第二章变压器教材

第二章变压器

3/24/20241一.概述二.变压器的工作原理三.变压器的额定值、运行特性四.几种特殊的变压器

3/24/20242一.概述1.变压器的定义变压器是一种交流电能的变换装置，能将某一数值的交流电压、电流转变为同频率的另一数值交流电压、电流，使电能传输、分配和使用，做到安全经济。3/24/202432.变压器的分类变压器冷却方式电源相数用途干式铁芯结构防潮方式氟化物油浸开放式灌封式密封式环型壳式芯式单相三相多相电源脉冲高频金属箔中频音频调压3/24/202443.变压器结构变压器的主要构成部分有：铁心、绕组、绝缘套管、油箱及其他附件等。其中铁心和绕组是变压器的主要部件。3/24/202453/24/202461）铁心铁心构成了变压器的磁路，同时又是套装绕组的骨架。铁心分为铁心柱和铁轭两部分。铁心柱上套绕组，铁轭将铁心柱连接起来形成闭合磁路。为了减少铁心中的磁滞、涡流损耗，提高磁路的导磁性能，铁心一般用高磁导率的磁性材料——硅钢片叠装而成。硅钢片有热轧和冷轧两种，其厚度为0.35～0.5mm，两面涂以厚0.02～0.23mm的漆膜，使片与片之间绝缘。变压器铁心的结构有心式、壳式和渐开线式等形式。3/24/20247磁滞损耗：铁磁体等在反复磁化过程中因磁滞现象而消耗的能量。涡流损耗：导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时，导体内的感生的电流导致的能量损耗，叫做涡流损耗。3/24/202483/24/202493/24/2024102）绕组绕组是变压器的电路部分，它由铜或铝绝缘导线绕制而成。为了节省铜材，目前我国大多采用铝线。变压器的一次绕组（原绕组）输入电能，二次绕组（副绕组）输出电能，它们通常套装在同一个心柱上。一次和二次绕组具有不同的匝数，通过电磁感应作用，一次绕组的电能就可以传递到二次绕组，且使一、二次绕组具有不同的电压和电流。3/24/202411趋肤效应：当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导线内部实际上电流较小。结果使导体的电阻增加，使它的损耗功率也增加。这一现象称为趋肤效应。3/24/202412二、变压器的基本原理一般情况下，变压器都有铁心和绕组（线圈）两个主要部件。下图所示为一单相变压器原理图，两个相互绝缘的绕组套在一个共同的铁心上，它们之间只有磁的耦合，没有电的联系。其中与交流电源相接的绕组称为原绕组或一次绕组，也简称原边或初级；与用电设备（负载）相接的绕组称为副绕组或二次绕组，也简称副边或次级。3/24/2024131）在负载支路，电流的正方向与电压降的正方向一致；而在电源支路，电流的正方向与电动势的正方向一致。2）主磁通和一次绕组漏磁通的正方向与产生它的电流的正方向符合右手螺旋定则，因此，在假定磁通的正方向时必须注意绕组的绕法。3）感应电动势的正方向与产生它的磁通的正方向符合右手螺旋定则。3/24/202414可见原、副绕组感应电动势的大小正比于各自绕组的匝数，而绕组的感应电动势近似于各自的电压。因此，只要改变绕组匝数比，就能改变电压，这就是变压器的变压原理。3/24/2024151.基本方程式（1）空载变压器空载运行时电磁关系：(1)(2)图1

变压器空载运行空载电流磁通空载主磁通空载漏磁通3/24/202416(3)(4)(5)3/24/202417（2）负载变压器负载运行时电磁关系：原理图等效电路图图2

变压器负载运行初级电流主磁通次级电流漏磁通漏磁通3/24/202418变压器外特性方程式推导(7)(6)(8)图3接有电抗器的变压器3/24/202419变压器初级和次级电路依靠主磁通联系起来。图4所示为根据公式(8)画出的等值电路图，即用一个等值电路来代替两个相互间有磁通联系的电路。2.等值电路图4变压器等值电路图一般等值电路简化等值电路：忽略、和3/24/202420在上述分析的基础上，可以把变压器的各个量按照其大小和相位关系画出其矢量图3.矢量图变压器空载时的矢量图图5变压器空载时的矢量图如图5所示为变压器空载时的矢量图以空载主磁通为参考矢量，其方向与横轴正方向一致。忽略变压器磁滞损耗，空载电流与同相位。3/24/202421变压器负载时的矢量图图6变压器负载时的矢量图如图6所示为变压器负载时的矢量图公式7矢量图，以主磁通作为参考矢量3/24/2024224.变压器的功率损耗（1）线圈电阻上的功率损失—铜损（2）铁芯在交变磁化下的功率损耗—铁损

1）磁滞损耗

2）涡流损耗变压器是静止电气设备，因此在能量传递过程中没有机械损耗，故其效率比旋转电机高。一般中小型电力变压器的效率在95％以上，大型电力变压器的效率可达99％以上。3/24/202423三.变压器的额定值、运行特性1.变压器的额定值（1）额定电压

原边电压额定值U1N：正常运行时规定加在原边绕组上的端电压。

副边空载电压U2N：变压器空载运行时，原边绕组加额定电压测量到副边绕组的电压。三相变压器中，额定电压都指线电压。（2）额定电流I1N/I2N

在正常运行时，原、副绕组所能承受的电流。（3）额定容量SN

对于双绕组变压器：（4）额定功率fN

我国规定标准工业用电频率：50HZ（赫）3/24/2024242.额定值之间的关系对三相变压器对单相变压器3/24/2024253.变压器的运行特性当电源电压和负载的功率因数等于常数时，二次侧端电压随负载电流变化的规律(即U2=f(I2)曲线)称为变压器的外特性(曲线)。变压器二次电压的大小不仅与负载电流的大小有关，而且还与负载的功率因数有关。纯电阻负载时，端电压变化较小；感性负载时，变化较大，但外特性都是下降的；容性负载时，外特性可能上翘，上翘程度随容性的增大而增大。3/24/2024263/24/2024274.变压器的同极性端1)单相变压器的主磁通及原、副绕组的感应电动势都是交变的，无固定极性。2)所讲的极性是指某一瞬间的相对极性，即任一瞬间，高压绕组的某一端点的电位为正(高电位)时，低压绕组必有一个端点的电位也为正。这两个绕组间具有相同极性的对应端点称为同极性端或同名端，在对应的两个端点旁边加黑点“·”来表示同名端。3)同极性端可能在绕组的相同端，也可能在绕组的不同端，这取决于绕组的绕向和位置，与绕组首、尾端的标记无关。3/24/2024283/24/202429四、几种特殊的变压器1.自耦变压器2.仪用互感器

☆电流互感器☆电压互感器3.脉冲变压器3/24/2024301.自耦变压器（1）结构（2）自耦变压器的电路原理3/24/202431（3）自耦变压器的容量（4）自耦变压器的主要优缺点优点：额定容量相同的情况下，绕组容量较小，省材；铜耗pCu、铁耗pFe

小，效率较高，体积小，重量轻。

注意：原、副边有电耦合存在，注意内部绝缘与采取防过电压措施，中点接地，原、副边装避雷器。（5）自耦变压器应用可作为调压设备，或用于异步电动机的起动补偿器。3/24/2024322.仪用互感器

仪用互感器是一种用于测量的专用设备，在许多自动控制系统中用来检测信号。仪用互感器分为电流互感器和电压互感器两种，它们的作用原理与变压器相同。使用互感器测量的目的一是为了工作人员和仪表的的安全，将测量回路与高压电网隔离；二是可以使用小量程的电流表、电压表分别测量大电流和高电压。3/24/202433（1）电流互感器

1）电路原理电流互感器的一次绕组匝数少，由一匝或几匝截面较大的导线构成，串联接在需要测量电流值的电路中。二次绕组匝数较多，线径较细，与负载（内阻抗极小的电流表或功率表的电流线圈）接成闭合回路。3/24/2024342）电流关系3）使用注意事项

☆副边绝对不许开路。☆副边接地。

3/24/202435（2）电压互感器

电压互感器的一次侧直接并联在被测的高压电路上，二次侧接电压表或功率表的电压线圈。其结构特点是原绕组匝数很多，副绕组匝数很少。

1）电路原理3/24/2024362）电压互感器的电压关系3）使用注意事项