电力变压器基础知识和讲解
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P = I²r 电能损耗小
U I
I S 节省金属材料（经济）
所以远距离输电采用高电压是最为经济的。
•发电机的输出电压一般有3.15kV、6.3kV、10.5 kV、 15.75 kV、18 kV、20 kV等几种，因此必须用升压变压器将电压升 高才能实现远距离经济输送。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。目前，我国交流输电的电压 最高已达750kV。
(1) 一次、二次侧主磁通感应电动势
主磁通按正弦规律变化，设为 msi nt,则
e1N 1d d tN 1d dt(m sin t)
N 1m co ts E 1m si( nt90 )
有效值:
E1 E12m
2fN1m
2
E 14.4f4m N 1
同 理： e2E 2m si( n t9)0
E 24.4f4 m N 2
磁动势
i0 ( i0N1)
dΦ e1 N1 dt
dΦ
1
eσ1
Lσ1
di0 dt
e2
由于漏磁 通不经过
N2 dt
铁心线圈
铁心，所 是一个非
以励磁电 线性电感
流与漏磁 元件，所
空载时， 铁心中主
磁通是由
一次绕组 磁通势产 生的。
(2) 带负载运行情况
i1
一次侧接交流电源， +
二次侧接负载。
u
–
1
e+–σe
则 U 1 E 1 U 1 E 1 4 .4f4 m N 1
对二次侧，根据KVL：
E 2 R R2 2II 2 2 E j X σ22 I 2U 2U 2
式中 R2 为二次绕组的电阻;
i1
u+– 1e+–σe+–11
X2=L2 为二次绕组的感抗；N 1
U2 为二次绕组的端电压。
2、工作原理
当原边绕组接到交流电源时，绕组中便有交流电流流过， 并在铁心中产生与外加电压频率相同的磁通(主磁通)，这个交 变磁通同时交链着原边绕组和副边绕组。并且在一、二次绕组 中分别产生感应电动势。
铁心
+
i1
Φ
u1
–
一次 绕组
N1
变压器原理图
i2
+
u 2 Z
– N2 二次
绕组
其感应电动势大小可分别表示为：
i2 +–ee+–22u+–2 N2
变压器空载时: I 2 0 ,U 2 U 2 0 E 2 4 .4f4 m N 2
式中U20为变压器空载电压。
故有
U1 E1 N1 K U20 E2 N2
K为变比（匝比）
结论：一次、二次侧电压与匝数成正比。
改变匝数比，就能改变输出电压。
5. 电流变换 (一次、二次侧电流关系)
发电厂 10.5kV
输电线 220kV
变电站 10kV
升压
降压
降压
…
实验室
380 / 220V
Βιβλιοθήκη Baidu降压
仪器 36V
降压
二、变压器的分类
变压器的种类很多，可按其用途、相数、结构、 调压方式、冷却方式等不同来进行分类。
按用途分类：电力变压器（升压、降压）、仪用变 压器（电压互感器、电流互感器）、整流变压器； 按相数分类：单相变压器和三相变压器； 按线圈数分类：双绕组变压器、三绕组变压器和自 耦变压器； 按铁心结构分类：心式变压器和壳式变压器； 按调压方式分类：无载调压变压器、有载调压变压 器；
有载运行
Z
I2
U2 Z
+
不论变压器空载还是 有载，一次绕组上的阻
u–1
i1
–
e1
+
Φ
N1 N2
i2
++
e 2 u 2 |Z|
––
抗压降均可忽略，故有
U 1E 14.4f4m N 1
当U1、 f 不变，则 m 基本不变，近于常数。
即：铁心中主磁通的最大值m在变压器空载和
有载时基本是恒定的。
空载：i0N1m 有载：i1N 1i2N2 m
– 11+
2 1
N1
i2
+–e2e+–2u+–2 Z N2
u1 i1 ( i1N1)
1
dΦ 有载时，铁心中
e1 N1 dt
主磁通是由一
次、二次绕组磁
e2
dΦ N2 dt
通势共同产生的 合成磁通。
eσ1
Lσ1
di1 dt
i2 ( i2N2)
2
eσ2
Lσ2
di2 dt
4. 电压变换（设加正弦交流电压）
(2) 一次、二次侧电压 变压器一次侧等效电路如图
I1 R 1
根据KVL：
+
U 1 R R1 1II 1 1 E j X σ11 I 1E 1E 1
U1
–
––
E1 E1
++
式中 R1 为一次侧绕组的电阻;
X1=L1 为一次侧绕组的感抗(漏磁感抗，由漏
磁产生)。
由于电阻 R1 和感抗 X1 (或漏磁通)较小,其两端 的电压也较小,与主磁电动势 E1比较可忽略不计，
e1
N1
d
dt
e2
N2
d
dt
式中 N 2、N 2 —— 一、二次绕组的匝数;
d ——磁通变化率。 dt
一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。
3. 电磁关系 （1）空载运行情况
i0
一二次次侧侧接开交路流。电源，u+– 1
e+–σe
– 11+
1
N1
i2 0
++
–e 2
u 20
–
N2
u1
漏磁通主 要经过空 气或其他 非导磁性 物质而闭 合。
按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器和干 式变压器等；
按容量大小分类：小型变压器、中型变压器、大型 变压器和特大型变压器。
三、变压器的工作原理
1、变压器的原理模型 接交流电源的绕组称为原绕
组或称一次绕组，该侧是通入交流电流侧，即吸收电能侧， 输入电能侧,也称一次侧。接负载的绕组称为副绕组或称二次 绕组，该侧是接负载侧，即输出电能侧，也称二次侧。
电力变压器基础知识和讲解
一、变压器概述
变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电 子线路中应用广泛。它是一种静止的电气设备，利用 电磁感应原理将一种电压、电流的交流电能转换成同 频率的另一种电压、电流的电能。换句话说，变压器 就是实现电能在不同等级之间进行转换。
在能量传输过程中，当输送功率P =UI cos 及 负载功率因数cos 一定时：
可得磁势平衡式：i1N1i2N2i0N1
有载磁势
或：i1N1i0N1i2N2
空载磁势
一般情况下：I0 (2~3)%I1N 很小可忽略。
所以 i1N 1i2N 2 或 I 1N1I 2N2
所 以 I1N 1I2N 2
I1 N2 1 I2 N1 K
结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。
• 一般情况下，由于 N2 N1 ，所以e2 e1 ，如果 忽略一、二次绕组本身的阻抗压降这个次要因素 时，e1 u1，e2 u2。则 u2 u1 。这就实现了改变电 压等级的目的。若二次绕组接上负载，就有电流 流过，变压器就向负载输出电能，从而实现了不 同电压等级的电能传递。
U I
I S 节省金属材料（经济）
所以远距离输电采用高电压是最为经济的。
•发电机的输出电压一般有3.15kV、6.3kV、10.5 kV、 15.75 kV、18 kV、20 kV等几种，因此必须用升压变压器将电压升 高才能实现远距离经济输送。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。目前，我国交流输电的电压 最高已达750kV。
(1) 一次、二次侧主磁通感应电动势
主磁通按正弦规律变化，设为 msi nt,则
e1N 1d d tN 1d dt(m sin t)
N 1m co ts E 1m si( nt90 )
有效值:
E1 E12m
2fN1m
2
E 14.4f4m N 1
同 理： e2E 2m si( n t9)0
E 24.4f4 m N 2
磁动势
i0 ( i0N1)
dΦ e1 N1 dt
dΦ
1
eσ1
Lσ1
di0 dt
e2
由于漏磁 通不经过
N2 dt
铁心线圈
铁心，所 是一个非
以励磁电 线性电感
流与漏磁 元件，所
空载时， 铁心中主
磁通是由
一次绕组 磁通势产 生的。
(2) 带负载运行情况
i1
一次侧接交流电源， +
二次侧接负载。
u
–
1
e+–σe
则 U 1 E 1 U 1 E 1 4 .4f4 m N 1
对二次侧，根据KVL：
E 2 R R2 2II 2 2 E j X σ22 I 2U 2U 2
式中 R2 为二次绕组的电阻;
i1
u+– 1e+–σe+–11
X2=L2 为二次绕组的感抗；N 1
U2 为二次绕组的端电压。
2、工作原理
当原边绕组接到交流电源时，绕组中便有交流电流流过， 并在铁心中产生与外加电压频率相同的磁通(主磁通)，这个交 变磁通同时交链着原边绕组和副边绕组。并且在一、二次绕组 中分别产生感应电动势。
铁心
+
i1
Φ
u1
–
一次 绕组
N1
变压器原理图
i2
+
u 2 Z
– N2 二次
绕组
其感应电动势大小可分别表示为：
i2 +–ee+–22u+–2 N2
变压器空载时: I 2 0 ,U 2 U 2 0 E 2 4 .4f4 m N 2
式中U20为变压器空载电压。
故有
U1 E1 N1 K U20 E2 N2
K为变比（匝比）
结论：一次、二次侧电压与匝数成正比。
改变匝数比，就能改变输出电压。
5. 电流变换 (一次、二次侧电流关系)
发电厂 10.5kV
输电线 220kV
变电站 10kV
升压
降压
降压
…
实验室
380 / 220V
Βιβλιοθήκη Baidu降压
仪器 36V
降压
二、变压器的分类
变压器的种类很多，可按其用途、相数、结构、 调压方式、冷却方式等不同来进行分类。
按用途分类：电力变压器（升压、降压）、仪用变 压器（电压互感器、电流互感器）、整流变压器； 按相数分类：单相变压器和三相变压器； 按线圈数分类：双绕组变压器、三绕组变压器和自 耦变压器； 按铁心结构分类：心式变压器和壳式变压器； 按调压方式分类：无载调压变压器、有载调压变压 器；
有载运行
Z
I2
U2 Z
+
不论变压器空载还是 有载，一次绕组上的阻
u–1
i1
–
e1
+
Φ
N1 N2
i2
++
e 2 u 2 |Z|
––
抗压降均可忽略，故有
U 1E 14.4f4m N 1
当U1、 f 不变，则 m 基本不变，近于常数。
即：铁心中主磁通的最大值m在变压器空载和
有载时基本是恒定的。
空载：i0N1m 有载：i1N 1i2N2 m
– 11+
2 1
N1
i2
+–e2e+–2u+–2 Z N2
u1 i1 ( i1N1)
1
dΦ 有载时，铁心中
e1 N1 dt
主磁通是由一
次、二次绕组磁
e2
dΦ N2 dt
通势共同产生的 合成磁通。
eσ1
Lσ1
di1 dt
i2 ( i2N2)
2
eσ2
Lσ2
di2 dt
4. 电压变换（设加正弦交流电压）
(2) 一次、二次侧电压 变压器一次侧等效电路如图
I1 R 1
根据KVL：
+
U 1 R R1 1II 1 1 E j X σ11 I 1E 1E 1
U1
–
––
E1 E1
++
式中 R1 为一次侧绕组的电阻;
X1=L1 为一次侧绕组的感抗(漏磁感抗，由漏
磁产生)。
由于电阻 R1 和感抗 X1 (或漏磁通)较小,其两端 的电压也较小,与主磁电动势 E1比较可忽略不计，
e1
N1
d
dt
e2
N2
d
dt
式中 N 2、N 2 —— 一、二次绕组的匝数;
d ——磁通变化率。 dt
一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。
3. 电磁关系 （1）空载运行情况
i0
一二次次侧侧接开交路流。电源，u+– 1
e+–σe
– 11+
1
N1
i2 0
++
–e 2
u 20
–
N2
u1
漏磁通主 要经过空 气或其他 非导磁性 物质而闭 合。
按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器和干 式变压器等；
按容量大小分类：小型变压器、中型变压器、大型 变压器和特大型变压器。
三、变压器的工作原理
1、变压器的原理模型 接交流电源的绕组称为原绕
组或称一次绕组，该侧是通入交流电流侧，即吸收电能侧， 输入电能侧,也称一次侧。接负载的绕组称为副绕组或称二次 绕组，该侧是接负载侧，即输出电能侧，也称二次侧。
电力变压器基础知识和讲解
一、变压器概述
变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电 子线路中应用广泛。它是一种静止的电气设备，利用 电磁感应原理将一种电压、电流的交流电能转换成同 频率的另一种电压、电流的电能。换句话说，变压器 就是实现电能在不同等级之间进行转换。
在能量传输过程中，当输送功率P =UI cos 及 负载功率因数cos 一定时：
可得磁势平衡式：i1N1i2N2i0N1
有载磁势
或：i1N1i0N1i2N2
空载磁势
一般情况下：I0 (2~3)%I1N 很小可忽略。
所以 i1N 1i2N 2 或 I 1N1I 2N2
所 以 I1N 1I2N 2
I1 N2 1 I2 N1 K
结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。
• 一般情况下，由于 N2 N1 ，所以e2 e1 ，如果 忽略一、二次绕组本身的阻抗压降这个次要因素 时，e1 u1，e2 u2。则 u2 u1 。这就实现了改变电 压等级的目的。若二次绕组接上负载，就有电流 流过，变压器就向负载输出电能，从而实现了不 同电压等级的电能传递。