項(xiàng)目五變壓器原理分析與檢測(cè)課件

變壓器原理分析與檢測(cè)項(xiàng)目五變壓器原理分析與檢測(cè)項(xiàng)目五項(xiàng)目五

變壓器原理分析與檢測(cè)學(xué)習(xí)任務(wù)1）了解變壓器的基本結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用。2）理解領(lǐng)會(huì)變壓器的工作原理、連接方式及應(yīng)用。3）掌握變壓器的電路分析、計(jì)算及應(yīng)用。項(xiàng)目五

變壓器原理分析與檢測(cè)學(xué)習(xí)任務(wù)1）了解變壓器的15.1磁路概述圖15-1變壓器的磁路任務(wù)15變壓器15.1磁路概述圖15-1變壓器的磁路任務(wù)15變壓15.1.1磁路的基本物理量1.磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B是表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，它是一個(gè)矢量。磁感應(yīng)強(qiáng)度B與產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流(稱為勵(lì)磁電流)之間的方向關(guān)系可用右手螺旋定則來(lái)確定，其大小可用下面的公式來(lái)表示（15-1）15.1.1磁路的基本物理量1.磁感應(yīng)強(qiáng)度2.磁通量在均勻磁場(chǎng)中，磁通量Φ等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場(chǎng)方向的面積S的乘積，即

（15-2）

3.磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率μ也叫導(dǎo)磁系數(shù)，磁導(dǎo)率大的介質(zhì)導(dǎo)磁性能好。磁導(dǎo)率的單位是亨/米(H/m)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的真空的磁導(dǎo)率2.磁通量（15-2）3.磁導(dǎo)率4.磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度H表征磁場(chǎng)強(qiáng)弱與產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流之間的關(guān)系。磁場(chǎng)強(qiáng)度H等于該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度B與該處媒質(zhì)的磁導(dǎo)率μ的比值，即為了便于比較，工程上通常采用相對(duì)磁導(dǎo)率（15-4）（15-5）4.磁場(chǎng)強(qiáng)度為了便于比較，工程上通常采用相對(duì)磁導(dǎo)率（15-15.1.2磁性材料的主要特性1.高導(dǎo)磁性沒(méi)有外磁場(chǎng)作用，磁疇排列混亂，對(duì)外不顯示磁性，如圖15-2a所示。在外磁場(chǎng)作用下，隨其增強(qiáng)，磁疇逐漸轉(zhuǎn)到與外磁場(chǎng)相同的方向上，如圖15-2b、c所示。這樣使鐵磁材料內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大大增強(qiáng)，所以磁性材料具有高導(dǎo)磁性。15.1.2磁性材料的主要特性1.高導(dǎo)磁性圖15-2鐵磁材料的磁化圖15-2鐵磁材料的磁化2.磁飽和性如圖15-3a所示，調(diào)節(jié)可變電阻R使電流I從零逐漸增大，便可繪出曲線

，此曲線稱為鐵磁材料的起始磁化曲線。由起始磁化曲線可以看出，曲線每點(diǎn)比值不是常數(shù)，即不是常數(shù)。2.磁飽和性圖15-3鐵磁材料的起始磁化曲線圖15-3鐵磁材料的起始磁化曲線3.磁滯性鐵磁材料磁化過(guò)程中，當(dāng)勵(lì)磁電流I增加，使H增加到Hm后，如圖15-4a所示a點(diǎn)，B達(dá)到Bm，然后減小I，即減小H，B也隨之減小。實(shí)驗(yàn)示，B沒(méi)按照起始磁化曲線的規(guī)律減小，而是由Bm沿ab曲線段下降，當(dāng)H減小到零時(shí)，B并未減小到零(曲線上的b點(diǎn))，此時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Br稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱剩磁。要消除剩磁，必須改變外磁場(chǎng)H的方向進(jìn)行反向磁化，消除剩磁所需的反向磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小Hc稱為矯頑磁力(或稱矯頑力)。3.磁滯性鐵磁材料磁化過(guò)程中，當(dāng)勵(lì)磁電流I增繼續(xù)增大反向磁場(chǎng)直到-Hm，B也相應(yīng)反向增至-Bm(曲線的a’點(diǎn))。再使H返回零(曲線的b’點(diǎn))，并又從零增至Hc(曲線的c點(diǎn))，再增至Hm，即可得到如圖15-4a中的一條對(duì)稱于原點(diǎn)的閉合曲線abc’a’b’ca。鐵磁材料在反復(fù)磁化過(guò)程中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化滯后于外磁場(chǎng)強(qiáng)度H的變化。這一現(xiàn)象稱為磁滯。所得到的閉合磁化曲線。稱為磁滯回線。在不飽和區(qū)域內(nèi)對(duì)不同的值反復(fù)磁化，便可得到一系列大小不同的磁滯回線，如圖15-4（b）所示。將各個(gè)不同值所對(duì)應(yīng)的各條磁滯回線的頂點(diǎn)連接起來(lái)得到的曲線叫基本磁化曲線。繼續(xù)增大反向磁場(chǎng)直到-Hm，B也相應(yīng)反向增至-Bm(曲線的a圖15-4磁滯回線圖15-4磁滯回線（1）軟磁性材料剩磁Br和矯頑力Hc都很小，磁滯回線狹長(zhǎng)，與基本磁化曲線十分靠近，如圖15-5（a）所示。磁性材料按其磁滯回線形狀的不同，可以分為三種基本類型（2）硬磁性材料剩磁Br和矯頑力Hc都較大，磁滯回線較寬，撤去外磁場(chǎng)后剩磁大，磁性不易消失，如圖15-5b所示。（1）軟磁性材料磁性材料按其磁滯回線形狀的不同，可以分為三種圖15-5不同材料的磁滯回線（3）矩磁材料磁滯回線的形狀接近矩形，具有較大的剩磁Br和較小的矯頑力Hc，如圖15-5c所示，稱為矩磁材料。圖15-5不同材料的磁滯回線（3）矩磁材料1.全電流定律(安培環(huán)路定律)在磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量沿任一閉合路徑的線積分等于該閉合路徑所交鏈電流的代數(shù)和，即15.1.3磁路的基本定律（15-6）1.全電流定律(安培環(huán)路定律)15.1.3磁路的基本定律2.磁路歐姆定律（15-7）以圖15-6所示為例，設(shè)某鐵心線圈的匝數(shù)為N

，通過(guò)的電流為I，則由公式15-6得到公式15-7中的關(guān)系。圖15-6磁路的歐姆定律2.磁路歐姆定律（15-7）以圖15-6所示為例，Rm—磁路的截面積—總磁壓—磁路的磁勢(shì)令（15-8）（15-9）所以上式中Rm—磁路的截面積—總磁壓—磁路的磁勢(shì)令（15-15.2變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的一種能將同頻率的交流電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)撵o止的電磁設(shè)備。變壓器基本結(jié)構(gòu)主要包括鐵心和繞組兩大部分。鐵心和繞組統(tǒng)稱為器身。為了改善散熱條件，使變壓器安全可靠運(yùn)行，電力變壓器等大型變壓器還設(shè)有油箱、儲(chǔ)油柜、安全氣道等其它附件，如圖15-7所示。15.2變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原圖15-7三相油浸式電力變壓器外形圖圖15-7三相油浸式電力變壓器外形圖1.鐵心（1）鐵心的作用構(gòu)成了變壓器的磁路，同時(shí)又是套裝繞組的骨架。（2）鐵心的組成鐵心分為鐵心柱和鐵軛兩部分。鐵心柱上套繞組，鐵軛將鐵心柱連接起來(lái)形成閉合磁路。（3）鐵心的材料為了提高導(dǎo)磁性能和減少鐵損，變壓器的鐵心多采用0.27mm或0.15mm厚的冷軋硅鋼片疊壓而成。1.鐵心（2）鐵心的組成（3）（4）按變壓器鐵心的結(jié)構(gòu)分類1）心式心式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是鐵心柱被繞組包圍，如圖15-8a所示。結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，繞組裝配及絕緣比較容易，因而電力變壓器的鐵心主要采用心式結(jié)構(gòu)。2）殼式殼式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是鐵心包圍繞組頂面、底面和側(cè)面，如圖15-8b所示。機(jī)械強(qiáng)度較好，但制造復(fù)雜。（4）按變壓器鐵心的結(jié)構(gòu)分類圖15-8變壓器的結(jié)構(gòu)圖15-8變壓器的結(jié)構(gòu)（1）繞組的作用變壓器的電路部分（2）繞組的材料常用絕緣銅線或鋁線繞制而成，近來(lái)還有用鋁箔繞制而成的。（3）按高、低壓繞組在鐵心柱上的排列方式不同，繞組可分為同心式和交疊式兩種，如圖15-9所示。

2.繞組（1）繞組的作用2.繞組圖15-9變壓器的繞組1—鐵心柱2—鐵軛3—高壓繞組4—低壓繞組圖15-9變壓器的繞組3.附件（1）油箱電力變壓器多采用油浸式結(jié)構(gòu)。（2）儲(chǔ)油柜—油枕儲(chǔ)油柜能使油與空氣的接觸面積減小，從而減少空氣中的氧氣和水分的侵入。（3）氣體繼電器—俗稱瓦斯繼電器氣體繼電器裝在油枕和油箱的連通管中間，當(dāng)變壓器內(nèi)部故障、油箱漏油，氣體繼電器動(dòng)作，發(fā)出信號(hào)。3.附件（1）油箱（2）儲(chǔ)油柜—油枕（3）氣體繼電器—俗（4）安全氣道—防爆管當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，讓油氣流沖破玻璃板或酚醛紙板，以免造成箱壁爆裂。（5）分接開關(guān)當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，變壓器本身能做到小范圍的電壓調(diào)節(jié)，以保證負(fù)載端電壓的穩(wěn)定。（6）絕緣套管油箱的上方有三個(gè)高壓絕緣套管和四個(gè)低壓絕緣套管，套管內(nèi)裝有電極導(dǎo)電體。（4）安全氣道—防爆管（5）分接開關(guān)（6）絕緣套管15.3變壓器的工作原理接交流電源的繞組稱作一次繞組，接負(fù)載的繞組稱作二次繞組。一、二次繞組的匝數(shù)分別為N1和N2。電力變壓器的一、二次繞組沒(méi)有電的聯(lián)系，僅有磁的聯(lián)系。15.3.1變壓器的空載運(yùn)行變壓器的一次繞組接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，而二次繞組開路，這種運(yùn)行方式稱為變壓器的空載運(yùn)行。單相變壓器空載運(yùn)行工作原理如圖15-10所示。15.3變壓器的工作原理15.3.1變壓器的空載運(yùn)行圖15-10單相變壓器的空載運(yùn)行工作原理圖圖15-10單相變壓器的空載運(yùn)行工作原理圖1.電磁關(guān)系當(dāng)變壓器空載時(shí)，二次繞組電流為零，無(wú)功率輸出，一次繞組電流i0的作用只是用來(lái)產(chǎn)生磁通，所以電流i0又稱為變壓器的勵(lì)磁電流。1.電磁關(guān)系當(dāng)變壓器空載時(shí)，二次繞組電流2）與的正方向符合右手螺旋定則。3）正方向與產(chǎn)生該磁通的電流的正方向一致。4）的正方向與的正方向相反。各電磁量的正方向常用的慣例標(biāo)注在圖15-10中，具體原則如下：1）先規(guī)定的參考正方向，的參考正方向與的參考正方向成關(guān)聯(lián)參考正方向。2）與的正方向符合右手螺旋定則。3）主磁通Φ在一、二次繞組分別產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1與e2（15-10）（15-11）2.電壓變換關(guān)系設(shè)主磁通由式15-10得（15-12）主磁通Φ在一、二次繞組分別產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1與e2（1同理?yè)?jù)KVL忽略原繞組的電阻和漏磁感抗電壓降1）一次繞組電壓平衡關(guān)系上式表明：1）原邊電勢(shì)的有效值等于電源電壓的有效值；2）當(dāng)電源電壓不變時(shí)，主磁通基本保持不變。（15-13）（15-14）（15-15）同理?yè)?jù)KVL忽略原繞組的電阻和漏磁感抗電壓降1）一次繞組電2）二次繞組電壓平衡關(guān)系（15-16）因此，原、副繞組的電壓有效值之比為式中，K為原、副繞組的匝數(shù)比，稱為變壓器的變比。（15-17）（15-18）空載，所以2）二次繞組電壓平衡關(guān)系（15-16）因此，原、副繞組的電壓15.3.2變壓器的負(fù)載運(yùn)行圖15-11變壓器的負(fù)載運(yùn)行工作原理當(dāng)變壓器一次側(cè)接到額定電壓的交流電源u1上，二次側(cè)接上負(fù)載ZL后的運(yùn)行狀態(tài)，稱為變壓器的負(fù)載運(yùn)行。15.3.2變壓器的負(fù)載運(yùn)行圖15-11變壓器的負(fù)載運(yùn)行1.電磁關(guān)系1.電磁關(guān)系2.電壓變換作用變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)電壓變換關(guān)系如圖15-11所示。一次繞組所滿足的電壓平衡方程用相量表示為副繞組中電壓平衡方程用相量表示為（15-20）（15-19）2.電壓變換作用副繞組中電壓平衡方程用相量表示為副繞組的電阻和漏抗兩端的壓降忽略不計(jì)，所以副繞組的電壓平衡關(guān)系式可表示為

（15-21）

（15-22）（15-23）即因此（15-24）副繞組的電阻和漏抗兩端的壓降忽略不計(jì)，所以副繞組的3.電流變換作用式(15-15)和式(15-22)比較：當(dāng)電源電壓不變時(shí)，變壓器空、負(fù)載磁勢(shì)不變，即有由于i0很小，與負(fù)載狀態(tài)時(shí)的i1和i2相比，可以忽略不計(jì)。因此用相量表示為（15-25）3.電流變換作用式(15-15)和式(式15-25中的負(fù)號(hào)說(shuō)明，變壓器原、副繞組的磁勢(shì)接近于反相，即變壓器帶負(fù)載后，副繞組的磁動(dòng)勢(shì)對(duì)原繞組的磁動(dòng)勢(shì)有去磁作用。原、副繞組電流有效值之比為上式表明變壓器的電流變換作用，即原、副繞組電流有效值之比等于原、副繞組匝數(shù)的反比。（15-26）式15-25中的負(fù)號(hào)說(shuō)明，變壓器原、副繞組的磁勢(shì)接圖15-12變壓器的阻抗變換作用15.3.3變壓器的阻抗變換若把復(fù)阻抗為ZL的負(fù)載接到變壓器的副繞組，如圖15-12所示。圖15-12變壓器的阻抗變換作用15.3.3變壓器的阻抗則阻抗的大小為從變壓器的原邊來(lái)看，如圖15-12（b）所示，即把變壓器和負(fù)載一起看作是電源的負(fù)載，其等效負(fù)載阻抗∣∣可變?yōu)椋?5-27）

式15-27說(shuō)明，變壓器的副邊負(fù)載，對(duì)電源而言，相當(dāng)于接擴(kuò)大了K2倍的負(fù)載。以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。則阻抗的大小為從變壓器的原邊來(lái)看，如圖15-1【例15.1】有一臺(tái)電壓為220/36V的變壓器，二次側(cè)接一盞36V、40W的白熾燈，試求：1）若變壓器的一次側(cè)繞組N1=1100匝，二次側(cè)繞組匝數(shù)應(yīng)是多少?2）白熾燈點(diǎn)亮后，一、二次側(cè)的電流各為多少?解:1）由變比的公式【例15.1】有一臺(tái)電壓為220/36V的變2）由有功功率公式由變比公式2）由有功功率公式由變比公式圖15-13晶體管收音機(jī)輸出電路【例15.2】如圖15-13所示的晶體管收音機(jī)輸出電路中，晶體管所需的最佳負(fù)載電阻，變壓器副邊所接揚(yáng)聲器的阻抗。試求變壓器的匝數(shù)比。圖15-13晶體管收音機(jī)輸出電路【例15.2】解：根據(jù)變壓器阻抗變換公式即原邊的匝數(shù)應(yīng)為副邊匝數(shù)的6倍。解：根據(jù)變壓器阻抗變換公式即原邊的匝數(shù)應(yīng)為副邊匝數(shù)的6倍。圖15-14變壓器的外特性曲線15.4變壓器的外特性外特性曲線如圖15-14所示，可由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。圖15-14變壓器的外特性曲線15.4變壓器的外特性從空載到滿載（副電流達(dá)到其額定值時(shí)）的輸出電壓變化量與空載電壓的比值稱為電壓調(diào)整率。（15-28）是表征變壓器運(yùn)行性能的重要指標(biāo)之一，它的大小反映了供電電壓的穩(wěn)定性。在電力變壓器中，電壓變化率越小越好，電壓調(diào)整率在5%左右。從空載到滿載（副電流達(dá)到其額定值時(shí)）的輸出電壓變化15.5變壓器的損耗和效率1.變壓器的損耗損耗ΔP有銅耗ΔPCu和鐵心損耗ΔPFe兩部分。1）銅耗：包括基本銅耗和雜散銅耗。

（15-29）

（15-30）銅耗也稱為可變損耗。額定銅耗近似地等于額定短路損耗。負(fù)載系數(shù)。15.5變壓器的損耗和效率1.變壓器的損耗1）銅耗：2）鐵耗：包括基本鐵耗和雜散鐵耗。鐵耗可近似認(rèn)為與?或?成正比，且近似地等于變壓器的空載損耗P0，因此也把鐵損稱作不變損耗。由可知，頻率一定時(shí)，當(dāng)電源電壓U1越高，主磁通最大值Φm越大，鐵耗也越大；電源電壓不變時(shí)，變壓器的主磁通Φm基本不變，鐵耗也基本不變。變壓器原、副繞組的功率平衡關(guān)系為（15-31）2）鐵耗：包括基本鐵耗和雜散鐵耗。變壓器原、2.變壓器的效率變壓器的輸出功率和輸入功率的比值稱為變壓器的效率，一般用百分?jǐn)?shù)表示為（15-32）當(dāng)不變損耗等于可變損耗時(shí)，變壓器效率為最高。2.變壓器的效率（15-32）任何瞬間，同一磁通作用下的兩個(gè)繞組之間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位關(guān)系是繞組的極性。當(dāng)兩個(gè)繞組的某一端瞬時(shí)電位相同時(shí)，這兩個(gè)對(duì)應(yīng)端稱為同極性端或同名端。反之，稱為異極性端或異名端。在電路中，同名端用相同的記號(hào)“*”、“﹒”或“±”等標(biāo)注。繞組的極性的判定可有下面兩種情況。15.6變壓器繞組的極性任何瞬間，同一磁通作用下的兩個(gè)繞組之間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)1.已知繞組的繞向若彼此有互感的兩個(gè)繞組分別有電流流入，且兩電流建立的磁場(chǎng)互相加強(qiáng)，則兩電流的流入端(或流出端)稱為兩繞組的同名端。如圖15-15a所示，i1和i2流入兩個(gè)繞組，磁場(chǎng)互相加強(qiáng)，則U1、u1(或U2、u2)為同名端；如圖15-15b所示，i1和i2流入兩個(gè)繞組，磁場(chǎng)互相減弱，則U1、u2(或U2、u1)為同名端。1.已知繞組的繞向圖15-15變壓器同名端的判定圖15-15變壓器同名端的判定（1）直流電源和檢流計(jì)法具體接線如圖15-16所示。當(dāng)S閉合的瞬間，若檢流計(jì)的指針向右偏轉(zhuǎn)，則U1和u1(U2和u2)是同名端，U1和u2(U2和u1)是異名端；若檢流計(jì)的指針向左偏轉(zhuǎn)，則U1和u2(U2和u1)是同名端，U1和u1(U2和u2)是異名端。2.繞組的繞向不明（1）直流電源和檢流計(jì)法2.繞組的繞向不明圖15-16檢流計(jì)法判定同名端圖15-16檢流計(jì)法判定同名端（2）交流電源與電壓表法如圖15-17所示，一次繞組輸入交流電壓u1，二次側(cè)有電壓u2輸出。?用電壓表分別測(cè)出U1，U2及U3，若滿足，則1、3為同名端，2、3為異名端；若，則1、4為同名端。（2）交流電源與電壓表法用電壓表分圖15-17交流法測(cè)極性圖15-17交流法測(cè)極性16.1三相變壓器的磁路和電路系統(tǒng)1.三相變壓器磁路系統(tǒng)任務(wù)16三相變壓器圖16-1三相組式變壓器特點(diǎn)：三相磁路彼此無(wú)關(guān)聯(lián)。（1）組式變壓器磁路16.1三相變壓器的磁路和電路系統(tǒng)1.三相變壓器磁路系統(tǒng)（2）心式變壓器磁路特點(diǎn)：三相磁路彼此有關(guān)聯(lián)，且耗材少，效率高。圖16-2三相心式變壓器磁路系統(tǒng)（2）心式變壓器磁路特點(diǎn)：三相磁路彼此有關(guān)聯(lián)，且耗材少，效**一、二次繞組的電動(dòng)勢(shì)同相位。******一、二次繞組的電動(dòng)勢(shì)反相位。（1）單相變壓器的極性2.三相變壓器的電路系統(tǒng)**一、二次繞組的電動(dòng)勢(shì)同相位。******（2）三相變壓器的極性用來(lái)表示三相原、副繞組的連接方式及原、副繞組線電壓的相位關(guān)系的符號(hào)稱為連接組（別）。連接組不僅與繞組的繞向和首末端標(biāo)志有關(guān)，還與繞組的連接方式有關(guān)。繞組的連接方法有多種，其中常用的有Y，yn、Y，d，其逗號(hào)前字母表示高壓繞組的接法，逗號(hào)后字母表示低壓繞組的接法。圖16-3給出了兩種連結(jié)組的接線情況。（2）三相變壓器的極性用來(lái)表示三相原、副繞組圖16-3三相變壓器繞組的連接圖16-3三相變壓器繞組的連接圖16-4三相電力變壓器的銘牌16.2變壓器的銘牌圖16-4三相電力變壓器的銘牌16.2變壓器的銘牌1.變壓器的型號(hào)及系列例如：1.變壓器的型號(hào)及系列2.主要額定值（1）額定電壓U1N、U2N（V或kV）

U1N：據(jù)絕緣強(qiáng)度和容許溫升規(guī)定的一次繞組的最大正常工作電壓值。

U2N：當(dāng)一次繞組加上額定電壓，分接開關(guān)位于額定分接頭時(shí)，二次繞組開路時(shí)輸出的電壓值。（2）額定電流I1N、I2N（A）I1N和I2N是指變壓器在額定容量和允許溫升條件下的滿載電流值。2.主要額定值（1）額定電壓U1N、U2N（V或（3）額定容量SN（V·A或kV·A）額定容量是指在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，變壓器所能輸送的最大容量(視在功率)。（4）額定頻率fN（Hz）額定頻率是指變壓器在設(shè)計(jì)工作原理下正常工作允許的交流電源的工作頻率。單相變壓器（16-1）

（16-2）

三相變壓器（3）額定容量SN（V·A或kV·A）（三相變壓器一、二次側(cè)線電壓的比值，不僅和匝數(shù)比有關(guān)，而且與接法有關(guān)。如：Y，yn適用于三相配電變壓器，線電壓之比Y，d適用于變電站升、降壓，線電壓之比（16-4）（16-3）三相變壓器一、二次側(cè)線電壓的比值，不僅和匝數(shù)比【例16.1】有一臺(tái)“Yyn”聯(lián)結(jié)的變壓器，已知額定容量為50kV·A、額定電壓10/0.4kV的變壓器。問(wèn)：1）變壓器的變比及一、二次側(cè)額定電流是多少?2）是否允許接入一個(gè)額定電壓為400V、額定功率為45kW、額定功率因數(shù)為0.87的三相負(fù)載?為什么?【例16.1】有一臺(tái)“Yyn”聯(lián)結(jié)的變壓器2）因?yàn)?，已超載，故不允許將該負(fù)載接入。2）因?yàn)?，已超載，故不允許將該負(fù)任務(wù)17特殊用途變壓器17.1自耦變壓器1.自耦變壓器的結(jié)構(gòu)圖17-1所示是實(shí)驗(yàn)室中常用的可調(diào)式自耦調(diào)壓器，其工作原理與雙繞組變壓器相似。其原、副繞組之間不僅有磁的聯(lián)系，而且有電的聯(lián)系。任務(wù)17特殊用途變壓器17.1自耦變壓器1.自耦變壓器圖17-1自耦調(diào)壓器圖17-1自耦調(diào)壓器圖17-2自耦變壓器工作原理2.電壓關(guān)系圖17-2自耦變壓器工作原理2.電壓關(guān)系自耦變壓器也是利用電磁感應(yīng)原理工作的，其工作原理如圖17-2所示。3.電流關(guān)系由圖17-2可知（17-1）自耦變壓器也是利用電磁感應(yīng)原理工作的，其工作變壓器原、副繞組的電流相位相反，所以（17-2）（17-3）式17-3說(shuō)明，自耦變壓器的輸出功率由兩部分組成，電磁功率。傳導(dǎo)功率。4.自耦變壓器的主要特點(diǎn)及使用注意事項(xiàng)主要優(yōu)點(diǎn)1）主要尺寸小、節(jié)省材料、成本低、重量減輕、便于運(yùn)輸和安裝、占地面積小。變壓器原、副繞組的電流相位相反，所以（17-2）（17-3）2）效率較高。1）短路阻抗標(biāo)幺值較小，因此短路電流較大。2）高壓側(cè)產(chǎn)生過(guò)電壓時(shí)，易引起低壓繞組絕緣的損壞。主要缺點(diǎn)注意事項(xiàng)1）一、二次側(cè)不能隨意對(duì)調(diào)使用，以防變壓器損壞。2）接電源前先將滑動(dòng)觸頭調(diào)零，使用后也歸零。3）使用時(shí)必須可靠接地。2）效率較高。1）短路阻抗標(biāo)幺值較小，因此短路電流較大。2）圖17-3電壓互感器原理圖17.2儀用互感器1.電壓互感器（17-4）或圖17-3電壓互感器原理圖17.2儀用互感器1.電壓互1）使用時(shí)電壓互感器的二次側(cè)不允許短路。2）二次繞組連同鐵心一起，必須可靠接地。3）電壓互感器有一定的額定容量，使用時(shí)二次繞組的阻抗不能太小，二次側(cè)不宜接過(guò)多的儀表，以免影響互感器的精度等級(jí)。電壓互感器使用注意事項(xiàng)1）使用時(shí)電壓互感器的二次側(cè)不允許短路。2.電流互感器圖17-4電流互感器工作原理圖或（17-5）2.電流互感器圖17-4電流互感器工作原理圖或（17-1）二次繞組絕對(duì)不允許開路。2）為了使用安全，電流互感器的二次繞組必須可靠接地，以防止絕緣擊穿后，電力系統(tǒng)的高電壓危及二次側(cè)測(cè)量回路中的設(shè)備及操作人員的安全。電流互感器使用注意事項(xiàng)3）電流互感器有一定的額定容量，使用時(shí)二次繞組的阻抗不能太大，二次側(cè)不宜接過(guò)多的儀表，以免影響互感器的精度等級(jí)。1）二次繞組絕對(duì)不允許開路。為了可在現(xiàn)場(chǎng)不切斷電路的情況下測(cè)量電流和便于攜帶使用，把電流表和電流互感器合起來(lái)制造成鉗形電流表。圖17-5為鉗形電流表的實(shí)物外形和電路原理圖。圖17-5鉗形電流表為了可在現(xiàn)場(chǎng)不切斷電路的情況下測(cè)量電流和便于為保證電焊的質(zhì)量和電弧燃燒的穩(wěn)定性，對(duì)電焊變壓器有以下幾點(diǎn)要求:1）應(yīng)具有60~75V的空載電壓，但電壓一般不超過(guò)85V。2）應(yīng)有迅速下降的外特性。3）要能夠調(diào)節(jié)焊接電流的大小。4）短路電流大小應(yīng)合適。*17.3電焊變壓器為保證電焊的質(zhì)量和電弧燃燒的穩(wěn)定性，對(duì)電焊變?yōu)榱藵M足上述要求,電焊變壓器應(yīng)有較大的可調(diào)電抗。常用的方法，如圖17-6所示。圖17-6電焊變壓器的原理接線圖1—?jiǎng)予F心2—焊條3—被加工工件為了滿足上述要求,電焊變壓器應(yīng)有較大的可調(diào)電實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目6變壓器特性測(cè)試1.實(shí)訓(xùn)目的1）通過(guò)空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)確定單相變壓器的參數(shù)。2）通過(guò)負(fù)載試驗(yàn)測(cè)定單相變壓器的運(yùn)行特性。2.實(shí)訓(xùn)原理說(shuō)明1）實(shí)訓(xùn)圖6-1為測(cè)試變壓器參數(shù)的電路。2）空載實(shí)驗(yàn)一般將低壓側(cè)通電進(jìn)行測(cè)量并采用低功率因數(shù)瓦特表，電壓表應(yīng)接在電流表外側(cè)。實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目6變壓器特性測(cè)試1.實(shí)訓(xùn)目的1）通過(guò)空載實(shí)訓(xùn)圖6-1變壓器參數(shù)測(cè)定電路實(shí)訓(xùn)圖6-1變壓器參數(shù)測(cè)定電路3）變壓器外特性測(cè)試為了滿足三組燈泡負(fù)載額定電壓為220V的要求，故以變壓器的低壓36V繞組作為原邊，220V的高壓繞組作為副邊，即當(dāng)作一臺(tái)升壓變壓器使用。在保持原邊電壓36V不變時(shí)，逐次增加燈泡負(fù)載（每只燈為15W），測(cè)定U1、U2、I1和I2，即可繪出變壓器的外特性，即負(fù)載特性曲線U2＝f（I2）。3）變壓器外特性測(cè)試3.實(shí)訓(xùn)設(shè)備3.實(shí)訓(xùn)設(shè)備4.實(shí)訓(xùn)內(nèi)容1）按實(shí)訓(xùn)圖6-1電路接線。2）合上電源開關(guān)，并調(diào)節(jié)使輸出為36V。令負(fù)載開路及逐次增加負(fù)載（最多亮5個(gè)燈泡），分別記下儀表的讀數(shù)，記入自擬的數(shù)據(jù)表格，繪制變壓器外特性曲線。

3）將二次側(cè)開路，合上電源，使U1從零逐次升到1.2倍的額定電壓，分別記下各次測(cè)得的U1、U20和I0數(shù)據(jù)，記入數(shù)據(jù)表格，用U1和I0繪制變壓器的空載特性曲線。4.實(shí)訓(xùn)內(nèi)容1）按實(shí)訓(xùn)圖6-1電路接線。25.實(shí)訓(xùn)注意事項(xiàng)1）使用調(diào)壓器時(shí)應(yīng)首先調(diào)至零位，然后才可合上電源。2）由負(fù)載實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)到空載實(shí)驗(yàn)時(shí)，要注意及時(shí)變更儀表量程。6.實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目評(píng)價(jià)按照實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目1的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行。5.實(shí)訓(xùn)注意事項(xiàng)1）使用調(diào)壓器時(shí)應(yīng)首先調(diào)至零5.1簡(jiǎn)單描述磁場(chǎng)中幾個(gè)基本物理量及它們的

關(guān)系。5.2如何根據(jù)磁滯回線來(lái)判別硬磁性材料和軟磁性材料?5.3變壓器的鐵心是起什么作用的?某鐵心變壓器接上電源運(yùn)行正常，有人為減小鐵心損耗而抽去鐵心，結(jié)果一接上電源，繞組就燒毀，為什么?思考與練習(xí)五

?5.1簡(jiǎn)單描述磁場(chǎng)中幾個(gè)基本物理量及它們的5.4變壓器一次繞組若接在交流電源上，二次側(cè)會(huì)有穩(wěn)定的交流電壓?jiǎn)?為什么?如將變壓器接到與它的額定電壓相同的直流電源上，會(huì)怎么樣?5.5一臺(tái)380/220V的單相變壓器，如不慎將380V加在低壓繞組上，可行嗎?會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象?5.6一臺(tái)變壓器的額定頻率為50Hz，能否將其用

于頻率為25Hz的交流電路中?為什么?

?5.4變壓器一次繞組若接在交流電源上，二次側(cè)5.7一臺(tái)220/110V的單相變壓器，k=N1/N2，N1=2000匝，N2=1000匝，如果為節(jié)約成本，將一、二次繞組匝數(shù)減為20匝和10匝行嗎?為什么?5.8變壓器負(fù)載增大(I2增大)，為什么一次電流I1也隨之增大，這時(shí)變壓器的鐵損和銅損是否也增大?5.9變壓器空載運(yùn)行時(shí),一次繞組加交流額定電壓，這時(shí)一次繞組的電阻R很小，為什么空載電流I0卻不大?

?5.7一臺(tái)220/110V的單相變壓器，k=5.11一臺(tái)220/35V的變壓器，已知一次繞組匝數(shù)N1=1100匝，試求二次繞組的匝數(shù)?若在二次側(cè)接一盞35V、100W的白熾燈(忽略空載電流和漏阻抗壓降)，問(wèn)一次電流為多少?5.10一臺(tái)變壓器，一次繞組匝數(shù)為25匝，接在10kV高壓輸電線上，二次繞組開路電壓為500V。試求變壓器的電壓比和二次繞組的匝數(shù)。

?5.11一臺(tái)220/35V的變壓器，已知一5.12某收音機(jī)輸出變壓器的一次繞組匝數(shù)N1=500匝，N2=30匝，接有阻抗為15揚(yáng)聲器（匹配），現(xiàn)要改接成4揚(yáng)聲器，問(wèn)二次繞組匝數(shù)為多少才能匹配?5.13三相心式變壓器與三相組式變壓器相比，具有哪些優(yōu)點(diǎn)?在測(cè)取三相心式變壓器的空載電流時(shí)，為何中間一相的電流小于其他兩相的電流?

?5.12某收音機(jī)輸出變壓器的一次繞組匝數(shù)5.14三相變壓器一次繞組每相匝數(shù)N1=2080匝，二次繞組每相匝數(shù)N2=80匝。若一次繞組端所加線電壓U1=6000V，試求：“Y，y”、“Y，d”兩種聯(lián)結(jié)法時(shí)二次繞組端的線電壓和相電壓。5.15有一臺(tái)“Y，yn”聯(lián)結(jié)的變壓器，其額定容量為50kV·A，額定電壓為10/0.4kV。問(wèn)是否允許接入一臺(tái)額定電壓為400V、額定容量功率為45kW、額定功率因數(shù)為0.87的三相負(fù)載?為什么?

?5.14三相變壓器一次繞組每相匝數(shù)N1=25.17使用電壓互感器和電流互感器，接線時(shí)應(yīng)注意哪些問(wèn)題?為什么?5.18為了保證電焊的質(zhì)量和電弧燃燒的穩(wěn)定性，對(duì)電焊變壓器有哪些具體要求?5.16自耦變壓器的功率是如何傳遞的?為什么它的設(shè)計(jì)容量比額定容量小?

?5.17使用電壓互感器和電流互感器，接線時(shí)應(yīng)謝謝，再見！謝謝，再見！變壓器原理分析與檢測(cè)項(xiàng)目五變壓器原理分析與檢測(cè)項(xiàng)目五項(xiàng)目五

變壓器原理分析與檢測(cè)學(xué)習(xí)任務(wù)1）了解變壓器的基本結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用。2）理解領(lǐng)會(huì)變壓器的工作原理、連接方式及應(yīng)用。3）掌握變壓器的電路分析、計(jì)算及應(yīng)用。項(xiàng)目五

變壓器原理分析與檢測(cè)學(xué)習(xí)任務(wù)1）了解變壓器的15.1磁路概述圖15-1變壓器的磁路任務(wù)15變壓器15.1磁路概述圖15-1變壓器的磁路任務(wù)15變壓15.1.1磁路的基本物理量1.磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B是表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，它是一個(gè)矢量。磁感應(yīng)強(qiáng)度B與產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流(稱為勵(lì)磁電流)之間的方向關(guān)系可用右手螺旋定則來(lái)確定，其大小可用下面的公式來(lái)表示（15-1）15.1.1磁路的基本物理量1.磁感應(yīng)強(qiáng)度2.磁通量在均勻磁場(chǎng)中，磁通量Φ等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場(chǎng)方向的面積S的乘積，即

（15-2）

3.磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率μ也叫導(dǎo)磁系數(shù)，磁導(dǎo)率大的介質(zhì)導(dǎo)磁性能好。磁導(dǎo)率的單位是亨/米(H/m)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的真空的磁導(dǎo)率2.磁通量（15-2）3.磁導(dǎo)率4.磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度H表征磁場(chǎng)強(qiáng)弱與產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流之間的關(guān)系。磁場(chǎng)強(qiáng)度H等于該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度B與該處媒質(zhì)的磁導(dǎo)率μ的比值，即為了便于比較，工程上通常采用相對(duì)磁導(dǎo)率（15-4）（15-5）4.磁場(chǎng)強(qiáng)度為了便于比較，工程上通常采用相對(duì)磁導(dǎo)率（15-15.1.2磁性材料的主要特性1.高導(dǎo)磁性沒(méi)有外磁場(chǎng)作用，磁疇排列混亂，對(duì)外不顯示磁性，如圖15-2a所示。在外磁場(chǎng)作用下，隨其增強(qiáng)，磁疇逐漸轉(zhuǎn)到與外磁場(chǎng)相同的方向上，如圖15-2b、c所示。這樣使鐵磁材料內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大大增強(qiáng)，所以磁性材料具有高導(dǎo)磁性。15.1.2磁性材料的主要特性1.高導(dǎo)磁性圖15-2鐵磁材料的磁化圖15-2鐵磁材料的磁化2.磁飽和性如圖15-3a所示，調(diào)節(jié)可變電阻R使電流I從零逐漸增大，便可繪出曲線

，此曲線稱為鐵磁材料的起始磁化曲線。由起始磁化曲線可以看出，曲線每點(diǎn)比值不是常數(shù)，即不是常數(shù)。2.磁飽和性圖15-3鐵磁材料的起始磁化曲線圖15-3鐵磁材料的起始磁化曲線3.磁滯性鐵磁材料磁化過(guò)程中，當(dāng)勵(lì)磁電流I增加，使H增加到Hm后，如圖15-4a所示a點(diǎn)，B達(dá)到Bm，然后減小I，即減小H，B也隨之減小。實(shí)驗(yàn)示，B沒(méi)按照起始磁化曲線的規(guī)律減小，而是由Bm沿ab曲線段下降，當(dāng)H減小到零時(shí)，B并未減小到零(曲線上的b點(diǎn))，此時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Br稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱剩磁。要消除剩磁，必須改變外磁場(chǎng)H的方向進(jìn)行反向磁化，消除剩磁所需的反向磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小Hc稱為矯頑磁力(或稱矯頑力)。3.磁滯性鐵磁材料磁化過(guò)程中，當(dāng)勵(lì)磁電流I增繼續(xù)增大反向磁場(chǎng)直到-Hm，B也相應(yīng)反向增至-Bm(曲線的a’點(diǎn))。再使H返回零(曲線的b’點(diǎn))，并又從零增至Hc(曲線的c點(diǎn))，再增至Hm，即可得到如圖15-4a中的一條對(duì)稱于原點(diǎn)的閉合曲線abc’a’b’ca。鐵磁材料在反復(fù)磁化過(guò)程中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化滯后于外磁場(chǎng)強(qiáng)度H的變化。這一現(xiàn)象稱為磁滯。所得到的閉合磁化曲線。稱為磁滯回線。在不飽和區(qū)域內(nèi)對(duì)不同的值反復(fù)磁化，便可得到一系列大小不同的磁滯回線，如圖15-4（b）所示。將各個(gè)不同值所對(duì)應(yīng)的各條磁滯回線的頂點(diǎn)連接起來(lái)得到的曲線叫基本磁化曲線。繼續(xù)增大反向磁場(chǎng)直到-Hm，B也相應(yīng)反向增至-Bm(曲線的a圖15-4磁滯回線圖15-4磁滯回線（1）軟磁性材料剩磁Br和矯頑力Hc都很小，磁滯回線狹長(zhǎng)，與基本磁化曲線十分靠近，如圖15-5（a）所示。磁性材料按其磁滯回線形狀的不同，可以分為三種基本類型（2）硬磁性材料剩磁Br和矯頑力Hc都較大，磁滯回線較寬，撤去外磁場(chǎng)后剩磁大，磁性不易消失，如圖15-5b所示。（1）軟磁性材料磁性材料按其磁滯回線形狀的不同，可以分為三種圖15-5不同材料的磁滯回線（3）矩磁材料磁滯回線的形狀接近矩形，具有較大的剩磁Br和較小的矯頑力Hc，如圖15-5c所示，稱為矩磁材料。圖15-5不同材料的磁滯回線（3）矩磁材料1.全電流定律(安培環(huán)路定律)在磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量沿任一閉合路徑的線積分等于該閉合路徑所交鏈電流的代數(shù)和，即15.1.3磁路的基本定律（15-6）1.全電流定律(安培環(huán)路定律)15.1.3磁路的基本定律2.磁路歐姆定律（15-7）以圖15-6所示為例，設(shè)某鐵心線圈的匝數(shù)為N

，通過(guò)的電流為I，則由公式15-6得到公式15-7中的關(guān)系。圖15-6磁路的歐姆定律2.磁路歐姆定律（15-7）以圖15-6所示為例，Rm—磁路的截面積—總磁壓—磁路的磁勢(shì)令（15-8）（15-9）所以上式中Rm—磁路的截面積—總磁壓—磁路的磁勢(shì)令（15-15.2變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的一種能將同頻率的交流電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)撵o止的電磁設(shè)備。變壓器基本結(jié)構(gòu)主要包括鐵心和繞組兩大部分。鐵心和繞組統(tǒng)稱為器身。為了改善散熱條件，使變壓器安全可靠運(yùn)行，電力變壓器等大型變壓器還設(shè)有油箱、儲(chǔ)油柜、安全氣道等其它附件，如圖15-7所示。15.2變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原圖15-7三相油浸式電力變壓器外形圖圖15-7三相油浸式電力變壓器外形圖1.鐵心（1）鐵心的作用構(gòu)成了變壓器的磁路，同時(shí)又是套裝繞組的骨架。（2）鐵心的組成鐵心分為鐵心柱和鐵軛兩部分。鐵心柱上套繞組，鐵軛將鐵心柱連接起來(lái)形成閉合磁路。（3）鐵心的材料為了提高導(dǎo)磁性能和減少鐵損，變壓器的鐵心多采用0.27mm或0.15mm厚的冷軋硅鋼片疊壓而成。1.鐵心（2）鐵心的組成（3）（4）按變壓器鐵心的結(jié)構(gòu)分類1）心式心式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是鐵心柱被繞組包圍，如圖15-8a所示。結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，繞組裝配及絕緣比較容易，因而電力變壓器的鐵心主要采用心式結(jié)構(gòu)。2）殼式殼式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是鐵心包圍繞組頂面、底面和側(cè)面，如圖15-8b所示。機(jī)械強(qiáng)度較好，但制造復(fù)雜。（4）按變壓器鐵心的結(jié)構(gòu)分類圖15-8變壓器的結(jié)構(gòu)圖15-8變壓器的結(jié)構(gòu)（1）繞組的作用變壓器的電路部分（2）繞組的材料常用絕緣銅線或鋁線繞制而成，近來(lái)還有用鋁箔繞制而成的。（3）按高、低壓繞組在鐵心柱上的排列方式不同，繞組可分為同心式和交疊式兩種，如圖15-9所示。

2.繞組（1）繞組的作用2.繞組圖15-9變壓器的繞組1—鐵心柱2—鐵軛3—高壓繞組4—低壓繞組圖15-9變壓器的繞組3.附件（1）油箱電力變壓器多采用油浸式結(jié)構(gòu)。（2）儲(chǔ)油柜—油枕儲(chǔ)油柜能使油與空氣的接觸面積減小，從而減少空氣中的氧氣和水分的侵入。（3）氣體繼電器—俗稱瓦斯繼電器氣體繼電器裝在油枕和油箱的連通管中間，當(dāng)變壓器內(nèi)部故障、油箱漏油，氣體繼電器動(dòng)作，發(fā)出信號(hào)。3.附件（1）油箱（2）儲(chǔ)油柜—油枕（3）氣體繼電器—俗（4）安全氣道—防爆管當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，讓油氣流沖破玻璃板或酚醛紙板，以免造成箱壁爆裂。（5）分接開關(guān)當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，變壓器本身能做到小范圍的電壓調(diào)節(jié)，以保證負(fù)載端電壓的穩(wěn)定。（6）絕緣套管油箱的上方有三個(gè)高壓絕緣套管和四個(gè)低壓絕緣套管，套管內(nèi)裝有電極導(dǎo)電體。（4）安全氣道—防爆管（5）分接開關(guān)（6）絕緣套管15.3變壓器的工作原理接交流電源的繞組稱作一次繞組，接負(fù)載的繞組稱作二次繞組。一、二次繞組的匝數(shù)分別為N1和N2。電力變壓器的一、二次繞組沒(méi)有電的聯(lián)系，僅有磁的聯(lián)系。15.3.1變壓器的空載運(yùn)行變壓器的一次繞組接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，而二次繞組開路，這種運(yùn)行方式稱為變壓器的空載運(yùn)行。單相變壓器空載運(yùn)行工作原理如圖15-10所示。15.3變壓器的工作原理15.3.1變壓器的空載運(yùn)行圖15-10單相變壓器的空載運(yùn)行工作原理圖圖15-10單相變壓器的空載運(yùn)行工作原理圖1.電磁關(guān)系當(dāng)變壓器空載時(shí)，二次繞組電流為零，無(wú)功率輸出，一次繞組電流i0的作用只是用來(lái)產(chǎn)生磁通，所以電流i0又稱為變壓器的勵(lì)磁電流。1.電磁關(guān)系當(dāng)變壓器空載時(shí)，二次繞組電流2）與的正方向符合右手螺旋定則。3）正方向與產(chǎn)生該磁通的電流的正方向一致。4）的正方向與的正方向相反。各電磁量的正方向常用的慣例標(biāo)注在圖15-10中，具體原則如下：1）先規(guī)定的參考正方向，的參考正方向與的參考正方向成關(guān)聯(lián)參考正方向。2）與的正方向符合右手螺旋定則。3）主磁通Φ在一、二次繞組分別產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1與e2（15-10）（15-11）2.電壓變換關(guān)系設(shè)主磁通由式15-10得（15-12）主磁通Φ在一、二次繞組分別產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1與e2（1同理?yè)?jù)KVL忽略原繞組的電阻和漏磁感抗電壓降1）一次繞組電壓平衡關(guān)系上式表明：1）原邊電勢(shì)的有效值等于電源電壓的有效值；2）當(dāng)電源電壓不變時(shí)，主磁通基本保持不變。（15-13）（15-14）（15-15）同理?yè)?jù)KVL忽略原繞組的電阻和漏磁感抗電壓降1）一次繞組電2）二次繞組電壓平衡關(guān)系（15-16）因此，原、副繞組的電壓有效值之比為式中，K為原、副繞組的匝數(shù)比，稱為變壓器的變比。（15-17）（15-18）空載，所以2）二次繞組電壓平衡關(guān)系（15-16）因此，原、副繞組的電壓15.3.2變壓器的負(fù)載運(yùn)行圖15-11變壓器的負(fù)載運(yùn)行工作原理當(dāng)變壓器一次側(cè)接到額定電壓的交流電源u1上，二次側(cè)接上負(fù)載ZL后的運(yùn)行狀態(tài)，稱為變壓器的負(fù)載運(yùn)行。15.3.2變壓器的負(fù)載運(yùn)行圖15-11變壓器的負(fù)載運(yùn)行1.電磁關(guān)系1.電磁關(guān)系2.電壓變換作用變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)電壓變換關(guān)系如圖15-11所示。一次繞組所滿足的電壓平衡方程用相量表示為副繞組中電壓平衡方程用相量表示為（15-20）（15-19）2.電壓變換作用副繞組中電壓平衡方程用相量表示為副繞組的電阻和漏抗兩端的壓降忽略不計(jì)，所以副繞組的電壓平衡關(guān)系式可表示為

（15-21）

（15-22）（15-23）即因此（15-24）副繞組的電阻和漏抗兩端的壓降忽略不計(jì)，所以副繞組的3.電流變換作用式(15-15)和式(15-22)比較：當(dāng)電源電壓不變時(shí)，變壓器空、負(fù)載磁勢(shì)不變，即有由于i0很小，與負(fù)載狀態(tài)時(shí)的i1和i2相比，可以忽略不計(jì)。因此用相量表示為（15-25）3.電流變換作用式(15-15)和式(式15-25中的負(fù)號(hào)說(shuō)明，變壓器原、副繞組的磁勢(shì)接近于反相，即變壓器帶負(fù)載后，副繞組的磁動(dòng)勢(shì)對(duì)原繞組的磁動(dòng)勢(shì)有去磁作用。原、副繞組電流有效值之比為上式表明變壓器的電流變換作用，即原、副繞組電流有效值之比等于原、副繞組匝數(shù)的反比。（15-26）式15-25中的負(fù)號(hào)說(shuō)明，變壓器原、副繞組的磁勢(shì)接圖15-12變壓器的阻抗變換作用15.3.3變壓器的阻抗變換若把復(fù)阻抗為ZL的負(fù)載接到變壓器的副繞組，如圖15-12所示。圖15-12變壓器的阻抗變換作用15.3.3變壓器的阻抗則阻抗的大小為從變壓器的原邊來(lái)看，如圖15-12（b）所示，即把變壓器和負(fù)載一起看作是電源的負(fù)載，其等效負(fù)載阻抗∣∣可變?yōu)椋?5-27）

式15-27說(shuō)明，變壓器的副邊負(fù)載，對(duì)電源而言，相當(dāng)于接擴(kuò)大了K2倍的負(fù)載。以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。則阻抗的大小為從變壓器的原邊來(lái)看，如圖15-1【例15.1】有一臺(tái)電壓為220/36V的變壓器，二次側(cè)接一盞36V、40W的白熾燈，試求：1）若變壓器的一次側(cè)繞組N1=1100匝，二次側(cè)繞組匝數(shù)應(yīng)是多少?2）白熾燈點(diǎn)亮后，一、二次側(cè)的電流各為多少?解:1）由變比的公式【例15.1】有一臺(tái)電壓為220/36V的變2）由有功功率公式由變比公式2）由有功功率公式由變比公式圖15-13晶體管收音機(jī)輸出電路【例15.2】如圖15-13所示的晶體管收音機(jī)輸出電路中，晶體管所需的最佳負(fù)載電阻，變壓器副邊所接揚(yáng)聲器的阻抗。試求變壓器的匝數(shù)比。圖15-13晶體管收音機(jī)輸出電路【例15.2】解：根據(jù)變壓器阻抗變換公式即原邊的匝數(shù)應(yīng)為副邊匝數(shù)的6倍。解：根據(jù)變壓器阻抗變換公式即原邊的匝數(shù)應(yīng)為副邊匝數(shù)的6倍。圖15-14變壓器的外特性曲線15.4變壓器的外特性外特性曲線如圖15-14所示，可由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。圖15-14變壓器的外特性曲線15.4變壓器的外特性從空載到滿載（副電流達(dá)到其額定值時(shí)）的輸出電壓變化量與空載電壓的比值稱為電壓調(diào)整率。（15-28）是表征變壓器運(yùn)行性能的重要指標(biāo)之一，它的大小反映了供電電壓的穩(wěn)定性。在電力變壓器中，電壓變化率越小越好，電壓調(diào)整率在5%左右。從空載到滿載（副電流達(dá)到其額定值時(shí)）的輸出電壓變化15.5變壓器的損耗和效率1.變壓器的損耗損耗ΔP有銅耗ΔPCu和鐵心損耗ΔPFe兩部分。1）銅耗：包括基本銅耗和雜散銅耗。

（15-29）

（15-30）銅耗也稱為可變損耗。額定銅耗近似地等于額定短路損耗。負(fù)載系數(shù)。15.5變壓器的損耗和效率1.變壓器的損耗1）銅耗：2）鐵耗：包括基本鐵耗和雜散鐵耗。鐵耗可近似認(rèn)為與?或?成正比，且近似地等于變壓器的空載損耗P0，因此也把鐵損稱作不變損耗。由可知，頻率一定時(shí)，當(dāng)電源電壓U1越高，主磁通最大值Φm越大，鐵耗也越大；電源電壓不變時(shí)，變壓器的主磁通Φm基本不變，鐵耗也基本不變。變壓器原、副繞組的功率平衡關(guān)系為（15-31）2）鐵耗：包括基本鐵耗和雜散鐵耗。變壓器原、2.變壓器的效率變壓器的輸出功率和輸入功率的比值稱為變壓器的效率，一般用百分?jǐn)?shù)表示為（15-32）當(dāng)不變損耗等于可變損耗時(shí)，變壓器效率為最高。2.變壓器的效率（15-32）任何瞬間，同一磁通作用下的兩個(gè)繞組之間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位關(guān)系是繞組的極性。當(dāng)兩個(gè)繞組的某一端瞬時(shí)電位相同時(shí)，這兩個(gè)對(duì)應(yīng)端稱為同極性端或同名端。反之，稱為異極性端或異名端。在電路中，同名端用相同的記號(hào)“*”、“﹒”或“±”等標(biāo)注。繞組的極性的判定可有下面兩種情況。15.6變壓器繞組的極性任何瞬間，同一磁通作用下的兩個(gè)繞組之間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)1.已知繞組的繞向若彼此有互感的兩個(gè)繞組分別有電流流入，且兩電流建立的磁場(chǎng)互相加強(qiáng)，則兩電流的流入端(或流出端)稱為兩繞組的同名端。如圖15-15a所示，i1和i2流入兩個(gè)繞組，磁場(chǎng)互相加強(qiáng)，則U1、u1(或U2、u2)為同名端；如圖15-15b所示，i1和i2流入兩個(gè)繞組，磁場(chǎng)互相減弱，則U1、u2(或U2、u1)為同名端。1.已知繞組的繞向圖15-15變壓器同名端的判定圖15-15變壓器同名端的判定（1）直流電源和檢流計(jì)法具體接線如圖15-16所示。當(dāng)S閉合的瞬間，若檢流計(jì)的指針向右偏轉(zhuǎn)，則U1和u1(U2和u2)是同名端，U1和u2(U2和u1)是異名端；若檢流計(jì)的指針向左偏轉(zhuǎn)，則U1和u2(U2和u1)是同名端，U1和u1(U2和u2)是異名端。2.繞組的繞向不明（1）直流電源和檢流計(jì)法2.繞組的繞向不明圖15-16檢流計(jì)法判定同名端圖15-16檢流計(jì)法判定同名端（2）交流電源與電壓表法如圖15-17所示，一次繞組輸入交流電壓u1，二次側(cè)有電壓u2輸出。?用電壓表分別測(cè)出U1，U2及U3，若滿足，則1、3為同名端，2、3為異名端；若，則1、4為同名端。（2）交流電源與電壓表法用電壓表分圖15-17交流法測(cè)極性圖15-17交流法測(cè)極性16.1三相變壓器的磁路和電路系統(tǒng)1.三相變壓器磁路系統(tǒng)任務(wù)16三相變壓器圖16-1三相組式變壓器特點(diǎn)：三相磁路彼此無(wú)關(guān)聯(lián)。（1）組式變壓器磁路16.1三相變壓器的磁路和電路系統(tǒng)1.三相變壓器磁路系統(tǒng)（2）心式變壓器磁路特點(diǎn)：三相磁路彼此有關(guān)聯(lián)，且耗材少，效率高。圖16-2三相心式變壓器磁路系統(tǒng)（2）心式變壓器磁路特點(diǎn)：三相磁路彼此有關(guān)聯(lián)，且耗材少，效**一、二次繞組的電動(dòng)勢(shì)同相位。******一、二次繞組的電動(dòng)勢(shì)反相位。（1）單相變壓器的極性2.三相變壓器的電路系統(tǒng)**一、二次繞組的電動(dòng)勢(shì)同相位。******（2）三相變壓器的極性用來(lái)表示三相原、副繞組的連接方式及原、副繞組線電壓的相位關(guān)系的符號(hào)稱為連接組（別）。連接組不僅與繞組的繞向和首末端標(biāo)志有關(guān)，還與繞組的連接方式有關(guān)。繞組的連接方法有多種，其中常用的有Y，yn、Y，d，其逗號(hào)前字母表示高壓繞組的接法，逗號(hào)后字母表示低壓繞組的接法。圖16-3給出了兩種連結(jié)組的接線情況。（2）三相變壓器的極性用來(lái)表示三相原、副繞組圖16-3三相變壓器繞組的連接圖16-3三相變壓器繞組的連接圖16-4三相電力變壓器的銘牌16.2變壓器的銘牌圖16-4三相電力變壓器的銘牌16.2變壓器的銘牌1.變壓器的型號(hào)及系列例如：1.變壓器的型號(hào)及系列2.主要額定值（1）額定電壓U1N、U2N（V或kV）

U1N：據(jù)絕緣強(qiáng)度和容許溫升規(guī)定的一次繞組的最大正常工作電壓值。

U2N：當(dāng)一次繞組加上額定電壓，分接開關(guān)位于額定分接頭時(shí)，二次繞組開路時(shí)輸出的電壓值。（2）額定電流I1N、I2N（A）I1N和I2N是指變壓器在額定容量和允許溫升條件下的滿載電流值。2.主要額定值（1）額定電壓U1N、U2N（V或（3）額定容量SN（V·A或kV·A）額定容量是指在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，變壓器所能輸送的最大容量(視在功率)。（4）額定頻率fN（Hz）額定頻率是指變壓器在設(shè)計(jì)工作原理下正常工作允許的交流電源的工作頻率。單相變壓器（16-1）

（16-2）

三相變壓器（3）額定容量SN（V·A或kV·A）（三相變壓器一、二次側(cè)線電壓的比值，不僅和匝數(shù)比有關(guān)，而且與接法有關(guān)。如：Y，yn適用于三相配電變壓器，線電壓之比Y，d適用于變電站升、降壓，線電壓之比（16-4）（16-3）三相變壓器一、二次側(cè)線電壓的比值，不僅和匝數(shù)比【例16.1】有一臺(tái)“Yyn”聯(lián)結(jié)的變壓器，已知額定容量為50kV·A、額定電壓10/0.4kV的變壓器。問(wèn)：1）變壓器的變比及一、二次側(cè)額定電流是多少?2）是否允許接入一個(gè)額定電壓為400V、額定功率為45kW、額定功率因數(shù)為0.87的三相負(fù)載?為什么?【例16.1】有一臺(tái)“Yyn”聯(lián)結(jié)的變壓器2）因?yàn)椋殉d，故不允許將該負(fù)載接入。2）因?yàn)?，已超載，故不允許將該負(fù)任務(wù)17特殊用途變壓器17.1自耦變壓器1.自耦變壓器的結(jié)構(gòu)圖17-1所示是實(shí)驗(yàn)室中常用的可調(diào)式自耦調(diào)壓器，其工作原理與雙繞組變壓器相似。其原、副繞組之間不僅有磁的聯(lián)系，而且有電的聯(lián)系。任務(wù)17特殊用途變壓器17.1自耦變壓器1.自耦變壓器圖17-1自耦調(diào)壓器圖17-1自耦調(diào)壓器圖17-2自耦變壓器工作原理2.電壓關(guān)系圖17-2自耦變壓器工作原理2.電壓關(guān)系自耦變壓器也是利用電磁感應(yīng)原理工作的，其工作原理如圖17-2所示。3.電流關(guān)系由圖17-2可知（17-1）自耦變壓器也是利用電磁感應(yīng)原理工作的，其工作變壓器原、副繞組的電流相位相反，所以（17-2）（17-3）式17-3說(shuō)明，自耦變壓器的輸出功率由兩部分組成，電磁功率。傳導(dǎo)功率。4.自耦變壓器的主要特點(diǎn)及使用注意事項(xiàng)主要優(yōu)點(diǎn)1）主要尺寸小、節(jié)省材料、成本低、重量減輕、便于運(yùn)輸和安裝、占地面積小。變壓器原、副繞組的電流相位相反，所以（17-2）（17-3）2）效率較高。1）短路阻抗標(biāo)幺值較小，因此短路電流較大。2）高壓側(cè)產(chǎn)生過(guò)電壓時(shí)，易引起低壓繞組絕緣的損壞。主要缺點(diǎn)注意事項(xiàng)1）一、二次側(cè)不能隨意對(duì)調(diào)使用，以防變壓器損壞。2）接電源前先將滑動(dòng)觸頭調(diào)零，使用后也歸零。3）使用時(shí)必須可靠接地。2）效率較高。1）短路阻抗標(biāo)幺值較小，因此短路電流較大。2）圖17-3電壓互感器原理圖17.2儀用互感器1.電壓互感器（17-4）或圖17-3電壓互感器原理圖17.2儀用互感器1.電壓互1）使用時(shí)電壓互感器的二次側(cè)不允許短路。2）二次繞組連同鐵心一起，必須可靠接地。3）電壓互感器有一定的額定容量，使用時(shí)二次繞組的阻抗不能太小，二次側(cè)不宜接過(guò)多的儀表，以免影響互感器的精度等級(jí)。電壓互感器使用注意事項(xiàng)1）使用時(shí)電壓互感器的二次側(cè)不允許短路。2.電流互感器圖17-4電流互感器工作原理圖或（17-5）2.電流互感器圖17-4電流互感器工作原理圖或（17-1）二次繞組絕對(duì)不允許開路。2）為了使用安全，電流互感器的二次繞組必須可靠接地，以防止絕緣擊穿后，電力系統(tǒng)的高電壓危及二次側(cè)測(cè)量回路中的設(shè)備及操作人員的安全。電流互感器使用注意事項(xiàng)3）電流互感器有一定的額定容量，使用時(shí)二次繞組的阻抗不能太大，二次側(cè)不宜接過(guò)多的儀表，以免影響互感器的精度等級(jí)。1）二次繞組絕對(duì)不允許開路。為了可在現(xiàn)場(chǎng)不切斷電路的情況下測(cè)量電流和便于攜帶使用，把電流表和電流互感器合起來(lái)制造成鉗形電流表。圖17-5為鉗形電流表的實(shí)物外形和電路原理圖。圖17-5鉗形電流表為了可在現(xiàn)場(chǎng)不切