电机学变压器基础知识详解
变压器基础知识
变压器基础知识变压器是一种电气设备，主要用于改变交流电的电压。
它是电力系统中非常重要的组成部分，广泛应用于发电、输电和配电系统中。
一、基本原理变压器的基本原理是电磁感应。
当交流电通过一个线圈时，会在线圈中产生一个交变磁场。
当另一个线圈靠近时，这个交变磁场会感应出电动势，从而在第二个线圈中产生电流。
这样，交流电的电能就被从第一个线圈传递到第二个线圈，实现了电压的变换。
二、结构组成变压器主要由两个线圈和一个铁芯组成。
铁芯通常由硅钢片叠压而成，用于增强磁路，减小磁通漏磁。
两个线圈分别称为原线圈和副线圈。
原线圈接入电源，副线圈则输出电压。
原线圈和副线圈之间通过磁场相互耦合，形成了电压变换的效果。
三、工作原理变压器的工作原理可以分为两种模式：步进模式和连续模式。
1. 步进模式：在步进模式下，变压器的输入和输出电压是以不连续的形式变化的。
当原线圈电流变化时，磁场也会随之变化，从而引起副线圈中的电动势变化，最终导致输出电压的变化。
2. 连续模式：在连续模式下，变压器的输入和输出电压是以连续的形式变化的。
当原线圈电流变化时，磁场也会相应地变化，但副线圈中的电动势不会立即变化，而是随着时间的推移逐渐变化，从而实现输出电压的稳定。
四、类型分类根据用途和结构的不同，变压器可以分为很多不同的类型。
常见的变压器类型包括：配电变压器、互感器、自耦变压器等。
1. 配电变压器：用于将高压输电线路的电压降低到适合家庭、工业和商业用电的电压。
2. 互感器：主要用于测量、保护和控制电力系统中的电流和电压。
3. 自耦变压器：在自耦变压器中，原线圈和副线圈是通过共用一部分线圈实现的，这种类型的变压器常用于电力系统中的电压调节。
五、应用领域变压器在电力系统中起着至关重要的作用。
它们被广泛应用于发电厂、变电站和配电系统中。
1. 发电厂：发电厂通过变压器将发电机产生的高电压变成适合输送的电压，然后送入输电系统。
2. 变电站：变电站是电力系统中的重要节点，变压器在变电站中用于升压、降压、分配电能等功能。
知识讲解 变压器 基础
变压器 编稿：小志【学习目标】1．知道原线圈（初级线圈）、副线圈（次级线圈）的概念。
2．知道理想变压器的概念，记住电压与匝数的关系。
3．知道升压变压器、降压变压器概念。
4．会用1122U n U n =及1122I U I U =（理想变压器无能量损失）解题。
5．知道电能输送的基本要求及电网供电的优点。
6．分析论证：为什么在电能的输送过程中要采用高压输电。
7．会计算电能输送的有关问题。
8．了解科学技术与社会的关系。
【要点梳理】要点一、 变压器的原理1．构造：变压器由一个闭合的铁芯、原线圈和副线圈组成，两个线圈都是由绝缘导线绕制而成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。
是用来改变交流电压的装置（单相变压器的构造示意图及电路图中的符号分别如图甲、乙所示）。
2．工作原理变压器的变压原理是电磁感应。
如图所示，当原线圈上加交流电压U 时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势。
如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势。
由于这种互相感应的互感现象，原、副线圈间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈。
其能量转换方式为：原线圈电能→磁场能→副线圈电能。
要点诠释：（1）在变压器原副线圈中由于有交变电流而发生互相感应的现象，叫做互感现象。
（2）互感现象是变压器工作的基础：变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化。
（3）变压器是依据电磁感应工作的，因此只能工作在交流电路中，如果变压器接入直流电路，原线圈中的电流不变，在铁芯中不引起磁通量的变化，没有互感现象出现，变压器起不到变压作用。
要点二、 理想变压器的规律 1．理想变压器没有漏磁（磁通量全部集中在铁芯内）和发热损失（原、副线圈及铁芯上的电流的热效应不计）的变压器，即没有能量损失的变压器叫做理想变压器。
电机学-变压器
2、磁滞电流分量Ih ：Ih与-E1同相位，
是有功分量电流。
3、涡流电流分量Ie： Ie与-E1同相位
Ie由涡流引起的，与涡流损耗对应，
所以：又由于Ih和Ie同相位，合并称为铁耗电流分量，用IFe表示。
空载时励磁电流
❖ Iu——磁化电流，无功性质，为主要分量 ❖ Ife——铁耗电流，有功性质，产生磁滞（Ih）
e2有效值E2 E2m / 2 2f N2 m
图2-8
2、电压变比
❖ 变比——初级电压与次级空载时端点电压之比。 ❖ 电压变比k 决定于初级、次级绕组匝数比。 ❖ 略去电阻压降和漏磁电势
k U1 E1 N1 U 20 E2 N2
四、励磁电流的三个分量
❖ 忽略电阻压降和漏磁电势，则U1＝E1＝4.44fN1m。 m∝U1即：当外施电压U1为定值，主磁通m也 为一定值
k＝N1/N2＝1
一)次级电流的归算值
归算前后磁势应保持不变
I
' 2
N
' 2
I2N2
I
' 2
I2
N2
N
' 2
I2
N2 N1
I2 / k
❖ 物加理 了k意倍义。：为当保用持N磁2＝势N不1替变代。了次N级2电，流其归匝算数值增 减小到原来的1／k倍。
二)次级电势的归算值
归算前后次级边电磁功率应不变 ❖ E2I2＝E2I2
❖ 励磁电流的值决定于主磁通 m，即决
定于E1。
u1≈E1=4.44fN1Φm
电磁现象
返回
2、基本方程式
返回
3、归算
❖ 绕组归算——用一假想的绕组替代其中一个 绕组使成为k＝1的变压器。
变压器基本知识
变压器基本知识变压器是一种电力设备，用于改变交流电的电压。
它是电力系统中不可或缺的一部分，广泛应用于电力输配电、电力变换、电力传输等领域。
本文将从变压器的基本原理、结构构造、工作原理和应用领域等方面介绍变压器的基本知识。
一、变压器的基本原理变压器的基本原理是利用电磁感应的原理，通过交变磁场的作用，将输入端的交流电能转换为输出端的交流电能，并且改变了电压的大小。
变压器的工作基于法拉第电磁感应定律，即磁场的变化会引起绕组中感应电动势的变化。
二、变压器的结构构造变压器主要由铁心和绕组组成。
铁心是由硅钢片叠压而成，用于提高磁路的磁导率和减小磁通损耗。
绕组则分为输入绕组和输出绕组，通过绕制在铁心上的线圈实现电能的转换。
三、变压器的工作原理变压器的工作原理是基于电磁感应的相互作用。
当输入绕组通过交流电时，会在铁心中建立一个交变磁场，进而感应输出绕组中的电动势。
根据电磁感应定律，当输出绕组的匝数较大时，输出电压就会降低；反之，当输出绕组的匝数较小时，输出电压就会升高。
四、变压器的应用领域变压器广泛应用于电力输配电、电力变换、电力传输等领域。
在电力输配电中，变压器起到调节电压的作用，将高电压输电线路上的电能通过变压器降压为适合家庭和工业用电的低电压。
在电力变换中，变压器用于将交流电转换为直流电，满足不同电器设备的供电需求。
在电力传输中，变压器则用于提高输电效率，减小线路损耗。
总结：本文从变压器的基本原理、结构构造、工作原理和应用领域等方面介绍了变压器的基本知识。
变压器作为电力系统中不可或缺的一部分，其重要性不言而喻。
希望通过本文的介绍，读者能够对变压器有更深入的了解，并能够在实际应用中灵活运用变压器的知识。
关于变压器的基础知识
13、变压器调压有哪几种？变压器分接头为何多在高压侧？ 变压器调压方式有有载调压和无载调压两种：有载调压是指变压器在运行中可 以调节其分接头位置，从而改变变压器变比，以实现调压目的。有载调压变压 器中又有线端调压和中性点调压二种方式，即变压器分接头在高压绕组线端侧 或在高压绕组中性点侧之区别。 分接头在中性点侧可降低变压器抽头的绝缘水平，有明显的优越性，但要求变 压器运行时其中性点必须直接接地。无载调压是指变压器在停电、检修情况下 进行调节变压器分接头位置，从而改变变压器变比，以实现调压目的。 变压器分接头一般都从高压侧抽头，其主要是考虑： (1)变压器高压绕组一般在外侧，抽头引出连接方便； (2)高压侧电流小些，引出线和分头开关的载流部分导体截面小些，接触不良 的影响好解决。原理上，抽头在哪一侧都可以，要进行经济技术比较，如 500kV大型降压变压器抽头是从220kV侧抽出的，而500kV侧是固定的。
14、什么是变压器的过励磁？变压器的过励磁是怎样产生的？ 当变压器在电压升高或频率下降时都将造成工作磁通密度增加，变压器的铁芯 饱和称为变压器过励磁。 电力系统因事故解列后，部分系统的甩负荷过电压、铁磁谐振过电压、变压器 分接头连接调整不当、长线路末端带空载变压器或其他误操作、发电机频率未 到额定值过早增加励磁电流、发电机自励磁等情况都可能产生较高的电压引起 变压器过励磁。
3、变压器在运行中有哪些损失?怎样减少损失? 变压器运行中的损失包括两部分： (1)是由铁芯引起的，当线圈通电后，由于磁力线是交变的，引起铁芯中涡流 和磁滞损耗，这种损耗统称铁损。 (2)是线圈自身的电阻引起的，当变压器初级线圈和次级线圈有电流通过时， 就要产生电能损失，这种损失叫铜损。铁损与铜损的和就是变压器损失，这些 损失与变压器容量、电压和设备利用率有关。 因此，在选用变压器时，应尽量使设备容量和实际使用量一致，以提高设备利 用率，注意不要使变压器轻载运行。
电机学变压器基础知识详解
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《电机学》 第三章 变压器
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要求及分析 1）高压侧加电压，低压侧短路；
由于变压器短路阻抗很小，如果在额定电压下短 路，则短路电流可达（9.5～20）IN，将损坏变压器， 所以做短路试验时，外施电压必须很低，通常为 （0.05～0.15）UN，以限制短路电流。
5.百分值=标么值×100%
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三、变压器一、二次侧相电压、相电流、漏阻抗的标幺
值
U1*=φ
U1φ U1φ
；U
* 2φ
=
U2φ U2φ
；I1*=φ
I1φ I1φ
；I
* 2φ
=
I2φ I2φ
漏阻抗的标幺值：
Z1*φ=
Z1 = Z1 Z1φ U1φ /I1φ
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U k=
u1k U1
×100% =I1 × Z K ×100% = Z K
U1
U1
= Z K*
I1
短路电压的大小直接反映短路阻抗的大小，而短路阻
抗又直接影响变压器的运行性能。
从正常运行角度看，希望它小些，这样可使漏阻抗压 降小些，副边电压随负载波动小些；但从限制短路电 流角度，希望它大些，变压器发生短路时，相应的短 路电流就小些。
= Z1I1φ U1φ
Z*2φ
=
Z2 Z2φ
= Z2 U2φ /I2φ
= Z2 I2φ U2φ
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变压器原理相关基础知识讲解
风机控制箱
➢交流接触 ➢编号：KM175、KM185、 KM195、 KM1105、 KM1a5、 KM1b5、 KM264、 KM274、 KM275、 KM276、 KM277、 KM278 ➢功能：接通关断风机负载
风机控制箱
温湿度控制器控制器
编号：HT385 功能:通过控制柜内湿度控制柜内湿度 注：长按SET键显示5U1，按△或▽可增加减少温 度大小，按SET键显示5U2，按△或▽可增加减少 湿度大小，通过控制加热器EH1控制柜内湿度在合 理范围内。
在变压器正常运行时，阀位 于开启状态，油可以自由通 过。一旦储油柜中的油以不 正常的流速流到油箱时，阀 将自动关闭，以防止储油柜 中大量的变压器油浇到燃烧 的火焰上，造成火焰加剧。 如右图所示。
灭火装置工作原理 当变压器因故障着火时，着火点附近的探测器就会将着火信号
发送到控制屏，同时变压器本体的气体继电器将重瓦斯信号发送到 控制屏，当控制屏接收到这两种信号后，先打开灭火箱中的排油阀 将变压器油箱顶部的适量热油（油面距箱顶的距离一般在150mm左 右）排出，此时变压器储油柜里的油经过关闭阀向变压器油箱里排 油，由于通过关闭阀的油流涌动从而使得关闭阀关闭以防止储油柜 内的油流入变压器油箱，当变压器油箱排出适量的热油后，灭火箱 中的氮气阀打开，氮气瓶中的高压氮气充入变压器油箱下部，对油 箱内上下油层搅动混合，使燃烧中的油的温度冷却到燃点以下，同 时，氮气覆盖在油层表面，使变压器油箱顶部油层表面与空气隔开， 以达到迅速灭火的目的.
绝缘套管
➢变压器绕组的引出线从油箱内部引到油箱外时必须 经过绝缘套管，使引线与油箱绝缘。 ➢绝缘套管一般是陶瓷的，其结构取决于电压等级。 1kV以下采用实心瓷套管；10~35kV采用空心充气 或充油式套管；110kV及以上采用电容式套管。 ➢电压等级越高，级数越多，目的是为了增大表面放 电距离。
电机学课件--变压器基础知识-PPT课件
Rk U1N/I1N
I12NRk U1NI1N
Pk SN
Pk*
Rk U1N/I1N
I1NRk U1N
Ukr U1N
Uk*r
短路阻抗电压 的电阻分量
X k *Z X 1N k U 1X N /k I1NIU 1N 1 X NkU U 1 k NxU k *短x路阻抗电压
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存在有相互关系的四个物理量（U、I、Z、S）中，所 选基值的个数并不是任意的，当某两个物理量的基值 已被确定，其余物理量的基值跟着确定。
例如单相变压器，选定一次侧的额定电压U1N和额定 电流I1N作为电压和电流的基值： 一次侧阻抗的基值即：Z1b=Z1N=U1N/I1N 一次侧功率的基值即：S1b=S1N=U1NI1N
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四、应用标幺值的优缺点
1、应用标幺值的优点
① 额定值的标幺值等于1。采用标幺值时，不论变压器 的容量大小，变压器的参数和性能指标总在一定的 范围内，便于分析和比较。 如电力变压器的短路阻抗标幺值zk*=0.03~0.10， 如果求出的短路阻抗标幺值不在此范围内，就应 核查一下是否存在计算或设计错误。 例如 p138 I0*、 zk*的范围
的电抗分量
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2、缺点 标么值没有单位，物理意义不明确。
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3-7 变压器的运行特性
一、电压变化率
电压变化程度——由于变压器内部存在着电阻和漏抗， 负载时产生电阻压降和漏抗压降，导致次级侧电压随负 载电流变化而变化。
电压变化率定义：一次侧加50Hz额定电压、二次空载电 压与带负载后在某功率因数下的二次电压之差，与二次 额定电压的比值。
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试验时的室温
7）若要得到低压侧参数，须折算； 短路试验时电压加在高压侧，测出的参数是折算到高压 侧的数值，如需要求低压侧的参数应除以k2。
k：高压侧对低压侧的变比
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8）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相
值；
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如电力变压器的短路阻抗标幺值zk*=0.03~0.10， 如果求出的短路阻抗标幺值不在此范围内，就应 核查一下是否存在计算或设计错误。
例如 p138 I0*、 zk*的范围
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② 采用标幺值时，原、副边各物理量不需进行折算， 便于计算。 如副边电压向原边折算，采用标幺值：
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要求及分析 1）高压侧加电压，低压侧短路；
由于变压器短路阻抗很小，如果在额定电压下短 路，则短路电流可达（9.5～20）IN，将损坏变压器， 所以做短路试验时，外施电压必须很低，通常为 （0.05～0.15）UN，以限制短路电流。
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3-6 标么值 一、定义
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实际值：有名值
在电力工程中，对电压 、 电流 、 阻抗和功率等物理量
的计算，常常采用其标么值。
先选定一个物理量的同单位某一数值作为基准值
（简称基值）然后取该物理量的实际值与该基准值
相比所得的比值即称为该物理量的标么值，即
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U k=
u1k U1
×100% =I1 × Z K ×100% = Z K
U1
U1
= Z K*
I1
短路电压的大小直接反映短路阻抗的大小，而短路阻
抗又直接影响变压器的运行性能。
从正常运行角度看，希望它小些，这样可使漏阻抗压 降小些，副边电压随负载波动小些；但从限制短路电 流角度，希望它大些，变压器发生短路时，相应的短 路电流就小些。
5）记录实验室的室温；
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6）温度折算：电阻应换算到基准工作温度时的数值。
T0 + 75
R K ( 75 0 c ) = R K T0 + θ
Z K = (750 c) R 2 K (750 c) + X K2
T0=234.5℃
3）由于外加电压很小，主磁通很少，铁损耗很 少，忽略铁损，认为 Pk = PCu 。
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4）参数计算
Z k= U k Ik
Rk = Pk I k2
X k = Z k2 − Rk2
对T型等效电路：
R1
≈
R
2'=
1 R2k
'1 X 1≈ X 2= 2 X k
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二、短路实验
目的：通过测量短路电流、短路电压及短路功率来计 算变压器的短路电压百分数、铜损和短路阻抗。
为何是一条曲线？
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3）空载电流和空载功率必须是额定电压时的值，并以此 求取励磁参数；
Zm与饱和程度有关关,, 电压高越, 高, 磁路小越,饱和，Zm越小, 所 以应以额定电压下测读的数据计算励磁参数.
4）若要得到高压侧参数，须折算；
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Rm
=
P0
2
I0
X m = Zm2 − Rm2
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要求及分析： 1）低压侧加电压，高压侧开路； 为了便于测量和安全，空载实验一般在低压绕组上加电 压UN，高压绕组开路。 2)电电U1在0 ~ 1.2U N范围单方向调 , 测 U20 , I0和P0 ,画出 I0 = f(U1 )和P0 = f(U1 )曲线
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3.U和E的基准值为UB；R、X、Z的基准值为为Z ZB；P、Q和S 的基准值为SB。
4.系统（如电力系统）装有多台变压器（电机），选择 某一特定的Sb作为整个系统的功率基值。系统中各变压 器标幺值均换算到以Sb作为功率基值时的标幺值。
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注意：存在有相互关系的四个物理量（U、I、Z、S） 中，所选基值的个数并不是任意的，当某两个物理量 的基值已被确定，其余物理量的基值跟着确定。
例如单相变压器，选定一次侧的额定电压U1N和额定 电流I1N作为电压和电流的基值：
一次侧阻抗的基值即：Z1b=Z1N=U1N/I1N 一次侧功率的基值即：S1b=S1N=U1NI1N
线值以额定线值为基准值，相值以额定相值为基准 值； 单相值以额定单相值为基准值，三相值以额定三相 值为基准值；
例如：变压器一、二次侧：S1b=S2b=SN、U1b=U1N、U2b=U2N 三相变压器基值：Sb=SN=3UNΦINΦ=√3UNIN
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• 得到的参数为高压侧参数
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2)通过调节电压 ,让电流Ik 在0 ~ 1.3I 范围内变化 , 测出 对应的U k , Ik 和Pk ,画出Ik = f (U k )和Pk = f (U k )曲线;
抛物线
直线
短路阻抗Zk是常数
U1
U1
I1
= Z K*
上式表明，阻抗电压就是变压器短路并且短路电流达额定 值时所一次侧所加电压与一次侧额定电压的比值，所以称 为短路电压。
短路电压电阻(有功)分量百分值 : ukR % = I1 Rk 750 C ×100% U1
短路电压电抗(无功)分量百分值 : ukX % = I1 X k ×100% U1
5.百分值=标么值×100%
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2526Βιβλιοθήκη 三、变压器一、二次侧相电压、相电流、漏阻抗的标幺
值
U 1*=φ
U1φ U1φ
；U
* 2φ
=
U2φ U2φ
；I 1*=φ
I1φ I1φ
；I
* 2φ
=
I2φ I2φ
漏阻抗的标幺值：
Z 1*φ=
Z1 = Z1 Z1φ U1φ /I1φ
U1k = Z k 75 0 C I1
短路电压也称为阻抗电压。
通常用它与一次侧额定电压的比值来表示 U1k = Z k 75 0 C I1 U1
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阻抗电压用额定电压百分比表示时有:
U k=
u1k U1
×100% =I1 × Z K ×100% = Z K
U2'*= U2' = kU2 = U2 = U2* U1 kU2 U2
注意基值选择，应选一次侧基值
③采用标幺值能直观地表示变压器的运行情况。
如已知一台运行着的变压器端电压和电流为为35kV、 20A，从这些实际数据上判断不出什么问题
但如果已知它的标幺值为Uk*=1.0、Ik*=0.6，说明 这台变压器欠载运行。
因变压器空载时无功率输出，所以输入的功率全部消 耗在变压器的内部，为铁芯损耗和空载铜耗之和。
Q Rm >> R1 X m >> X1σ 空载电流I0很小
pFe>>I02R1，故可忽略空载铜耗，认为P0≈pFe=I02Rm
K= U1 U 20
I 0 % = I 0 100 % I1
Zm = U1 = U1 I0 I0
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2019年5月11日星期二
《电机学》 第三章 变压器
2020/3/4
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《电机学》 第三章 变压器
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三、短路电压——标在铭牌上的参数 短路电压，短路阻抗Zk75℃与一次侧额定电流I1N的乘积。
P0*
I
*2 0
R*m =
Rm Z1
= Rm Z1
Rm I02 =2
I0U1 / I1
P0 =2 2
I0U1 I1 / I1
=
P0
S (I0 / I1 )