建筑电工第三章变压器

2024/3/8第三章变压器2016.032024/3/8变压器是一种静止的，将某一等级的交流电压和电流转换为同频率的另一等级的交流电压和电流的设备。功能：变电压——电力系统变电流——电流互感器变阻抗——电子电路中的阻抗匹配变压器2024/3/8

发电厂10.5千伏输电线220千伏升压变电站10千伏降压

变压器应用举例…降压实验室380/220伏降压仪器36伏降压我国规定：输电线路的电压为110KV，220KV，500KV等几种2024/3/8第一节变压器基本工作原理和结构一、变压器的结构变压器是由套在闭合铁心上的原、副两线圈组成．1、铁心（磁路部分）铁心的材料2024/3/8为了提高磁路的导磁性能，减小铁心中的磁滞、涡流损耗，铁心一般采用高磁导率的铁磁材料—0.35～0.5mm厚的硅钢片叠成。变压器用的硅钢片其含硅量比较高。硅钢片的两面均涂以绝缘漆，这样可使叠装在一起的硅钢片相互之间绝缘。2024/3/8铁心形式铁心是变压器的主磁路，电力变压器的铁心主要采用心式结构，它是将A、B、C三相的绕组分别放在三个铁心柱上，三个铁心柱由上、下两个铁轭连接起来，构成闭合磁路。如图2024/3/82、绕组绕组是变压器的电路部分，它是由铜或铝的绝缘导线绕制而成。为了便于绝缘，低压绕组靠近铁心柱，高压绕组套在低压绕组外面。P872024/3/81、单相变压器的空载运行I2=0U2=U20=E2U1≈E1二、变压器的工作原理？空载运行2024/3/8绕组：一次绕组二次绕组单相变压器+–+–变压器的磁路由硅钢片叠成厚0.35mm或0.5mm铁心变压器的电路一次绕组N1二次绕组N2铁心空载运行时各物理量？p872024/3/8空载电流(励磁电流)：占额定电流的3%—8%空载损耗(铁心损耗

PFe)：磁滞损耗和涡流损耗

磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造成的损耗；涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感应电流(涡流)造成的损耗。铜损耗

(

PCu：绕组的损耗)很小变压器的损耗：P=

PFe＋

PCu

可变损耗不变损耗2024/3/82、单相变压器的负载运行

？负载运行2024/3/8结论：原、副边电流与匝数成反比2、变电流：Z变压器的作用1、变电压2024/3/83、变阻抗：应用：阻抗匹配在电子电路中，为了提高信号的传输功率和效率，常用变压器将负载阻抗变换为适当的数值，以取得最大的传输功率和效率，这种做法称为阻抗匹配。2024/3/8变电压变电流变阻抗2024/3/8

解：变压比K=N1/N2=800/200=4

副边电压U2=U1/K=220/4=55V

原边电流I1=I2/K=8/4=2A

输入功率S1=U1I1=440V·A

输出功率S2=U2I2=440V·A

可见当变压器的功率损耗忽略不计时，输入功率与输出功率相等，这符合能量守恒定律。例：已知一变压器N1=800，N2=200，U1=220V，I2=8A，负载为纯电阻，忽略变压器的漏磁和损耗，求变压器的副边电压U2，原边电流I1，输入和输出功率。2024/3/8[解]例2：一只电阻为8

的扬声器(喇叭)，需要把电阻提高到800

才可以接入半导体收音机的输出端，问应该利用电压比为多大的变压器才能实现这一阻抗匹配。k===10

ReRL80082024/3/84、变压器的运行特性（一）变压器的外特性和电压变化率电压变化率：

反映电压的稳定性

变压器主要性能指标电力变压器：

U％=4%~6%外特性效率特性当U1=U1N，cos

2不变时，U2=f(I2)1-感性负载；2-纯电阻负载；3-容性负载一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2

变化不多）2024/3/8例：某单相变压器的额定电压为10000/230V，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U20=U2N=230V满载时的二次电压

U2=U2N(1－

U%

)=230×(1－0.03)=223Vk==

=43.5U1N

U2N

100002302024/3/8（二）变压器的效率特性输出功率输入功率

cos

2不变时，效率=f(I2)；电力变压器，最大效率出现在I2=（0.5—0.7）I2N2024/3/8例例：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。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

=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=40WR==

=12

UI1212024/3/8解:忽略电压调整率，则

P2=

SNcos

2=10×103×0.8W=8kWP

=

PFe＋PCu=(300＋400)W=700WP1=

P2＋P

=(8000＋700)W=8.7W例：一变压器容量为10kV·A，铁损为300W，满载时铜损为400W，求该变压器在满载情况下功率因数为0.8的负载供电时输入功率、输出功率及效率。P1P2

=×100%88.7=×100%=92%2024/3/8第三节电力变压器一、外形2024/3/82024/3/8二、变压器的应用与分类按用途分：1）电力变压器：电力系统传输电能的升压变压器/降压变压器等。2)特殊变压器：给电焊机供电的电焊变压器，给炼钢炉供电的电炉变压器等3)仪用互感器：电压互感器/电流互感器

4)试验变压器：高压试验用5)调压变压器：能在一定范围内连续调节输出电压6)控制变压器：隔离防止触电安全，同时提供多种电压

2024/3/8按相数分单相变压器三相变压器多相变压器按制造方式壳式(用在小容量变压器）心式（工艺简单应用广泛）2024/3/8三相电力变压器分类：干式变压器：空气冷却。一般用于小容量变压器，如电站、工厂等。在电力系统中，变压比为6000V/400V，用于额定电压为380V的负载。油浸式变压器：油冷却。一般用于升压站和发电厂，变压比为20KV/500KV，20KV/6KV等。2024/3/8三相油浸式电力变压器铁心（硅钢片）绕组（铜线或铝线）绝缘套管（引出装置）油箱及附件2024/3/82024/3/8三、变压器的名牌数据1．额定电压UN1和UN2：绕组正常工作时的电压值2．额定电流IN1和IN2：绕组长期允许的最大电流值3．额定容量SN

：额定条件下的输出功率

4．额定频率f：50Hz单相变压器的是相电压；三相变压器的是线电压。

2024/3/85、电力变压器的型号参见教材P902024/3/8三相铝线高压边额定电压10kv额定容量1000kv·A变压器型号：三相设计序号高压边额定电压10kv额定容量500kv·A变压器型号：S9–500/10组合式冷却方式高压边额定电压10kv额定容量630kv·A变压器型号：Zb-F-630/102024/3/8四、三相变压器三相变压器组：三个独立单相变压器组成的变压器组特点：三相之间只有电的联系，没有磁的联系。1、三相变压器的种类2024/3/8ABCXYZabczyx三相心式变压器：铁心为三相所共有的三相变压器特点：三相之间既有电的联系，又有磁的联系。2024/3/8绕组名称首端末端中性点高压绕组A、B、CX、Y、ZN低压绕组a、b、cx、y、zn2、三相绕组的联结方式同极性端的确定三相变压器的Y和D连接为确定相电压的相位关系，高压、低压绕组相电压相量的正方向规定为：从绕组的首端指向尾端。相电压的相位关系，取决于绕组的同名端是否同在尾端或首端。AUAXaxuaAUAXxaua2024/3/8相电压相量的正方向规定为：从绕组的首端指向尾端相电压的相位关系，取决于绕组的同名端是否同在尾端或首端。同在首端或尾端，电压相位相同；否则，电压相位相反。AUAXxauaAUAXaxuaUA与ua反相UA与ua反相2024/3/8绕组连接方式和连接组别国家标准规定五种连接组别：Y，Yn12；YN，y12；Y，y12；YN，d11；Y，d11星形接法（Y），或者带中性点（YN）三角形接法（D）三相绕组原边、副边采用不同的连接方式时，高压侧线电压与低压侧线电压之间可以形成不同的相位。为表明这种高低压线电压之间的关系，采用“时钟表示法”。；2024/3/8UA.UB.UC.Ub.Uc.Ua.ABCUAB.abcab.UY,y12连接组UA.UB.UC.UAB.ub.ua.uab.时钟法组别判定UAB.uab.UAB相量作为时针指向12点，固定不动；uab相量作为分针，其指向的点数即为连接组号。2024/3/8UA.UB.UC.ub.uc.ua.ABCUAB.abcab.uY,y6连接组UA.UB.UC.UAB.ub.ua.uab.UAB.uab.2024/3/8UA.UB.UC.ua.ub.uc.ABCUAB.cabab.uY,y4连接组UA.UB.UC.UAB.ua.ub.uab.UAB.uab.2024/3/8UA.UB.UC.ub.uc.ua.ABCUAB.abcab.uY,d11连接组UA.UB.UC.UAB.ub.ua.uab.UAB.uab.注意：对D形接法，线电压等于相电压2024/3/82024/3/8第三节其它用途的变压器一、自耦变压器自耦变压器的结构特点是：一次、二次绕组共用一个绕组。忽略漏阻抗，则=U1U2E1E2=N1N2=k2024/3/8

可调式自耦变压器（调压器）手柄绕组接触臂

使用~220V电源时，输入线接在1、3两端；使用~110V电源时，输入线接在1、2两端；旋转手柄，改变耦合匝数，能在4、5之间得到0～250V的不同输出电压。接线柱

三相自耦变压器2024/3/8三相自耦变压器2024/3/82024/3/8二、仪用互感器

实现用低量程的电压表测量高电压。VR

N1（匝数多）保险丝

N2（匝数少）~u（被测电压）被测电压=电压表读数

N1/N2（一）电压互感器

电压互感器2024/3/8注意：1）二次绕组绝不允许短路，否则短路电流很大，将互感器烧坏。为此应串联熔断器作短路保护；2）铁心和二次绕组的一端必须可靠接地，以防一次侧高压绕组绝缘损坏时，其上带上高电压而触电；3）电压互感器有一定的额定容量，使用时不宜接过多的仪表，否则将影响互感器的准确度。2024/3/8（二）电流互感器

实现用低量程的电流表测量大电流。（被测电流）N1（匝数少）N2（匝数多）ARi1i2被测电流=电流表读数

N2/N12024/3/8注意：1）二次绕组绝不许开路，否则一次绕组中流过的大电流使铁心过热而烧坏绕组绝缘；二次绕组中因匝数很多，将产生高电压，可能将绝缘击穿，危及安全。

2）在运行中若要拆下电流表，应先将二次绕组短路后再进行。

3）铁心和二次绕组的一端必须可靠接地，以免绝缘损坏时，高压侧电压传到低压侧，危及仪表及人身安全。

4）电流表内阻抗应很小，否则影响测量精度。2024/3/8三、钳形电流表1、外形2016/03/222、用途它可以在不中断负载运行的条件下测量低压线路上的交流电流。钳形电流表的结构是由开口电流互感器和电流表组成，当按下钳口扳张开钳口卡入待测负荷或电源的一根单独导线，使被测导线不必切断就可进入电流互感器的铁心窗口，这样被测导线相当于互感器的初级绕组，而次级统组中将出现感应电流，与次级相连接的电流表指示出被测电流的数值。3、工作原理2016/03/224、分类及组成分为指针和数字式两类。数字钳形表与指针式钳形表相比，其准确度、分辨力和测量速度等方面都有着极大的优越性。2016/03/225、使用1.选择适当的档位。选档的原则是：（1）已知被测电流范围时：选用大于被测值但又与之最接近的那一档。（2）不知被测电流范围时：可先置于电流最高档试测（或根据导线截面，并估算其安全载流量，适当选档）、根据试测情况决定是否需要降挡测量。总之，应使表针的偏转角度尽可能地大。2.测试人应带手套，