第二章變壓器

變壓器:

是利用電磁感應(yīng)原理進行工作的，所以將它劃在電機的范疇內(nèi)。由于它沒有轉(zhuǎn)動部件，是靜止的，因而有人稱之為“靜止電機”。

第二節(jié)變壓器陸上：變壓器廣泛應(yīng)用于電力傳輸、電氣控制、電氣檢測等方面。電力傳輸：升、降壓。電氣控制：提供合適的電源。電氣檢測：得到所需的信號。船上：主要有：照明變壓器和控制變壓器。變壓器的應(yīng)用船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng)鄭高18352950102437419280第二章變壓器主要內(nèi)容第一節(jié)變壓器的用途及分類第二節(jié)變壓器的基本結(jié)構(gòu)和銘牌第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性第四節(jié)三相變壓器的磁路系統(tǒng)第五節(jié)變壓器的連接組及三相變壓器的運行問題第六節(jié)自耦變壓器及儀用互感器條形磁的磁感線變壓器用途：第一節(jié)變壓器的用途及分類在船舶電力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)中，用于主照明、應(yīng)急照明、廚房照明、控制用電源以及各種儀器用互感器中；在采用電力推進的船舶中，變壓器還用于升壓和變壓。按用途分：電力、電源、調(diào)壓、測量、控制。按結(jié)構(gòu)分：雙繞組、自耦、三繞組、多繞組。按相數(shù)分：單相、三相、多相。按冷卻方式分：自冷、干式等。船用變壓器應(yīng)該采用干式。第一節(jié)變壓器的用途及分類變壓器分類：組成：變壓器由鐵心、繞組和外殼組成。鐵心：構(gòu)成磁路。分為芯式和殼式兩種。繞組：構(gòu)成電路。普通變壓器有兩個繞組：一個繞組接交流電源，稱為原繞組或初級繞組(簡稱原邊)；另一個繞組接負載稱為副繞組或次級繞組(簡稱副邊)。變壓器的基本結(jié)構(gòu)：單相殼式單相芯式第二節(jié)變壓器的基本結(jié)構(gòu)和銘牌單相變壓器鐵芯原邊繞組副邊繞組第二節(jié)變壓器的基本結(jié)構(gòu)和銘牌變壓器符號：工作過程：第二節(jié)變壓器的基本結(jié)構(gòu)和銘牌(1)額定視在功率SN

：有功功率和無功功率的幾何之和(即平方和的均方根)，它用來表示變壓器的容量，其單位為伏安(VA)或千伏安(kVA)。(2)額定線電壓U1N／U2N：其單位為伏安(VA)或千伏安(kVA)。(3)額定電流I1N／I2N：分別為原、副邊的額定電流值，其單位為安(A)。第二節(jié)變壓器的基本結(jié)構(gòu)和銘牌變壓器的銘牌數(shù)據(jù)：(5)相數(shù)m。(6)接線圖與連接組。(7)漏阻抗Z或短路電壓u%。(8)運行方式(長期或短期的)

。(9)冷卻方式。(10)變壓器的總重量。第二節(jié)變壓器的基本結(jié)構(gòu)和銘牌容量SN

輸出功率P2

原邊輸入功率P1

輸出功率P2注意：變壓器幾個功率的關(guān)系（單相變壓器為例）效率變壓器功率因數(shù)容量：原邊輸入功率：輸出功率：第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性在右圖中，匝數(shù)為N1的原邊繞組與交流電源聯(lián)接，匝數(shù)為N2的副邊繞組經(jīng)過開關(guān)K與負載阻抗ZL連接。當(dāng)開關(guān)K斷開時，副繞組中電流為零，變壓器處于空載運行狀態(tài)。原邊接入電源，副邊開路。接上交流電源U1

原邊電流i1等于勵磁電流i10

產(chǎn)生感應(yīng)電動勢

i10產(chǎn)生磁通（交變）（e、Φ

方向符合右手定則）空載運行及變壓作用e1=-N1dΦ/dt

e2=-N2dΦ/dt

第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性原邊接交流電壓U1、副邊開路時的電勢有效值向量：第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性e的有效值向量：-j表示e的初相是由Φ的初相逆向旋轉(zhuǎn)了得到的。為了表示e與Φ的向量關(guān)系，采用下面的形式：第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性若不考慮漏阻抗，那么外電壓與電勢平衡，即：其有效值為：同理，若不考慮漏阻抗，副邊端電壓與副邊感應(yīng)電勢的有效值為：結(jié)論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出電壓。原、副邊電壓關(guān)系（變電壓）根據(jù)交流磁路的分析可得：時U1/U2≈E1/E2=Ku

Ku為變比E1=4.44fN1ΦmE2=4.44fN2Φm第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性由上分析可知，當(dāng)數(shù)值為Ul的交流電源加于變壓器的原邊繞組時，通過變壓器的變壓作用，可在副邊得到一個同頻率的新的交流電源，該電源的電壓U2的大小取決于變壓器原、副繞組的匝數(shù)比。因此，只要選擇適當(dāng)匝數(shù)比的變壓器，即可把交流電源電壓降低或升高至任意所需的數(shù)值。

K為變比第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性將右圖開關(guān)K合上，使副繞組接上負載ZL，此時副繞組中就有電流I2流過，即變壓器處于負載運行狀態(tài)，向ZL輸出電能。負載運行及變電流第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性根據(jù)能量守恒定律，原邊繞組中必有電能輸人，即繞組中有電流I1流過。若忽略變壓器自身的繞組銅耗、鐵心損耗等，則原邊的輸入功率等于副邊的輸出功率，即有U1I1=U2I2原、副邊電流關(guān)系（變電流）從而可得變壓器中原、副邊繞組中電流的關(guān)系式：I1/I2=U2/U2=1/Ku=KiKi=N2/N1為變流比第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性原、副邊阻抗關(guān)系（變阻抗）u1i1Z′第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性從原邊等效：結(jié)論：變壓器原邊的等效負載，為副邊所帶負載乘以變比的平方。

u1i1Z′Z′=RLKu2第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性實際變壓器的空載運行：原邊接電，副邊開路，不考慮副邊的影響，只討論原邊的電磁及其向量關(guān)系。第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性1.考慮鐵芯中μ的影響：原邊接電，副邊開路，原邊就有空載電流I0流入，其大小取決于磁勢F0=I0N1。由于實際變壓器鐵芯的μ不是常數(shù)，導(dǎo)致當(dāng)磁通是正弦變化時，I0并不按正弦變化。一般測量來的勵磁電流為有效值，所以在向量圖上表示的I0是有效值。第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性2.考慮鐵耗的影響：實際在變壓器中，鐵心處于反復(fù)磁化狀態(tài)，鐵心中存在磁滯和渦流損耗，這些能量以發(fā)熱的形式散發(fā)掉，需要電源不斷補充這部分損失的有功功率。因此，I0中存在一個與E1反相(與電壓降-E1同相)的有功分量I0a，而磁化分量I0r是I0的無功分量。即：第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性空載電流I0向量圖I0超先Φ一個角度。第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性3.考慮繞組漏阻抗的影響

原繞組有一定的電阻值r1，當(dāng)I0流過時將產(chǎn)生電壓降I0r1。

現(xiàn)實中原繞組存在漏磁通，在空氣中形成閉合回路。原邊電流變化時，也隨著改變，在繞組中產(chǎn)生了感應(yīng)電勢，種性質(zhì)與主磁通產(chǎn)生電勢在性質(zhì)上是一樣的。

第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性e的有效值向量：后式表示了e與Φ的向量關(guān)系，-j表示

的初相是由

的初相逆向旋轉(zhuǎn)了得到的。第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性繞組反映漏磁通的電感系數(shù)為：代入可得：第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性由以上推導(dǎo)過程可知，

的有效值向量：是對應(yīng)于漏磁通的原邊的漏電抗，是常數(shù)。那么，考慮了原繞組的漏阻抗以后，電勢平衡關(guān)系為：第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性4.空載時的向量圖

第三節(jié)變壓器的工作原理及運行特性5.空載時的等值電路

對于交流三相制的船艇電力系統(tǒng)，三相變壓器的使用較為普遍。從原理上說。三相變壓器與單相變壓器沒有本質(zhì)的區(qū)別。在對稱負載的情況下，三相變壓器的各相電壓和電流在數(shù)值上均相等，相位上互差120°，所以可以取任意一相按照單相變壓器來分析。第四節(jié)三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相變壓器的磁路系統(tǒng)，可以分成各相磁路彼此無關(guān)和彼此相關(guān)兩大類，前者稱為三相組式變壓器的磁路，后者稱為三相芯式變壓器的磁路。第四節(jié)三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相芯式變壓器的磁路彼此聯(lián)系第四節(jié)三相變壓器的磁路系統(tǒng)在工程上一般取三相勵磁電流的平均值作為勵磁電流值第四節(jié)三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相繞組有多種接法，最常用的有星形接法(記為Y)、三角形接法(記為Δ)、Z接法等。三相變壓器的連接：三相變壓器的原邊和副邊各有三個繞組。通常，原邊各繞組的首端標(biāo)以A、B、C，尾端對應(yīng)地標(biāo)以X、Y、Z；副邊各繞組的首端標(biāo)以a、b、c，尾端對應(yīng)地標(biāo)以x、y、z。各繞組也以記號“*”來標(biāo)明同極性端。

第五節(jié)三相變壓器的連接組與變壓器的運行問題一次側(cè)首尾接反：不允許?。?！總磁通不為0，空載電流大大增加。二次側(cè)首尾接反：三相電動勢不對稱，明顯反應(yīng)在三個線電壓大小不一樣上。檢測是否接線正確的方法：測量二次側(cè)線電壓的大小。第五節(jié)三相變壓器的連接組與變壓器的運行問題星形接法三角形接法

第五節(jié)三相變壓器的連接組與變壓器的運行問題一次側(cè)只能星形連接二次側(cè)三角形連接接反：總磁通不為0，總電壓等于2倍的相電壓，將在閉合回路中產(chǎn)生很大的環(huán)流絕對不允許！??！檢測三角形接法是否正確的方法：測量一下開口電壓是否為0第五節(jié)三相變壓器的連接組與變壓器的運行問題連接組別：

連接組別是用來表示三/單相變壓器連接的標(biāo)準形式的，原副邊連接符號之間用“/”號隔開，然后用“-”號引出表示原副邊線電勢的相位角的“時鐘點數(shù)”。長針，即分針表示原邊線電勢相量——恒為“12”的位置；短針，即時針表示副邊線電勢Eab

位置。如：Y/△-11表示，副邊線電勢Eab滯后原邊線電勢EAB30度電角度。第五節(jié)三相變壓器的連接組與變壓器的運行問題連接組別及其判別一次側(cè)表示方法：一次側(cè)繞組三角形接法用D表示一次側(cè)繞組星形接法用Y表示有中線時用N表示二次側(cè)表示方法：二次側(cè)繞組三角形接法用d表示二次側(cè)繞組三角形接法用y表示有中線時用n表示第五節(jié)三相變壓器的連接組與變壓器的運行問題Y/y連接Y/△連接第五節(jié)三相變壓器的連接組與變壓器的運行問題自耦變壓器：由于一，二次繞組自己耦合在一起，稱自耦變壓器。第六節(jié)自耦變壓器及儀用變壓器特點：一次繞組與二次繞組公用一部分繞組。優(yōu)點：額定容量相同時，所用材料少，重量體積小，損耗低，因此，成本低，效率高。缺點：由于自耦變壓器一、二次間不僅有磁的聯(lián)系，還有電的聯(lián)系，因此在使用過程中必須注意一次側(cè)高電壓可直接傳入二次側(cè)，以至危及人身安全。第六節(jié)自耦變壓器及儀用變壓器種類：電壓互感器和電流互感器兩種。儀用互感器：用來測量交流電壓和電流。將高電壓或大電流變換成低電壓或小電流，用低量程的電壓表(電流表)測高電壓(高電流)。第六節(jié)自耦變壓器及儀用變壓器電壓互感器：用低量程的電壓表測高電壓，相當(dāng)于工作在空載狀態(tài)的降壓變壓器VR

N1（匝數(shù)多）保險絲

N2（匝數(shù)少）~u（被測電壓）電壓表被測電壓=電壓表讀數(shù)N1/N2電壓互感器副邊標(biāo)準額定電壓為100V第六節(jié)自耦變壓器及儀用變壓器使用注意：1.副邊不能短路，以防產(chǎn)生過流；2.鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損時，在副邊出現(xiàn)高壓。第六節(jié)自耦變壓器及儀用變壓器電流互感器：用低量程的電流表測大電流，相當(dāng)于工作在短路狀態(tài)的升壓變壓器。（被測電流）N1（匝數(shù)少）N2（匝數(shù)多）ARi1i2電流表被測電流=電流表讀數(shù)N2/N1電流互感器副邊標(biāo)準額定電流為5A第六節(jié)自耦變壓器及儀用變壓器使用注意事項：1.副邊不能開路，以防產(chǎn)生高電壓；2.鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損壞時，在副邊出現(xiàn)過壓。第六節(jié)自耦變壓器及儀用變壓器多功能鉗形電流表:多功能鉗形電流表是由穿心式電流互感器和磁電式電流表組成，右圖所示。當(dāng)捏緊鉗形電流表的扳手時，其電流互感器的鐵心便可張開，這時被測電流的導(dǎo)線不必切斷，就能穿過鐵心張開的缺口，而當(dāng)放開扳手后使鐵心閉合，這樣被測電流的導(dǎo)線，就構(gòu)成了電流互感器的一次繞組，在二次繞組中便會產(chǎn)生感應(yīng)電流，使與二次線圈串接的電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而在表盤上指示出被測電流的數(shù)值。第六節(jié)自耦變壓器及儀用變壓器變壓器的型號和額定值：第六節(jié)自耦變壓器及儀用變壓器三相變壓器的連接

原繞組接成星形，副繞組接成三角形(Y／Δ)，原、副邊線電壓之比：

三相變壓器的原、副繞組的對應(yīng)接法是根據(jù)電源電壓和負載所需電壓的不同來確定的。船艇上常采用的有兩種類型：原、副繞組都接成星形(Y／Y)，原、副邊線電壓之比：舉例題答案：B1．一臺50Hz220V／12V的殼式單相變壓器，如果將原副邊顛倒而將220V的電源誤接到副邊，則鐵芯中的磁通______，變壓器將______。A．不變／作升壓變壓器用B．升高／因鐵芯發(fā)熱而燒毀C．降低／作升壓變壓器用D．升高／作升壓變壓器用2．有一臺單相變壓器，額定容量為3.8kVA，原、副邊額定電壓380V／220V。其原、副邊的額定電流為。A．10A／17.3AB．17.3A／10AC．20A／34.6AD．17.3A／34.6A答案：A舉例題答案：D3．關(guān)于變壓器的功能，下列說法錯誤的是______。A．變壓功能B．變流功能C．變阻抗功能D．變頻功能4．某變壓器原邊和副邊的額定電壓為220V／110V。當(dāng)副邊接電阻R=10Ω時，變壓器的原邊電流約為______。A．11AB．5.5AC．22AD．8A答案：B舉例題答案：B5．已知變壓器的原、副邊變壓比Ku＞1，若變壓器帶載運行，則變壓器的原、副邊的電流比較結(jié)果是____。A．原邊電流大B．副邊電流大C．相等D．由副邊負載大小決定

7．某電子變壓器額定電壓為220V／110V。若原邊加額定電壓，副邊接電阻R=8Ω，則原邊的等效電阻為______。A．4ΩB．8ΩC．16ΩD．32Ω答案：D舉例題答案：A8．如圖，某輸出變壓器的副繞組有中間抽頭，以便接8Ω或2Ω的揚聲器，兩者均能達到阻抗匹配，則副繞組兩部分匝數(shù)比N2/N3為______。A．1B．2C．3D．49．一臺容量為600kVA的單相變壓器，其原、副邊繞組匝數(shù)分別為4800匝、320匝。空載時原邊的電壓為6000V，其副邊電壓為_____；原邊額定的電流為___。A．400V／50AB．200V／100AC．400V／100AD．200V／50A答案：C舉例題答案：D11．理想變壓器原邊所加電壓增加10%，同時電源頻率保持不變，而變壓器的原、副邊繞組匝數(shù)各增加10%，則變壓器的鐵芯中主磁通會______。A．增加10%B．減少10%C．增加20%D．基本不變12．一臺220V／12V的單相變壓器，如果將220V的直流電源接到原邊，原邊電流將____，變壓器將___。A．正常／副邊電壓正常B．很大／因鐵損發(fā)熱而燒毀C．很大／因線圈發(fā)熱而燒毀D．不變／作直流變壓器用

答案：C舉例題答案：C13．一臺日本產(chǎn)的60Hz、220V／24V的殼式小型單相變壓器，直接應(yīng)用到我國船舶照明電路中，則____。A．可長期安全工作，副邊電壓為24VB．可長期安全工作，副邊電壓為12VC．鐵芯主磁通升高，不能正常工作D．鐵芯主磁通降低，不能正常工作14．一臺額定電壓為220V／110V的單相變壓器，副邊接電阻為10Ω的負載，則從原邊看其等效電阻為_____Ω，原邊接220V的電源，原邊電流是______A，副邊電流是______A。A．40／5.5／11B．8／6.9／13.75C．16／6.9／13.75D．32／27.5／13.75

答案：A舉例題答案：A15．當(dāng)變壓器副邊開路時，原邊、副邊電流各為____。A．很?。鉈．很?。苄．零／很大D．很大／零

16．電力變壓器原邊中的電流______副邊電流；電流互感器原邊中電流______副邊電流。A．取決于／決定了B．取決于／取決于C．決定了／決定了D．決定了／取決于答案：A舉例題答案：B17．某殼式單相變壓器銘牌參數(shù)：220V／36V，300VA。問下列哪種規(guī)格的電燈能接在此變壓器副邊電路中使用______。A．36V，500WB．36V，100WC．12V，60WD．220V，250W18．某單相變壓器銘牌：220V／110V，330VA，如果在副邊連接110V、25W的電燈2盞，此時原、副邊電流各為______。A．3／6B．0.9／0.45C．0.225／0.45D．0.45／0.225答案：C舉例題答案：A19．一臺50赫茲220V／36V的單相變壓器，在修理時，如果將原邊匝數(shù)增加5%，副邊匝數(shù)不變，接在220V的電源上，則副邊電壓將_____，鐵芯中的磁通將_____。A．降低／降低B．升高／升高C．降低／升高D．升高／降低21．我國《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》規(guī)定船上應(yīng)采用____。A．多級變壓器B．單級變壓器C．濕式變壓器D．干式變壓器答案：D舉例題答案：B25．變壓器名牌上標(biāo)有額定電壓U1N、U2N，其中U2N表示______。A．原邊接額定電壓，副邊滿載時的副邊電壓B．原邊接額定電壓，副邊空載時的副邊電壓C．原邊接額定電壓，副邊輕載時的副邊電壓D．原邊接額定電壓，副邊過載時的副邊電壓

27．對于理想變壓器，當(dāng)副邊開路時，其原邊電流和輸入的視在功率分別是______。A．0／額定值B．∞／額定值C．∞／∞D(zhuǎn)．0／0

答案：D舉例題答案：A28．對于一臺實際變壓器，原邊的額定電壓為440V。當(dāng)原邊所加電壓為額定