单相变压器的基本工作原理和结构

3.1 变压器的基本工作原理和结构

3.2 单相变压器的空载运行3.3 单相变压器的负载运行3.4 变压器的参数测定

3.5 变压器的运行特性变压器是一种静止电器,它通过线圈间的电磁感应,将一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能.

隐形专家改编于2009-05

3.1 变压器的基本工作原理和结构

3.1.1 基本工作原理和分类一、基本工作原理

变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。

1

u 1

e 2

e 2u 1

i 2

i Φ

1

U 2

U 1

u 2u L

Z 1

2

12d Φ

e =-N dt d Φ

e =-N dt

只要(1)磁通有变化量;(2)一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变压的

目的。

二、分类

按用途分：电力变压器和电子变压器。

按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。

按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。

按铁心结构分：心式变压器、壳式变压器、环形变压器。

按工作频率分：低频（工频）与高频变压器

3.1.2基本结构

一、铁心

变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用厚为0.35-0.5mm 、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成或卷绕而成。变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。胶心也可称骨架，用塑料压制而成，用来固定线圈。二、绕组

三、胶心

四、固定夹

固定夹也可称牛夹，用铁板冲压而成，用来将变压器固定在底板上。

电源变压器环形变压器

控制变压器

3.2 单相变压器的空载运行

3.2.1电磁关系一、物理情况

1

U 1

E σ

E 1 20

U 0

I 2(I )

1σ

Φ1

U 2

U 1

u 2

u 0

Φ2

E 1

0R I 1

U 0I 1

00N I F =σ

1E 0

Φ1σ

Φ1

E 2

E

二、各电磁量参考方向的规定

1）性质上：与成非线性关系；与成线性关系；2）数量上：占99%以上，

仅占1%以下；3）作用上：起传递能量的作用，起漏抗压降作用。0Φ0Φ0Φ0I 0I 1σΦ1σΦ1σΦ主磁通与漏磁通的区别

一次侧遵循电动机惯例，二次侧遵循发电机惯例。

强调：磁通与产生它的电流之间符合右手螺旋定则；电动势与感

应它的磁通之间符合右手螺旋定则。

三、感应电动势分析

1.主磁通感应的电动势——主电动势ωt

sin ΦΦm =设

00

11

112-9090m m d Φe N πfN Φsin(ωt )E sin(ω)dt

t =-==-则11 4.44m

E fN Φ=有效值同理，二次主电动势也有同样的结论。

可见，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动

势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通。主电动势的大小与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。

90

2.漏磁通感应的电动势——漏电动势

根据主电动势的分析方法，同样有

1114.44σσm

E j fN Φ=-1114.44σσE fN Φ=

3.2.2 空载电流和空载损耗一、空载电流

1. 作用与组成

2、性质和大小

性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电

流主要是感性无功性质——也称励磁电流；

大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关。

空载电流包含两个分量，一个是励磁分量，作用是建立磁场，另一个是铁损耗分量，主要作用是供铁损耗。0

I a

I 0 r I 0

t0i 321

1

2 3

0 i

3、空载电流波形

由于磁路饱和，空载电流

与由它产生的主磁通呈非

线性关系。

当磁通按正弦规律

变化时，空载电流呈尖

顶波形。

当空载电流按正弦规律变

化时，主磁通呈尖顶波形。

实际空载电流为非正弦波，但为了分析、计算和测量的方便，在相量图和计算式中常用正弦的电流代替实际的空载电流。

二、空载损耗

对于已制成变压器，铁损与磁通密度幅值的平方成正比，与电流频率的1.3次方成正比，即

为减少空载损耗，将硅钢片退火（俗称黑片）或采用取向硅钢（Z11)。

2 1.3

m

Fe P B f

∝⋅。

，P P ，R I 。R I P ,P Fe Fe 耗即空载损耗近似为铁损所以均很小和由于和绕组铜损耗耗供给铁损

电源吸收少量有功功率变压器空载时一次侧从≈01012

00

3.2.3 空载时的电动势方程、等效电路和相量图一、电动势平衡方程和变比1、电动势平衡平衡方程（1）一次侧电动势平衡方程

1110110101110σU E E I R E I R jI X E Z I =--+=-++=-+1114.44m

U E fN Φ≈=忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有

11

11

4.44 4.44m E U ΦfN fN =≈

则

可见，影响主磁通大小的因素有电源电压和频率，以及一次线圈的匝数。

重要公式