《电工技术》第2章变压器

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1、 第二章第二章 变压器变压器掌握掌握 变压器变压、交流、变阻抗的原理和计算方法。变压器变压、交流、变阻抗的原理和计算方法。掌握掌握 变压器同名端的概念和绕组的正确连接方法。变压器同名端的概念和绕组的正确连接方法。了解了解 单相变压器的分类、构造和铭牌数据。单相变压器的分类、构造和铭牌数据。了解了解 变压器的外特性和效率。变压器的外特性和效率。了解了解 自耦变压器的构造和工作原理。自耦变压器的构造和工作原理。了解了解 电流互感器电流互感器 第二章第二章 变压器变压器 2.1 变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理2.2 变压器的额定值变压器的额定值 2.3 绕组的同名端及绕组的串联和并联绕

2、组的同名端及绕组的串联和并联2.4 三相变压器三相变压器 2.5 特殊用途的变压器特殊用途的变压器 2.1 2.1 变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理 变压器是一种常用的变压器是一种常用的静止电气设备静止电气设备，它的基本，它的基本工作原理利用电磁感应原理，通过一个共同的磁场工作原理利用电磁感应原理，通过一个共同的磁场（磁路），将两个或两个以上的绕组耦合在一起，（磁路），将两个或两个以上的绕组耦合在一起，进行交流电能的转换与传递。进行交流电能的转换与传递。注意注意: 变换变换前后前后频率频率不变不变 e1e01u101i0i2 = 0u20e2ZL2.1 2.1 变压器的结构和工作原

3、理变压器的结构和工作原理变压器的分类变压器的分类:按照用途分类有：按照用途分类有：电力变压器、仪用互感器电力变压器、仪用互感器等。等。按照变换电能的相数分类有：按照变换电能的相数分类有：单相变压器和三相单相变压器和三相（多相）变压器。（多相）变压器。 尽管变压器类型多，但是它们的结构和工作尽管变压器类型多，但是它们的结构和工作原理都是基本相同的。本章内容以介绍原理都是基本相同的。本章内容以介绍单相小型单相小型变压器变压器为主，同时也介绍一些其它常用变压器的为主，同时也介绍一些其它常用变压器的特点及使用方法。特点及使用方法。2.1.1单相变压器的基本结构单相变压器的基本结构 单相变压器单相变压器

4、: 接在单相交流电源上，用来改变单接在单相交流电源上，用来改变单 相交流电压的变压器相交流电压的变压器.组成：组成：变压器主要由变压器主要由铁心铁心和绕在铁心上的和绕在铁心上的线圈线圈 两部分组成。两部分组成。特特 点点: 容量很小容量很小应用场合应用场合: 局部照明和控制。局部照明和控制。变压器铁心变压器铁心: 硅钢片叠压而成。硅钢片叠压而成。变压器绕组变压器绕组: 高强度漆包线绕制而成。高强度漆包线绕制而成。其它部件其它部件: 油箱、冷却装置、保护装置等。油箱、冷却装置、保护装置等。铁心铁心线圈线圈铁心铁心线圈线圈两个绕组中与电源相连的一方称为原绕组，采用下标两个绕组中与电源相连的一方称为

5、原绕组，采用下标“1”来表示，如原绕组电压来表示，如原绕组电压U1、原绕组匝数、原绕组匝数N1等。等。与负载相连的绕组称为副绕组，采用下标与负载相连的绕组称为副绕组，采用下标“2”来表示。来表示。e1e01u101i0i2 = 0u20e2ZL 2.1.2 变压器的工作原理变压器的工作原理一空载运行状态一空载运行状态 - 变压器的变电压作用变压器的变电压作用e1e01u101i0i2 = 0u20e2ZL U1 i0 N1 i0主磁通主磁通漏磁通漏磁通01副绕组副绕组e2u20e01原绕组原绕组e1 变压器在空载运行状态下，原、副绕组中变压器在空载运行状态下，原、副绕组中的电压、电流及磁通势的

6、电压、电流及磁通势N1i0和主磁通和主磁通、漏磁、漏磁通通01之间的电磁关系可用如下方法表示：之间的电磁关系可用如下方法表示：名词术语名词术语: 原绕组原绕组 磁通势磁通势 主磁通主磁通 漏磁通漏磁通 1原绕组的电压平衡方程原绕组的电压平衡方程原绕组原绕组:与电源相连侧与电源相连侧. 磁通势磁通势N1i0:原绕组的匝数为原绕组的匝数为N1，产生建立磁场。，产生建立磁场。主磁通主磁通:由绝大部分磁力线沿铁心闭合形成，即工由绝大部分磁力线沿铁心闭合形成，即工作作 磁通磁通0，它同时与原、副绕组交链，在副，它同时与原、副绕组交链，在副 绕组中产生感应电动势绕组中产生感应电动势e1和和e2 。名词术语

7、名词术语: 原绕组原绕组 磁通势磁通势 主磁通主磁通 漏磁通漏磁通 1原绕组的电压平衡方程原绕组的电压平衡方程漏磁通漏磁通0101: :由由磁通势磁通势N N1 1i i0 0产生沿原绕组周围空间的产生沿原绕组周围空间的 非磁性材料闭合形成。非磁性材料闭合形成。0101只与原绕组交只与原绕组交 链链 ( (它不传递能量，只是在原绕组中产生它不传递能量，只是在原绕组中产生 很小的感应电动势很小的感应电动势e e0101) )。名词术语名词术语: 原绕组原绕组 磁通势磁通势 主磁通主磁通 漏磁通漏磁通 绕组中感应电动势的正方向与主磁通绕组中感应电动势的正方向与主磁通的正方的正方向之间符合右手螺旋定

8、则。向之间符合右手螺旋定则。感应电动势感应电动势e2的正的正方向如图方向如图2.1.3中所示。在图示正方向下，副中所示。在图示正方向下，副绕组的开路电压绕组的开路电压u20 = e2 。 e1e01u101i0i2 = 0u20e2ZL 根据根据KVL，原绕组的电压平衡方程式为，原绕组的电压平衡方程式为: u1 = i0 R1（ e01）（）（ e1） （2.1.1） （E01）U1I0R1（E1）= 当电源电压是正弦电压时，主磁通也是按照正弦当电源电压是正弦电压时，主磁通也是按照正弦规律变化的，如果磁路内磁通不饱和，电流也可视做规律变化的，如果磁路内磁通不饱和，电流也可视做正弦量。上式可写成

9、相量形式正弦量。上式可写成相量形式（2.1.2） 忽略忽略I0R1和漏磁通产生的感应电动势和漏磁通产生的感应电动势E01。可近。可近似认为电源电压似认为电源电压U1只用来平衡只用来平衡E1所造成的电压所造成的电压降。降。U1 E1且有且有 E1= 4. 44 f N1m U1E1= 4. 44 f N1mf是电源的频率，是电源的频率，N1是原绕组的匝数，是原绕组的匝数，m是主磁通的幅值。是主磁通的幅值。 2副绕组的电压平衡方程副绕组的电压平衡方程对于变压器副绕组来说，主磁通对于变压器副绕组来说，主磁通穿过穿过N2线圈，线圈，产生感应电动势产生感应电动势e2，且，且e2= 。当主磁通按正弦规律变

10、化，当主磁通按正弦规律变化， =m sint时，时，也可以推导出也可以推导出 E2= 4. 44 f N2m 空载状态下空载状态下 u20= e2 其有效值其有效值 U20= E2 = 4. 44 f N2mdtdN23变电压作用变电压作用 公式公式 U1E1= 4. 44 f N1m U20= E2= 4. 44 f N2mKKNNEEUUu2121201Ku (K) 称为变压器的变压比。称为变压器的变压比。当当Ku1，即，即N1N2 、U1U20，是降压变压器。，是降压变压器。当当Ku1，即，即N1N2 、U1U20，是升压变压器。，是升压变压器。 3变电压作用变电压作用 例如例如“600

11、0230V”表明原绕组的额定电压（原绕组应加表明原绕组的额定电压（原绕组应加的电源电压）的电源电压）U1N= 6000V，副绕组的额定电压，副绕组的额定电压U2N= 230V。U2N是指原绕组加上额定电压是指原绕组加上额定电压U1N后，副绕组的空载电压。后，副绕组的空载电压。变压器铭牌变压器铭牌上所标注的额定电压是以分数形式表上所标注的额定电压是以分数形式表示的原、副绕组的电压值，是空载运行状态下的示的原、副绕组的电压值，是空载运行状态下的电压。电压。e2u1u2e1e02e01i1ZLi201021原绕组电压平衡方程和磁通势平衡方程原绕组电压平衡方程和磁通势平衡方程二负载运行状态二负载运行状