第7章 變壓器

1、電工基礎(chǔ) （第2版）主編：劉志平、蘇永昌*第七章 變壓器第一節(jié) 變壓器的構(gòu)造第二節(jié) 變壓器的工作原理第三節(jié) 變壓器的功率和效率 變壓器是利用電磁感應(yīng)原理制成的靜止電氣設(shè)備。它能將變壓器是利用電磁感應(yīng)原理制成的靜止電氣設(shè)備。它能將某一電壓值的交流電變換成同頻率的所需電壓值的交流電；也某一電壓值的交流電變換成同頻率的所需電壓值的交流電；也可以改變交流電流的數(shù)值及變換阻抗或改變相位。在電力系統(tǒng)、可以改變交流電流的數(shù)值及變換阻抗或改變相位。在電力系統(tǒng)、自動(dòng)控制及電子設(shè)備中，廣泛使用各種類型的變壓器。自動(dòng)控制及電子設(shè)備中，廣泛使用各種類型的變壓器。第四節(jié) 幾種常用變壓器7-1 變壓器的構(gòu)造一、變壓器的分

2、類一、變壓器的分類 變壓器的種類很多，不同類型的變壓器在性能上、結(jié)變壓器的種類很多，不同類型的變壓器在性能上、結(jié)構(gòu)上有很大差別。一般可以按用途、結(jié)構(gòu)、相數(shù)分類。構(gòu)上有很大差別。一般可以按用途、結(jié)構(gòu)、相數(shù)分類。 幾種常用變壓器的外觀如圖所示。幾種常用變壓器的外觀如圖所示。一、變壓器的分類 1）按用途分：）按用途分：電力變壓器、專用電源變壓器、調(diào)電力變壓器、專用電源變壓器、調(diào)壓變壓器、測(cè)量變壓器、隔離變壓器。壓變壓器、測(cè)量變壓器、隔離變壓器。 2）按結(jié)構(gòu)分：）按結(jié)構(gòu)分：雙繞組變壓器、三繞組變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器、多繞組變壓器已經(jīng)自耦變壓器。多繞組變壓器已經(jīng)自耦變壓器。 3）按相數(shù)分：）

3、按相數(shù)分：?jiǎn)蜗嘧儔浩?、三相變壓器和多相單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。變壓器?二、變壓器的構(gòu)造 基本構(gòu)造：由基本構(gòu)造：由鐵心鐵心和和繞組繞組構(gòu)成。構(gòu)成。 1、鐵心、鐵心是變壓器的磁路通道，是用磁導(dǎo)率較高且相互絕緣是變壓器的磁路通道，是用磁導(dǎo)率較高且相互絕緣的硅鋼片制成，以便減少渦流和磁滯損耗。按其構(gòu)造形式可分的硅鋼片制成，以便減少渦流和磁滯損耗。按其構(gòu)造形式可分為為心式心式和和殼式殼式兩種，如圖兩種，如圖7-1(a)、(b)所示。所示。 2、繞組、繞組是變壓器的電路部分，是用漆包線、沙包線或絲包是變壓器的電路部分，是用漆包線、沙包線或絲包線繞成。其中和電源相連的線圈叫線繞成。其中和電源相

4、連的線圈叫原線圈原線圈(初級(jí)繞組初級(jí)繞組)，和負(fù)載，和負(fù)載相連的線圈叫相連的線圈叫副線圈副線圈(次級(jí)繞組次級(jí)繞組)。三、額定值及使用注意事項(xiàng)1）額定值）額定值 額定容量額定容量變壓器二次繞組輸出的最大視在功率。變壓器二次繞組輸出的最大視在功率。其大小為副邊額定電流的乘積，一般以千伏安表示。其大小為副邊額定電流的乘積，一般以千伏安表示。 原邊額定電壓原邊額定電壓接到變壓器一次繞組上的最大正接到變壓器一次繞組上的最大正常工作電壓。常工作電壓。 二次繞組額定電壓二次繞組額定電壓當(dāng)變壓器的一次繞組接上額當(dāng)變壓器的一次繞組接上額定電壓時(shí)，二次繞組接上額定負(fù)載時(shí)的輸出電壓。定電壓時(shí)，二次繞組接上額定負(fù)載時(shí)

5、的輸出電壓。 2）使用注意事項(xiàng)）使用注意事項(xiàng) 分清一次繞組、二次繞組，按額定電壓正確安裝，分清一次繞組、二次繞組，按額定電壓正確安裝，防止損壞絕緣或過(guò)載。防止損壞絕緣或過(guò)載。 防止變壓器繞組短路，燒毀變壓器。防止變壓器繞組短路，燒毀變壓器。 工作溫度不能過(guò)高，電力變壓器要有良好的絕緣。工作溫度不能過(guò)高，電力變壓器要有良好的絕緣。7-2 變壓器的工作原理一、變壓器的空載運(yùn)行和變壓比一、變壓器的空載運(yùn)行和變壓比 如圖如圖7-3所示，設(shè)原線圈匝數(shù)為所示，設(shè)原線圈匝數(shù)為N1，端電壓為，端電壓為U1；副；副線圈匝數(shù)為線圈匝數(shù)為N2，端電壓為，端電壓為U2。則，原、副線圈（一次、二。則，原、副線圈（一次、

6、二次繞組）電壓之比等于匝數(shù)比，即次繞組）電壓之比等于匝數(shù)比，即nNNUU2121 n 叫做變壓器的變壓比或變化。叫做變壓器的變壓比或變化。 二、變壓器的負(fù)載運(yùn)行與變流比 在圖在圖7-3的副線圈端加上負(fù)載的副線圈端加上負(fù)載|Z2|，流過(guò)負(fù)載的電流為流過(guò)負(fù)載的電流為I2,分析理想變壓器分析理想變壓器原線圈、副線圈的電流關(guān)系。原線圈、副線圈的電流關(guān)系。 2211IUIU 將變壓器視為理想變壓器，其內(nèi)部不消耗功率，輸入變將變壓器視為理想變壓器，其內(nèi)部不消耗功率，輸入變壓器的功率全部消耗在負(fù)載上，即壓器的功率全部消耗在負(fù)載上，即 將上式變形帶入（式將上式變形帶入（式7-1），可得理想變壓器電流變換關(guān)系）

7、，可得理想變壓器電流變換關(guān)系nNNUUII1121221三、變壓器的阻抗變換作用111IUZ 將將21212211INNI ,UNNU 代入，代入， 得得222211IUNNZ 因?yàn)橐驗(yàn)?22ZIU 所以所以2222211ZnZNNZ設(shè)變壓器一次側(cè)輸入阻抗為設(shè)變壓器一次側(cè)輸入阻抗為 |Z1| ，二次側(cè)負(fù)載阻抗為，二次側(cè)負(fù)載阻抗為 |Z2| ，則則 可見(jiàn)，二次繞組一側(cè)接上負(fù)載可見(jiàn)，二次繞組一側(cè)接上負(fù)載|Z2|時(shí)，相當(dāng)于電源接上阻時(shí)，相當(dāng)于電源接上阻抗為抗為 n2|Z2|的負(fù)載。變壓器的這種阻抗變換特性，在電子線路的負(fù)載。變壓器的這種阻抗變換特性，在電子線路中常用來(lái)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配和信號(hào)源內(nèi)阻相等，使

8、負(fù)載上獲得最大中常用來(lái)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配和信號(hào)源內(nèi)阻相等，使負(fù)載上獲得最大功率。功率。7-3 變壓器的功率和效率變壓器的效率變壓器的效率為變壓器輸出功率與輸入功率的百分比，為變壓器輸出功率與輸入功率的百分比，即即%10012 PP 大容量變壓的效率可達(dá)大容量變壓的效率可達(dá) 98% 99% ，小型電源變壓器效，小型電源變壓器效率約為率約為 70% 80% 。 變壓器的功率消耗變壓器的功率消耗等于輸入功率等于輸入功率 P1 = U1I1 cos 1 和和 P2 = U2I2 cos 2 輸出功率之差，即輸出功率之差，即 PL = P1 P2變壓器功率損耗包括變壓器功率損耗包括鐵損鐵損和和銅損。銅損。一、

9、變壓器的功率一、變壓器的功率二、變壓器的效率二、變壓器的效率7-4 幾種常用變壓器一、自耦變壓器一、自耦變壓器 自耦變壓器原、副線圈共用一部分自耦變壓器原、副線圈共用一部分繞組，它們之間不僅有磁耦合，還有電繞組，它們之間不僅有磁耦合，還有電的關(guān)系，如圖的關(guān)系，如圖7-6所示。所示。 原、副線圈電壓之比和電流之比的關(guān)系為原、副線圈電壓之比和電流之比的關(guān)系為 如圖為自耦變壓器的實(shí)物圖：如圖為自耦變壓器的實(shí)物圖：nNNIIUU211221一、 自耦變壓器注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)： 自耦變壓器在使用時(shí)，一定要注意正確接線，否則易于發(fā)生自耦變壓器在使用時(shí)，一定要注意正確接線，否則易于發(fā)生觸電事故。觸電事故。

10、接通電壓前，要將手柄轉(zhuǎn)到零位。接通電源后，漸漸轉(zhuǎn)動(dòng)手接通電壓前，要將手柄轉(zhuǎn)到零位。接通電源后，漸漸轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，調(diào)節(jié)出所需要的電壓柄，調(diào)節(jié)出所需要的電壓 二、 小型電源變壓器 小型電源變壓器廣泛應(yīng)用與電子儀器中。它一般有一至二小型電源變壓器廣泛應(yīng)用與電子儀器中。它一般有一至二個(gè)一次繞組和幾個(gè)不同的二次繞組，可以根據(jù)實(shí)際需要聯(lián)結(jié)個(gè)一次繞組和幾個(gè)不同的二次繞組，可以根據(jù)實(shí)際需要聯(lián)結(jié)組合，以獲得不同的輸出電壓。組合，以獲得不同的輸出電壓。三、 互感器 互感器是一種專供測(cè)量?jī)x表，用于測(cè)量控制設(shè)備和保護(hù)設(shè)互感器是一種專供測(cè)量?jī)x表，用于測(cè)量控制設(shè)備和保護(hù)設(shè)備中高電壓或大電流時(shí)使用的變壓器?？煞譃殡妷夯ジ衅骱蛡?/p>

11、中高電壓或大電流時(shí)使用的變壓器?？煞譃殡妷夯ジ衅骱碗娏骰ジ衅鲀煞N。電流互感器兩種。1、電壓互感器、電壓互感器 使用時(shí)，電壓互感器的高壓繞組跨使用時(shí)，電壓互感器的高壓繞組跨接在需要測(cè)量的供電線路上，低壓繞接在需要測(cè)量的供電線路上，低壓繞組則與電壓表相連，如圖組則與電壓表相連，如圖7-8所示。所示。 可見(jiàn)，高壓線路的電壓可見(jiàn)，高壓線路的電壓U1等于所測(cè)量電壓等于所測(cè)量電壓U2和變壓比和變壓比n的乘積，即的乘積，即U1=nU2 如圖為電壓互感器的實(shí)物圖：如圖為電壓互感器的實(shí)物圖：電壓互感器電壓互感器-注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)：(1) 次級(jí)繞組不能短路，防止燒壞次級(jí)繞組。次級(jí)繞組不能短路，防止燒壞次級(jí)繞組。

12、(2) 鐵心和次級(jí)繞組一端必須可靠的接地，防鐵心和次級(jí)繞組一端必須可靠的接地，防止高壓繞組絕緣被破壞時(shí)而造成設(shè)備的破壞止高壓繞組絕緣被破壞時(shí)而造成設(shè)備的破壞和人身傷亡。和人身傷亡。2、電流互感器、電流互感器 使用時(shí)，電流互感器的初級(jí)繞組與待使用時(shí)，電流互感器的初級(jí)繞組與待測(cè)電流的負(fù)載相串連，次級(jí)繞組則與測(cè)電流的負(fù)載相串連，次級(jí)繞組則與電流表串聯(lián)成閉和回路，如圖電流表串聯(lián)成閉和回路，如圖7-9所示。所示。 通過(guò)負(fù)載的電流就等于所測(cè)電流和通過(guò)負(fù)載的電流就等于所測(cè)電流和變壓比倒數(shù)的乘積。變壓比倒數(shù)的乘積。 如圖為電流互感器的實(shí)物圖：如圖為電流互感器的實(shí)物圖：電流互感器電流互感器-注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)：

13、(1)絕對(duì)不能讓電流互感器的次級(jí)開(kāi)路，絕對(duì)不能讓電流互感器的次級(jí)開(kāi)路，否則易造成危險(xiǎn)；否則易造成危險(xiǎn)； (2)鐵心和次級(jí)繞組一端均應(yīng)可靠接地。鐵心和次級(jí)繞組一端均應(yīng)可靠接地。 四、 三相變壓器三相變壓器三相變壓器就是三個(gè)相同的單相變壓器的組合，如圖就是三個(gè)相同的單相變壓器的組合，如圖11-12 所示。三相變壓器用于供電系統(tǒng)中。根據(jù)三相電源和負(fù)載的不所示。三相變壓器用于供電系統(tǒng)中。根據(jù)三相電源和負(fù)載的不同，三相變壓器一次和二次線圈可接成同，三相變壓器一次和二次線圈可接成星形星形或或三角形三角形。五、 變壓器的銘牌在變壓器外殼上均有一塊銘牌，要安全正確的使用變壓器，在變壓器外殼上均有一塊銘牌，要安

14、全正確的使用變壓器，必須掌握銘牌各個(gè)數(shù)據(jù)的含義。必須掌握銘牌各個(gè)數(shù)據(jù)的含義。 1. 型號(hào)型號(hào) 用以表明變壓器的主要結(jié)構(gòu)、冷卻方式、電壓和容量等級(jí)用以表明變壓器的主要結(jié)構(gòu)、冷卻方式、電壓和容量等級(jí)等等。等等。 如如SJL-560/10中：中：S表示三相，單相變壓器用表示三相，單相變壓器用D表示；表示；J表示表示油浸自冷式冷卻方式，風(fēng)冷式用油浸自冷式冷卻方式，風(fēng)冷式用F表示；表示；L表示裝有避雷裝置；表示裝有避雷裝置；560表示容量為表示容量為560kVA；10表示高壓繞組額定電壓為表示高壓繞組額定電壓為10kV。五、 變壓器的銘牌2. 額定電壓額定電壓 變壓器空載時(shí)的電壓，三相變壓器指線電壓。變壓器空載時(shí)的電壓，三相變壓器指線電壓。3. 額定電流額定電流 變壓器正常運(yùn)行時(shí)允許通過(guò)的最大電流，三相變壓器指線變壓器正常運(yùn)行時(shí)允許通過(guò)的最大電流，三相變壓器指