《电工学》第6章变压器

第六章变压器编辑ppt主要内容6.1磁路6.2铁心线圈电路

6.3变压器分类与结构6.4变压器的工作原理6.6三相变压器与自耦变压器

6.5变压器的外特性及技术参数6.7互感器2编辑ppt6.1磁路一、磁场的基本物理量1）磁通[量]

：磁场中穿过某一截面积A

的磁感线数。

单位：韦[伯]（Wb）。

磁场是由电流产生的，磁场用磁感线描述。3编辑ppt2）磁感应强度B

描述介质中的实际磁场强弱和方向。

B

是一个矢量，其方向为磁场的方向大小：单位：特斯拉(T)，1T=1Wb/m2

——

磁通密度AB=在数值上就是与磁场方向垂直的单位面积上通过的磁通磁感应强度的大小不仅决定于电流的大小及导体的几何形状，而且还与导体周围的物质的磁导率有关。4编辑ppt3）

磁场强度H

H是进行磁场计算引进的辅助物理量。

H

是一个矢量，其方向B与相同。单位：安/米（A/m）

磁场强度的大小只与电流的大小和导体的几何形状以及位置有关，而与导体周围物质的磁导率无关5编辑ppt

H与B的区别：(1)H∝I，与介质的性质无关。(2)B与电流的大小和介质的性质均有关。H与B之间是什么关系？激励与响应的关系编辑ppt4）磁导率

是用来表示媒质导磁能力的物理量。BH=（H/m）真空中的磁导率：0=4×10－7H/m

自然界的物质按磁导率分类：非磁性物质、磁性物质。后面具体分析其性质7编辑ppt(1)顺磁物质例如变压器油和空气：略大于

0

。(2)反磁物质例如铜和铋：

略小于

0。

非磁性物质：

≈0（为常数）8顺磁性物质会趋向于朝着磁场较强的区域移动，即被磁场吸引；反磁性物质则会趋向于朝着磁场较弱的区域移动，即被磁场排斥；编辑ppt9磁性物质有哪些？magneticsubstance铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁性材料的基本组元编辑ppt在中国，磁性最早出现于一本公元前4世纪编写的书《鬼谷子》：“其察言也，不失若磁石之取针，舌之取燔骨”。察析这人的言词话语，就好像用磁石吸取铁针，又好像用舌尖探取炙肉中的骨头，绝对不能有所差失。[课外：钕铁硼磁铁有什么特点编辑ppt二、物质的磁性能(自学)

磁性物质的磁性能主要有以下三点。1）高导磁性：

02）磁饱和性3）磁滞性11编辑ppti1）高导磁性：

0常用磁性材料的磁导率铸钢：≈1000

0

硅钢片：≈(6000~7000)

0

坡莫合金：≈(20000~200000)

0磁性物质的高导磁性被广泛应用于变压器和电机中。＋u－主磁通漏磁通铁心励磁绕组

研究电流与它所产生的磁场的问题就可以简化为磁路的分析和计算了12编辑ppt2）磁饱和性磁畴

磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，显示磁性，称这些小区域为磁畴。

在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。13编辑ppt外磁场BHO

初始磁化曲线

在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即磁性物质能被磁化。磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。14编辑ppt

B-H

磁化曲线的特征：

Oa段：磁感应强度B与H几乎成正比地增加；

ab段：磁感应强度B的增加缓慢下来；

b点以后：磁感应强度B增加很少，达到饱和。OHBB•a•b磁化曲线磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极为重要，为非线性曲线，实际中通过实验得出。

曲线上的a点、b点分别称为膝点、饱和点15编辑pptOHBB和与H的关系有磁性物质存在时，B与H不成正比，磁性物质的磁导率不是常数，随H而变。16编辑ppt工程应用注意事项：利用铁磁材料设计电感、变压器、电机时注意磁饱和性，通常要求铁磁性物质工作在a点以下，保证留有充分的裕量，如果工作时进入磁饱和区，设备发热加剧，影响设备正常运行，甚至烧毁。编辑ppt3）磁滞性Hm－Hm－HcHcBHOBr－Br磁滞回线磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后于外磁场变化的性质。

磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B-H关系曲线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线18编辑ppt剩磁感应强度Br(剩磁)：当线圈中电流减小到零(H=0)时，铁心中的磁感应强度。矫顽磁力Hc：使B=0所需的H值。剩磁矫顽磁力Hm－Hm－HcHcBHOBr－Br磁滞回线19编辑pptBHO

基本磁化曲线选取不同值的一系列Hm

多次交变磁化，可得到一系列磁滞回线。由这些磁滞回线的正顶点与原点连成的曲线称为基本磁化曲线或标准磁化曲线。20编辑ppt按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：(1)软磁材料

具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。21编辑ppt软磁材料的应用甚广，主要用于磁性天线、电感器、变压器、磁头、耳机、继电器、振动子、电视偏转轭、电缆、延迟线、传感器、微波吸收材料、电磁铁、加速器高频加速腔、磁场探头、磁性基片、磁场屏蔽、高频淬火聚能、电磁吸盘、磁敏元件(如磁热材料作开关)等。编辑ppt(2)永磁材料（硬磁材料）

具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。23编辑ppt永磁材料有多种用途。①基于电磁力作用原理的应用主要有：扬声器、话筒、电表、按键、电机、继电器、传感器、开关等。②基于磁电作用原理的应用主要有：磁控管和行波管等微波电子管、显像管、钛泵、微波铁氧体器件、磁阻器件、霍尔器件等。③基于磁力作用原理的应用主要有：磁轴承、选矿机、磁力分离器、磁性吸盘、磁密封、磁黑板、玩具、标牌、密码锁、复印机、控温计等。其他方面的应用还有：磁疗、磁化水、磁麻醉等。编辑ppt(3)矩磁材料磁滞回线接近矩形，稳定性良好。在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。25编辑ppt旋磁材料

具有独特的微波磁性，如导磁率的张量特性、法拉第旋转、共振吸收、场移、相移、双折射和自旋波等效应。据此设计的器件主要用作微波能量的传输和转换，常用的有隔离器、环行器、滤波器（固定式或电调式）、衰减器、相移器、调制器、开关、限幅器及延迟线等，还有尚在发展中的磁表面波和静磁波器件（见微波铁氧体器件）。常用的材料已形成系列，有Ni系、Mg系、Li系、YlG系和BiCaV系等铁氧体材料；并可按器件的需要制成单晶、多晶、非晶或薄膜等不同的结构和形态。补充：编辑ppt压磁材料

这类材料的特点是在外加磁场作用下会发生机械形变，故又称磁致伸缩材料，它的功能是作磁声或磁力能量的转换。常用于超声波发生器的振动头、通信机的机械滤波器和电脉冲信号延迟线等，与微波技术结合则可制作微声（或旋声）器件。由于合金材料的机械强度高，抗振而不炸裂，故振动头多用Ni系和NiCo系合金；在小信号下使用则多用Ni系和NiCo系铁氧体。非晶态合金中新出现的有较强压磁性的品种，适宜于制作延迟线。压磁材料的生产和应用远不及前面四种材料。补充：编辑ppt

在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。三、磁路欧姆定律+–NIfNSS直流电机的磁路交流接触器的磁路28编辑ppt式中：是磁场强度矢量沿任意闭合路径(常取磁通作为闭合回线)的线积分；I

是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。补充：安培环路定律（全电流定律）I1HI2Amperecircuitaltheorem29编辑ppt

任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方向与闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电流作为正、反之为负。

安培环路定律电流正负的规定：安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。

在均匀磁场中Hl=IN线圈匝数与电流的乘积NI

，称为磁通势（F）：

F=NI磁通由磁通势产生，磁通势的单位是安[培]。30编辑ppt

课外例:

环形线圈如图，其中媒质是均匀的，试计算线圈内部各点的磁场强度。解:

取磁通作为闭合回线，以其方向作为回线的围绕方向，则有：SxHxIN匝31编辑ppt式中：N

线圈匝数；

lx=2x是半径为x的圆周长；

Hx

半径x处的磁场强度；

NI为线圈匝数与电流的乘积。故得：SxHxIN匝32编辑ppt

例：环形线圈如图，其中媒质是均匀的，磁导率为，试计算线圈内部各点的磁感应强度。解：半径为x处各点的磁场强度为故相应点磁感应强度为SxHxIN匝由上例可见,磁场内某点的磁场强度

H只与电流大小、线圈匝数、以及该点的几何位置有关，与磁场媒质的磁性()

无关；而磁感应强度

B与磁场媒质的磁性有关。33编辑pptcAclc0A0l0Φ＋U－IBc=

AcHc=

Bcc

cAc=B0=A0H0=

B00

0A0=铁心中：气隙中：34编辑ppt

根据全电流定律：H

dl=∑I∮cAclc0A0l0Φ＋U－I=(Rmc＋Rm0)=Rm

其中Rm=Rmc＋Rm0l00A0lccAc＋=不是常数Rmc、Rm0、Rm——铁心、空气隙、磁路的磁阻。左边

=Hclc＋H0l0l00A0lccAc=＋=(＋)l00A0lccAc35编辑ppt右边=∑I=N

I或

∑I=F（磁通势）磁路欧姆定律:

Rm

=F=FRm或

cAclc0A0l0Φ＋U－I左边=Hclc＋H0l0=Rm

36编辑ppt

磁路中的气隙的影响

因为

c＞＞

0，所以

Rm0

＞＞RmcRm=Rmc＋Rm0l00

A0lcc

Ac＋==FRm

当F一定时，因Rm0的存在，使

大大减小。若要保持

一定，则需增大磁通势F。37编辑ppt磁路与电路的比较

磁路磁通势F磁通磁阻电路电动势E电流密度J

电阻磁感应强度B电流INI+_EIR38编辑ppt磁路分析的特点(1)在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不开磁场的概念；(2)在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路时一般都要考虑漏磁通；(3)磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。由于不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能直接用来计算，只能用于定性分析；(4)在电路中，当E=0时，I=0；但在磁路中，由于有剩磁，当F=0时，不为零；39编辑ppt基本步骤（自学）:（由磁通求磁通势F=NI

）(1)求各段磁感应强度Bi

各段磁路截面积不同，通过同一磁通，故有：(2)求各段磁场强度

Hi

根据各段磁路材料的磁化曲线Bi=f(Hi),求B1，

B2

，……相对应的H1，H2

，……。(3)计算各段磁路的磁压降（Hi

li

）(4)根据下式求出磁通势（NI

）40编辑ppt课外例:一个具有闭合的均匀的铁心线圈，其匝数为300，铁心中的磁感应强度为0.9T，磁路的平均长度为45cm，试求：(1)铁心材料为铸铁时线圈中的电流;(2)铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。解：

（1）查铸铁材料的磁化曲线，当B=0.9T时，(2)查硅钢片材料的磁化曲线，当B=0.9T时，磁场强度H=9000A/m，则磁场强度

H=260A/m，则结论：如果要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高的铁心材料，可以降低线圈电流，减少用铜量。41编辑ppt

如线圈中通有同样大小的电流0.39A，则铁心中的磁场强度是相等的，都是260A/m。查磁化曲线可得，

在上例(1)，(2)两种情况下，如线圈中通有同样大小的电流0.39A，要得到相同的磁通，铸铁材料铁心的截面积和硅钢片材料铁心的截面积，哪一个比较小？【分析】

B硅钢是B铸铁的17倍。因

=BS，如要得到相同的磁通，则铸铁铁心的截面积必须是硅钢片铁心的截面积的17倍。B铸铁=0.05T、B硅钢=0.9T,结论：如果线圈中通有同样大小的励磁电流，要得到相等的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的用铁量大为降低。42编辑ppt

查铸钢的磁化曲线，

B=0.9T时，磁场强度H1=500A/m课外例:

有一环形铁心线圈，其内径为10cm，外径为15cm，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙，其长度等于0.2cm。设线圈中通有1A的电流，如要得到0.9T的磁感应强度，试求线圈匝数。解:空气隙的磁场强度铸钢铁心的磁场强度，铁心的平均长度磁路的平均总长度为43编辑ppt

对各段有

总磁通势为

线圈匝数为

磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，磁通势几乎都降在空气隙上面。结论：当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得到相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（设线圈匝数一定）。44编辑ppt5.2铁心线圈电路

电磁铁:电磁铁是线圈通电后对铁磁物质产生吸

力，引起铁磁物质机械运动，把电能转换为机械

能的一种电磁元件。励磁线圈铁心衔铁励磁线圈衔铁铁心铁心励磁线圈衔铁衔铁铁心励磁线圈图：电磁铁的结构45编辑ppt

电磁铁的种类：直流电磁铁、交流电磁铁。如果按照用途来划分电磁铁，主要可分成以下五种：（1）牵引电磁铁——主要用来牵引机械装置、开启或关闭各种阀门，以执行自动控制任务。（2）起重电磁铁——用作起重装置来吊运钢锭、钢材、铁砂等铁磁性材料。（3）制动电磁铁——主要用于对电动机进行制动以达到准确停车的目的。（4）自动电器的电磁系统——如电磁继电器和接触器的电磁系统、自动开关的电磁脱扣器及操作电磁铁等。（5）其他用途的电磁铁——如磨床的电磁吸盘以及电磁振动器等。46编辑ppt一、直流电磁铁Φ＋U－SNNSI电磁吸力

U→I→N

I→

URI=(1)电压与电流的关系(2)

线圈的功率：P=R

I21）直流铁心线圈电路47编辑ppt直流电磁铁一般使用24V直流电压，因此需要专用直流电源。其优点是不会因铁芯卡住而烧坏(其圆筒形外壳上没有散热筋)，体积小，工作可靠，允许切换频率为120次／min，换向冲击小，使用寿命较长。但启动力比交流电磁铁小。2）电磁吸力

衔铁吸合后→磁阻I

不变

→电磁吸力

48编辑ppt直流电磁铁工作原理图49编辑ppt直流电磁铁的应用一方面是它作为独立电磁元件广泛应用于各种自动装置和系统中，多是用它“牵引”其它机构完成预定的动作。另一方面它也是许多电磁元件的主要组成部分。用电磁铁作为主要组成部分的电磁元件有各种电磁继电器、接触器、电磁阀和电磁离合器等编辑ppt二、交流电磁铁

1)交流铁心线圈电路u→i→Ni→→eddt=－Nddt→e=－Ndidt=－LΦ＋u－ife磁导率μ不是常数，与i不是线性关系。经过空气或其它非导磁媒质闭合的磁通则X=ωL

=2fL铁心线圈的漏磁电抗51编辑ppt设

=msin

t则

e

=－N

mcos

t=N

msin(t－90o)

Φ＋u－ifeddte=－N即Em=N

m

=

2N

fm52编辑ppt实际铁心线圈电路线圈内电阻漏磁感抗+––+–+eeui+––+uiRX

++––uRuX0

R0

等效电路当不考虑铁芯中的功率损耗时：即53编辑pptU=－E

U4.44fNm=则

由于电阻

R

和感抗X（或漏磁通）较小，其电压降也较小，与主磁电动势E相比可忽略，故有：Φ＋u－ie当外施电压及其频率不变时，且线圈匝数N一定时，则主磁通的最大值几乎是不变的（恒磁通原理）54编辑ppt思考：线圈的电抗与对应磁路的磁阻有什么关系电感与线圈匝数的平方成正比，与磁场介质的

磁导成正比。交流线圈的电抗

电抗

X

随着频率

f

、匝数

N

、磁阻

的变化而变化。

随着铁心磁路饱和的增加，铁心磁导率减小，相应的电抗也要减小。

《磁链与磁通的一般关系》_张永照《磁链的探讨》_刘美希编辑ppt2）功率损耗

交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。铜损（Pcu）

在交流铁心线圈中,线圈电阻R上的功率损耗称铜损，用Pcu表示。Pcu=RI2铁损（PFe）处于交变磁通下的铁心内的功率损耗称铁损，用PFe

表示。铁损由磁滞和涡流产生。+–ui56编辑ppt（1）磁滞损耗（Ph）单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回线的面积和磁场交变的频率f。OHB

磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。

减少磁滞损耗的措施：选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。57编辑ppt(2)涡流损耗（Pe）

涡流：交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。涡流损耗转化为热能，引起铁心发热。减少涡流损耗措施：

提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。58编辑ppt即有功功率损耗:

△P=PCu＋PFe

铜耗

铁损耗=RI2+(Ph＋Pe)磁滞损耗:磁性材料被交变磁化时消耗的能量涡流在铁芯内所产生的功率损耗因此大容量的变压器需要采取各种相应的冷却措施。59编辑ppt例1:

有一交流铁心线圈，电源电压U=220V电路中电流I=4A，功率表读数P=100W，频率f=50Hz，漏磁通和线圈电阻上的电压降可忽略不计，试求:(1)铁心线圈的功率因数；（2）铁心线圈的等效电阻和感抗。解:(1)(2)铁心线圈的等效阻抗模为等效电阻为等效感抗为60编辑ppt课外例1:

要绕制一个铁心线圈，已知电源电压U=220V，频率f=50Hz，今量得铁心截面为30.2cm2,铁心由硅钢片叠成，设叠片间隙系数为0.91(一般取0.9~0.93)。（1）如取

Bm=1.2T，问线圈匝数应为多少?(2)如磁路平均长度为60cm,问励磁电流应多大?铁心的有效面积为(1)线圈匝数为(2)查磁化曲线图，Bｍ=1.2T时,Ｈｍ=700Ａ／ｍ，则解:U=－E

61编辑ppt(1)变化→f变化电磁吸力用平均值衡量。

m不变→fm不变。(2)衔铁吸合后→磁阻起动电流工作电流。3）结构特点(1)铁心和衔铁用硅钢片叠成。(2)加短路环消除衔铁的振动。3）电磁吸力（自学）m不变

磁通势→励磁电流

Of

t

ffm

平均吸力62编辑ppt[课外例2]一铁心线圈，加上12V直流电压时，电流为1A；加上110V交流电压时，电流为2A，消耗的功率为88W。求后一种情况下线圈的铜损耗、铁损耗和功率因数。[解]由直流电压和电流求得线圈的电阻为由交流电流求得线圈的铜损耗为

PCu=RI2

=12×22

W

=48W由有功功率和铜损耗求得线圈的铁损耗为

PFe=P－PCu=(88－48)W=40W功率因数为R==

=12UI121=cos===0.4PUI88110×263编辑ppt6.3变压器的分类与结构64编辑ppt电力变压器发明于19世纪末，1884年9月16日匈牙利岗茨（Ganz）工厂制成了第一台变压器。在那个年代，输电距离仅达1.16km～3.22km。

华生电器制造厂创办于1916年4月。主要生产电风扇、电流表、电气开关等电工产品，变压器产量不大。1917年该厂自行设计制造出中国第一台变压器。1936年生产出一台当时容量最大的2000kVA变压器，安装在西安电厂。编辑ppt新中国建立后变压器单台容量和电压等级增长情况年份变压器容量（kVA）变压器电压（kV）生产厂家1950195119511952195319541955195619571958195919604000560150005600135002000031500405002000060000900001200002235（11）66110154（110）（154）220（110）（220）（220）上海电机厂东北电工五厂上海电机厂东北电工五厂沈阳变压器厂沈阳变压器厂沈阳变压器厂沈阳变压器厂沈阳变压器厂沈阳变压器厂沈阳变压器厂上海电机厂编辑ppt年份变压器容量（kVA）变压器电压（kV）生产厂家196019701970197019701979198126000036000090000150000360000250000360000（220）（220）330（330）（330）500(500)沈阳变压器厂西安变压器电炉厂西安变压器电炉厂西安变压器电炉厂沈阳变压器厂沈阳变压器厂沈阳变压器厂续上表编辑ppt68编辑ppt

电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。具体如下：

发电厂10.5kV输电网络220kV及以上升压仪器36V降压配电网络110kV及以下用户380/220V降压升压降压输电网络220kV及以上69编辑ppt风机出口的变压器一般归属于风电机组，需要将电能汇集后送给升压站，也称为集电变压器。升压站中的升压变压器，其功能是将风电场的电能送给电力系统，因此也被称为主变压器为满足风电场和升压站自身用电需求，还设置有场用变压器或所用变压器70编辑ppt高压输电？

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）UIP=I²RlIS71编辑ppt按用途分：有升压和降压变压器；按相数分：有单相和三相变压器；按绕组材料分：有铜绕组和铝绕组变压器；按绕组型式分：有双绕组、三绕组和自耦变压器；按调压方式分：有无载调压和有载调压变压器；按绕组绝缘和冷却方式分：有油浸式、干式（环氧树脂浇注绝缘）和充气式（SF6气体）变压器;按容量系列分：有R8系列和R10系列等。一、电力变压器的常用类型4/22/202372编辑ppt连接发电机与电网的升压变压器连接发电机的封闭母线

与电网相连的高压出线端编辑ppt三相干式变压器接触调压器编辑ppt电源变压器环形变压器控制变压器编辑ppt电力变压器的型号干式变压器油浸式变压器76编辑ppt一、电力变压器的基本结构1.铁心

用硅钢片叠成。铁芯是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，厚度分别为0.35mm\0.3mm\0.27mm，由表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。铁芯分为铁芯柱和横片两部分，铁芯柱套有绕组；横片是闭合磁路之用。编辑ppt782.绕组（线圈）高压绕组和低压绕组同心地套在铁心上。绕组是变压器的电路部分，它是用双丝包绝缘扁线或漆包圆线绕成编辑ppt79

心式变压器铁心绕组

壳式变压器铁心绕组编辑ppt80油位计气体继电器低压侧套管压力释放阀温度计（油）温度计（绕组）风扇高压侧套管套管CT放油阀门吸湿器3.其它油箱、油、储油柜、绝缘套管、保护设备等。编辑ppt利用电磁感应现象实现一个电压等级的交流电能到另一个电压等级交流电能的变换。变压器的铁芯用于提供磁路，绕组构成电路。*变压器的工作原理816.4变压器的工作原理编辑ppt单相变压器+–+–一次绕组N1二次绕组N2铁心82编辑ppt原线圈接交流电在铁芯中产生变化的磁通量在铁芯中产生变化的磁通量副线圈有交流电原线圈产生感应电动势副线圈产生感应电动势编辑ppt＋u2－e1e2＋u1－ZLi2i1ΦΦ1Φ2变压器的电路变压器的磁路变压器等值电路ZL＋U1－I1I2

＋U2

－

E1

E284编辑ppt一、空载运行情况电磁关系一次侧接交流电源，二次侧开路。+–+–+–+–+–1i0(i0N1)1空载时，铁心中主磁通是由一次绕组磁通势产生的。85编辑ppt设主磁通则变压器等值电路＋U1－I1I2

＋U20

－

E1

E2编辑ppt变比、电压变换作用忽略原方绕组电阻和漏电抗有变压器等值电路＋U1－I1I2

＋U20

－

E1

E2变压器的变比结论：改变匝数比，就能改变输出电压。编辑ppt

规定

U1=U1N时，U20=U2N。

如铭牌上标注：10/0.4kV（降压变）

10.5/242kV（升压变）※一般U2N比满载时的电压高5%~10%。88编辑ppt变压器一次侧接受电能，相当于用电设备，若直接与发电机相联，则其额定电压等于发电机的额定电压；若与电力线路相联，则其额定电压等于所接线路的额定电压；变压器二次侧的额定电压定义为空载时的电压。变压器的二次侧向负荷供电，则相当于电源：

a考虑变压器带额定负荷时其内部的电压降落约为5％和线路首端的+5％的电压偏移：此时二次侧的电压应比线路的额定电压高10％；b若变压器阻抗较小（）则内部电压降落也较小，变压器二次侧直接带负荷，此时其二次侧的额定电压仅比线路的额定电压高5％。*变压器额定电压的确定编辑ppt*我国交流电力网和电气设备的额定电压（线电压，单位kV）用电设备额定电压与电力网额定电压发电机额定电压变压器额定电压原边绕组副边绕组接电力网接发电机0.230.220.230.230.400.380.400.4033.1533.153.15及3.366.366.36.3及6.61010.51010.510.5及1113.813.813.815.7515.7515.75181818202020353538.5（60）（60）（66）110110121（154）（154）（169）220220242330330363500500550750750825编辑ppt二、带负载运行情况一次侧接交流电源，二次侧接负载。+–+–+–1i1有载时，铁心中主磁通是由一次、二次绕组磁通势共同产生的合成磁通。2i2+–e2+–e2+–u2Z91编辑ppt一）电磁关系+–+–+–11i1

i1i222i2+–e2+–e2+–u2Z92编辑ppt二）电压平衡方程=－E1＋Z1I1

1）一次侧电压方程※R1、X1和Z1——

一次绕组的电阻、漏电抗和漏阻抗。E1=－j4.44f

N1mU1=－E1＋(R1＋jX1

)I1

ZL＋U1－I1I2

＋U2

－

E1

E2+-=－E1＋Z1I1

U1=－E1＋(R1＋jX1

)I1

93编辑ppt94U2=ZLI22）二次侧电压方程E2=－j4.44f

N2m=E2－Z2I2U2=E2－(R2＋jX2

)I2

※R2、X2和Z2——

二次绕组的电阻、漏电抗和漏阻抗。ZL＋U1－I1I2

＋U2

－

E1

E2编辑ppt95=E2－Z2I2U2ZL＋U1－I1I2

＋U2

－

E1

E2Z1和Z2很小，有－E1＋Z1I1

U1=－E1

U1

≈≈

E2U23）电压变换编辑ppt

可见，铁心中主磁通的最大值m在变压器空载和有载时近似保持不变。Z1很小，空载和有载情况下由上式，若U1、f不变，则m基本不变，近于常数。|Z|+–+–－E1＋Z1I1

U1=(一次、二次侧电流关系)三）电流变换96编辑ppt或：磁势平衡式：空载磁势有载磁势空载：有载：97编辑ppt一般情况下：I0(2~3)%I1N很小可忽略。或结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。98编辑ppt

互感器是一次回路与二次回路的联络元件。

用以向测量仪表、继电器的电流线圈和电压线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况。

是一种特殊变压器，由铁芯、原绕组和副绕组构成。主要为测量和保护服务。负荷WVA电源TVTA应用举例：互感器编辑ppt将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压（100V或100/3V或100/V）和小电流（5A或1A）。互感器的作用是：使测量仪表、继电器等二次设备与主电路隔离，且互感器二次测均接地，保证了设备和人身的安全；使测量仪表、继电器等标准化，有利于大批量生产；所有二次设备可用低电压、小电流的控制电缆连接，为实现集中管理、远方控制和测量提供了方便。使测量仪表、继电器等二次设备的使用范围扩大。例如一只5A的电流表通过TA就可以测量任意大的电流4/22/2023100编辑ppt四）阻抗变换忽略Z1、Z2、I0，则＋U1－I1I2＋U2－ZLZe＋U1－I1101编辑ppt信号源R0RL+–例:

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？102编辑ppt(1)

变压器的匝数比应为：解:R0+–+–信号源的输出功率：编辑ppt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。（2）将负载直接接到信号源上时，输出功率为：信号源R0RL+–104编辑ppt105

U2

I2OU2Ncos2=1cos2=0.8(感性)cos2=0.8(容性)6.5变压器的外特性及技术参数

I2N

U2一、变压器的外特性和电压调整率变压器在负载运行中，随着负载的增加，负载电流随之增加，一、二次绕组上的电阻压降之增加，二次绕组的端电压U2将会发生变化。编辑ppt106当U1=U1N，cos2不变时：

U2=f(I2)

U2

I2OU2Ncos2=1cos2=0.8(感性)cos2=0.8(容性)⊿UR%=U2N－U2U2N×100%常见的电力变压器，在cos2=0.8（感性）时：⊿UR≈5%

电压调整率：U2随I2变化的程度

I2N

U2编辑ppt二、变压器的效率1)一次绕组的视在功率

S1=U1I12)二次绕组的视在功率

S2=U2I23)输入功率

P1=U1I1cos14)输出功率

P2=U2I2cos2编辑ppt

铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗。基本铁损耗为磁滞损耗和涡流损耗。附加损耗包括由铁心叠片间绝缘损伤引起的局部涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。

铁损耗与外加电压大小有关，而与负载大小基本无关，故也称为不变损耗。

铜损耗分基本铜损耗和附加铜损耗。基本铜损耗是在电流在一、二次绕组直流电阻上的损耗；附加损耗包括因集肤效应引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。

铜损耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。5)变压器的损耗

P=PFe＋PCu

PCu=R1I12+R2I22编辑ppt1096）效率

P1P2

=×100%※

小型电力变压器

=80%～90%

※大型电力变压器

=98%～99%反映变压器运行的经济性能的好坏，是表征变压器运行性能的重要指标之一。编辑ppt效率特性：在功率因数一定时，变压器的效率与负载电流之间的关系η=f(I2),称为变压器的效率特性。特性分析：1）空载时输出功率为零，所以η=0。2）负载较小时，损耗相对较大，功率η较低。编辑ppt3）负载增加，效率η亦随之增加。超过某一负载时，因铜耗与负载电流的平方成正比增大，效率η反而降低，最大效率η不一定出现在额定负载处，最高效率ηmax出现在变压器的不变损耗等于可变损耗。为了提高变压器的运行效益，设计时应使变压器的铁损耗小些。编辑ppt112[例]某变压器的额定电压为10000/400V接在10000V的交流电源上向一电感性负载供电，电压调整率为0.03，求变压器的电压比、空载和满载时的二次电压。[解]变压器的电压比为空载时的二次电压为U20=U2N=400V满载时的二次电压为

U2=U2N(1－⊿

UR)=400×(1－0.03)V=388Vk==

=25U1N

U2N

10000400编辑ppt113[例]在上例中，ZL=0.966时正好满载，求该变压器一次侧的电流。[解]变压器的二次侧电流为I2==A=401.7AU2

ZL

3880.966I1==A=16.1AI2

k

401.725编辑ppt114[解]忽略电压调整率，则

P2=

SNcos2=10×103×0.8W=8kWP

=

PFe＋PCu=(300＋400)W=700WP1=

P2＋P

=(8000＋700)W=8.7kW[例]一变压器容量为10kV·A，铁损耗为300W，满载时铜损耗为400W，求该变压器在满载情况下向功率因数为0.8的负载供电时输入和输出的有功功率及效率。P1P2

=×100%88.7=×100%=92%编辑ppt电力变压器产品型号SL7－315/10产品编号额定容量315kV·A使用条件户外式额定电压10000/400V冷却条件ONAN额定电流18.2/454.7A短路电压4%额定频率50Hz器身吊重765kg相数三相油重380kg联接组别Yyno总重1525kg制造厂生产日期图1－4电力变压器铭牌示意图三、变压器的技术数据

每台变压器都有一铭牌，上面标注着型号、额定值及其它数据，便于用户了解变压器的运行性能。编辑ppt额定容量额定容量是表观容量的惯用值，表征传输电能的大小。我国现在变压器的额定容量等级是R10系列；1967年以前变压器的额定容量等级是按R8系列。R8容量系列指容量等级是按R8≈1.33倍数递增的，我国老的变压器容量等级采用此系列，如：100kvA、135kvA、180kvA、240kvA、320kvA、420kvA、560kvA、750kvA、1000kvA等。R10容量系列指容量等级是按R10≈1.26倍数递增的。R10系列的容量等级较密，便于合理选用，是IEC（国际电工委员会）推荐采用的。我国新的变压器容量等级采用此系列，如：100KVA、125kvA、160kvA、200kvA、250kvA、315kvA、400kvA、500kvA、630kvA、800kvA、1000kvA。编辑ppt额定频率

变压器额定频率是所设计的运行频率，我国为50Hz，美国等国家采用60Hz。

额定电流

变压器在正常运行时允许通过的最大电流。三相变压器中额定电流为线电流。编辑ppt118

例：某变压器的型号为SFPZ5-120000/220，简述该变压器的基本型式和参数。解析：对照上表可知，该变压器是“三相”变压器（S），绕组外绝缘介质是“油”（缺省），冷却方式是“风冷”（F），油循环方式是“强迫油循环”（P），绕组数为“双绕组”（缺省），调压方式为“有载调压”（Z）。设计序号为5，表示该产品在同类产品系列中的设计序号。“120000”表示该变压器的额定容量为120000kVA，“220”表示该变压器的高压绕组电压等级为220kV。编辑ppt6.6三相变压器与自耦变压器一、三相变压器的种类

1.三单相变压器组U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w2

特点：三相之间只有电的联系，没有磁的联系。119编辑ppt2.三相心式变压器U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w2

特点：三相之间既有电的联系，又有磁的联系。120编辑ppt

连接方式高压绕组低压绕组

星形中性点接地