变压器的选择与使用

＝ 2πfNΦm sin(ω t - 90 0）＝ E msin(ωt 90 0）
结论：
e滞后于Φ 900
有效值 ：
2
U1恒定时，变压器
2
铁心中的磁通Ф m E m 2fN m E ＝ 4.44 fN m 基本上保持不变
E1=4.44fN1Ф m E2=4.44fN2Ф m
E1 N 1 E2 N 2
2、漏磁通感应的电动势——漏电动势 根据主电动势的分析方法，同样有 E1σ 4.44 fN1Φ1σ E j 4.44 fN Φ
1σ 1 1 σm
漏电动势也可以用漏抗压降来表示，即
E1σ jωL1σ I 0 jI 0 X 1
由于漏磁通主要经过非铁磁路径,磁路不饱和,故磁阻很大且为 常数,所以漏电抗 X 1 很小且为常数,它不随电源电压负载情况 而变.
电力变压器类别-冷却方式
干式变压器
油浸式变压器
强迫油循环电力变压器
电力变压器类别-相数
单相变压器
三相变压器
三、变压器的基本结构和工作原理
1、 变压器的基本结构
原线圈
由硅钢 片叠压 而成
副线圈
由铜或铝 导线绕成
接电源
接负载
变压器二次 侧绕组 （副线圈）
变压器图 形符号
变压器一 次侧绕组 （原线圈 ）
闭合铁芯
铁心 绕组(线圈)
Tr
磁路/绕组的支撑骨架 电路
变压器是一种能变换电压、变换电流、变换阻抗的“静止”电气设备 。变压器在传递电能的过程中频率不变。
2、变压器的基本工作原理
问题: 为什么将变压器的原边接到交流电源上，灯 泡就会发光呢？
2、 变压器的基本工作原理
互相绝缘且匝数不同 只有磁的耦合而没有 电的联系
对三相变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近似 为额定相电压之比，具体为 U1 N Y，d接线 k 3 U2N
D，y接线
3 U1 N k U2N
3、等效电路
基于E1 jI 0 X 1表示法,感应的电动势 1也用电抗压 E 降表示,由于在铁心中引起铁损Fe , 所以还要引入一个 P 2 电阻Rm , 用I 0 Rm 等效PFe ,即
短路试验线路图
（二）变压器的短路试验 计算时，采用电流为额定点的参数，因为此 时短路电压很低，铁损耗很小，故可近似认 为额定电流点测得的短路损耗即为变压器额 定运行时的铜损耗。 计算：
（2） （3）灯泡点亮时，变压器二次绕组电流
P 60 I2 5 5 8.33A U2 36 N 135 I1 I 2 2 8.33 1.36A 则一次绕组电流 N1 825
三、变压器参数的测定
作用： 利用参数、基本方程式、等效电路、相量图求 变压器的运行性能。 （一）变压器的空载试验 目的： 求变比k、空载电流I0、空载损耗P0以及等效 电路中的励磁阻抗Zm，从而判断铁心和线圈 质量。 试验时，一般在变压器低压侧加电压，测量 高压侧对应的电压、电流和功率。
E1 I 0 (Rm jX m ) I 0 Z m
一次侧的电动势平衡方程为
U 1 E1 I 0 Z1 (Rm jX m ) I 0 (R1 jX1 ) I 0
空载时等效电路为
电压变换作用
Φ S i0
+
u1 e1
N1N2
U1 E1 4.44 fN 1Φm
则
重要公式
E1 U1 Φm 4.44 fN 1 4.44 fN 1
可见，影响主磁通大小的因素有电源电压和频率，以及 一次线圈的匝数。
（2）二次侧电动势平衡方程
U 20 E 2
2、变比 定义
E1 N1 U1 U1 N k E2 N 2 U 20 U 2 N
E1 4.44 fN1m
E2 4.44 fN 2m
（a）当 K＞1，即 N1＞N2时，U2＜U1，变压器起降低电源电压的作用； （b）当K＜1，即N1＜N2时，U2＞U1，变压器起升高电源电压的作用； （c）当K＝1、即N1＝N2时，U2＝U1，变压器起着隔离电源的作用。
例1：
低压照明变压器一次绕组匝数N1=1210匝，一次绕组电压 U1=220V，现要求二次绕组输出电压U2=36V，求二次绕组匝数 N2及变比K。
（一）变压器的空载试验 计算时，采用电压 为额定点的参数， 因为空载电流很小， 此时的铜损耗很小， 故可近似认为额定 电压点测得的空载 损耗即为变压器额 定运行时的空载损 耗即铁耗。
空载试验线路图
（一）变压器的空载试验 计算： 总阻抗Z0= Z1+ Zm
N 2 U 20 变比K N1 U1
电力变压器（多为三相three-phase）
任务1 认识单相变压器 一、变压器的用途
1、变电压
升压变压器
降压变压器
2、变电流
3、变阻抗
4、变相位 5、电气隔离
二、变压器的分类
变压器的外型和器身图
电力变压器的类别——用途分
1、电力变压器
配Baidu Nhomakorabea变压器
升压变压器
降压变压器
电力变压器的类别——用途分
i2
u2 a x
S |ZL|
A u X 1
N1N2
变压器的一次侧接电源，二次侧与负载接通，这种运行状态称为负载运行。 变压器两端视在功率不变，因此：
S1 S 2 所以 U1 I1 U 2 I 2
I1 U 2 N 2 1 I 2 U1 N1 k
U1→U2， 是否I1→I2？
其中1/k 称为变压器的变流比。
额定电压 U1N / U 2 N ( kV ) 指长期运行时所能承受的工作电压
U U1N 是指一次侧所加的额定电压， 2 N 是指一次侧加额定电压时 二次侧的开路电压。在三相变压器中额定电压为线电压。
三者关系： 单相：S N U1 N I1 N U 2 N I 2 N
三相：S N 3 U1 N I1 N 3 U 2 N I 2 N
解： U1 N1
U2
N2
U2 36 N2 N1 1210 198匝 U1 220
N1 1210 K 6.1 N 2 198
二、变压器的负载运行
一次绕组中电流变为i1 二次绕组中有电流
单相变压器负载运行
变压器负载运行时的磁通势平衡方程式: 因为电源电压不变，故负载时的磁势和空载时 相同：
变压器
案例1：电能的产生、输送与分配
电力系统组成的方框图
变压器
案例2： 三相电力系统 高压输电:
电能
升压
输电
降压
用户
第三节：单相变压器基本结构及工作原理
接在单相交流电源上用来
单相变压器：
改变单相交流电压的变压
器，其容量一般都比较小， 主要用作控制及照明。
内部变压器起 降压作用
小型变压器（单相single-phase）
U1
I0
E1
1
0
(I 2 )
u1
U 20
U1
U2
E1σ
E2
u2
Φ0
Φ1σ
E1
U1
I0
F0 I 0 N 1
E2
E1 σ
I 0 R1
（二）感应电动势和变比 1、主电动势 设Φ ＝Φ msinω t
dΦ d e＝ N ＝－N (Φm sin ωt) ωNΦm cos ωt dt dt
2、 特种变压器
试验、仪用等变压器
电炉、整流变压器
电力变压器类别-线圈数目分
双绕组变压器，在铁芯中有两个绕组， 一个为初级绕组，一个为次级绕组 自耦变压器，初级、次级绕组合为一个 三绕组变压器，三个绕组连接三种不同 电压的线路 多绕组变压器，如分裂变压器
电力变压器类别-冷却方式
• 油浸式变压器——铁芯和绕组都一起浸 入灌满了变压器油的油箱中，可以加强 绝缘和改善冷却散热条件（大容量） • 干式变压器 ——能满足特殊要求，如安 全（小容量变压器） • 充气式变压器——绝缘性能优于油浸式 （大容量）SF6
此外，额定值还有额定频率、效率、温升等。
三、单相变压器的空载运行
(一） 电磁关系
1、物理情况 I0 U1
0
(I 2 )
E1
u1
U 20
U1
U2
E1σ
1
E2
u2
规定电流的正方向与该电流所产生的磁通正方 向符合“右手螺旋”定则， 规定磁通的正方向与其感应电势的正方向符合 “右手螺旋”定则。 电流正方向与电势正方向一致。
U1 励磁阻抗Z m I0
此处U20指高压侧电压，U1指 低压侧电压。即试验电压。 注意：若空载试验在 低压侧进行，要获得 高压侧参数时，必须 进行折算。空载时功 率因数很低，一般采 用0.2的功率因数表。
P0 励磁电阻Rm 2 I 0
2 2 励磁电抗X m Z m－Rm
（二）变压器的短路试验 目的： 求负载时的铜损耗和短路阻抗。 试验时，一般在变压器高压侧加电压，低压侧 直接短路，测量高压额定电流点对应的电压、 电流和功率。
例2：
现有三种规格的白织灯：36V/500W，36V/60W，220V/60W， 另有一台额定容量SN=300V.A、电压为 220V／36 V的变压器， 问：（1）上述三种白织灯中，哪种可以接在该变压器的二次侧 使用？最多能接这种规格的白织灯几个？ （2）此变压器一次绕组的匝数是825匝，求二次绕组的匝 数是多少？ （3）二次侧灯泡点亮时，变压器一次、二次绕组中的电流各 为多少？ 解：（1） 36V/60W， 5个
N1 I N2 1
I 2 N I0
1
忽略I0:
N 1I 1 ≈ N 2I 2
I1 N 2 1 KI I2 N1 Ku
结论： 变压器的高压绕组匝数多， 而通过的电流小，因此绕 组所用的导线细；反之低 压绕组匝数少，通过的电 流大，所用的导线较粗。
变压器的变流比
电流变换作用
Φ i1
变压器的选择与使用
电子课件
广州铁路职业技术学院
变压器(transformer)的选择与使用
教学目的：各种变压器的结构、原理、计算、用途 能力目标：
1、能计算变压器的各种参数 2、能根据负载要求选择特殊变压器
知识目标：
1、了解各种变压器的结构 2、熟悉各种变压器的工作原理
任务1 认识单相变压器
任务2 特殊变压器、三相变压器的认识与应用
2、 变压器的基本工作原理
根据电磁感应 原理 ：
dΦ e1＝－N1 dt
dΦ e 2＝－N2 dt
改变一、二次绕组的匝数，就可达到 改变电压的目的。
3、额定值
额定容量 S N ( kVA )
额定电流 I1 N / I 2 N ( A )
指铭牌规定的额定使用条件 指在额定容量下，允许长期通过的额定 下所能输出的视在功率。 电流。在三相变压器中指的是线电流
U2 36 N2 N1 660匝＝ 匝 108 U1 220 Ku U1 220 6.1 U2 36
降压变压器： Ku>1 升压变压器: Ku<1
有效值 E1 4.44 fN1Φm 相量
E1 j 4.44 fN 1Φm
可见，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动 势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通 90 0 。主电动势 的大小与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。
略去一次绕组中的阻抗不计 U1≈E1＝4.44fN1Ф m
U 1 E1 N 1 Ku K U 2 E2 N 2
U2＝E2=4.44fN2Ф m
变压比，简称变比
例2—2：如图所示，低压照明变压器一次绕组 匝数N1＝660匝，一次绕组电压Ul＝220V，现 要求二次绕组输出电压U2＝36V，求二次绕组 匝数N2及变比Ku 解：
29
（三） 空载时的电动势方程、等效电路
1、电动势平衡平衡方程 （1）一次侧电动势平衡方程
U1 E1 E1σ I 0 R1 E1 I 0 R1 jI 0 X 1 E1 Z1 I 0
忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有
u20
a
x
变压器原、副边电压 与感应电压的关系为： U1 E1 4.44 fN 1m
|ZL|
U 2 E2 4.44 fN 2m
x
变压器的一次侧接电源，二次侧开路(空载)
变压器空载时原边有电流 i0(很小)，在 铁心磁路中产生 磁通φ，当φ穿过两线 圈时，分别感应电压
变压器原、副边电压 与感应电压的关系为： U1 E1 4.44 fN 1 m N1 k U 2 E2 4.44fN 2 m N 2 k 称为变压器的变比。