第三章变压器
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第3章变压器
1.二次绕组电流的折算
根据折算前后磁势保持不变的原则，有：
N1 I 2 N 2 I2
则
N2 I2 I2 I2 N1 K
2.二次绕组电动势的折算
根据折算前后主磁通和漏磁通保持不变的原则，有：
4.44 fN1m E2 N1 K E2 4.44 fN 2m N 2
E1
2
在相位上滞后主磁通 m 90°相角
同理写出二次
绕组感应电动势的有效值
二次绕组感应电势的有效值为：
E 2 ＝4.44 fN 2m
E 2 在相位上滞后主磁通 m 90°相角
漏磁通1 在一次侧绕组中产生的 漏磁感应电动势为：
L1 定义为漏磁电感 L1
d 1 L di e1 ＝－N1 ＝ 1 dt dt
K 2 x2 x2
负载阻抗也有同样的关系，即：
2 ZL K ZL
4.二次侧电压的折算
根据二次侧电压平衡方程式，折算后的二次 侧电压值仍应等于折算后的二次绕组的感应 电动势减去折算后二次侧的漏阻抗压降
＝E － － U I Z ＝ k （ E I Z ）＝ k U 2 2 2 2 2 2 2 2
S9 型配电变压器（10 kV）
大型油浸电力变压器
大连理工大学电气工程系
干式变压器
大连理工大学电气工程系
附录1 变压器图片
调压器（自耦变压器）
控制变压器
3.1.3 变压器的基本结构
铁心 器身绕组 引线和绝缘 和箱底） 油箱油箱本体（箱盖、箱壁 小车、接地螺栓、铭牌 等） 油箱附件（放油阀门、 变压器调压装置－无励磁分接 开关或有载分接开关 却器 冷却装置－散热器或冷 保护装置－储油柜、油 位计、安全气道、释放 阀、吸湿器、测温 元件、气体继电器等 压套管，电缆出线等 出线装置－高、中、低 变压器油
第三章 变压器
铁芯是变压器磁通的主要通路，又起支撑绕组的作用， 为了提高导磁性能和减小铁芯损耗，变压器的铁芯由彼 此绝缘的硅钢片叠成 “日”形：壳式变压器， 铁芯包围绕组，小容量变压器
铁芯形状
“口”形：芯式变压器， 绕组包围铁芯，大容量变压器
环形变压器，其铁芯由低铁损 冷轧硅钢带绕，具有损耗小、 效率高以及电磁干扰小的特点 在相同的参数下，环形变压器铁芯的体积最小
变压器的冷却：变压器工作时铁芯和绕组都会发热，因此必 须考虑冷却问题
小容量变压器：采用自然风冷，即依靠空气的自然对流 和辐射将热量散发
大容量变压器：采用油冷方式，将变压器浸入变压器油 内，使其产生的热量通过变压器油传给外壳而散发，变 压器油还具有良好的绝缘性能 • 在X线机设备中，高压变压器副绕组输出几十千伏以上的 高压，无论是副绕组对原绕组还是对铁芯等绝缘都有非常 高的要求。 • X线机的高压变压器就采用了油冷方式
(3-4)
Z1 K 2 Z 2
选取适当的变比K，可以把负载阻抗Z2等效变换到原绕组一 侧所需要的阻抗值Z1 在电子电路中，常使用变压器来实现阻抗匹配，以获得较高 的功率输出
四、变压器的主要参数 大型变压器的外壳通常附有铭牌来标明其型号及参数， 它是正确使用变压器的依据
1.原绕组的额定电压U1N：指当变压器按规定工作方式运行时 在原绕组上应加的电源电压值
(a)抽头式
(b)滑动式
(c)混合式
图3-7 x线机控制台的电源变压器
六、变压器绕组的同极性端
变压器的同极性端：变压器不同绕组在同一变化的磁通作用 下，其感应电动势的极性相同端，用符号“·”表示 在实际运用当中，有时需要将变 压器的两个(或多个)绕组连接起来 使用来适应不同的输入电压与满 足不同的输出电压要求
铁芯形状
“口”形：芯式变压器， 绕组包围铁芯，大容量变压器
环形变压器，其铁芯由低铁损 冷轧硅钢带绕，具有损耗小、 效率高以及电磁干扰小的特点 在相同的参数下，环形变压器铁芯的体积最小
变压器的冷却：变压器工作时铁芯和绕组都会发热，因此必 须考虑冷却问题
小容量变压器：采用自然风冷，即依靠空气的自然对流 和辐射将热量散发
大容量变压器：采用油冷方式，将变压器浸入变压器油 内，使其产生的热量通过变压器油传给外壳而散发，变 压器油还具有良好的绝缘性能 • 在X线机设备中，高压变压器副绕组输出几十千伏以上的 高压，无论是副绕组对原绕组还是对铁芯等绝缘都有非常 高的要求。 • X线机的高压变压器就采用了油冷方式
(3-4)
Z1 K 2 Z 2
选取适当的变比K，可以把负载阻抗Z2等效变换到原绕组一 侧所需要的阻抗值Z1 在电子电路中，常使用变压器来实现阻抗匹配，以获得较高 的功率输出
四、变压器的主要参数 大型变压器的外壳通常附有铭牌来标明其型号及参数， 它是正确使用变压器的依据
1.原绕组的额定电压U1N：指当变压器按规定工作方式运行时 在原绕组上应加的电源电压值
(a)抽头式
(b)滑动式
(c)混合式
图3-7 x线机控制台的电源变压器
六、变压器绕组的同极性端
变压器的同极性端：变压器不同绕组在同一变化的磁通作用 下，其感应电动势的极性相同端，用符号“·”表示 在实际运用当中，有时需要将变 压器的两个(或多个)绕组连接起来 使用来适应不同的输入电压与满 足不同的输出电压要求
电机与拖动大学课程 第三章 变压器1
第三章 变压器
变压器是一种静止的电气设备， 通过电磁耦合作用，把 电能或信号从一个电路传递到另一个电路。通常用来改变 电压的大小，故叫变压器，有时用于电气隔离。
分类
本章学 习重点
电力变压器（升压、降压、配电）
按用途
特种变压器（电炉、整流）
仪用互感器（电压、电流互感器、 脉冲变压器，阻抗匹配变压器）
(2)额定电压U1N/U2N U1N为额定运行时原边接线端点间应施加的电压。U2N为原边施
加额定电压时副边出线端间的空载电压。单位为V或者kV。三 相变压器中，额定电压指的是线电压。指有效值。
(3)额定电流I1N/I2N 是变压器在额定容量和额定电压下所应提供的电流，在三相变 压器指线电流。单位为A/kA。指有效值。
考虑漏磁通和原边绕组的电阻时，变压器空载运行时相 量形式表示的电压平衡方程式：
U1 I0R1 (E1 ) (E1) I0R1 jI0 x1 (E1)
I0 (R1 jx1 ) (E1) I0Z1 (E1)
U20 E2
R1：原边绕组电阻；
Z1＝R1＋jX1σ为原边绕组漏阻抗
五、空载运行的等效电路和相量图
E2m N2m
有效值：
E2 E2m / 2 4.44 f1N2m
相量表示：
E2 j4.44 f1N2m
.
m
.
. E2 E1
变压器中，原、副绕组电动势E1和E2之比称为变压器 的变比k.
k E1 4.44 N1 f1 m N1 E2 4.44 N2 f1 m N2
由于.
U1 E1 U2 E2
变压器原边接在电源上， 副边接上负载的运行情况，称为负载 运行。
一、物理过程
变压器接通负载 副边电流 副边磁势 原边电动势改变 原边电流改变
变压器是一种静止的电气设备， 通过电磁耦合作用，把 电能或信号从一个电路传递到另一个电路。通常用来改变 电压的大小，故叫变压器，有时用于电气隔离。
分类
本章学 习重点
电力变压器（升压、降压、配电）
按用途
特种变压器（电炉、整流）
仪用互感器（电压、电流互感器、 脉冲变压器，阻抗匹配变压器）
(2)额定电压U1N/U2N U1N为额定运行时原边接线端点间应施加的电压。U2N为原边施
加额定电压时副边出线端间的空载电压。单位为V或者kV。三 相变压器中，额定电压指的是线电压。指有效值。
(3)额定电流I1N/I2N 是变压器在额定容量和额定电压下所应提供的电流，在三相变 压器指线电流。单位为A/kA。指有效值。
考虑漏磁通和原边绕组的电阻时，变压器空载运行时相 量形式表示的电压平衡方程式：
U1 I0R1 (E1 ) (E1) I0R1 jI0 x1 (E1)
I0 (R1 jx1 ) (E1) I0Z1 (E1)
U20 E2
R1：原边绕组电阻；
Z1＝R1＋jX1σ为原边绕组漏阻抗
五、空载运行的等效电路和相量图
E2m N2m
有效值：
E2 E2m / 2 4.44 f1N2m
相量表示：
E2 j4.44 f1N2m
.
m
.
. E2 E1
变压器中，原、副绕组电动势E1和E2之比称为变压器 的变比k.
k E1 4.44 N1 f1 m N1 E2 4.44 N2 f1 m N2
由于.
U1 E1 U2 E2
变压器原边接在电源上， 副边接上负载的运行情况，称为负载 运行。
一、物理过程
变压器接通负载 副边电流 副边磁势 原边电动势改变 原边电流改变
第三章 电力变压器(高压特种电工培训)
2021年4月27日9时0分
二、变压器的结构
中小型油浸电力变压器典型结构如图3-1所示。 1.铁芯 （1）铁芯结构 变压器的铁芯是磁路部分。 由铁芯柱和铁轭两部分组成。铁芯的机构分为
心式和壳式两种。
2021年4月27日9时0分
（2）铁芯材料 由于铁芯为变压器的磁路，所以其材料 要求导磁性能好，导磁性能好，才能使铁损小。
查一次。容量在630kVA以下的变压器，可适当延长巡视周期，但变 压器在每次合闸前及拉闸后应检查一次。 8）有人值班的变配电所，每班都应检查变压器的运行状态。 9）对于强油循环水冷或风冷变压器，不论有无值班，都应每小时巡 视一次。 10) 负荷急剧变化或变压器发生短路故障后，都应增加特殊巡视。
根据变压器的大小分为吊器身式油箱（6300kVA以下） 和吊箱壳式油箱（又称钟罩式油箱，8000kVA以上）两种。
2021年4月27日9时0分
6.冷却装置 变压器冷却装置是起散热作用的。 7.储油柜（又称油枕）主要是当油箱油面降低时给油箱 补油的装置，它通过管道和瓦斯继电继电器与油箱相连。 8.安全气道（又称防爆管，现在被压力释放阀代替） 9.吸湿器（装有变色硅胶，颜色由蓝变白，粉红色） 10.气体继电器 11.高、低压绝缘套管
5.额定容量 变压器的容量为视在功率，单位为 kVA。
单相变压器视在功率为：
S N U1N I1N U 2N I 2N
2021年4月27日9时0分
三相变压器视在功率为：
SN 3U1N I1N 3U 2N I2N
一般容量在630kVA以下的为小型电力变压器； 800~6300kVA的为中型电力变压器； 8000~63000kVA为大型电力变压器； 90000kVA及以上的为特大型电力变压器。
第3章 三相变压器及其他变压器
习 三次谐波分量同相位、同大小。
三次谐波电流在Y联接的原边
学 绕组中无法流通，空载电流接
近正弦波，主磁通为一平顶波。
供 平顶波主磁通分解：除基波 仅 磁通外，还包含三次谐波磁
通F3
17
三相组式结构：
用 F3与F1沿同一磁路闭合， F3大，感应得到的E3可达45~60%。
感应电势称为尖顶波，最大值升高，影响绝缘。因此，三相变压
15
单相变压器
外施电压U1 感应电势E 主磁通F
用 习使 空载电流
学 电流存在许多谐波。
供 在三相变压器中，谐波磁通的路径、电流形状与绕组 仅 的联接方式和结构有关。
16
Y/Y联接的三相变压器
三相三次谐波电流：
I03A = I03m sin 3w t;
用 I03B = I03msin3(w t -1200 ) = I03m sin 3w t; 使 I03C = I03msin3(w t +1200 ) = I03m sin 3w t;
用 使
和低压电压。 Ø用每一绕组的自感系数和各
习
学 绕组间的互感系数作为基本参
数。令L1、L2、L3为各绕组自
供 感系数，M12＝M21为1与2绕组 仅 间互感系数；M13=M31为1与3
绕 组 间 互 感 系 数 ； M23=M32 为
绕组2与3间互感系数
29
• 当外施电压为正弦波且稳定运行时，电压方程式：
- U&1
/k
II
Z kI + Z kII
××
= IIL - IC
仅 I&II
=
Z kI Z kI + ZkII
×
I+
第三章 变压器的结构
二、铁心的有关概念
（4）填充系数：又称利用系数，是指由阶梯形组成
的铁心柱的截面积与芯柱外接圆面积之比值。在 一定的直径下，铁心柱的截面积越大，即阶梯级 数越多，则填充系数越大。但阶梯的级数越多， 叠片的规格也越多，从而使铁心的制造工艺复杂化。
三、铁心的装配方法
（1）直接缝 特点：是加工和叠片 都比较方便，搭接面 积大，因此所叠装的 铁心结构强度好、整 体性强、不易变形。 但只能用于热轧硅钢 片。
6、铁心用硅钢片简述
对硅钢片的表面处理 硅钢片涂绝缘漆，其目的是限制涡流回路，使涡流只能在一 片中流动，这样涡流回路阻抗较大，限制了涡流的数值。 对硅钢片的绝缘漆层要求是： 1）涂刷均匀，漆膜光滑不宜过厚（漆膜过厚要降低叠片系 数），附着力强，能抗冲击和弯曲。 2）要求漆膜具有良好的绝缘性、耐热性、防潮性，并且要 求干燥快。 对硅钢片的厚度选用： 通常在0.23~0.5mm左右。ABB公司常用有0.23mm和0.3mm 两种，目的是为了限制硅钢片的涡流损耗以及由此而引起主磁 通的削弱。
4、常用铁心的结构特征及其适用范围
（3）单相二柱旁轭式叠铁心（四柱铁心） 应用：高压和超高压大容量单相电 力变压器。
（4）三相三柱式叠铁心 应用：各种三相变压器。它是三相 变压器最广泛应用的典型结 构。
4、常用铁心的结构特征及其适用范围
（5）三相三柱旁轭式 叠铁心（五柱铁心） 应用：大容量三相电力 变压器。主要是 用来降低铁心的 高度，便于运输
变压器叠片全斜接缝
三、铁心的装配方法
全斜接缝
四、铁心的夹紧
1、夹紧的目的 铁心的夹紧主要是为了能承受器身起吊时 的重力及变压器在发生短路时，绕组作用 到铁心上的电动力； 可以防止变压器在运行中，由于硅钢片松 动而引起的振动噪声。
第三章 变压器
Zk
Uk Ik
Rk
pk
I
2 k
Xk
Z
2 k
Rk2
绕组的电阻时随温度而变的，故经过计算的到的短路参数应 根据国家标准规定折算到参考温度。
三 、相量图
根据T形等效电 路，可以画出相应 的相量图。
四 、近似等效电路图
RK、XK和ZK分别称为短路电阻、短路电抗和短路阻抗。
单相变压器基本方法总结
分析计算变压器运行的方法：
基本方程式：变压器电磁关系的数学表达式。 等效电路：基本方程式的模拟电路。 相量图：基本方程式的图示表示。
三者是统一的，一般定量计算用等效电路，讨论各 物理量之间的相位关系用相量图。
E2 KE2
E2 KE2
U 2 KU 2
（二）电流的归算 电流归算的原则：归算前后二次侧磁动势保持不变。
N2'I2' N2I2
（三）阻抗的归算
I 2
I2 K
阻抗归算的原则：归算前后电阻铜耗及漏感中无功功率不变。
I 22 R2
I
2 2
R2
I22 X 2
I
2 2
X
2
R2
I
2 2
I22
R2
K 2R2
S7-315/10 三相（S）铜芯10KV变压器,容量315KVA,设计序号7为节 能型.
SJL-1000/10 三相油浸自冷式铝线、双线圈电力变压器，额定容量为 1000千伏安、高压侧额定电压为10千伏。
我国生产的各种变压器主要系列产品有：S7、SL7、S9、 SC8等。其中SC8型为环氧树脂浇注干式变压器。
同心式绕组 1—铁心柱 2—铁轭 3—高压线圈 4—低压线圈
交叠式绕组 1—低压绕组 2—高压绕组
第三章 三绕组变压器及特殊变压器解读
第一篇 变压器
第三章 三绕组变压器及特殊变压器
31
3.1 三绕组变压器
2
3.2 自耦变压器
3
3.3 分裂绕组变压器
4
3.4 互感器
1
第一篇 变压器
3.1 三绕组变压器
2
第一篇 变压器
什么是三绕组变压器？
在同一铁心柱上绕上一个原绕组、两个副绕组或两个原绕 组一个副绕组。具有U1/U2/U3三种电压的变压器叫三绕组变压 器。(同心式绕组，铁心为心式结构)
2）变压器硅钢片和铜线的用量与绕组的额定感应电动势和 通过的额定电流有关，也就是和绕组的容量有关，现在自耦 变压器的绕组容量减小了，当然所用的材料也少了，从而可 以降低成本。
3）由于铜线和硅钢片用量减少，在同样的电流密度和磁通 密度下，自耦变压器的铜耗和铁耗以及激磁电流都比较小， 从而提高了效率。
19
25
第一篇 变压器
3)使用时，低压线圈的每一部分可分别接到发电机或 电动机上，且可同时运行，也可单独运行，具有相同额定 电压的分裂线圈可以并联运行；
4)结构要简单，尽可能接近无分裂线圈变压器的结构。 当然，分裂变压器比起普通(无分裂)变压器(在相同
容量、电压等级、调压范围及级数，总损耗和短路电压等 情况下)相比，材料消耗较多(包括硅钢片、线圈用铜(铝) 量等)，从而使变压器的成本有所增加。
24
第一篇 变压器
三、基本要求
分裂变压器与普通变压器，按其结构看，几乎没有什 么区别，其区别仅仅是在各铁芯柱上的低压圈线本身．没 有串联或并联而将其始端和终端各自引出，无论采取哪种 结构方式，其分裂的二次绕组之间磁的耦合是比较弱的， 因此，对分裂变压器的基本要求是： 1)低压绕组线圈分裂的几个部分与高压线圈的绝缘结构， 要求有足够的电气强度； 2)低压线圈每一部分与高压线圈之间的阻抗值要相等；
第三章 三绕组变压器及特殊变压器
31
3.1 三绕组变压器
2
3.2 自耦变压器
3
3.3 分裂绕组变压器
4
3.4 互感器
1
第一篇 变压器
3.1 三绕组变压器
2
第一篇 变压器
什么是三绕组变压器？
在同一铁心柱上绕上一个原绕组、两个副绕组或两个原绕 组一个副绕组。具有U1/U2/U3三种电压的变压器叫三绕组变压 器。(同心式绕组，铁心为心式结构)
2）变压器硅钢片和铜线的用量与绕组的额定感应电动势和 通过的额定电流有关，也就是和绕组的容量有关，现在自耦 变压器的绕组容量减小了，当然所用的材料也少了，从而可 以降低成本。
3）由于铜线和硅钢片用量减少，在同样的电流密度和磁通 密度下，自耦变压器的铜耗和铁耗以及激磁电流都比较小， 从而提高了效率。
19
25
第一篇 变压器
3)使用时，低压线圈的每一部分可分别接到发电机或 电动机上，且可同时运行，也可单独运行，具有相同额定 电压的分裂线圈可以并联运行；
4)结构要简单，尽可能接近无分裂线圈变压器的结构。 当然，分裂变压器比起普通(无分裂)变压器(在相同
容量、电压等级、调压范围及级数，总损耗和短路电压等 情况下)相比，材料消耗较多(包括硅钢片、线圈用铜(铝) 量等)，从而使变压器的成本有所增加。
24
第一篇 变压器
三、基本要求
分裂变压器与普通变压器，按其结构看，几乎没有什 么区别，其区别仅仅是在各铁芯柱上的低压圈线本身．没 有串联或并联而将其始端和终端各自引出，无论采取哪种 结构方式，其分裂的二次绕组之间磁的耦合是比较弱的， 因此，对分裂变压器的基本要求是： 1)低压绕组线圈分裂的几个部分与高压线圈的绝缘结构， 要求有足够的电气强度； 2)低压线圈每一部分与高压线圈之间的阻抗值要相等；
第3章 变压器
（3）交变的磁通在一次、二次侧产生感应电动势； F0产生的磁通分为两部分，大部分以铁心为磁路（主磁路）， 同时与一次绕组N1和二次绕组N2交链，并在两个绕组中产生 电势e1和e2，是传递能量的主要媒介，属于工作磁通，称为主 磁通Φ或者Φm。漏磁通Ø 1ó通过铁芯和油/空气闭合的磁通量 （占少量）。主磁通在一次绕组和二次绕组产生感应电动势， 交链一次绕组的漏磁通在一次绕组中感应漏电动势。
3.1 概述
2.变压器的分类
1)按用途分类: 特种变压器（如调压变压器、试验变压器、电炉变压器、整 流变压器、电焊变压器、控制变压器等）
电焊变压器(专用) 给电焊机供电。
3-18
3.1 概述
2.变压器的分类
1)按用途分类: 仪用互感器（电压互感器和电 流互感器） 电子变压器：用在电子线路中
3-19
U1N / U 2 N 35kV / 0.4kV
试求一次、二次绕组的额定电流。
解：
I1N
SN 3U 1N
SN 3U 2 N
160103 3 35 10
160 103 3 0.4 10
3
3
A 2.64A
I 2N
A 230.9 A
3.1.3 本章主要内容
1）本章主要对单相变压器进行分析，所得的基本方程式、等 效电路、相量图以及运行特性分析等方法完全适用于三相变压 器。 2）因为电力系统中三相电压是对 称的，如果三相变压器带对称负载， 则三相变压器的三相原、副边的电 压，电流都是对称的。电力变压器 正常的工作状态基本是对称运行。 但三相变压器也有其特殊的问题需 要研究，例如三相变压器的磁路系 统、三相变压器绕组的连接方法和 联结组等问题。 3）本章只分析变压器的稳态运行， 不考虑过渡过程。
3.1 概述
2.变压器的分类
1)按用途分类: 特种变压器（如调压变压器、试验变压器、电炉变压器、整 流变压器、电焊变压器、控制变压器等）
电焊变压器(专用) 给电焊机供电。
3-18
3.1 概述
2.变压器的分类
1)按用途分类: 仪用互感器（电压互感器和电 流互感器） 电子变压器：用在电子线路中
3-19
U1N / U 2 N 35kV / 0.4kV
试求一次、二次绕组的额定电流。
解：
I1N
SN 3U 1N
SN 3U 2 N
160103 3 35 10
160 103 3 0.4 10
3
3
A 2.64A
I 2N
A 230.9 A
3.1.3 本章主要内容
1）本章主要对单相变压器进行分析，所得的基本方程式、等 效电路、相量图以及运行特性分析等方法完全适用于三相变压 器。 2）因为电力系统中三相电压是对 称的，如果三相变压器带对称负载， 则三相变压器的三相原、副边的电 压，电流都是对称的。电力变压器 正常的工作状态基本是对称运行。 但三相变压器也有其特殊的问题需 要研究，例如三相变压器的磁路系 统、三相变压器绕组的连接方法和 联结组等问题。 3）本章只分析变压器的稳态运行， 不考虑过渡过程。
变 压 器
3、双击原理图元件库文档图标，就可以进入原 理图元件库编辑工作界面，如下图所示。
二、 元件库编辑器界面简介
原理图元件库编辑器界面主要由元件管理器 、主工具栏、菜单、常用工具栏、编辑区等组成 。
在编辑区有一个十字坐标轴，将元件编辑区 划分为四个象限。象限的定义和数学上的定义相 同，即右上角为第一家限，左上角为第二象限， 左下角为第三象限，右下角为第四象限，一般我 们在第四象限进行元件的编辑工作。
• (1)空载运行及电压比一次绕组接交流电源，二次绕组开路的运行方 式称为空载运行，如图3一2所示。此时，一次绕组的电流i01称为励磁 电流，由于im是按正弦规律变化的，因此由它在铁芯中产生的磁通中 也是按正弦规律变化的，在交变磁通中的作用下，在一、二次绕组中 分别产生感应电动势e1、e2
•设
，则可根据电磁感应定律计算出
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第二节 单相变压器
• 解 已知U1= 220V ,U2=22V,戈=2 100匝 • 所以 •又 • 所以
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第二节 单相变压器
• 例3一2某晶体管收音机输出变压器的一次绕组匝数N1= 230匝，二次 绕组匝数N2 = 80匝，原来配有阻抗为8Ω的扬声器，现在要改接为4Ω 的扬声器，问输出变压器二次绕组的匝数应如何变动(一次绕组匝数 不变)。
• 解设输出变压器二次绕组变动后的匝数为N'2 • 当R'L= 4Ω时
• 根据题意Ri=R'i，即
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第二节 单相变压器
• 2.额定值 • (1)额定电压U1N和U2N(V)额定电压U1N是指根据变压器的绝缘强度
和允许发热而规定的一次绕组的正常工作电压。额定电压U2N是指一 次绕组加额定电压时，二次绕组的开路电压。 • (2)额定电流I1N和I2N(A)指根据变压器的允许发热条件而规定的绕组长 期允许通过的最大电流值。 • (3)额定容量SN ( VA)指变压器在额定工作状态下，二次绕组的视 在功率。忽略损耗时，额定容量 • 二、单相变压器的同名端及其判断 • 所谓同名端是指在同一交变磁通的作用下，两个绕组上所产生的感 应电压瞬时极性始终相同的端子，同名端又称同极性端，常以“*” 或“·”标记。判断同名端可根据如下方法:
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一、变压器负载运行时的物理状况
变压器的一次绕组加上电源电压U1 ，二次绕组接上负载 阻抗ＺL，称变压器的负载运行。其物理状况与空载运行有 显著的变化。 其与 I 0 的增量用来抵消 二次绕组中有电流 二次绕组 F2 I 2 N2 对空载主磁通的去磁作 用，使负载时的主磁通 与空载时的基本不变， 使电磁关系达到新的平 衡。因此负载时的主磁 通由一、二次绕组的磁 通势共同建立。 一次绕组中电流变为 I1
《电机及拖动基础》变压器
（2）额定电流I1N和I2N
根据变压器允许发热的条件而规定的满载电流 值（A）。在三相变压器中额定电流是指线电流。 （3）额定容量SN
变压器在额定工作条件下变压器输出能力即视在
功率（kV²A）。 单相变压器的定容量
S N U 2N I 2N U1N I1N
S N 3U 2 N I 2 N 3U1N I1N
另有一小部分磁通主要由非磁性 材料（空气或变压器油等）形成 闭路，只与一次绕组交链，不参 与能量传递，称之为一次绕组的 漏磁通Φ1σ ，它在一次绕组中产 生漏磁电动势E1σ 。 以上过程可表示为：
《电机及拖动基础》变压器
二、感应电动势和漏磁电动势
1、感应电动势
在变压器一次绕组加上正弦交流电压ｕ1时，设Ф＝Φ msinω t
《电机及拖动基础》变压器
2.绕组 变压器中的电路部分，小型变压器一般用具有 绝缘的漆包圆铜线绕制而成，对容量稍大的变 压器则用扁铜线绕制。 同心式绕组
高、低压绕组同心地套 装在铁心柱上。为了便 于与铁心绝缘，把低压 绕组套装在里面，高压 绕组套装在外面。
《电机及拖动基础》变压器
3.其他结构附件
（１）油箱 油浸式变压器的外壳就是油箱，它起着机械支 撑、冷却散热和保护的作用。变压器的器身放在装有变压 器油的油箱内。变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质， 它使铁心和绕组不被潮湿所侵蚀，同时通过变压器油的对 流，将铁心和绕组所产生的热量传递给油箱和散热管，再 往空气中散发热量。 （2）储油柜 亦称油枕，保证器身始终浸在变压器油中。 （3）分接开关 变压器运行时，为了使输出电压控制在允许 的变化范围内，通过分接开关改变一次绕组匝数，从而达 到调节输出电压的目的。通常输出电压的调节范围是额定 电压的±５％
同理:
E1 j 4.44 fN1 m E2 j 4.44 fN 2 m
《电机及拖动基础》变压器
二、感应电动势和漏磁电动势
2、漏磁电动势
变压器一次绕组的漏磁通Φ1σ也将在一次绕组中感应产生 一个漏磁电动势Ｅ1σ。根据前面的分析，同样可得出：
E1 j 4.44 fN11 m
三、空载运行时的等效电路和电动势平衡方程式
除了前面引入的漏电抗参数X1，这里再引入参数Zm， 把前面的单相变压器空载运行的电磁关系用电路形式 “等效”表示： E I Z I r jX 图中：
1 0 m 0 m
m
空 载 等 效 电 路
励磁 参数
励磁 电阻
励磁 电抗
由图可得一次侧电动势平衡方程式：
U 1 E1 I 0 r1 jI 0 X 1 E1 I 0 Z1 I 0 Z m I 0 Z1 I 0 ( Z m Z1 )
空载变压器看成两个电抗线圈串联，一个有铁心其阻抗为 Zm，一个没有铁心其阻抗为Z1（一次侧漏阻抗）
三相变压器的额定容量
《电机及拖动基础》变压器
例3－1：一台三相油浸自冷式变压器，已知SN ＝560kV²A，U1N/U2N=10000V/400V，试求一次、 二次绕组的额定电流I1N 、I2N各是多大? 解：
I1N SN 3U1N 560 103 3 10000 32.33A
I 2N
《电机及拖动基础》变压器
第一节 变压器的基本工作原理和结构
一、变压器的基本工作原理
根据电磁感应原理
e1＝ － N1
e 2＝ － N2
dΦ dt
dΦ dt
一次绕组N1
二次绕组N2
互相绝缘且匝数不同只有 磁的耦合而没有电的联系
改变N1、N2，就可 达到改变电压的目的。 e1
u1
i0
F0
Φ
e2
可向负载供电 u2
《电机及拖动基础》变压器
2、变压器的分类
（1）按用途分类 前面所述的应用就是按用途分类，如电力变压器 （2）按绕组构成分类 双绕组、三绕组、多绕组、自耦变压器。 （3）按相数分类 有单相变压器、三相变压器、多相变压器。
《电机及拖动基础》变压器
（4）按冷却方式分类 干式变压器、油浸自冷变压器、油浸风冷变 压器、强迫油循环变压器、充气式变压器等。
《电机及拖动基础》变压器
一、空载运行时的物理状况
空载时，当一次绕组加上交流电源电压Ｕ1时， 一次绕组 中就有空载电流Ｉ0流过，产生空载磁通势Ｆ0＝Ｉ0Ｎ1，并 建立空载磁场。主磁通Φ通过铁心闭合，同时交链一次、 二次绕组，并产生感应电动势Ｅ1和Ｅ2，如果二次绕组与 负载接通，则在电动势作用下向负载输出电功率，所以主 磁通Φ起着传递能量的媒介作用；
第三章 变压器
电气工程系 胡幸鸣
《电机及拖动基础》变压器
第三章 变压器
变压器是一种静止的交流电气设备，它利用电磁 感应原理，将一种等级的交流电压和电流转变成同频 率的另一种等级的交流电压和电流。它对电能的经济 传输、灵活分配和安全使用具有重要的意义；同时， 它在电气的测试、控制和特殊用电设备上也有广泛的 应用。 本章主要叙述一般用途的电力变压器有工作原 理、分类、结构和运行特性。
《电机及拖动基础》变压器
三、空载运行时的等效电路和电动势平衡方程式
电力变压器的I0主要是用于建立空载磁场的感性无功 电流,其值很小,一般<5%IN,而电力变压器的漏阻抗Z1也很 小,漏阻抗压降I0Z1很小略去, 电动势平衡方程式可近似为:
U 1 E1 I 0 Z1 E1
《电机及拖动基础》变压器
四、变压器的铭牌和额定值
为了使变压器安全、经济、合理地运行，每一 台变压器都安装了一块铭牌，上面标明了变压器型 号及各种额定数据，只有理解铭牌上的各种数据的 含义，才能正确、安全地使用变压器。
《电机及拖动基础》变压器
铭牌
《电机及拖动基础》变压器
1、变压器的型号与冷却方式
尽管变压器种类繁多，但它们皆是利用电磁 感应的原理制成的。
《电机及拖动基础》变压器
三、变压器的基本结构
油表 安全气道 高 压 套 管 低 压 套 分接开关 管
储油柜 吸湿器
油箱 铁心 线圈
信号式温度计
放油阀门 油浸式电力变压器
变压器的主要组成是 铁心和绕组（俗称为 器身）。为了改善散 热条件，大、中容量 的电力变压器的铁心 和绕组浸入盛满变压 器油的封闭油箱中， 各绕组对外线路的联 接由绝缘套管引出。 为了使变压器安全、 可靠地运行，还设有 储油柜、安全气道和 气体继电器等附件。
有效值表示
U1 E1
U 20 E2
空载运行二次侧电动势平衡方程式为: 因而有变比k:
K>1,降压变压器 U1 U1 E1 N1 k U 20 U 2 E2 N 2 K<1,升压变压器
另因:
U1≈E1＝4.44fN1Ф m
U1恒定时，变压器 铁心中的磁通Фm
基本上保持不变
《电机及拖动基础》变压器
《电机及拖动基础》变压器
三、变压器的基本结构
1.铁心 0.35 mm厚的硅钢片，减小铁耗。
构成变压器磁路系统，并作为变压器的支撑骨架 磁轭 铁心柱 国产硅钢片 有热轧硅钢 片、冷轧无 取向硅钢片、 冷轧晶粒取 向硅钢片
《电机及拖动基础》变压器
1.铁心
大、中型变压器的铁心，一般先将硅钢片裁 成条形，然后采用交错叠片的方式叠装而成。 交错叠片的目的是使各层磁路的接缝互相错开， 以减小接缝处的气隙和磁路的磁阻，从而减小 励磁电流。
m Bm SFe (1.5 1120104 )Wb 0.168 Wb
高压绕组匝数 N1 低压绕组匝数
U1 35103 938 4.44 f m 4.44 50 0.168
N1 938 N2 177 k 5.3
《电机及拖动基础》变压器
第三节 单相变压器的负载运行
dΦ d ＝－N1 (Φm sin ωt) ωN1Φm cosωt dt dt ＝ 2fN1Φm sin ( ωt 900） E1m sin ( ωt 900） 2 E1 sin ( ωt 900） e1＝ N1
可见；由Ф产生的感应电动势e1也按正弦规律变化，频率 为电源频率，有效值 E1 2fN1m 2 4.44 fN1m ；时间 相位上滞后于主磁通90°。(三要素) 用相量形式表示：
SN 560 103 A 808.29A 3U 2N 3 400
《电机及拖动基础》变压器
第二节 单相变压器的空载运行
一般电工惯例来规定图 一、空载运行时的物理状况 中各物理量的正方向 １)同一条支路中，电压 变压器的一次绕组接在额定电压 ｕ的正方向与电流ｉ的 的交流电源上，而二次绕组开路， 正方向一致； 这种运行方式称为变压器的空载 ２)由电流ｉ产生的磁通 运行。 势所建立的磁通φ其二 者的正方向符合右手螺 旋法则； ３)由磁通φ产生的感应 电动势ｅ，其正方向与 产生该磁通的电流ｉ的 e 正方向一致。 N d dt
四、空载运行时的相量图
为了直观地表示变压器中各物理 量之间的大小和相位关系，在同一 张图上将各物理量用相量形式表示， 称为变压器的相量图。
根据：
U 1 E1 I 0 r1 jI 0 X 1
8
7 6 5
作相量图。
4
相量图可以定性地分析问题，由图可知， Ｕ1与Ｉ0之间的相位角φ0接近90°，因 此变压器空载时的功率因数很低，一般 cosφ0＝0.1～0.2。
变压器的一次绕组加上电源电压U1 ，二次绕组接上负载 阻抗ＺL，称变压器的负载运行。其物理状况与空载运行有 显著的变化。 其与 I 0 的增量用来抵消 二次绕组中有电流 二次绕组 F2 I 2 N2 对空载主磁通的去磁作 用，使负载时的主磁通 与空载时的基本不变， 使电磁关系达到新的平 衡。因此负载时的主磁 通由一、二次绕组的磁 通势共同建立。 一次绕组中电流变为 I1
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（2）额定电流I1N和I2N
根据变压器允许发热的条件而规定的满载电流 值（A）。在三相变压器中额定电流是指线电流。 （3）额定容量SN
变压器在额定工作条件下变压器输出能力即视在
功率（kV²A）。 单相变压器的定容量
S N U 2N I 2N U1N I1N
S N 3U 2 N I 2 N 3U1N I1N
另有一小部分磁通主要由非磁性 材料（空气或变压器油等）形成 闭路，只与一次绕组交链，不参 与能量传递，称之为一次绕组的 漏磁通Φ1σ ，它在一次绕组中产 生漏磁电动势E1σ 。 以上过程可表示为：
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二、感应电动势和漏磁电动势
1、感应电动势
在变压器一次绕组加上正弦交流电压ｕ1时，设Ф＝Φ msinω t
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2.绕组 变压器中的电路部分，小型变压器一般用具有 绝缘的漆包圆铜线绕制而成，对容量稍大的变 压器则用扁铜线绕制。 同心式绕组
高、低压绕组同心地套 装在铁心柱上。为了便 于与铁心绝缘，把低压 绕组套装在里面，高压 绕组套装在外面。
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3.其他结构附件
（１）油箱 油浸式变压器的外壳就是油箱，它起着机械支 撑、冷却散热和保护的作用。变压器的器身放在装有变压 器油的油箱内。变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质， 它使铁心和绕组不被潮湿所侵蚀，同时通过变压器油的对 流，将铁心和绕组所产生的热量传递给油箱和散热管，再 往空气中散发热量。 （2）储油柜 亦称油枕，保证器身始终浸在变压器油中。 （3）分接开关 变压器运行时，为了使输出电压控制在允许 的变化范围内，通过分接开关改变一次绕组匝数，从而达 到调节输出电压的目的。通常输出电压的调节范围是额定 电压的±５％
同理:
E1 j 4.44 fN1 m E2 j 4.44 fN 2 m
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二、感应电动势和漏磁电动势
2、漏磁电动势
变压器一次绕组的漏磁通Φ1σ也将在一次绕组中感应产生 一个漏磁电动势Ｅ1σ。根据前面的分析，同样可得出：
E1 j 4.44 fN11 m
三、空载运行时的等效电路和电动势平衡方程式
除了前面引入的漏电抗参数X1，这里再引入参数Zm， 把前面的单相变压器空载运行的电磁关系用电路形式 “等效”表示： E I Z I r jX 图中：
1 0 m 0 m
m
空 载 等 效 电 路
励磁 参数
励磁 电阻
励磁 电抗
由图可得一次侧电动势平衡方程式：
U 1 E1 I 0 r1 jI 0 X 1 E1 I 0 Z1 I 0 Z m I 0 Z1 I 0 ( Z m Z1 )
空载变压器看成两个电抗线圈串联，一个有铁心其阻抗为 Zm，一个没有铁心其阻抗为Z1（一次侧漏阻抗）
三相变压器的额定容量
《电机及拖动基础》变压器
例3－1：一台三相油浸自冷式变压器，已知SN ＝560kV²A，U1N/U2N=10000V/400V，试求一次、 二次绕组的额定电流I1N 、I2N各是多大? 解：
I1N SN 3U1N 560 103 3 10000 32.33A
I 2N
《电机及拖动基础》变压器
第一节 变压器的基本工作原理和结构
一、变压器的基本工作原理
根据电磁感应原理
e1＝ － N1
e 2＝ － N2
dΦ dt
dΦ dt
一次绕组N1
二次绕组N2
互相绝缘且匝数不同只有 磁的耦合而没有电的联系
改变N1、N2，就可 达到改变电压的目的。 e1
u1
i0
F0
Φ
e2
可向负载供电 u2
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2、变压器的分类
（1）按用途分类 前面所述的应用就是按用途分类，如电力变压器 （2）按绕组构成分类 双绕组、三绕组、多绕组、自耦变压器。 （3）按相数分类 有单相变压器、三相变压器、多相变压器。
《电机及拖动基础》变压器
（4）按冷却方式分类 干式变压器、油浸自冷变压器、油浸风冷变 压器、强迫油循环变压器、充气式变压器等。
《电机及拖动基础》变压器
一、空载运行时的物理状况
空载时，当一次绕组加上交流电源电压Ｕ1时， 一次绕组 中就有空载电流Ｉ0流过，产生空载磁通势Ｆ0＝Ｉ0Ｎ1，并 建立空载磁场。主磁通Φ通过铁心闭合，同时交链一次、 二次绕组，并产生感应电动势Ｅ1和Ｅ2，如果二次绕组与 负载接通，则在电动势作用下向负载输出电功率，所以主 磁通Φ起着传递能量的媒介作用；
第三章 变压器
电气工程系 胡幸鸣
《电机及拖动基础》变压器
第三章 变压器
变压器是一种静止的交流电气设备，它利用电磁 感应原理，将一种等级的交流电压和电流转变成同频 率的另一种等级的交流电压和电流。它对电能的经济 传输、灵活分配和安全使用具有重要的意义；同时， 它在电气的测试、控制和特殊用电设备上也有广泛的 应用。 本章主要叙述一般用途的电力变压器有工作原 理、分类、结构和运行特性。
《电机及拖动基础》变压器
三、空载运行时的等效电路和电动势平衡方程式
电力变压器的I0主要是用于建立空载磁场的感性无功 电流,其值很小,一般<5%IN,而电力变压器的漏阻抗Z1也很 小,漏阻抗压降I0Z1很小略去, 电动势平衡方程式可近似为:
U 1 E1 I 0 Z1 E1
《电机及拖动基础》变压器
四、变压器的铭牌和额定值
为了使变压器安全、经济、合理地运行，每一 台变压器都安装了一块铭牌，上面标明了变压器型 号及各种额定数据，只有理解铭牌上的各种数据的 含义，才能正确、安全地使用变压器。
《电机及拖动基础》变压器
铭牌
《电机及拖动基础》变压器
1、变压器的型号与冷却方式
尽管变压器种类繁多，但它们皆是利用电磁 感应的原理制成的。
《电机及拖动基础》变压器
三、变压器的基本结构
油表 安全气道 高 压 套 管 低 压 套 分接开关 管
储油柜 吸湿器
油箱 铁心 线圈
信号式温度计
放油阀门 油浸式电力变压器
变压器的主要组成是 铁心和绕组（俗称为 器身）。为了改善散 热条件，大、中容量 的电力变压器的铁心 和绕组浸入盛满变压 器油的封闭油箱中， 各绕组对外线路的联 接由绝缘套管引出。 为了使变压器安全、 可靠地运行，还设有 储油柜、安全气道和 气体继电器等附件。
有效值表示
U1 E1
U 20 E2
空载运行二次侧电动势平衡方程式为: 因而有变比k:
K>1,降压变压器 U1 U1 E1 N1 k U 20 U 2 E2 N 2 K<1,升压变压器
另因:
U1≈E1＝4.44fN1Ф m
U1恒定时，变压器 铁心中的磁通Фm
基本上保持不变
《电机及拖动基础》变压器
《电机及拖动基础》变压器
三、变压器的基本结构
1.铁心 0.35 mm厚的硅钢片，减小铁耗。
构成变压器磁路系统，并作为变压器的支撑骨架 磁轭 铁心柱 国产硅钢片 有热轧硅钢 片、冷轧无 取向硅钢片、 冷轧晶粒取 向硅钢片
《电机及拖动基础》变压器
1.铁心
大、中型变压器的铁心，一般先将硅钢片裁 成条形，然后采用交错叠片的方式叠装而成。 交错叠片的目的是使各层磁路的接缝互相错开， 以减小接缝处的气隙和磁路的磁阻，从而减小 励磁电流。
m Bm SFe (1.5 1120104 )Wb 0.168 Wb
高压绕组匝数 N1 低压绕组匝数
U1 35103 938 4.44 f m 4.44 50 0.168
N1 938 N2 177 k 5.3
《电机及拖动基础》变压器
第三节 单相变压器的负载运行
dΦ d ＝－N1 (Φm sin ωt) ωN1Φm cosωt dt dt ＝ 2fN1Φm sin ( ωt 900） E1m sin ( ωt 900） 2 E1 sin ( ωt 900） e1＝ N1
可见；由Ф产生的感应电动势e1也按正弦规律变化，频率 为电源频率，有效值 E1 2fN1m 2 4.44 fN1m ；时间 相位上滞后于主磁通90°。(三要素) 用相量形式表示：
SN 560 103 A 808.29A 3U 2N 3 400
《电机及拖动基础》变压器
第二节 单相变压器的空载运行
一般电工惯例来规定图 一、空载运行时的物理状况 中各物理量的正方向 １)同一条支路中，电压 变压器的一次绕组接在额定电压 ｕ的正方向与电流ｉ的 的交流电源上，而二次绕组开路， 正方向一致； 这种运行方式称为变压器的空载 ２)由电流ｉ产生的磁通 运行。 势所建立的磁通φ其二 者的正方向符合右手螺 旋法则； ３)由磁通φ产生的感应 电动势ｅ，其正方向与 产生该磁通的电流ｉ的 e 正方向一致。 N d dt
四、空载运行时的相量图
为了直观地表示变压器中各物理 量之间的大小和相位关系，在同一 张图上将各物理量用相量形式表示， 称为变压器的相量图。
根据：
U 1 E1 I 0 r1 jI 0 X 1
8
7 6 5
作相量图。
4
相量图可以定性地分析问题，由图可知， Ｕ1与Ｉ0之间的相位角φ0接近90°，因 此变压器空载时的功率因数很低，一般 cosφ0＝0.1～0.2。