1变压器学案

变压器

学习目标:

1.掌握变压器工作原理及计算匝数比；

2.掌握几种常用的变压器特点及应用；

3.会判断变压器的同名端。 学习重点:

1.变压器工作原理

2.几种常用的变压器特点及应用。

3.会判断变压器的同名端 学习难点:

三相变压器接法。 学习方法:

启发诱导 分析推理 小组讨论

问题探究:

1. 理想变压器的变压、变流、变阻抗的关系式是怎样的？

2. 简述三相电力变压器、仪用互感器、自耦调压器的结构特点及应用。

3.如何判断变压器的同名端？ 知识点梳理

一、变压器功能： 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（如喇叭的输出变压器） 二、变压器的工作原理

工作过程：一次绕组加上交流电压1u 后，绕组中便有电流1i 通过，在铁心中产生与1u 同频率的交变磁通φ，根据电磁感应原理，分别在两个绕组中感应出电动势，若把负载接在二次绕组上，则二次侧就有电流流过，这就是变压器的工作原理。 1. 空载运行 原边接入电源，副边开路。

接上交流电源 原边通过的空载电流为i 10 i 10 产生工作磁通

1u t

m ωsin Φ=Φ

产生感应电动势 （ 方向符合右手定则）

图1变压器的空载运行 原、副边电压关系

根据交流磁路的分析可得：

时

变电压 K 为变比

结论：改变匝数比，就能改变输出电压。 2. 负载运行

副边带负载后对磁路的影响：在副边感应电压的作用下，副边线圈中有了电流 i 2 。此

电流在磁路中也会产生磁通，从而影响原边电流 i 1。根据 ，当外

加电压、频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载运行时基本不变。带负载后磁动势的平衡关系为：

Φ、e m m

ΦN f E ΦN f E 221144.444.4≈≈

2

11E U E U ≈≈02=i 20

2u u =K N N E E U U ==≈2

12121)44.4(11m ΦN f U ≈1

102211N i N i N i =+

图3变压器的有载运行

由于变压器铁芯材料的磁导率高、空载励磁电流 很小，一般不到额定电流的10%，常可忽略 。根据原、副边电流关系 变电流

结论：原、副边电流与匝数成反比 副边阻抗关系

图4变压器的阻抗变换

从原边等效： 变阻抗

结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。 三、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。 即：

)(10i 0

2211≈+N I N I &&2

211N I N I &&-≈K

N N I I 1

1221==2

2I U Z L =

1

1I U Z L

='L L L

Z K Z N N I N N U N N I U Z 22212

122

2111)/()/()/(====')

(22I f U =1

102211N i N i N i =+

图5变压器的外特性

U 20：原边加额定电压、副边开路时，副边的输出电压。 变压器外特性变化的程度用电压变化率ΔU% 表示

大容量的电力变压器的电压变化率5%。小型号变压器的电压变化率20%。

电压变化率是一个重要技术指标，直接影响到供电质量。电压变化率越小，变压器性能越好。 四、变压器的损耗及效率(η)

铜损-----可变损耗 变压器的损耗

铁损-----不变损耗

铜损 ( P Cu ) ：一次、二次绕组导线电阻所致，与负载电流的平方成正比。 磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，造成的损失。 铁损( P Fe )：

涡流损失：交变磁通在铁芯中产生的感应电流（涡流），造成的损失。 变压器的效率η

P 2为输出功率，P 1为输入功率

一般变压器的效率在95%，大型变压器的效率可达99%以上。 五、变压器的额定值 1、型号

S 9 - 500 / 10

S ——三相电力变压器 9——设计序号

500——变压器容量（A kV ⋅） 10——高压侧电压（kV ）

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。 2、额定电压 U 1N U 2N

U 1N ：加在一次绕组上的正常工作线电压。

%

100%20

220⨯-=∆U U U U N

%100%10022

1

2⨯++=⨯=

Cu Fe P P P P P P η

U 2N ：一次侧施加额定电压时的二次侧空载线电压。

3、额定电流 I 1N 、I 2N : 变压器满载运行时，原、副边绕组允许通过的线电流值。

4、额定容量 S N : 变压器传送电功率的最大能力，变压器在额定工作状态下二次绕组的视在功率，单位为A kV ⋅。 单相变压器额定容量为：

三相变压器的额定容量为：

5、额定频率f N:: 变压器应接入的电源频率。我国电力系统的标准频率为50Hz 。 以上额定值是以单相变压器为例 六、变压器绕组极性及连接方法

当电流分别流入两个线圈（或流出）时，若两线圈产生的磁通方向相同，则这两个线圈流入端称为同极性端（同名端）。也是各绕组电位瞬时极性相同的端点。

图6变压器绕组极性及连接 (a)图 A 、a 为同名端；(b)图 A 、x 为同名端

小功率电源变压器在使用中有时需要把绕组串连起来以提高电压；或把绕组并联起来以增大电流。在连接时必须认清绕组的极性，否则不仅达不到预期的目的，反而可能烧坏变压器。 正确的串联接法 ：应把两个绕组的一对异名端联在一起。

正确的并联接法：应把两个绕组的两对同名端分别联结在一起（还需注意

并联绕组的电压必须相等）。

电器使用时两种电压（220V/110V ）的切换：

100022N N N I U S =

1000

322N N N I U S =