《电机与变压器》教学讲义--第一单元 变压器的结构与工作原理

第一单元 变压器的结构和工作原理

课题一 变压器的基本知识

本课题讲述变压器的基本知识，通过本课题的学习：1、掌握变压器的基本原理、结构；

2

、了解变压器的用途与分类；3、理解变压器的允许运行方式；4、了解变压器用绝缘油、电磁线、硅钢片的知识。

1、变压器的工作原理；

2、变压器电源电压变化的允许范围。

想一想 发电机的输出电压不高，用户能直接使用的电压很低，而电网远距输送的电压很高，我们该如何满足不同环节对电压等级的要求呢？

一、变压器的结构和工作原理

1．以油浸自冷式变压器为例，介绍变压器的结构及各部分的作用（铁心和绕组的结构材料和作用）

2．《电工材料》里有关绝缘油的知识

3．《电工材料》电磁线的分类、性能和选用

4．工作原理：电磁感应原理

（1）变压器传输电能的过程

（2）变压器的分类

（3）变压器在电力系统中的作用

组织参观变压器

通过参观，对变压器的结构（尤其是一些附件）及其在电力系统中的作用有一个更深刻、直观认识。

二、变压器允许的运行方式

1、允许温升的概念

2、温度与温升的关系

3、变压器电源电压变化的允许范围

讨论：对于变压器的用途，我们可以用“静”、“变”、“同”三个字来概括，请同学们讨论三个字的具体含义?

作业

1．什么是变压器的允许温度和允许温升？两者有何关系？变压器个部分的的温升值是多少？

2．一台油浸自冷式变压器，当周围空气温度为32℃时，其上层油温为60℃；当周围空气温度为44℃时，其上层油温为99℃；当周围空气温度为－20℃时，其上层油温为45℃；问这三种情况下能否安全运行？

3．简述变压器的工作原理。

1、阅读《电工材料》P13-16绝缘油、P43-49电磁线的有关知识

2、阅读《企业供电》P40-48变压器的允许运行方式，了解变压器油的运行

课题二变压器的电磁量分析及阻抗变换

本课题讲述变压器的电磁量分析及阻抗变换，通过本课题的学习：1、掌握变压器空载运行时电压变换关系、变比及负载运行时的电流变换关系，一次侧、二次侧能量传递关系和阻抗变换；2、理解相量图的画法；3、了解变压器的外特性。

1、变压器的空载和负载运行的理论分析；

2、相量图的画法。

相关知识：请同学们回忆简单相量图的画法（相位、有效值的表示）；分析理想元器件与实际元器件时的区别

想一想变压器的一次侧接电源、二次侧接负载，从电源与负载的角度考虑，变压器在电路中有什么特殊之处？

一、变压器的空载及负载运行

1、一个重要的公式：E=4.44fNФm

2、理想变压器的空载相量图及各量之间的对应关系

3、变压器的变比：K=E1/E2=U1/U2=N1/N2及简单运算

4、单相变压器负载运行时二次侧等效电路

二、变压器的阻抗变换

1、阻抗变换的定义

2、阻抗变换的公式：Z 1=K 2Z 2

3、阻抗匹配的意义

4、例题讲解

思考：变压器阻抗变换的目的是什么？

三、变压器的外特性

1、外特性（输出特性）曲线的物理意义

2、容性负载与感性负载外特性的不同之处

3、电压调整率的定义及公式

作业：1、收音机的输出端要求负载阻抗为450Ω时油有最大输出功率，现有8Ω的扬

声器，求输出变压器的变比是多少？

2、有一台容量为S N =5KV A ，电压为10000V/230V 的单相变压器，额定工作时，U 2=223V 。求变压器的I 1N 、I 2N 及ΔU

课题三 变压器的空载试验和短路试验

通过本课题的学习：1、掌握变压器空载和短路试验的目的和实际意义；2

、理解功率因数表、功率表的使用。

变压器的空载和短路试验的原理。

一、功率因数表和功率表的使用方法

二、空载试验

1、目的和方法

2、试验的实际意义

（1）空载损耗可认为是铁耗，也称为不变损耗。

（2）若空载损耗和空载电流过大，说明铁心质量差，气隙太大；若变比太大或太小，

说明绕组的绝缘和匝数有问题。

思考 ：为什么要采取电压线圈前接方式？

三、短路试验

1、目的和方法

2、短路试验的实际意义

（1）短路损耗可认为是铜耗；

（2）U K 、Z K 越小，反映变压器的内部压降、阻抗小，电压调整率低，电压就稳定。

单相变压器的空载和短路试验

一、实验目的

1、学习并掌握单相变压器参数的实验测定方法；

2、根据单相变压器的空载和短路实验数据，计算其等值参数。

二、所需器材

三、实验内容及说明

1、实验内容

2、内容说明

四、实验线路及操作步骤

1、测变压器变比

2、测变压器极性

3、空载试验

4、短路试验

五、实验结果记录及处理

1、变比测定

2、空载实验数据记录

3、短路试验数据记录及计算

六、注意事项

七、思考题

《电工仪表》功率表和功率因数表的使用方法和注意事项

作业：1、空载试验和短路试验的目的是什么？各有什么实际意义？

2、为什么说空载试验可测出铁耗？为什么说铁耗是不变损耗？

课题四 变压器的损耗、功率冷却方式及经济运行

通过本课题的学习：1、了解变压器损耗与效率及其简单计算；2、了解变压器的冷却方

式及经济运行。

变压器的经济运行。

引言：变压器在负载运行时，铁心和绕组中存在铁耗和铜耗，这就有个效率和冷却的问题。

一、铁耗和铜耗

1、铁耗近似等于空载损耗，且是不变损耗。

2、额定负载时的铜耗近似等于短路损耗，若负荷系数为β，则铜耗为P CU =β2P K ，也称

为可变损耗。

二、效率

1、效率的公式

2、当铁耗和铜耗相等时，变压器的效率最高

3、例题讲解：例1-2

三、冷却方式

1、各部分的温度分布

2、冷却方式随容量的增大而不同

四、变压器的经济运行

《企业供电》变压器的经济运行

作业：1、变压器的冷却方式有哪些种类？

2、一台单相变压器，额定容量S N =175KV A ，额定电压为10000/100V ，P 0=910W ，

P K =4600W ，当I2=I2N 时，cos φ2=1，U 2=98V 求：（1）效率η；（2）最大效率ηm 。