第二章 变压器

第1节 变压器的基本工作原理和结构
2.1.1 变压器的基本工作原理
在一个闭合的、由铁此材料构成的铁心框架上套装两个匝 数不同的线圈绕组，就构成一台最简单的单相变压器。 两个绕组间只有磁的耦合而没有电的联系，其中与交流电 源相接的绕组称为一次绕组，其匝数为N1；与用电设备(负 载)相接的绕组称为二次绕组，其匝数为N2。
i1 u1 e1 N1

N2
i2 e2 u2 ZL
第1节 变压器的基本工作原理和结构
2.1.1 变压器的基本工作原理
假设为理想变压器，忽略漏磁通、绕组电阻和铁心损耗。
u1 i1 e1, e2
d e1 N1 dt d e2 N 2 dt
i2 N2 e2 u2
i1 u1 e1 N1

N2
i2 e2 u2 ZL
第1节 变压器的基本工作原理和结构
2.1.2 变压器的用途和分类
1) 变压器的用途 电力变压器是电力系统中的重要设备
升压变压器：发电机6.3～27kV→110kV、220kV、330kV、 500kV及750kV等级的高压线路输电电压。 降压变压器：在用电地区，逐步将输电线路上的高电压降 到配电系统的配电电压，然后再送到各用电分区，最后再 经配电变压器把电压降到用户所需要的电压等级。 另外，变压器也是其他系统中的重要设备，如测量系统中 广泛应用的仪用互感器，在实验室中广泛应用的自耦调压 器，在电信、自动控制系统中使用的控制变压器、电源变 压器和用于阻抗变换的输入、输出变压器等。
第二章 变压器
变压器是一种静止的电器，它是利用电磁感应原理，将一 种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的 交流电能。 变压器是电力系统中一种重要的电气设备，它对电能的经 济传输，灵活分配和安全使用具有重要的意义。 此外各种用途的控制变压器、仪用互感器等也应用得十分 广泛。 本章主要介绍变压器的用途、分类、结构及额定值，着重 阐明变压器的工作原理和运行特性、三相变压器的特点与 并联运行，最后简要地介绍自耦变压器和互感器等特殊变 压器的结构特点及工作原理。
2.1.3 变压器的基本结构
铁芯和绕组——主要组成部分，称为变压器的器身。 以常见的油浸式电力变压器为例，除了器身，还有绝缘套 管、油箱及其他附件组成。
第1节 变压器的基本工作原理和结构
2.1.3 变压器的基本结构
1) 铁芯 铁芯——主磁路部分，又是绕组的支撑骨架。 由铁芯柱和铁轭两部分组成。 为了提高磁路的导磁性能和减少铁芯中的磁滞损耗和涡流 损耗，铁芯一般由厚度为0.35～0.5mm且表面覆盖有绝缘层 的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。
SN I1N 3U1N SN I2N 3U 2 N
（2-7）
第1节 变压器的基本工作原理和结构
2.1.4 变压器的铭牌与额定值
(5)额定频率fN
我国规定标准工业用电的频率即工频为50Hz。 (6)连接组标号 三相变压器一、二次绕组的连接方式 Y和y分别表示高、低压绕组作星形连接；
D和d分别表示高、低压绕组作三角形连接；
第二章 变压器
本章内容
第1节 变压器的基本工作原理和结构 第2节 变压器的空载运行 第3节 变压器的负载运行和基本方程 第4节 变压器的等效电路和相量图 第5节 变压器等效电路参数的测定 第6节 三相变压器 第7节 标幺值 第8节 变压器的并联运行 第9节 变压器的运行特性 第10节 其他常用变压器 第11节 变压器的冲击电流和短路电流 思考题与习题
第1节 变压器的基本工作原理和结构
2.1.3 变压器的基本结构
3) 油箱等其他附件
典型的油浸式电力变压器 还有油箱、储油柜、绝缘 套管、气体继电器、安全 气道、分接开关等附件， 其作用是保证变压器的安 全和可靠运行。
第1节 变压器的基本工作原理和结构
2.1.4 变压器的铭牌与额定值
为了使变压器安全、经济、合理地运行，同时使用户对变压 器的性能有所了解，变压器出厂时都安装了一块铭牌。在铭 牌上标明了变压器的型号、额定值及其他有关数据。 额定值是对变压器正常工作状态所作的使用规定，它是正确 使用变压器的依据。
第1节 变压器的基本工作原理和结构
2.1.1 变压器的基本工作原理
把变压器看作是一个二端口元件，设ZL为变压器二次侧的 负载阻抗，则从一次侧看进去的入端阻抗则为 1 kU 2 2 U ' 2U ZL k k 2Z L (2-5) I1 I 2 k I2 表示，一次侧的输入阻抗为负载的实际阻抗乘以k2，即变 压器不但有变压和变流的作用，还有阻抗变换的作用。
壳式机械强度好
心式结构简单
第1节 变压器的基本工作原理和结构
2.1.3 变压器的基本结构
2) 绕组
绕组——电路部分，一般是由用纸包或纱包的绝缘铜线或 铝线绕制而成的。 其中接于高压电网的绕组称为高压绕组，接于低压电网的 绕组称为低压绕组。 根据高、低压绕组在铁芯柱上排列方式的不同，变压器的 绕组可分为同心式和交叠式两种。
d u1 e1 N1 dt d u2 e2 N 2 dt
e1 N1 k e2 N 2 u1 N1 u2 N2
i1 u1 e1 N1

ZL
第1节 变压器的基本工作原理和结构
2.1.1 变压器的基本工作原理
式中，k——电压比（变比），它是一次和二次绕组中感应 e1 N1 电动势之比。 k e2 N 2 k>1时为降压变压器 u1 N1 k<1时为升压变压器。 u2 N2 变压器一次和二次绕组的电压比就等于一次和二次绕组的
第1节 变压器的基本工作原理和结构
2.1.2 变压器的用途和分类
2) 变压器的分类 通常根据用途、相数、绕组数目、铁芯结构和冷却方式分。 (1)按用途分： ①电力变压器——主要应用于电能的输送与分配。分为升压 变压器、降压变压器、配电变压器、联络变压器和厂用变压 器等几种。 ②特殊电源用变压器——如电炉、电焊、整流变压器等。 ③仪用变压器——供测量和继电保护用的变压器。 ④实验变压器——专供电气设备作耐压用的高压变压器。 ⑤调压器——能均匀调节输出电压的变压器。 ⑥控制变压器——容量一般比较小，用于小功率电源系统和 自动控制系统，如电源变压器、输入变压器、输出变压器、 脉冲变压器等。
1)变压器中各电磁物理量参考方向的规定 一次侧： （1）一次绕组电流的参考方向与电源电压的参考方向一致； （2）由电流产生的磁动势所建立的磁通与电流的参考方向符 合右手螺旋定则； （3）感应电动势的参考方向与产生该电动势的磁通的参考方 向之间符合右手螺旋定则，即感应电动势参考方向与电流的参 考方向一致。
2.2.1 变压器空载运行时的电磁关系
1)变压器中各电磁物理量参考方向的规定
随时间作周期性变化的量，为了在列写方程时能正确表明各 量之间的关系，必须规定它们的参考方向，或称为正方向。 变压器是基于电磁感应原理工作的电器，采用“右手定则” 来规定各电磁物理量的参考方向。
第2节 变压器的空载运行
2.2.1 变压器空载运行时的电磁关系
N和n分别表示高、低压绕组作星形连接时的中性线。
第1节 变压器的基本工作原理和结构
2.1.4 变压器的铭牌与额定值
(7)阻抗电压Uk
阻抗电压又称为短路电压。它标志在额定电流时变压器阻抗压 降的大小。通常用它与额定电压的百分比来表示。
额定运行时变压器的效率、温升等数据均属于额定值。
除额定值外，铭牌上还标有变压器的相数、变压器的运行方式 及冷却方式等。为考虑运输，有时铭牌上还标出变压器的总重、 油重、器身重量和外形尺寸等附属数据。
第1节 变压器的基本工作原理和结构
2.1.2 变压器的用途和分类
2) 变压器的分类
单相
三相
多相
第1节 变压器的基本工作原理和结构
2.1.2 变压器的用途和分类
2) 变压器的分类
壳式
心式
第1节 变压器的基本工作原理和结构
2.1.2 变压器的用途和分类
2) 变压器的分类
干式
油浸式
充气式实验
第1节 变压器的基本工作原理和结构
第2节 变压器的空载运行
电力三相变压器三相对称，因此在研究时通常采用单相变压器， 但分析研究所得结论同样适用于三相变压器的对称运行。 空载运行是指变压器一次绕组接在额定频率和额定电压的交流 电源上，而二次绕组开路时的运行状态。

N1 N2
i10 u1 e1 e1σ
i2=0 e2 u20
φ1σ
第2节 变压器的空载运行
第1节 变压器的基本工作原理和结构
2.1.2 变压器的用途和分类
2) 变压器的分类 通常根据用途、相数、绕组数目、铁芯结构和冷却方式分。 (1)按用途分：
电力
整流
互感器
第1节 变压器的基本工作原理和结构
2.1.2 变压器的用途和分类
2) 变压器的分类 通常根据用途、相数、绕组数目、铁芯结构和冷却方式分。 (1)按用途分：
环形电源
调压
控制
第1节 变压器的基本工作原理和结构பைடு நூலகம்
2.1.2 变压器的用途和分类
2) 变压器的分类 (2)按相数分：有单相、三相和多相变压器。 (3)按绕组数目分：有单绕组(自耦) 、双绕组、三绕组和 多绕组变压器。 (4)按铁芯结构分：有壳式和心式变压器。 (5)按冷却方式分：有干式、油浸式和充气式变压器等。 (6)按容量分：有小型变压器(容量为10～630kV· A)、中型 变压器(容量为800～6300kV· A)、大型变压器(容量为 8000～63 000kV· A)和特大型变压器(容量在90 000kV· A以 上)。
第1节 变压器的基本工作原理和结构
2.1.4 变压器的铭牌与额定值
(3)额定电压（单位为V或kV） U1N——加在变压器一次绕组上的额定电源电压值； U2N——一次绕组加额定电压，二次绕组开路时的空载电压值。 对三相变压器而言，额定电压是指线电压。 (4)额定电流（单位为A或kA） 变压器在额定负载情况下，各绕组长期允许通过的电流。 I1N——一次绕组的额定电流； I2N——二次绕组的额定电流。 对三相变压器而言，额定电流是指线电流。