第二章变压器的基本工作原理与理论分析
第2章 变压器的运行原理和特性
仅
E U 20 2
Y，d接线 D，y接线
U 1N k 3U 2 N
k
3U1N U2N
由于 R m R1 , X m X 1 ，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只是一 个Z m元件的电路。在 U1一定的情况下，I 0大小取决于Z m的大小。从运行角度 讲，希望 I 0 越小越好，所以变压器常采用高导磁材料，增大 Z m，减小 I 0 ， 提高运行效率和功率因数。
使
用
1 与 I 0成线性关系； 1）性质上： 0 与 I 0 成非线性关系；
– 变压器各电磁量正方向
• 由于变压器中各个电磁量的大小和方向都随时间以 电源频率交变的，为了用代数式确切的表达这些量 的瞬时值，必须选定各电磁量的正方向，才能列式 子。 • 当某一时刻某一电磁量的瞬时值为正时，说明它与 实际方向一致； 当某一时刻某一电磁量的瞬时值为负时，说明它与 实际方向相反。 • 注：正方向是人为规定的有任选性，而各电磁量的 实际方向则由电磁定律决定。
习
（2）二次侧电动势平衡方程
U1
I 0
0
) (I 2
用
E U 20 2
（3）变比
U 1
U2
E 1
使
E 1
1
E 2
U 20
u2
仅
对三相变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近似为 额定相电压之比，具体为 Y，d接线
U1N k 3U 2 N
8
供
22
仅
F F F 1 2 0 N I 或 N1 I 1 2 2 N1 I 0 N I I ( 2 ) I I ( 2 ) I I 用电流形式表示 I 2 0 0 1L 1 0 N1 k
变压器的工作原理
变压器的工作原理一、引言变压器是一种电力设备，广泛应用于电力系统中，用于改变交流电的电压。
本文将详细介绍变压器的工作原理。
二、基本原理变压器是根据电磁感应定律工作的。
它由两个线圈（即主线圈和副线圈）和一个铁芯组成。
主线圈通常称为初级线圈，副线圈通常称为次级线圈。
铁芯由铁片叠压而成，可以有效地集中磁场。
三、工作过程1. 变压器的工作过程分为两个阶段：磁场变化和电压变化。
2. 当交流电通过主线圈时，产生的磁场会穿过铁芯并感应到副线圈中。
这个磁场的变化会在副线圈中产生电动势。
3. 根据法拉第电磁感应定律，电动势的大小与磁场变化的速率成正比。
因此，如果主线圈中的电流变化较快，副线圈中的电动势也会相应地变化。
4. 通过选择合适的线圈匝数比例，可以实现输入电压与输出电压之间的变换。
四、变压器的转换比变压器的转换比是指主线圈匝数与副线圈匝数之间的比值。
转换比决定了输入电压和输出电压之间的关系。
1. 如果主线圈的匝数比副线圈多，那末输出电压将比输入电压高。
这种变压器称为升压变压器。
2. 如果主线圈的匝数比副线圈少，那末输出电压将比输入电压低。
这种变压器称为降压变压器。
五、变压器的效率变压器的效率是指输出功率与输入功率之间的比值。
变压器的效率通常非常高，可以达到95%以上。
1. 变压器的损耗主要包括铁损耗和铜损耗。
2. 铁损耗是由于铁芯中的磁场变化而产生的能量损失。
3. 铜损耗是由于主线圈和副线圈中的电流通过导线时产生的电阻而产生的能量损失。
4. 为了提高变压器的效率，可以采用高导磁性材料创造铁芯，并选择合适的导线材料和截面积。
六、变压器的应用变压器在电力系统中有广泛的应用。
1. 电力输送：变压器用于改变输电路线中的电压，以减小输电损耗。
2. 电力分配：变压器用于将输电路线中的高压电转换为低压电，以供给家庭和工业用户。
3. 电子设备：变压器用于电子设备中，将电网中的高电压转换为适合设备使用的低电压。
4. 变频器：变压器用于变频器中，将电源的电压和频率转换为适合电动机的电压和频率。
变压器的结构及工作原理
变压器的结构及工作原理
变压器是一种通过电磁感应来改变交流电压的电气设备。
其主要由铁芯、一组初级和次级线圈组成。
铁芯是变压器中的核心部分，通常由铁合金材料制成，具有良好的导磁性能。
初级线圈位于铁芯的一侧，由一定数量的绕组组成，通常称为主线圈。
次级线圈位于铁芯的另一侧，同样由一定数量的绕组组成，通常称为副线圈。
当交流电通过主线圈时，产生的磁场会穿过铁芯并感应到副线圈中。
由于铁芯的导磁性能，磁场能够有效地传导到副线圈中，使得副线圈中也产生电磁感应。
根据法拉第电磁感应定律，当磁场的变化导致导线中的磁通量发生变化时，就会在导线中产生感应电动势。
通过变压器的设计，使得主线圈和副线圈的绕组比例不同，可以实现将输入电压转变为输出电压的目的。
当输入电压施加在主线圈上时，根据变压器的工作原理，输出电压将会与输入电压成正比例关系。
具体的比例关系由绕组的匝数比决定，即输出电压与输入电压之间的比值等于次级线圈的匝数与主线圈的匝数之比。
由于变压器的基本原理是基于电磁感应，因此其工作效率较高。
另外，变压器还具有隔离输入和输出电路、阻碍电流流入负载的能力等特点，使其在电力系统、电子设备和能源传输等领域中得到广泛应用。
变压器的运行原理
变压器的运行原理
变压器是一种用来改变交流电压的电气设备，其运行原理主要基于电磁感应和法拉第电磁感应定律。
变压器主要由一个铁芯和两个绕组组成，分别是输入侧的初级绕组和输出侧的次级绕组。
首先，当交流电流通过变压器的初级绕组时，产生的磁场会使铁芯磁化，从而在次级绕组中感应出电动势。
根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小与磁场的变化率成正比，因此变压器的初级和次级绕组匝数的比值决定了输出电压和输入电压的比值。
其次，由于铁芯的存在，可以大大增强磁场的传导效果，减小电磁泄漏，提高变压器的效率。
铁芯的磁化特性也对变压器的运行有重要影响，通常使用硅钢片制成的铁芯可以减小铁芯的磁滞和涡流损耗，提高变压器的效率和稳定性。
此外，变压器的运行还受到电阻、感抗和容抗等因素的影响。
电阻会导致变压器的损耗，感抗和容抗会影响变压器的电流和功率因数，需要在设计和运行过程中进行合理的补偿和控制。
总的来说，变压器的运行原理是利用电磁感应的原理，通过变压器的变压比和铁芯的磁化来改变输入和输出的电压。
在实际应用中，需要考虑电阻、感抗和容抗等因素，以确保变压器的稳定运行和高效率的电压变换。
变压器作为电力系统中的重要设备，承担着电压变换和电力传输的重要功能，对电力系统的运行和稳定性起着至关重要的作用。
变压器原理介绍
变压器原理介绍
变压器是一种基于电磁感应原理工作的电力设备，它主要用于改变交流电的电压大小。
其主要由两个或多个线圈（一般称为初级线圈和次级线圈）组成，这些线圈通过一个共同的铁芯连接，使得线圈之间的耦合达到最大。
变压器的工作原理是基于法拉第电磁感应定律和电感耦合的原理。
当交流电通过初级线圈时，流经导线的电流会产生磁场，这个磁场会通过铁芯传导到次级线圈中，使其产生感应电动势。
这样，当初级线圈上的交流电电压变化时，次级线圈上也会产生相应大小的电压变化。
根据变压器的原理，可以推导出两个重要的公式：
1. 变压器的电压比等于次级线圈的匝数与初级线圈的匝数之比，即：
电压比 = 次级线圈匝数 / 初级线圈匝数
2. 变压器的电流比等于初级线圈的匝数与次级线圈的匝数之比，即：
电流比 = 初级线圈匝数 / 次级线圈匝数
根据这两个公式，可以实现电压的升高或降低，并且在变压器中保持功率守恒。
当电压比大于1时，变压器被称为升压变压器，用于将低电压升高到高电压；而当电压比小于1时，变压器被称为降压变压器，用于将高电压降低为低电压。
变压器广泛应用于电力系统中，用于将发电厂产生的高电压输
送到远距离，并在配电站等地方将电压降低供给用户使用。
同时，变压器也被广泛用于各种电子设备中，用于提供不同的电压供给不同的电路部件。
变压器的工作原理
变压器的工作原理引言概述：变压器是电力系统中常见的电气设备，它起着改变电压大小的重要作用。
本文将详细介绍变压器的工作原理，包括一、变压器的基本构造；二、变压器的工作原理；三、变压器的主要应用领域；四、变压器的维护与保养；五、变压器的未来发展方向。
一、变压器的基本构造1.1 主要构件：变压器由铁芯、一次绕组和二次绕组组成。
铁芯通常由硅钢片叠压而成，以减小磁阻和磁损耗。
1.2 绕组：一次绕组和二次绕组分别绕在铁芯上。
一次绕组与电源相连，二次绕组与负载相连。
1.3 绝缘材料：绕组之间和绕组与铁芯之间采用绝缘材料进行绝缘，以防止电路短路和绝缘击穿。
二、变压器的工作原理2.1 磁感应定律：当一次绕组中有交流电流通过时，产生的磁场会感应到二次绕组中，从而在二次绕组中产生感应电动势。
2.2 变压器原理：根据磁感应定律，当一次绕组中的匝数与二次绕组中的匝数不同时，可以实现电压的升降。
2.3 能量传递：变压器通过磁场的耦合，将一次绕组中的电能传递到二次绕组，实现电压的变换。
三、变压器的主要应用领域3.1 电力系统：变压器广泛应用于电力系统中，用于升压和降压，以适应不同电压等级的输电和配电需求。
3.2 电子设备：变压器也被应用于各类电子设备中，用于提供适宜的电压和电流，以满足设备的工作要求。
3.3 工业领域：在工业生产中，变压器被用于控制机电的启动和运行，以及供应各种设备所需的电能。
四、变压器的维护与保养4.1 温度控制：变压器在工作过程中会产生热量，需要通过散热器进行散热，保持合适的工作温度。
4.2 油浸绝缘：变压器通常采用油浸绝缘，需要定期检查绝缘油的质量和绝缘材料的状态，以确保变压器的正常运行。
4.3 维护记录：及时记录变压器的运行状况、维护情况和故障处理过程，为后续的维护工作提供参考和依据。
五、变压器的未来发展方向5.1 高效节能：未来的变压器将更加注重能源的高效利用，减少能量损耗和环境污染。
5.2 智能化控制：随着科技的发展，变压器将逐渐实现智能化控制，提高运行的稳定性和可靠性。
2020-2021学年物理粤教版选修3-2教案：第二章第06节-变压器-【含答案】
《变压器》教案一、设计思路指导思想：变压器的工作原理是本章的重点内容，是高考命题率较高的知识点。
本节通过实验探究来说明这一观点。
在教学过程建立理想化模型——理想变压器，利用分组实验探究从而推出变压器变压规律，抓住能量守衡使学生展开讨论，推出电流与匝数关系，培养学生的表达能力和逻辑思维能力，教学联系生活、贴近实际，以激发学生学习的兴趣。
设计理念：本节课的设计主要突出三案六环节理念，强调把课堂还给学生，提高学习效率。
学生在教师的组织协调下，分析、思考、小组讨论和实验探究，归纳总结规律，促进了学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考；通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神。
教材分析：1、变压器是用来改变交变电流电压的．变压器不能改变恒定电流的电压．互感现象是变压器工作的基础．让学生在学习电磁感应的基础上理解互感现象．这里的关键是明白原线圈和副线圈有共同的铁芯，穿过它们的磁通量和磁通量的变化时刻都是相同的．因而，其中的感应电动势之比只与匝数有关．这样原、副线圈的匝数不同，就可以改变电压了．2、在分析变压器的原理时，一般情况下，忽略变压器的磁漏，认为穿过原线圈每一匝的磁通量与穿过副线圈的磁通量总是相等的．这两个条件，都是“理想”变压器的工作原理的内容．变压器是一个传递能量的装置．如果不计它的损失，则变压器在工作中只传递能量不消耗能量．要使学生明白，理想变压器是忽略了变压器中的能量损耗，它的输出功率与输入功率相等，这样才得出原、副线圈的电压、电流与匝数的关系式．3、教材要求学生探究实验得出变压器的变压规律，做好探究性实验是本节教学的关键。
是突破本节课教学难点和重点的关键。
为了培养学生根据实验研究物理规律的能力，采用分组实验得出变压器的输入、输出电压及原、副线圈匝数的关系。
4、学习几种常用的变压器，不仅增加了生产知识，还可提高学生分析、应用能力。
第2章 变压器的基本作用原理与理论分析
3、油枕 4、高低压绝缘套管 5、油标` 6、起吊孔
1、油箱
2、散热管
7、铭牌
18
大型电力变压器
19
五、变压器的额定值
1 额定容量S N (kVA) : 、
指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率。
2 额定电流I1N 和I 2 N ( A) : 、
指在额定容量下，允许长期通过的额定电流。在三相 变压器中指的是线电流
铁轭
铁芯柱
铁芯叠片
装配实物
11
铁芯各种截面
充分利用空间
提高变压器容量
减小体积。
12
㈡、绕组
变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。
按照绕组在铁芯中的排列方法分为：铁芯式和铁壳式两类 按照变压器绕组的基本形式分为：同芯式和交叠式两种．
1、铁芯式:
（1）、每个铁芯柱上都套有
高压绕组和低乐绕组。为了绝
3 额定电压U1N 和U 2 N (kV ) : 、
指长期运行时所能承受的工作电压（ 线电压）
U1N是指加在一次侧的额定 电压,U 2 N 是指一次侧加 U1N时二次的开路电压对三相变压器指的是线 . 电压.
20
三者关系：
单相 : S 三相 : S
N N
U 1 N I1 N U 2 N I 2 N 3U1N I1N 3U 2 N I 2 N
同理，二次侧感应电动势也有同样的结论。
则:
e2 N 2 d 0 2fN 2 m sin(t 90 0 ) E2 m sin(t 90 0 ) dt
有效值: E2 4.44 fN2m
相量:
E2 j 4.44 fN2m
25
⒉ E1﹑E2在时间相位上滞后于磁通 0 900. 其波形图和相量图如图2—8所示
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I 0
0 I 2
E 1
a
U 1
X
E 1
U 1
1
E 2
U 20
x
I 0
I N F 0 0 1
1
E 1
E 2
E 1
R I 0 1
I 0
0 I 2
U 1
E 1
E 1
1
E 2
第一篇 变 压 器
第二章 变压器的基本作用原理与理论分析
第二章 变压器变压器的基本作用原理与理论分析
2.1 变压器的基本结构和额定值 2.2 变压器的空载运行 2.3 变压器的负载运行 2.4 标么值 2.5 参数测定 2.6 变压器的运行特性
第一节电力变压器的基本结构和额定值
变压器的分类
按用途分：电力变压器、调压器、仪用互感器、电子变
可见:当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次侧感应电 动势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通90o。 同理，二次侧感应电动势也有同样的结论。 则:
e2 N 2 d dt
0
2 fN 2
m
sin( t 90 0 ) E 2 m sin( t 90 0 )
有效值: E 2 4 . 44 fN 2 m 相量:
I
---- 滞后 E 1 90°(无功)
E1
I Fe
I0
m
I
Φ0
五、励磁特性的电路模型
A
I 0
0 I 2
E 1
1
+
U 1
X -
+
-
+
E 1
E 2
+
a
U 20
x
U 1
I0 Im I Fe I
g (E ) I Fe m 1 jb (E ) I
ie
﹑
也是一有功分量
结论：励磁电流的组成
1) 励磁电流实际包含
i
ih
﹑
ie
2)同相位合并:
I Fe I h I e 称铁耗电流分量
3）当考虑铁耗电流分量时，励磁电流不再与 主磁通同相,而是超前一个磁滞角αm (铁耗角)
I0 Im I Fe I
励磁电流为： I Fe ---- 与 E 1 同相位 (有功）
m 1
五、励磁特性的电路模型
强调：rm 并非实质电阻、 是 为计算铁耗引进的 模拟电阻。 由于磁化曲线呈非线性， 参 数 Zm 随电压而变化，不是常 数。但变压器正常运行时，外 施电压等于或近似等于额定 电压，且变动范围不大,可把 Zm 看成常数。
U 1
即有：
E1 I 0 Zm I 0 (rm jxm )
㈡、绕组
变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。
按照绕组在铁芯中的排列方法分为：铁芯式和铁壳式两类 按照变压器绕组的基本形式分为：同芯式和交叠式两种．
㈡、绕组
1、铁芯式:
（1）、每个铁芯柱上都套有 高压绕组和低压绕组。为了绝 缘方便,低压在内，高压在外 （2）、电力系统的各种变压 器都用铁芯式变压器
-
0 I 2
E 1
-
a
U 1
X
+
E 1
1
+
E 2
-
U 20
x
+
U 1 I 0 r1 E1 E1 I 0 r1 E1 j I 0 x1 U 20 E 2 E1 I m (rm jxm ) I 0 I m I Fe I
j 4 .44 fN m E 2 2
⒉ E1﹑E2在时间相位上滞后于磁通Φ0 900， 其波形图和相量图如图2—8所示
1
图2-8
⒊ 变压器的变比： 在变压器中，原、副绕组的感应电动势E1 和 E2之比称为变压器的变比，用 k 表示，即：
k
E E
1 2
4 . 44 4 . 44
1、铁芯式:
扁铜线与成形绕组
三相芯式变压器
2﹑铁壳式
（1）、铁芯柱在中间，铁轭在两旁环绕，且把绕组包围起 来.高压绕组和低压绕组沿着铁芯柱的高度交错地排列着。 (2)、常应用于电压较低而电流很大的持殊场合. 例如电炉用变压器。
单相壳式变压器
铁壳式变压器
(三)变压器油
电力变压器的铁芯和绕组都需浸在变压器油中. 变压器油的作用是双重的:① 增强绝缘.②传递热量散热
(四)油箱
油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油箱侧 壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。
(五)绝缘套管
将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘， 担负着固定的作用。
一、电力变压器的基本结构
一、电力变压器的基本结构
一、电力变压器的基本结构
一、电力变压器的基本结构
一、电力变压器的基本结构
第三节 变压器的负载运行
变压器一次侧接在额定电压的 交流电源上，二次接上负载的 运行状态，称为负载运行。
U 1
I 0
E 1
1
I 2
E 2
E 1
ZL U 2
一、 负载运行时的电磁物理现象
1
U 1 U 2
1、主磁通感应的电动势 则:
e1 N 1
--设 0 m sin t
d 0 2 fN 1 m sin( t 90 0 ) E1m sin( t 90 0 ) dt
有效值: E 1 4 . 44 fN 1 m 相量:
j 4 .44 fN m E 1 1
1、电力变压器
干式
油浸式
2、调压器
一、 电力变压器的基本结构 主要组成：铁芯、绕组、变压器油、油箱、绝缘套管
铁芯 铁芯
绕组 单相壳式变压器
绕组 三相芯式变压器
㈠、铁心:变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少
铁损，用0.35mm厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。
交叠装配
铁轭
铁芯柱
三相变压器 单相变压器
U 20
磁通分为两部分 主磁通Φ，流径闭合铁心，磁阻小，同时匝链了原边和副 边绕组,并感应出电势e1和e2。是变压器传递能量的主要媒 介 漏磁通Ф1σ，仅与原边绕组匝链，通过变压器油或空气形 成闭合磁路，磁阻大，不传递功率
二、正方向的规定
A +
I 0
-
0 I 2
E 1
-
a
U 1
Φm取决于U1的大小
即:
N I NI N1 I 1 2 2 1 m
N I 2 I ( ) I I ( 2 ) I I 用电流形式表示 I 1 m 2 m m 1L N1 k N2 I1L ( )I2 N1 负载分量 ,用来抵消二次磁动势的作用。 N I NI
图2-10
(二)磁滞现象对励磁电流的影响 交流磁场作用下，受磁滞影响。其励磁电流是 不对称尖顶波。
其一为: 纯磁化电流分量 i ， 对称的尖顶波 建立磁场,无功分量 另一为: 磁滞电流分量
ih
.
ih与 E 1 同相位, 是有功分量电流
(三)涡流对励磁电流的影响
交变磁通在铁芯中产生涡流及涡流损耗。 涡流损耗的电流分量
1 1L 2 2
1. 磁势平衡
I1
F 1
I2
F2
Fm m
E1
原边的电势平衡 副边的电势平衡
E2
N I N F I N I 1 1 2 2 m m 1
Im激磁电流分量， 固定不变
N2 I I 负载分量随负载不同而变化。 I1 I m (I 2 ) I m 1L L N1
大型电力变压器
五、变压器的额定值
1 、 额定容量 S N ( kVA ) :
指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率。
2、 额定电流 I1 N 和 I 2 N ( A) :
指在额定容量下，允许长期通过的额定电流。在三相变 压器中指的是线电流
3、额定电压U1N 和U 2 N (kV ) :
指长期运行时所能承受的工作电压
用漏感应电势来表示，即：
j L I jx I E 1 1 0 1 0
也可以用漏抗压降来表示，即：
j L I jx I E 1 1 0 1 0
总结：
U 1 E 1 4 . 44 fN 1 m E 1 4 . 44 fN 1 1 m
I1N 3I1 , I 2 N 3I 2 绕组Δ接法： U1N U1 ,U 2 N U 2
此外，额定值还有额定频率、效率、温升等。
• 第二节 变压器空载运行
空载运行：原边接额定电压u1n的电源，副 边开路。 原边绕组电流i0为空载电流，空载电流全 部用以励磁，空载电流即励磁电流， i0= im， F0=N1Im
R1 I 1 E
1
I 1
I 2
NI F 1 1 1 N I F 2 2 2
NI F m 1 m
E 1
E 2
E 2 RI
2
2 2
1. 磁势平衡
F 空载时： F 1 m 0
负载时： F F F 1 2 m 0
装配实物