第7章 變壓器

1、電工基礎 （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原理制成的靜止電氣設備。它能將變壓器是利用電磁感應原理制成的靜止電氣設備。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值及變換阻抗或改變相位。在電力系統、可以改變交流電流的數值及變換阻抗或改變相位。在電力系統、自動控制及電子設備中，廣泛使用各種類型的變壓器。自動控制及電子設備中，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、結變壓器的種類很多，不同類型的變壓器在性能上、結構上有很大差別。一般可以按用途、結構、相數分類。構上有很大差別。一般可以按用途、結構、相數分類。 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、調電力變壓器、專用電源變壓器、調壓變壓器、測量變壓器、隔離變壓器。壓變壓器、測量變壓器、隔離變壓器。 2）按結構分：）按結構分：雙繞組變壓器、三繞組變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器、多繞組變壓器已經自耦變壓器。多繞組變壓器已經自耦變壓器。 3）按相數分：）

3、按相數分：單相變壓器、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、變壓器的構造 基本構造：由基本構造：由鐵心鐵心和和繞組繞組構成。構成。 1、鐵心、鐵心是變壓器的磁路通道，是用磁導率較高且相互絕緣是變壓器的磁路通道，是用磁導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(初級繞組初級繞組)，和負載，和負載相連的線圈叫相連的線圈叫副線圈副線圈(次級繞組次級繞組)。三、額定值及使用注意事項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變壓器的一次繞組接上額當變壓器的一次繞組接上額定電壓時，二次繞組接上額定負載時的輸出電壓。定電壓時，二次繞組接上額定負載時

5、的輸出電壓。 2）使用注意事項）使用注意事項 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，防止損壞絕緣或過載。防止損壞絕緣或過載。 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。 工作溫度不能過高，電力變壓器要有良好的絕緣。工作溫度不能過高，電力變壓器要有良好的絕緣。7-2 變壓器的工作原理一、變壓器的空載運行和變壓比一、變壓器的空載運行和變壓比 如圖如圖7-3所示，設原線圈匝數為所示，設原線圈匝數為N1，端電壓為，端電壓為U1；副；副線圈匝數為線圈匝數為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）電壓之比等于匝數比，即次繞組）電壓之比等于匝數比，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、變壓器的負載運行與變流比 在圖在圖7-3的副線圈端加上負載的副線圈端加上負載|Z2|，流過負載的電流為流過負載的電流為I2,分析理想變壓器分析理想變壓器原線圈、副線圈的電流關系。原線圈、副線圈的電流關系。 2211IUIU 將變壓器視為理想變壓器，其內部不消耗功率，輸入變將變壓器視為理想變壓器，其內部不消耗功率，輸入變壓器的功率全部消耗在負載上，即壓器的功率全部消耗在負載上，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系）

7、，可得理想變壓器電流變換關系nNNUUII1121221三、變壓器的阻抗變換作用111IUZ 將將21212211INNI ,UNNU 代入，代入， 得得222211IUNNZ 因為因為222ZIU 所以所以2222211ZnZNNZ設變壓器一次側輸入阻抗為設變壓器一次側輸入阻抗為 |Z1| ，二次側負載阻抗為，二次側負載阻抗為 |Z2| ，則則 可見，二次繞組一側接上負載可見，二次繞組一側接上負載|Z2|時，相當于電源接上阻時，相當于電源接上阻抗為抗為 n2|Z2|的負載。變壓器的這種阻抗變換特性，在電子線路的負載。變壓器的這種阻抗變換特性，在電子線路中常用來實現阻抗匹配和信號源內阻相等，使

8、負載上獲得最大中常用來實現阻抗匹配和信號源內阻相等，使負載上獲得最大功率。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大容量變壓的效率可達 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，還有電的關系，如圖的關系，如圖7-6所示。所示。 原、副線圈電壓之比和電流之比的關系為原、副線圈電壓之比和電流之比的關系為 如圖為自耦變壓器的實物圖：如圖為自耦變壓器的實物圖：nNNIIUU211221一、 自耦變壓器注意事項：注意事項： 自耦變壓器在使用時，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，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，要將手柄轉到零位。接通電源后，漸漸轉動手接通電壓前，要將手柄轉到零位。接通電源后，漸漸轉動手柄，調節(jié)出所需要的電壓柄，調節(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用與電子儀器中。它一般有一至二小型電源變壓器廣泛應用與電子儀器中。它一般有一至二個一次繞組和幾個不同的二次繞組，可以根據實際需要聯結個一次繞組和幾個不同的二次繞組，可以根據實際需要聯結組合，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量儀表，用于測量控制設備和保護設互感器是一種專供測量儀表，用于測量控制設備和保護設備中高電壓或大電流時使用的變壓器。可分為電壓互感器和備

11、中高電壓或大電流時使用的變壓器?？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，電壓互感器的高壓繞組跨使用時，電壓互感器的高壓繞組跨接在需要測量的供電線路上，低壓繞接在需要測量的供電線路上，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，高壓線路的電壓可見，高壓線路的電壓U1等于所測量電壓等于所測量電壓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物圖：如圖為電壓互感器的實物圖：電壓互感器電壓互感器-注意事項：注意事項：(1) 次級繞組不能短路，防止燒壞次級繞組。次級繞組不能短路，防止燒壞次級繞組。

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

13、(1)絕對不能讓電流互感器的次級開路，絕對不能讓電流互感器的次級開路，否則易造成危險；否則易造成危險； (2)鐵心和次級繞組一端均應可靠接地。鐵心和次級繞組一端均應可靠接地。 四、 三相變壓器三相變壓器三相變壓器就是三個相同的單相變壓器的組合，如圖就是三個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中。根據三相電源和負載的不所示。三相變壓器用于供電系統中。根據三相電源和負載的不同，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，必須掌握銘牌各個數據的含義。必須掌握銘牌各個數據的含義。 1. 型號型號 用以表明變壓器的主要結構、冷卻方式、電壓和容量等級用以表明變壓器的主要結構、冷卻方式、電壓和容量等級等等。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，風冷式用油浸自冷式冷卻方式，風冷式用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 變壓器空載時的電壓，三相變壓器指線電壓。變壓器空載時的電壓，三相變壓器指線電壓。3. 額定電流額定電流 變壓器正常運行時允許通過的最大電流，三相變壓器指線變壓器正常運行時允許通過的最大電流，三相變壓器指