变压器工作原理

四、空源自文库电流和空载损耗
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变压器空载运行时， 变压器空载运行时，空载电流
分解成两部分： I10分解成两部分：
1． 为无功分量， 用来建立磁场， 起励磁作用，其与主 ． 为无功分量 ， 用来建立磁场 ， 起励磁作用 ， 磁通同相位； 磁通同相位； 2．为有功分量，用来供给变压器铁心损耗，其相位超 ．为有功分量，用来供给变压器铁心损耗， 前主磁通约90 前主磁通约 0。即
二、变压器负载运行时的基本方程式 （一）磁通势平衡方程式 1．变压器负载运行时磁通势平衡方程式为
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F+F =F0 1 2 1
I1 N +I2 N =I10 N 1 2 1
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2．电流平衡方程式为 ．
忽略I 忽略 10时，一、二次绕组电流有效值关系为 I1=I2/k
三、变压器的作用 通过对变压器负载运行的分析， 通过对变压器负载运行的分析 ， 可以清楚地看出变 压器具有变电压、变电流、变阻抗的作用。 压器具有变电压、变电流、变阻抗的作用。 （一）变换电压 U1/U2≈E1/E2=k=N1/N2 （二）变换电流 I1/I2≈N2/N1=1/k （三）变换阻抗
第三节 单相变压器的负载运行
变压器的负载运行： 变压器的负载运行：是指变压器在一次绕组加上额定正弦 交流电压，二次绕组接负载 的情况下的运行状态， 交流电压，二次绕组接负载ZL的情况下的运行状态，如图所 示。
一、负载运行时的各物理量 负载运行时一、 负载运行时一、二次电流关系
∆I1 =− N N).I2 ( 2 1
第二节 单相变压器的空载运行
一、空载运行时各物理量正方向的规定 图中标出各电压、电流、磁通、 图中标出各电压、电流、磁通、感应电动势的正方向
正弦量的正方向通常规定如下： 正弦量的正方向通常规定如下： 1）电源电压正方向与其电流正方向采用关联方向，即两者 电源电压正方向与其电流正方向采用关联方向， 正方向一致。 正方向一致。 2）绕组电流产生的磁通势所建立的磁通，这二者的正方向 绕组电流产生的磁通势所建立的磁通， 符合右手螺旋定则。 符合右手螺旋定则。 3）由交变磁通φ产生的感应电动势，二者的正方向符合右 由交变磁通φ产生的感应电动势， 手螺旋定则，即它的正方向与产生该磁通的电流正方向一致。 手螺旋定则，即它的正方向与产生该磁通的电流正方向一致。 由上述规定，在图中标出各电压、电流、磁通、 由上述规定，在图中标出各电压、电流、磁通、感应电动势的 正方向如图中所示。 正方向如图中所示。
第一节 变压器基本工作原理和结构
一、变压器的基本工作原理
二次绕组（也称副绕组或次级绕组）：接负载， 二次绕组（也称副绕组或次级绕组）：接负载，其匝 ）：接负载 数为N 数为 2 一次绕组（也称原绕组或初级绕组） 接交流电源， 一次绕组 （ 也称原绕组或初级绕组 ） ： 接交流电源 ， 其匝数为N 其匝数为 l； 一、二次绕组中其感应电动势瞬时值分别为
用字母Y 分别表示一次绕组或二次绕组的星形联结。 用字母 Y或y 分别表示一次绕组或二次绕组的星形联结 。 若同时也把中点引出，则用YN或yn表示。 若同时也把中点引出，则用YN或yn表示。 YN 表示 用字母D 用字母D或d分别表示一次统组或二次绕组的三角形联 结。我国生产的电力变压器常用Yyn、Yd、YNd、Dyn等四 我国生产的电力变压器常用Yyn、Yd、YNd、Dyn等四 Yyn 种联结方式，其中大写字母表示一次绕组的联结方式，小 种联结方式，其中大写字母表示一次绕组的联结方式， 写字母表示二次绕组的联结方式。 写字母表示二次绕组的联结方式。
U 1 ≈ − E1
二次绕组的端电压等于其感应电动势： 二次绕组的端电压等于其感应电动势：
变压器一次绕组的匝数N 与二次绕组匝数N 变压器一次绕组的匝数 l与二次绕组匝数 2之比称为变压 器的电压比k， 器的电压比 ，即
为升压变压器； 当N2＞N1时，k＜1，则U2＞U1，为升压变压器；若N2＜N1， 为降压变压器。若改变电压比k k＞1，则U2＜U1，为降压变压器。若改变电压比k，即改变 一次或二次绕组匝数， 一次或二次绕组匝数，则可达到改变二次绕组输出电压时目 的。
二、变压器的应用与分类 1、变压器的应用 、 变压器能够变换交变电压、变换交变电流、 变压器能够变换交变电压、变换交变电流、变换阻抗的作 用 2、变压器的种类很多，按用途不同主要分为： 、变压器的种类很多，按用途不同主要分为： 1）电力变压器：供输配电系统中升压或降压用。 ）电力变压器：供输配电系统中升压或降压用。 2）特殊变压器：如电炉变压器、电焊变压器 ）特殊变压器：如电炉变压器、 3）仪用互感器：如电压互感器与电流互感器。 ）仪用互感器：如电压互感器与电流互感器。 4）试验变压器：高压试验用。 ）试验变压器：高压试验用。 5）控制用变压器：控制线路中使用。 ）控制用变压器：控制线路中使用。 6）调压器：用来调节电压。 ）调压器：用来调节电压。 三、电力变压器的基本结构 铁心、 （一）铁心、（二）绕组 、（三）绝缘套管 、（四）油箱 及附件
1.铁心 铁心 铁心是变压器的磁路部分，是绕组的支撑骨架。 铁心是变压器的磁路部分，是绕组的支撑骨架。铁心 由心柱和磁轭两部分组成，铁心用厚度为 由心柱和磁轭两部分组成，铁心用厚度为0.35mm，表面涂 ， 有绝缘漆的热轧硅钢片或冷轧硅钢片叠装而成。 有绝缘漆的热轧硅钢片或冷轧硅钢片叠装而成。 2.绕组 绕组 绕组是变压器的电路部分， 绕组是变压器的电路部分，常用绝缘铜线或铝线绕制而 成。工作电压高的绕组称为高压绕组，工作电压低的绕组称 工作电压高的绕组称为高压绕组， 为低压统组。 为低压统组。
二、三相变压器的电路系统 三相变压器的电路系统是指三相变压器各相的一次 统组、二次绕组的连接情况。 统组、二次绕组的连接情况。三相变压器绕组的首端和尾 端的标志规定如下表所示。 端的标志规定如下表所示。
（一）三相变压器绕组的联结法 三相变压器绕组的联结有星形和三角形两种联结方 所示。 式。如下图a所示。 如下图 所示
四、电力变压器的额定值与主要系列 1．额定容量 N ．额定容量S （1）单相变压器的额定容量为 ） SN=UN1IN1=UN2IN2 （2）三相变压器的容量为 ） SN=UN1IN= UN2IN2 2．额定电压 1N和U2N ．额定电压U （1）UN1为一次侧绕组额定电压 ） （2）UN2为二次绕组额定电压 ） 3．额定电流 N1和IN2 ．额定电流I （1）IN1是一次绕组的额定电流； ） 是一次绕组的额定电流； （2）IN2是二次绕组的额定电流。 ） 是二次绕组的额定电流。 4．额定频率 ．额定频率f 我国规定的标准工业用电频率为50HZ 我国规定的标准工业用电频率为
二、感应电动势与漏磁电动势 (一)、感应电动势 若主磁通， sinωt， 则一、 若主磁通 ， φ=Φmsinωt ， 则一 、 二次绕组感应电 动势瞬时值为： 动势瞬时值为：
一、二次绕组感应电动势有效值为： 二次绕组感应电动势有效值为： 44fN E1=4.44fN1Φm 44fN E2=4.44fN2Φm
2．电压变化率 ．
（二）变压器的效率特性 变压器的效率特性：是指负载功率因数cosφ2不变的 变压器的效率特性：是指负载功率因数 情况下，变压器效率随负载电流变化的的关系， 情况下，变压器效率随负载电流变化的的关系，即曲线 如下图所示。 η＝f（I2），如下图所示。 ＝（ 对于电力变压器，最大效率出现在 （ 对于电力变压器，最大效率出现在I2=（0.5~0.7） ） I2N时，其额定效率ηN＝0.95－0.99。 其额定效率 － 。
3.绝缘套管 绝缘套管 绝缘套管是变压器绕组的引出装置， 绝缘套管是变压器绕组的引出装置，将其装在变压器的 油箱上， 油箱上，实现带电的变压器绕组引出线与接地的油箱之间的 绝缘。 绝缘。 4.油箱及其附件 油箱及其附件 油箱安装变压器的铁心与绕组。 油箱安装变压器的铁心与绕组。变压器油起绝缘和冷却 作用。电力变压器附件还有安全气道、测温装置、分接开关、 作用。电力变压器附件还有安全气道、测温装置、分接开关、 吸湿器与油表等。 吸湿器与油表等。
上式表明，经变压器把负载 ZL 阻抗变换为 ZL' 。通 过选择合适的电压比k，可把实际负载阻抗变换为所需的 阻抗值，这就是变压器的变换阻抗作用。
四、变压器的运行特性 1．变压器运行特性主要有：（1）外特性（2）效率特性。 ．变压器运行特性主要有： ）外特性（ ）效率特性。 2．运行的主要指标为：（1）电压变化率（2）效率 ．运行的主要指标为： ）电压变化率（ ） （一）变压器的外特性和电压变化率 1．变压器的外特性： 是指在一次绕组加额定电压，负载功率因数 是指在一次绕组加额定电压，负载功率因数cosφ2为额定 值 时 ， 二 次 绕 组 端 电 压 U2 随 负 载 电 流 I2 的 变 化 关 系 ， 即 U2=f(I2) 曲线，如下图所示。 曲线，如下图所示。 在纯电阻负载时，电压变化较小；为感性负载时， 在纯电阻负载时，电压变化较小；为感性负载时，电压 变化较大；而在容性负载时， 变化较大；而在容性负载时，端电压可能出现随负载电流的 增加反而上升，如下图中曲线 所示 所示。 增加反而上升，如下图中曲线3所示。
第五节 其他用途的变压器
本节介绍常用的自耦变压器、仪用互感器和弧焊变压器 的工作原理及特点。 一、自耦变压器 1．自耦变压器的结构特点是：一、二次绕组共用一个绕 组。如下图所示。 对于降压自耦变压器，一次绕组的一部分充当二次绕组； 对于升压自耦变压器，二次绕组的一部分充当一次绕组。 因此自耦变压器一、二次绕组之间既有磁的联系，又有电 的直接联系。将一、二次绕组共用部分的绕组称为公共绕组 。下面以降压自耦变压器为例分析其工作原理。
第四节 三相变压器
三相变压器组： 三相变压器组：是由三个单相变压器按一定方式连接 在一起组成的。如下图所示。 在一起组成的。如下图所示。 三相变压器组各相之间只有电的联系，没有磁的联系。 三相变压器组各相之间只有电的联系，没有磁的联系。 三相心式变压器： 三相心式变压器：将三个铁心柱用铁轭连在一起来构 成三相心式变压器。 成三相心式变压器。 一、三相变压器的磁路系统 （一）三相变压器组的磁路
第三章 变 压 器
本章以一般用途的电力变压器为主要研究对象， 本章以一般用途的电力变压器为主要研究对象，着重 分析单相变压器的工作原理、基本结构和运行情况， 分析单相变压器的工作原理、基本结构和运行情况，对其 他用途的变压器作简单介绍。以期掌握变压器变电压、变 他用途的变压器作简单介绍。以期掌握变压器变电压、 电流、变阻抗的原理，理解变压器铭牌数据含义； 电流、变阻抗的原理，理解变压器铭牌数据含义；学会正 确使用各种变压器。 确使用各种变压器。 变压器：是一种静止的电气设备。 1．变压器：是一种静止的电气设备。它是根据电磁感应的 原理， 原理 ， 将某一等级的交流电压和电流转换成同频率的另一 等级电压和电流的设备。 等级电压和电流的设备。 2．作用：变换交流电压、变换交流电流和变换阻抗。 作用：变换交流电压、变换交流电流和变换阻抗。
2．自耦变压器的电压比 ．
3．自耦变压器的变流公式 ．
4．自耦变压器的输出视在功率（即容量）为 ．自耦变压器的输出视在功率（即容量）
5．种类：自耦变压器有单相和三相两种。 ．种类：自耦变压器有单相和三相两种。 一般三相自耦变压器采用星形接法。 一般三相自耦变压器采用星形接法 。图1-21为 为 三相自耦变压器原理图。 三相自耦变压器原理图。 如果将自耦变压器的抽头做成滑动触头， 如果将自耦变压器的抽头做成滑动触头，就成 为自耦调压器，常用于调节试验电压的大小。 为自耦调压器，常用于调节试验电压的大小。图122为常用的环形铁心单相自耦调压器原理图。 为常用的环形铁心单相自耦调压器原理图。 为常用的环形铁心单相自耦调压器原理图
由此，对某台具体的变压器而言， 均为常数， 由此，对某台具体的变压器而言，f及N1均为常数，因 此当加在变压器上的交流电压有效值U 恒定时， 此当加在变压器上的交流电压有效值U1恒定时，则变压器铁 心中的磁通Φm基本保持不变。 心中的磁通Φm基本保持不变。 Φm基本保持不变
三、变压器空载运行时的电动势平衡方程式和电压比 一次绕组电动势平衡方程式 若不计一次绕组中的阻抗， 若不计一次绕组中的阻抗 ， 则外加电压几乎全部用来平 衡反电动势： 衡反电动势： • •