1、电工技术电工技术 第十章第十章 变压器变压器10-1 变压器的分类、结构及工作原理变压器的分类、结构及工作原理v 变压器是利用电磁感应原理制成的静止电器设备。v它可以把某一数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压，也可以改变交流电流的数值及变换阻抗或改变相位。一、变压器的分类一、变压器的分类v根据用途可以分为根据用途可以分为 输配电用的电力变压器，冶炼用的电炉变压器，电解用的整流变压器，焊接用的电焊电压器，实验用的调压电压器等。v按照冷却方式不同按照冷却方式不同 可分为可分为自冷式和油冷式两种v按照铁心的构造不同按照铁心的构造不同 可分为芯式和壳式两种。二、变压器的基本结构二、变压器的基
2、本结构v变压器的基本结构是相同的，都由铁心和套在铁心上的绕组两个基本部分构成，如图10-1-1所示。（a）芯式变压器 （b）壳式变压器 图10-1-1 变压器的基本结构v1.铁芯铁芯v铁心既是变压器的磁路部分，又是安装绕组的骨架。v铁心用表面有0.350.5mm厚绝缘层的硅钢片叠成，而电子设备中高频变压器的铁心大多采用坡莫合金或铁氧铁体制成。v铁心分为芯式和壳式两种。芯式铁心芯式铁心呈“口”字形，线圈包着铁心，如图10-1-1（a）所示。壳式铁心壳式铁心呈“日”字形，铁心包着线圈，如图10-1-1 （b）所示。v2.绕绕 组组v变压器的绕组是变压器的电路部分。v变压器的绕组用绝缘铜线或铝线绕制
3、而成。v与电源连接的绕组叫作初级绕组或一次绕组（也叫原绕组）。v与负载连接的绕组叫作次级绕组或二次绕组（也叫副绕组）。v虽然初、次级绕组在电路上是分开的，但二者却处在同一磁路上。v3.变压器的冷却方式变压器的冷却方式v变压器工作时，因有铁损耗和铜损耗致使铁心和绕组发热，必须考虑其冷却问题。v在自冷式变压器中，热量依靠空气的自然对流和辐射直接散发到周围的空气内。v油冷式变压器的铁心和绕组全部浸入矿物油（即变压器油）内，使其产生的热量通过油传给箱壁而散发到空气中去，如图10-1-3所示。图10-1-3 油浸式变压器三、变压器的工作原理三、变压器的工作原理v变压器的工作原理如图10-1-2所示。v把
4、变压器的初级绕组接上额定的交变电压，次级绕组开路（即不与负载接通），变压器便在空载状态下运行。图10-1-2 变压器的工作原理图v1.变压原理变压原理v主磁通同时穿过初、次级绕组时，就在两绕组中产生与电源同频率的感应电动势 、。v设穿过初级绕组的交变主磁通为v则初级绕组的感应电动势为v得到 的有效值为 v同理，的有效值为1e2emsint11m1d2sind2eNfNtt1e1m14.44EfN2e2m24.44EfNv当忽略初级、次级绕组的直流电阻和漏磁通时，电压的大小就等于感应电动势，即有：v 由上两式可得 (n称为变比）v变压器的初、次级绕组的电压比等于它们的匝数比变压器的初、次级绕组的
5、电压比等于它们的匝数比。v当初、次级绕组绕有不同的匝数时，可达到升高或降低电压的目的。比值n称为变压比，简称变比。v对于已经制成的变压器而言，变比为定值，故次级电压的大小与初级电压成正比。11m14.44UEfN22m24.44UEfNv2.变流原理变流原理v当变压器有负载时，由于次级绕组磁通势的影响，以致铁心中的主磁通 的数值将企图改变。v但在外加电压有效值U1和电源频率f不变的条件下，从近似等式 可以看出，主磁 通应基本保持不变。因此随着i2 的出现，初级绕组中通过的电流将从i0 增加到i1。初级绕组的磁通势将由 增加到 ，它所增加的部分 正好与次级绕组的磁通势 相抵消，从而维持铁心中的主
6、磁通 的大小基本不变，即与空载时的 在数量上接近相等。v变压器空载时的主磁通是由 所产生，而有载时的主磁通则由 和 共同来产生。m11m14.44UEfNm01i N11i N11i N22i Nmm01i N11i N22i Nv由以上分析可知由以上分析可知v有载时初级绕组电流所建立的磁通势 应分为两部分：其一是 ，用来产生主磁通；其二是 ，用来抵消次级绕组所建立的磁通势 ，从而保持 基本不变。即 或用相量表示为 因 很小，在变压器接近满载的情况下，相对于 或 而言基本上可以略去不计。于是得到初、次级磁通势的数值关系为 即11i N01i N11i N22i Nm1111012201i Ni
7、 Ni Ni Ni N 112201I NI NI N01I N01I N11I N22I N1122I NI N12211ININnv3.变阻原理变阻原理v设变压器初、次级输入阻抗分为 、。v则v将 ，代入上式整理后得 当变压器次级接入负载阻抗当变压器次级接入负载阻抗 时，相当于初级电路中具有时，相当于初级电路中具有等效阻抗等效阻抗111UZI1122NUUN2121NIIN222121122222NUNZZn ZNIN2Z2211222NZZn ZNv例10-1-1 有一台电压为220 V/22 V的降压变压器，副边接一盏R22的白炽灯泡，试求：（1）若原边绕组N11100匝，副边绕组N2
8、应是多少匝？（2）灯泡点亮后，原、副边的电流各为多少？解：（1）由变压比的公式 得 （匝）（2）副边电流为 （A）原边电流为 （A）1122UNnUN2211221 100110220UNNU2222122UIR212111010.11 100NIIN 10-2 变压器的功率和效率变压器的功率和效率v一、变压器的功率一、变压器的功率v 变压器初级输入功率为 v 变压器次级输出功率为 v 变压器总的功率损耗为 v二、变压器的效率二、变压器的效率v变压器的效率指变压器输出功率与输入功率的百分比，即 v 大容量变压器的效率可达98%99%v 小型电源变压器效率约为70%80%。v例10-2-1 有一
9、变压器的初级电压为2200 V，次级电压为220 V，在接有纯电阻性负载时，测得次级电流为10 A，若变压器的效率为95%，试求它的损耗功率、初级功率、初级电流。v解：次级负载功率为 （W）初级功率为 （W）损耗功率为 （W）变比 初级电流为 （A）22 22cos220 102 200PU I212 2002 3160.95PP122 316 2 200 116PPP 122 20010220UnU2110110IInv三、变压器的额定值三、变压器的额定值v制造工厂所拟定的满负荷运行情况叫作额定运行，额定运行条件下变压器的值称作变压器的额定值。v1.额定容量指变压器次级输出的最大视在功率。其
10、大小为次级额定电压和额定电流的乘积，用VA或kVA表示。v2.初级额定电压接到变压器初级绕组上的最大正常工作电压。v3.次级额定电压当变压器的初级绕组接上额定电压时，次级绕组的空载电压。v4.额定电流指规定的满载电流值。10-3 几种常用变压器v一、自耦变压器一、自耦变压器v自耦变压器的铁心上只有一个绕组，副绕组是从原绕组直接由抽头引出。自耦变压器可以输出连续可调的交流电压。v通常自耦变压器的副边抽头制成沿绕组自由滑动的触头，可以自由、平滑地调节输出电压，因此又叫作自耦调压器。图10-3-1 自耦变压器 图10-3-2 自耦变压器的外型v二、小型电源变压器二、小型电源变压器v小型电源变压器广泛
11、应小型电源变压器广泛应用于电子仪器中。用于电子仪器中。v它一般有一至二个原边它一般有一至二个原边绕组和几个不同的副边绕组和几个不同的副边绕组，可以根据实际需绕组，可以根据实际需要连接组合，以获得不要连接组合，以获得不同的输出电压，如图同的输出电压，如图10-3-3所示。所示。图10-3-3 小型电源变压器v三、互感嚣三、互感嚣v互感器既可测量高电压或大电流，又可保障操作人员的人身安全。（a）电压互感器 （b）电流互感器 图10-3-4 互感器v1.电压互感器电压互感器v电压互感器的构造与普通双绕组变压器相同。它先将被测电网或电气设备的高压降为低压，然后用电压表测出副边绕组的低压U2，将其乘以变
12、压比n，就可间接测出原边高压值Ul，即 U1nU2v其原理如图10-3-4（a）所示。实际应用时，为使与电压互感器配套使用的仪表标准化，不管原边高压是多少，通常副边低压额定值均为100 V，以便统一使用100 V标准的电压表。v为确保安全，使用电压互感器时，必须将其铁壳和副边绕组的一端接地，以防绝缘损坏时副边绕组出现高压。v2.电流互感器电流互感器v电流互感器先将被测的大电流变换成小电流，然后用电流表测出副边电流I2，将其除以变压比n，就可间接测出原边大电流值I1，即 I1I2/nv电流互感器的原边绕组与被测电路串联，副边绕组接电流表。它与双绕组变压器工作原理相同，如图10-3-4（b）所示。
13、v使用时，为和仪表配套，电流互感器不管原边电流多大，通常副边电流的额定值为1A或5 A。v电流互感器正常工作时，不允许副边开路，否则会烧毁设备，危及操作人员安全。同时，必须将铁壳和副边绕组的一端接地。本章小结本章小结v一、变压器的基本结构与工作原理一、变压器的基本结构与工作原理v1.基本结构基本结构 变压器主要由铁心和绕组两个基本部分构成。原绕组与电源，副绕组与负载构成两个电路，铁心构成的磁路将两个电路联系起来。v2.工作原理工作原理 变压器根据电磁感应原理制成。如果忽略变压器的功率损耗，变压器的变压、变流、变阻抗公式为1122UNnUN12211ININn212ZnZv二、变压器的功率和效率
14、二、变压器的功率和效率v1.变压器的功率变压器的功率 变压器的初级输入功率为 变压器的次级输出功率为 变压器的功率损耗为v2.变压器的效率变压器的效率 变压器的效率是变压器输出功率与输入功率的百分比，即1111cosPU I2222cosPU I12CuFePPPPP21100%PPv三、几种常用变压器三、几种常用变压器v1.自耦变压器自耦变压器 可以自由、平滑地调节输出电压，因此又叫作自耦调压器。v2.电压互感器电压互感器 先将被测电网或电气设备的高压降为低压，然后用电压表测出副边绕组的低压U2，将其乘以变压比n，就可间接测出原边高压值U1nU2。v3.电流互感器电流互感器 先将被测的大电流变换成小电流，然后用电流表测出副边电流I2，将其除以变压比n，就可间接测出原边大电流值I1I2/n。
