第四章变压器剖析
第四章旋转变压器
第四章 旋转变压器工作原理：一、二次绕组的电磁感应耦合程度由转子的转角决定。
当旋转变压器的一次侧外施单相交流电压励磁时，二次侧的输出电压将与转子转角严格保持某种函数关系。
第一节 旋转变压器的结构特点和分类结构：旋转变压器的典型结构由定子和转子两部分构成。
铁心：高磁导率的铁镍软磁合金片或硅钢片经冲制、绝缘、叠装而成。
定、转子之间的气隙是均匀的，绕组：两个轴线在空间互相垂直的分布绕组。
转子绕组引出线和滑环相接，滑环应有四个，固定在转轴的一端， 分类：按照输出电压和转子转角的函数关系来分：1) 正余弦旋转变压器（代号ＸＺ） 2) 线性旋转变压器（代号ＸＸ） 3) 比例式旋转变压器（代号ＸＬ）4) 特殊函数旋转变压器（正切函数、倒数函数、圆函数、对数函数等）按照电机极对数多少来分：单极对和多极对（可以提高系统的精度）。
按照有无电刷与滑环间的滑动接触来分：接触式和无接触式两类。
第二节 正余弦旋转变压器的工作原理4.2.1正弦绕组在旋转变压器中常用的绕组有两种形式，即双层短距分布绕组和同心式正弦绕组。
双层短距分布绕组能够达到较高的绕组精度并有良好的工艺性，但在绕组中存在一定量的谐波磁动势分量，其所引起的正余弦函数的误差达0.01%-0.07%，再加上工艺因素引起的误差，使旋转变压器的精度受到一定的限制，故双层短距分布绕组只适合对精度要求不很高的旋转变压器。
同心式正弦绕组为高精度绕组，它使各次谐波削弱到相当小，正余弦函数的误差从0.06%降到0.03%以下。
缺点为工艺性差，绕组系数低。
正弦绕组是指绕组各元件的导体数沿定子内圆或转子外圆按正弦规律分布的同心式绕组。
通常有两种分布形式：第一类是绕组的轴线对准槽的中心线，第二类是绕组的轴线对准齿的中心线。
旋转变压器大都采用这两类正弦绕组。
图4-2表示了正弦绕组中各元件在空间沿转子圆周外圆分布的情况及空间磁动势的分布情况。
为了使正弦绕组中各元件匝数沿圆周按正弦分布，各元件的匝数应满足Z)i (cosN N cm ci π12-= 正弦绕组每相的总匝数为])142cos(...3cos [cos 41Z Z Z Z N N N cm Zi ci πππ-+++==∑=4.2.2 正余弦旋转变压器的工作原理正余弦旋转变压器通常为两极结构，定子和转子分别安装两套互相垂直的正弦绕组。
电工基础四：磁路与变压器
（2）硬磁材料：
磁滞回线较宽，比 如碳钢等。
一般用来制造永久 磁铁。
（3）矩磁材料：
磁滞回线接近矩形， 比如铁氧体材料。一 般用于计算机或控制 系统中的记忆元件。
B
B
B
H
H
H
§3 磁路及磁路的基本定律
1 磁路
i
u
s
： 主磁通 s ：漏磁通 i ：励磁电流
在铁芯线圈中，铁芯是由高导磁率的材料作成的。当线圈通有电流时，磁通的绝大部分通过铁
磁导率的单位
亨/米（H/m）
一般将其它任意一种物质的磁导率与真空的磁导率 0作比较，定义
r= /0
r 称为相对磁导率
自然界的物质按磁导 率的大小，分为磁性 材料和非磁性材料。
非磁性材料：≈0 、r≈ 1 磁性材料： >>0 、r >>1
4 磁场强度H
磁场强度H是计算磁场时所引用的一个物理量，它也 是一个矢量。
§6 电磁铁
电磁铁是自动控制系统中广泛应用的一种执行元件。它是利用 通电的铁心线圈产生电磁吸力吸引衔铁，使衔铁运动而作功。
电磁
铁的结构 型式很多， 但都由铁 心、线圈 和衔铁三 部分组成， 它们的工 作原理也 都相同。
衔铁 线圈 铁心
电磁铁按励磁电流的不同分直流电磁铁和交流电磁铁两类。
1 直流电磁铁 直流电磁铁的电磁吸力为：
（1）当铁芯材料为铸铁时，
由磁化曲线可查得： I
Hl
9000 0.45
13.（5 A）
B=0.9T→H=9000A/m N
300
（2）当铁芯材料为硅钢片时，
由磁化曲线可查得： I
Hl
260
0.45
第4章 变压器思考题及答案
第4章思考题及答案4-1 变压器能否对直流电压进行变换？答：不能。
变压器的基本工作原理是电磁感应原理，如果变压器一次绕组外接直流电压，则在变压器一次绕组会建立恒定不变的直流电流i1，则根据F1= i1N1，我们知道直流电流i1会建立直流磁动势F1，该直流磁动势F1就不会在铁芯中产生交变的磁通，也就不会在二次绕组中产生感应电动势，故不会在负载侧有电压输出。
4-2变压器铁芯的主要作用是什么？其结构特点怎样？答：变压器铁芯的作用是为变压器正常工作时提供磁路，为变压器交变主磁通提供流通回路。
为了减小磁阻，一般变压器的铁芯都是由硅钢片叠成的，硅钢片的厚度通常是在0.35mm-0.5mm之间，表面涂有绝缘漆。
4-3为分析变压器方便，通常会规定变压器的正方向，本书中正方向是如何规定的？答：变压器正方向的选取可以任意。
正方向规定不同，只影响相应变量在电磁关系中的表达式为正还是为负，并不影响各个变量之间的物理关系。
变压器的一次侧正方向规定符合电动机习惯，将变压器的一次绕组看成是外接交流电源的负载，一次侧的正方向以外接交流电源的正方向为准，即一次侧电路中电流的方向与一次侧绕组感应电动势方向相同；而变压器的二次侧正方向则与一次侧规定刚好相反，符合发电机习惯，将变压器的二次绕组看成是外接负载的电源，二次侧的正方向以二次绕组的感应电动势的正方向为准，即二次侧电路中电流方向与二次侧负载电压方向相同。
感应电动势的正方向和产生感应电动势的磁通正方向符合右手螺旋定理，而磁通的正方向和产生该磁通的电流正方向也符合右手螺旋定理。
各个电压变量的正方向是由高电平指向低电平，各个电动势正方向则由低电平指向高电平。
4-4 变压器空载运行时，为什么功率因数不会很高？答：变压器空载运行时，一次绕组电流就称为空载电流，一般空载电流的大小不会超过额定电流的10%，变压器空载电流∙0I可以分为两个分量：建立主磁通∙mφ所需要的励磁电流∙μI 和由磁通交变造成铁损耗从而使铁芯发热的铁耗电流∙FeI 。
第四章_自耦变压器
例题： 例题： 双绕组变压器容量 s N = 500 KVA 而自耦变压器输出同等容量时的绕组容量 （设计容量或电磁容量）为多少？ 设计容量或电磁容量）为多少？ 自耦变压器的变比为： 自耦变压器的变比为：k = 1.5 A 自耦变压器设计容量： S NA
1 1 = (1 − ) S N = (1 − ) S N 1.5 KA
1、省料，造价低，外形尺寸小，重量轻 省料，造价低，外形尺寸小，
1 电磁容量： 电磁容量： S M = (1 − ) S NA KA
2、无功、有功损耗小，电压调整率小 无功、有功损耗小，
Z kA
1 = (1 − )Z k KA
R kA
1 = (1 − )Rk KA
，变比太大， k A 一般不超过 2，变比太大，高低压绕组 没有隔离，会不安全的，高压容易窜到低压。 没有隔离，会不安全的，高压容易窜到低压。
& & U2 = E2
& & & & U1 − E1 + I1R1 + jI1 X1 = & & U2 E2
V
二、电压互感器
& & & & U1 − E1 + I1 R1 + jI1 X 1 = & & U2 E2
≈0， 为励磁电流， I2≈0，I1为励磁电流，若
& I 1 ( R1 + jX 1 ) 很小
例题： 例题：同等容量的双绕组变压器和 自耦变压器比较短路电流大小。 自耦变压器比较短路电流大小。
双绕组变压器的 z k = 0.05 ，自耦变压器变比为 k A = 1.5
Z kA
1 = (1 − ) Z k = (1 − 1 ) Z k = 0.33Z k = 0.0165 KA 1.5
电工学原理 第4章 变压器
变压器是一种利用磁路传递电能的
设备。也就是说，变压器是利用电磁
感应原理，从一个电路向另一个电路
传递能量或传输信号的电器。
变压器的分类
升压变压器 降压变压器 电力变压器配电变压器 联络变压器 厂用变压器 变压器 整流变压器 1 中频变压器（ －8kHz） 高频变压器（几十kHz－几百kHz） 特种变压器 自耦变压器 电炉变压器
S N U 2 N I 2 N U 1N I 1N
三相变压器的额定容量
4. 额定频率fN
S N 3U 2 N I 2 N 3U1N I1N
变压器的工作频率。我国标准的工业用电频率为50Hz。 5．额定效率 N
P2 P2 P1 P2 PF PCu
从空载到额定负载，副边电压的变化程度可用电压变 化率来表示，即 U2
E1m N1m 2fN1m E1 E1m / 2 4.44 fN1m E2 m N 2m 2fN 2m E2 E2 m / 2 4.44 fN2m
电压变换
据基尔霍夫电压定律，对原、副绕组列出端电压 方程式如下： i =i
220 4.44 f ( N1 N 2 ) m
N1 N 2
则穿过铁芯中的主磁通 m 不变，变压器工作 状态不变，所以 U 3 20V 。
I 3NU 3N 1 20 I1 I 2 0.091A U 1N U 2 N 220
（4）应将1、3相联接，2、4相联接，然后接入 110V电源，此时 U 3 20V 。
铜损可通过短路实验测得，铁损可通过空载实验测得。
4.2 变 压 器
变压器的基本结构与工作原理
微特电机第四章旋转变压器
微特电机第四章旋转变压器1.引言旋转变压器是一种特殊类型的变压器，它采用旋转结构来实现变压变比的调节。
与传统的固定变压器相比，旋转变压器具有更大的灵活性和可调节性，可以适应不同负载条件下的电压需求。
本章将介绍微特电机公司研发的一款旋转变压器，包括其工作原理、结构设计、性能参数以及应用领域等内容。
2.工作原理旋转变压器的工作原理基于电磁感应定律和旋转结构的机械转动。
通过调整转子与固定绕组之间的相对位置，可以改变绕组之间的耦合系数，从而实现变压变比的调节。
当转子与绕组之间没有相对运动时，变压器的变比为1:1，即输入电压等于输出电压。
当转子旋转时，绕组之间的耦合系数发生变化，从而实现不同的变比输出。
3.结构设计微特电机的旋转变压器采用了先进的磁力平衡技术和高强度材料制成的磁芯。
磁芯的设计旨在减小磁场漏磁和铁心损耗，提高变压器的效率和性能。
同时，采用了特殊的绕组结构和绝缘材料，确保了电压输出的稳定性和可靠性。
除此之外，旋转变压器还配备了高精度的角度传感器和控制单元，用于实时监测和调节转子位置，保证变压器的稳定工作。
4.性能参数微特电机的旋转变压器具有以下主要性能参数：-额定功率：根据客户需求可定制，通常范围在1kVA到100kVA之间。
-输入电压范围：根据客户需求可定制，通常范围在220V到660V之间。
-输出电压范围：根据客户需求可定制，通常范围在0V到440V之间。
-效率：高达98%，具有较高的能量转换效率。
-变比调节范围：根据客户需求可定制，通常范围在1:1到1:10之间。
-响应时间：微秒级响应速度，适用于需要快速反应的应用场景。
5.应用领域微特电机的旋转变压器广泛应用于各种工业领域，包括：-变频器和电机驱动系统：用于变频器输出电压的稳定调节。
-电力系统：用于电网电压调节和负载均衡控制。
-物流设备和自动化系统：用于包括输送带、起重机和机器人在内的设备的电压供应和控制。
-光伏发电系统：用于光伏逆变器中的电压调节和能量转换。
变压器01-全方位解剖
变压器01-全方位解剖变压器全方位解剖一.电子变压器定义、作用及分类变压器是具有磁芯(铁芯)与两个或两个以上的线圈组成，它们互不改变位置的装置，从一个或两个以上的回路，通过交流电力借电磁感应作用，转变成电压及电流，对另一个或两个一上的回路，供给一周拨数的交流电力.2作用：在电子线路中起着升压、降压、隔离、整流、变频、倒相、阻抗匹配、逆变、储能、滤波等作用。
3分类：A按工作频率分类：工频变压器：工作频率为50Hz或60Hz中频变压器：工作频率为400Hz或1KHz音频变压器：工作频率为20Hz或20KHz超音频变压器：20KHz以上，不超过100KHz高频变压器：工作频率通常为上KHz至上百KHz以上。
B按用途分类：电源变压器：用于提供电子设备所需电源的变压器音频变压器：用于音频放大电路和音响设备的变压器脉冲变压器：工作在脉冲电路中的的变压吕，其波形一般为单极性矩形脉冲波特种变压器：具有一种特殊功能的变压器，如参量变压器，稳压变压器，超隔离变压器，传输线变压器，漏磁变压器开关电源变压器：用于开关电源电路中的变压器通讯变压器：用于通讯网络中起隔直、滤波的变压器二电子变压器材料及分类：变压器英文(TRansformer)1）电子变压器材料主要有骨架(Bobbin,Base,Case)线材(Copper Wire)磁芯(Ferrite Core,SI-Steel Lamination)铜箔(Copper Foil)绝缘胶带(Tape)安全胶带，也称档墙(Margin Tape)套管(Tube)化学材料：焊锡(Solder Bar)，绝缘油(Varnish)，胶类(Epoxy,Glue)，稀释剂(T hinner)，助焊剂(Scaling Powder)，油墨(Ink)1、磁芯：磁芯主要几大类：1.钢片类Lamination(SI-STEEL,PERMALLOY);2.软磁铁氧体类(FERRITE CORE);3.铁粉芯(Iron Powder);4.铁硅铝(Kool,Mu或Sendust);5.高导磁粉芯(High Flux);6铁镍钼磁粉芯(Mpp Core);7.非晶态(Amorphous)。
微特电机第四章旋转变压器
• 转子输出电压幅值与励
转子余弦 输出绕组
磁电压幅值成正比，相对位
移是转子转角，达到测量角
位移的目的。
定子交轴 绕组
转子正弦 输出绕组
4.2.2 正余弦旋转变压器的工作原理
• 定子的励磁绕组接上励磁交流电 压，设某瞬间线圈中电流I 的方向 和产生气隙磁通方向如图4.12所示。
• 电磁耦合到转子绕组上，输出 的电动势与转角成函数关系。 •输出电压：
轴线间的夹角
E2 KVS cos机 KVC sin 机
KVm KVm
scions(调动电 t(整势si定En2子，机电励当) sc磁幅ion电值s压为t机的零α时c电，o，s跟测踪电转αs子i机n感的应变机电化) ，
E当2输是出以幅Vm值si为n(零α电时-α，机)就此α为电可时幅通由α值过电测的电=量α交子机出变，线α电用路机压=α测电α。量表电 。现出α机的大小，
Z1
D2
α
BZq
Z3 Bz BZd
Z4 IR2
向的合成磁通（主磁通）基本不变 （比空载略微减小）。
负载交轴分量BZq无外加励磁与其平 衡。因此，负载时，气隙中出现了
ZL交轴分量BZq磁场。
Z2
4.2 正、余弦旋转变压器
D1
∑BD D3 Us1
BD D4
• BZd对BD起去磁作用，直轴主磁通
（ ∑BD ）基本不变，所以负载直轴 磁通对输出电压畸变的影响小。
US=Umsinα 在Z1-Z2中 UC=Umcosα 在Z3-Z4中
4.2 正、余弦旋转变压器
➢ 正余弦旋转变压器空载运行
Z1-Z2，Z3-Z4和D3-D4开路 ，假设转子绕组匝数相同
励磁绕组的感应电势：
《电机与变压器》课件 《电机与变压器》第4章
4.3.2 带可调电抗器式电焊变压器
2．共轭式电焊变压器
〔a〕顺极性
变压器二次绕组与电抗器 绕 组 是 串 联 的 ， 设 EX 为 电 抗 器上的电动势，E2为二次绕组 电动势，当两者是顺极性串联， 输出电压为两者之和，即
U02 EX E2
4.3.2 带可调电抗器式电焊变压器
2．共轭式电焊变压器
〔4〕电焊变压器要能在一定范围内调节其输出电流，以 适应不同的焊件和焊条。
2．电焊变压器的结构特点
影响电焊变压器外特性的主要因素是一、二次绕组的 漏抗和负载功率因数。由于焊接加工属于电加热性质，负 载功率因数基本都相同，cos2 ≈1，所以通常采用改变漏抗 的方法来调节输出电流。因此，电焊变压器要有比较大并 且可以调节的漏磁通和漏抗。
4.2.1 电压互感器
1．电压互感器的结构和原理
电压互感器是指在电工测量中用于将一次侧的高电压按比例 变换为适合仪器使用的电压的设备。
干式 电压互感器
浇注绝缘式 电压互感器
油浸式 电压互感器
电压互感器接线原理
电压互感器的结构与普通变 压器相似，主要由铁心和绕组构 成，但它的一次绕组匝数较多， 与被测电路并联；二次绕组匝数 较少，与电压表并联。
电压互感器接线原理
由于二次绕组所连接负载的阻抗都很大，所以电压互感器运
行时相当于二次侧开路的状态，其变压比Ku为
Ku
U1 U2
N1 N2
那么有 U1 KuU2
式中，U2为电压表的读数。只要用电压表的读数U2乘以变 压比Ku就可以得到一次侧测量的高电压值U1。实际上，电压互 感器是一台降压变压器。
4.2.2 电流互感器
1．电流互感器的结构和原理
电流互感器是指在电工测量中，用于将一次侧的大电流按比Βιβλιοθήκη 变 换为适合仪器使用的电流的变换设备。
电工学第四章 变压器
END
I →S
节省金属材料（经济）
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。具体如下：
发电厂 10.5kV
输电线 220kV
升压
…
实验室
380 / 220V
降压
变电站 10kV
降压
降压
仪器 36V 降压
变压器的结构
铁心
+ i1
Φ
u1
i2
+
u2 ZL
–
一次
N1
–
N2 二次
绕组
绕组
单相变压器
阻抗变化后，扬声器得到更大功率
思考
变压器能用于直流变压吗？
与普通变压器相比
自耦变压器
普通变压器：原副边之间仅有磁联系
自耦变压器：原副边之间有磁、电联系
+
原副边电压电流的关系
U1 = N1 = K
+
U2 N2
_
_
I1 = N2 = 1 I2 N1 K
注意：一次、二次侧千万不能对调使用，以防变压器损坏。 因为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。
一次绕组 绕组： 二次绕组 铁心
变压器的电路
由高导磁硅钢片叠成
厚0.35mm 或 0.5mm 变压器的磁路
变压器的结构
变压器的分类
按用途分
电力变压器 (输配电用)
仪用变压器 电压互感器 电流互感器
整流变压器
三相变压器 按相数分
单相变压器 按制造方式 壳式
心=K
举例
收音机的扬声器可近似认为是纯电阻负载，设其值为8Ω
1)若直接连在内阻RS为800 Ω，电动势ES为10V的交流放大 器起上，求放大器输送给扬声器的功率。
变压器的基本作用原理与理论分析剖析课件
变压器的效率分析
变压器的效率是指变压器输出功率与输入功率之比，是衡 量变压器性能的重要指标之一。
效率越高，说明变压器的能量转换效率越高，损耗越小。 在实际应用中，需要根据实际需求选择高效率的变压器， 以降低能源消耗和运行成本。
变压器的等效电路模型
等效电路模型是用来描述变压器电气 特性的电路模型，它可以等效地表示 变压器的电压、电流和阻抗之间的关 系。
变压器的维护与故障处理
变压器的维护与故障处理
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06
变压器的发展趋势与未来展望
变压器技术的创新与发展
01
02
03
高效能
通过改进材料和优化设计 ，提高变压器的效率，减 少能源损失。
智能化
结合现代传感器和通信技 术，实现变压器的远程监 控和智能管理。
环保化
采用环保材料和节能技术 ，降低变压器对环境的影 响。
通过改变初级线圈的匝数或次级线圈 的匝数，可以改变输出电压的大小和 方向，实现电压的升高或降低。
02
变压器的基本作用
电压变换
变压器能够改变输入电压的大小。
变压器通过改变一次侧和二次侧线圈的匝数比，将输入的高电压降低为低电压或 反之，以满足不同设备对电压的需求。
电流变换
变压器能够改变输入电流的大小。
通过改变变压器一次侧和二次侧线圈的匝数比，变压器能够将输入的大电流减小为小电流或反之，以适应不同设备对电流的 要求。
阻抗匹配
变压器能够实现阻抗匹配，提高功率 传输效率。
通过变压器，可以改变电路的阻抗， 使得输出端负载的阻抗与源端的阻抗 相匹配，从而减少能量损失，提高功 率传输效率。
电气隔离
变压器能够实现电气隔离，保护设备和人身安全。
第四章-第三节-主变的选择
二、主变压器型式选择原则
• 1.相数选择 • 2.绕组数选择 • 3.绕组连接方式 • 4.调压方式的选择 • 5.变压器的冷却方式
第十二页，编辑于星期三：十五点 五十四分。
选择主变压器型式时，应考虑以下问题
1．相数的确定
在 33 0 kV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。 单相变压器组相对来讲投资大、占地多、运行损耗也较大
两台机容量之和来确定。
➢ 2．具有发电机电压母线接线的主变压器容量的确定原则 连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器的容量，应考
虑以下因素：
• 1）当发电机全部投入运行时，在满足发电机电压供电的日最 小负荷，并扣除厂用负荷后，主变压器应能将发电机电压母线上
的剩余有功和无功容量送入系统；
第七页，编辑于星期三：十五点 五十四分。
第三节：发电厂和变电所主变压器的选择
主变压器：在发电厂和变电所中，用来向电力系统或用户输
送功率的变压器；
联络变压器：用于两种电压等级之间交换功率的变压器
；
厂（所）用变压器或称自用变压器：只供本厂（所）用
电的变压器。
第一页，编辑于星期三：十五点 五十四分。
第二页，编辑于星期三：十五点 五十四分。
所以，一般在发电机回路及厂用分支回路均采用分相封 闭母线，而封闭母线回路中一般不装置断路器和隔离开关。
第十六页，编辑于星期三：十五点 五十四分。
况且，三绕组变压器由于制造上的原因，中压侧不留分接头， 只作死抽头，不利于高、中压侧的调压和负荷分配。
为此，一般以采用双绕组变压器加联络变压器更为合理。 其联络变压器宜选用三绕组变压器，低压绕组可作为厂用备用
• （3）强迫油循环水冷却单纯的加强表面冷却可以降低油 温，但当油温降到一定程度时，油的粘度增加，以致使油 的流速降低，对大容量变压器已达不到预期冷却效果，故 采用潜油泵强迫油循环，让水对油管道进行冷却，把变压 器中热量带走。在水源充足的条件下，采用这种冷却方式 极为有利，散热效率高，节省材料，减小变压器本体尺寸 。但要一套水冷却系统和有关附件，且对冷却器的密封性 能要求较高。即使只有极微量的水渗入油中，也会严重地 影响油的绝缘性能，故油压应高于水压（1～1.5）x105Pa ，以免水渗入油中。
第四章三绕组变压器和自耦变压器
I1I2' I3' 0
…④
① 式减去 ② 式，再用 ④ 式中 I3' I1 I2' ，可得：
U1(U2 ' )I1R1jI1(X11+X2 '3-X1'2-X3 '1)
I2 'R2 ' jI2 '(X2 '2+X3 '1-X2 '3-X1'2)
① 式减去 ③ 式，再用 ④ 式中 I2' I1 I3' ，可得：
E s 1 j I 1 X 1 1 、 E s 2 j I 2 X 2 2 、 E s 3 j I 3 X 3 3
还有两两绕组之间的互漏磁通，比如某绕组电流 产生的和另一个绕组交链的互漏磁通会在这个绕 组中感应电动势，也可用负的漏电抗压降表示：
E s 2 1 jI2 X 2 1、 E s 3 1 jI3 X 3 1
I1
1 0 A 时，副绕组
A
I2
200V ，1 A 。于是负
载电流 1 1 A 。
U1
a
I
原边输入容量
x
2 2 0 1 0 2 2 0 0 V A
副边输出容量
X
2 0 0 1 1 2 2 0 0 V A 原副边电流实际方向示意图
二、自耦变压器基本方程
(要求：参考下图与上述物理概念学习自行推导)
U a x I 2 0 0 1 2 0 0 V A k x y S N A
SNA S电磁 S传导 kxySNA S传导
k A 越接近1, k x y 越小, 电磁容量(绕组容量)
越小, 传导容量越大,节材效果越明显。
变压器的结构与原理分析
变压器的结构与原理分析一、引言变压器作为一种常见的电力设备，广泛应用于能源传输与分配系统中。
本文将对变压器的结构与原理进行分析，以便更好地理解其工作原理和应用。
二、变压器的结构1.主要零部件变压器由铁心、线圈和绝缘材料等主要零部件构成。
铁心是由高导磁性材料制成的，用于导磁和集中磁通，以提高变压器的效率。
线圈则由绝缘导线绕制而成，分为初级线圈和次级线圈，通过电磁感应实现能量的传输。
2.冷却系统变压器的正常运行需要保持合适的温度，因此冷却系统至关重要。
常见的冷却系统包括油冷却和风冷却。
油冷却通过潜在热量的传导和对冷却油进行循环实现，而风冷却则通过风扇吹拂散热片散热。
三、变压器的工作原理1.电磁感应现象变压器的核心工作原理基于电磁感应现象。
当交流电通过初级线圈时，产生变化的磁场，该磁场会在次级线圈中诱导电压，从而实现能量的传输。
2.符合法拉第定律变压器工作过程中，符合法拉第定律，即在变压器的两个线圈中，电压变化的比例等于匝数变化的比例。
根据变压器的匝数比可以实现电压的升降。
3.定子与转子变压器中的初级线圈被称为定子，次级线圈被称为转子。
通过诱导电压的传输，变压器可以实现不同电压的输出，便于电力系统的有效分配与利用。
4.理想变压器模型理想变压器模型假设无能量损失，即变压器的输入功率等于输出功率。
然而，实际变压器中会存在一定的能量损耗，主要包括铁损耗和铜损耗。
四、变压器的应用领域1.电力系统变压器在电力系统中起着重要的作用，主要用于输电和配电系统中。
通过不同匝数比的变压器，可以将高压电能转换为低压电能，便于供电到不同的家庭和企业。
2.电子设备除了电力系统外，变压器还广泛应用于各种电子设备中。
例如，手机充电器中的变压器可以将交流电转换为所需的直流电来充电。
3.其他领域变压器在交通运输、工业生产和科学研究等领域也有广泛的应用。
例如，高铁和地铁的牵引系统中使用变压器来改变电压和电流的大小。
五、结论变压器是一种重要的电力设备，其结构和工作原理对于理解能源传输与分配系统至关重要。
第4章三绕组变压器和自耦变压器介绍
4-1 概 述
4-2 三绕组变压器
4-3 自耦变压器
第四章 三绕组变压器和自耦变压器
基本要求：
1.了解三绕组变压器和自耦变压器的用途及结构特点；
2.掌握三绕组变压器的基本电磁关系、简化等效电路及其参
数的物理意义和测定方法； 3.掌握自耦变压器的基本电磁关系、方程式和等效电路， 4.掌握自耦变压器的容量关系和计算方法。
S1N U1N I1N
三相三绕组变压器
S2 N U2 N I 2 N
S3N U3N I3N
S1N 3U1N I1N
S2 N 3U2 N I2 N
S3N 3U3N I3N
三绕组变压器的额定容量SN：指三个绕组中容量最大的绕组 容量。
2）容量配合
高压绕组
100 100 100
低压侧回路电压方程式：
E 1
E 2
N1
I2
a
U2
I N 2
E I Z U 2 2 ax
E E I Z I Z U 1 1 2 1 Aa ax
X
x
k U U 2 A 2 k A E2 k A IZ ax E1 E2 k A IZ ax
E 2
N1
I2
a
U2
I N 2
X
x
2. 基本方程式、等效电路、相量图和容量关系 1）基本方程式
自耦变压器的变比为
E1 E2 N1 N 2 kA E2 N2
N1 kA 1 1 k N2
k为双绕组变压 器的变比
高压侧回路电压方程式：
I1
A
U 1
E E I Z I Z U 1 1 2 1 Aa ax
变压器全面详解
交流电势e1和e2， 该电势的大小E1和E2正比于磁通对时间的变化 率和对应绕组的匝数， 由于闭合铁心中的磁通同时匝链原、 副边，
则电势与匝数成正比， 即E1/E2=W1/W2， 若略去绕组本身阻抗压 降， 于是U1≈E1, U2≈E2, 则
第4章 变压器
U1 W1 U2 W2
(4 - 1)
此关系式说明了一、 二次侧电压之比近似等于对应边匝数
主要因素， 属于工作磁通， 称它为主磁通Φ； 还有另一部分磁通，
它仅和原绕组相匝链而不与副绕组相匝链， 主要通过非磁性介质
(空气)形成闭路， 属于非工作磁通， 这很小一部分磁通(占总磁通
的 1%以下)就称为原边绕组的漏磁通Φ1σ。
第4章 变压器
图 4 - 6 变压器空载运行时的物理模型图
第4章 变压器
(4 - 17)
第4章 变压器
在使用变压器时， 必须注意变压器的原绕组所接电源电压
要和额定电压相同。 这可由图 4 - 7 所示的磁化曲线来说明， 图中
Φmn为对应于U1N时的主磁通Φ的幅值， 若Φ小于Φmn时， 磁化曲 线近似为线性； 超过Φmn时， Φ将趋向饱和， 若再增加Φ， 即增 加U1， 则变压器空载电流I0就会急剧增加， 若超过不允许的电流值， 即使变压器不带负载， 变压器也会因此而损坏。
的中间铁心柱上。
第4章 变压器
图 4 - 3 变压器的绕组
第4章 变压器
图4 - 4 环形变压器结构示意图
第4章 变压器
图 4 - 5 Ш形铁心变压器结构示意图
第4章 变压器
变压器的额定值(英文名是“Rating”)又叫铭牌
值， 它是指变压器制造厂在设计制造时给变压器正常
运行情况下所规定的数据， 指明该变压器在什么条件
自考电工电子考点总结第四章 磁路和变压器
第四章 磁路和变压器一．基本概念1、 磁路基本物理量磁感应强度(B)：表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量。
单位是 ，单位符号是 基本公式：B=μH (μ表磁导率，H 表示磁场强度)2、 磁通Ф磁通Ф=BS ；磁通单位是 单位符号是3、 磁场强度磁场强度（H ）:是用来确定磁场和电流之间关系的辅助物理量。
代表磁路中单位平均长度上的磁动势。
磁动势(F):励磁电流与线圈匝数的乘积。
F=IN4.磁导率μ磁导率μ：用来衡量物质导磁能力的物理量。
单位是真空的磁导率是一常数，磁性材料的的磁导率不是一个常数。
4、 软磁材料用于制造电机、变压器等电气设备的铁芯；硬磁材料制造永久磁铁SLF μφ= 即：磁阻正比于磁路长度，而与磁导率和磁路截面积的乘积成反比。
二、变压器 具有变电压、变电流和变阻抗的作用。
1、电压变换关系式： ；电流变换关系式：阻抗变换关系式：2、电压调整率：副绕组电压随电流变化的程度。
公式：3、变压器的损耗包括：铜耗和铁耗 效率：%10022%100122e⨯++=⨯+=F CU P P P P P P P η 5、 自耦变压器特点是：副绕组是原绕组的一部分。
原副边电流电压之比分别为：6、 电流互感器电流互感器相当于升压变压器。
例：一单相变压器额定容量为50KV A ，额定电压为10000/230V 。
当此变压器向R=0.842Ω，XL=0.618Ω的负载供电时正好满载，求变压器原副绕组的额定电流和电压调整率。
例：额定容量为100KV A ，额定电压为6000/230V 的变压器，铁损耗为500W ，满载时铜耗为1400W 。
这台变压器在满载情况下向功率因数为0.8的负载供电时。
副绕组的端电压为220V ，求变压器的效率、。
第四章 变压器
3、二次侧额定电压─ 当变压器的一次侧绕组上额定 电压时，二次侧绕组的空载电压。
五、几种常用的变压器
第五章 变压器
第二节 特殊变压器
使用注意事项：
N2 （匝数多）
i2
电流表
A
1. 二次侧不能开路, 以防产生高电压； 电流 互感器 2. 铁心、低压绕组 的一端接地，以防 在绝缘损坏时，在 二次侧出现过压。
被测电流=电流表读数 N2/N1
第五章 变压器
第二节 特殊变压器
（二）电流互感器
钳形电流表是电流互感 器的一种应用。 是电流互感器和电流表 组成的测量仪表。 测量时，先张开铁心， 把通有被测电流的导线套进 钳形铁心中，然后再把铁心 闭合，这样，载流导线就是 初级绕组，次级绕组接在铁 心上并与电流表接通。从电 流表上就可直接读出被测电 流的大小。
第九章 常用电工仪表与安全用电
第二节 安全用电常识
(一) 人体电阻
人体电阻因人而异，通常为 104 ~ 105 ，当角质外层 破坏时，则降到800~1000。
(二) 电流强度对人的伤害
人体允许的安全工频电流: 30mA 工频危险电流: 50mA
(三) 电流频率对人体的伤害
电流频率在40Hz ~ 60Hz对人体的伤害最大。 实践证明，直流电对血液有分解作用，而高频电流不 仅没有危害还可以用于医疗保健等。
第五章 变压器
第一节 变压器的工作原理
（二）变压器的分类:
电力变压器 (输配电用) 电压互感器 按用途分 仪用变压器 电流互感器 整流变压器 按相数分 三相变压器 单相变压器 按制造方式分 壳式 心式
第四章旋转变压器1
（4-13）
式中， ku = Wz / WD —旋转变压器转、定子的匝 数比，即变比，是一个常数。
•
图 4-7
B j 的分解
•
可见，空载且 U j 保持不变时，转子输出绕组 Z1Z 2 的输出电压与转子转角呈余弦 函数关系。因此，称 Z1Z 2 绕组为余弦输出绕组。 （4）转子绕组 Z 3 Z 4 中感应电势 在 Z 3 Z 4 绕组中产生的感应电势 Es 为
图 4-9 副边补偿
•
分别产生感应电势 ES 和 EC ，在励磁绕组中产生 E j ，转子绕组中的负载电流
I c 和 I s 分别为
•
•
Ic =
k uU j cos θ Ec = z fc + z c z fc + z c
（4-14）
• •
Is =
k uU j sin θ Es = z fs + z s z fs + z s
I2W2 。铁心内主磁通 φ 是由上述两个磁势的合成磁势所产生。这样，将有磁势
平衡方程
• • •
I 1 W1 + I 2 W2 = I 0 W1
式中
I 1 W1 ——负载情况下原边绕组产生的磁势 I 2 W2 ——负载情况下副边绕组产生的磁势 I 0 W1 ——空载时原边绕组产生的磁势。
• •
•移项后，整理得sinθ• •（4-15）
在正弦绕组中，由负载电流 I s 产生的磁密为 B s ，它的交轴磁密 B sq
B sq = B s cos θ = k c I s cos θ
将式（4—14）代入，有
• • • • • • • • • • • •
图 4-1 变压器惯例
•
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用相量表示
第4章
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6.励磁阻抗、主磁电动势
仿照漏磁电动势的处理方法，引入励磁阻抗，反映主磁电动势 与励磁电流之间的关系。
•
•
•
E1 I0 Zm I0(,Rmi0 jXm )
X 励磁电抗 是表征铁心磁化性能的参数 m
X m Lm N12m
t
R 励磁电阻 是对应铁心损耗的虚拟电阻 m
E1/E2 = N1/N2 = k
第4章
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u1 e1
u20 e2
E1 U1 E2 U20
理想变压 器的变比 等于多少？
k N1 / N2 E1 / E2 U1 /U20
变压器的电压比和变比是否近似相等？
第4章
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E1m N1m U1 E1 E1m / 2 2 fN1m 4.44 fN1m
pFe I02 Rm
第4章
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7.基本方程式及等效电路
•
•
•
•
U1 I0 R1 E1 E1
•
•
I0 (R1 jX1 ) I0 (Rm jX m )
•
•
I0 Z1 I0 Zm
•
•
•
U20 E2 E1/ k
第4章
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8.相量图
磁化电流分量激励铁心中的主
•
第4章
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电力电子技术
高压直流输电系统（HVDC）
1952 瑞典哥特兰岛 96km电缆 100kV 20MW 1990 葛洲坝—上海 1000km架空线 500kV 1200MW
第4章
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二、变压器的分类、结构及额定值 1、变压器分类
按相数分 单相、三相 按冷却方式分 干式、油浸式 按用途分 电力、特殊 按结构分 双绕组、三绕组、自耦 按材料分 铜线、铝线
变压器的电源电压不变，仅改变副边 匝数，主磁通是否改变？为什么？
第4章
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5.漏阻抗、漏磁电动势
I1
U1 N1
1
N2
电感的 定义？
漏感
L1
1
I1
11 21
I1
N11
I1
第4章
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i0
u1
1
N1 N2
e1 e2
i2=0 u20
e1
1
N1i0 R1
N1i01
常数 L1
i1
m
u1
1
N1 N2
e1 e2
e1
第4章
i2 2 ZL
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变压器负载时电磁关系
U1 I1 I1N1
1
+
ImN1
m
I2 I2N2
2
I1 r1
E1 E1 E2 E2 I2 r2
第4章
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2.电压平衡方程式
磁通，是无功分量；
m
铁耗电流分量是从电源吸收铁 耗功率的反映，是有功分量。
变压器空 载运行时 功率因数 是高还是
低？
•
jI0 X1
•
U1
•
I0 R1 • E1
•
I0
•
I
0
•
•
E2
E1
•
I Fe
第4章
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4.3 变压器的负载运行
1.负载运行时的电磁物理现象
变压器的一次绕组接到交流电源，二次绕组接到负载阻抗时， 二次绕组中便有电流流过，这种情况称为变压器的负载运行。
• 额定容量 （VA） • 一次绕组额定电压（线值） • 二次绕组额定电压（线值） • 额定电流（线值） • 额定频率 50赫(Hz)
第4章
电压比 =U1N/U2N
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4.2 变压器的空载运行
1.空载运行时的电磁物理现象
i0
e1
u1
N1
1
N2
e1
i2 0
e2
u20
第4章
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电磁关系
u1
i0 (im)
1 i0N1
第4章
i0r1 e1 e1
e2=u20
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2.正方向规定
正电流与正磁通 成右手螺旋定则
Li
正磁通与感应电势 成右手螺旋定则
e d / dt
第4章
i
e 遵循惯例
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i0
u1
1
e1
N1 N2 e1 e2
• u1与i0取关联方向 • i0与Φ、Φ1σ符合右手螺旋定则 • Φ与e1、e2符合右手螺旋定则 • e2与u20方向相反
1
i0
N11
i0
N12i01
i0
N121
第4章
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e1
N1
d1
dt
L1
di0 dt
, i0
为了便于计算，通常用一
个有效值与之相等的等
t
效正弦波电流来代替非正 弦激磁电流。
i0 2I0 sint
i0
αFe
e1 I0L1 sin t 90 I0L1 sin t 90
第四章
4.1 变压器的类别、基本结构、额定值 4.2 变压器的空载运行 4.3 变压器的负载运行 4.4 变压器的等效电路及相量图 4.5 变压器的参数测定 4.6 标幺值 4.7 变压器的运行特性 4.8 三相变压器 4.9 特种变压器
第4章
4.1 变压器的类别、基本结构和额定值
一、概述
1882 远距离直流输电系统 交流输电的关键设备—变压器（二次发电机）
第4章
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②散热器
第4章
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③套管 • 瓷质 • 引出导线，使其对地绝缘 • 做成多级伞形
第4章
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3、变压器的额定数据
额定值：电机设计、制造时的确定数值，其值规定为指定的工作 条件下，电机的发热、绝缘情况所允许的最大值。在额定状态下 运行时，电机能长期可靠稳定工作，且性能优越。
所有变压器的基本原理都相同
第4章
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第4章
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第4章
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第4章
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2、变压器的基本结构
1）铁心： • 组成部分 • 每部分作用 • 材料
心柱
铁轭
第4章
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第4章
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第4章
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2）绕组：
• 组成部分 • 作用
i1
u1
1
m
N1 N2 e1 e2
e1
第4章
i2 2 ZL
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3）绕组和铁心的结构关系：
• 心式和壳式的区别 • 三相和单相的区别
低压
高压
同心式绕组 饼式绕组
心式变压器
第4章
壳式变压器
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第4章
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4）其它部件：
①变压器油 • 增强绝缘漆程度 • 改善散热效果 • 防潮
i2=0 u20
第4章
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3.电压平衡方程
i0
u1
1
N1 N2
e1 e2
i2=0 u20
e1
原边 u1 i0R1 e1 e1 副边 u20 e2
第4章
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4.变压器的变比
k N1 / N2
变压器电阻压降和漏电势很小，可忽略。
u1 e1
mcost E1m sin(t 900) e2 N2d / dt N2m cost E2m sin(t 900)