.6AD．17.3A／34.6A答案：A举例题答案：D3．关于变压器的功能，下列说法错误的是______。A．变压功能B．变流功能C．变阻抗功能D．变频功能4．某变压器原边和副边的额定电压为220V／110V。当副边接电阻R=10Ω时，变压器的原边电流约为______。A．11AB．5.5AC．22AD．8A答案：B举例题答案：B5．已知变压器的原、副边变压比Ku＞1，若变压器带载运行，则变压器的原、副边的电流比较结果是____。A．原边电流大B．副边电流大C．相等D．由副边负载大小决定

7．某电子变压器额定电压为220V／110V。若原边加额定电压，副边接电阻R=8Ω，则原边的等效电阻为______。A．4ΩB．8ΩC．16ΩD．32Ω答案：D举例题答案：A8．如图，某输出变压器的副绕组有中间抽头，以便接8Ω或2Ω的扬声器，两者均能达到阻抗匹配，则副绕组两部分匝数比N2/N3为______。A．1B．2C．3D．49．一台容量为600kVA的单相变压器，其原、副边绕组匝数分别为4800匝、320匝。空载时原边的电压为6000V，其副边电压为_____；原边额定的电流为___。A．400V／50AB．200V／100AC．400V／100AD．200V／50A答案：C举例题答案：D11．理想变压器原边所加电压增加10%，同时电源频率保持不变，而变压器的原、副边绕组匝数各增加10%，则变压器的铁芯中主磁通会______。A．增加10%B．减少10%C．增加20%D．基本不变12．一台220V／12V的单相变压器，如果将220V的直流电源接到原边，原边电流将____，变压器将___。A．正常／副边电压正常B．很大／因铁损发热而烧毁C．很大／因线圈发热而烧毁D．不变／作直流变压器用

答案：C举例题答案：C13．一台日本产的60Hz、220V／24V的壳式小型单相变压器，直接应用到我国船舶照明电路中，则____。A．可长期安全工作，副边电压为24VB．可长期安全工作，副边电压为12VC．铁芯主磁通升高，不能正常工作D．铁芯主磁通降低，不能正常工作14．一台额定电压为220V／110V的单相变压器，副边接电阻为10Ω的负载，则从原边看其等效电阻为_____Ω，原边接220V的电源，原边电流是______A，副边电流是______A。A．40／5.5／11B．8／6.9／13.75C．16／6.9／13.75D．32／27.5／13.75

答案：A举例题答案：A15．当变压器副边开路时，原边、副边电流各为____。A．很小／零B．很小／很小C．零／很大D．很大／零

16．电力变压器原边中的电流______副边电流；电流互感器原边中电流______副边电流。A．取决于／决定了B．取决于／取决于C．决定了／决定了D．决定了／取决于答案：A举例题答案：B17．某壳式单相变压器铭牌参数：220V／36V，300VA。问下列哪种规格的电灯能接在此变压器副边电路中使用______。A．36V，500WB．36V，100WC．12V，60WD．220V，250W18．某单相变压器铭牌：220V／110V，330VA，如果在副边连接110V、25W的电灯2盏，此时原、副边电流各为______。A．3／6B．0.9／0.45C．0.225／0.45D．0.45／0.225答案：C举例题答案：A19．一台50赫兹220V／36V的单相变压器，在修理时，如果将原边匝数增加5%，副边匝数不变，接在220V的电源上，则副边电压将_____，铁芯中的磁通将_____。A．降低／降低B．升高／升高C．降低／升高D．升高／降低21．我国《钢质海船入级规范》规定船上应采用____。A．多级变压器B．单级变压器C．湿式变压器D．干式变压器答案：D举例题答案：B25．变压器名牌上标有额定电压U1N、U2N，其中U2N表示______。A．原边接额定电压，副边满载时的副边电压B．原边接额定电压，副边空载时的副边电压C．原边接额定电压，副边轻载时的副边电压D．原边接额定电压，副边过载时的副边电压

27．对于理想变压器，当副边开路时，其原边电流和输入的视在功率分别是______。A．0／额定值B．∞／额定值C．∞／∞D．0／0

答案：D举例题答案：A28．对于一台实际变压器，原边的额定电压为440V。当原边所加电压为额定