配电变压器基础知识讲解

对一相绕组首尾端有两种标志的方法，一种 是把高、低压绕组的同极性端都标为首端（或尾 端），即当同一铁心柱上高、低压绕组首端的极 性相同时，其电动势相位相同，如图（a）（d） 所示。另一种是把高、低压绕组的不同极性端都 标为首端（或尾端），即当首端极性不同时，高、 低压绕组电动势相位相反，如图（b）（c）。
一次侧接交流电源， +
二次侧接负载。 u1
–
e1+–
2 1
N1
dΦ e1 N1 dt
dΦ e2 N 2 dt
i2
+–e2
+ u2
Z
–
N2
4. 电压变换（设加正弦交流电压）
(1) 一次、二次侧主磁通感应电动势
主磁通按正弦规律变化，设为 msin t, 则
e1
N1
d
dt
N1
d dt
(
I1
E 1E 1
I1 R1
+ ––
U1
E1 E1
– ++
式中 R1 为一次侧绕组的电阻;
X1=L1 为一次侧绕组的感抗(漏磁感抗，由漏
磁产生)。
由于电阻 R1 和感抗 X1 (或漏磁通)较小,其两端 的电压也较小,与主磁电动势 E1比较可忽略不计，
则 U 1 E 1 U1 E1 4.44 f m N 1
2、额定值
• 额定运行情况：制造厂根据国家标准和设计、试验数 据规定变压器的正常运行状态。
• 表示额定运行情况下各物理量的数值称为额定值。额 定值通常标注在变压器的铭牌上。变压器的额定值主要 有：
• 额定容量 SN ：铭牌规定在额定使用条件下所输出的视 在功率。
• 原边额定电压 U1N ：正常运行时规定加在一次侧的端 电压，对于三相变压器，额定电压为线电压。
变压器空载时: I 2 0 , U 2 U 20 E 2 4.44 f m N 2
式中U20为变压器空载电压。
故有
U1 E1 N1 K U20 E2 N 2
K为变比 （匝比）
结论：一次、二次侧电压与匝数成正比。改变匝数比，
就能改变输出电压。
5. 电流变换
有载运行
不论变压器空载还是
二、变压器的分类
按容量大小分类：小型变压器、中型变压器、大型 变压器和特大型变压器。
特大型变压器
二、变压器的分类
按容量大小分类：小型变压器、中型变压器、大型 变压器和特大型变压器。
小型变压器
配电变压器是升压还是降压？
配电变压器是降压， 一般为双绕组、油浸自冷、无励磁调压方式
三、变压器的工作原理
二、变压器的分类
按调压方式分类：无载调压变压器、有载调压变压器； 有载调压变压器可以实现不断电进行电压调节， 无载调压必须停电后采用分接开关来调节
有载调压变压器
二、变压器的分类
按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器和干 式变压器等；
油浸式变压器： 常用于大、中型变压器
二、变压器的分类
按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器和干 式变压器等；
有载，一次绕组上的阻 抗压降均可忽略，故有
+
u–1
–i1
e1
+
Φ
N1 N2
U1 E1 4 .44 f m N1
i2
++
e2 u2 |Z|
––
当U1、 f 不变，则 m 基本不变，近于常数。
所以 i1N1 i2 N2 或 I1 N1 I2 N 2
所以 I1N1 I2N2
I1 N2 1 I 2 N1 K
接交流电源的绕组称为原绕组或称一次绕组，该侧是通 入交流电流侧，即吸收电能侧，输入电能侧,也称一次侧。
接负载的绕组称为副绕组或称二次绕组，该侧是接负载 侧，即输出电能侧，也称二次侧。
当原边绕组接到交流电源时，绕组中便有交流电流流过，
并在铁心中产生与外加电压频率相同的磁通(主磁通)，这个交
变磁通同时交链着原边绕组和副边绕组。并且在一、二次绕组
绕组名
电力变压器的出线标志
单相变压器
三相变压器
首端 末端 首端
末端
中点
高压绕组 A
X ABC XYZ N
中压绕组 Am 低压绕组 a
Xm A m Bm Cm Xm Ym Zm
Nm
x abc xyz n
同极性(名)端：由于变压器高、低压绕组交链着同 一主磁通，当某一瞬间高压绕组的某一端为正电 位时，在低压绕组上必有一个端点的电位也为正， 则这两个对应的端点称为同极性端，并在对应的 端点上用符号“．”标出。
• 常用于输配电系 统中变换电压和 传输电能
二、变压器的分类
按线圈数分类：双绕组变压器、三绕组变压器和自 耦变压器；
双绕组变压器
二、变压器的分类
按线圈数分类：双绕组变压器、三绕组变压器和自 耦变压器；
三绕组变压器
二、变压器的分类
按铁心结构分类：心式变压器和壳式变压器；
心式变压器： 中间无铁芯柱 “口”字型， 用于大、中型 变压器、高压 的电力变压器
注意：绕组的极性只决定于绕组的绕向，与绕组 首、尾端的标志无关。规定绕组相电动势的正方 向为从首端指向末端。如高压A相绕组的相电动势
为 EA（X 简写为 EA ），其正方向为从A指向X。规定
绕组线电动势的正方向为从下表中第一个字母指 向第二个字母，如 EAB 即表示A、B两相间线电动 势的正方向为从A指向B。
电能 → 磁场能 → 电能转化 (U1、I1) (变化的磁场) ( U2、I2)
+
u1
–
一次 绕组
i1
Φ
N1
变压器原理图
铁心
i2
+
u2 Z
– N2 二次
绕组
思考： 若给原线圈接 直流电压U1, 副线圈电压U2?
=0
其感应电动势大小可分别表示为：
e1
N1
d
dt
e2
N2
d
dt
式中 N 2、N 2—— 一、二次绕组的匝数;
换句话说，变压器就是实现电能在不同等级之间 进行转换。
变压器的构造
2.示意图
1.构造：
（1）铁芯 （2）原线圈(初级线圈) （3）副线圈(次级线圈)
3.电路图中符号
n1
n2
铁芯与线圈互相绝缘
主要作用：
• 1、变换电压： – 升压——提高线路输送容量和距离，降 低线路损耗。 – 降压——提供合适的供电电压，降低设 备绝缘等级。
发电厂 10.5kV
输电线 220kV
变电站 10kV
升压
降压
降压
…
实验室
380 / 220V
降压
仪器 36V
降压
生活中需要各种电压
用电器 额定工作电压 用电器 额定工作电压
随身听 扫描仪
3V
机床上的照明灯
36V
12V
防身器
3000V
手机充电器 4.2V 4.4V 5.3V 黑白电视机显像管 1~2万伏
• 2、传递电能
二、变压器的分类
变压器的种类很多，可按其用途、相数、结构、 调压方式、冷却方式等不同来进行分类。
按用途分类：电力变压器（升压、降压）、仪用变 压器（电压互感器、电流互感器）、整流变压器；
电力变压器
二、变压器的分类
仪用互感器是保证电能系统安全运行的重要设备，它 的二次电压或电流用于测量仪器或继电保护自动装 置，使二次设备与高压隔离，保证设备和人身安全
配电变压器
形形色色的变压器
变电站的大型变压器
街头变压器
各式变压器
可拆式变压器
在输电过程中，电压必须进行调整。
在输电过程中，电压必须进行调整。
•发电机的输出电压一般有3.15kV、6.3kV、10.5 kV、 15.75 kV、18 kV、20 kV等几种，因此必须用升压变压器将电压升 高才能实现远距离经济输送。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。目前，我国交流输电的电压 最高已达750kV。
录音机 6V 9V 12V 彩色电视机显像管 3~4万伏
在我们使用的各种用电器中，所需的电源电 压各不相同，而日常照明电路的电压是220V，那 么如何解决这一问题呢？
需改变电压，以适应各种不同电压的需要。
一、变压器概述
变压器是一种静止的电气设备，利用电磁感应原 理将一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另一 种电压、电流的电能。
• 副边额定电压U 2N ：一次侧加额定电压时，二次侧空 载时的端电压。
• 原边额定电流 I1N ：变压器满载运行时，一次侧绕 组允许的电流值。对于三相变压器，I1N 为原边额 定线电流。
• 副边额定电流 I2N ：变压器满载运行时，二次侧 绕组允许的电流值。对于三相变压器，I2N 为副边 额定线电流。
d ——磁通变化率。
dtห้องสมุดไป่ตู้
一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。
耦合<====>联系
3. 电磁关系 （1）空载运行情况
i0
一二次次侧侧接开交路流。电源，u+– 1 e1+–
1
N1
dΦ e1 N1 dt
dΦ e2 N 2 dt
i2 0
++
e2 u20
–– N2
(2) 带负载运行情况
i1
•
•
E1
E1
•
E2
E2
•
•
•
E1
E1
•
E2
E2
•
二、单相变压器的连接组标号
用不同的连接组标号可以反映变压器两侧绕组对 应的电压或电动势之间的相位关系。它由绕组的 绕向和端头标志决定。 时钟法：即把高压绕组的线电动势相量作为时钟 的长针，且固定指向12的位置，对应的低压绕组 的线电动势相量作为时钟的短针，其所指的钟点 数就是变压器连结组的标号。
结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。
变压器的铭牌和技术数据
1、变压器的型号:型号表示一台变压器的结构、额定容量、 电压等级、冷却方式等内容。
S J L * 1000/10
高压绕组的额定电压(KV)
变压器额定容量(KVA)
设计序号
L铝线圈， Z有载调压，S三绕组
冷却方式
J:油浸自冷式 F:风冷式
相数 S:三相 D:单相
• 位形图
为了方便，用一个相量图既表示电压相量，
也表示电动势相量，同时，不再标注电压或电动
势相量符号，只标明首、末端标志字母。采用这
种表示方法，各电压或电动势之间的相位关系不
变。这种图称为位形图，如图所示，图中相量表
示 EXA EAX UAX 。
A
X
位形图
三、三相绕组的连结方式
对于三相变压器，不论是高压绕组还是低压绕 组，我国主要采用星形连接（Y连接）和三角形连 接（D连接）两种。
• 单相变压器额定值的关系式： SN U1N I1N U2N I2N
• 三相变压器额定值的关系式： SN 3U1N I1N 3U2N I2N • 额定频率 fN ：我国工频：50Hz；
• 还有额定效率、温升等额定值。
六、三相变压器的极性和连接组别
一、绕组的端点标志与极性 首先，我们来了解一下变压器出线端的标志符号
• 对于单相变压器，当同极性端同标志时，高、低 压绕组电压同相位，如图(a) 、(d)所示，连接组 为I,I0。其中I,I表示高、低压绕组都是单相绕组。 当同极性端异标志时，高、低压绕组电压相位相 反，如图(b) 、(c)所示，连接组为I,I6。
• 我国国家标准规定I，I0为单相变压器的标准连接 组。
二、变压器的分类
按铁心结构分类：心式变压器和壳式变压器；
壳式变压器：中间无 铁芯柱，“日”字型 常用于小型变压器、 大电流的特殊变压器 ，如电炉变压器、电 焊变压器；或用于电 子仪器及电视、收音 机等的电源电压器
二、变压器的分类
按铁心结构分类：心式变压器和壳式变压器；
C型变压器： 常用于电子技术中的 变压器，例如电流互 感器、电压互感器等 。 特点绕线方便、安全 高效、耐压性强
中分别产生感应电动势。
铁心
+
u1
–
一次 绕组
i1
Φ
N1
变压器原理图
i2
+
u2 Z
– N2 二次
绕组
铁芯绕上线圈，给线圈通电，铁芯被磁化而形成 电磁铁，铁芯形成磁场的通路，简称磁路。同时，磁路又 会影响电路。
红色虚线：磁路中主磁通的通路；
紫色虚线：通过空气闭合的极少部分漏磁通。
电磁感应原理：
变化的电场产生磁场,变化的磁场也能产生电场。
干式变压器： 用于安全防火要求较高 的场合，如地铁、机场 及高层建筑
二、变压器的分类
按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器和干 式变压器等；
风冷式变压器： 强迫油循环风冷， 用于大型变压器
二、变压器的分类
按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器和干 式变压器等；
自冷式变压器： 空气冷却，用 于中、小型变 压器
电压互感器
电流互感器
二、变压器的分类
按用途分类：电力变压器（升压、降压）、仪用变 压器（电压互感器、电流互感器）、整流变压器；
整流变压器
二、变压器的分类
按相数分类：单相变压器和三相变压器；
• 常用于单相交流电路 中隔离、电压等级的 变换、阻抗变换、相 位变换或三相变压器 气组
二、变压器的分类
按相数分类：单相变压器和三相变压器；
msin
t)
N1 mcos t
E1msin(t 90)
有效值:
E1
E1m 2
2fN 1m
2
E1 4.44 f m N 1
同 理： e2 E2msin(t 90)
E2 4.44 f m N 2
(2) 一次、二次侧电压
变压器一次侧等效电路如图
根据KVL：
U 1
R1 R1
II11
E σ1 j X1