1、电子课件电子课件变压器的选择与使用变压器的选择与使用任务任务1 认识单相认识单相变压器变压器 教学目的：教学目的：各种变压器的结构、原理、计算、用途各种变压器的结构、原理、计算、用途能力目标：能力目标：1、能计算变压器的各种参数、能计算变压器的各种参数2、能根据负载要求选择特殊变压器、能根据负载要求选择特殊变压器知识目标：知识目标：1、了解各种变压器的结构、了解各种变压器的结构2、熟悉各种变压器的工作原理、熟悉各种变压器的工作原理任务任务2 特殊变压器、三相变压器的认识与应用特殊变压器、三相变压器的认识与应用变压器变压器(transformer)的选择与使用的选择与使用案例案例1 1：电能的产
2、生、输送与分配电能的产生、输送与分配 变压器变压器电力系统组成的方框图电力系统组成的方框图 三相电力系统三相电力系统 变压器变压器案例案例2 2：高压输电高压输电:电能电能升压升压输电输电降压降压用户用户 第三节：第三节：单相变压器基本结构及工作原理单相变压器基本结构及工作原理 单相变压器：单相变压器：接在单相交流电源上用来接在单相交流电源上用来 改变单相交流电压的变压改变单相交流电压的变压 器，其容量一般都比较小，器，其容量一般都比较小，主要用作控制及照明。主要用作控制及照明。内部变压器起内部变压器起降压作用降压作用小型变压器（单相小型变压器（单相single-phase）电力变压器（多为三
3、相电力变压器（多为三相three-phase）1、变电压、变电压 升压变压器升压变压器 降压变压器降压变压器 任务任务1 认识单相认识单相变压器变压器 2、变电流变电流4、变相位变相位5、电气隔离电气隔离3、变阻抗变阻抗变压器的变压器的外型外型和和器身器身图图二、变压器的分类二、变压器的分类电力变压器的类别用途分配电变压器配电变压器升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器1、电力变压器、电力变压器试验、仪用等变压器试验、仪用等变压器2、特种变压器特种变压器电力变压器的类别用途分电炉、整流变压器电炉、整流变压器电力变压器类别-线圈数目分v双绕组变压器双绕组变压器，在铁芯中有两个绕组，一个为初级绕
4、组，一个为次级绕组 v自耦变压器，自耦变压器，初级、次级绕组合为一个 v三绕组变压器三绕组变压器，三个绕组连接三种不同电压的线路v多绕组变压器，如分裂变压器分裂变压器电力变压器类别-冷却方式 油浸式变压器油浸式变压器铁芯和绕组都一起浸入灌满了变压器油的油箱中，可以加强绝缘和改善冷却散热条件（大容量）干式变压器干式变压器 能满足特殊要求，如安全（小容量变压器）充气式变压器充气式变压器绝缘性能优于油浸式（大容量）SF6干式变压器干式变压器油浸式变压器油浸式变压器电力变压器类别-冷却方式强迫油循环电力变压器强迫油循环电力变压器电力变压器类别-相数单相变压器单相变压器三相变压器三相变压器接负载接电源原
5、线圈副线圈闭合铁芯1、变压器的基本结构变压器的基本结构铁心铁心绕组绕组(线圈线圈)磁路磁路/绕组的支撑骨架绕组的支撑骨架电路电路由硅钢由硅钢片叠压片叠压而成而成 由铜或铝由铜或铝导线绕成导线绕成变压器一变压器一次侧绕组次侧绕组（原线圈（原线圈）变压器二次变压器二次侧绕组侧绕组（副线圈）（副线圈）变压器图变压器图形符号形符号 是一种能变换电压、变换电流、变换阻抗的是一种能变换电压、变换电流、变换阻抗的。变压器在传递电能的过程中。变压器在传递电能的过程中。Tr2、变压器的基本工作原理、变压器的基本工作原理问题问题:为什么将变压器的原边接到交流电源上，灯泡就会发光呢？2 2、变压器的基本工作原理变压
6、器的基本工作原理互相绝缘且匝数不同互相绝缘且匝数不同 只有磁的耦合而没有只有磁的耦合而没有 电的联系电的联系 2 2、变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理dtdNe11dtdNe22根据电磁感应根据电磁感应 原理原理 ：改变一、二次绕组的匝数，就可达到改变一、二次绕组的匝数，就可达到 改变电压的目的。改变电压的目的。3、额定值、额定值此外，额定值还有此外，额定值还有额定频率额定频率、效率、温升效率、温升等。等。指铭牌规定的额定使用条件指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率。下所能输出的视在功率。额定容量额定容量NS(kVA)指长期运行时所能承受的工作电压指长期运行时所能承受的工作电压
7、额定电压额定电压12NNU/U(kV)是指一次侧所加的额定电压，是指一次侧所加的额定电压，是指一次侧加额定电压时是指一次侧加额定电压时二次侧的开路电压。在三相变压器中额定电压为线电压。二次侧的开路电压。在三相变压器中额定电压为线电压。1NU2NU三者关系三者关系：1122112233NNNNNNNNNNSUIUISUIUI单相：单相：三相：三相：指在额定容量下，允许长期通过的额定指在额定容量下，允许长期通过的额定电流。在三相变压器中指的是线电流电流。在三相变压器中指的是线电流额定电流额定电流12NNI/I(A)(一）电磁关系1、物理情况1U1EE120U0I2(I)11U2U1u2u02E规定
8、电流的正方向与该规定电流的正方向与该电流电流所产生的所产生的磁通磁通正方正方向符合向符合“右手螺旋右手螺旋”定则，定则，规定规定磁通磁通的正方向与其的正方向与其感应电势感应电势的正方向符合的正方向符合“右手螺旋右手螺旋”定则。定则。电流正方向与电势正方向一致。电流正方向与电势正方向一致。三、三、单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行1U1EE120U0I2(I)11U2U1u2u02E10RI1U0I100NIF1E011E2E（二）感应电动势和变比（二）感应电动势和变比 设设m msintsint）fNtNt)(dtdNdtdNemmm0m90sin(E）90-t(sin2cossint
9、t0 0e e滞后于滞后于90900 0 结论：结论：1、主电动势、主电动势有效值有效值 ：mmm44.4222fNfNEEE E1 1=4.44=4.44fNfN1 1m mE E2 2=4.44=4.44fNfN2 2m m2121NNEE略去一次绕组中的阻抗不计略去一次绕组中的阻抗不计 U U1 1E E1 14.444.44fNfN1 1m m U U2 2E E2 2=4.44=4.44fNfN2 2m m KKNNEEUUu212121 变压比，简称变比变压比，简称变比 U U1 1恒定时，变压器恒定时，变压器 铁心中的磁通铁心中的磁通m m 基本上保持不变基本上保持不变 例例22
10、22：如图所示，低压照明变压器一次绕如图所示，低压照明变压器一次绕组组 匝数匝数N N1 1660660匝，一次绕组电压匝，一次绕组电压U Ul l220V220V，现，现 要求二次绕组输出电压要求二次绕组输出电压U U2 236V36V，求二次绕组，求二次绕组 匝数匝数N N2 2及变比及变比K Ku u解：解：6.136220匝108匝66022036211122UUKNUUNu降压变压器：降压变压器：K Ku1 u1 升压变压器升压变压器:K Ku1u1114.44mEfN 有效值114.44mEjfN 相量 可见，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动可见，当主磁通按正弦规律变化
11、时，所产生的一次主电动势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通 。主电动势。主电动势的大小与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。的大小与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。0902、漏磁通感应的电动势、漏磁通感应的电动势漏电动势漏电动势漏电动势也可以用漏抗压降来表示，即漏电动势也可以用漏抗压降来表示，即根据主电动势的分析方法，同样有根据主电动势的分析方法，同样有1114.44mEjfN 1114.44EfN 11001EjL IjI X 由于漏磁通主要经过非铁磁路径由于漏磁通主要经过非铁磁路径,磁路不饱和磁路不饱和,故磁阻很大且为故磁阻很大且
12、为常数常数,所以漏电抗所以漏电抗 很小且为常数很小且为常数,它不随电源电压负载情况它不随电源电压负载情况而变而变.1X29（三）（三）空载时的电动势方程、等效电路空载时的电动势方程、等效电路1 1、电动势平衡平衡方程、电动势平衡平衡方程（1 1）一次侧电动势平衡方程）一次侧电动势平衡方程1110110101110UEEI REI RjI XEZ I 1114.44mUEfN 忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有11114.444.44mEUfNfN则 可见，影响主磁通大小的因素有可见，影响主磁通大小的因素有电源电压电源电压和和频率频率，以及，以及
13、一次线圈的匝数一次线圈的匝数。重要公式（2 2）二次侧电动势平衡方程）二次侧电动势平衡方程220EU2 2、变比、变比定义定义112112022NNUUENkENUU 对三相变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近似对三相变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近似为额定相电压之比，具体为为额定相电压之比，具体为Y，d接线接线NNU3Uk21 NNUU3k21D，y接线接线3 3、等效电路、等效电路100mmmEI(RjX)I Z 一次侧的电动势平衡方程为一次侧的电动势平衡方程为01101011I)jX(RI)jX(RZIEUmm空载时等效电路为空载时等效电路为即即等等效效用用电电阻阻所所以
14、以还还要要引引入入一一个个在在铁铁心心中中引引起起铁铁损损由由于于降降表表示示也也用用电电抗抗压压感感应应的的电电动动势势表表示示法法基基于于,PRI,R,P,E,XI jEFemmFe201101 N1i0u1N2|ZL|u20Saxx变压器的变压器的，变压器空载时原边有电流变压器空载时原边有电流，在，在铁心磁路中产生铁心磁路中产生 磁通磁通，当，当穿过两线穿过两线圈时，分别感应电压圈时，分别感应电压m22m1144.444.4fNEfNEm222m11144.444.4fNEUfNEU 变压器原、副边电压变压器原、副边电压与感应电压的关系为：与感应电压的关系为：变压器原、副边电压变压器原、
15、副边电压与感应电压的关系为：与感应电压的关系为：kNNfNEEUU21m2m121214.44fN44.4 k 称为变压器的变比。称为变压器的变比。-+e1（a）当）当 K1，即，即 N1N2时，时，U2U1，变压器起降低电源电压的作用；，变压器起降低电源电压的作用；（b）当）当K1，即，即N1N2时，时，U2U1，变压器起升高电源电压的作用；，变压器起升高电源电压的作用；（c）当）当K1、即、即N1N2时，时，U2U1，变压器起着隔离电源的作用。，变压器起着隔离电源的作用。低压照明变压器一次绕组匝数低压照明变压器一次绕组匝数N1=1210匝，一次绕组电压匝，一次绕组电压U1=220V，现要求
16、二次绕组输出电压，现要求二次绕组输出电压U2=36V，求二次绕组匝数，求二次绕组匝数N2及变比及变比K。2121NNUU例例1：解：解：匝1981210220361122NUUN1.6198121021NNK二、变压器的负载运行二、变压器的负载运行 单相变压器负载运行单相变压器负载运行 二次绕组中有电流二次绕组中有电流 一次绕组中电流变为一次绕组中电流变为i i1 1 变压器负载运行时的磁通势平衡方程式变压器负载运行时的磁通势平衡方程式:因为电源电压不变，故负载时的磁势和空载时因为电源电压不变，故负载时的磁势和空载时 相同：相同：0N2N1NIII121 N N1 1I I1 1 N N2 2
17、I I2 2忽略忽略I I0 0:IKK1NNIIu1221 变压器的变流比变压器的变流比 变压器的高压绕组匝数多，变压器的高压绕组匝数多，而通过的电流小，因此绕而通过的电流小，因此绕组所用的导线细；反之低组所用的导线细；反之低压绕组匝数少，通过的电压绕组匝数少，通过的电流大，所用的导线较粗。流大，所用的导线较粗。结论：结论：变压器的变压器的，这种运行状态称为，这种运行状态称为。221121 IUIUSS所以 变压器两端视在功率不变，因此：变压器两端视在功率不变，因此：kNUUII1N121221 其中其中1/k 称为变压器的变流比。称为变压器的变流比。N1i1u1AXN2|ZL|u2Saxi
18、2U1U2，是否是否I1I2？则一次绕组电流则一次绕组电流 现有三种规格的白织灯：现有三种规格的白织灯：36V/500W，36V/60W，220V/60W，另有一台额定容量另有一台额定容量SN=300V.A、电压为、电压为 220V36 V的变压器，的变压器，问：（问：（1）上述三种白织灯中，哪种可以接在该变压器的二次侧）上述三种白织灯中，哪种可以接在该变压器的二次侧使用？最多能接这种规格的白织灯几个？使用？最多能接这种规格的白织灯几个？解：解：（1）（3）灯泡点亮时，变压器二次绕组电流灯泡点亮时，变压器二次绕组电流例例2：36V/60W，5个个（2）AUPI33.836605522ANNII
19、36.182513533.81221 （2）此变压器一次绕组的匝数是）此变压器一次绕组的匝数是825匝，求二次绕组的匝匝，求二次绕组的匝数是多少？数是多少？（3）二次侧灯泡点亮时，变压器一次、二次绕组中的电流各）二次侧灯泡点亮时，变压器一次、二次绕组中的电流各为多少？为多少？三、变压器参数的测定三、变压器参数的测定 作用：作用：利用参数、基本方程式、等效电路、相量图求利用参数、基本方程式、等效电路、相量图求 变压器的运行性能。变压器的运行性能。（一）变压器的空载试验（一）变压器的空载试验 求变比求变比k k、空载电流、空载电流I I0 0、空载损耗、空载损耗P P0 0以及等效以及等效 电路中
20、的励磁阻抗电路中的励磁阻抗Z Zm m，从而判断铁心和线圈，从而判断铁心和线圈 质量。质量。试验时，一般在变压器低压侧加电压，测量试验时，一般在变压器低压侧加电压，测量 高压侧对应的电压、电流和功率。高压侧对应的电压、电流和功率。目的：目的：（一）变压器的空载试验（一）变压器的空载试验 空载试验线路图空载试验线路图 计算时，采用电压计算时，采用电压为额定点的参数，为额定点的参数，因为空载电流很小，因为空载电流很小，此时的铜损耗很小，此时的铜损耗很小，故可近似认为额定故可近似认为额定电压点测得的空载电压点测得的空载损耗即为变压器额损耗即为变压器额定运行时的空载损定运行时的空载损耗即铁耗。耗即铁耗
21、。（一）变压器的空载试验（一）变压器的空载试验 计算：计算：计算：计算：总阻抗总阻抗Z Z0 0=Z=Z1 1+Z+Zm m12012KUUNN变比此处此处U U2020指高压侧电压，指高压侧电压，U1U1指指 低压侧电压。即试验电压。低压侧电压。即试验电压。01IUZm励磁阻抗020IPRm励磁电阻2m2mRZXm励磁电抗注意：若空载试验在注意：若空载试验在低压侧进行，要获得低压侧进行，要获得高压侧参数时，必须高压侧参数时，必须进行折算。空载时功进行折算。空载时功率因数很低，一般采率因数很低，一般采用用0.20.2的功率因数表。的功率因数表。求负载时的铜损耗和短路阻抗。求负载时的铜损耗和短路
22、阻抗。试验时，一般在变压器高压侧加电压，低压侧试验时，一般在变压器高压侧加电压，低压侧 直接短路，测量高压额定电流点对应的电压、直接短路，测量高压额定电流点对应的电压、电流和功率。电流和功率。目的：目的：（二）变压器的短路试验（二）变压器的短路试验 短路试验线路图短路试验线路图 （二）变压器的短路试验（二）变压器的短路试验 计算时，采用电流为额定点的参数，因为此计算时，采用电流为额定点的参数，因为此时短路电压很低，铁损耗很小，故可近似认时短路电压很低，铁损耗很小，故可近似认为额定电流点测得的短路损耗即为变压器额为额定电流点测得的短路损耗即为变压器额定运行时的铜损耗。定运行时的铜损耗。计算：计算
23、：SSSIPR2短路电阻22SSSRZX短路电抗NSSSIUIUKZ短路阻抗（二）变压器的短路试验（二）变压器的短路试验 温度换算：温度换算：由于线圈电阻随温度而变化，试验由于线圈电阻随温度而变化，试验 时的温度和实际变压器运行时的温度不同，国时的温度和实际变压器运行时的温度不同，国 家标准规定，变压器的短路电阻应换算到工作家标准规定，变压器的短路电阻应换算到工作 温度温度75750 0C C时的值。时的值。SSRR23575235C750对于铜线变压器SSRR22575225C750对于铝线变压器2C75C7500075SSSXRZC时的短路阻抗（二）变压器的短路试验（二）变压器的短路试验
24、短路电压（或阻抗电压）：短路电压（或阻抗电压）：短路试验时，使短短路试验时，使短路电流为额定电流时加在一次侧的电压称为短路电流为额定电流时加在一次侧的电压称为短路电压，即路电压，即U USNSN=I=ISNSNZ ZS75S75,它为额定电路在短路阻它为额定电路在短路阻抗上的压降，亦称作阻抗电压。抗上的压降，亦称作阻抗电压。短路电压短路电压通常用与额定电压的百分值来表示，即通常用与额定电压的百分值来表示，即标么值。标么值。%100%100175110NCSNNSNSUZIUUu（）短路电压标么值短路电压的大小直接反映短路阻抗的大小，短路电压的大小直接反映短路阻抗的大小，而短路阻抗直接影响变压器
25、的运行性能，所而短路阻抗直接影响变压器的运行性能，所以正常运行时希望它小些，这样负载变化时以正常运行时希望它小些，这样负载变化时二次电压波动小，但从短路故障的角度，为二次电压波动小，但从短路故障的角度，为限制短路电流，又希望阻抗电压大些。小型限制短路电流，又希望阻抗电压大些。小型变压器的变压器的U US S为为4 410.510.5，大型变压器为，大型变压器为12.512.517.517.5。（二）变压器的短路试验（二）变压器的短路试验 1、如果将额定电压为如果将额定电压为220v/36v的变压器接入的变压器接入220v的直的直流电源，将发生什么现象？流电源，将发生什么现象？（）输出输出36v
26、的直流电压的直流电压 输出电压低于输出电压低于36伏伏 输出电压输出电压36伏，原绕组过热伏，原绕组过热 没有电压输出，没有电压输出，原绕组严重过热原绕组严重过热2、一台联结组为、一台联结组为Y,D11的三相电力变压器的三相电力变压器:U1N/U2N=110/5kV,此变压器的变比此变压器的变比K应等于（应等于（）A.8.5 B.12.7 C.22副绕组是原绕组的一部分，原、副压绕组不但有副绕组是原绕组的一部分，原、副压绕组不但有的的联系，也有联系，也有的联系。的联系。kNNUU2121kNNII11221u1u2自耦变压器的自耦变压器的和普通双和普通双绕组变压器绕组变压器，因此，因此自耦变压
27、器也称为自耦变压器也称为，它的最大，它的最大就是就是可以通过可以通过转动手柄来获得副边所需要的转动手柄来获得副边所需要的。u1u2自耦变压器的电路图符号自耦变压器的电路图符号任务任务2 特殊变压器认识与应用特殊变压器认识与应用1、若电源的输入端有、若电源的输入端有3个接头。它可用于个接头。它可用于220V和和110V的供电线路，若接错的供电线路，若接错会把调压器烧坏。会把调压器烧坏。2、接通电源前，应将输出端滑动触点旋至零位，然后接通电源，逐渐转动、接通电源前，应将输出端滑动触点旋至零位，然后接通电源，逐渐转动手柄，将电压调至所需的数值。手柄，将电压调至所需的数值。3、不要把输入、输出端接错。
28、若接反、不要把输入、输出端接错。若接反 a、可能造成电源短路、可能造成电源短路 b、可造成输出过高的电压、可造成输出过高的电压降压压自藕变压器降压压自藕变压器升压自藕变压器升压自藕变压器自耦变压器的缺点：自耦变压器的缺点：高压侧的电气故障会波及到低压侧，很不高压侧的电气故障会波及到低压侧，很不安全。因此自耦变压器在使用时必须正确安全。因此自耦变压器在使用时必须正确接线，且外壳必须接地，并规定安全照明接线，且外壳必须接地，并规定安全照明变压器不允许采用自耦变压器结构形式。变压器不允许采用自耦变压器结构形式。自耦调压器自耦调压器 输出电压可调，可稍高于输出电压可调，可稍高于 一次绕组电压一次绕组电
29、压 例：例：实验室中常用的单相调压器，一次绕组输入实验室中常用的单相调压器，一次绕组输入 电压电压U U1 1220V220V，二次绕组输出电压，二次绕组输出电压U U2 20 0250V 250V 二、仪用互感器二、仪用互感器 （一）结构特点及用途（一）结构特点及用途 作用：作用：为了测量人员的安全，使测量回路与高压电网为了测量人员的安全，使测量回路与高压电网 相互隔离；相互隔离；扩大测量仪表（电流表及电压表）的测量范围。扩大测量仪表（电流表及电压表）的测量范围。电压互感器电压互感器电流互感器电流互感器分类：分类：电流互感器图片电流互感器图片 1 1电流互感器电流互感器在电工测量中用来按比例
30、变换交流电流的仪器在电工测量中用来按比例变换交流电流的仪器 串在电路中，串在电路中，流过被测电流流过被测电流 匝数少，导线匝数少，导线 粗。粗。2I1I1221IKIKNNII 1 1电流互感器电流互感器量程及读数：量程及读数：二次电流表量程一般为二次电流表量程一般为5A5A。实际中已换算成。实际中已换算成一次电流，其标度尺即按一次电流分度，这一次电流，其标度尺即按一次电流分度，这样可以直接读数，不必再进行换算。样可以直接读数，不必再进行换算。电流互感器使用注意事项：电流互感器使用注意事项：二次绕组绝对二次绕组绝对 不允许开路不允许开路 电流互感器的铁电流互感器的铁 心及二次绕组一心及二次绕组
31、一 端必须可靠接地端必须可靠接地 钳形电流表钳形电流表 利用电流互感器原理利用电流互感器原理如被测电流过小，可将被测导线在钳口内多绕如被测电流过小，可将被测导线在钳口内多绕 几圈，然后将读数除以所绕匝数几圈，然后将读数除以所绕匝数 用于将高电压（用于将高电压（500V以上）变换成低电压。以上）变换成低电压。电压互感器的一次绕组匝数很多，并联于待测电路两端；二次绕组电压互感器的一次绕组匝数很多，并联于待测电路两端；二次绕组匝数匝数。kNNUU2121电压互感器二次侧额定电压为电压互感器二次侧额定电压为。使用注意：使用注意：1 1、电压互感器的铁心和低压绕组的一端必须接地。若不接地，万一高、电压互感器的铁心和低压绕组的一端必须接地。若不接地，万一高、低压绕组之间绝缘损坏，则低压侧出现高电压；低压绕组之间绝缘损坏，则低压侧出现高电压；2 2、低压侧不能短路，因为短路电、低压侧不能短路，因为短路电流大会烧坏绕组，因此应该串熔断器；流大会烧坏绕组，因此应该串熔断器；3 3、电压互感器使用时，二次侧并联电压互感器使用时，二次侧并联，否则，否则。L1L2N1N2V
