变压器基本结构和原理讲解
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绕组磁通势产生的。
i2 0
++
–e 2
u 20
–
N2
磁路与电路的比较 磁路
磁通势F
磁通
磁感应强度B
磁阻 R m l
S
I
N
F NI
Rm
l
S
电路
电动势 E 电流 I 电流密度 J 电阻 R l
S
I
+
_E
R
I E E
R
l
S
电磁关系
(2) 带负载运行情况 i1
+
u
–
Leabharlann Baidu
1
e+–σe
– 11+
2
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
心式
变压器符号
5.1.2 变压器的基本结构
铁心
+
i1
Φ
u1
–
一次
N1
i2
+
u2 ZL
–
N2 二次
绕组
绕组
单相变压器
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
5.2 变压器的工作原理
= k2 | ZL |
U1
U2 |ZL|
I1 U1
等 效
|ZL'|
图 变压器的阻抗变换
返回
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例: 如图，交流信号源的电动
势 E= 120V，内阻 R 0=800， 负载为扬声器，其等效电阻为 R0
IN 1 N 2 I2
+
RL=8。要求: （1）当RL 折算到原边的等效电阻
［解］
电压比：
k
=
U1N U2N
=
10 000 230
= 43.5
空载电压： U20 = U2N = 230 V
满载电压: U2 = U2N (1－ΔU％ )
= 230×(1－0.03) V = 223 V
返回
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(二) 电流变换
U1N ≈ E1 = 4.44 f N1Φm
※ 规定: 当 U1 = U1N 时, U20 = U2N
※ 如铭牌上标注: 电压 10 000 / 230V
U1N
U2N
返回
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▲变压器的外特性: 当 U1 = U1N,
λ2 = cos2 不变时:
U2 = f ( I2)
U2 U2N
λ2=1 λ2= 0.8(感性)
▲电压调整率:
上一节
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(一) 电压变换
电压比:
k
=
E1 E2
=
N1 N2
U1 ≈－E1
U2≈－E2
U1 U2
=
N1 N2
=k
原边电压为U1 110伏，匝数为N1, 次边电压为U2伏，匝数为N2, 若输出电压不变，原边电压为220伏，匝数为多少？
返回
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变压器空载时: I2 = 0，I1 = I0 U2 = U20 = E2，U1≈E1
当： U 、f 一定时，
Φm 基本不变。
i
+
u －
e
el
Φ
Φl
图 交流铁心线圈电路
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2. 变压器功率损耗
功率损耗：
铜损 铁损 磁滞损耗
P = PCu + PFe = RI2 +( Ph + Pe )
涡流损耗
返回
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※ 铜损耗使线圈发热， 铁损耗使铁心发热。
※ 减小铁损耗的方法： ① 使用软磁材料减小 Ph ； ② 增大铁心的电阻率，
0
I2
图 变压器的外特性
ΔU％ =
U2N－U2 U2N
×100%
ΔU％ = 2 ~ 3%
返回
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［例］ 某单相变压器的额定电压为 10 000/230 V，接在 10 000 V 的交流电源上向一电 感性负载供电，电压调整率为 0.03。求变压器的电 压比及空载和满载时的二次电压。
5.1.1 概述 5.1.2 变压器的基本结构
5.1 变压器的基本结构
5.1.1 概述
变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电 子线路中应用广泛。 变压器的主要功能有：
变电压：电力系统 变电流：电流互感器 变阻抗：电子线路中的阻抗匹配
变压器的分类
电力变压器 (输配电用)
按用途分 仪用变压器 电压互感器 电流互感器
N1i1
↓
Φm ≈
U1N 4.44 f N1
N1i0
→
Φ ↑
磁通势平衡方程： N1I1 + N2I2 = N1I0
N2i2
忽略I0，则：
N1I1 + N2I2 = 0
I1 =－
N2 N1
I2
I1 I2
=
N2 N1
=
1 k
返回
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［例］
上例中的变压器，当 |ZL| = 0.966
1. 铁心线圈电路 2. 变压器的功率及功率损耗 3. 变压器的工作原理
5.2 变压器的工作原理
+
i1
Φ
u1
–
一次
N1
绕组
单相变压器
铁心
i2
+
u2 ZL
–
N2 二次
绕组
一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。
1. 铁心线圈电路
励磁：u → i
→N i
→Φ →e =－N
dΦ dt
Φl →el =－N
dΦl dt
=－Ll
di dt
电压与电流关系 设: Φ =Φm sinωt 则:
e =－NωΦm cosωt = NωΦmsin(ωt－90o)
Em= NωΦm = 2πf NΦm
i
+
u －
e
el
Φ
Φl
图 交流铁心线圈电路
返回
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E = 4.44 f NΦm
则：
Φm=
U 4.44 f N
Ω 时，变压器正好满载。求该变压器的电流。
［解］
I2 =
U2 |ZL |
=
223 0.966
= 224 A
I1 =
I2 k
= 5.15 A
返回
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(三) 阻抗变换作用
I1
I2
U1 U2
=
I2 I1
=
N1 N2
=k
|ZL'| =
U1 I1
=
kU2 I2/ k
= k2
U2 I2
1
N1
i2
+–e2e+–2u+–2 Z N2
有载时，铁心中主磁通是由一次、二
次绕组磁通势共同产生的合成磁通。
磁通势平衡方程： N1I1 + N2I2 = N1I0
(一) 电压变换
※ 一次绕组： E1 =4.44 f N1Φm
U1 E1
※ 二次绕组： E2 =4.44 f N2Φm
U2 E2
返回
减小涡流及其损耗 ； ③用很薄的硅钢片叠成铁心，
减小涡流及其损耗 。
Φ
(a) Φ
0.35mm 0.30mm 0.27mm
(b)
图 涡流损耗
返回
上一0节.22m下m一节 上一页 下一页
3. 变压器的工作原理
电磁关系
(1) 空载运行情况
i0
+
u
–
1
e+–σe
– 11+
1
N1
空载时，铁心中主磁通是由一次
变压器基本结构和 原理讲解
5.1 变压器的基本结构 5.2 变压器的工作原理 5.3 特殊变压器
磁路与电路的比较 磁路
磁通势F
磁通
磁感应强度B
磁阻 R m l
S
I
N
F NI
Rm
l
S
电路
电动势 E 电流 I 电流密度 J 电阻 R l
S
I
+
_E
R
I E E
R
l
S
5.1 变压器的基本结构
i2 0
++
–e 2
u 20
–
N2
磁路与电路的比较 磁路
磁通势F
磁通
磁感应强度B
磁阻 R m l
S
I
N
F NI
Rm
l
S
电路
电动势 E 电流 I 电流密度 J 电阻 R l
S
I
+
_E
R
I E E
R
l
S
电磁关系
(2) 带负载运行情况 i1
+
u
–
Leabharlann Baidu
1
e+–σe
– 11+
2
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
心式
变压器符号
5.1.2 变压器的基本结构
铁心
+
i1
Φ
u1
–
一次
N1
i2
+
u2 ZL
–
N2 二次
绕组
绕组
单相变压器
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
5.2 变压器的工作原理
= k2 | ZL |
U1
U2 |ZL|
I1 U1
等 效
|ZL'|
图 变压器的阻抗变换
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例: 如图，交流信号源的电动
势 E= 120V，内阻 R 0=800， 负载为扬声器，其等效电阻为 R0
IN 1 N 2 I2
+
RL=8。要求: （1）当RL 折算到原边的等效电阻
［解］
电压比：
k
=
U1N U2N
=
10 000 230
= 43.5
空载电压： U20 = U2N = 230 V
满载电压: U2 = U2N (1－ΔU％ )
= 230×(1－0.03) V = 223 V
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(二) 电流变换
U1N ≈ E1 = 4.44 f N1Φm
※ 规定: 当 U1 = U1N 时, U20 = U2N
※ 如铭牌上标注: 电压 10 000 / 230V
U1N
U2N
返回
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▲变压器的外特性: 当 U1 = U1N,
λ2 = cos2 不变时:
U2 = f ( I2)
U2 U2N
λ2=1 λ2= 0.8(感性)
▲电压调整率:
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(一) 电压变换
电压比:
k
=
E1 E2
=
N1 N2
U1 ≈－E1
U2≈－E2
U1 U2
=
N1 N2
=k
原边电压为U1 110伏，匝数为N1, 次边电压为U2伏，匝数为N2, 若输出电压不变，原边电压为220伏，匝数为多少？
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变压器空载时: I2 = 0，I1 = I0 U2 = U20 = E2，U1≈E1
当： U 、f 一定时，
Φm 基本不变。
i
+
u －
e
el
Φ
Φl
图 交流铁心线圈电路
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2. 变压器功率损耗
功率损耗：
铜损 铁损 磁滞损耗
P = PCu + PFe = RI2 +( Ph + Pe )
涡流损耗
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※ 铜损耗使线圈发热， 铁损耗使铁心发热。
※ 减小铁损耗的方法： ① 使用软磁材料减小 Ph ； ② 增大铁心的电阻率，
0
I2
图 变压器的外特性
ΔU％ =
U2N－U2 U2N
×100%
ΔU％ = 2 ~ 3%
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［例］ 某单相变压器的额定电压为 10 000/230 V，接在 10 000 V 的交流电源上向一电 感性负载供电，电压调整率为 0.03。求变压器的电 压比及空载和满载时的二次电压。
5.1.1 概述 5.1.2 变压器的基本结构
5.1 变压器的基本结构
5.1.1 概述
变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电 子线路中应用广泛。 变压器的主要功能有：
变电压：电力系统 变电流：电流互感器 变阻抗：电子线路中的阻抗匹配
变压器的分类
电力变压器 (输配电用)
按用途分 仪用变压器 电压互感器 电流互感器
N1i1
↓
Φm ≈
U1N 4.44 f N1
N1i0
→
Φ ↑
磁通势平衡方程： N1I1 + N2I2 = N1I0
N2i2
忽略I0，则：
N1I1 + N2I2 = 0
I1 =－
N2 N1
I2
I1 I2
=
N2 N1
=
1 k
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［例］
上例中的变压器，当 |ZL| = 0.966
1. 铁心线圈电路 2. 变压器的功率及功率损耗 3. 变压器的工作原理
5.2 变压器的工作原理
+
i1
Φ
u1
–
一次
N1
绕组
单相变压器
铁心
i2
+
u2 ZL
–
N2 二次
绕组
一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。
1. 铁心线圈电路
励磁：u → i
→N i
→Φ →e =－N
dΦ dt
Φl →el =－N
dΦl dt
=－Ll
di dt
电压与电流关系 设: Φ =Φm sinωt 则:
e =－NωΦm cosωt = NωΦmsin(ωt－90o)
Em= NωΦm = 2πf NΦm
i
+
u －
e
el
Φ
Φl
图 交流铁心线圈电路
返回
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E = 4.44 f NΦm
则：
Φm=
U 4.44 f N
Ω 时，变压器正好满载。求该变压器的电流。
［解］
I2 =
U2 |ZL |
=
223 0.966
= 224 A
I1 =
I2 k
= 5.15 A
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(三) 阻抗变换作用
I1
I2
U1 U2
=
I2 I1
=
N1 N2
=k
|ZL'| =
U1 I1
=
kU2 I2/ k
= k2
U2 I2
1
N1
i2
+–e2e+–2u+–2 Z N2
有载时，铁心中主磁通是由一次、二
次绕组磁通势共同产生的合成磁通。
磁通势平衡方程： N1I1 + N2I2 = N1I0
(一) 电压变换
※ 一次绕组： E1 =4.44 f N1Φm
U1 E1
※ 二次绕组： E2 =4.44 f N2Φm
U2 E2
返回
减小涡流及其损耗 ； ③用很薄的硅钢片叠成铁心，
减小涡流及其损耗 。
Φ
(a) Φ
0.35mm 0.30mm 0.27mm
(b)
图 涡流损耗
返回
上一0节.22m下m一节 上一页 下一页
3. 变压器的工作原理
电磁关系
(1) 空载运行情况
i0
+
u
–
1
e+–σe
– 11+
1
N1
空载时，铁心中主磁通是由一次
变压器基本结构和 原理讲解
5.1 变压器的基本结构 5.2 变压器的工作原理 5.3 特殊变压器
磁路与电路的比较 磁路
磁通势F
磁通
磁感应强度B
磁阻 R m l
S
I
N
F NI
Rm
l
S
电路
电动势 E 电流 I 电流密度 J 电阻 R l
S
I
+
_E
R
I E E
R
l
S
5.1 变压器的基本结构