第二章 变压器的基本作用原理与理论分析
第二章 电力变压器及运行
三、变压器的主要技术参数
• 1．额定容量SN • 变压器额定容量是指变压器额定情况下的视在功率，单位用VA、 kVA或MVA表示，并采用R8或R10容量系列。 • 2．额定电压U1N/U2N • U1N是一次侧额定电压。U2N是二次侧额定电压，即当一次侧施 加额定电压U1N时，二次侧开路时的电压。对三相变压器，额定电 压均指线电压，单位用V或kV表示。 • 3．额定电流I1N/I2N • 由发热条件决定的允许变压器一、二次绕组长期通过的最大电 流。对三相变压器，额定电流均指线电流，单位用A或kA。 • 4．短路阻抗Zk • 在额定频率及参考温度下，给变压器的一对绕组施加一短路 电压（即使得该绕组电流达到额定值时的电压），将另一个绕组短 路，其他绕组开路，此时所求得的该绕组端子之间的等效阻抗就是 变压器的短路阻抗。
• 主变压器型式及相关参数 • （1）变压器型式：三相式、强迫油循环、强迫风冷、双 线圈铜绕组无激磁调压油浸式低损耗升压变压器、户外式； • • • • • • • （2）型号：SFP10-780000/220； （3）系统最高工作电压(高压侧/低压侧)：252kV/23kV； （4）额定容量：780MVA； （5）额定电压(高压侧/低压侧)： 242/22kV； （6）额定电流(高压侧/低压侧)： 1861/20470A； （7）空载电流：≤0.2%； （8）阻抗电压：20%(允许偏差：＜±5％)；
• • • • • • • • •
四、变压器的连接组标号
• 1．三相绕组的连接方法 • （1）星形连接法；（2）顺序三角形连接； （3）逆序三 角形连接。
2．三相变压器的连接组标号
（1） Y，y0连接组标号
（2） Y，d11连接组标号
五、变压器的冷却方式
第二章 变压器的运行原理
Electric Machinery
本章节重点和难点： 重点: (1)变压器空载运行时磁动势、电动势平衡关系，等值电路和相 量图； (2)变压器负载运行时磁动势、电动势平衡关系，等值电路和相 量图； (3)绕组折算前后的电磁关系； (4)变压器空载实验和短路实验，变压器各参数的物理意义； (5)变压器的运行特性。 难点: (1)变压器绕组折算的概念和方法; (2)变压器的等值电路和相量图； (3)励磁阻抗Zm与漏阻抗Z1的区别； (4)励磁电流与铁芯饱和程度的关系； (5)参数测定、标么值。
空载损耗约占额定容量的（0.2~1）%，随 容量的增大而减小。这一数值并不大，但因为 电力变压器在电力系统中用量很大，且常年接 在电网上，因而减少空载损耗具有重要的经济 意义。工程上为减少空载损耗，改进设计结构 的方向是采用优质铁磁材料：优质硅钢片、激 光化硅钢片或应用非晶态合金。
Electric Machinery
漏电动势 : E1
2 2
fN 1 1
2 fN 1 1
Electric Machinery
E 1 j 2 f
N 1 1
I 0 j 2 fL 1 I 0 j I 0 x 1
I0
x 1 2 f
N1
2
为一次侧漏抗，反映漏磁通的作用。
变压器作用原理
变压器作用原理变压器是一种重要的电力设备，被广泛应用于各类电力系统以及电子设备中。
它的主要作用是通过变换电压来实现电能的传输和分配。
本文将介绍变压器的作用原理，以及它在电力系统中的应用。
一、变压器的工作原理变压器是基于电磁感应原理工作的。
它由两个线圈（分别称为“主线圈”和“副线圈”）通过互感作用连接在一起。
主线圈通常被称为“初级线圈”，而副线圈则是“次级线圈”。
当交流电通过主线圈时，产生的磁场会穿过次级线圈，由此引起次级线圈中的电动势。
根据法拉第电磁感应定律，当磁通量发生变化时，会在导体中产生感应电动势。
由于变压器的核心被制成铁芯，能够集中和增强磁场，因此次级线圈中的感应电动势将与主线圈中的电源电压成比例。
二、变压器的电压变换根据变压器的工作原理，可以实现电压的变换。
变压器的变比（也称为变压比）定义为次级线圈的电压与主线圈电压之比。
变压比可以通过变压器的线圈匝数比来确定。
当主线圈的匝数多于次级线圈时，即主线圈匝数N1大于次级线圈匝数N2时，称为升压变压器。
在这种情况下，主线圈的输入电压（或称为“输入电源电压”）高于次级线圈的输出电压（或称为“负载电压”）。
相反，当主线圈的匝数少于次级线圈时，即主线圈匝数N1小于次级线圈匝数N2时，称为降压变压器。
在这种情况下，主线圈的输入电压低于次级线圈的输出电压。
通过变压器的电压变换，可以适应不同电压等级之间的能量传输和分配需求。
在实际应用中，变压器被广泛用于电力系统中的输电、配电和变电过程中。
三、变压器的功率变换除了电压变换，变压器还可以实现功率的变换。
由于变压器是根据能量守恒原理工作的，输入功率等于输出功率。
变压器的输入功率可以通过以下公式计算：输入功率 = 输入电压 ×输入电流同样，输出功率可以通过以下公式计算：输出功率 = 输出电压 ×输出电流变压器的效率定义为输出功率与输入功率之比，通常表示为百分数。
高效的变压器可以最大限度地减少电能的损耗。
变压器的基本原理与应用分析
变压器的基本原理与应用分析变压器是电力传输和配电系统中不可或缺的电气设备，它的基本原理与应用广泛。
本文将分析变压器的基本原理以及它在各个领域的应用。
一、基本原理变压器基本上由两个或更多个密封的线圈组成，通过共享磁场来传递电能。
主要原理是电磁感应。
当交流电流通过一个线圈，它将产生一个交变磁场。
这个磁场通过铁芯（通常是一个铁心闭合的磁路）传导给另一个线圈，从而在这个线圈上诱导出电压和电流。
变压器主要有两个线圈，即主线圈和副线圈。
主线圈连接到供电系统，副线圈连接到负载。
根据两个线圈的匝数比例，可以实现电压的升降。
当主线圈中的电压较高时，副线圈中的电压就会较低，并且电流也会相应的变化。
二、应用领域1. 电力传输和配电系统：变压器在电力传输和配电系统中的应用非常重要。
电压的升高或降低使输电更加高效。
电压升高可以减少输电线路中的电流损耗，降低能源消耗。
而电压降低则可以适应用户需求，保证电器设备的正常运行。
2. 电子设备：变压器也被广泛应用于各种电子设备中。
例如，电视机、计算机以及家庭电器等。
变压器将家庭用电的电压从220伏变为适用于这些设备的低电压。
这样不仅可以保护设备免受过高电压的损坏，还可以降低能源消耗。
3. 电动机：变压器还在电动机中起着重要作用。
电动机通常需要较高的电流才能正常工作。
变压器提供了所需的电流，以保证电机的正常运行。
同时，变压器还可以调节电机的转速和扭矩，使其适应不同工作条件。
4. 电气焊接：在电气焊接过程中，变压器用于提供电弧所需的高电流。
变压器将低电压变为高电压，并将电流输出到焊枪，从而实现焊接过程。
5. 变频调速：变压器还用于变频调速系统中。
变频器通过改变电源频率来控制电机的转速。
变压器将电网电压从高频变为低频，以适应电机的工作要求。
总结：变压器作为一种基本电气设备，广泛应用于电力传输和配电系统、电子设备、电动机、焊接以及变频调速系统等各个领域。
它通过改变电压和电流的比例来满足不同应用的需求。
电机学-变压器
2、磁滞电流分量Ih ：Ih与-E1同相位，
是有功分量电流。
3、涡流电流分量Ie： Ie与-E1同相位
Ie由涡流引起的，与涡流损耗对应，
所以：又由于Ih和Ie同相位，合并称为铁耗电流分量，用IFe表示。
空载时励磁电流
❖ Iu——磁化电流，无功性质，为主要分量 ❖ Ife——铁耗电流，有功性质，产生磁滞（Ih）
e2有效值E2 E2m / 2 2f N2 m
图2-8
2、电压变比
❖ 变比——初级电压与次级空载时端点电压之比。 ❖ 电压变比k 决定于初级、次级绕组匝数比。 ❖ 略去电阻压降和漏磁电势
k U1 E1 N1 U 20 E2 N2
四、励磁电流的三个分量
❖ 忽略电阻压降和漏磁电势，则U1＝E1＝4.44fN1m。 m∝U1即：当外施电压U1为定值，主磁通m也 为一定值
k＝N1/N2＝1
一)次级电流的归算值
归算前后磁势应保持不变
I
' 2
N
' 2
I2N2
I
' 2
I2
N2
N
' 2
I2
N2 N1
I2 / k
❖ 物加理 了k意倍义。：为当保用持N磁2＝势N不1替变代。了次N级2电，流其归匝算数值增 减小到原来的1／k倍。
二)次级电势的归算值
归算前后次级边电磁功率应不变 ❖ E2I2＝E2I2
❖ 励磁电流的值决定于主磁通 m，即决
定于E1。
u1≈E1=4.44fN1Φm
电磁现象
返回
2、基本方程式
返回
3、归算
❖ 绕组归算——用一假想的绕组替代其中一个 绕组使成为k＝1的变压器。
第2章 变压器的基本作用原理与理论分析
3、油枕 4、高低压绝缘套管 5、油标` 6、起吊孔
1、油箱
2、散热管
7、铭牌
18
大型电力变压器
19
五、变压器的额定值
1 额定容量S N (kVA) : 、
指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率。
2 额定电流I1N 和I 2 N ( A) : 、
指在额定容量下，允许长期通过的额定电流。在三相 变压器中指的是线电流
铁轭
铁芯柱
铁芯叠片
装配实物
11
铁芯各种截面
充分利用空间
提高变压器容量
减小体积。
12
㈡、绕组
变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。
按照绕组在铁芯中的排列方法分为：铁芯式和铁壳式两类 按照变压器绕组的基本形式分为：同芯式和交叠式两种．
1、铁芯式:
（1）、每个铁芯柱上都套有
高压绕组和低乐绕组。为了绝
3 额定电压U1N 和U 2 N (kV ) : 、
指长期运行时所能承受的工作电压（ 线电压）
U1N是指加在一次侧的额定 电压,U 2 N 是指一次侧加 U1N时二次的开路电压对三相变压器指的是线 . 电压.
20
三者关系：
单相 : S 三相 : S
N N
U 1 N I1 N U 2 N I 2 N 3U1N I1N 3U 2 N I 2 N
同理，二次侧感应电动势也有同样的结论。
则:
e2 N 2 d 0 2fN 2 m sin(t 90 0 ) E2 m sin(t 90 0 ) dt
有效值: E2 4.44 fN2m
相量:
E2 j 4.44 fN2m
25
⒉ E1﹑E2在时间相位上滞后于磁通 0 900. 其波形图和相量图如图2—8所示
变压器的基本作用原理与理论分析
变压器的基本作用原理与理论分析变压器是一种通过电磁感应原理工作的电气设备，主要用于改变交流电的电压。
它是电力系统中不可或缺的装置之一，具有电压升降、电流传递和功率传输等重要功能。
变压器的基本作用原理是利用电磁感应现象，即在电路中有变化的磁场时，就会在电路中产生感应电动势。
变压器由两个密闭的线圈组成，其中一个线圈称为主线圈（也称为初级线圈），另一个线圈称为副线圈（也称为次级线圈）。
当交流电通过主线圈时，主线圈中的电流会产生变化的磁场。
这个变化的磁场将穿透到副线圈中，并在副线圈中感应出电动势。
根据法拉第电磁感应定律，副线圈中感应出的电动势与磁场变化的速率成正比。
由于主线圈和副线圈是密闭耦合的，所以副线圈中感应出的电动势可以用来驱动负载或供电。
根据电磁感应原理，主线圈中的变化磁场的大小和速率决定了副线圈中感应出的电动势的大小和频率。
根据变压器的基本公式：N₁/N₂=V₁/V₂=I₂/I₁=(n₂/n₁)²=(A₂/A₁)²其中，N₁和N₂分别是主线圈和副线圈的绕组匝数，V₁和V₂分别是主线圈和副线圈的电压，I₁和I₂分别是主线圈和副线圈的电流，n₁和n₂是主线圈和副线圈中铁心断面积的比例，A₁和A₂分别是主线圈和副线圈的绕组断面积的比例。
从上述公式可以看出，当主线圈和副线圈匝数比例相等时，主线圈和副线圈的电压和电流也是成比例的。
这就是变压器可以改变交流电压的基本原理。
此外，变压器还具有功率传输的重要功能。
根据功率守恒定律，变压器的输入功率等于输出功率。
由于功率等于电压乘以电流，所以输入电压乘以输入电流等于输出电压乘以输出电流。
根据基本公式可知，当主线圈和副线圈匝数的比例不等于1时，电压降和电流升会造成主线圈和副线圈之间有功率损耗。
因此，变压器通过改变电压比例来实现电能的传输，并通过缩小线路损耗和提高电网的电压稳定性。
在理论分析方面，变压器可以用理想变压器模型来近似描述。
理想变压器模型假设变压器没有损耗，主线圈和副线圈的匝数比例为理论值，主线圈和副线圈之间没有电阻和电感。
第二章 变压器 电机学原理
E 10 jL 1 I 0 jI 0 X 1 作为I 0的电抗压降， 1 2fLσ1为漏磁电抗 X
C、原绕组回路的电压方程：
u1 e10 e 10 i 0 R1
U1 I 0 R 1 (-E 10 ) (-E10 ) I 0 (R1 jX 1 ) (-E10 ) -E10 U1 E10 4.44fN 0 m 1
23
i1
i2
e1
u1
e
N1
1
2
e2 u e 2
Z
N2
原边的电压方程：
u1 e1 e 1 i1R1
副边的电压方程：
设
m sin t d 2fN1 m sin(t 900 ) E1m sin(t 900 ) 则 e1 N1 dt d e2 N 2 2fN 2 m sin(t 900 ) E 2 m sin(t 900 ) dt 有效值 E1 4.44 fN1 m 有效值 E2 4.44 fN 2 m
U1 I1 (R1 jX 1 ) (-E1 ) -E1 4.44fN m 1
U1为外加电源，空载与负载均相同，所以 4.44fN 0m 4.44fN m 1 1
0m m 由于磁通近似相等，磁阻不变，所以空载与负载磁动势近似相等。 i 0 N 1 R m 0 i1 N1 i 2 N 2 R m
当原边电压和负载功率因数一 定时, 副边电压随负载电流 的变化关系曲线 即U 2 f(I2 ), 称为为变压器的外特 . , 性
RS
I1
I2
RS ~ ES
~ E
S
R
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。
变压器工作原理讲解
变压器工作原理讲解
一、变压器的结构
变压器是由原线圈和副线圈组成，在原、副线圈中各通入一定的交流电。
在原线圈中通人直流电，在副线圈中通人交流电。
当需要改变变压器的电压时，在原、副线圈之间就会产生一个交变的磁场，而磁场的作用使绕组中产生感应电动势，从而改变了原、副线圈之间的匝数比，并通过磁通量发生变化，从而改变了它们之间的磁场强度。
二、变压器的工作原理
变压器是利用电磁感应原理而制成的一种电气设备。
它由铁芯和绕组两大部分组成。
铁芯是一种多层平板形绝缘绕组，它有磁路部分和结构部分两个部分组成。
绕组是用来改变变压器的电压和电流大小的部件。
1.磁路部分
铁芯是一种多层平板形绝缘绕组，它由许多互相垂直方向排列着的条形磁铁组成。
它们之间通过磁芯上线圈与铁芯相连，这些线圈与铁芯外面的绝缘套相连。
在线圈中通入交流电流时，磁芯就产生旋转运动。
当线圈中的电流消失时，磁芯便沿着逆时针方向转动，而绕组中就产生感应电动势。
—— 1 —1 —。
变压器的基本原理和应用
变压器的基本原理和应用变压器是一种用于转换电压和电流的重要电气设备，它在各个领域都有广泛的应用。
本文将介绍变压器的基本工作原理、构造以及它在电力系统、电子设备和工业制造等方面的应用。
一、基本工作原理变压器的基本工作原理是利用电磁感应的原理，通过互感作用来实现电压或电流的转换。
变压器由铁芯和线圈构成，线圈分为一次线圈和二次线圈。
一次线圈通电时，会在铁芯中形成磁场，而这个磁场会感应出一次线圈和二次线圈中的电动势，进而使电能由一次线圈传递到二次线圈。
二、构造与类型1. 构造: 变压器由铁芯、一次线圈和二次线圈组成。
铁芯通常采用硅钢片制成，可以减少涡流损耗和铁损耗。
一次线圈和二次线圈由绝缘导线绕制而成，它们的匝数决定了变压器的变比。
2. 类型: 变压器根据用途和结构可以分为多种类型，比如电力变压器、配电变压器、电焊机用变压器等。
根据变压器的冷却方式，还可以分为自然冷却和强制冷却两种类型。
三、电力系统中的应用在电力系统中，变压器起到了重要的作用。
它通常用于调节电网中的电压水平，将高压输电线路上的电能转换为低压适用于家庭和企业使用的电能。
此外，变压器还可用于实现电网之间的电能互联，以及电能的长距离传输。
四、电子设备中的应用在电子设备中，变压器也是不可或缺的组成部分。
例如，手机充电器中的插头部分就配备了一个变压器，它可以将市电的高压变成适合手机充电的低压。
另外，各种电子产品的电源模块中也会使用到变压器，用于实现电压的转换和稳定。
五、工业制造中的应用在工业制造中，变压器也有广泛的应用。
例如，在焊接工艺中，变压器可以提供所需的电流和电压来驱动焊接设备。
此外，变压器还可以在电力电子设备中用于电源变换、隔离和稳压，以满足各种工业设备对电能的需求。
六、总结变压器作为一种重要的电气设备，在电力系统、电子设备和工业制造方面都有广泛的应用。
了解变压器的基本原理和构造，可以更好地理解它的工作原理和应用领域。
通过合理的设计和使用，变压器可以高效、稳定地转换和传输电能，为各个领域提供可靠的电力支持。
变压器的原理和作用
变压器的原理和作用变压器是一种重要的电力设备，广泛应用于电力系统、电子设备和工业生产中。
它的作用是将电能进行有效转换和传输。
本文将详细介绍变压器的原理和作用，以帮助读者更好地理解和运用这一关键设备。
一、变压器的原理变压器是基于法拉第电磁感应原理工作的。
根据法拉第电磁感应定律，当变压器的一侧通有交流电流时，会在其另一侧产生电动势。
变压器主要由两个线圈组成，一个被称为“主线圈”或“一次线圈”，另一个被称为“副线圈”或“二次线圈”。
当主线圈通有交流电流时，会在副线圈中感应出电流，两个线圈之间通过磁感应耦合来传递能量。
这是因为主线圈通电产生的磁场穿透到副线圈中，并导致其中的载流子运动。
这种电磁感应的原理使得变压器能够将电压和电流进行有效转换。
在变压器中，主线圈的电压称为“输入电压”或“一次电压”，副线圈的电压称为“输出电压”或“二次电压”。
根据电磁感应原理，输出电压与输入电压之间的比例取决于两个线圈的匝数比。
如果副线圈的匝数比主线圈大，输出电压将较高；如果副线圈的匝数比主线圈小，输出电压将较低。
二、变压器的作用变压器作为一种能量转换设备，具有以下几个重要的作用：1. 电压转换：变压器能够将高电压转换为低电压，或将低电压转换为高电压。
这在电力系统中非常有用，使得电能能够更高效地传输和分配。
例如，发电厂产生的高电压电能可以通过变压器转换为适合家庭和工业使用的低电压。
2. 电流转换：变压器还能够将大电流转换为小电流，或将小电流转换为大电流。
这在电子设备和工业生产中非常重要。
例如，电子设备通常需要稳定的低电压和小电流进行工作，而变压器能够将来自电源的高电压和大电流转换为适合设备使用的低电压和小电流。
3. 电能传输：变压器通过传递能量实现电能的远距离传输。
在电力系统中，通过使用变压器将电能从发电厂传输到各个用户。
变压器不仅可以提供电压转换，还可以减少输电过程中的能量损失。
4. 绝缘：变压器在一定程度上能够提供电气绝缘作用。
电机学(第二章)变压器
漏磁感应电动势
一次绕组漏磁通在一次绕组中感应的漏磁电动势 的瞬时值 d
e 1 N1
1
dt
E 1 j4.44fN1Φ 1m
有效值为 E 1＝4.44f N11m
电压方程式
根据基尔霍夫电压定律
U1 E1 E 1 I10 R1 A U E
空载运行时的电磁关系
U1 E1 E 1 I 0 R1
I 0 R1
U1 U2
I0
F0 N1I 0
1m
E 1 E1
m
E2
E1 k E2
U 2 E2
小结
既有电路的问题，也有磁路的问题，电与磁之 间又有密切的联系。
心式变压器: 结构 心柱被绕组所包围，如图2—1所示。 特点 心式结构的绕组和绝缘装配比较容易， 所以电力变压器常常采用这种结构。
壳式变压器:
结构 铁心包围绕组的顶面、底面和侧面， 如图2—2所示。 特点 壳式变压器的机械强度较好，常用于低 电压、大电流的变压器或小容量电讯变压器。
2.绕组 定义 变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁 线或圆线（铜或铝）绕成。 一次绕组 : 输入电能的绕组。 二次绕组: 输出电能的绕组。 高压绕组的匝数多,导线细；低压绕组的匝数少， 导线粗。 从高,低压绕组的相对位置来看,变压器的绕组可分 为同心式和交迭式。
U1 E1 j4.44fN1Φm
在频率f 和一次绕组匝数N1一定时，空载运行时主磁 通m（励磁磁动势产生）的大小和波形取决于一次 绕组电压的大小和波形。
变比
E1 N1 k E2 N 2
比值 k 称为变压器的变比，是一、二次绕组相电动势有效 值之比，等于每相一、二次绕组匝数比。
电机学第二章
磁滞现象的影响
(三)涡流对激磁电流的影响
交变磁通在铁芯中感应电势，在铁芯中产生涡流及 涡流损耗。涡流电流分量 涡流电流分量Ie由涡流引起的，与涡流 涡流电流分量 损耗对应，Ie与-E1同相位。 由于磁路饱和、磁滞和涡流三者同时存在，激磁电 流实际包含Iµ、Ih 和Ie三个分量；又由于Ih 和Ie同相 位，合并称为铁耗电流分量 铁耗电流分量，用IFe表示。 I 铁耗电流分量
五、近似等效电路和简化等效电路 一）近似等效电路 把激磁支路移至端点处。 把激磁支路移至端点处。计算时引起的误差不 大：变压器的激磁电流(即空载电流)为额定电流 的3％-8％，（大型变压器不到1％）。
相量图
•U2（参考方向） 、E2 •E1与U2方向一致 •Φm超前E1 90度 •Im超前Φm 一个 角度 •U1
第三节 变压器的负载运行
一、负载时的电磁物理现象
负载运行是指一侧绕组接电源， 负载运行是指一侧绕组接电源，另一侧绕组 接负载运行。 接负载运行
N2 N1
变压器的初级、次级绕组没有电的联系，功率传递依靠互感。 在功率传递过程中应满足能量守恒， 在功率传递过程中应满足能量守恒，在电路上需满足电压平 磁路上需满足磁势平衡。 衡、磁路上需满足磁势平衡
x
' 2
I = I
2 ' 2
2
x
2
= k
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2
x
2
物理意义：绕组的电抗和绕组的匝数平方成正 比。由于归算后次级匝数增加了k倍，故漏抗 应增加到k2倍。
四、归算后的基本方程、等效电路和相量图 一）归算后基本方程式：
.' = I m + − I2
变压器的基本作用原理与理论分析
三相：每个柱上有一相高低压绕组； 低压绕组靠近铁芯，高压绕组套在低压外面
6
7
8
二、额定值
（一）额定容量SN （二）额定电压UN （三）额定电流IN （四）额定频率fN
9
[例2-1] 一台DJ-240/6型单相油浸
自冷式变压器的额定容量SN = 240
kVA，额定电压U1N / U2N = 6.3 kV / 0.23 kV。求变压器一、二次绕组的额
路试验，测得Uk = 600 V，Ik = I1N，Pk =
7530 W，环境温度为20C。试求变压器
54
的参数。
2-6 变压器的运行特性
55
一、次级端电压的变化
U 2* 1.0 cos cos +
2
=0.8 =0.8
cos 2=1
2
o
I 2* 1.0
图2-25 变压器的外特性
56
U 1N*=1
(b)
C
图2-1 变压器的铁心平面
(a) 单相变压器； (b) 三相变压器
5
基本结构
铁芯，带有绝缘的绕组，变压器油，油箱，绝缘套管
• 铁芯：
铁芯即为磁路，通过交变磁通； 电工钢片迭成，0.35mm，之间涂有绝缘漆；
• 绕组：
铁芯式和铁壳式，电力系统用铁芯式；
单相：高低压绕组分成两部分分别套在两边的铁芯柱上；
i0 (尖顶波） i01(基波）
0
i03 (3次谐波） t 360
图2-10 尖顶波的分解
24
（四）磁滞现象对励磁电流的影响
磁通波形（正弦波） 磁滞回线
0
t 90 180 0 0 90
图2-11 有磁滞现象时的励磁电流 （磁路饱和，忽略涡流损耗）
变压器的作用及原理
变压器的作用及原理变压器是一种常见的电气设备，它在电力系统中起着非常重要的作用。
变压器的主要作用是将电压从一种电压变成另一种电压，它通过电磁感应的原理来实现这一功能。
下面我们将详细介绍变压器的作用及原理。
首先，让我们来了解一下变压器的结构。
变压器主要由铁芯和绕组组成。
铁芯由硅钢片叠压而成，它的作用是传导磁场和集中磁通，从而提高变压器的效率。
绕组则是由绝缘导线绕成的线圈，分为初级绕组和次级绕组。
当通过初级绕组的电流发生变化时，就会在铁芯中产生磁场，从而感应出次级绕组中的电压。
其次，让我们来了解一下变压器的原理。
变压器的工作原理是基于电磁感应的。
当通过初级绕组的电流发生变化时，就会在铁芯中产生磁场，这个磁场会穿过次级绕组，从而感应出次级绕组中的电压。
根据电磁感应定律，感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，所以通过改变初级绕组的匝数，就可以改变次级绕组的电压。
变压器的作用主要有两个方面。
首先，它可以实现电压的升降。
在电力系统中，有时候需要将高压电能转变为低压电能，或者将低压电能转变为高压电能，这时就需要用到变压器。
其次，变压器还可以实现电能的输送。
在电力系统中，电能需要通过输电线路进行输送，而输电线路上的电压往往需要经过变压器进行调节，以适应不同地区的电压要求。
总结一下，变压器是一种通过电磁感应原理实现电压变换的电气设备，它在电力系统中起着至关重要的作用。
通过改变绕组的匝数，变压器可以实现电压的升降，从而满足不同地区的电压要求。
同时，变压器还可以实现电能的输送，保障电力系统的正常运行。
希望通过本文的介绍，读者对变压器的作用及原理有了更深入的了解。
简述变压器的工作原理及作用
简述变压器的工作原理及作用
一、工作原理
变压器是一种用来改变交流电压的电气设备，其工作原理基于电磁感应定律。
当交流电流通过变压器的初级线圈时，产生一个交变磁场，这个磁场会穿过次级线圈，导致次级线圈中感应出电动势，并使次级线圈中的电流产生变化。
根据法拉第电磁感应定律，磁场的变化会导致次级线圈中电压的变化，从而实现了电压的升高或降低。
二、作用
1.电压变换：变压器可以将输入的交流电压升高或降低到需要的电压
值，满足不同电器设备的工作要求。
2.功率匹配：通过变压器可以实现输入端和输出端功率的匹配，避免
电路中功率的浪费和损耗。
3.隔离保护：变压器能够提供电气设备之间的电气隔离，保护电气设
备和人员的安全。
4.电流调节：通过变压器可以控制电路中的电流大小，实现对电流的
调节和限制。
5.电能传输：变压器在电力传输和配电系统中起到重要作用，将发电
厂产生的高压电能转换为低压用于供电。
综上所述，变压器是电气工程中常用的设备之一，通过改变电压实现对电路的调节和保护，对于电力系统的稳定运行和电气设备的正常工作都至关重要。
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第三节 变压器负载运行 一、物理现象
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二、基本方程式
磁动势平衡式： I1 N 1 I 2 N 2 I m N 1
电流表达式： I1 I m I 2 N 2 N1
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第四节
一、定义：
标幺值
某物理量实际值 标幺值 = 该物理量的基值 二、基值： 电压基值：额定电压。 容量基值：额定容量。 电流和阻抗基值：由电路基本规律算得。
S1b S N，U1b U1 N，I1b S1b U1b I1 N，Z1b U1b I1b 。
2、绕组
同心式：高低压绕组同心，低压绕组靠近铁芯。
交叠式：高低压绕组交叠，低压绕组靠近铁轭。
高压 绕组 低压 绕组
铁芯式变压器
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铁壳式变压器
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3、变压器油：起绝缘和散热的作用。 4、油箱：
5、绝缘套管：由导电杆和瓷套等组成。
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设主磁通 m sin t ，则：
d e1 N 1 N 1 m cos t E1m sin(t 90) dt d e2 N 2 N 2 m cos t E 2 m sin(t 90) dt
其有效值形式为
I m ( gm jbm )( E1 )
化成阻抗的形式为： E1 I m ( rm jx m ) I m Z m
其中： rm
gm bm ，x m 2 2 2 2 gm bm gm bm
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注意：rm 并不是实际存在的电阻，而是为了计算 2 2 铁耗而引进的模拟电阻。 I m rm 表示铁耗， I m x m 表示 励磁无功功率。
计算：
Z0 U0 I0
r0 p0 I 02 r1 rm rm
2 x0 Z 0 r02 x1 xm xm
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说明： 1、以上计算所得参数为低压侧参数，如实验在高压 侧进行，则计算所得参数为高压侧参数。 2、励磁参数随铁芯饱和程度而变化，所以空载实验 应载额定电压下进行。 3、对于三相变压器，计算式中的数值均应是每相值， 计算结果也是每相值。
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五、励磁特性的电路模型 从以上分析可以得出两个结论：
I Fe与 E1 同相位 I 滞后 E1 90˚
令 则
I Fe gm ( E1 ) I jb ( E
m
1 )
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2、电动势的归算值
归算原则：电磁功率保持不变
E2 I 2 E2 I 2 E2 E2 I2 kE2 I2
3、电阻的归算值
归算原则：铜耗保持不变
I2 I 2 r2 I r r2 r2 k 2 r2 I 2
2 2 2 2 2
4、漏抗的归算值
归算原则：漏磁无功损耗保持不变
I2 2 I 2 x I x2 r2 x2 k 2 x2 I 2
2 2 2
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四、归算后的基本方程、等效电路和相量图
归算后的基本方程式如下所示，根据基本方程式可 以画出变压器的等效电路。
注意！对于三相变压器，等效电路指的是某一相 的等效，而不是三相的等效。
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相量图的作法
前提：电路参数和负载已知。
组成：二次电压相量图、电流相量图和一次电压 相量图。
I1
m
Im
I1 L I 2
I
1
I Fe
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七、电路方程、等效电路和相量图 变压器空载运行的电路方程为
E1 I m Z m E I ( r jx ) E I Z U1 1 0 1 1 1 0 1 E U 20 2 I m I Fe I I 0
3、涡流对励磁电流的影响
交变磁通也会在铁芯中感应电动势，从而在铁芯 中产生涡流及涡流损耗。与涡流损耗对应的电流分 量称为涡流电流分量，也与 E1 同相位，也是有功 电流分量。
由于磁滞电流分量和涡流电流分量同相位，可以统 称为铁耗电流分量： I Fe I h I e
这样，励磁电流可以表示为铁耗电流和磁化电流两 个分量： I m I Fe I
E1 m E1 2fN 1 m 4.44 fN 1 m E N 2 1 1 k E2 N 2 E2m E2 2fN 2 m 4.44 fN 2 m 2
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略去电阻压降和漏电势，则
U 1 E1 E U 20 2
S2b S N，U 2b U 2 N，I 2b S2b U 2b I 2 N，Z 2b U 2b I 2b 。
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三、标幺值的表示：用下标“*”表示。
U1 I1 Z1 U 1* ，I 1* ，Z1* U 1b I 1b Z 1b U2 I2 Z2 U 2* ，I 2* ，Z 2* U 2b I 2b Z 2b
励磁支路电压降： E1 I m Z m
一次电压平衡式： U1 E1 I1 Z1 二次电压平衡式： U 2 E2 I 2 Z 2
电压变比： k N 1 E1
N2
E2
负载电路电压平衡式：U 2 I 2 Z L
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注意！对于三相系统，额定值一般都指线间值。
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第二节 变压器空载运行
一、电磁现象：
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二、正方向的规定 电流的正方向与该电流所产生的磁通的正方向符 合右手螺旋定则。
磁通的正方向与其感应的电动势的正方向也符合 右手螺旋定则。
思考： rm 和 xm 大一点好还是小一点好？
rm 和 xm 的大小与哪些因素有关？
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六、漏抗 设一次侧漏电感为 L1σ，一次侧电流为
i1 2 I1 sin t
则一次侧漏磁链为 1 L1 i1 L1 2 I1 sint
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由于尖顶波不能用相量表示，所以要用等效的正 弦波来替代实际的尖顶波。等效的原则是两者有相 同的有效值、相同的基波频率且同相位。该等效的 正弦量用 I 表示，称为磁化电流。
由于 I 与 m 同相位，而 E1 滞 后 m 90˚ ，所以 I 滞后 E1 90˚ ， 具有无功电流的性质。
三、归算 归算目的：为了计算方便。 归算原则：保持变压器内部电磁关系不变。 归算方法：用一个匝数与一次绕组匝数相同的虚 拟绕组替代二次绕组。
需归算的量：与二次绕组有关的物理量，包括电 流、电动势、电阻和漏抗。 1、电流的归算值
归算原则：磁动势保持不变
N 2 I2 I2 N1 I2 N 2 I2 I2 N1 k
以上各量均为每相值，对于三相系统，线间值也可 以用标幺值表示，但要注意其基值是线间额定值。 四、标幺值的优点 1、计算方便且容易判断错误。 2、用标幺值计算的同时也起到归算的作用。 3、用标幺值更能说明问题的实质。
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第五节
参数测定方法
一、空载实验：
目的：求取 rm 和 xm 。 方法：低压侧加额定电压（U0），高压侧开路， 测取 p0 和 I0。
U1 变比又可写成 k U 20
要注意瞬时值、有效值、最大值以及相量之间的 区别。
为了分析方便，我们往往需要进行一些简化或假 设，要注意所得结论的前提条件。
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四、励磁电流 略去电阻压降和漏电势，则
U1 E1 4.44 fN 1 m
对于已制成的变压器，N1为常数，电源频率 f 一般也 为常数，所以 Φm 正比于U1。若外加电压为定值，则 主磁通 Φm 也为定值。
由以上两规定得：电流的正方向与电动势的正方 向一致。
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三、感应电动势、电压变比
对于电力变压器，空载时 i0r1 和 e1σ 都很小，如略去 不计，则 u1 = - e1 。设外加电压 u1 按正弦规律变化， 则Φ 和 e1 、 e2 也都按正弦规律变化。
E2 E1
jI 1 x1
U1
I 1 r1
jI 2 x 2
E1
2
I2
U2
I 2 r2
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五、近似等效电路和简化等效电路
励磁电流只有额定电流 的3%~8%，甚至1%。
合并原边、副边阻抗， 略去励磁电流。
现在的问题是，要产生一定值的主磁通 Φm ，需要 多大的激磁电流 Im ？
励磁电流的大小和波形将受磁路饱和、磁滞及 涡流的影响。