第2章-变压器教学课件

图2-1单相变压器的原理图第二章变压器本章主要讲解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联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第一节变压器的用途及分类

一、变压器的用途（1）从输电方面来说，采用高压输电较为经济，因为当

输送功率一定时，电压越高，输电线上的电流越

小，输电线截面小，可以节省有色金属；当输电距

离、输电线材料及其截面大小一定时，线路上的损

耗小。（2）在用电方面多采用低压电，这主要是为了安全，同

时可以降低用电设备的绝缘等级、减少成本，为此

必须要用降压变压器将输电线上的高压降低到配电

系统所需要的电压。返回（3）在交流船舶上，各种不同的用电设备需要大小不同

等级的电压，因而需要有不同型式的变压器。（4）在船舶电力系统和控制系统中，变压器主要应用于

主照明、应急照明、厨房照明、控制用电源以及各

种仪用互感器中；在采用电力推进船舶中，变压器

还用于升压和降压。

二、变压器的分类

变压器的种类很多，可以从不同的角度来予以分类（1）根据变压器的用途来划分（2）根据变压器本身的结构来划分（3）按相数来划分（4）根据变压器的冷却条件来划分第二节变压器的基本结构和铭牌一、变压器的基本结构

图2-2变压器的结构示意图及电路符号

+

-

N

-

+

原绕组副绕组返回铁柱铁轭图2-3单相心式变压器图2-4单相壳式变压器

图2-5三相心式变压器

铁轭绕组铁柱高压绕组低压绕组绕组图2-6三相壳式变压器铁柱铁轭绕组铁柱铁轭绕组二、变压器的铭牌数据1.额定视在功率2.额定线电压3.额定线电流4.频率f5.相数m6.接线图与联接组7.漏阻抗Z或短路电压8.运行方式（长期的或短期的）9.冷却方式10.变压器的总重量变压器的额定电压与额定电流是这样规定的：原绕组额定电压是指电网（电源）加到原边的额定电压；而副绕组的额定电压是指在原边加上额定电压后，变压器处于空载状态，即副边开路电压。

已知变压器的额定容量和原、副边绕组的额定电压，就可以求出原、副绕组的额定电流来。当变压器副边电流达到额定值时，这时的负载叫做变压器的额定负载。第三节变压器的工作原理及运行特性

一、理想变压器的运行所谓理想的变压器是认为它满足下列条件：原绕组副绕组电阻都等于零；原副绕组间没有漏磁通，也就是它们完全耦合；铁心中没有损耗；铁心的导磁率为无穷大。返回

图（2-7）表示一台单相变压器（或三相变压器中的一个相）。为了正确地表示电压、电流、磁通等量之间的相位关系，必须规定它们的正的或负的方向。通常按电工惯例来规定正方向，并符合下列内容：1.在同一支路内，电压与电流的正方向一致2.磁通量正方向与电流正方向之间符合右手螺旋关系3.由交变磁通产生的感应电动势正方向与产生该磁通的电流正方向一致，并有

的关系（电磁感应定律）。图2-7变压器在运行时的各物理量

需要说明的是，正方向并不是它们的实际方向，只是说明方向的相对关系，起到指路牌的作用。上面的规定只限于各量之间方向的问题，下面我们将进一步讨论它们之间的数量上关系。说明1．电压关系在理想变压器中，端电压的比就等于电势的比一般习惯，取变比为高压匝数与低压匝数之比，因此总大于1。

2．电流关系原副边电流的数值是不同的，它们的大小关系及相量关系是3．功率关系

从式电压和电流的关系可以看出：

也就是说理想变压器内部没有损耗，输入功率等于输出功率，效率是100%。4．阻抗折合关系

变压器还具有阻抗变换作用，如图（2-9），副边接负载阻抗，根据欧姆定律，则由于副边接阻抗ZL,原边就有一电流I1输入。因此，由变压器的原边看上去，副边阻抗的影响相当于一等值阻抗Z‘L，它的数值是

称为副边的阻抗折合到原边的数值，由此可见，当负载直接接电源时，阻抗为ZL，当通过变压器接电源时，相当于阻抗增加到ZL的k2倍。

在电子技术中，经常利用变压器的这一阻抗变换作用来实现“阻抗匹配”。对理想变压器的讨论突出了变压器的主要作用，就是变电压，变电流，和阻抗折合的关系，这些都和变比k有密切关系。由于忽略了内部损耗和漏阻抗，理想变压器的效率等于100%，带负载时副边端电压不变。要研究实际变压器的性能，就要涉及到内部损耗和漏阻抗，就必须考虑其他因素。(a)等效前的电路(b)等效后的电路图2-9变压器的阻抗变换二、实际变压器的空载运行

1.考虑铁心中μ的影响图2-102.考虑铁损耗的影响图2-113.考虑绕组漏阻抗的影响图2-124.空载时的向量图图2-135.变压器在空载时的等值电路图2-14图2-10激磁电流的波形

返回图2-11空载电流的向量图返回图2-12变压器的无载情况返回图2-13空载时的向量图返回（a）

（b）

图2-14空载时的等效电路三、变压器的负载运行1.负载时电压和电流（1）原边电流和原边电势磁势：电势：电流：

（2）副边电势平衡关系

图2-15变压器的主磁通和漏磁通（2-32）2.变压器的等值电路原副边磁势平衡关系为

或

即原副边磁势平衡关系可以写成原副边电流平衡的关系，匝数已消去。原边电流的两个分量为:

其中,即负载分量电流总与折合过后的副边相等而方向相反

原、副边的电势关系为：

副边电势平衡关系依旧:总结折合过的变压器中各关系的联立方程式如下:

这些方程式中已经没有k，分析较简单，而且得出的原副边的电压或电流的数量级是一样的。更重要的是，根据这些等式，可以找出变压器的等值电路，如图2-16所示。图2-16为变压器的“T”形等值电路

图2-16变压器的"T"形等值电路返回在分析变压器带负载时激磁电流是较小的，它对中的压降的影响是极小的，因此，在分析变压器负载时的问题时，可以把忽略，而将等值电路进一步简化成如图2-17所示的一个串联阻抗型式。图中（）变压器的全部漏阻抗，包括原边和副边的漏阻抗。也称为短路阻抗，因为可以用短路实验求出。用这个简化等值电路后，分析将十分简单，而结果的正确程度也能满足工程的要求。

图2-17变压器的简化等值电路

总的说来，折合算法和等值电路是一个重要的分析方法，它是用来分析两个绕组之间通过电磁感应，存在能量传递时的相互关系的一个通用方法，不仅用于分析变压器的问题，也用于分析其它电机的问题中。

要注意等值电路中所表示的都是一相的数值，用在三相变压器时是指对称运行时的一相的情况，所有阻抗都是每相的数值，变比也是相电压之比或每相匝数之比。四、变压器的基本参数及实验

等值电路中的阻抗和，称为变压器的参数，它们对变压器的运行性能有着直接的影响。一旦知道了变压器的参数，就能得到变压器的等值电路，也就能分析变压器的运行性能。另一方面，从生产变压器的角度来看，变压器所用材料的性质和各部分的结构尺寸都将影响它的参数，所以参数对变压器的生产成本也有相当大的影响。因此正确决定变压器的参数，不论对生产或使用变压器来说，都有重要的意义。1.基本参数（1）短路电阻（2）短路电抗（3）激磁回路阻抗及激磁回路阻抗是一个等值阻抗，它反映了变压器的铁

心中产生交变磁通时所消耗的有功功率与无功功率。2．变压器的空载实验

变压器变比：

励磁阻抗：

励磁电阻：

励磁电抗：

如图：图2-18

图2-18

空载试验线路图

3．短路实验

由图2-19可知：

因UK=I1ZK

,故漏阻抗或路阻抗为：

输入功率，所以:

短路电抗为：图2-19短路试验线路图

返回五、变压器的运行特性

1．变压器带负载时副边端电压的变化

外特性曲线，如图2-20所示

图2-20变压器的外特性2．变压器的效率

第四节三相变压器的磁路系统

一、三相变压器组的磁路

如图2-21所示，三相变压器组的磁路特点是，三相磁通各有自己单独的磁路，互不相关。当原边外加三相电压对称时，各相的主磁通必然对称，各相的励磁电流，即空载电流也是对称的。其优点是制造和运输方便；备用的变压器容量较小（全组容量的三分之一）。但它有硅钢片用量较多、价钱较贵、效率较低、占地面积较大等缺点，所以一般不采用，仅用于大容量及超高压的变压器中。返回图2-21三相变压器的磁路系统二、三相变压器的磁路

a)b)c)图2-22三相变压器的磁路演变第五节变压器的联接组及三相变压器的运行问题

一、变压器的联接1．单相变压器的联接2．三相变压器的磁路和绕组联接

（1）三相变压器的磁路系统

（2）三相绕组的联接

（3）三相变压器的联接组别，原副边电压的相位移

⒈Y/Y连接⒉Y/联接

（4）标准连接组返回ab图2-24单相变压器的二种不同联接图2-23单相变压器的出线标志图2-25实验测定极性返回图2-26三铁心柱式铁心中的磁通返回图2-27三相的各种接法图2-28三角接法时A相极性接反时的电势

返回

图2-39Y/Y-12联结组XYZ

abcxyz