變壓器工作原理

變壓器

1．變壓器：是一種靜止的電氣設(shè)備。它是根據(jù)電磁感應(yīng)的原理，將某一等級(jí)的交流電壓和電流轉(zhuǎn)換成同頻率的另一等級(jí)電壓和電流的設(shè)備。

2．作用：變換交流電壓、變換交流電流和變換阻抗。

變壓器基本工作原理和結(jié)構(gòu)一、變壓器的基本工作原理二次繞組（也稱副繞組或次級(jí)繞組）：接負(fù)載，其匝數(shù)為N2一次繞組（也稱原繞組或初級(jí)繞組）：接交流電源，其匝數(shù)為Nl；一、二次繞組中其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值分別為

二、變壓器的應(yīng)用與分類1、變壓器的應(yīng)用變壓器能夠變換交變電壓、變換交變電流、變換阻抗的作用2、變壓器的種類很多，按用途不同主要分為：

1）電力變壓器：供輸配電系統(tǒng)中升壓或降壓用。

2）特殊變壓器：如電爐變壓器、電焊變壓器

3）儀用互感器：如電壓互感器與電流互感器。

4）試驗(yàn)變壓器：高壓試驗(yàn)用。

5）控制用變壓器：控制線路中使用。

6）調(diào)壓器：用來調(diào)節(jié)電壓。三、電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)（一）鐵心、（二）繞組、（三）絕緣套管、（四）油箱及附件1.鐵心鐵心是變壓器的磁路部分，是繞組的支撐骨架。鐵心由心柱和磁軛兩部分組成，鐵心用厚度為0.35mm，表面涂有絕緣漆的熱軋硅鋼片或冷軋硅鋼片疊裝而成。2.繞組繞組是變壓器的電路部分，常用絕緣銅線或鋁線繞制而成。工作電壓高的繞組稱為高壓繞組，工作電壓低的繞組稱為低壓統(tǒng)組。3.絕緣套管絕緣套管是變壓器繞組的引出裝置，將其裝在變壓器的油箱上，實(shí)現(xiàn)帶電的變壓器繞組引出線與接地的油箱之間的絕緣。4.油箱及其附件油箱安裝變壓器的鐵心與繞組。變壓器油起絕緣和冷卻作用。電力變壓器附件還有安全氣道、測溫裝置、分接開關(guān)、吸濕器與油表等。額定值原邊額定電流I1N

變壓器額定容量下原邊繞組允許長期通過的電流，對(duì)于三相變壓器，為原邊額定線電流。副邊額定電流I2N

變壓器額定容量下副邊繞組允許長期通過的電流，對(duì)于三相變壓器，為副邊額定線電流。額定值額定容量SN

銘牌規(guī)定在額定使用條件下所輸出的視在功率。原邊額定電壓U1N

正常運(yùn)行時(shí)規(guī)定加在一次側(cè)的端電壓，對(duì)于三相變壓器，額定電壓為線電壓。副邊額定電壓U2N

一次側(cè)加額定電壓，二次側(cè)空載時(shí)的端電壓。

四、電力變壓器的額定值與主要系列

1．額定容量SN

（1）單相變壓器的額定容量為

SN=UN1IN1=UN2IN2

（2）三相變壓器的容量為

SN=UN1IN=UN2IN22．額定電壓U1N和U2N

（1）UN1為一次側(cè)繞組額定電壓（2）UN2為二次繞組額定電壓3．額定電流IN1和IN2

（1）IN1是一次繞組的額定電流；（2）IN2是二次繞組的額定電流。4．額定頻率f

我國規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用電頻率為50HZ單相變壓器的空載運(yùn)行

一、空載運(yùn)行時(shí)各物理量正方向的規(guī)定圖中標(biāo)出各電壓、電流、磁通、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向

正弦量的正方向通常規(guī)定如下：1）電源電壓正方向與其電流正方向采用關(guān)聯(lián)方向，即兩者正方向一致。2）繞組電流產(chǎn)生的磁通勢(shì)所建立的磁通，這二者的正方向符合右手螺旋定則。3）由交變磁通φ產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，二者的正方向符合右手螺旋定則，即它的正方向與產(chǎn)生該磁通的電流正方向一致。由上述規(guī)定，在圖中標(biāo)出各電壓、電流、磁通、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向如圖中所示。

二、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與漏磁電動(dòng)勢(shì)

(一)、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

若主磁通，φ=Φmsinωt，則一、二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值為：一、二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值為：

E1=4.44fN1ΦmE2=4.44fN2Φm

由此，對(duì)某臺(tái)具體的變壓器而言，f及N1均為常數(shù)，因此當(dāng)加在變壓器上的交流電壓有效值U1恒定時(shí)，則變壓器鐵心中的磁通Φm基本保持不變。

三、變壓器空載運(yùn)行時(shí)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式和電壓比一次繞組電動(dòng)勢(shì)平衡方程式若不計(jì)一次繞組中的阻抗，則外加電壓幾乎全部用來平衡反電動(dòng)勢(shì)：二次繞組的端電壓等于其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：

變壓器一次繞組的匝數(shù)Nl與二次繞組匝數(shù)N2之比稱為變壓器的電壓比k，即

當(dāng)N2＞N1時(shí)，k＜1，則U2＞U1，為升壓變壓器；若N2＜N1，k＞1，則U2＜U1，為降壓變壓器。若改變電壓比k，即改變一次或二次繞組匝數(shù)，則可達(dá)到改變二次繞組輸出電壓時(shí)目的。四、空載電流和空載損耗變壓器空載運(yùn)行時(shí)，空載電流分解成兩部分：1．為無功分量，用來建立磁場，起勵(lì)磁作用，其與主磁通同相位；2．為有功分量，用來供給變壓器鐵心損耗，其相位超前主磁通約900。即

單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器的負(fù)載運(yùn)行：是指變壓器在一次繞組加上額定正弦交流電壓，二次繞組接負(fù)載ZL的情況下的運(yùn)行狀態(tài)，如圖所示。一、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的各物理量負(fù)載運(yùn)行時(shí)一、二次電流關(guān)系

二、變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式（一）磁通勢(shì)平衡方程式1．變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)磁通勢(shì)平衡方程式為2．電流平衡方程式為

忽略I10時(shí)，一、二次繞組電流有效值關(guān)系為

I1=I2/k三、變壓器的作用通過對(duì)變壓器負(fù)載運(yùn)行的分析，可以清楚地看出變壓器具有變電壓、變電流、變阻抗的作用。（一）變換電壓U1/U2≈E1/E2=k=N1/N2（二）變換電流I1/I2≈N2/N1=1/k（三）變換阻抗

上式表明，經(jīng)變壓器把負(fù)載阻抗變換為。通過選擇合適的電壓比k，可把實(shí)際負(fù)載阻抗變換為所需的阻抗值，這就是變壓器的變換阻抗作用。

四、變壓器的運(yùn)行特性1．變壓器運(yùn)行特性主要有：（1）外特性（2）效率特性。2．運(yùn)行的主要指標(biāo)為：（1）電壓變化率（2）效率（一）變壓器的外特性和電壓變化率

是指在一次繞組加額定電壓，負(fù)載功率因數(shù)cosφ2為額定值時(shí)，二次繞組端電壓U2隨負(fù)載電流I2的變化關(guān)系，即U2=f(I2)曲線，如下圖所示。在純電阻負(fù)載時(shí)，電壓變化較??；為感性負(fù)載時(shí)，電壓變化較大；而在容性負(fù)載時(shí)，端電壓可能出現(xiàn)隨負(fù)載電流的增加反而上升，如下圖中曲線3所示。1．變壓器的外特性：2．電壓變化率

（二）變壓器的效率特性變壓器的效率特性：是指負(fù)載功率因數(shù)cosφ2不變的情況下，變壓器效率隨負(fù)載電流變化的的關(guān)系，即曲線η＝f（I2），如下圖所示。對(duì)于電力變壓器，最大效率出現(xiàn)在I2=（0.5~0.7）I2N時(shí)，其額定效率ηN＝0.95－0.99。

三相變壓器

三相變壓器組：是由三個(gè)單相變壓器按一定方式連接在一起組成的。如下圖所示。三相變壓器組各相之間只有電的聯(lián)系，沒有磁的聯(lián)系。三相心式變壓器：將三個(gè)鐵心柱用鐵軛連在一起來構(gòu)成三相心式變壓器。一、三相變壓器的磁路系統(tǒng)（一）三相變壓器組的磁路二、三相變壓器的電路系統(tǒng)三相變壓器的電路系統(tǒng)是指三相變壓器各相的一次統(tǒng)組、二次繞組的連接情況。三相變壓器繞組的首端和尾端的標(biāo)志規(guī)定如下表所示。（一）三相變壓器繞組的聯(lián)結(jié)法三相變壓器繞組的聯(lián)結(jié)有星形和三角形兩種聯(lián)結(jié)方式。如下圖a所示。

用字母Y或y分別表示一次繞組或二次繞組的星形聯(lián)結(jié)。若同時(shí)也把中點(diǎn)引出，則用YN或yn表示。用字母D或d分別表示一次統(tǒng)組或二次繞組的三角形聯(lián)結(jié)。我國生產(chǎn)的電力變壓器常用Yyn、Yd、YNd、Dyn等四種聯(lián)結(jié)方式，其中大寫字母表示一次繞組的聯(lián)結(jié)方式，小寫字母表示二次繞組的聯(lián)結(jié)方式。

其他用途的變壓器本節(jié)介紹常用的自耦變壓器、儀用互感器和弧焊變壓器的工作原理及特點(diǎn)。一、自耦變壓器

1．自耦變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：一、二次繞組共用一個(gè)繞組。如下圖所示。

對(duì)于降壓自耦變壓器，一次繞組的一部分充當(dāng)二次繞組；對(duì)于升壓自耦變壓器，二次繞組的一部分充當(dāng)一次繞組。因此自耦變壓器一、二次繞組之間既有磁的聯(lián)系，又有電的直接聯(lián)系。將一、二次繞組共用部分的繞組稱為公共繞組。下面以降壓自耦變壓器為例分析其工作原理。2．自耦變壓器的電壓比3．自耦變壓器的變流公式4．自耦變壓器的輸出視在功率（即容量）為

5．種類：自耦變壓器有單相和三相兩種。一般三相自耦變壓器采用星形接法。圖1-21為三相自耦變壓器原理圖。如果將自耦變壓器的抽頭做成滑動(dòng)觸頭，就成為自耦調(diào)壓器，常用于調(diào)節(jié)試驗(yàn)電壓的大小。圖1-22為常用的環(huán)形鐵心單相自耦調(diào)壓器原理圖。

儀器用互感器：供測量用的變壓器?？煞譃殡妷夯ジ衅骱碗娏骰ジ衅?。（一）電壓互感器1．電壓互感器：實(shí)質(zhì)上是一個(gè)降壓變壓器。下圖為電壓互感器原理圖。二、儀器用互感器

它的一次繞組N1匝數(shù)很多，直接并接在被測的高壓線路上，二次統(tǒng)組N2匝數(shù)較少，接電壓表或其他儀表的電壓線圈。2．使用電壓互感器時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

l）電壓互感器在運(yùn)行時(shí)二次繞組絕不允許短路，否則短路電流很大，會(huì)將互感器燒壞。為此在電壓互感器二次側(cè)電路中應(yīng)串聯(lián)熔斷器作短路保護(hù)。

2）電壓互感器的鐵心和二次繞組的一端必須可靠接地，以防一次高壓繞組絕緣損壞時(shí)，鐵心和二次繞組帶上高電壓而觸電。

3）電壓互感器有一定的額定容量，使用時(shí)不宜接過多的儀表，否則將影響互感器的準(zhǔn)確度。（二）電流互感器1．電流互感器：一次繞組匝數(shù)NI很少，一般只有一匝到幾匝；二次繞組匝數(shù)很多。使用時(shí)一次繞組串接在被測線路中，流過被測電流，而二次繞組與電流表或儀表的電流線圈構(gòu)成閉合回路，如下圖所示。

由于電流互感器二次繞組所接儀表阻抗很小，二次繞組相當(dāng)于短路，因此電流互感器運(yùn)行情況相當(dāng)于變壓器短路運(yùn)行狀態(tài)。2．使用電流互感器時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）電流互感器運(yùn)行時(shí)二次繞組絕不許開路。電流互感器的二次繞組電路中絕不允許裝熔斷器。在運(yùn)行中若要拆下電流表，應(yīng)先將二次繞組短路后再進(jìn)行。

2）電流互感器的鐵心和二次繞組的一端必須可靠接地。以免絕緣損壞時(shí)，高壓側(cè)電壓傳到低壓則，危及儀表及人身安全。

3）電流表內(nèi)阻抗應(yīng)很小，否則影響測量精度。

三、弧焊變壓器

弧焊變壓器實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)特殊的降壓變壓器。1．對(duì)弧焊變壓器提出以下要求：

l）為保證容易起弧，空載電壓應(yīng)