第六章变压器分解

二、变压器的工作原理
（一）空载运行 1、定义： 变压器一次绕组加额定电压，二次绕组 开路的运行方式。如图所示是变压器空载运 行的原理图。
图 6-4 变压器的空载运行
在空载时，当原绕组接通交流电压 u1，就有空载电流i0通过原绕组并在原绕 组中产生磁通势i0N1(N1为原绕组的匝数)。 在磁通势i0N1的作用下产生主磁通Φ，它 通过铁心构成闭合回路，它的方向与电 流i0的方向符合右螺旋定则。由于主磁 通同时与原绕组和副绕组相交链，必然 在原、副绕组中产生感应电动势e1和e2。
I 1 N1 I 2 N 2 I 0 N1
(
这就是变压器中的磁势平衡方程式。 变压器的空载电流i0是励磁用的。由于铁 心的磁导率高，空载电流是很小的。它的 有效值在原绕组额定电流的10%以内,因此 i0N1 与i1N1相比，常可忽略。于是
I 1 N1 I 2 N 2
.
.
原、副绕组的电流关系为
E 2 E 2 U 2 I 2 R2
.
.
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E 2 U 2 I 2 R2 E 2 U 2 I 2 R2 j I 2 X 2 U 2 I 2 ( R2 jX 2 ) U 2 I 2 Z 2
图 6-2 壳式变压器 （a）单相壳式变压器 （b）三相壳式变压器
一、变压器的结构
主要由铁心、绕组、绝缘及其他一些元部件 构成。 铁心：铁心都是由厚度为0.35—0.5mm的硅 钢片迭装而成，硅钢片上涂有绝缘漆。（美国的 部分电力变压器已采用0.2mm以下的冷轧钢片。 俄罗斯在中高频电机中采用0.1mm的硅钢片。 绕组：绕组用导电性能好的漆包圆铜线绕制 而成，为绝缘方便，低压绕组紧靠铁心，高压绕 组则套在低压绕组的外边，两个绕组之间留有油 道，一方面作为绕组间绝缘，另一方面冷却绕组。
I1 N 2 1 I 2 N1 K
上式表明变压器原、副绕组的电流之比 近似等于它们的匝数比的倒数，说明变压器 还有变换电流的作用。
4、二次测电势平衡方程式： 和变压器的原边相似，副绕组中有电流 通过时也会产生漏磁通Φσ2，同样会在副绕组 中产生漏磁感应电动势 Eσ2 ；另外，副绕组 中也有电阻R2 ，也会产生电阻压降 I2 R2 ， 由图可以得出
E1 j I 0 X 1 I 0 R1 E1 I 0 ( R1 jX 1 ) E 1 I 0 Z 1
. . . . . . .
故 U 1 Hale Waihona Puke Baidu E1
.
.
二次测： U 20 E 2
.
.
5、变比：
U1 E1 4.44 N1 f m N1 K U 20 E2 4.44 N 2 f m N 2
d 1 di0 e 1 N1 L 1 dt dt N1 1 L 1 i0
如果电流随时间按正弦规律变化则：
E 1 j I 0 X 1
式中
X 1 2 fL 1
.
.
(6 7)
称为原绕组的漏磁感抗。
4、电压平衡方程式： 根据KVL可以列出一、二次测的电压平衡 方程式 . . . . 一次测： U 1 E1 E 1 I 0 R1
分类 ：
1、按相数分可以分为单相变压器 和三相变压器。 2、按绕组数分可以分为双绕组变 压器和三绕组变压器。
变压器的种类很多，但各种变压器 的工作原理大体上都是一样的，以单相 变压器为例来研究变压器的结构及工作 原理，然后讲三相变压器、特殊变压器 的特点。
图 6-1 心式变压器 （a） 单相心式变压器 （b）三相心式变压器
第六章
变压器
本章难点
• 变压器的构造 • 变压器的工作原理 • 旋转磁场 • 变压器的运行性能
变压器的分类、基本结构、额定值
变压器的工作原理
变压器的外特性及效率 三相变压器
特殊变压器
定义 ：利用电磁感应原理进行能量 转换的一种装置。 用途 ： 1、在电力系统中用来传输和分配电 能。 2、在电子线路中用作电源变压器， 实现阻抗匹配。 3、在仪表测量电路中广泛使用电流、 电压互感器。
2、e1、e2与φ的大小相位关系 根据电磁感应定律可得，设
d( m sin t ) d e1 N1 N1 N1 m cos t dt dt 2 fN1 m sin( t 900 ) E1m sin( t 900 ) d( m sin t ) d e2 N 2 N2 N 2 m cos t dt dt 2 fN 2 m sin( t 900 ) E2 m sin( t 900 )
e1和e2均比主磁通滞后900，它们的最大值为：
E1m 2 fN1 m E2 m 2 fN 2 m
有效值为
E1m 2 E1 fN1 m 4.44 fN1 m 2 2 E2 m 2 E2 fN 2 m 4.44 fN 2 m 2 2
3、eσ1与Φσ1的关系 ：
K称为变压器的变比，亦即原、副绕组 的匝数之比。可见，当电源电压一定时，只 要改变匝数比，就可得到不同的输出电压。
（二）负载运行
1、定义：
变压器一次绕组加额定电压，二次绕组接
负载的运行方式。
2、负载运行的物理过程：
原理如图所示：
3、磁势平衡方程式：
从能量转换的观点看，副边有能量输出，必然使 原绕组从电源多吸取负载所需要的能量，通过主磁通传 递给副绕组。当电源电压 U1 保持不变，要使输入能量 增加，原边电流必然增大，即从空载时的 i0增加到负载 时的 i1 。由U1≈E1=4.44fN1Φm 可见，当电源电压U1和 频率 f 不变时，E1和Φm也都近于常数。就是说，铁心中 的主磁通的最大值在变压器空载或负载时基本上是恒定 的。因此，有负载时产生主磁通的原、副绕组的合成磁 动势（i1N1+i2N2）应该和空载时产生主磁通的原绕组的 磁动势 i0N1 近似相等，即 i1N1+i2N2 ≈ i0N1 如用相量表 . . . 示，则为