第三章变压器
第一节概述
变压器是利用电磁感应的原理，将某一数值的交流电压转变成频率相同的另一种或几种不同数值交流电压的电器设备。通常可以分为电力变压器和特种变压器两大类。
电力变压器是电力系统中的关键设备之一，有单相和三相之分，容量从几千伏安到数十万伏安。按其作用可分为升压变压器、降压变压器和配电变压器，(参阅第五章有关部分介绍)。
特种变压器是指除电力系统应用的变压器以外，其它各种变压器统称为特种变压器。因此它的品种繁多，常用的有可调节电压的自耦变压器；测量用的电压互感器、电流互感器；焊
接用的电焊变压器等。尽管种类不同，大小形状也不同，但是它们的基本结构和工作原理是相似的。
第二节变压器的结构和工作原理
一、变压器的结构
变压器的电磁感应部分包括电路和磁路两部分。电路又有一次电路与二次电路之分。各种变压器由于工作要求、用途和型式不同，外形结构不尽相同，但是它们的基本结构都是由铁心和绕组组成的。．
1．铁心
铁心是磁通的通路，它是用导磁性能好的硅钢片冲剪成一定的尺寸，并在两面涂以绝缘漆后，按一定规则叠装而成。
变压器的铁心结构可分为心式和壳式两种，如图3—1所示。心式变压器绕组安装在铁心的边柱上，制造工艺比较简单，一般大功率的变压器均采用此种结构。壳式变压器的绕组安装在铁心的中柱上，线圈被铁心包围着，所以它不需要专门的变压器外壳，只有小功率变压器采用此种结构。
2．绕组
绕组是电流的通路。小功率变压器的绕组一般用高强度漆包线绕制，大功率变压器的绕组可以采用有绝缘的扁形铜钱或铝线绕制。绕组分为高压和低压绕组。高压绕组匝数多，导线细；低压绕组匝数少，导线粗。为了提高绕组与铁心的绝缘性能，一般低压绕组制作在绕组的内层，高压绕组制作在绕组的外层。
二、工作原理
1．变压器的空载运行
单相变压器有二个绕组，其中一个绕组接交流电源，叫做一次绕组(又叫原绕组、初级绕
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图3-1心式和壳式变压器
(a)心式变压器； (b)壳式变压器； (c)单相变压器的符号
1一铁心；2--绕组
组)，匝数为N 1。，另一个绕组接负载，叫做二次绕组(又叫副绕组、次级绕组)，匝数为N 2。若将变压器的一次绕组接交流电源，二次绕组开路不接负载，这种运行方式叫做变压器的空载运行，如图3—2所示。
当一次绕组接上交流电压1U 时，绕组中有空载电流0I 流过。一般空载电流很小，仅为变压器额定电流的3％～8％左右。由于二次绕组开路，没有电流通过，O I =2。O I 在一次绕组中产生交变磁势1N I F O O =。磁势0F 产生交变磁通。磁通的大部分通过闭合的铁心，穿过一次绕组，也穿过二次绕组，称为主磁通φ，其最大值为m φ。另有小部分磁通溢出铁心，在一次绕组侧自行闭合，而不穿过二次绕组，称为漏磁通1σφ，1σφ通常很小，约为总磁通的10％左右。
图3-2单相变压器空载运行
根据电磁感应原理，交变的主磁通必然在一次、二次绕组中产生感应电动势1E 、2E 。
当变压器空载运行时，忽略一次绕组的电阻、漏磁通和铁耗的影响，则它们在数值上分别为： )(44.4111V fN E U m φ== (3—1) )(44.42222V fN N E U m φ== (3—2) 式中m φ-----主磁通的最大值，单位为韦伯(Wb)； f -----交流电源频率，单位为赫兹(Hz)； 1N ---- 一次绕组的匝数； 2N -----二次绕组的匝数。 电压比K 则为：
2
1
2121N N E E U U K ===
(3-3) 式(3—3)是变压器的基本公式之一，它表明变压器空载运行时，一次、二次绕组电压之比等于一次、二次绕组匝数之比，电压比K 又称为变压比。当21N N > 时，1>K ，则
21U U >,这时为降压变压器。反之，K<1，则为升压变压器。电压比是变压器的一个重要参
数。
2．变压器的负载运行
当变压器的一次绕组接交流电源，二次绕组两端接上负载时，称为变压器的负载运行， 如图3—3所示．
图3-3单相变压器的负载运行
变压器的二次绕组接上负载L Z 之后，由于电动势2E 的作用，在二次绕组中便有电流2I 流过，2I 的大小和相位决定于负载阻抗的大小和性质，因此称为负载电流。二次电流磁势22N I 。又产生新的交流磁通2φ：去阻碍原来主磁通φ的变化，削弱原来的磁通强度，破坏了空载运行时的磁势平衡关系。由于电源电压1U 的有效值不变，与其相应的主磁通φ也
不变。从能量转换的观点看，二次绕组有能量输出，必然使一次绕组从电源中多吸取负载所消耗的能量，通过磁通传递给二次绕组。即一次绕组中电流增加一个1I ∆，，从空载时的0I 增加到1I 使磁通增加，抵消2I 所产生的磁通2φ，以维持主磁通基本不变。如用相量表示，这时一次、二次绕组磁势之和为：
102211N I N I N I ≈+ (3—4)
这就是变压器负载运行时的磁势平衡方程式。可以看出，无论变压器在什么负载电流下 运行，其一、二次绕组的磁势之和都等于空载运行时的磁势。也就是说，变压器一次绕组中的电流I-的大小是受到二次绕组中负载电流I 。的控制的。由于空载电流0I 的数值很小，数量上可以忽略不计，式(3—4)可以写成：
O N I N I =+2211 (3—5)
一次、二次电流的数量关系为：
K
N N I I 12121=≈ (3-6) 式(3—6)也是变压器的基本公式之一。它表明变压器一、二次绕组电流之比等于匝数的 反比，即为电压比的倒数，说明变压器具有变流作用。
[例题3—1] 某变压器的一次绕组电压为220V ，匝数Ⅳ。为825匝，二次绕组电压为 36V ，负载为60W 的电灯泡。试求二次绕组的匝数2N 和接负载时一、二次绕组中的电流1I 、
2I 。
【解】
(1) 由式(3—3)可得： 匝135825220
361122=⨯=•=
N U U N (2) 负载电灯泡为纯电阻负载，功率因数为1。
接负载时二次绕组电流 )(67.136
6022A U P I === 由式(3—6)可得： )(27.067.1825
1352121A I N N I =⨯=•=
以上述例题计算中可以说明，变压器高压绕组的匝数多，通过的电流较小，绕组导线可
以比较细；而低压绕组的匝数少，通过的电流较大，绕组导线应该比较粗。 3．阻抗变换
在电子设备中为了获得较大的功率输出，往往对负载的阻抗有一定要求。但是负载阻抗
是给定的不能随便改变。为了满足阻抗匹配要求，我们可以采用不同匝数比的变压器，把负
载阻抗L Z 变换为所需要数值的等效阻抗'
L Z L L Z K I U
K K
I K U I U Z 22
222
211'1==••==
(3-7) 4．变压器的外特性
当变压器空载运行时，二次电流O I =2，电压22E U =。当二次侧接通负载通过电流2I 。 时，一、二次绕阻中的电流和阻抗压降都要增加，二次侧的端电压2U 将发生变化。 负载变化时所引起变压器二次侧电压的变化，与负载的大小、性质(阻性、感性、容性以及功率因数2cos ϕ的大小)和变压器本身的特性有关。当变压器的一次电压为额定值，负载功率因数2cos ϕ。为一定时，二次电压随负载电流2I 的变化关系，)(22
I f U =，称为变
压器的外特性，如图3—4所示。 变压器在纯电阻和感性负载时，外特性曲线是下降的；在容性负载时，曲线可能向上升。纯电阻负载时，端电压变化较小。当功率因数2cos ϕ,降低时，端电压的变化将会增大。 变压器外特性的变化情况可用电压调整率来表示。当变压器从空载到额定负载运行时，一次侧电压为额定电压，二次侧电压的变化量(22U U N -)与二次侧额定电压N U 2的百分比值，称为额定电压调整率，即： 0022
2100⨯-=∆N
N N U U U U (3-8)
图3—4变压器的外特性曲线
变压器的额定电压调整率表示二次侧电压的稳定性，是变压器主要性能指标之一。一般 电力变压器在2cos ϕ=0.8(感性)时，00006~4=∆N U
第三节 电力变压器
电力变压器的作用是改变供电线路的电压大小。除前面介绍的单相变压器处，交流电电 能生产、输送和分配，几乎都是采用三相制，因此，还需要使用三相变压器进行三相电压的变换。三相电力变压器外形如图3—5所示。
图3-5 三相电力变压器外形图
1一信号式温度计；2一铭牌；3一吸湿器；4一储油柜；5一油表；6一安全气道；7一气体继电器；8一高压套管；9一低压套管；l0--分接开关；11一油箱；l2一铁心；l3一放油阀门；l4一线圈及绝缘；15一小车；l6一接地板 一、变压器的铭牌数据
变压器的外壳上的铭牌标注以下内容：
例如：SL7-63/10 表示为三相油浸自冷铝线变压器，设计序号7，额定容量为63kVA ，
高压侧额定电压等级为10kV 2．额定电压N N U U 21/
一次额定电压是指N U 1加到一次绕组上的电源线电压额定值。二次额定电压N U 2是指当 一次绕组所接电压为额定值、分接开关位于额定分接头上，变压器空载时，二次绕组的线电 压，单位为kV 或V 3．额定电流N N I I 21/
指一、二次绕组的线电流，可根据额定容量和额定电压计算出电流值，单位为A 。 4 . 额定容量
N S
额定容量是变压器在额定工作状态下输出的视在功率，单位为kVA 或VA 。 单相变压器N N N I U S 22•= 三相变压器N N N I U S 223•= 5．额定频率N f
指变压器一次绕组所加电压的额定频率，额定频率不同的变压器是不能换用工作的。国 产电力变压器的额定频率均为50Hz 。
变压器铭牌上还标明阻抗电压、联结组别、油重、器身重、总重、绝缘材料的耐热等级及
各部分允许温升等。
SL7系列铝线低损耗电力变压器技术数据 表3-1
二、三相变压器
1． 三相变压器磁路的构成
三相变压器的磁路系统可分为两大类。一是由三台单相变压器组成的变压器组，二是采 用三相共有一个整体铁心的三心柱式变压器。前者各相磁路互相没有关系，一般用于大容量 的变压器。后者各相磁路互相联系，与三相变压器组比较，三心柱式变压器的三相磁路不容 易做得对称，因而容易影响三相电路的对称性。但是它用料少，体积紧凑，多用于中、小容量
变压器。
图3—6三相变压器
(a)三相变压器组； (b)三心柱式变压器
2．三相变压器绕组的联结
三相变压器组的联结方式对变压器的运行性能有一定的影响，使用时必须正确选用。 (1) 绕组的同名端 绕组联结时首先要注意它们的极性。如图3—7为单相变压器的绕 组。由于变压器的一、二次绕组中穿过同一交变磁通，它们的感应电势分别为A E 和a E ，并有一定的极性关系。在某一瞬时，当一次绕组的一个端点为高电位时，二次绕组中必然也有一个端点为高电位。那未这两个端点称为同名端，并且分别标以符号“•”。同名端有同 的极性。如果次绕组线圈的绕向相同，则同名端位于两个绕组的相同端，如图3—7(a)所示。如果绕向相反，则同名端位于不同端，如图3-7（b ）所示。
由此可知，在单相变压器中，一、二次绕组电势的相位关系决定于线圈的绕向和始、∆的标定。
（2）时钟表示法 为了区别不同的绕组联结方式，通常采用时钟表示法，即把高压侧线电势相量作为时钟的长针，低压侧线电势相量作为短针，把长针指在12上，看短针指在哪个数字上，就作为联结组的标号。例如图3—7用时钟表示法表示时，(a)图以I ／I --12表示，(b)图以I ／I --6表示。斜线前面的I 表示单相高压线圈，斜线后的I 表示单相低压线圈。
(3)三相绕组的联结 三相绕组可以联结成星形形(Y )和三角形(∆形)。为了便于说明，先对绕组线圈的始端和未端的标记作如下规定：高压线圈的始端分别A 、B 、C 用表示，末端分别用X 、Y 、Z 表示，中性点用0表示；低压线圈的始端分别用a 、b 、C 表示，末端分别用X 、y 、z 表示，中性点用o 表示。
把三个线圈的始端A 、B 、C(或a 、b 、C)向外引出，末端X 、Y 、Z(或x 、Y 、z)连接在一起成为中性点O (或o )，这种联结法称为星形联结，用符号“Y”表示，如图3-8(a)所示。如果将星形联结的中性点引出，如图3-8(b)所示，则用符号“Y”表示。
把一相线圈的末端与另一相线圈的始端相连，依次连成一个闭合回路便形成三角形联 结，用符号“∆”表示，如图3-8(c)所示。
(4)三相变压器绕组的联结 三相变压器一、二次绕组线电势的相位关系不仅与绕组的绕向和始末端的标定有关，还与绕组的联结种类有关。按一、二次绕组线电势的相位关系，把绕组的联结分成各种不同的组合，称为绕组的联结组。这样三相变压器可能有12种联结 方式，如果采用时钟表示法就可能有l2种联结组标号。为了使用方便和避免混乱，根据国家标准规定，单相变压器只采用I I /--12联结组，三相变压器只采用Y ／o Y 一l2、
Y Y /--12、Y Y o /--12、∆/Y 一ll 和∆/o Y 一ll 五种联结组。
图3—9(a)为三相变压器绕组Y Y /联结时的联结图。图中将高、低压线圈的同名端均取作始端。这时同一相中的高、低压绕组线圈的相电势同相，同时高压侧线电势也与相应的低压侧线电势同相，如图3—9(b)所示。因此这种联结组的标号为l2，如图3-9(c)所示，联结组用Y Y /一12表示。
图3-9 Y ／Y 一12联结组
图3—10(a)为三相变压器绕组∆/Y 联结时的联结图。图中将高、低压线圈的同名端均 取作始端，低压线圈各相连接顺序为by cz ax →→。这时同一相高、低压绕组线圈的相电势同相，但高压侧线电势的相位分别与低压侧线电势的相位相差
30。，如图3-10(b)所示。将AB E 指向l2；AB E 则指向11，因此标号为ll ，如图3—10(c)所示，联结组用∆/Y 一11表示。
图3—10∆/Y 一11联结组
以上介绍的三相变压器绕组的联结组，适用整体铁心的三心柱式三相变压器，也适用于 由三台单相变压器组成的三相变压器组。O Y Y /一l2和Y Y O /一12联结组的电势相位、标号与Y Y /一12联结组相同，∆/O Y 一ll 联结组的电势相位、标号与∆/Y 一11联结组相同。
第四节 特殊用途的变压器
一、自耦变压器
前面介绍的单相变压器一、二次绕组是分开的，它们之间没有电的直接联系，通过电磁 感应的作用；靠磁耦合把一次侧的电能传到二次侧去。如图3—11(a)所示，自耦变压器只有
一个绕组，高压绕组的一部分兼作为低压绕组，它们的匝数分别为1N 、2N 。这时一、二次绕组之间既有磁的耦合，又有电的直接联系。
（a ） （b ） （c ）
图3-11 单相自耦变压器
（a ）原理图；（b ）接线示意；（c ）外形
自耦变压器的工作原理与普通单相变压器是相同的。当一次绕组两端接上电流电压
1U 时，绕组线圈中通过电流1I ,在铁心中产生交变磁通，因而在一、二次绕组中产生感应电
动势，它们的电压关系为： K N N U U ==2
121 (3—9) 如果将自耦变压器二次绕组的分接头K 点做成滑动的触头，只要移动触头，就可以改
变二次绕组组的匝数，方便地得到不同的输出电压2U 。因此，自耦变压器常作为调压器使
用。单相自耦调压器常做成环形铁心结构，绕组线圈连续绕在铁心上，它的接线示意图和外
形如图3-11（b ）、（c ）所示。
使用自耦调压器时，必须注意一、二次绕组不能接错。在接电源前，应先将手柄旋转到
零位。接通电源后再转动手柄，使输出电压从零平滑地调到所需要的电压值。由于一、二次
绕组有电的直接联系，必须注意过电压保护。在需要调节三相电压时，可由三个单相自耦调
压器组装成三相自耦调压器。
二、电压无感器
互感器是电力系统中供测量和保护用的设备。在测量高电压、大电流时，使测量仪表和
测量人员与其隔离，以保证人员与仪表的安全，并且扩大测量仪表的量程范围。它们也是利
用电磁感应的原理工作的，可分为电压互感器和电流互感器两种类型。
电压互感器相当于一台降压变压器，将高压线路的电压转换为低电压进行测量或作为
控制信号。其测量原理和接线图如图3—12所示。由于电压互感器二次测的负载通常实高阻
抗的电压表或继电器的电压线图，因此电流很小，接近空载状态，即电压互感器的工作情况
相当于变压器的空载运行。
电压互感器一、二次侧电压的关系为： 2
121N N U U K U == (3-10) 其中电压比u k 为常数已知，由电压表测二次电压就可知被测线路的电压值为
21U K U U =。一般电压互感器的二次额定电压设计为100v 。
在使用电压互感器时的注意事项：
(1)电压互感器二次侧不能短路。电压互感器二次侧短路时，将产生很大的短路电流，
会把互感器烧坏；
(2)应将二次线圈的一端可靠接地。以防止高压绕组的绝缘损坏时，在低压侧出现高电
压。
图3—12 电压互感器测量高电压
（a ）原理图； (b)接线图
三、电流互感器
电流互感器又叫变流器。在测量高电压线路的电流时，为了测量人员的安全要使用电流
互感器将电流表与高电压隔离开。在测量大电流时，使用电流互感器将大电流变为小电流后
进行测量或保护。
图3—13为电流互感器的测量原理和接线图。一次线圈串联在被测电路内，二次线
圈与阻抗很小的电流表或继电器的电流线圈串联。由于一次线圈的匝数很少，阻抗很少，对
被测量或被保护线路的电流没有显著影响。而接入二次电路中的负载阻抗很小，接近于短路
状态，这就是电流互感器于电压互感器的不同之处。
电流互感器一、二次测电流的关系为：
2121N N I I K i == ( 3-11） E
(a) (b)
已知果如电流比i K ，由电流表测得二次电流的数值就可知被测线路的电流值为21I K I i =。
一般电流互感器的二次侧额定电流设计为5A 。 如果已知电流比i K ，由电流表测得二次电流的数值就可知被测线路的电流值为21I K I i 。一般电流互感器的二次侧额定电流设计为5A 。
在使用电流互感器时的注意事项：
(1)电流互感器二次侧不能开路。否则二次侧感应产生极高的电压，危及测量人员和设备的妥全；
（2）应将二次线圈的一端可靠接地，以保证安全。
在测量大电流时，我们经常使用的钳形电流表是由一个特殊的电流互感器和电流表组成。其前端是两块可闭可开的钳形铁心，铁心上绕有电流互感器的二次绕组，并与电流表相联。测量某根导线的电流时，不需断开电路，只要将活动钳心张开，套入被测导；
钳形电流表有多种型号，一般用于低压线路中电流小于1000A 的交流电流测量。 在使用钳形电流表时的注意事项：
(1)应使被测导线置于铁心窗口的中央，以免发生误差；
(2)测量铁心钳口保持清洁，测量时应紧密闭合；
(3)测量前应先估计被测电流的大小，选择合适的量程，或先用最大量程测量，再根据被测电流大小调整到合适的量程后如果被准确后测量，以免损坏电流表；
如果测电流较小时，为了得到较准确的读数，可将导线同一方向多绕几圈后放进 钳口进行测量。这时所测电流实际值等于电流表读数除以放进钳口中的导线根数。
图3—14钳形电流表
四、电焊变压器
在建筑施工中，钢筋、钢梁、钢管的连接等经常需要进行焊接加工，如电弧焊、点焊、缝焊和对焊，通常以电弧焊为主。
电弧焊是靠电弧放电产生的高温来熔化金属而达到焊接加工的目的。焊接时一般起弧电压约在40～80V 之间，起弧后电弧压降约为35V 左右。当焊条与焊件接触时，电焊电源相当于短路，这时的短路电流不应过大，一般不应超过电焊电源额定电流的l ．5倍，即要求电焊电源内部阻抗较大，以限制它的短路电流。为了适应不同的焊条和焊件，焊接工作电流应当可以调节，通常要求能够在100～500A 范围内调节焊接电流的大小。
电弧焊接的电源设备有两类，即直流电焊机和交流电焊机。应根据被焊工件的材质、板厚、接头型式和综合经济指标，选择合适的焊接方法及相应的焊机。
1．直流电焊机
直流电弧焊采用的电源有静止式直流弧焊整流器(如晶闸管弧焊电源)和旋转式弧焊发
电机(如交流电动机驱动直流发电机发电、内燃机驱动直流发电机发电)。直流弧焊机的特点是电弧稳定、焊条飞溅少，省电和适合焊接有色金属和合金。但是设备费较贵，除有特殊要求
时，一般较少选用。
2．交流电焊机
交流电焊机主要由一个电焊变压器和一个可变电抗器组成，如图3—15所示。电焊变压器一次绕组接入电源电压U1(380V或220V)，二次绕组串联一个可调节气隙的电抗器、焊
条和焊接工件。焊接时，先将焊条与焊件短路，由于电抗的限制，短路电流并不很大(图3—16 曲线2上的I K)。然后将焊条提起开始起弧，电弧相当于一个电阻负载，电弧压降就是输出电压U2N，约为30V左右，这时焊接电流为I2N。由于外特性曲线很陡，即使焊条与焊件之间的距离发生变化，使U2上下变化，焊接电流的变化也不显著。当焊件大小和焊条粗细不同时，我们可以通过调节电抗器铁心的气隙长度，改变电抗器的阻抗大小，实现调节焊接电流大小不同的要求。
电抗器
图3—15交流电焊机图3—16普通变压器与电焊变压器外特性的比较
1一普通变压器的外特性；2一电焊变压器的外特性
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本章小结
1．变压器是根据电磁感应原理工作的电磁元件，在交流输配电系统和电子设备中广泛使用。它可以利
用不同的变Lt来变换电压、电流和阻抗。如果变压器一、二次绕组的匝数Lt K=1百”l，则它们的变换公式为：
电压变换玩Ul一N瓦1一K
电流变换，I_．．，Li=ⅣN2，=1K
阻抗变换 2 7t。一K22。
2．电力变压器分为单相和三相变压器，其额定容量分别为：
单相变压器S“一【，。一·I。w
三相变压器 S。一~／3 U。N·1。。
选择变压器容量时，要根据负载的视在功率计算选用。
3．三相变压器用来变换三相电压，三相绕组的联结方式有Y／Y。、Y／△等联结组。
4．自耦变压器只有一个绕组，一次(高压)绕组的一部分兼作二次(低压)绕组，两者之间有磁的耦合和
电的直接联系。
电压互感器和电流互感器可以扩大普通交流电压表和电流表的测量范围。
复习思考题与习题
3-1什么是电力变压器?按其作用可分为哪几种?
3—2什么叫三相变压器的联结组标号?试举例说明。
3—3 自耦变压器和双绕组变压器有哪些区别?
3—4某单相电力变压器的额定容量Sw一10kVA、额定电压U，。／u：。一380v／220v、额定频率，一
50Hz，试求：(1)一次、二次侧的额定电流；(2)--次侧最多能并联IOOW、220V的白炽灯多少盏?
3-5某三相电力变压器的额定容量为Sw一500kVA、额定电压U。w／u。w一10kV／0．4kV，采用Y／△联
结，试求一次、二次侧的额定线电流。
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第二章变压器 一、填空： 1.★一台额定频率为60HZ的电力变压器接于50HZ，电压为此变压器的5/6倍额定电压的电 网上运行，此时变压器磁路饱和程度，励磁电流，励磁电抗，漏电抗。 答：饱和程度不变，励磁电流不变，励磁电抗减小，漏电抗减小。 2.三相变压器理想并联运行的条件是（1）， （2），（3）。 答：（1）空载时并联的变压器之间无环流；（2）负载时能按照各台变压器的容量合理地分担负载；（3）负载时各变压器分担的电流应为同相。 3.★如将变压器误接到等电压的直流电源上时，由于空载电流将，空载损耗 将。 答：空载电流很大，空载损耗很大。 4.★一台变压器，原设计的频率为50HZ，现将它接到60HZ的电网上运行，额定电压不变， 励磁电流将，铁耗将。 答：减小，减小。 5.变压器的副边是通过对原边进行作用的。 答：电磁感应作用。 6.引起变压器电压变化率变化的原因是。 答：负载电流的变化。 7.★如将额定电压为220/110V的变压器的低压边误接到220V电压，则激磁电流 将，变压器将。 答：增大很多，烧毁。 8.联接组号不同的变压器不能并联运行，是因为。 答：若连接，将在变压器之间构成的回路中引起极大的环流，把变压器烧毁。 9.★★三相变压器组不宜采用Y,y联接组，主要是为了避免。 答：相电压波形畸变。 10.变压器副边的额定电压指。 答：原边为额定电压时副边的空载电压。 11.★★为使电压波形不发生畸变，三相变压器应使一侧绕组。 答：采用d接。 12.通过和实验可求取变压器的参数。 答：空载和短路。 13.变压器的参数包括，，，，。答：激磁电阻，激磁电抗，绕组电阻，漏电抗，变比。 14.在采用标幺制计算时，额定值的标幺值为。 答：1。 15.既和原边绕组交链又和副边绕组交链的磁通为，仅和一侧绕组交链的磁通 为。 答：主磁通，漏磁通。 16.★★变压器的一次和二次绕组中有一部分是公共绕组的变压器是。 答：自耦变压器。 17.并联运行的变压器应满足（1），
第4节变__压__器 1．变压器 (1)构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成。 ①原线圈：与交流电源连接的线圈； ②副线圈：与负载连接的线圈。 (2)变压器的工作原理：变压器工作的基础是互感现象，电流通过原线圈时在铁芯中激发的磁场不仅穿过原线圈，也同时穿过副线圈，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。 (3)作用：改变交变电流的电压，不改变交变电流的周期和频率。 (4)原、副线圈的作用 ①原线圈在其所处回路中充当负载； ②副线圈在其所处回路中充当电源。 2．电压与匝数的关系 (1)理想变压器：没有能量损失的变压器。 (2)电压与匝数的关系：理想变压器原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的匝数之比，即：U 1U 2＝n 1 n 2 。 (3)两类变压器：副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫降压变压器；副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫升压变压器。 [辨是非](对的划“√”，错的划“×”) 1．变压器只能改变交变电流的电压，不能改变直流电的电压。( ) 2．实际生活中，不存在原线圈与副线圈匝数相等的变压器。( ) 3．理想变压器可以改变交变电流的频率。( ) 4．电流通过铁芯从原线圈流到副线圈。( ) 答案：1.√ 2.√ 3.× 4.× [释疑难·对点练] 1．理想变压器的特点 (1)变压器铁芯内无漏磁。 (2)原、副线圈不计内阻，即不产生焦耳热。
2．电动势关系 由于互感现象，且没有漏磁，原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的ΔΦ Δt ，根据法拉第 电磁感应定律有E 1＝n 1ΔΦΔt ，E 2＝n 2 ΔΦΔt ，所以E 1E 2＝n 1 n 2 。 3．电压关系 由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压U 1＝E 1，副线圈两端的电压U 2 ＝E 2，所以 U 1U 2＝n 1 n 2 。 4．探究理想变压器电压与匝数的关系过程 (1)多用电表交流电压挡量程选择及读数：要先估计被测电压的大致范围，再选择恰当的量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电的最大量程进行测量。 (2)可拆变压器的组装：把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯。 (3)设计实验数据记录表： (4) (5)改变输入端电压，重新测量输入、输出端电压：改变输入电压，输出电压也随之改变，但是两者的比值不变。 (6)对调原、副线圈，重新测量输入、输出端电压：对调原、副线圈后，输出端电压发生变化，两者的比值为对调前的倒数。 (7)改变线圈匝数，重新测量输入、输出端电压：改变线圈匝数后，输出电压随之变化，输入、输出电压的比值也随之变化。 (8)实验结果分析及结论得出：在误差允许的范围内，变压器线圈两端的电压与匝数成正比，数学表达式为：U 1U 2＝n 1 n 2 。 [试身手] 1．理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，下列说法中正确的是( ) A ．穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1 B ．穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等，但穿过每匝线圈的磁通量并不相等 C ．原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1 D ．正常工作时，原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1 解析：选D 对理想变压器，无磁通量损失，因而穿过两个线圈的磁通量相同，磁通量变化率相同，因而每匝线圈产生的感应电动势相等，才导致电压与匝数成正比，选项A 、
第三章 变压器 一、填空： 1. 变压器空载运行时功率因数很低，其原因为 。 答：激磁回路的无功损耗比有功损耗大很多，空载时主要由激磁回路消耗功率。 2. 变压器的副端是通过 对原端进行作用的。 答：磁动势平衡和电磁感应作用。 3. 引起变压器电压变化率变化的原因是 。 答：负载电流的变化。 4. 联接组号不同的变压器不能并联运行，是因为 。 答：若连接，将在变压器之间构成的回路中引起极大的环流，把变压器烧毁。 5. 变压器副边的额定电压指 。 答：原边为额定电压时副边的空载电压。 6. 通过 和 实验可求取变压器的参数。 答：空载和短路。 7. 变压器的结构参数包括 ， ， ， ， 。 答：激磁电阻，激磁电抗，绕组电阻，漏电抗，变比。 8. 在采用标幺制计算时，额定值的标幺值为 。 答：1。 9. 既和原边绕组交链又和副边绕组交链的磁通为 ，仅和一侧绕组交链的磁通为 。 答：主磁通，漏磁通。 10. 变压器的一次和二次绕组中有一部分是公共绕组的变压器是 。 答：自耦变压器。 11. 并联运行的变压器应满足（1） ，（2） ， （3） 的要求。 答：（1）各变压器的额定电压与电压比应相等；（2）各变压器的联结组号应相同；（3）各变压器的短路阻抗的标幺值要相等，阻抗角要相同。 12. 变压器运行时基本铜耗可视为 ，基本铁耗可视为 。 答：可变损耗，不变损耗。 二、选择填空 1. 三相电力变压器带电阻电感性负载运行时，负载电流相同的条件下， cos 越高，则 。 A ：副边电压变化率Δu 越大，效率η 越高， B ：副边电压变化率Δu 越大，效率η 越低， C ：副边电压变化率Δu 越大，效率η 越低， D ：副边电压变化率Δu 越小，效率η 越高。 答：D 2. 一台三相电力变压器N S =560kVA ，N N U U 21 =10000/400(v), D,y 接法，负载时忽略励磁电流，低压边相电流为808.3A 时，则高压边的相电流为 。 A ： 808.3A ， B: 56A ， C: 18.67A ， D: 32.33A 。 答：C 3. 一台变比为k ＝１０的变压器，从低压侧作空载实验，求得副边的励磁阻抗标幺值为１６，那末原边的励磁阻抗标幺值是 。 Ａ：１６, Ｂ：１６００,
第三章 变压器 3．1变压器的分类、基本结构、额定值 3．1．1变压器的分类 变压器：利用电磁感应原理，把一种电压的交流电能转变成频率相同的另一种电压的交流电能。 （来升高或降低电压的一种静止的电能转换装置） 结构原则：两个相互绝缘的绕组套在一个共同的铁心上，它们之间只有磁的耦合，没有电的联系。 一次侧：通入交流电流侧，即吸收电能侧。一次侧通入电流产生交变磁通，进而感应电势dt d N e φ1 1-=。 二次侧：接负载侧，即输出电能侧。与一次侧产生的磁通交链，进而产生感应电势dt d N e φ2 2-=。 原理：e 1/e 2=N 1/N 2≈U 1/U 2 (画示意图) 1．按用途分类：电力变压器、特种变压器、仪用互感器、调压器、试验用高压变压器 2．按绕组数分：双绕组、三绕组、多绕组变压器以及自耦变压器 1．按铁心结构分：心式、壳式变压器 2．按相数分：单相变压器、三相变压器 3．按冷却方式和冷却介质分：空气冷却的干式变压器和用油冷却的油浸式变压器。 3．1．2 变压器的基本结构
3．1．3 变压器的额定值 额定容量S N1=S N2=S N (V A, kV A, MV A) 额定电压：一次侧U 1N , 二次侧U 2N ：一次侧外加额定电压时，二次侧空载电压即为U 2N 。 额定电流：一次侧I 1N 。二次侧I 2N 。 额定频率：50H Z 额定运行时温升、阻抗电压、联接组别、空载损耗、短路损耗等。 单相变压器：S N1=I 1N U 1N =S N2= I 2N U 2N =S N 三相变压器：N N N N N U I U I S 221133== 注意：额定线电压、额定线电流 绕组Y 接法：φφφφ221122113,3;,U U U U I I I I N N N N ==== 绕组Δ接法：φφφφ22112211,;3,3U U U U I I I I N N N N ==== 3．2变压器的空载运行 3．2．1空载运行时的磁通、感应电动势 此时，二次侧开路，一次侧接入交流电压，产生电流i 0，建立磁势F 0，产生磁场有： 主磁通：同时与一次侧和二次侧交链，并且沿着铁心闭合。磁路非线性。主磁通是能量传递的媒介。 漏磁通：仅与绕组自身交链，通过油或空气闭合。线性磁路。 感应主电势：dt d N e φ 1 1-= ，假设电流频率为f ，t m ωφφsin =，则 t N e m ωφωcos 11-=， 电势有效值复量为：m m m m fN j fN j fN j E E . 1.1. 11. 1. 44.422 22 φφπφπ-=-=-== （滞 后磁通90度） 感应漏电势：()dt di L dt di N dt i N d N dt d N e 01012 1101111 1σσσσσφ-=Λ-=Λ-=-= 正弦稳态下，σσσω10. 10. . 1X I j L I j E -=-= 这说明，漏电动势可以用漏电抗压降来表示。且σ1X 为常数（漏 磁路磁导率为常数）。
（选修3-2学案）5.4变压器（二） 【要点导学】 变压器问题解题思路 思路1：电压思路 变压器原、副线圈的电压之比为U 1/U 2=n 1/n 2；当变压器有多个副绕组时U 1/n 1=U 2/n 2=U 3/n 3=……。 思路2：功率思路 理想变压器的输入、输出功率为P 入 =P 出 ，即P 1=P 2；当变压器有多个副绕组时 P 1=P 2+P 3+……。 思路3：电流思路 由I =P /U 知，对只有一个副绕组的变压器有I 1/I 2=n 2/n 1；当变压器有多个副绕组时 n 1I 1=n 2I 2+n 3I 3+……。 思路4：制约思路 1．电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比（n 1/n 2）一定时，输出电压U 2由输入电压决定，即U 2=n 2U 1/n 1。 2．电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比（n 1/n 2）一定，且输入电压U 1确定时，原线圈中的电流I 1由副线圈中的输出电流I 2决定，即I 1=n 2I 2/n 1。 3．负载制约：①变压器副线圈中的功率P 2由用户负载决定，P 2=P 负1+P 负2+…；②变压器副线圈中的电流I 2由用户负载及电压U 2确定，I 2=P 2/U 2；③总功率P 总=P 线+P 2。 动态分析问题的思路程序可表示为： U 122222121I R U I U n n U U 决定负载决定?????→?=????→?= 决定决定?? ??→?=????????→?==1 112211211)(U I P I U I U I P P P 1 思路5：原理思路 变压器原线圈中磁通量发生变化，铁芯中ΔΦ/Δt 相等；对“”型变压器有 ΔΦ1/Δt =ΔΦ2/Δt +ΔΦ3/Δt 。 【范例精析】 例1、如图5-5-1所示，理想变压器的副线圈上，通过输电线接两个相同的灯泡 和 ，输电线的等效电阻为R ，原线圈输入 端接最大值恒定的交流电压，回路中接有一块理想电流表，当 开关S 接通时，以下说法正确的是（） A. 原线圈中电流表示数增大； B. 副线圈两端MN 的输出电压增大； C. 灯泡 的亮度变暗； D. 输电线上产生的损耗增大。 图5-5-1
第三章变压器 第一节概述 变压器是利用电磁感应的原理，将某一数值的交流电压转变成频率相同的另一种或几种不同数值交流电压的电器设备。通常可以分为电力变压器和特种变压器两大类。 电力变压器是电力系统中的关键设备之一，有单相和三相之分，容量从几千伏安到数十万伏安。按其作用可分为升压变压器、降压变压器和配电变压器，(参阅第五章有关部分介绍)。 特种变压器是指除电力系统应用的变压器以外，其它各种变压器统称为特种变压器。因此它的品种繁多，常用的有可调节电压的自耦变压器；测量用的电压互感器、电流互感器；焊 接用的电焊变压器等。尽管种类不同，大小形状也不同，但是它们的基本结构和工作原理是相似的。 第二节变压器的结构和工作原理 一、变压器的结构 变压器的电磁感应部分包括电路和磁路两部分。电路又有一次电路与二次电路之分。各种变压器由于工作要求、用途和型式不同，外形结构不尽相同，但是它们的基本结构都是由铁心和绕组组成的。． 1．铁心 铁心是磁通的通路，它是用导磁性能好的硅钢片冲剪成一定的尺寸，并在两面涂以绝缘漆后，按一定规则叠装而成。 变压器的铁心结构可分为心式和壳式两种，如图3—1所示。心式变压器绕组安装在铁心的边柱上，制造工艺比较简单，一般大功率的变压器均采用此种结构。壳式变压器的绕组安装在铁心的中柱上，线圈被铁心包围着，所以它不需要专门的变压器外壳，只有小功率变压器采用此种结构。 2．绕组 绕组是电流的通路。小功率变压器的绕组一般用高强度漆包线绕制，大功率变压器的绕组可以采用有绝缘的扁形铜钱或铝线绕制。绕组分为高压和低压绕组。高压绕组匝数多，导线细；低压绕组匝数少，导线粗。为了提高绕组与铁心的绝缘性能，一般低压绕组制作在绕组的内层，高压绕组制作在绕组的外层。 二、工作原理 1．变压器的空载运行 单相变压器有二个绕组，其中一个绕组接交流电源，叫做一次绕组(又叫原绕组、初级绕 88
6变压器培训题 １．变压器的作用及其工作原理是什么?变压器在电力系统中怎样应用? 变压器足用来改变交流电压大小的电气设备。它是根据电磁感应的原理，把某一等级的交流电压变换成另一等级的交流电压，以满足不同负荷的需要。 变压器的基本工作原理图如图所 示。它是由两个彼此绝缘的绕组和一个 闭合铁芯组成；两个绕组均套在铁芯上。 通常，一个绕组接电源，另一个绕组接 负载。我们把前者叫做一次绕组，或原 绕组、一次侧；把后者叫做二次绕组， 或副绕组、二次侧。当一次侧接上电压 为U 1的交流电源时，一次绕组将流过交 流电流I 1，并在铁芯中产生交变磁通Φ。 该磁通同时穿链一、二次绕组。根据电磁感应定律，Φ在一、二次绕组中产生的感应电动势分别为： E 1=4.44ｆN 1￠ E2=4.44ｆN 2￠ 式中 N 1—— —次绕组匝数； N 2—— 二次绕组匝数。 由于—般变压器的N 1≠N 2，因此e 1≠e 2 ，说明一、二次侧电动势不等，当忽略变乐器的内阻抗压降时，感应电动势就等于端电压，显然变压器起到了变压的作用。 变压器在电力系统中的应用是很广泛的。例如，在发电厂中．用升压变压器升高电压，以适应远距离传输的需要；同时，也用降压变压器降低电压，以适合厂用电设备使用。另外，在变电站，要用降压变压器把远距离传输来的高电压降低，以满足负荷的需要。再者，不同电压等级的电网也需要变压器联络等等。 ２．变压器能够变压的条件是什么?变压器的高压侧是否就是一次侧? 变压器能够变压的条件是：一、是铁芯中要有交变的磁通；二、是一、二次绕组的匝数不相同。 普通的双绕组变压器的高压侧和低压侧，是按其额定电压的大小来区分的，而一次侧和二次侧是按传递功率的力向来区分的。接电源、输入功率的绕组侧称一次侧，接负荷、输出
探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 一、实验目的 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 二、实验原理 1．实验电路图，如图所示。 2．实验方法采用控制变量法： (1)n1一定，研究n2和U2的关系。 (2)n2一定，研究n1和U2的关系。 三、实验器材 学生电源(低压交流，小于12 V)1个、可拆变压器1个(如图所示)、多用表(交流电压挡)1个、导线若干。 四、实验步骤 1．如图所示，连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数。 2．保持原线圈匝数不变，用多用电表电压挡测量原线圈电压，并记录在表格中。 3．改变副线圈匝数，用多用电表分别测量副线圈的电压，把匝数、电压的对应数据记录在表格中。 4．保持副线圈匝数不变，改变原线圈匝数，重复步骤2、3。
五、数据处理 1．将不同的原、副线圈接入电路测出线圈两端的电压填入下表 原线圈匝数n1副线圈 匝数n2 原线圈 电压U1 副线圈 电压U2 n1 n2 U1 U2 100300 2 V 100400 2 V 300400 4 V 400400 6 V 4001008 V 400100 4 V 2．由表格数据得出结论 (1)当原线圈匝数不变、输入电压不变时，随着副线圈匝数增加，输出电压增大。进一步研究可知，副线圈电压与副线圈匝数成正比。 (2)当副线圈匝数不变、输入电压不变时，随着原线圈匝数增加，副线圈输出电压变小。进一步研究可知，副线圈电压与原线圈匝数成反比。 六、误差分析 1．由于漏磁，通过原、副线圈每一匝的磁通量不严格相等造成误差。 2．原、副线圈有电阻，原、副线圈中的焦耳热损耗(铜损)，造成误差。 3．铁芯中有磁损耗，产生涡流，造成误差。 4．电表的读数存在误差。 七、注意事项 1．在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。 2．为了人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，不能用手接触裸露的导线和接线柱。 3．为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。 实验原理及操作 [例题1] 在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中：
高中物理选修3-2 变压器 1、理想变压器 （1）构造：如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。 ①原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。 ②副线圈：与负极连接的线圈，也叫次级线圈。 ③闭合铁芯 （2）原理：电流磁效应、电磁感应 （3）基本公式 ①功率关系： 入出 无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率纸盒 ②电压关系：即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。 有多个副线圈时， ③电流关系：只有一个副线圈时 由 入出 及P=UI推出有多个副线圈时， 当原线圈中、代入有效值时，副线圈对应的、也是有效值， 当原线圈中、为最大值或瞬时值时，副线圈中的、也对应最大值或瞬时值 ④原副线圈中通过每匝线圈的磁通量的变化率相等 ⑤原副线圈中电流变化规律一样，电流的周期频率一样 （4）几种常用的变压器 ①自耦变压器-调压变压器 如图是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压。 调压变压器：就是一种自耦便要，它的构造如图所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上。AB之间加上输入电压。移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压。 ②互感器电压互感器：用来把高电压变成低电压电流互感器：用来把大电流变成低电流
交流电压表和电流表都有一定的量度范围，不能直接测量高电压和大电流。用变压器把高电压变成低电压，或者把大电流变成小电流，这个问题就可以解决了。这种变压器叫做互感器。 a、电压互感器 电压互感器用来把高电压变成低电压，它的原线圈并联在高电压电路中，副线圈接入交流电压表。根据电压表测得的电压和铭牌上注明的变压比（），可以算出高压电路中的电压。为了工作安全，电压互感器的铁壳和副线圈应该接地。 b、电流互感器 电流互感器用来把大电流变成小电流。它的原线圈串联再被测电路中，副线 圈上接入交流电流表。根据电流表测得的电流I2和铭牌上注明的变流比（）， 可以算出被测电路中的电流。如果被测电路是高压电路，为了工作安全，同 样要把电流互感器的外壳和副线圈接地。 （5）电路中的符号 （6）特征 正因为是利用电磁感应现象来工作的，所以变压器只能在输送交变电流的电能过程中改变交变电压 （7）理想变压器的理想化条件 在理想变压器的原线圈两端加交变电压U1后，由于电磁感应的原因，原、副线圈中都将产生感应电动势， 根据法拉第电磁感应定律有：， （①忽略原、副线圈内阻，有，；②另外，考虑到铁芯的导磁作用而却忽略漏磁，即认为在任意时刻穿过原、副线圈的磁感线条数都相等，于是又有） 由此便可得理想变压器的电压变化规律为 再忽略变压器自身的能量损失（一般包括线圈内能量损失和铁芯内能量损失这两部分，分别俗称为“铜损”和“铁损”）有（而，） 于是又得理想变压器的电流变化规律为， （8）特别注意 ①变压器的输入功率由输出功率决定 往往用到：，即在输入电压确定以后，输入功率和原线圈电压与副线圈匝数的平方成正比，与原线圈匝数的平方成反比，与副线圈电路的电阻成反比。式中的R表示负载电阻的阻值，而不是“负载”。“负载”表示副线圈所接的用电器你的实际功率。 实际上，R越大，负载越小；R越小，负载越大。 ②变压器可以使输出电压升高或降低，但不可能使输出功率变大。假若是理想变压器。输出功率也不可能减少。 ③通常说的增大输出端负载，可理解为负载电阻减小；同理加大负载电阻可理解为减小负载。 2、解决变压器问题的常用方法 解题思路1：电压思路。
「高中二年级物理上册第三章要点」变压器 高中二年级物理上册第三章要点：变压器 1.1 啥是变压器? 答：变压器是借用电磁感应，以相同的频率，在两个或更多的绕组之间，变换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。 1.2 啥是局部放电? 答：局部放电是指高压电器中的绝缘介质在高压电有哪些用途下，发生在电极之间但未贯通的放电。 1.3 局放试验的目的是什么? 答：发现设施结构和制造工艺的缺点，比如：绝缘内部局放电场过高，金属部件有尖角;绝缘混入杂质或局部带有缺点，预防局部放电对绝缘造成损毁。 1.4 啥是铁损? 答：变压器的铁损又叫空载损耗，它是励磁损耗而与负载无关，它不随负载大小而变化，只须加上励磁电压后就存在，它的大小仅随电压波动而略有变化。包括铁心材料的磁滞损耗、涡流损耗与附加损耗三部分。 1.5 啥是铜损? 答：负载损耗又称铜损，它是指在变压器一对绕组中，一个绕组流经额定电流，另一个绕组短路，其他绕组开路时，在额定频率及参
考温度下，所汲取的功率。 1.6 啥是高压首端? 答：与高压中部出头连接的2至3个饼，及附近的纸板、相间隔板等叫做高压首端。 1.7 啥是高压首头? 答：一般220kV变压器高压线圈中部出头一直到高压佛手叫做高压首头。 1.8 啥是主绝缘?它包括哪些内容? 答：主绝缘是指绕组对地、对其他绕组之间的绝缘。 它包括：同柱各线圈间绝缘、距铁心柱和铁轭的绝缘、各相之间的绝缘、线圈与油箱的绝缘、引线距接地部分的绝缘、引线与其他线圈的绝缘、分接开关距地或其他线圈的绝缘、异相触头间的绝缘。 1.9 啥是纵绝缘?它包括哪些内容? 答：纵绝缘是指同一绕组上各点之间或其相应引线之间与分接开关各部分之间的绝缘。 它包括：桶式线圈的层间绝缘、饼式线圈的段间绝缘、导线线匝的匝间绝缘、同线圈引线间的绝缘、分接开关同触头间的绝缘。 1.10 高压试验有什么?分别考核重点是什么? 答：高压试验包含空载试验、负载试验、外施耐压试验、感应耐压试验、局部放电试验、雷电冲击试验。 空载试验主要考核测量变压器的空载损耗和空载电流，验证变压器铁心设计的计算、工艺制造是不是满足标准和技术条件的需要，检
第三章变压器实验 实验一单相变压器 一．实验目的 1.通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。 2.通过负载实验测取变压器的运行特性。 二．预习要点 1.变压器的空载和短路实验有什么特点？实验中电源电压一般加在哪一方较合适？ 2.在空载和短路实验中，各种仪表应怎样联接才能使测量误差最小？ 3.如何用实验方法测定变压器的铁耗及铜耗。 三．实验项目 1.空载实验测取空载特性U O=f(I O)，P O=f(U O)。 2.短路实验测取短路特性U K=f(I K)，P K=f(I K)。 3.负载实验 (1)纯电阻负载 保持U1=U1N，=1的条件下，测取U2=f(I2)。 (2)阻感性负载 保持U1=U1N，=0.8的条件下，测取U2=f(I2)。 四．实验设备及仪器 1．MEL系列电机教学实验台主控制屏（含交流电压表、交流电流表） 2．功率及功率因数表（MEL-20或含在主控制屏内）
3．三相组式变压器（MEL-01）或单相变压器（在主控制屏的右下方） 4．三相可调电阻900Ω（MEL-03） 5．波形测试及开关板（MEL-05） 6．三相可调电抗（MEL-08） 五．实验方法 1．空载实验 实验线路如图3-1 变压器T 选用MEL-01三相组式变压器中的一只或单独的组式变压器。实验时，变压器低压线圈2U1、2U2接电源，高压线圈1U1、1U2开路。 A 、V 1、V 2分别为交流电流表、交流电压表。具体配置由所采购的设备型号不同由所差别。若设备为MEL-Ⅰ系列，则交流电流表、电压表为指针式模拟表，量程可根据需要选择；若设备为MEL-Ⅱ系列，则上述仪表为智能型数字仪表，量程可自动也可手动选择。仪表数量也可能由于设备型号不同而不同。若电压表只有一只，则只能交替观察变压器的原、副边电压读数，若电压表有二只或三只，则可同时接上仪表。 W 为功率表，根据采购的设备型号不同，或在主控屏上或为单独的组件（MEL-20或MEL-24），接线时，需注意电压线圈和电流线圈的同名端，避免接错线。 a ．在三相交流电源断电的条件下，将调压器旋钮逆时针方向旋转到底。并合理选择各仪表量程。 主控制屏 三相交流 电源输出 U V W U 0 V 1 V 2 P 0 I 0 A W T 1U1 2U1 1U2 2U2 55V 220V 图3-1 空载实验接线图
4 变压器教学设计(一)整体设计 教学分析 变压器是交变电路中常见的一种电器设备，也是远距离输送交流电不可缺少的装置。学生通过前面《电磁感应》整章的学习，已经对磁生电以及涡旋电流有了基本的掌握，通过《交变电流》前两节的学习，对交变电流的特点也比较清楚，已经基本具备了学习变压器这一节内容的必备知识。本节重点是从电磁感应和能量的转化与守恒两种角度深刻理解变压器的工作原理以及探究变压器的线圈两端电压与匝数的关系并能用它解决基本问题。对于变压器工作原理，要让学生在电磁感应理论的基础上理解什么是互感现象？为什么原、副线圈之间在没有载流导体连接的状态下，副线圈中还可以输出电流？使学生再次体会交变电流与恒定电流的区别，以及交变电流的优点。在解决有两个副线圈的变压器的问题时，不做统一的要求，不必急于去分析这类问题，对学有余力的学生，可引导他们进行分析讨论。本节内容是电磁感应知识与交变电流概念的综合应用，承上启下，体现出了交变电流的优点，并为电能输送奠定了基础。 教学目标 1．了解变压器的构造及理解变压器的工作原理。 2．通过实验，探究变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，电流与匝数的关系并能用它们解决基本问题。 3．了解理想化模型在物理学研究中的重要性。从探究“电压与匝数关系”全过程指导学生学习物理思想与方法。 4．了解变压器在生活中的应用。 教学重点难点 1．探究变压器的线圈两端电压与匝数的关系并能用它解决基本问题。 2．从电磁感应和能量的转化与守恒两种角度理解变压器的工作原理。 教学方法与手段 演示、推理、实验探究法、合作学习法。 课前准备 教学媒体 1．教具：台式电脑、投影屏幕、实物投影仪；多媒体课件；可拆式变压器、学生电源、开关、小灯泡、导线、多用电表等。 2．学具：(分组用实验器材)可拆变压器、学生电源、开关、导线、多用电表等。 知识准备 复习电磁感应、法拉第电磁感应定律及交变电流的知识。 课前收集变压器或拍摄变压器的照片、网上下载的图片。 变压器在平时生活中比较常见，学生对变压器这一名词并不陌生，因此要求学生课下搜集各种变压器，了解变压器的基本作用，必会引起学生对变压器的极大兴趣，激发出学生对变压器的好奇心和求知欲，增强了感性认识，使变压器教学更贴近学生的实际生活，体会到物理与生活的紧密联系，提高学习物理的兴趣。引导学生自主搜集和整理学习材料，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力。 教学过程 导入新课 [事件1] 教学任务：创设情景，导入新课。
第三章 交变电流 第3节 变压器 一、理想变压器及变压原理和规律 1．理想变压器的特点 (1)原、副线圈的电阻不计，不产生热量． (2)变压器的铁芯无漏磁，原、副线圈磁通量无差别． (3)变压器自身的能量损耗不计，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率． 2．工作原理 原线圈上加交变电压时铁芯中产生交变磁场，即在副线圈中产生交变磁通量，从而在副线圈中产生交变电动势；当副线圈接负载时，副线圈相当于交流电源向外界负载供电．从能量转化角度看，变压器是把电能转化为磁场能，再将磁场能转化为电能的装置，一般地说，经过转化后电压、电流均发生了变化． 3．电压关系 由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压U 1＝E 1，副线圈两端的电压U 2＝E 2，所以U 1U 2＝n 1 n 2 . 当有n 组线圈时，则有：U 1n 1＝U 2n 2＝U 3 n 3 … 4．功率关系 对于理想变压器，不考虑能量损失，P 入＝P 出． 5．电流关系 由功率关系，当只有一个副线圈时，I 1U 1＝I 2U 2，得I 1I 2＝U 2U 1＝n 2 n 1 .当有多个副线圈时，I 1U 1＝I 2U 2＋I 3U 3＋…， 得I 1n 1＝I 2n 2＋I 3n 3＋…. [特别提醒] (1)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用． (2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的周期和频率． (3)理想变压器关系中的U 1、U 2、I 1、I 2均为有效值或最大值．瞬时值和平均值不成立 (4)变压器的输入功率总等于所有输出功率之和 （5）变压器匝数多的接高压，导线细；匝数少的接低压，导线粗 6．制约关系
第三章变压器实验 3-1单相变压器 一、实验目的 1、通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。 2、通过负载实验测取变压器的运行特性。 二、预习要点 1、变压器的空载和短路实验有什么特点？实验中电源电压一般加在哪一方较合适？ 2、在空载和短路实验中，各种仪表应怎样联接才能使测量误差最小？ 3、如何用实验方法测定变压器的铁耗及铜耗。 三、实验项目 1、空载实验 测取空载特性U0=f(I0)，P0=f(U0) , cosφ0=f(U0)。 2、短路实验 测取短路特性U K=f(I K)，P K=f(I K), cosφK=f(I K)。 3、负载实验 （1）纯电阻负载 保持U1=U N，cosφ2=1的条件下，测取U2=f(I2)。 （2）阻感性负载 保持U1=U N，cosφ2=0.8的条件下，测取U2=f(I2)。 四、实验方法 1、实验设备 2、屏上排列顺序 D33、DJ11、D32、D34-3、D51、D42、D43
图3-1 空载实验接线图 3、空载实验 （1）在三相调压交流电源断电的条件下，按图3-1接线。被测变压器选用三相组式变压器DJ11中的一只作为单相变压器，其额定容量P N=77V·A，U1N/U2N=220/55V，I1N/I2N=0.35/1.4A。变压器的低压线圈a、x接电源，高压线圈A、X开路。 （2）选好所有测量仪表量程。将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋转到底，即将其调到输出电压为零的位置。 （3）合上交流电源总开关，按下“启动”按钮，便接通了三相交流电源。调节三相调压器旋钮，使变压器空载电压U0=1.2U N，然后逐次降低电源电压，在1.2～0.3U N的范围内，测取变压器的U0、I0、P0。 （4）测取数据时，U=U N点必须测，并在该点附近测的点较密，共测取数据7-8组。记录于表3-1中。 （5）为了计算变压器的变比，在U N以下测取原方电压的同时测出副方电压数据也记录于表3-1中。 4、短路实验 （1）按下控制屏上的“停止”按钮，切断三相调压交流电源，按图3-2接线（以后每次改 接线路，都要关断电源）。将变压器的高压线圈接电源，低压线圈直接短路。
第三章变压器 3.1 变压器中主磁通和漏磁通的性质和作用有什么不同？在分析变压器时怎样反映其作用？它们各由什么磁动势产生？ [答案] 3.2 变压器的R m、X m各代表什么物理意义？磁路饱和与否对R m、X m有什么影响？为什么要求X m大、R m小？ [答案] 3.3 变压器额定电压为220/110V，如不慎将低压侧误接到220V电源后，将会发生什么现象？ [答案] 3.4 变压器二次侧接电阻、电感和电容性负载时，从一次侧输入的无功功率有何不同？为什么？ [答案] 3.5 变压器的其它条件不变，在下列情况下, X1σ, X m各有什么变化？ (1) 一次、二次绕组匝数变化±10%； (2) 外施电压变化±10%； (3) 频率变化±10%。 [答案] 3.6 变压器的短路阻抗Z k、R k、X k的数值，在短路试验和负载运行两种情况下是否相等？励磁阻抗Z m、R m、X m的数值在空载试验和负载运行两种情况下是否相等？ [答案]
3.7 为什么变压器的空载损耗可以近似地看成铁损耗?为什么短路损耗可以近似地看成铜损耗？负载时，变压器真正的铁损耗和铜损耗分别与空载损耗、短路损耗有无差别？为什么？ [答案] 3.8 当负载电流保持不变，变压器的电压变化率将如何随着负载的功率因数而变化？ [答案] 3.9 两台完全相同的单相变压器，一次侧额定电压为220/110V ，已知折合到一次侧的参数为：一、二次侧漏抗的标么值Z1*=Z2*=0.025∠60ο，励磁电抗的标么值Z m*=20∠60ο，如图所示把两台变压器一次侧串联起来，接到440∠0οV的电源上，求下述三种情况一次侧电流的大小(用标么值表示)。 [答案] 题3.9图 （1）端点1和3 相连，2和4相连； （2）端点1和4 相连，2和3相连； （3）第Ⅰ台变压器二次侧开路，第Ⅱ台变压器二次侧短路。
第三节 变压器 [学习目标] 1.了解变压器的构造及工作原理.2.通过实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系.3.掌握理想变压器原、副线圈电压、电流、功率的关系． 一、认识变压器 1．变压器：用于改变交流电压的设备． 2．变压器的构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与电源连接的线圈称为原线圈，也称为初级线圈．与负载连接的线圈称为副线圈，也称为次级线圈． 3．变压器的工作原理：互感现象是变压器工作的基本原理．当原线圈上加交变电压时，原线圈中的交变电流在铁芯中激发交变的磁通量，这个交变的磁通量在副线圈内产生感应电动势和感应电流． 二、变压器原、副线圈电压与匝数的关系 1．理想变压器：漏磁、原(副)线圈电阻和其他电磁能量损耗可以忽略不计的变压器． 2．电压与匝数的关系 理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即U 1U 2＝n 1n 2. 3．两类变压器 副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器称为降压变压器；副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器称为升压变压器． 三、理想变压器原、副线圈中的电流 1．功率关系 理想变压器副线圈的输出功率P 2和原线圈的输入功率P 1相等，即U 1I 1＝U 2I 2. 2．电流关系 理想变压器原、副线圈中的电流与它们的匝数成反比，即I 1I 2＝n 2 n 1 . 1．判断下列说法的正误． (1)理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比．( √ ) (2)输入交变电流的频率越高，输出交变电流的电压就越高．( × ) (3)变压器能改变交变电流的电压，也能改变恒定电流的电压．( × ) (4)理想变压器不仅能改变交变电流的电压和电流，也能改变交变电流的功率和频率．( × )
第3章 三相变压器 [内容] 目前，电力系统均采用三相制，所以三相变压器得到了广泛应用。三相变压器在对称负载下运行时，其各相的电压、电流大小相等，相位互差︒120,因此对三相变压器的分析和计算可取其中的一相来进行，即三相问题可以转化为单相问题，于是单相变压器的基本理论（基本方程式、等效电路、相量图等）完全适用于三相变压器中的任一相。本章主要研究三相变压器的几个特殊问题：（1）三相变压器的磁路结构；（2）三相变压器的联结组别；（3）联结组别和磁路结构对相绕组感应电动势波形的影响。 [要求] ● 掌握三相组式变压器和三相心式变压器磁路结构的特点。 ● 掌握三相变压器联结组别的概念，联结组别的判定方法。 ● 掌握联结组别和磁路结构对相绕组感应电动势波形的影响。 3.1 三相变压器的磁路结构 三相变压器按磁路结构（铁心结构）可分为组式变压器和心式变压器两类。 一、三相组式变压器的磁路特点 三相组式变压器由三台相同的单相变压器组合而成，如图3.1.1所示。其磁路特点是： （1）各相磁路彼此独立，互不关联，即各相主磁通都有自己独立的磁路； （2）各相磁路几何尺寸完全相同，即各相磁路的磁阻相等； （3）当一次侧外加三相对称电压时，三相主磁通U Φ 、V Φ 、W Φ 是对称的，三相空载电流也是对称的。
二、三相心式变压器的磁路特点 三相心式变压器的铁心结构是从三相组式变压器铁心演变而来的。将三台单相变压器铁 心合并成图3.1.2(a)的样子；当一次侧外加三相对称电压时，三相主磁通U Φ 、V Φ 、W Φ 是对称的，中间铁心柱内磁通U Φ +V Φ +W Φ =0，因此可以去掉中间铁心柱，变成图3.1.2（b ）； 为使结构简单、制造方便，把三相铁心布置在同一平面内，便得到图3.1.2(c)，这就是常用的三相心式变压器铁心。 三相心式变压器的磁路特点是： （1）各相磁路不独立，互相关联。即每相磁通都要借助其它两相磁路而闭合； （2）各相磁路长度不等。中间相的磁路长度小于其它两相的磁路长度，因此中间相的磁阻略小于其它两相的磁阻。 （3）当外施三相对称电压时，三相主磁通U Φ 、V Φ 、W Φ 是对称的，但由于三相磁路的磁阻不对称，而使三相空载电流不对称，中间相的空载电流略小于其它两相的空载电流。由于空载电流相对于负载电流来说是很小的，所以空载电流的不对称对变压器负载运行影响极小，可以忽略。 目前大多数三相变压器都采用心式结构，因为它具有消耗材料少、运行效率高、占地面积小、维护简单的优点。对于超高压、大容量巨型变压器，由于受运输条件限制或为了减少备用容量，才采用三相组式变压器。 3.2 三相变压器的联结组别 三相变压器的联结组别是表示高、低压绕组联结方式及高、低压侧对应线电动势相位关