§1—1 变压器的工作原理、用途及分类§1—1 变压器的工作原理、用途及分类一、变压器的基本工作原理变压器是一种利用电磁感应原理将一种数值的交变电压变换为同一频率的另一种数值的交变电压。

1.变压器是静止的电器，它可以根据需要将交流电压升高或降低。

2.在改变电压的同时，电压的频率保持不变。

3.工作原理：根据电磁感应定律U1=-e1=N1dΦ/dt U2=e2=-N2dΦ/dt U1/U2=e1/e2=N1/N2=KU即：变压器一、二次绕组的电压比就等于一、二次绕组的匝数比。

二、变压器的用途在生产、输送、分配和使用电能的整个电力系统中，变压器是一个重要的电器设备。

1.高压输电：变压器是电能传输的主要设备，当输送电能的容量一定时，电压越高，输电线上的电流越小，输电导线面积越小，线路损耗越小。

2.低压配电：在用户侧，为了安全和绝缘方便，要求逐步把输电电压降到配电电压。

3.测量、阻抗变换等其他特殊用途。

输电时，把交流电功率P= √3UIcosø从电厂输送到用户，当P和cosø一定时，U愈高，I愈小，这可以节省输电线材料，减小线路损耗。

三、变压器的分类1、按相数的不同：变压器可分为单相变压器、三相变压器和多相变压器；2、按绕组数目不同：变压器可分为双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器；3、按冷却方式不同：变压器可分为油浸式变压器、充气式变压器和干式变压器。

油浸式变压器又可分为：油浸自冷式、油浸风冷式和强迫油循环变压器。

4、按用途不同：变压器可分为电力变压器、特种变压器、仪用互感器、试验用的高压变压器等。

§1—2 变压器的基本结构§1—2 变压器的基本结构一、铁心：提供磁路1、铁心结构：分为心式结构和壳式结构两种；型式有：“E”、“日”、“∩”形。

心式变压器：绕组围绕铁心，用于容量较大的变压器；壳式变压器：铁心围绕绕组，用于容量较小的变压器。

为了减小损耗，铁心采用涂有绝缘漆的硅钢片叠成。

2、叠片形式：硅钢片裁成条状，采用交错叠片的方式叠装而成，接缝互相错开，为了减小气隙和磁阻。

二、绕组：（也叫线圈）建立磁场1、按高、低压在铁心上放置方式的不同，绕组有同心式和交叠式。

2、按电压高低分为一次（原、初级）绕组和二次（副、次级）绕组。

3、一次（原、初级）绕组与电源相连，二次（副、次级）绕组与负载相连。

4、绕组是用纱包线或高强度的铜漆包线绕成。

三、附件油箱：散热、绝缘，保护铁心和绕组不受外力和潮气浸湿。

油枕：储油，减少油箱内油和空气的接触。

气体继电器：瓦斯保护。

绝缘套管：引出线。

分接开关：调整变压比。

四、变压器的铭牌数据1、变压器的型号：S7—200/30S：三相变压器；7：设计序号；200：变压器容量（KV.A）；30：高压侧电压（KV）2、变压器的额定值：（1）额定容量：单相变压器：Sn=UnIn三相变压器：Sn=√3U1n I1n=√3U2n I2n（2）额定电压：U1N/U2N 是指变压器在空载时，各绕组端头电压的保证值。

对三相变压器指的是线电压，单位是V和KV。

（3）额定电流：I1N/I2N 是指变压器允许长期通过的电流，单位是A。

（4）额定频率：f§1—3 单相变压器的运行原理§1—3 单相变压器的运行原理一、变压器的基本工作原理1、相关名称：一次（原）绕组，匝数N1；二次（副）绕组，匝数N2。

2、工作条件：一次侧要加交变电压。

3、磁场分布：主磁通：大部分经过磁阻很小的铁心闭合，与一次、二次绕组同时交链。

漏磁通：很少一部分磁通经过磁阻很大的油或空气闭合。

4、工作原理：一次绕组通电产生交变磁通，交链到二次侧，在二次侧感应出电势。

5、特点：a、变压器只能传递交流电能，而不能产生电能。

b、它只能改变交流电压或电流的大小，不改变频率。

c、在传递过程中几乎不改变电压和电流大小的乘积（功率）。

二、变压器的运行分析（一）变压器的空载运行变压器的一次绕组接在额定电压的交流电源上，二次绕组开路，这种运行称为变压器的空载运行。

1、空载运行时的物理情况（1）二次侧空载所以i2=0，U2=e2（2）一次侧电流i0叫空载电流（或励磁电流）；（3）输出功率P2=0，所以输入功率P1几乎为0，P1=P Fe+P cu=u1*i0所以i0很小；2、空载运行时的电磁关系和平衡方程由基尔霍夫定律可列出一次绕组的电压平衡方程为：U1+e1+es1=iR1因为空载电流很小，所以I0R1和es1很小，故外加电压几乎全部用来平衡反电势故U1≈-e13、变压器的电压变换磁场由励磁电流i0建立。

经推导得 E1=4.44fN1Φm， E2=4.44fN2Φm；所以E1/E2=N1/N2=K （匝数比）。

又U1≈-e1， U2= E2，故：U1/U2=E1/E2=N1/N2=KU；KU：变压器的变压比当N1>N2时, U1>U2变压器降压；当N1<N2时, U1<U2变压器升压。

注意：1、在变压器中，当用高压绕组作一次绕组时，变压器起降压作用；当用低压绕组作一次绕组时，变压器起升压作用。

2、加在一次绕组两端的电压必须是其额定值，若超过，一次绕组中通过的电流将大大增加，致使变压器烧毁。

（二）变压器的负载运行变压器的一次绕组接在额定电压的交流电源上，二次绕组接上负载的运行称为变压器的有载运行。

1、有载运行时的电磁关系二次绕组接上负载后，将产生电流I2，同时一次绕组的电流也从I0增大为I1。

且：I2越大，I1也越大。

2、一次绕组电流变大的原因：a、从能量转换的角度来看：二次绕组向负载输出的电能只能由一次绕组从电源吸取通过主磁通ø传递给二次绕组。

b、从电磁关系的角度来看：有了I2，二次绕组的磁动势也要在铁心中产生磁通，该磁通将会阻碍原来的主磁通。

而由E1=4.44fN1Φm和U1≈-e1可知，在U1、f、N1不变的情况下，主磁通Φm基本保持不变。

故一次绕组电流I0只有增大为I1，才能维持Φm保持不变。

3、变压器的电流变换由上分析可知：变压器有载运行时的总磁动势等于空载运行时的总磁动势。

即：I0N1=I1N1+I2N2由于I0很小，故I1N1=I2N2即：I1/I2== N2/N1 =K I 式中KI：为变压器的变流比。

4、变压器的阻抗变换变压器不仅能变换电压和电流，而且还能变换负载阻抗。

由Z1=U1/I1Z2=U2/I2Z1/Z2= U1/I1* I2/ U2= U1/U2* I2/I1=（N1/N2）2故：只要改变变压器一、二次绕组的匝数比，就可改变一、二次绕组的阻抗比，从而获得所需的阻抗匹配。

例：交流信号源的电动势E=120V，内阻r0=800Ω，负载RL=8Ω，（1）将交流信号源接在变压器的一次侧，如使等效阻抗Z1= r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相接时，信号源输出多大的功率？解：（1）变压器的匝数比为N1/N2=Z 1/Z2=10 信号源输出的功率为：P=[E/（r0+ Z1）]2* Z1=4.5W（2）当将负载直接与信号源相接时，信号源输出的功率为：P=[E/（r0+ RL）]2* RL=0.176W以上计算表明：同一负载RL，经变压器阻抗变换后，信号源输出的功率大于负载与信号源直接相接时的输出功率。

§1—4 变压器的运行特性§1—4 变压器的运行特性一、电压变化率电压变化率：反映二次侧端电压随负载变化的程度。

δ=（U2N-U2）/ U2N×100% 式中：U2N：空载电压；U2：输出电压δ愈小，变压器的输出电压愈稳定，变压器的性能愈好。

电压变化率与三个因素有关：1、变压器负载电流大小；2、与负载的性质；3、与变压器的阻抗参数。

二、变压器的外特性变压器的外特性：当一次侧端电压与功率因数均为常数，变压器二次侧绕组的端电压随负载电流的变化关系。

即U2=f(I2)变压器的外特性的变化与负载的性质有关。

当负载为感性负载时，U2随I2增加而下降；当负载为容性负载时，U2随I2增加而上升。

三、变压器的损耗及效率1、变压器的损耗分为铁损和铜损。

铁损：交变主磁通在铁心中产生的损耗。

（磁滞损耗、涡流损耗）铜损：电流通过一、二次绕组的损耗。

变压器的损耗P损=P1-P22、变压器的效率：输出功率与输入功率之比的百分比。

η= P2/ P1×100%空载时，P2=0 η=0小型变压器满载时，η：80%—90%；大型变压器满载时，η：98%—99%。

3、变压器的效率特性变压器的效率η随负载电流I2的变化而变化，其变化规律通常用变压器的效率特性曲线来表示。

通过公式推导和试验可得知：变压器的效率开始时随负载的增加而增加，在P Fe=P Cu时，有最大效率。

§1—5 变压器的极性及判定§1—5 变压器的极性及判定一、同极性端概述：1、判定的意义：主要在变压器绕组的串联、并联、三相连接等场合，必须注意同极性端正确。

2、同极性端定义：每个瞬间，一个绕组的某一端电位为正，另一个绕组也必然同时有一个电位为正的对应端，这两个对应端就叫同极性端。

3、同极性端判定的依据：某瞬间电流从绕组的某一端流入（或流出）时，若两个绕组的磁通方向一致，则这两个绕组的电流流入（或流出）端就是同极性端。

串联时，两绕组的异极性端相连；并联时，两绕组的同极性端相连。

二、同极性端的测定1、直流法：如图L 1L2线圈接在低压电池上，开关K闭合瞬间，在绕组L1L2、K1K2分别产生电动势e1和e2。

若电压表正偏，说明e1和e2同方向，这时L1与K1、L2与K2为同极性端；若电压表反偏，说明e1和e2反方向，这时L1与K2、L2与K1为同极性端。

因为当电流刚流进L1端时，L1端的感应电动势为正，而电压表正偏，说明K1端此时也为正。

2、交流法将电流互感器一、二次线圈的L2和二次侧K2用导线连接起来，在二次侧通以1～5V的交流电压(用小量程)，用10V以下的电压表测量U2及U3的数值若U3=U1-U2，则L1与K1、L2 与K2同极性端。

注意：在试验过程中尽量使通入电压低一些，以免电流太大损坏线圈。

§1—6 其他用途变压器§1—6 其他用途变压器课题引入：在工业生产中，经常用到一些特殊变压器，如三相异步电动机的自耦变压器降压起动；电柜中使用“软接法”测量电压、电流（电压互感器、电流互感器）等。

一、自耦变压器1、一次与二次绕组合用一部分公共绕组。

2、一次与二次之间除了有磁的耦合，还有电的直接联系，所以效率高、节约材料，但没有隔离作用。

3、应用场合举例（笼型电动机降压起动、调压、高压电网间的联通）。

二、仪用互感器主要用于电压或电流的变换，兼有隔离功能。