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1、第四节 变压器变压器的种类和结构变压器是一种设备，这种设备通过磁场 作用将一种电压等级的交流电能转换成另外 一种电压等级的交流电能。变压器由两个或 多个缠绕在共用铁心上的线圈组成，这些线 圈通常不是直接连接在一起，线圈之间唯一 的连接是存在于铁心中的共同的磁通量。其中一个变压器线圈与交流电源相连接 ，第二个变压器线圈（可能是第三个线圈） 向负载提供电功率。与电源相连的变压器绕 组被称为一次绕组或输入绕组，而与负载相 连的绕组被称为二次绕组或输出绕组。如果 变压器有第三个绕组，这个绕组被称为三次 绕组。电力变压器铁心的结构分为两类。一类 是由变压器绕组缠绕在一个简单的矩形钢片 叠压成的铁心两边而
2、构成。这种类型的结构 被称为芯式，另一类是由变压器绕组缠绕在 一个三柱叠片铁心中间的那个铁心柱上而构 成。这种类型的结构被称为壳式，无论哪种 形式，铁心都是由彼此间相互电气绝缘的薄 叠片构成旨在把涡流减小到最小程度。实际变压器中的一次绕组和二次绕组在 绕的时候把其中的低压绕组绕在铁心最里 面，然后把另一绕组绕在外面。这样安排 绕组的目的有两个： 1)这样可以使高压绕组和铁心之间的绝缘 问题得到简化； 2)这样可以使产生的漏磁通比两个绕组隔 开一定距离绕在铁心时产生的漏磁通少得 多。电力变压器有各种各样不同的名称， 这取决于它们在电力系统中的作用。与发 电机输出端相连并被用来使输出电压升高 至传
3、输大小的变压器有时被称为单元变压 器。和输电线另一端相连用来使电压从传 输时的大小降低至配电大小的变压器被称 为配电变压器。最后，得到配电电压并把 它降低至电力实际被使用的最终电压的变 压器被称为配电变压器。所有这些设备实 质上它们的结构是相同的，它们之间唯一 的不同是其预期用途。除了不同种类的电力变压器外，还有 两种特殊用途变压器被用来和电机和电力 系统一起使用。第一种变压器是特别设计 来取样高电压，然后产生一个与之成正比 的低的二次电压。这种变压器被称为电压 互感器。电力变压器也会产生一个正比于 其一次侧电压的二次电压。电压互感器和 电力变压器之间的区别在于电压互感器旨 在处理非常小的电流
4、。第二类特种变压器 是专门用以提供比一次侧电流小得多却正 比于一次侧电流的二次电流。这种器件被 称为电流互感器。 变压器的等效电路实际变压器中的损耗在任何反映变压器 性能的精确模型中必须计入在内。在这样一 个模型的结构中应考虑的主要方面有：1. 铜耗Rr 铜耗是变压器一次绕组和二次绕 组中的电阻性热损耗。铜耗正比于绕组电流 的平方。 2. 涡流损耗 涡流损耗是变压器铁心中的电 阻性热损耗；3. 磁滞损耗 这些损耗与铁心中每半个周期 内的磁畴的重新排列有关； 4.漏磁通 不经过铁心而只经过变压器某一 个绕组的磁通是漏磁通。由于这些漏磁通在 一次和二次绕组中产生自感，所以这些电感必须计入在内。我们
5、可以构造一个等效电路，在这个 等效电路中研究实际变压器的所有主要的 缺陷。我们将依次研究每一个主要缺陷， 同时，这些缺陷产生的效应将包含在变压 器模型中。这个模型所反映的最简单的效应是铜耗 。铜耗是变压器铁心上的一次和二次绕组中 的电阻性损耗，铜耗是通过在一次电路中放 置电阻Rp以及在一次电路中放置电阻Rs来建 模的。一次绕组的漏磁通ip产生电压eip，而 二次绕组中的漏磁通is产生电压eis。由于 漏磁通所走的路径大部分经过空气，并且 由于空气的磁阻是不变的且远远大于铁心 磁阻，所以磁通ip正比于电路电流ip而磁 通is正比于二次电流is，即上式中Lp是一次线圈的自感，而Ls是二 次线圈的自感，因此，漏磁通可以用一次 和二次电感器来建模。我们如何建模来反映铁心励磁效应呢？ 磁化电流im正比于（在不饱和区域）作用 于铁心的电压，并滞后该电压90，因此可 以采用并联于初级电压源的电抗Xm来建模 。铁耗电流ine正比于作用在铁心上的电 压并且与外加电压同相位，因此可以采用 并联于初级电压源的电阻Rm来建模。（要 记住这些电流实际上是非线性的，所以电 抗Xm和电阻Rm和实际励磁效果非常接近）最后得到的等效电路如图44所示。要 注意的是组成励磁支路的元件置于一次电阻 Rp以及一次电阻Lp的内侧。这是因为实际作 用在铁心上的电压真正等于输入电压减去绕 组的内电阻压降。
