电工学 第四章变压器
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电工学原理 第4章 变压器
第4章 变压器
变压器是一种利用磁路传递电能的
设备。也就是说，变压器是利用电磁
感应原理，从一个电路向另一个电路
传递能量或传输信号的电器。
变压器的分类
升压变压器 降压变压器 电力变压器配电变压器 联络变压器 厂用变压器 变压器 整流变压器 1 中频变压器（ －8kHz） 高频变压器（几十kHz－几百kHz） 特种变压器 自耦变压器 电炉变压器
S N U 2 N I 2 N U 1N I 1N
三相变压器的额定容量
4. 额定频率fN
S N 3U 2 N I 2 N 3U1N I1N
变压器的工作频率。我国标准的工业用电频率为50Hz。 5．额定效率 N
P2 P2 P1 P2 PF PCu
从空载到额定负载，副边电压的变化程度可用电压变 化率来表示，即 U2
E1m N1m 2fN1m E1 E1m / 2 4.44 fN1m E2 m N 2m 2fN 2m E2 E2 m / 2 4.44 fN2m
电压变换
据基尔霍夫电压定律，对原、副绕组列出端电压 方程式如下： i =i
220 4.44 f ( N1 N 2 ) m
N1 N 2
则穿过铁芯中的主磁通 m 不变，变压器工作 状态不变，所以 U 3 20V 。
I 3NU 3N 1 20 I1 I 2 0.091A U 1N U 2 N 220
（4）应将1、3相联接，2、4相联接，然后接入 110V电源，此时 U 3 20V 。
铜损可通过短路实验测得，铁损可通过空载实验测得。
4.2 变 压 器
变压器的基本结构与工作原理
变压器是一种利用磁路传递电能的
设备。也就是说，变压器是利用电磁
感应原理，从一个电路向另一个电路
传递能量或传输信号的电器。
变压器的分类
升压变压器 降压变压器 电力变压器配电变压器 联络变压器 厂用变压器 变压器 整流变压器 1 中频变压器（ －8kHz） 高频变压器（几十kHz－几百kHz） 特种变压器 自耦变压器 电炉变压器
S N U 2 N I 2 N U 1N I 1N
三相变压器的额定容量
4. 额定频率fN
S N 3U 2 N I 2 N 3U1N I1N
变压器的工作频率。我国标准的工业用电频率为50Hz。 5．额定效率 N
P2 P2 P1 P2 PF PCu
从空载到额定负载，副边电压的变化程度可用电压变 化率来表示，即 U2
E1m N1m 2fN1m E1 E1m / 2 4.44 fN1m E2 m N 2m 2fN 2m E2 E2 m / 2 4.44 fN2m
电压变换
据基尔霍夫电压定律，对原、副绕组列出端电压 方程式如下： i =i
220 4.44 f ( N1 N 2 ) m
N1 N 2
则穿过铁芯中的主磁通 m 不变，变压器工作 状态不变，所以 U 3 20V 。
I 3NU 3N 1 20 I1 I 2 0.091A U 1N U 2 N 220
（4）应将1、3相联接，2、4相联接，然后接入 110V电源，此时 U 3 20V 。
铜损可通过短路实验测得，铁损可通过空载实验测得。
4.2 变 压 器
变压器的基本结构与工作原理
变压器 原理
变压器原理
变压器是一种电力传输和变换装置，可用来改变交流电压的大小。
它主要由两个线圈——主线圈和副线圈组成。
主线圈通常被称为高压线圈，而副线圈被称为低压线圈。
当交流电通过主线圈时，会在主线圈中产生变化的磁场。
这个磁场会切割副线圈，从而在副线圈中也产生电动势。
根据法拉第电磁感应定律，副线圈中的电动势与主线圈中的电动势成正比。
变压器的工作原理基于互感现象。
互感是指当两个线圈靠近时，它们之间会相互影响，从而导致一种电磁耦合。
在变压器中，通过改变主线圈和副线圈的匝数比，可以实现输入电压和输出电压之间的变换。
根据互感现象的原理，当主线圈的匝数比副线圈的匝数大时，输出电压将比输入电压小。
这被称为降压变压器。
相反，当主线圈的匝数比副线圈的匝数小时，输出电压将比输入电压大。
这被称为升压变压器。
为了减少能量损失和提高效率，变压器通常采用铁芯。
铁芯的存在可以集中和引导磁场，从而提高互感的效果。
除了用于改变电压，变压器还可以用于隔离电路和传送电能。
由于变压器没有机械部件，因此没有摩擦损耗，工作稳定可靠。
在实际应用中，变压器广泛用于电力系统、电子设备、通信系统等领域，为不同电器设备提供适合的电压供应。
变压器 课件(人教版)
● 1．变压器的构造
● 如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组 成的．一个线圈与交流电源连接，叫做原线圈n1(又称初级线 圈)；另一个线圈与负载连接，叫做副线圈n2(又称次级线圈)， 作为用电器的电源．
● 2．变压器的符号 ● 变压器在电路图中的符号如图所示．
● 3．变压器的原理
● 如图所示，互感现象是变压器工作的基础，电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电 流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感 应电动势，副线圈也能够输出电流．
● 3．自耦变压器
● 如图丙、丁所示即为自耦变压器．自耦变压器的原线圈和副线圈是同一个线圈，负载处有 一触头可以调节原、副线圈的匝数比．
●
如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝4∶1，当导体棒在匀强磁场中
向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表A1的示数为12 mA，则电流表A2的示数为
● 4．变压器的作用
● 改变交变电流的电压，不改变交变电流的周期和频率．
● 1．理想变压器 ● (1)变压器铁芯内无漏磁； ● (2)原、副线圈不计电阻，即线圈不产生焦耳热． ● (3)因不计一切电磁能量损失，所以理想变压器的输入功率等于输出功率．
2．理想变压器各物理量间的关系 (1)电动势关系 由于互感现象，且没有漏磁，原、副线圈中每一匝线圈 都具有相同的ΔΔΦt ，根据法拉第电磁感应定律有 E1＝n1ΔΔΦt ， E2＝n2ΔΔΦt ，所以EE12＝nn12.
(2)电压关系 由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压
U1＝E1，副线圈两端的电压 U2＝E2，所以UU12＝nn12. 当有 n 组线圈时，则有：Un11＝Un22＝Un33… (3)功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失， P 入＝P 出． (4)电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时，I1U1＝ I2U2，得II12＝UU21＝nn21.当有多个副线圈时 I1U1＝I2U2＋I3U3＋… 得 I1n1＝I2n2＋I3n3＋…
● 如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组 成的．一个线圈与交流电源连接，叫做原线圈n1(又称初级线 圈)；另一个线圈与负载连接，叫做副线圈n2(又称次级线圈)， 作为用电器的电源．
● 2．变压器的符号 ● 变压器在电路图中的符号如图所示．
● 3．变压器的原理
● 如图所示，互感现象是变压器工作的基础，电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电 流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感 应电动势，副线圈也能够输出电流．
● 3．自耦变压器
● 如图丙、丁所示即为自耦变压器．自耦变压器的原线圈和副线圈是同一个线圈，负载处有 一触头可以调节原、副线圈的匝数比．
●
如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝4∶1，当导体棒在匀强磁场中
向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表A1的示数为12 mA，则电流表A2的示数为
● 4．变压器的作用
● 改变交变电流的电压，不改变交变电流的周期和频率．
● 1．理想变压器 ● (1)变压器铁芯内无漏磁； ● (2)原、副线圈不计电阻，即线圈不产生焦耳热． ● (3)因不计一切电磁能量损失，所以理想变压器的输入功率等于输出功率．
2．理想变压器各物理量间的关系 (1)电动势关系 由于互感现象，且没有漏磁，原、副线圈中每一匝线圈 都具有相同的ΔΔΦt ，根据法拉第电磁感应定律有 E1＝n1ΔΔΦt ， E2＝n2ΔΔΦt ，所以EE12＝nn12.
(2)电压关系 由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压
U1＝E1，副线圈两端的电压 U2＝E2，所以UU12＝nn12. 当有 n 组线圈时，则有：Un11＝Un22＝Un33… (3)功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失， P 入＝P 出． (4)电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时，I1U1＝ I2U2，得II12＝UU21＝nn21.当有多个副线圈时 I1U1＝I2U2＋I3U3＋… 得 I1n1＝I2n2＋I3n3＋…
电工学第四章 变压器
END
I →S
节省金属材料（经济）
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
输电线 220kV
升压
…
实验室
380 / 220V
降压
变电站 10kV
降压
降压
仪器 36V 降压
变压器的结构
铁心
+ i1
Φ
u1
i2
+
u2 ZL
–
一次
N1
–
N2 二次
绕组
绕组
单相变压器
阻抗变化后，扬声器得到更大功率
思考
变压器能用于直流变压吗？
与普通变压器相比
自耦变压器
普通变压器：原副边之间仅有磁联系
自耦变压器：原副边之间有磁、电联系
+
原副边电压电流的关系
U1 = N1 = K
+
U2 N2
_
_
I1 = N2 = 1 I2 N1 K
注意：一次、二次侧千万不能对调使用，以防变压器损坏。 因为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。
一次绕组 绕组： 二次绕组 铁心
变压器的电路
由高导磁硅钢片叠成
厚0.35mm 或 0.5mm 变压器的磁路
变压器的结构
变压器的分类
按用途分
电力变压器 (输配电用)
仪用变压器 电压互感器 电流互感器
整流变压器
三相变压器 按相数分
单相变压器 按制造方式 壳式
心=K
举例
收音机的扬声器可近似认为是纯电阻负载，设其值为8Ω
1)若直接连在内阻RS为800 Ω，电动势ES为10V的交流放大 器起上，求放大器输送给扬声器的功率。
变压器 课件
变压器
一、变压器的原理 1．变压器的构造
由闭合铁芯 和绕在铁芯上的两个线圈组成，如图 5-4-1 所示。
图 5-4-1
(1)原线圈：与 交流电源 连接的线圈，也叫初级线圈 。 (2)副线圈：与 负载 连接的线圈，也叫 次级线圈 。 2．变压器的工作原理 变压器工作的基础是 互感 现象，电流通过原线圈时 在铁芯中激发的磁场不仅穿过原线圈，也同时穿过 副 线圈， 由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断 变化，变化的磁场在副线圈中产生 感应电动势 。
理想变压器的动态变化
[典例] 如图 5-4-7 所示，理想变压
器的副线圈上通过输电线接有两个相同
的灯泡 L1 和 L2，输电线的等效电阻为 R。
图 5-4-7
开始时，开关 S 断开。当开关 S 接通时，以下说法中不正确
的是 A．副线圈两端 M、N 的输出电压减小
()
B．副线圈输电线等效电阻 R 上的电压增大
2．互感器 (1)电压互感器：如图 5-4-2 甲所示，原线圈并联在高压电路 中，副线圈接电压表。互感器将高电压变为低电压，通过电压表 测低电压，结合匝数比可计算出高压电路的电压。 (2)电流互感器：如图 5-4-2 乙所示，原线圈串联在待测大电 流电路中，副线圈接电流表。互感器将大电流变成小电流，通过 电流表测出小电流，结合匝数比可计算出大电流电路的电流。
3．作用
改变交变电流的 电压 。
二、电压与匝数的关系
1．理想变压器
没有 能量损失 的变压器，也是一个理想化模型。
2．电压与匝数的关系
理想变压器原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的 匝数之
比，即：UU12＝
n1 n2
。
3．两类变压器 副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫降压 变压器； 副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫 升压 变压器。 三、两种互感器 1．电压互感器 把高电压变成低电压。它的原线圈 并联 在高压电路上， 副线圈接入交流电压表，如图 5-4-2 甲所示。
一、变压器的原理 1．变压器的构造
由闭合铁芯 和绕在铁芯上的两个线圈组成，如图 5-4-1 所示。
图 5-4-1
(1)原线圈：与 交流电源 连接的线圈，也叫初级线圈 。 (2)副线圈：与 负载 连接的线圈，也叫 次级线圈 。 2．变压器的工作原理 变压器工作的基础是 互感 现象，电流通过原线圈时 在铁芯中激发的磁场不仅穿过原线圈，也同时穿过 副 线圈， 由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断 变化，变化的磁场在副线圈中产生 感应电动势 。
理想变压器的动态变化
[典例] 如图 5-4-7 所示，理想变压
器的副线圈上通过输电线接有两个相同
的灯泡 L1 和 L2，输电线的等效电阻为 R。
图 5-4-7
开始时，开关 S 断开。当开关 S 接通时，以下说法中不正确
的是 A．副线圈两端 M、N 的输出电压减小
()
B．副线圈输电线等效电阻 R 上的电压增大
2．互感器 (1)电压互感器：如图 5-4-2 甲所示，原线圈并联在高压电路 中，副线圈接电压表。互感器将高电压变为低电压，通过电压表 测低电压，结合匝数比可计算出高压电路的电压。 (2)电流互感器：如图 5-4-2 乙所示，原线圈串联在待测大电 流电路中，副线圈接电流表。互感器将大电流变成小电流，通过 电流表测出小电流，结合匝数比可计算出大电流电路的电流。
3．作用
改变交变电流的 电压 。
二、电压与匝数的关系
1．理想变压器
没有 能量损失 的变压器，也是一个理想化模型。
2．电压与匝数的关系
理想变压器原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的 匝数之
比，即：UU12＝
n1 n2
。
3．两类变压器 副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫降压 变压器； 副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫 升压 变压器。 三、两种互感器 1．电压互感器 把高电压变成低电压。它的原线圈 并联 在高压电路上， 副线圈接入交流电压表，如图 5-4-2 甲所示。
变压器 课件 (人教版)
压与匝数成正比，可得n1∶n2＝U1∶U2＝11∶3，选项D正
确．理想变压器的输入功率等于输出功率，P入＝P出＝
60×2.2 W＝132 W，选项A错误．根据理想变压器的电流与匝
数成反比，即I1∶I2＝n2∶n1，可得通过原线圈的电流的有效 值为I1＝ I2＝0.6 A，选项B正确．通过变压器的是正弦交 流电，所以副线圈的电流的最大值为Im＝ I2＝2.2 A，
源上．当变压器输出电压调至最大时，负载R上的功率为 2.0 kW.设此时原线圈中电流有效值为I1，负载两端电压的有 效值为U2，且变压器是理想的，则U2和I1分别约为( B )
A．380 V和5.3 A B．380 V和9.1 A C．240 V和5.3 A D．240 V和9.1 A 【审题指导】(1)当变压器输出电压调至最大时，副线圈匝数
化的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势．如果 副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它 也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起 感应电动势．由于这种互相感应的互感现象，原、副线圈 间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线 圈．其能量转换方式为：
原线圈电能→磁场能→副线圈电能．
知识点二 理想变压器的规律
1．理想变压器的特点． (1)变压器铁芯内无漏磁． (2)原、副线圈不计内阻，即不产生焦耳热． 注意：①因为理想变压器不计一切电磁能量损失，因此， 理想变压器的输入功率等于输出功率． ②实际变压器(特别是大型变压器)一般都可以看成是理想 变压器． 2．电动势关系．
知识点三 几种常用的变压器 1．自耦变压器． 特点：只有1个线圈，3个抽头，可升压，也可降压． 2．调压变压器． 特点：属于自耦变压器，但电压可连续调节． 3．互感器． 分类：电压互感器(如图左)和电流互感器(如图右)．
确．理想变压器的输入功率等于输出功率，P入＝P出＝
60×2.2 W＝132 W，选项A错误．根据理想变压器的电流与匝
数成反比，即I1∶I2＝n2∶n1，可得通过原线圈的电流的有效 值为I1＝ I2＝0.6 A，选项B正确．通过变压器的是正弦交 流电，所以副线圈的电流的最大值为Im＝ I2＝2.2 A，
源上．当变压器输出电压调至最大时，负载R上的功率为 2.0 kW.设此时原线圈中电流有效值为I1，负载两端电压的有 效值为U2，且变压器是理想的，则U2和I1分别约为( B )
A．380 V和5.3 A B．380 V和9.1 A C．240 V和5.3 A D．240 V和9.1 A 【审题指导】(1)当变压器输出电压调至最大时，副线圈匝数
化的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势．如果 副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它 也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起 感应电动势．由于这种互相感应的互感现象，原、副线圈 间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线 圈．其能量转换方式为：
原线圈电能→磁场能→副线圈电能．
知识点二 理想变压器的规律
1．理想变压器的特点． (1)变压器铁芯内无漏磁． (2)原、副线圈不计内阻，即不产生焦耳热． 注意：①因为理想变压器不计一切电磁能量损失，因此， 理想变压器的输入功率等于输出功率． ②实际变压器(特别是大型变压器)一般都可以看成是理想 变压器． 2．电动势关系．
知识点三 几种常用的变压器 1．自耦变压器． 特点：只有1个线圈，3个抽头，可升压，也可降压． 2．调压变压器． 特点：属于自耦变压器，但电压可连续调节． 3．互感器． 分类：电压互感器(如图左)和电流互感器(如图右)．
变压器 课件
对应的是一部分，所以该变压器为降压变压器．根据理想变压器电
压和匝数的关系UU12＝nn21，在将滑动触头从 M 点顺时针旋转到 N 点的 过程中，副线圈的匝数变少，U2 降低．
答案：C
是降压变压器
功率关系
P 入＝P 出
没有能量损失的理想变压器输入 功率等于输出功率
电流关系
II12＝nn21
n1I1＝n2I2＋n3I3＋…
适用于只有一组副线圈的情况 适用于多个副线圈输出的情况
特别提醒
(1) 理 想 变 压 器 将 电 能 由 原 线 圈 传 给 副 线 圈 时 总 是 “ 量 出 为 入”，即用户消耗多少，原线圈就提供多少，因而输出功率决定输 入功率．
(2)可以把理想变压器的副线圈看作给用户供电的无阻电源，对 负载电路进行动态分析时，可以参照直流电路动态分析的方法.
例 1关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是( ) A．通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变 B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等 C．穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势 D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈
4．对理想变压器进行动态分析的两种常见情况 (1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变 化的情况，进行动态分析的顺序是 R→I2→P2→P1→I1； (2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情 况，进行动态分析的顺序是 n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1.
例 3(天津理综)如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图 中各电表均为理想电表．下列说法正确的是( )
把高电压变为低电 压，用电压表测得 低电压 U2，再根据 铭牌上变压比UU12，
算出被测高电压
把大电流变成小电 流，用电流表测得 小电流 I2，再根据 铭牌上变流比II12，算
压和匝数的关系UU12＝nn21，在将滑动触头从 M 点顺时针旋转到 N 点的 过程中，副线圈的匝数变少，U2 降低．
答案：C
是降压变压器
功率关系
P 入＝P 出
没有能量损失的理想变压器输入 功率等于输出功率
电流关系
II12＝nn21
n1I1＝n2I2＋n3I3＋…
适用于只有一组副线圈的情况 适用于多个副线圈输出的情况
特别提醒
(1) 理 想 变 压 器 将 电 能 由 原 线 圈 传 给 副 线 圈 时 总 是 “ 量 出 为 入”，即用户消耗多少，原线圈就提供多少，因而输出功率决定输 入功率．
(2)可以把理想变压器的副线圈看作给用户供电的无阻电源，对 负载电路进行动态分析时，可以参照直流电路动态分析的方法.
例 1关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是( ) A．通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变 B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等 C．穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势 D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈
4．对理想变压器进行动态分析的两种常见情况 (1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变 化的情况，进行动态分析的顺序是 R→I2→P2→P1→I1； (2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情 况，进行动态分析的顺序是 n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1.
例 3(天津理综)如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图 中各电表均为理想电表．下列说法正确的是( )
把高电压变为低电 压，用电压表测得 低电压 U2，再根据 铭牌上变压比UU12，
算出被测高电压
把大电流变成小电 流，用电流表测得 小电流 I2，再根据 铭牌上变流比II12，算
四章变压器课件资料
故有
U1 E1 N1 K U20 E2 N2
K为变比（匝比）
结论：改变匝数比，就能改变输出电压。
三相电压的变换
1) 三相变压器的结构
A
高压绕组： A、B、C ：首端
BC
A-X B-Y C-Z X、Y 、Z ：尾端
X a
低压绕组： a、b、c：首端 x
YZ bc yz
a-x b-y c-z x、y、z：尾端
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
输电线
10.5kV
220kV
升压
变电站
10kV
降压
降压
…
实验室
380 / 220V
降压
仪器 36V 降压
变压器的分类电力变压器 (输配电用)
按用途分 仪用变压器 电压互感器 电流互感器
整流变压器 三相变压器 按相数分 单相变压器
E2
R2 R2
II22
EjXσ22I2U2U2
式中 R2 为二次绕组的电阻;
i1
u+– 1e+–σe+–11
i2 +–ee+–22u+–2
X2=L2 为二次绕组的感抗；N1
N2
U2 为二次绕组的端电压。
变压器空载时: I2 0 , U2 U20 E2 4.44 f m N2
式中U20为变压器空载电压。
–
N2 二次
绕组
一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。
1. 电磁关系
(1) 空载运行情况
i0
+
u1
一次侧接交流电源， –
e+–σe11+–
变压器 课件(人教版)
＝0.1 A，根据 I1∶I2＝n2∶n1 得 I1＝0.2 A.所以正确答案是 A.
答案 A
例3 如图5所示，理想变压器三个线圈的匝数之比为 n1∶n2∶n3＝10∶5∶1，其中n1接到220 V的交流电源上， n2和n3分别与电阻R2、R3组成闭合回路. 已知通过电阻R3的电流I3＝2 A，电阻 R2＝110 Ω，求通过电阻R2的电流I2和 通过原线圈的电流I1.
一、变压器的原理 1.变压器的结构：如图1所示，为变压器的示意图和在电路 图中的符号.
图1
(1)变压器的构造：闭合铁芯、原线圈(匝数用n1表示)、副 线圈(匝数用n2表示).输入电压是U1，输出电压是U2，两个 线圈都绕在 闭合铁芯上. (2)原线圈：与交流电源相连接的线圈，又叫做 初级线圈 . (3)副线圈：与负载相连的另一个线圈，又叫做 次级线圈 .
外壳和副线圈应接地.
(3)作用：将高电压变为低电压，
通过测量低电压，计算出高压电
图7
路的电压.
3.电流互感器 (1)构造：小型升压变压器，如图乙所示. (2)接法：原线圈串联在被测电路中，副线圈接电流表.为了 安全，外壳和副线圈应接地. (3)作用：将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出 被测电路中的大电流.
图5
解析 由变压器原、副线圈电压比等于其匝数比可得，加在
R2 上的电压
U2＝nn21 U1＝150×220 V＝110 V 通过电阻 R2 的电流 I2＝UR22＝111100 A＝1 A 加在 R3 上的电压 U3＝nn31 U1＝110×220 V＝22 V
根据输出功率等于输入功率得：U1I1＝U2I2＋U3I3 代入数据解得通过原线圈的电流为：I1＝0.7 A. 答案 1 A 0.7 A
答案 A
例3 如图5所示，理想变压器三个线圈的匝数之比为 n1∶n2∶n3＝10∶5∶1，其中n1接到220 V的交流电源上， n2和n3分别与电阻R2、R3组成闭合回路. 已知通过电阻R3的电流I3＝2 A，电阻 R2＝110 Ω，求通过电阻R2的电流I2和 通过原线圈的电流I1.
一、变压器的原理 1.变压器的结构：如图1所示，为变压器的示意图和在电路 图中的符号.
图1
(1)变压器的构造：闭合铁芯、原线圈(匝数用n1表示)、副 线圈(匝数用n2表示).输入电压是U1，输出电压是U2，两个 线圈都绕在 闭合铁芯上. (2)原线圈：与交流电源相连接的线圈，又叫做 初级线圈 . (3)副线圈：与负载相连的另一个线圈，又叫做 次级线圈 .
外壳和副线圈应接地.
(3)作用：将高电压变为低电压，
通过测量低电压，计算出高压电
图7
路的电压.
3.电流互感器 (1)构造：小型升压变压器，如图乙所示. (2)接法：原线圈串联在被测电路中，副线圈接电流表.为了 安全，外壳和副线圈应接地. (3)作用：将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出 被测电路中的大电流.
图5
解析 由变压器原、副线圈电压比等于其匝数比可得，加在
R2 上的电压
U2＝nn21 U1＝150×220 V＝110 V 通过电阻 R2 的电流 I2＝UR22＝111100 A＝1 A 加在 R3 上的电压 U3＝nn31 U1＝110×220 V＝22 V
根据输出功率等于输入功率得：U1I1＝U2I2＋U3I3 代入数据解得通过原线圈的电流为：I1＝0.7 A. 答案 1 A 0.7 A
简明电工学课件：变压器
在对磁场进行分析和计算时,常用到以下物理量。
1.磁感应强度B
磁感应强度是描述介质中实际的磁场强弱和方向的物理
量。它是一个矢量,用B 表 示。它与电流(电流产生磁场)之
间的方向关系可用右手螺旋定则来确定。
变压器
2.磁通Φ
磁场中穿过某一截面积A 的磁感线数称为通过该面积的
磁通,用Φ 表示,即
变压器
3.磁场强度 H
接在变压器二次侧,而图中的虚线部分可以用一个阻抗模
′ 来等效代替,如图6.2.5(b)所示。所谓等效,就是输入电路
的电压、电流、功率不变, 图6.2.5 阻抗等效 即直接接在电源
上的阻抗模 和接在变压器二次侧的阻抗模 ′ 是等效的。
即
变压器
图6.2.5 阻抗等效
变压器
【例6.2.2】 一只电阻RL为8Ω 的扬声器(喇叭),需要将电
变压器
图6.3.1 三相组式变压器结构示意图
变压器
三相心式变压器的结构如图6.3.2所示,它有三根铁芯柱,
每根铁芯柱绕着属于同一 相的高压绕组和低压绕组,又称为
三铁芯柱式三相变压器。
工作时,将三相变压器的三个高压绕组 U1U2、V1V2、
W1W2和三个低压绕组u1u2、v1v2、w1w2分别连接成星形或三
变压器
图6.1.5 几种磁性材料的磁化曲线
变压器
按照磁性物质的磁性能,磁性材料又可分为硬磁材料、
软磁材料和矩磁材料。
硬磁材料具有较大的矫顽磁力,磁滞回线较宽,常见的有
碳钢、钴钢、铝镍钴合金等,常用来制造永久磁铁。
软磁材料具有较小的矫顽磁力,磁滞回线较窄,常见的有
铸铁、硅钢、坡莫合金等,常 用来制作电机及变压器铁芯,也
中南大学电工学第4章磁路与变压器
eσ=
Φ ：主磁通 Φ ：漏磁通 σ
电流与磁通方向符合右螺旋法则
1.基本电磁关系 1.基本电磁关系
由KVL有： u = iR + ( − e ) + ( − eσ ) KVL有
Φσ ：漏磁通，很小； 漏磁通，很小； R：线圈电阻， 很小， 线圈电阻， 很小， dΦ e = −N dt 假设 Φ = Φ m sin ω t
二次侧的开路电压。在三相变压器中额定电压为线电压。 二次侧的开路电压。在三相变压器中额定电压为线电压。 3） 额定电流 I1N/I2N 变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。 变压器满载运行时， 副边绕组允许的电流值。 4） 额定容量 SN 变压器输出的额定视在功率。 变压器输出的额定视在功率。 三者关系： 单相：S N = U1 N I1 N = U 2 N I 2 N 单相： 5） 额定频率 fN 电源的工作频率。 电源的工作频率。50Hz
例2 一变压器容量为 10 kV·A，铁损耗为 300 W， ， ， 满载时铜损耗为 400 W，求该变压器在满载情况下向功率 ， 的负载供电时输入和输出的有功功率及效率。 因数为 0.8 的负载供电时输入和输出的有功功率及效率。 [解] 忽略电压调整率，则 解 忽略电压调整率， P2 = SNcosϕ2 = 10×103×0.8 W = 8 kW × P = PFe＋PCu = (300＋400) W = 700 W ＋ P1 = P2＋P = (8 000＋700) W = 8.7 kW ＋ P2 8 η= ×100% = 92% ×100% = 8.7 P1
1.电压变换 1.电压变换
原边接入电源，副边开路。 空载运行 ：原边接入电源，副边开路。＋ 由交流铁心线圈的电磁关系可得： 由交流铁心线圈的电磁关系可得：
变压器 课件
提示：(1)当左边线圈加上交流电压时，左边线圈中 就有交变电流，它在铁芯中产生周期性变化的磁通量，根 据法拉第电磁感应定律知，在左、右线圈中都要产生感应 电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光．
ΔΦ (2)左右线圈中每一圈上磁通量的变化率 都相同，
Δt ΔΦ 若左边匝数为 n1，则 E1＝n1 Δt ；若右边匝数为 n2，则 E2＝n2ΔΔΦt ，故有EE12＝nn12；若忽略左边线圈的电阻，则有 E1＝E 电源，这样看来只要 n1≠n2，小灯泡两端的电压与学 生电源的输出电压就不相等．
知识点二 电压与匝数的关系
提炼知识 1．理想变压器 没有能量损失的变压器． 2．电压与匝数的关系 原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比， 即UU12＝nn12.
3．降压和升压变压器 如果副线圈的电压比原线圈的电压低，这样的变压 器叫做降压变压器，反之则叫升压变压器． 4．常见的变压器 自耦变压器、调压变压器、电流互感器、电压互感 器．
1．电压制约． 当变压器原、副线圈的匝数比nn12一定时，输出电压 U2 由输入电压决定，即 U2＝nn2U1 1.
2．电流制约． 当变压器原、副线圈的匝数比nn12一定，且输入电压 U1 确定时，原线圈中的电流 I1 由副线圈中的输出电流 I2 决定，即 I1＝nn2I12.
3．负载制约． (1)变压器副线圈中的功率 P2 由用户负载决定，P2＝ P 负 1＋P 负 2＋…； (2)变压器副线圈中的电流 I2 由用户负载及电压 U2 确 定，I2＝UP22； (3)总功率 P 入＝P 线＋P2，即变压器的输入功率是由 输出功率决定的．
变压器
知识点一 变压器的构造和原理
提炼知识 1．构造 由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成． (1)原线圈：与交流电源连接的线圈． (2)副线圈：与负载连接的线圈．
电工学第四章 变压器
②因涡流在垂直于磁通的平面内环流，所以顺着 磁场方向用很薄的硅钢片叠成铁心， 可减小涡流 及其损耗 。
返回
例1：一个铁心线圈，加上12V直流电压时，电流为1A； 加上110V交流时，电流为2A，消耗的功率为88W。求后 一种情况线圈的铜损耗、铁损耗和功率因数。
解： (1) 线圈施加直流电压时： U 12 = Ω =12Ω R= I 1 (2) 线圈施加交流电压时： PCu = RI2 =12×22 W =48 W
降压 降压
升压 实验室
仪器
…
降压
380 / 220伏 降压
36伏
返回
输电距离、输电功率与输电电压的关系:
输电电压
110kV 220kV 500kV
输电功率
5×104 kW (20 ~30)×104 kW 100×104 kW
输电距离
50 ~150km 200 ~ 400km ≥500km
在电子线路和自动控制系统中，变压器 起着信号传递、阻抗变换以及信号隔离等作 用。
返回
一般材料的磁导率 和真空磁导率 0 的 比值，称为该物质的相对磁导率 r 。 r 0
r 1 非磁性物质
非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎 不受外磁场的影响而相互抵消，不具有磁化特性。
r 1
磁性物质
磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在 着一种特殊的作用，具有被强烈磁化的特性。
B
矫 顽 磁 力 剩磁
3 1 2
O
5
6
4
磁滞回线
剩磁：当线圈中电流减到零 （H＝0），铁心在磁化时所 获的磁性还未完全消失，这 时铁心中所保留的磁感应强 H 度称为剩磁感应强度B r 矫顽磁力：使B=0的H值，改 变磁场强度H的方向来进行反 向磁化，从而使铁心的剩磁 消失。
《电工电子技术》课件——第四章 变压器
一种特殊的物质结构—磁畴。
（b）有外磁场情况
磁畴因受外 磁场作用而顺着外 磁场的方向发生归 顺性重新排列，在 内部形成一个很强 的附加磁场。
铁磁材料内部往往有相邻的几百个分 子电流圈流向一致，因此在这些极小的区域 内就形成了一个个天然的磁性区域—磁畴。
显然，磁畴是由分子电流产生的。
铁磁材料的磁性能
一个磁路中若有气隙存在，则气隙磁阻>>铁芯磁阻。
磁路的基本概念
磁感应强度B和磁场强度H
磁感应强度B是表征磁场中某点强弱和方向的物理量。B的大小与磁场周围 介质的磁导率μ有关；
磁场强度H是表征电流的磁场强弱和方向的物理量。H的大小与磁场周围介 质的磁导率μ无关。
磁路欧姆定律：
F IN
Rm Rm
U1 U L1 4.44 fN 1 m N1 k U 20 U M 2 4.44fN 2 m N 2
其中k 称为变压器的变比。显然： 变压器通过改变原、副边的匝数即可 变换电压。
变压器的工作原理
2.变压器的负载运行与变换电流作用
在交变磁场作用下Hale Waihona Puke 整块铁芯中产生的旋涡状感应电
φ
流称为涡流。
涡流对电 气设备有 何影响？
涡流损耗
涡流在铁芯中 造成的热量损耗。
根据电流的热效应，涡流通过铁芯将使铁芯发热 ，严重时会造成设备烧损。
为减小涡流损耗，常用 硅钢片叠压制成电机电 器的铁芯。
04
铁磁材料的分类和用途
铁磁材料的分类和用途 铁磁材料根据工程上用途的不同可分为三大类
1.铁芯线圈、磁路 目录 CONTENTS
01 磁路的基本概念
02 铁磁材料的磁性能
03 铁芯损耗
04 铁磁材料的分类和用途
（b）有外磁场情况
磁畴因受外 磁场作用而顺着外 磁场的方向发生归 顺性重新排列，在 内部形成一个很强 的附加磁场。
铁磁材料内部往往有相邻的几百个分 子电流圈流向一致，因此在这些极小的区域 内就形成了一个个天然的磁性区域—磁畴。
显然，磁畴是由分子电流产生的。
铁磁材料的磁性能
一个磁路中若有气隙存在，则气隙磁阻>>铁芯磁阻。
磁路的基本概念
磁感应强度B和磁场强度H
磁感应强度B是表征磁场中某点强弱和方向的物理量。B的大小与磁场周围 介质的磁导率μ有关；
磁场强度H是表征电流的磁场强弱和方向的物理量。H的大小与磁场周围介 质的磁导率μ无关。
磁路欧姆定律：
F IN
Rm Rm
U1 U L1 4.44 fN 1 m N1 k U 20 U M 2 4.44fN 2 m N 2
其中k 称为变压器的变比。显然： 变压器通过改变原、副边的匝数即可 变换电压。
变压器的工作原理
2.变压器的负载运行与变换电流作用
在交变磁场作用下Hale Waihona Puke 整块铁芯中产生的旋涡状感应电
φ
流称为涡流。
涡流对电 气设备有 何影响？
涡流损耗
涡流在铁芯中 造成的热量损耗。
根据电流的热效应，涡流通过铁芯将使铁芯发热 ，严重时会造成设备烧损。
为减小涡流损耗，常用 硅钢片叠压制成电机电 器的铁芯。
04
铁磁材料的分类和用途
铁磁材料的分类和用途 铁磁材料根据工程上用途的不同可分为三大类
1.铁芯线圈、磁路 目录 CONTENTS
01 磁路的基本概念
02 铁磁材料的磁性能
03 铁芯损耗
04 铁磁材料的分类和用途
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i10 u1 e1
i2
e2 u20
U U
1
≈ E1 ≈ E 20
2
变电压
U1 E1 N1 ≈ = =K U2 E2 N2
K为变比 为
结论：改变匝数比，就能改变输出电压。 结论：改变匝数比，就能改变输出电压。
21
2. 有载运行
副边带负载后对磁路的影响： 副边带负载后对磁路的影响： 在副边感应电压的作用下， 在副边感应电压的作用下，副 边线圈中有了电流 i2 。此电流 在磁路中也会产生磁通， 在磁路中也会产生磁通，从而 影响原边电流 i1。根据
17
i1
u1
Φ
u2
i2
RL
变压器符号： 变压器符号：
工作过程： 工作过程：
i1 Φ
i2 u2
RL
u1
u1 ⇒ i 1 ⇒ Φ ⇒ u 2 ⇒ i2
18
变压器的效率η
P2 P2 η = ×100% = ×100% P P2 + PFe + PCu 1
P2为输出功率，P1为输入功率 为输出功率，
一般变压器的效率在95% 一般变压器的效率在 大型变压器的效率可达99%以上 大型变压器的效率可达 以上
2
2
i
R0
us
信号源
′ RL
结论：由此例可见经变压器“匹配” 结论：由此例可见经变压器“匹配”后，输出功率增 大了许多 。原因是满足了电路中获得最大功率输出的 条件（信号源内、外阻抗相等） 条件（信号源内、外阻抗相等）。
28
问题与讨论 一
为什么较大变压器的铁心要用硅钢片叠成？ 1、为什么较大变压器的铁心要用硅钢片叠成？用整块 的铁心行不行？ 的铁心行不行？ 答：变压器铁心用硅钢片的目的是为了减小涡流损 如果用整块的铁心，变压器会由于过热而损坏。 耗。如果用整块的铁心，变压器会由于过热而损坏。 2、变压器能否用来变换直流电压？如果将变压器接到与 变压器能否用来变换直流电压？ 它的额定电压相同的直流电源上，会产生什么后果？ 它的额定电压相同的直流电源上，会产生什么后果？ 不能；将变压器接到直流电源上， 答：不能；将变压器接到直流电源上，由于额定电 压高而线圈电阻小，使得变压器上产生很大的电流， 压高而线圈电阻小，使得变压器上产生很大的电流， 而烧毁变压器。 而烧毁变压器。
29
§4-3 变压器的外特性
变压器的外特性： 变压器的外特性：在电源电压和负载功率因数不变的 条件下，副边输出电压和输出电流的关系。 条件下，副边输出电压和输出电流的关系。
即： U2 = f (I2) U2 U20 I2
一般供电系统希望要硬特性（ 的变化， 变化不多） 一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2 变化不多） 硬特性
解
变压器变比 副绕组匝数 副绕组电流 原绕组电流
U1 220 K= = =2 U2 110
N1U2 1 2200 N2 = = N1 = =1100匝 U1 K 2 U2 110 I2 = = =11A Z2 10
N2I2 1 11 I1 = = I2 = = 5.5A N1 K 2
25
例
扬声器上如何得到最大输出功率
N1
N2
产生感应电动势 dΦ dΦ e1 = − N 1 e2 = − N 2 dt dt 方向符合右手定则） （ e 、 Φ 方向符合右手定则）
20
原、副边电压关系 根据交流磁路的分析可得： 根据交流磁路的分析可得：
E 1 ≈ 4 . 44 f N 1Φ m E 2 ≈ 4 . 44 f N 2 Φ m
31
§ 4-4
变压器的额定值
变压器负荷运行状态称额定运行。 变压器负荷运行状态称额定运行。额定运行 时各电量值为变压器的额定值。 时各电量值为变压器的额定值。 额定电压U • 额定电压U1N、U2N U1N 加在一次绕组上的正常工作电压。 加在一次绕组上的正常工作电压。 一次侧施加额定电压时的二次侧空载电压。 U2N一次侧施加额定电压时的二次侧空载电压。 • 额定电流 I1N、I2N 变压器满载运行时， 变压器满载运行时，原、副边绕组允许通过的电流值
R0
设： 信号源电压的有效值: 信号源电压的有效值: Us= 120V; 信号源内阻： =800Ω 信号源内阻：R0=800Ω; 负载为扬声器，其等效电阻： 负载为扬声器，其等效电阻： RL=8Ω。 =8Ω
U S PL = I R L = R + R 0 L 120 = ( )2 × 8 = 800 + 8
2 2
i
RL
us
信号源
将负载与信号源直接相连，得到的输出功率为： 1、将负载与信号源直接相连，得到的输出功率为：
RL 0 . 176 ( W)
26
将负载通过变压器接到信号源上。 2、将负载通过变压器接到信号源上。 若要信号源输出给负载的功率达到最大， 若要信号源输出给负载的功率达到最大，用变压器 ′ 进行阻抗变换，通过变压器把负载R 进行阻抗变换，通过变压器把负载RL变换为等效电阻RL N 2 变压器把负载R 变压器把负载RL ′ 变换为等效电阻 RL
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整流变压器
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变压器功能： 变压器功能： 变电压：例如电力系统 变电压：例如电力系统 （从发电厂 到用户一般经过一升四降。 到用户一般经过一升四降。) 变电流：例如电流互感器（如电流表） 电流互感器（如电流表） 变电流： 变阻抗： 变阻抗：电子电路中的阻抗匹配 （如喇叭的输出变压器） 如喇叭的输出变压器）
16
变压器的主要结构
心式结构:变压器的铁心被 心式结构:变压器的铁心被绕 组包围。 组包围。多用于电力变压器 壳式结构:变压器的铁心包围 壳式结构:变压器的铁心包围 绕组。 绕组。常用于小容量变压器
铁心 绕组
铁心 绕组
自然冷却— 自然冷却 小容量变压器 变压器的冷却方式 油冷式— 油冷式 大容量变压器
6 返 回 上一页 下一页
单相变压器
7 返 回 上一页 下一页
全密封配电变压器（ 全密封配电变压器（10 kV） ）
8 返 回 上一页 下一页
S9 型配电变压器（10 kV） 9 型配电变压器（ ）
9 返 回 上一页 下一页
大型电力油浸变压器 (110 kV)
10 返 回 上一页 下一页
大 型 电 力 油 浸 变 压 器
32
• 额定容量 SN 变压器传送电功率的最大能力。 变压器传送电功率的最大能力I1N
环境温度为40 40℃ •温升 环境温度为40℃时变压器绕组通过额定电 流时的最高温升。 流时的最高温升。 • 额定频率 fN 变压器应接入的电源频率。 变压器应接入的电源频率。我国电力系统的标准频 率为50Hz 50Hz。 率为50Hz。
13
变压器应用举例
发电厂 1.05万伏 万伏 升压 实验室 380 / 220伏 伏 降压 降压 输电线 22万伏 万伏 降压 变电站 1万伏 万伏
仪器 36伏 伏
14
§4-1 变压器的基本结构
铁芯
i1
u1
原边 绕组
Φ
u2
i2
RL
副边 绕组
单相变压器
15
铁心 变压器的组成 线圈(又称绕组),包括高、 线圈(又称绕组),包括高、低 ),包括高 压线圈。 压线圈。 铁心变压器铁心用具有绝缘层的0.35~0.5mm厚的硅 铁心变压器铁心用具有绝缘层的0.35~0.5mm厚的硅 0.35~0.5mm 钢片叠成。 钢片叠成。 线圈小容量变压器多用高强度漆包线绕制。 线圈小容量变压器多用高强度漆包线绕制。 大容量变压器可用绝缘铜或铝线绕制。 大容量变压器可用绝缘铜或铝线绕制。
30
U20：原边加额定电压、 原边加额定电压、
副边开路时， 副边开路时，副边的输 出电压。 出电压。
变压器外特性变化的程度用电压调整率（电压变化率） 变压器外特性变化的程度用电压调整率（电压变化率） U%表示 ΔU%表示
U20 −U2 N ∆U% = ×100% U20
大容量的电力变压器的电压调整率5%。 大容量的电力变压器的电压调整率5%。 5% 小型号变压器的电压调整率20%。 小型号变压器的电压调整率20%。 20% 电压调整率是一个重要技术指标， 电压调整率是一个重要技术指标，直接影响到供电 是一个重要技术指标 质量。电压变化率越小，变压器性能越好。 质量。电压变化率越小，变压器性能越好。
因此在分析时，变压器可以看作理想变压器。 因此在分析时，变压器可以看作理想变压器。
即：P2≈P1
19
§4-2 变压器的工作原理
1. 空载运行
接上交流电源 接上交流电源
原边接入电源，副边开路。 原边接入电源，副边开路。
u1
u1
原边通过的空载 电流为i10
i10 产生工作磁通
i10
e1
Φ
e2
Φ = Φm sinωt
2
≠ 输出功率 P
P1 =
负载的功 率因数
变压器的输出功率不仅与变压器的容 量有关，还与所带负载的功率因数有关。 功率因数有关 量有关，还与所带负载的功率因数有关。
原边输入功率
P2
效率
η
34
原边输入功率 P = 输出功率 P2 +变压器损耗 变压器损耗 1
几种常用的变压器
单相变压器
一、三相电力变压器
以上额定值是以单相变压器为例
33
问题与讨论二
变压器的输出功率是否决定于变压器的容量？ 变压器的输出功率是否决定于变压器的容量？ 变压器的容量： 变压器的容量：
S N = U 2 N × I 2 N ≈ U 1N I1N
变压器输出功率： 变压器输出功率： 容量 SN
P2 = U 2 I 2 cos ϕ