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1、变压器,3.1 变压器的构造、工作原理、功能 3.2 变压器的额定值、外特性、效率及损耗 3.3 变压器绕组的极性 3.4 特殊变压器,变压器：,利用电磁感应原理，将一定数值的交流电转变为同频率的另一数值的交流电，即一种变换交流电压、交流电流的电气设备。在电力系统和电子线路中应用非常广泛。,交流输电方面：,先将电厂发出的正弦交流电的电压利用电力变压器升高到110kV、220kV、500kV或1000kV等电网电压等级，再经过高压输电线路送到电力负荷地区。,用电方面：,为了满足用电设备的电压要求和保障电气设备、人员的安全，必须利用电力变压器将交流高压输电线路上的电压逐级降低到380V/220V供
2、用户使用。,电子线路：,大量使用各种规格的变压器来实现电压变换、耦合电路、传递信号、阻抗匹配等。此外，还有常用的自耦变压器、仪用变压器、互感器和各种专用变压器（用于电焊、电炉、整流装置等）。,电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。具体如下：,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,一、变压器的基本构造,变压器的基本结构：主要是铁芯和绕组等构成。,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,一、变压器的基本构造,变压器实物图：电力变压器,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,一、变压器的基本构造,变压器实物图：电子电路中的变压器（1）,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,一、变压器
3、的基本构造,变压器实物图：电子电路中的变压器（2）,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,一、变压器的基本构造,常见的变压器结构型式有心式和壳式两种。,特点：绕组包围铁芯，多用于大容量变压器，电力变压器一般采用心式。,心 式 变 压 器,壳 式 变 压 器,特点：铁芯包围绕组，多用于小容量变压器中。,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,一、变压器的基本构造,铁芯是变压器的磁路部分。通常铁芯由厚度为0.300.35mm、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。绕有绕组的铁芯部分称为铁芯柱，其余用以闭合磁路的铁芯部分，称为磁轭（或铁轭）。,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,一、变压器的基本构造,绕组是变
4、压器的电路部分。一般用绝缘材料漆包的绝缘扁铜（铝）线或绝缘圆铜（铝）线绕制而成。,输入电能端绕组称为一次绕组，简称一次侧，或称原边绕组、原边；输出电能端绕组称为二次绕组，简称二次侧，或称副边绕组、副边。电压较高的绕组称为高压绕组，电压较低的绕组称为低压绕组。,较大容量变压器还具有冷却装置和保护装置等。,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,一、变压器的基本构造,变压器的磁路,变压器的电路,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,一、变压器的基本构造,变压器的分类：,按变压器用途分类,特种变压器：整流变压器、电炉变压器等。,仪用互感器：电压互感器、电流互感器等。,自耦变压器（调压器）,试验用高压变
5、压器,电力变压器：升压变压器、降压变压器、 配电变压器等。,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,一、变压器的基本构造,变压器的分类：,按变压器绕组数目分类,双绕组变压器（电力变压器多数是双绕组）,三绕组变压器（如电力系统中联络变压器）,多绕组变压器（常见于电子电路或多路供电中）,单绕组变压器（如自耦变压器）,按变压器结构型式分类,壳式变压器,心式变压器,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,一、变压器的基本构造,变压器的分类：,按变压器相数分类,三相变压器,多相变压器（如六相、十二相等）,单相变压器,按变压器冷却方式和冷却介质分类,油浸式变压器（用油冷却）,干式变压器（用空气冷却）,3.1
6、变压器的构造、工作原理、功能,二、变压器的工作原理,变压器原理图,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,二、变压器的工作原理,1、变压器空载运行,原边接交流电源，副边开路。,空载时，铁心中主磁通是由一次绕组磁通势产生的。,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,二、变压器的工作原理,1、变压器空载运行,原边，KVL：,相量形式：,设：,，原边主磁感应电动势e1有效值为,原边电压u1有效值为,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,二、变压器的工作原理,1、变压器空载运行,副边开路电压：,相量形式：,设：,，副边主磁感应电动势e2为,e2有效值为：,副边开路电压u20的有效值为：,3.1 变压器的构
7、造、工作原理、功能,二、变压器的工作原理,1、变压器空载运行,原边、副边的电压之比：,变压器的变压比，简称变比,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,二、变压器的工作原理,2、变压器负载运行,一次侧接交流电源，二次侧接负载。,有载时，主磁通是由一次、二次绕组磁通势共同产生的合成磁通。,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,二、变压器的工作原理,2、变压器负载运行,原边，KVL：,相量形式：,原边电压u1有效值为：,副边，KVL：,相量形式：,副边电压u2有效值为：,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,二、变压器的工作原理,2、变压器负载运行,原边、副边电压之比：,不论是空载运行还是负载运行，
8、均有关系式,说明：当U1和f不变时，铁芯中的主磁通最大值m近似常数，即在变压器空载和负载时近似一样。,原、副边电压基本关系,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,二、变压器的工作原理,2、变压器负载运行,因此：,相量形式：,变压器的磁通势平衡方程,励磁电流分量,负载电流分量,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,二、变压器的工作原理,2、变压器负载运行,铁芯磁导率很高，励磁电流分量 很小，一般情况下，I0约为原边额定电流的(510)%，因此,或,有效值形式为,原、副边电流基本关系,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,三、变压器的功能,1、电压变换,电源电压U1不变时，改变原、副边匝数之比，即
9、改变K，可改变副边的输出电压U2。,2、电流变换,U1、N1、N2不变时，若负载变化，副边电流I2、原边电流I1发生变化，但它们的比值不变。,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,3、阻抗变换,由图可知：,结论： 变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模的K 2 倍。,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,(1) 变压器的匝数比应为：,解:,例:如图，交流信号源的电动势E=120V，内阻R0=800，负载为扬声器，其等效电阻为RL=8。要求:(1)当RL折算到原边的等效电阻 时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率；(2)当将负载直接与信号源联接时,信号源输出多大功率？,信号源的输出功
10、率：,电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。,结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。,原因：满足了最大功率输出的条件：,（2）将负载直接接到信号源上时，输出功率为：,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,四、三相变压器,三相变压器可以用三个单相变压器以一定的联接方式组成，这种三相变压器称为三相变压器组。,大容量巨型变压器以及运输条件受限制地方，为便于运输及减少备用容量，采用三相变压器组。,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,四、三相变压器,常用三相心式变压器，对称三相绕组分别绕在一个铁芯柱上。具有消耗材料少、效率高、占地面积小、维护简单等优点。,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,
11、四、三相变压器,三相心式变压器实物图：,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,四、三相变压器,三相变压器绕组联结方式：,三相变压器的一次绕组或二次绕组，均可采用：,联结,Y联结,或,3.1 变压器的构造、工作原理、功能,四、三相变压器,三相变压器联结方式：,Y/Y、Y/Y0、Y/、Y0 /、Y0 /Y、/Y、/Y0等。,高压绕组接法,低压绕组接法,三相配电变压器,动力供电系统,高压、超高压供电系统,常用接法:,高压侧Y， ，可降低每相绕组绝缘要求；,低压侧， ，可减小每相绕组导线截面；,（1）三相变压器Y/Y0联结,线电压之比：,（2）三相变压器Y/联结,线电压之比：,3.2 变压器的额定值、
12、外特性、效率及损耗,一、额定值,变压器的铭牌：,变压器的铭牌：附贴在变压器的外壳上、标明变压器主要指标参数（额定值）的牌子。,3.2 变压器的额定值、外特性、效率及损耗,一、额定值,1、变压器的型号,3.2 变压器的额定值、外特性、效率及损耗,一、额定值,2、额定电压U1N、U2N,变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值。,3、额定电流I1N、I2N,变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。,3.2 变压器的额定值、外特性、效率及损耗,4、额定容量SN,在额定工作条件下变压器的视在功率。,容量 SN 输出功率 P2,一次侧输入功率 P1 输出功率 P2,注意：变压器几
13、个功率的关系（单相）,效率,变压器运行时的功率取决于负载的性质,3.2 变压器的额定值、外特性、效率及损耗,5、额定频率fN,指变压器应接入的电源频率。我国电力系统的额定工作频率为50Hz。,6、变压器的变比K,变压器的变比用原、副边额定电压之比的形式标明在铭牌上。,例如：6000/400V，表明原边额定电压U1N=6000V，副边额定电压U2N=400V。,由于变压器有内阻抗压降，所以副边的空载电压一般应较满载时的电压高5%10%。,3.2 变压器的额定值、外特性、效率及损耗,二、变压器的外特性,变压器外特性：当一次侧电压 U1和负载功率因数 cos2保持不变时，二次侧输出电压 U2和输出电
14、流 I2的关系，U2 = f (I2)。,U20：一次侧加额定 电压、二次侧开路时，二次侧的输出电压。,3.2 变压器的额定值、外特性、效率及损耗,二、变压器的外特性,一般供电系统希望随I2的变化，U2 变化不大。,变压器从空载到额定负载，二次绕组电压的变化程度用电压变化率U 表示：,一般变压器U 约为5%左右，容量大的电力变压器U 约为2%3%。,例2: 有一机床照明变压器,50VA, U1=380 V, U2 =36 V，其绕组已烧毁，要拆去重绕。今测得其铁心截面积为22mm41mm（如图）。铁心材料是0.35mm厚的硅钢片。试计算一次、二次绕组匝数及导线线径。,解:,铁心的有效截面积为,
15、式中 0.9 为铁心叠片间隙系数。,对 0.35mm的硅钢片，可取Bm=1.1T,一次绕组匝数为,一般取 0.90.93,二次绕组匝数为,（设U20=1.05U2）,二次绕组电流为,一次绕组电流为,导线直径计算公式,式中，J是电流密度，一般取J 2.5 A/mm2。,二次绕组线径为,一次绕组线径为,三、变压器的损耗及效率,为减少涡流损耗，铁心一般由导磁钢片叠成。,变压器的损耗包括两部分：,铜损 (PCu) ：绕组导线电阻的损耗。,涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感 应电流(涡流)造成的损耗。,铁损(PFe )：,变压器的效率为,一般 95% ,负载为额定负载的(5075)%时，最大。,输出功率
16、,输入功率,例: 有一带电阻负载的三相变压器，其额定数据如下：SN=100kVA, U1N=6000V, f=50Hz。 U2N= U20=400V , 绕组连接成。由试验测得: PFe =600 W，额定负载时的 PCu =2400W 。试求 (1) 变压器的额定电流；(2) 满载和半载时的效率。,解:,(1) 额定电流,() 满载和半载时的效率,3.3 变压器的绕组的极性,1、同极性端（同名端）,当电流流入(或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入(或流出）端称为同极性端。,或者说，当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。,同极性端用“”表示。,增加,+,+,+,+,同极性端和绕组的绕向有关。,联接 23,变压器一次侧有两个额定电压为 110V 的绕组：,
