变压器的基础知识
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变压器的根底知识
一.变压器：
是一种静止的电机， 它利用电磁感应原理将一种电压、 电流的交流电能转换
成同频率的另一种电压、 电流的电能。 换句话说， 变压器就是实现电能在不同等
级之间进展转换。
二.构造：
铁心和绕组：变压器中最主要的部件，他们构成了变压器的器身。
铁心：构成了变压器的磁路， 同时又是套装绕组的骨架。 铁心由铁心柱和铁
轭两局部构成。铁心柱上套绕组，铁轭将铁心柱连接起来形成闭合磁路。
铁心材料：为了提高磁路的导磁性能，减少铁心中的磁滞、涡流损耗，铁心
一般用高磁导率的磁性材料——硅钢片叠成。 硅钢片有热轧和冷轧两种， 其厚度
为 0.35～ 0.5mm，两面涂以厚 0.02～0.23mm 的漆膜，使片与片之间绝缘。
绕组：绕组是变压器的电路局部，它由铜或铝绝缘导线绕制而成。 一次绕组〔原绕组〕：输入电能
二次绕组〔副绕组〕：输出电能
他们通常套装在同一个心柱上， 一次和二次绕组具有不同的匝数， 通过电磁感应作用，一次绕组的电能就可传递到二次绕组， 且使一、二次绕组具有不同的电压和电流。
其中，两个绕组中， 电压较高的我们称为高压绕组， 相应的电压较低的称为低压绕组。从高、低压绕组的相对位置来看，变压器的绕组又可分为同心式、交迭式。由于同心式绕组构造简单，制造方便，所以，国产的均采用这种构造，交迭式主要用于特种变压器中。
其他部件：除器身外，典型的油锓电力变压器中还有油箱、变压器油、绝缘套管及继电保护装置等部件。
三.额定值
额定值是制造厂对变压器在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。 额定
值通常标注在变压器的铭牌上。变压器的额定值主要有： WORD格式
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1.额定容量 SN
额定容量是指额定运行时的视在功率。以 VA 、kVA 或 MVA 表示。由于变压器的效率很高，通常一、二次侧的额定容量设计成相等。
2.额定电压 U1N 和 U2N
正常运行时规定加在一次侧的端电压称为变压器一次侧的额定电压 U1N。二次侧的额定电压 U2N 是指变压器一次侧加额定电压时二次侧的空载电压。额定
电压以 V 或 kV 表示。对三相变压器，额定电压是指线电压。
3.额定电流 I1N 和 I2N
根据额定容量和额定电压计算出的线电流，称为额定电流，以 A 表示。
对单相变压器
I1N SN
； I 2N SN U 1N U 2 N
对三相变压器
I1N SN
； I 2 N SN
3U 1N 3U2N
4.额定频率 f N
除额定值外，变压器的相数、绕组连接方式及联结组别、短路电压、运行方
式和冷却方式等均标注在铭牌上。 额定状态是电机的理想工作状态， 具有优良的
性能，可长期工作。 WORD格式
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四.变压器的空载运行
1.空载运行：
是指变压器原绕组接到额定电压、 额定频率的电源上， 副绕组开路时的运行状态。
2.正方向的规定：
从理论上讲， 正方向可以任意选择， 因各物理量的变化规律是一定的， 并不依正方向的选择不同而改变。 但正方向规定不同， 列出的电磁方程式和绘制的相量图也不同。 在电机方向的学科中通常按习惯方式规定正方向， 称为惯例。具体原那么如下：
1〕在负载支路，电流的正方向与电压降的正方向一致，而在电源支路，电
流的正方向与电动势的正方向一致。
2〕磁通的正方向与产生它的电流的正方向符合右手螺旋定那么。
3〕感应电动势的正方向与产生它的磁通的正方向符合右手螺旋定那么。
电压
u1,u2 的正方向表示电位降低，电动势
e1,e2 的正方向表示电位升高。在
原方， u1 由首端指向末端， i1 从首端流入。当 u1 与 i1 同时为正或同时为负时，表示电功率从原方输入，称为电动机惯例。在副方， u2 和 i 2 的正方向是由 e2 的正方向决定的，即 i2 沿 e2 的正方向流出。当 u2 和 i2 同时为正或同时为负时，电功
率从副方输出，称为发电机惯例。
3.空载时的电磁关系：
1〕电动势与磁通的关系： WORD格式
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假定主磁通按正弦规律变化，即
m sin t
根据 根据电磁感应定律和对正方向规定，一、二次绕组中感应电动势的瞬时值为：
e N d N cos t 2E sin( t 90 )
1 1 dt 1 m 1
e N d N cos t 2E sin( t 90 )
2 2 dt 2 m 2
e1
N1 d 1
N1 1 m cos t 2E1 sin( t 90 ) dt
式中：
E1 N1 m 4.44 fN1 m 2
E2 N 2 m 4.44 fN2 m 2
E1 N1 1 m 4.44 fN1 1 m 2
注意：从上面的表达式中我们可以看出， 电动势总是滞后与产生的他的磁通 。 90
2〕电动势平衡方程式：
根据对正方向的规定，可以得到空载时电动势平衡方程式：
U 1 E1 E1 I 0R1
将漏感电动势写成压降的形式 ：
E1 j L1 I 0 jx1 I 0
U1 E1 I0R1 jI 0x1 E1 I 0Z1
式中 Z1=R1+jx 1σ ——原绕组的漏阻抗。 WORD格式
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对于电力变压器，空载时原绕组的漏阻抗压降
I0Z1 很小，其数值不超过
U1
的 0.2%，将 I0Z1 忽略，那么上式变成：
U1 E1
在副方，由于电流为零，那么副方的感应电动势等于副方的空载电压，即：
U20 E2
3〕变压器的变比：
在变压器中，原、副绕组的感应电动势 E1 和 E2 之比称为变压器的变比，用
k 表示，即：
E1 4.44 fN1 m N1
k
4.44 fN 2
N2 E2 m
上式说明，变压器的变比等于原、副绕组的匝数比。当变压器空载运行时，由于 U1≈E1 ,U 20≈E2，故可近似地用空载运行时原、 副方的电压比来作为变压器
的变比，即
k U1U1N U20 U2N
对于三相变压器，变比是指原、副方相 电动势之比，也就是额定相电压之
比。
五.变压器的负载运行 WORD格式
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在前面我们通过分析了解了变压器的空载运行情况， 当变压器原方接入交流电源，副方接上负载时的运行方式称为变压器的负载运行。
1.负载运行时的物理情况：
。 。
如下图，即从空载电流 I 0 变为负载时的电流 I 1。原 绕组的磁动势也从空载磁动势 F0 变为 F1=I1N1。负载时的主磁通 Φm 就是由原、副绕组的合成磁动势产生的，即 :
F1 F2 Fm
于是变压器在负载时的电磁关系重新到达平衡。
2.电动势平衡方程式：
在原方，电动势平衡方程式为
U 1 E1 I 1(R1 jx1 ) E1 I1Z1
在副方，电动势平衡方程式为：
U 2 E2 I 2 ( R2 jx 2 ) E2 I 2Z2
式中，Z2 =R2+jx 2σ,副绕组的漏阻抗，R2 和 x2 分别为副绕组的电阻和漏电抗。
3.负载运行时的磁动势平衡方程式：
负载运行时的磁动势平衡方程式可写为：
F1 F2 F0
或： I1N1 I2N2 I0N1
将上式进展变化，可得：
F1 F0 ( F2 )
或： I1 I0 ( N2/N1I2) I0 ( I2/K)
这说明变压器负载运行时通过磁动势平衡， 使原、副方的电流严密地联系在一起，副方通过磁动势平衡对原方产生影响， 副方电流的改变必将引起原方电流的改变，电能就是这样从原方传到了副方。
