变压器基础知识培训

k2 Z
I1
N2 N1
I2
N2
I2
∴变压器具有阻抗变换作用，常用在电子线路中进
行阻抗匹配。 通常可令：kZ=k2 ， kZ称为变压器阻抗变比。
变压器的功能
变压器功能有四个： ①. 电压变换的功能； ②. 电流变换的功能； ③. 阻抗变换的功能；
此外（双绕组变压器）还有： ④. 电气隔离的功能。
电气隔离功能，可保证必要的安全。
两个线圈中有两个端子为同名端，则另外两个端子 之间也是同名端；而1-4或2-3则称为“异名端”或“异 极性端”。所以说，线圈同名端的标记不是唯一的。
同名端的判别(交流法)
l交流法：
交流法接线如右图所示。电 压表两端电压 V = U1 －U2。
若1、3为同名端，因为U1、 U2 同相位，则V ＜ U1 ；
电压平衡方程
原边电压平衡方程根据基尔霍夫电压定律直接列 出：Ėσ1 = - j İ1Xσ1 —— 满足电磁感应定律
绕组电势Ė1不采用电 抗表示是因为带铁心线圈 的电抗为非线性的，不是 常数，只有进行小范围线 性处理后才能采用电抗X1 表示。
小范围线性处理：在工 作点附近进行。
注意：电势此时的性质是被当作电压降处理(电抗压降)。
目录
第一章 变压器的应用与结构 第二章 变压器的基本工作原理 第三章 三相电压的变换 第四章 特殊变压器
变压器的概述
为了供电、输电、配电的需要，就必须使用一种电气设
备把发电厂内交流发电机发出的交流电压变换成不同等级的 电压。这种电气设备就是变压器。
变压器是在法拉第电磁感应原理的基础上设计制造的一
磁势平衡方程
注意：因为变压器对电流的变换作用，磁势平衡方程 实际上就是电流平衡方程。若令电流İ′1= -（N1/N2）İ2 则：İ1=İ0+İ′1 —— 就是电流的平衡方程。
İ′1是副边电流 等效到原边时的等效电流。 可以理解为：副边带负载 后对原边电流的影响。
平衡方程归纳
根据电路和磁路基尔霍夫定律可以得到电压和磁势平衡方程。 原边电压平衡方程：Ù1= (R1+jX1)İ1－Ė1=İ1Z1－Ė1 副边电压平衡方程：Ù2=Ė2－İ2(R2+jX2)=Ė2－İ2Z2
变压器工作过程
原边接u1后，原绕组有i0流过，在铁心中产 生Φ并与原、副绕组交链，副绕组将感应e2，产生u2 。 接上负载后，副边绕组有i2 流过。i2 建立负载磁势 F2 ，对磁路中Φ有去磁性质。为了保证Φ不变（才能 平衡u1 ），原边电流将增大（从i0变化到i1），i2 越 大，i1增加越多。变压器就是这样通过磁路磁通将原 边的电能传输到副边而工作的。
注意：S断开时， 1-2之间可能感应较 高的电压。
二、三相变压器的连接
l连接方法：星形或三角形，即：Yy, Yd, Dy 和Dd。 l连接组别：
不同的连接副绕组电势相位不同, 副绕组与原 绕组相位上的不同关系可用连接组别表示。连接组 别以“时钟表示法”表示。
时钟表示法：—— 分针为原绕组线电势E 向量， 时针为副绕组线电势Eab向量。
升、降压。原因减小损耗。电气控制：提供合适的 电源。电气检测：得到所需的信号。 q在船上：
主要有：照明变压器和控制变压器。要求安全、可 靠。
二、变压器的种类
分类的方法：
按用途、按相数、连接方 式、按结构形式等分类。
此外，还可按冷却方式进 行分类。
变压器的分类
Ø按用途分：电力变压器（主要用在输配电系统中，又分升压变压器、降压变压 器、联络变压器和厂用变压器）、仪用互感器（电压和电流）、特种变压器（调 压、试验、电炉、整流、电焊等）。 Ø按相数分：单相、三相、多相。 Ø按绕组数目分：双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自藕变压器。 Ø按连接方式分：/、/、/、/等。 Ø按铁心结构分：心式变压器、壳式变压器。 Ø按冷却介质和冷却方式分：可分为油浸式变压器（包括油浸自冷式、油浸风冷 式、油浸强迫油循环式）、干式变压器、充气式变压器。 Ø电力变压器按容量大小通常分为小型（容量为１０～６３０ＫＶＡ）、中型 （容量为８００～６３００ＫＶＡ）、大型（容量为８０００～６３０００ＫＶ Ａ）和特大型（容量在９００００ＫＶＡ及以上）
他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。 其中，两个绕组中，电压较高的我们称为高压绕组，相应的电压较 低的称为低压绕组。从高、低压绕组的相对位置来看，变压器的绕 组又可分为同心式、交迭式。由于同心式绕组结构简单，制造方便，
种静止的电气设备，它可以将输入的一种等级电压的交流电能 变换成同频率的另一种等级电压的交流电能输出。
第一章 变压器的应用与结构
变压器的应用 变压器的种类 变压器的结构 变压器的铭牌数据 变压器的维护管理
一、பைடு நூலகம்压器的应用
q在陆上： 变压器广泛应用于电力传输、电气控制、电气检测
等方面。 q电力传输：
Y/y连接：
Y/d连接：
标准联结组
总的来说，Y，y接法和D，d接法可以有0、2、4、 6、8、10等6个偶数联结组别，Y，d接法和D，y接法可 以有1、3、5、7、9、11等6个奇数组别，因此三相变 压器共有12个不同的联结组别。为了使用和制造上的 方便，我国国家标准规定只生产下列5种标准联结组别 的电力变压器，即
2.变压器的维护管理
维护管理： v外部保持清洁和干燥，防止漏电； v注意日常检查：温度、电流值、三相平衡情况； v大修过后投入运行前应做检查：绝缘、状态是否良 好（有无短路、断路）。
第二章 变压器的基本工作原理
本节的主要内容：
l 变压器的基本变换功能： l 电压和磁势平衡方程：
一、变压器的基本变换功能
本节的主要内容有三大点： l 变压器绕组的极性： l 三相变压器的连接： l 变压器的运行：
变压器的极性：—— 介绍极性正确连接的意义，及如何判断。 三相变压器的连接： —— 介绍三相连接的种类和电量的相位 关系。 变压器的运行：—— 介绍变压器的主要运行特性。
一、变压器绕组的极性
概念：所谓极性是指不同绕组工作时其端部的 相位关系。相位相同的端称为同极性端，或同名端； 相位相反的端称为异极性端，或异名端。
1.铁心形式
壳式结构的特点是铁心 包围绕组的顶面、底面 和侧面，如右图所示。 壳式结构的机械强度较 好，但制造复杂
心式结构
心式结构的特点是铁心 柱被绕组包围，如右图 所示。 心式结构比较简单，绕 组装配及绝缘比较容易， 电力变压器的铁心主要 采用心式结构。
2.绕组
绕组：构成电路。它由铜或铝绝缘导线绕制而成 一次绕组（原绕组）：输入电能 二次绕组（副绕组）：输出电能
磁势平衡方程：F0 = F1 + F2 或 İ1 = İ0 + İ′1 ∵漏磁通的路径是空气，磁路不饱和。∴漏磁通产生的感应 电势大小与产生漏磁电流大小成正比，可用电抗与电流乘积表 示： Ėσ1 = - j İ1Xσ1 和 Ėσ2 = - j İ2Xσ2 。而主磁通的路径 是铁心，磁路易饱和，通常不用电抗表示。 注意： 平衡方程是分析、计算变压器的工具。
二、电压和磁势平衡方程
电磁物理量的正方向
首先必须清楚：交流电量的 方向与直流电量方向的区别：
正方向只是一种参考方 向，实际上是有相位差的。
惯例正方向：原边以电压为参考，电流与电压相 同，磁通与电流符合右螺旋定则，电势与磁通满足电 磁感应定律——注意电势方向为：从低电位指向高电 位。由于电磁感应定律中有个负号，所以变成从高电 位指向低电位。副边则以电势为参考。
İ1 ≈ - İ2N2 / N1 = - İ2k I， 其中，k I = N2 / N1 ，称为变压器的变流比。
阻抗变换原理
变压器带负载后，设负载阻抗为Z。这个负载是从
变压器的副边看的实际值，但是对于原边变压器的电源， 它的阻抗相当于Z′。其关系为：
Z'
U1
N1 N2
U
2
( N1 )2 U 2
若1、3为异名端，因为U1、 U2 反向，则V ＞U1 。
主要判别方法有： 交流法和直流法。
同名端的判别(直流法)
l直流法：
直流法接线如右图所示。 若1、3为同名端，开关S闭合
时，毫安表正偏；若为异名端， 则反偏。(因闭合时，感应电势要 阻碍电流流入，方向为1＋、2 － ) ；断开时指针偏转方向正好 相反。
变压器原理：
原边绕组N1通入交流 电，有电流流过原绕组， 在磁路中产生交变磁通。 交变磁通分别在原、副绕 组感应电势e1和e2。
感应电势公式： （4.44公式）
E1 = 4.44 f N1Φ1m； E2 = 4.44 f N2Φ1m。
变压原理
因原绕组导线电阻很小，且漏感电势eσ1很小 （∵漏磁磁路磁阻大，Φσ1很小），∴ U1 ≈E1 ， U2 = E2。根据4.44公式，空载（或副边开路）时有：
极性的标记
极性与线圈的绕向有关，但一台造好的变压器，线 圈外面包有绝缘层，实际使用时不可能拆开绝缘层来查 看其绕向。为此，就必须采用记号来表示。
当两个线圈在1和3两端通入同相位的电流时，在铁 心中各自产生的磁通相位相同，感应的电势的相位也一 样。这两个线圈的极性，称1、3为“同名端”或者“同 极性端”。并用“•”或“” 作为标记。因此，线圈 1、2和线圈3、4，在电气原理图上就不需要再画出铁心 了。
三、变压器的结构
组成：变压器由铁心和绕组组成。 铁心：构成磁路。同时又是套装绕组的骨架。铁心由铁 心柱和铁轭两部分构成。铁心柱上套绕组，铁轭将铁心 柱连接起来形成闭合磁路。 铁心材料：为了提高磁路的导磁性能，减少铁心中的磁 滞、涡流损耗，铁心一般用高磁导率的磁性材料——硅 钢片叠成。硅钢片有热轧和冷轧两种，其厚度为０．３ ５～０．５ｍｍ，两面涂以厚０．０２ｍｍ的漆膜，使 片与片之间绝缘。
U1 / U2 ≈E1 / E2 = N1 / N2 = k 在U1相同时，选择不同的k，就可得到不同的 U2 。 —— k 称为变压器的变压比。简称变比。
变流原理
当İ2≠0，则原、副绕组产生磁势的矢量和为励磁磁势， 共同在磁路中产生磁通。
İ0N1= İ1N1+ İ2N2 —— 矢量和 ∵İ0很小，∴İ1N1 ≈ - İ2N2 ，也就是：
连接组别说明（了解即可）
连接组别是用来表示三/单相变压器连接的标准形式的，原副边 连接符号之间用“/”号隔开，然后用“-”号引出表示原副边线电势 的相位角的“时钟点数”。长针，即分针表示原边线电势相量——恒 为“12”的位置；短针，即时针表示副边线电势Eab 位置。如：Y/d11表示，副边线电势Eab滞后原边线电势E 30度电角度。
所以，国产的均采用这种结构，交迭式主要用于特种变压器中。 其他部件：除器身外，典型的油浸电力变压器中还有油箱、变压器
油、绝缘套管及继电保护装置等部件。
四、变压器的使用和管理
1.铭牌数据
Ø铭牌数据主要有：Sn、U1n/U2n、I1n/I2n、fn等。 Ø额定容量Sn：注意：因为没有气隙，励磁功率小，没有机械损 耗(不动)。所以总损耗小，效率高，输出与输入功率相差较小。 因此，Sn既是输入额定值，也是输出额定值。 Ø三相额定电压/电流：注意：额定值都是“线”的量。 Ø三相功率计算：不论是三角形还是星形，“线”量与“相”量 关系是电压或电流总有一个相等，一个相差√3。 Ø所以不论是三角形还是星形其三相功率计算：用线电压和线电 流的乘积再在前面乘√3。
要求：两个以上绕组的变压器，连接（并联 运行）时都应该按照正确极性进行连接。
极性错误的危害：—— 一般将造成短路。 从而烧毁变压器。
极性接错的危害
串联连接 并联连接 串联短路 并联短路
将两个线圈反向串联或者并联，如果两个线圈的 匝数相等，接上电源后，在铁心磁路中产生的磁通大 小相等方向相反，总体磁通Φ =0。因此两个线圈不会 感应电势，电源电压在没有电势平衡的情况下，将造 成短路。
变压器负载后对原边的影响
变压器副边接上负载后，副边绕组有电流流过。 负载电流是由穿过副绕组交变磁通感应副边电势产生 的，根据电磁感应定律负载电流也会建立负载磁势， 具有去磁性质（阻碍穿过副边绕组磁通变化）。
[结论]：虽然正方向已经设定，但是负载磁 势与励磁磁势的实际方向相反。
∵负载磁势具有去磁性质，为了保证磁路中 的磁通不变（才能平衡电源电压），原绕组中将增大 电流（电流从I0变化到I1）。