变压器的外特性和电压变化率
变压器的工作原理
Z2
K2 Z2
计
二、 变压器的外特性和电压变化率 1．变压器的外特性 2．电压的变化率
教学
后记
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教学过程： 一、 导入新课
复习回忆变压器的知识点
二、 讲授新课
变压器的工作原理
一、变压器的工作原理
变压器是按电磁感应原理工作的，原线圈接在交流电源上，在铁心中产生交变磁通，从
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课题
授课日期 教学 目标
变压器的工作原理
授课 时数
总课 时数
课型
教具 使用
新授
掌握变压器的电压变换、电流变换和阻抗变换的关系，能做相应的计算。
教学重点 和难点
利用变压器的电压变换、电流变换和阻抗变换的关系做相应的计算。变压器 的工作原理。
学 情 变压器的工作原理是个难点，须要复习电磁感应这部分知识，然后逐步导人 分 析 新知识。
变压器的工作原理 一、变压器的工作原理
板
变压器是按电磁感应原理工作的，原线圈接在交流电源上，在铁心中产生交
变磁通，从而在原、副线圈产生感应电动势。
书
1．变换交流电压 U1 N1 K
U2 N2
2．变换交流电流 I1 N2 1
设
I2 N1 K
3．变换交流阻抗
Z1
N1 N2
20 2 Α 55
K N1 U1 220 2Α N2 U 2 110
I1
I2 K
2 2
1Α
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输入阻抗
Z1
U1 I1
变压器的运行特性
变压器的运行特性主要有外特性（副边电压变化率） 变压器的运行特性主要有外特性（副边电压变化率）和效率 一、变压器的外特性 在电源电压不变的情况下， 在电源电压不变的情况下，变压 器二次侧接入负载后， 器二次侧接入负载后，一、二次 绕组都有电流通过，必然产生一、 绕组都有电流通过，必然产生一、 二次侧的内阻抗压降， 二次侧的内阻抗压降，从而使二 次电压随负载的增减而变化。 次电压随负载的增减而变化。 二次电压随二次电流变化的特 性曲线称为变压器的外特性。 性曲线称为变压器的外特性。 利用电压变化率来表示输出额 利用电压变化率来表示输出额 电压变化率 定电流时电压的变化
cos ϕ = 0.8
（超前） 超前）
U
UN
cos ϕ = 1 cos ϕ = 0.8
（落后） 落后）
IN
I
外特性曲线
电压变化率 一般情况下， 一般情况下，外特性曲线近似一条略向下倾斜的直 且倾斜的程度与负载的功率因数有关， 线，且倾斜的程度与负载的功率因数有关，对于感性负 功率因数愈低，下倾愈烈。从空载到满载， 载，功率因数愈低，下倾愈烈。从空载到满载，二次电 压变化的数值与空载电压的比值称为电压变化 变化率 压变化的数值与空载电压的比值称为电压变化率，即
一定功率因数下， 一定功率因数下， η随负载电流的不同而改变
谢谢
铜耗与负载电流的平方成正比，因而也称为可变损耗。 铜耗与负载电流的平方成正比，因而也称为可变损耗。 铜耗
基本铁耗： 基本铁耗：铁心中的磁滞和涡流损耗 附加铁耗： 附加铁耗：结构件中的涡流损耗
铁耗可视为不变损耗。 铁耗可视为不变损耗。
铁 耗
P1 − ∑ p p Fe + p cu P2 ) × 100 % = (1 − ) × 100 % × 100 % = (1 − η = P1 P1 P2 + p Fe + p cu
电机与电器控制技术课后习题答案
第1章直流电机及电力拖动习题答案1.简述直流电动机的工作原理、主要结构及各部分的作用。
答：1）直流电动机的工作原理：直流电动机的工作原理是基于电磁力定律的。
若磁场B x与导体互相垂直，且导体中通以电流i，则作用于载流导体上电磁力f。
此电磁力与转子半径之积即为电磁转矩。
该电磁转矩使电动机旋转。
通过换向器和电刷的作用，流经线圈的电流方向改变，这样导体所受的电磁力方向不变，从而保持电动机沿着一个固定的方向旋转。
2）直流电机主要由定子和转子部分组成。
定子主要由主磁极、机座、换向磁极、电刷装置和端盖组成。
主磁极的作用是产生恒定、有一定空间分布形状的气隙磁通密度。
整体机座是用导磁效果较好的铸钢材料制成，该种机座能同时起到导磁和机械支撑作用。
换向极用来改善直流电机的换向。
电刷装置把电机电枢中的电流与外部静止电路相连或把外部电源与电机电枢相连。
电刷装置与换向片一起完成机械整流，把电枢中的交变电流变成电刷上的直流或把外部电路中的直流变换为电枢中的交流。
2.直流电机的电枢绕组的连接方式中单叠绕组和单波绕组各有何特点？答：单叠绕组的特点是相邻元件相互叠压，合成节距与换向节距均为1，即y=y k=1。
单叠绕组有以下特点：1）同一主磁极下的元件串联在一起组成一个支路，这样有几个主磁极就有几条支路，主磁极对数等于之路对数，p =a。
2）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使支路感应电动势最大。
3）电刷间电动势等于并联支路电动势，即等于每条并联支路中每根导体电动势之和。
4）电枢电流等于各并联支路电流之和。
单波绕组：线圈连接呈波浪形，所以称作波绕组。
单波绕组直接相连的两个线圈的对应边不是在同一个主磁极下面，而是分别处于相邻两对主磁极中的同极性的磁极下面，合成节距约等于两个极距。
单波绕组只有一对并联支路，支路对数与磁极对数p无关，即a=1。
3.直流电机的励磁方式有几种？画图说明。
答：励磁方式分为他励、并励、串励和复励。
a)b)c)d)a）他励b）并励c）串励d）复励4.什么是电枢反应，对电机有何影响？答：电枢磁场对主磁场的影响称为电枢反应。
变压器的运行特性
电感性滞后
变压器外特性曲线图
Part 3 变压器的效率
由于损耗的存在，变压器在传递能量过程，致使输出功率P2 < 输入功率P1，输出功率P2与输入 功率P1的比值称为效率η
损耗
铁损耗 铜损耗
磁滞损耗 由铁心磁阻所产生的的损耗，硅钢片能减少这种损耗 取决于铁心的磁通大小和交变频率，铁心采用片状结
涡流损耗 构叠加可减少这种损耗
变压器的电压变化率 变压器的外特性 变压器的效率
知识内容
课外拓展 测取实训室变压器的负载特性
产业信息
电力变压器是电力系统的枢纽设备,在变电站中,主 变压器能否安全可靠运行,直接关系到电网的安全 运行。要不断提高主变压器的运行、维护、检修 水平。
本节内容 到此结束
基本铜损 一次、二次绕组内直流电阻所引起 的直流电阻损耗 由集肤效应和邻近效应使绕组有效电阻变大所增加的
附加铜损 损耗
Part 3 变压器的效率
PFE
变压器损耗
PCU
铁损耗（不变损耗）
铁损耗用PFE表示，其 与外加电压大小有关， 而与负载大小基本无关 ，故也称为不变损耗。
铜损耗（可变损耗）
铜损耗用PCU表示，其 大小与负载电流平方成 正比，故也称为可变损 耗。
电机与电气控制技术
Part 1 变压器的运行特性
外特性
运行特性
效率 特性
主要指标：电压变化率、效率
Part 2 电压变化率
变压器一次绕组加额定电压，负载的功率因数一定，空载与额定负载时 二次侧端电压之差（U2N -U2）与额定电压U2N的比值，用ΔU%表示
• 空载时，U20=U2N • 负载时，U2随负载的变化而变化 变化率 电压变化率ΔU%与变压器内阻抗大小、负载电流及负载类型有关，反映了变压器 输出电压的稳定性及电能的质量。
11.2 变压器的工作原理
11.2 变压器的工作原理考纲要求：熟练掌握变压器变换电压、变换电流和变换阻抗的基本关系及其计算。
教学目的要求：熟练掌握变压器变换电压、变换电流和变换阻抗的基本关系及其计算。
教学重点：变压器变换电压、变换电流和变换阻抗的基本关系及其计算。
教学难点：变压器变换电压、变换电流和变换阻抗的基本关系及其计算。
课时安排：4节 课型：复习教学过程：【知识点回顾】一、变换交流电压原绕组外加电压∙1U 后产生 ，空载电流∙0I 通过线圈 ，产生磁动势 ，在其作用下，产生 （设穿过磁路的主磁通Φ= ），则在N 1中产生自感电动势E L1= ，在N 2中产生互感电动势E M2= 。
原绕组中∙1U = ，副绕组中∙2U = 。
在忽略漏磁通的情况下：201U U = 。
二、变换交流电流磁动势平衡方程式： 。
∴电流变换公式 。
（理想的二绕组变压器）三、变换交流阻抗|Z L |= ；|Z 1|= 。
变压器的输入阻抗为Z 1，副边负载的阻抗为|Z L |，则|Z 1|= 。
若Z L =R+jX ，则Z 1=其中R 1= ，X 1= 。
四、变压器的外特性1、定义：（1）变压器空载时，I 2=0，U 2= 。
（2）电阻性负载和电感性负载，U 2随I 2的增加而 ，功率因数越低，U 2下降就越 。
（3）电容性负载，U 2随I 2的增加而 。
2、电压变化率： 。
ΔU= 。
（ΔU 越 越好）【课前练习】一、判断题1、在变压器二次绕组中产生的电动势是互感电动势。
( )2、一个空载变压器，在变换电压的同时，也在变换电流。
( )3、变压器可以改变各种电源的电压。
( )4、变压器用作阻抗变换时，变压比等于一次、二次绕组阻抗的平方比。
( )5、一只440V ／220V 的变压器，可用来把220V 的交流电降到110V 。
( )6、变压器接有负载时，随负载电流I 2增大，变压器二次电压逐渐下降。
( )7、根据变压器的变压比公式：2121N N U U ，此式中的U 2是变压器的满载电压。
变压器基本工作原理
变压器的基本原理和分类一、变压器的基本工作原理变压器是利用电磁感应定律把一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能。
变压器工作原理图当原边绕组接到交流电源时，绕组中便有交流电流流过，并在铁心中产生与外加电压频率相同的磁通，这个交变磁通同时交链着原边绕组和副边绕组。
原、副绕组的感应分别表示为dt d N e Φ-=11 dtd Ne Φ-=22 则k N N e e u u ==≈212121 变比k ：表示原、副绕组的匝数比，也等于原边一相绕组的感应电势与副边一相绕组的感应电势之比。
改变变压器的变比，就能改变输出电压。
但应注意,变压器不能改变电能的频率。
二、电力变压器的分类变压器的种类很多，可按其用途、相数、结构、调压方式、冷却方式等不同来进行分类。
按用途分类：升压变压器、降压变压器；按相数分类：单相变压器和三相变压器；按线圈数分类：双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器；按铁心结构分类：心式变压器和壳式变压器；按调压方式分类：无载（无励磁）调压变压器、有载调压变压器；按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器和干式变压器等；按容量大小分类：小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器。
三相油浸式电力变压器的外形,见图1，铁心和绕组是变压器的主要部件，称为器身见图2，器身放在油箱内部。
电力变压器的结构一、铁心1.铁心的材料采用高磁导率的铁磁材料—～厚的硅钢片叠成。
为了提高磁路的导磁性能，减小铁心中的磁滞、涡流损耗。
变压器用的硅钢片其含硅量比较高。
硅钢片的两面均涂以绝缘漆，这样可使叠装在一起的硅钢片相互之间绝缘。
2.铁心形式铁心是变压器的主磁路，电力变压器的铁心主要采用心式结构。
二、绕组1.绕组的材料铜或铝导线包绕绝缘纸以后绕制而成。
2.形式圆筒式、螺旋式、连续式、纠结式等结构。
为了便于绝缘，低压绕组靠近铁心柱，高压绕组套在低压绕组外面，两个绕组之间留有油道。
变压器绕组外形如图所示。
变压器介绍PPT课件
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几。 让EAB指向12点，Eab指几点该三相变压器联结组的标号数就是几。
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5、三相变压器联结组标号的确定
1）Yy0联结组
EAB A BC . ..
EA EB EC
“12”
B
XYZ Eab
a bc ...
Ea Eb Ec
EAB
EB
Eab Ea Eb EA EC
Aa
Ec ECA
EBC C
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图1-15 变压器同名端测定方法接线图
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5、三相变压器联结组标号的确定 判别三相变压器的联结组标号采用“时钟序数表示法”。
• “时钟表示法”规定：变压器高压边线电势相量为长针，永远指向钟面上的12 点；低压边线电势相量为短针，指向钟面上哪一点，则该点数就是变压器联接组 别的标号。
三相变压器并联运行的条件： 1) 并联运行的各台变压器，其额定电压、电压比要相等 2）并联运行变压器的联结组别必须相同 3）并联运行的各台变压器，其短路阻抗的相对值要相等
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五、 其他用途的变压器
1、自耦变压器 自耦变压器的结构特点是：一、二次绕组共用一个绕组。
自耦变压器的计算与普通变压器相同。 自耦变压器的输出视在功率（即 容量）有两部分：
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2、带磁分路的弧焊变压器
在变压器的一次绕组和二次绕组的两个铁芯柱之间，安装一个磁分路动铁芯，由于 磁分路动铁芯地存在，增加了漏磁通，增大了漏电抗，从而是变压器获得迅速下降 的外特性。 通过弧焊变压器外部手柄来调节螺杆，并将磁分路铁心移进移出，使漏磁通增大或 减小，即漏电抗增大或减小，从而改变焊接电流的大小。另外，还可通过二次绕组 抽头调节起弧电压的大小。
变压器的运行特征
一、变压器的运行特征变压器的运行特征主要有外特征与效率特性，而表征变压器运行性能的主要指标则有电压变化率和效率。
1、电压变化率1）外特性变压器一次侧接上额定电压，二次侧开路时，二次侧空载电压就等于二次侧额定电压，外特性是指一次侧加额定电压，负载功率因数cosφ2一定时，二次侧端电压随负载电流变化的关系，即U2=f (I2)。
变压器在纯电阻和感性负载时，外特性是下降的，而客性负载时可能是上翘的。
2）电压变化率负载电流变化，变压器副边端电压将随着发生变化。
电压调整率是变压器负载时副边端电压变化程度的一种程度。
假定变压器原边接电源电压，副边开路时的端电压为额定值，当副边接入负载后，即使原来电压保持不变，副边端电压不再是额定值，原边电压保持为额定值，负载功率因数为常数，空载和负载的副边端电压之差与副边额定电压的比值，即电压变化的标么值称为电压变化率，用⊿U*表示即⊿U*=(U20-U2)/U2N式中U20—副边空载电压U2—时的副边端电压由于副边空载端电压U20等于副边额定电压U2N，经过折算后，公式1可写成⊿U*=(U20-U2)/U2N=(U'2N-U'2)/U'2N=(U10-U'2)/U1N电压变化率是变压器的主要性能指标之一，负载电流变化时，副边端电压变化的原因，是变压器内部存在电阻和漏抗而引起内部电压降。
副边电压的变化程度，即⊿U*的大小，不仅同变压器本身的阻抗有关，而且与负载的大小和性能有关。
综合上述，负载为感性时，φ2角为正值，故电压变化率为正值，即负载时的副边电压恒比空载电压低；负载为容性，φ2角为负值，故电压变化率有可能为负值，亦即负载时的副边电压可能高于空载电压。
为了保证供电电压的质量，尽可能保持副边电压的稳定，这就需要进行调压。
在电力系统中调压的方法很多，例如调节发电机出口电压，用同步调相机，在负载端并联电容器等。
但采用最多、最普遍的还是变压器调压。
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波动。
《机床电气控制系统运行与维护》
《机床电气控制系统运行与维护器中，由于其电阻和漏磁感抗很小，电压变化率是不大
的，约为5%左右。电压变化率是变压器的主要性能指标之一，△U越小
，说明变压器输出电压越稳定，变压器带负载的能力就越强。电力变压
器在额定负载时的电△U为4%~6%。通△U也与负载的功率因数
有
关，
cos
cos
越高，△U就越小，因此，提高供电的功率因数也可以减小电压的
图1-15 变压器的外特性
《机床电气控制系统运行与维护》 通常希望电压U2的变化愈小愈好，从空载到额定负载，次级电
压的变化程度用电压变化率（又称电压调整率）△U表示，即
U U20 U2 100% U 20
式中，U2为变压器次级输出额定电流I2e时的输出电压（V）； U20为空载时额定电压（V）。
《机床电气控制系统运行与维护》
学习情境一 电工基础及电动机的认识 1.2 单相变压器
1.2.2 变压器的外特性和电压变化率
《机床电气控制系统运行与维护》 如果变压器的初级的电源电压不变，变压器的负载电流（设为I2
）增大时，次级内部电压降也增大，次级端电压（设为U2）随负载电 流增加而下降，这种特性叫变压器的外特性，可用图1-15表示。