2004年 8月制作 曾令琴主编 曾令琴第 1章
4.1 铁芯线圈、磁路
4.2 变压器的基本结构和工作原理
4.3 三相电力变压器
4.4 特殊变压器第 1章
4.1 铁芯线圈、磁路
+
－
(a ) 电磁铁的磁路 (b) 变压器的磁路 ( c ) 直流电机的磁路实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电路。因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。
第 2页
1,磁路的基本概念
iu
φ
交流铁心线圈示意图电路部分磁路部分电流通过 N匝线圈产生的磁动势,f = i N
f 在铁芯中激发按正弦规律变化，沿铁芯闭合的工作磁通 φ。
均匀 磁场中 磁通 Φ等于磁感应强度 B与垂直于磁场方向的面积 S的乘积，单位是 韦伯 (Wb)。
BS
…… 1Wb=108Mx
第 2页磁导率 μ
磁导率 μ表示物质的 导磁性能,单位是亨 /米 (H/m)。
真空 的磁导率：
H /m104 70
非铁磁物质的磁导率与真空极为接近，铁磁物质的磁导率远大于真空的磁导率。
相对磁导率 μr：
无量纲）（ r
0
r
物质磁导率与真空磁导率的比值。
第 2页
非磁性 物质,μr≈1的物质，如铜、铝、橡胶、空气、塑料等。
铁磁性 物质,μr>>1的物质，如铁、镍、钴、钢、
合金钢、坡莫合金等。
铁磁性物质 彼此之间的相对磁导率 差别很大。 如铸铁的 μr≈200～ 400；铸钢的 μr≈500～ 2200；硅钢的
μr≈7000～ 10000；坡莫合金的 μr≈20000～ 200000。
一个磁路中若有气隙存在，则 气隙 磁阻 >>铁芯 磁阻 。
物质根据 相对磁导率的不同 可分为两大类第 2页磁感应强度 B和磁场强度 H
1,磁感应强度 B是表征磁场中某点强弱和方向的物理量。
B的大小与磁场周围介质的 磁导率 μ 有关 ；
2.磁场强度 H是表征电流的磁场强弱和方向的物理量。
H的大小与磁场周围介质的 磁导率 μ无关 。
磁路欧姆定律：
磁路的截面积。—磁路的长度；—
其中
Sl
S
l
R
R
IN
R
F
m
mm
,
磁路欧姆定律可以用来 定性 的分析磁路的情况。
第 2页铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子电流圈流向一致，因此在这些极小的区域内就形成了一个个天然的磁性区域 — 磁畴 。
2,铁磁材料的磁性能铁磁材料内部的磁畴排列 杂乱无章,
磁性相互抵消,因此对外不显示磁性。
铁磁材料之所以具有高导磁性，是因为在它们的内部具有一种特殊的物质结构 — 磁畴 。
磁畴是怎么形成的？
显然，磁畴是由分子电流产生的。
磁畴因受外磁场作用而顺着外磁场的方向发生归顺性重新排列，在内部形成一个很强的附加磁场 。
（ a）无外磁场情况
（ b）有外磁场情况第 2页磁滞回线中 H为零时 B并不为零的现象说明铁磁材料具有 剩磁性 。
B
H0
c
b
a
起始磁化曲线
oa段是 线性段
ab段是 上升段
bc段是磁化曲线的 膝部
C点以后是 饱和段起始磁化曲线反映了什么？
起始磁化曲线的 ab段反映了铁磁材料的高导磁性 ； c点以后说明铁磁材料具有磁饱和性 。
磁滞回线中 B的变化总是落后于 H的变化 说明铁磁材料具有 磁滞性 ；
铁磁材料反复磁化一周所构成的曲线称为 磁滞回线 。
起始磁化曲线和磁滞回线第 2页铁心线圈中通过交变电流时,H的大小和方向都会改变,铁心在交变磁场中反复磁化的过程中,B的变化总是滞后于 H的变化,这种现象称为 磁滞性 ；当 H减为零时 B并不为零 。
磁导率可达 102~104，由铁磁材料组成的磁路磁阻很小，在线圈中通入较小的电流即可获得较大的磁通 。
B不会随 H的增强而无限增强,H增大到一定值时,B不能继续增强。
高导磁性磁滞性和剩磁性磁饱和性,
铁磁性材料具有高导磁性、磁饱和性、磁滞性和剩磁性。
第 2页涡流在铁芯中造成的热量损耗。
根据电流的热效应，
涡流通过铁芯将使铁芯发热，严重时会造成设备烧损。
铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极性取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转的过程中，由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为 磁滞损耗 。
3,铁芯损耗磁滞损耗涡流损耗φ 在交变磁场作用下，整块铁芯中产生的旋涡状感应电流称为 涡流 。
涡流对电气设备有何影响？
为减小涡流损耗，常用硅钢片叠压制成电机电器的铁芯。
第 2页具有 磁导率极高、磁化后只有正、负两个饱和状态 特点的铁磁材料。矩磁材料 适用于制作各类存储器记忆元件的磁芯 。
具有 磁导率不太高、但一经磁化、能保留很大的剩磁且不易去磁 特点的铁磁材料。硬磁材料 适用于制作各种人造磁体 。
具有 磁导率很高、易磁化、易去磁 特点的铁磁材料。
软磁材料 适用于制作各种电机电器的铁心 。
4,铁磁材料的分类和用途铁磁材料根据工程上用途的不同可分为三大类软磁材料硬磁材料矩磁材料对交流铁芯而言，当外加电压有效值及电源频率不变时，主磁通的最大值 φm也将基本维持不变。
5,主磁通原理第 2页由主磁通原理可知，发生机械故障时电源电压和电源频率并没有发生变化，因此磁路中的主磁通应基本维持不变。
例,一个交流电磁铁，由于机械故障造成通电后不能吸合，结果把线圈烧坏，试分析原因。
分析根据磁路欧姆定律：
mR
iN
由式可得：交流电磁铁由于卡住而不能吸合,空气隙增大 造成磁路中的 磁阻大大增加,而 主磁通又要维持不变,因此电流 i 将大大增加,结果使 线圈烧损 。
铁损包括磁滞损耗和涡流损耗 。铁损不仅造成能量损耗，还可造成电机、
电器的铁芯发热，若 发热严重时 将造成设备绝缘的永久性损坏 。
何谓铁损
？铁损对电器有何影响？
第 2页例,有一铁心线圈，接到 V 220?U,Hz 50?f 的交流电源上，测得电流 A 2?I,功率 W50?P 。
（ 1 ）不计线圈电阻及漏磁通，试求铁心线圈等效电路的 R
o
及 X
o；
（ 2 ）若线圈电阻 1?R Ω,试计算该线圈的铜损及铁损。
解,（ 1 ）由?c osUIP?,得,
5.83
222 0
50
a r c c osa r c c os
UI
P
阻抗,3.1095.125.831105.83
2
220
oo
j
I
U
jXRZ Ω
5.12
o
R Ω,3.109
o
X Ω
（ 2 ）铜损,W412
22
Cu
RIP
铁损,W46450
CuFe
PPP
或,W46)15.12(2
2
o
2
Fe
RIP
第 2页
4.2 变压器的基本结构和工作原理
Φ
Tr
N1
i10
u1AX N2
|ZL|u20
S
a
xx
由硅钢片叠压制成的变压器铁心磁路。
变压器一次侧绕组
（原边）
变压器二次侧绕组
（副边） 变压器图形符号变压器 是一种能变换电压、变换电流、变换阻抗的,静止”电气设备 。变压器在传递电能的过程中 频率不变 。
1,变压器的基本结构第 2页
2．变压器的工作原理
（ 1）变压器的空载运行与变换电压作用
Φ
N1
i10
u1AX N2
|ZL|u20
S
a
xx
变压器的 一次侧接电源,二次侧开路,这种运行状态称为 空载 。
变压器空载时原边电流 i10很小,在铁心磁路中产生按正弦规律变化的磁通 φ
，当 φ穿过两线圈时，分别感应电压：
m2M2
m1L1
44.4
44.4
fNU
fNU
m2M220
m1L11
44.4
44.4
fNUU
fNUU
变压器原、副边电压与感应电压的关系为：
变压器原、副边电压与感应电压的关系为：
kNNfNUUUU
M
L
2
1
m2
m1
2
1
20
1 4,4 4 f N44.4
其中 k 称为变压器的变比。
显然：变压器 通过改变原、
副边的匝数即可 变换电压 。
第 2页
（ 2） 变压器的负载运行与变换电流作用变压器的 一次侧接电源,二次侧与负载接通,这种运行状态称为 负载运行 。
变压器负载运行时由于副边电流存在的去磁作用，因此原边电流由 i10增大至 i1。原边磁动势增加的数值恰好等于二次侧负载所需要的磁动势。即,
2211011 NININI
2211
21
IUIU
PP
或：
变压器在能量传递的过程中损耗甚小，因此：
因此：
k
N
U
U
I
I 1
N 1
2
1
2
2
1
其中 1/k 称为变压器的变流比。显然：变压器 在改变电压的同时也改变了电流，即变压器还可以 变换电流 。
Φ
N1
i1
u1AX N2
|ZL|u2
S
a
x
i2
第 2页已知某收音机输出变压器的原边匝数为 600,副边匝数为 30,原边原接有 16Ω的扬声器，现要改接成 4 Ω扬声器
，求 N2应改为多少？
（ 3） 变压器的变换阻抗作用变压器的副边所接负载为 |ZL|，原边输入阻抗为 Z1时，有,
把变压比和变流比公式代入可得,；
2
2
L I
UZ?
L
2
2
2
2
2
2
1
1
1 ZkI
Uk
k
I
kU
I
UZ
变压器的阻抗变换作用常用于电子电路中。
例如：
匝所以：
则，
扬声器后改接成解：
15
40
6 0 0
'
40' 1 6 0 0
4
6 4 0 0'
4
6 4 0 01620
20
30
6 0 0
1
2
2
L
2
L
2
1
2
1
k
N
N
kk
Z
ZkZ
N
N
k
Φ
N1
i1
u1AX N2
|ZL|u2
S
a
x
i2
1
1
1 I
UZ?
第 2页例,设交流信号源电压 V 100?U,内阻 800
o
R Ω,负载 8
L
R Ω 。
（ 1 ）将负载直接接至信号源，负载获得多大功率？
（ 2 ）经变压器进行阻抗匹配，求负载获得的最大功率是多少？变压器变比是多少？
解,（ 1 ）负载直接接信号源时，负载获得功率为：
W123.08
8800
100
2
2
o
2
L
L
L
R
RR
U
RIP
（ 2 ）最大输出功率时，
L
R 折算到原绕组应等于 800
o
R Ω 。负载获得的最大功率为：
W125.3800
800800
100
2
2
o
2
m a x
L
L
L
R
RR
U
RIP
变压器变比为：
10
8
80 0
R
L
o
2
1
R
N
N
k
第 2页
2．变压器的外特性变压器的外特性 就是描述输出电压 u2随负载电流 i2变化的关系，即：
u2＝ f（ i2）
两者之间的对应关系可用左图所示曲线进行描述。
u2
U2N
i2I
2N
0
cos(-φ 2)=0.8超前
cosφ 2=1
cosφ 2=0.8滞后
2．电压调整率
%1 0 0%
20
N220
U
UUU
电压调整率 反映了变压器运行时输出电压的稳定性，是变压器的主要性能指标之一。
4．变压器的损耗和效率
（ 1）损耗
2
2
21
2
1Cu
FeCu
RIRIP
PPP
其中：
铁损耗 包括 磁滞损耗 和 涡流损耗 。
第 2页
4.3 三相电力变压器讯号式温度计吸湿计储油柜安全气道油表气体继电器高压套管 低压套管分接开关油箱铁芯绕组放油阀门变压器主要由铁芯和绕组两大部分构成。 铁芯是它的 磁路 部分,绕组 是它的 电路 部分。
第 2页电力变压器的型号
S7-500/10
低损耗系列产品额定容量（ KVA）
高压绕组额定电压（ KV）
变压器同极性端判别变压器的额定值额定 容量,三相变压器的总容量,SN=3I2NU2N
额定 电压,原、副边额定值均指 线电压 数值。
额定 电流,I1N,I2N均指原、副边 线 电流值。
·
·a
x
A
X
AX是变压器的原边绕组
ax是变压器的副边绕组
Aa是变压器一对 同名端由同一电流感应的电动势,极性始终保持一致的端子为 同名端 。
电流同时由 同名端 流入（或流出）时，它们所产生的 磁场相互增强,反之相互削弱。
判别方法：
第 2页用实验的方法测试同极性端
S闭合时：毫伏表指示正值,则 1和 3是 同极性端，若指针 反偏,则 1
和 4是 同极性 端。 S打开时指针偏转情况相反。
先将两线圈的一对端子相联，构成串联连接。
U13=U12－ U34时,1和 3
是 同极性 端； U13=U12
＋ U34时,1和 4是 同极性端。
3
4
V
＋
－
1
2
S
＋
US
－ ～
3
4
V＋ －
uS
1
2
V
＋
－
第 2页三相变压器的联接组别较多，为了制造和使用的方便，国家标准规定，三相双绕组电力变压器的 标准联接组别有五种,Y,yn0； YN,y0； Y,y0； Y,d11； YN,d11。 其中 大写字母 Y表示 高压绕组为 星形 联接方式，后面加 N表示带有 中线 ； 小写字母 y或 d，表示 低压绕组 联接为星形或三角形，星形有中线引出时，后面加字母 n（ 0表示指 0点）。
5,三相电力变压器的连接组别副边绕组
· · ·
a b c
x y z
a
b
c
aU? cU?bU?
cU?
bU?
aU?AU?
· · ·
A B C
X Y Z C
A
B
原边绕组
BU? CU?
AU?
BU?
CU?
ABU?
Y,d11连接组别电路图与相量图第 2页
6,三相电力变压器的并联运行
A CB
a cb N
A
CB
a
c
b
N
Ⅰ A CB
a cb N
Ⅱ
两台变压器并联运行将两台或两台以上变压器的原、副绕组分别并联到原边和副边的 公共母线上，共同向负载供电的方式，称为变压器的 并联运行 。
为了安全可靠地并联运行，变压器组必须满足下列三个条件：
1.并联运行的变压器，其 连接组别标号必须相同 ；
2.并联运行的变压器，其变比应当相等；
3.并联运行的变压器，其短路电压应当相等。
其中第 1条必须严格遵守！
第 2页特点,副绕组是原绕组的一部分，原、副压绕组不但有 磁 的联系，也有 电 的联系。
4.4 特殊变压器
1．自耦变压器
kNNUU
2
1
2
1
kN
N
I
I 1
1
2
2
1
u1 u
2
自耦变压器的 工作原理 和普通双绕组变压器 一样,因此 变比相同 自耦变压器也称为 自耦调压器，它的最大 特点 就是 可以通过转动手柄来获得原、副边所需要的 各种电压 。
u1
u2
～
自耦变压器的电路图符号第 2页
2．电焊变压器电焊变压器,交流弧焊机实质是一种特殊的降压变压器,因此也称为电焊变压器 。 靠电弧放电的热量来融化焊条和金属以达到焊接金属的目的 。
交流电焊机示意图
u1
u2
60～ 80V
i2
手柄电抗器变压器可动铁心焊钳
25～ 30V
工件第 2页电焊变压器必须满足下列要求：
3,为了适应不同的焊接要求，要求电焊变压器的 焊接电流能够在较大的范围内进行调节,而且 工作电流要比较稳定。
1,具有较高的起弧电压。 起弧电压 应达到 60～ 70V，
额定负载时约为 30V；
2,起弧以后，要求电压能够 迅速下降,同时在短路时
（如焊条碰到工件上，副边输出电压为零）次级电流也不要过大，一般不超过额定值的两倍。也就是说，电焊变压器要 具有陡降的外特性 。
第 2页电压互感器,电压互感器的原绕组匝数 很多,并联于待测电路两端；副绕组匝数 较少,与电压表及电度表
,功率表,继电器的电压线圈 并联 。 用于将高电压变换成低电压 。 使用时 副绕组不允许短路 。
k
N
N
U
U
2
1
2
1
L1
L2
·
·
N1
N2
V
电压互感器使用时，二次侧并联 阻抗不得太小,否则 影响测量精度 。
电压互感器二次侧表头额定值为 标准值 100V。
3．仪用互感器第 2页电流互感器,原绕组线径 较粗,匝数 很少,与被测电路负载 串联 ；副绕组线径 较细,匝数 很多,与电流表及功率表,电度表,继电器的电流线圈 串联 。 用于将大电流变换为小电流 。 使用时 副绕组电路不允许开路 。
kN
N
I
I 1
1
2
2
1
A
· N2
·
N1
电流互感器二次侧所接仪表的阻抗 不得大于规定值 ！
电流互感器二次侧表头额定值为 标准值 5A（或 1A）。
第 2页自耦变压器为什么不能用作安全变压器使用？
因为自耦变压器的原、副边 存在电的联系,高压侧如果出现故障，必然波及到低压侧，低压侧直接与设备相连，因此是不安全的，故自耦变压器不能当作安全变压器使用。
何谓变压器绕组的同极性端？如何判断同极性端
？
由同一电流产生的感应电动势的极性始终保持一致的端子称为同名端 。判断同名端可以用实验的方法，包括 直流法 和 交流法 。
国家规定的电力变压器的标准连接组别有哪 5种？
国家规定的电力变压器的标准连接组别有,Y,yn0； YN，
y0； Y,y0； Y,d11； YN,d11五种 。
第 2页
4.1 铁芯线圈、磁路
4.2 变压器的基本结构和工作原理
4.3 三相电力变压器
4.4 特殊变压器第 1章
4.1 铁芯线圈、磁路
+
－
(a ) 电磁铁的磁路 (b) 变压器的磁路 ( c ) 直流电机的磁路实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电路。因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。
第 2页
1,磁路的基本概念
iu
φ
交流铁心线圈示意图电路部分磁路部分电流通过 N匝线圈产生的磁动势,f = i N
f 在铁芯中激发按正弦规律变化，沿铁芯闭合的工作磁通 φ。
均匀 磁场中 磁通 Φ等于磁感应强度 B与垂直于磁场方向的面积 S的乘积，单位是 韦伯 (Wb)。
BS
…… 1Wb=108Mx
第 2页磁导率 μ
磁导率 μ表示物质的 导磁性能,单位是亨 /米 (H/m)。
真空 的磁导率：
H /m104 70
非铁磁物质的磁导率与真空极为接近，铁磁物质的磁导率远大于真空的磁导率。
相对磁导率 μr：
无量纲）（ r
0
r
物质磁导率与真空磁导率的比值。
第 2页
非磁性 物质,μr≈1的物质，如铜、铝、橡胶、空气、塑料等。
铁磁性 物质,μr>>1的物质，如铁、镍、钴、钢、
合金钢、坡莫合金等。
铁磁性物质 彼此之间的相对磁导率 差别很大。 如铸铁的 μr≈200～ 400；铸钢的 μr≈500～ 2200；硅钢的
μr≈7000～ 10000；坡莫合金的 μr≈20000～ 200000。
一个磁路中若有气隙存在，则 气隙 磁阻 >>铁芯 磁阻 。
物质根据 相对磁导率的不同 可分为两大类第 2页磁感应强度 B和磁场强度 H
1,磁感应强度 B是表征磁场中某点强弱和方向的物理量。
B的大小与磁场周围介质的 磁导率 μ 有关 ；
2.磁场强度 H是表征电流的磁场强弱和方向的物理量。
H的大小与磁场周围介质的 磁导率 μ无关 。
磁路欧姆定律：
磁路的截面积。—磁路的长度；—
其中
Sl
S
l
R
R
IN
R
F
m
mm
,
磁路欧姆定律可以用来 定性 的分析磁路的情况。
第 2页铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子电流圈流向一致，因此在这些极小的区域内就形成了一个个天然的磁性区域 — 磁畴 。
2,铁磁材料的磁性能铁磁材料内部的磁畴排列 杂乱无章,
磁性相互抵消,因此对外不显示磁性。
铁磁材料之所以具有高导磁性，是因为在它们的内部具有一种特殊的物质结构 — 磁畴 。
磁畴是怎么形成的？
显然，磁畴是由分子电流产生的。
磁畴因受外磁场作用而顺着外磁场的方向发生归顺性重新排列，在内部形成一个很强的附加磁场 。
（ a）无外磁场情况
（ b）有外磁场情况第 2页磁滞回线中 H为零时 B并不为零的现象说明铁磁材料具有 剩磁性 。
B
H0
c
b
a
起始磁化曲线
oa段是 线性段
ab段是 上升段
bc段是磁化曲线的 膝部
C点以后是 饱和段起始磁化曲线反映了什么？
起始磁化曲线的 ab段反映了铁磁材料的高导磁性 ； c点以后说明铁磁材料具有磁饱和性 。
磁滞回线中 B的变化总是落后于 H的变化 说明铁磁材料具有 磁滞性 ；
铁磁材料反复磁化一周所构成的曲线称为 磁滞回线 。
起始磁化曲线和磁滞回线第 2页铁心线圈中通过交变电流时,H的大小和方向都会改变,铁心在交变磁场中反复磁化的过程中,B的变化总是滞后于 H的变化,这种现象称为 磁滞性 ；当 H减为零时 B并不为零 。
磁导率可达 102~104，由铁磁材料组成的磁路磁阻很小，在线圈中通入较小的电流即可获得较大的磁通 。
B不会随 H的增强而无限增强,H增大到一定值时,B不能继续增强。
高导磁性磁滞性和剩磁性磁饱和性,
铁磁性材料具有高导磁性、磁饱和性、磁滞性和剩磁性。
第 2页涡流在铁芯中造成的热量损耗。
根据电流的热效应，
涡流通过铁芯将使铁芯发热，严重时会造成设备烧损。
铁磁材料反复磁化时，内部磁畴的极性取向随着外磁场的交变来回翻转，在翻转的过程中，由于磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为 磁滞损耗 。
3,铁芯损耗磁滞损耗涡流损耗φ 在交变磁场作用下，整块铁芯中产生的旋涡状感应电流称为 涡流 。
涡流对电气设备有何影响？
为减小涡流损耗，常用硅钢片叠压制成电机电器的铁芯。
第 2页具有 磁导率极高、磁化后只有正、负两个饱和状态 特点的铁磁材料。矩磁材料 适用于制作各类存储器记忆元件的磁芯 。
具有 磁导率不太高、但一经磁化、能保留很大的剩磁且不易去磁 特点的铁磁材料。硬磁材料 适用于制作各种人造磁体 。
具有 磁导率很高、易磁化、易去磁 特点的铁磁材料。
软磁材料 适用于制作各种电机电器的铁心 。
4,铁磁材料的分类和用途铁磁材料根据工程上用途的不同可分为三大类软磁材料硬磁材料矩磁材料对交流铁芯而言，当外加电压有效值及电源频率不变时，主磁通的最大值 φm也将基本维持不变。
5,主磁通原理第 2页由主磁通原理可知，发生机械故障时电源电压和电源频率并没有发生变化，因此磁路中的主磁通应基本维持不变。
例,一个交流电磁铁，由于机械故障造成通电后不能吸合，结果把线圈烧坏，试分析原因。
分析根据磁路欧姆定律：
mR
iN
由式可得：交流电磁铁由于卡住而不能吸合,空气隙增大 造成磁路中的 磁阻大大增加,而 主磁通又要维持不变,因此电流 i 将大大增加,结果使 线圈烧损 。
铁损包括磁滞损耗和涡流损耗 。铁损不仅造成能量损耗，还可造成电机、
电器的铁芯发热，若 发热严重时 将造成设备绝缘的永久性损坏 。
何谓铁损
？铁损对电器有何影响？
第 2页例,有一铁心线圈，接到 V 220?U,Hz 50?f 的交流电源上，测得电流 A 2?I,功率 W50?P 。
（ 1 ）不计线圈电阻及漏磁通，试求铁心线圈等效电路的 R
o
及 X
o；
（ 2 ）若线圈电阻 1?R Ω,试计算该线圈的铜损及铁损。
解,（ 1 ）由?c osUIP?,得,
5.83
222 0
50
a r c c osa r c c os
UI
P
阻抗,3.1095.125.831105.83
2
220
oo
j
I
U
jXRZ Ω
5.12
o
R Ω,3.109
o
X Ω
（ 2 ）铜损,W412
22
Cu
RIP
铁损,W46450
CuFe
PPP
或,W46)15.12(2
2
o
2
Fe
RIP
第 2页
4.2 变压器的基本结构和工作原理
Φ
Tr
N1
i10
u1AX N2
|ZL|u20
S
a
xx
由硅钢片叠压制成的变压器铁心磁路。
变压器一次侧绕组
（原边）
变压器二次侧绕组
（副边） 变压器图形符号变压器 是一种能变换电压、变换电流、变换阻抗的,静止”电气设备 。变压器在传递电能的过程中 频率不变 。
1,变压器的基本结构第 2页
2．变压器的工作原理
（ 1）变压器的空载运行与变换电压作用
Φ
N1
i10
u1AX N2
|ZL|u20
S
a
xx
变压器的 一次侧接电源,二次侧开路,这种运行状态称为 空载 。
变压器空载时原边电流 i10很小,在铁心磁路中产生按正弦规律变化的磁通 φ
，当 φ穿过两线圈时，分别感应电压：
m2M2
m1L1
44.4
44.4
fNU
fNU
m2M220
m1L11
44.4
44.4
fNUU
fNUU
变压器原、副边电压与感应电压的关系为：
变压器原、副边电压与感应电压的关系为：
kNNfNUUUU
M
L
2
1
m2
m1
2
1
20
1 4,4 4 f N44.4
其中 k 称为变压器的变比。
显然：变压器 通过改变原、
副边的匝数即可 变换电压 。
第 2页
（ 2） 变压器的负载运行与变换电流作用变压器的 一次侧接电源,二次侧与负载接通,这种运行状态称为 负载运行 。
变压器负载运行时由于副边电流存在的去磁作用，因此原边电流由 i10增大至 i1。原边磁动势增加的数值恰好等于二次侧负载所需要的磁动势。即,
2211011 NININI
2211
21
IUIU
PP
或：
变压器在能量传递的过程中损耗甚小，因此：
因此：
k
N
U
U
I
I 1
N 1
2
1
2
2
1
其中 1/k 称为变压器的变流比。显然：变压器 在改变电压的同时也改变了电流，即变压器还可以 变换电流 。
Φ
N1
i1
u1AX N2
|ZL|u2
S
a
x
i2
第 2页已知某收音机输出变压器的原边匝数为 600,副边匝数为 30,原边原接有 16Ω的扬声器，现要改接成 4 Ω扬声器
，求 N2应改为多少？
（ 3） 变压器的变换阻抗作用变压器的副边所接负载为 |ZL|，原边输入阻抗为 Z1时，有,
把变压比和变流比公式代入可得,；
2
2
L I
UZ?
L
2
2
2
2
2
2
1
1
1 ZkI
Uk
k
I
kU
I
UZ
变压器的阻抗变换作用常用于电子电路中。
例如：
匝所以：
则，
扬声器后改接成解：
15
40
6 0 0
'
40' 1 6 0 0
4
6 4 0 0'
4
6 4 0 01620
20
30
6 0 0
1
2
2
L
2
L
2
1
2
1
k
N
N
kk
Z
ZkZ
N
N
k
Φ
N1
i1
u1AX N2
|ZL|u2
S
a
x
i2
1
1
1 I
UZ?
第 2页例,设交流信号源电压 V 100?U,内阻 800
o
R Ω,负载 8
L
R Ω 。
（ 1 ）将负载直接接至信号源，负载获得多大功率？
（ 2 ）经变压器进行阻抗匹配，求负载获得的最大功率是多少？变压器变比是多少？
解,（ 1 ）负载直接接信号源时，负载获得功率为：
W123.08
8800
100
2
2
o
2
L
L
L
R
RR
U
RIP
（ 2 ）最大输出功率时，
L
R 折算到原绕组应等于 800
o
R Ω 。负载获得的最大功率为：
W125.3800
800800
100
2
2
o
2
m a x
L
L
L
R
RR
U
RIP
变压器变比为：
10
8
80 0
R
L
o
2
1
R
N
N
k
第 2页
2．变压器的外特性变压器的外特性 就是描述输出电压 u2随负载电流 i2变化的关系，即：
u2＝ f（ i2）
两者之间的对应关系可用左图所示曲线进行描述。
u2
U2N
i2I
2N
0
cos(-φ 2)=0.8超前
cosφ 2=1
cosφ 2=0.8滞后
2．电压调整率
%1 0 0%
20
N220
U
UUU
电压调整率 反映了变压器运行时输出电压的稳定性，是变压器的主要性能指标之一。
4．变压器的损耗和效率
（ 1）损耗
2
2
21
2
1Cu
FeCu
RIRIP
PPP
其中：
铁损耗 包括 磁滞损耗 和 涡流损耗 。
第 2页
4.3 三相电力变压器讯号式温度计吸湿计储油柜安全气道油表气体继电器高压套管 低压套管分接开关油箱铁芯绕组放油阀门变压器主要由铁芯和绕组两大部分构成。 铁芯是它的 磁路 部分,绕组 是它的 电路 部分。
第 2页电力变压器的型号
S7-500/10
低损耗系列产品额定容量（ KVA）
高压绕组额定电压（ KV）
变压器同极性端判别变压器的额定值额定 容量,三相变压器的总容量,SN=3I2NU2N
额定 电压,原、副边额定值均指 线电压 数值。
额定 电流,I1N,I2N均指原、副边 线 电流值。
·
·a
x
A
X
AX是变压器的原边绕组
ax是变压器的副边绕组
Aa是变压器一对 同名端由同一电流感应的电动势,极性始终保持一致的端子为 同名端 。
电流同时由 同名端 流入（或流出）时，它们所产生的 磁场相互增强,反之相互削弱。
判别方法：
第 2页用实验的方法测试同极性端
S闭合时：毫伏表指示正值,则 1和 3是 同极性端，若指针 反偏,则 1
和 4是 同极性 端。 S打开时指针偏转情况相反。
先将两线圈的一对端子相联，构成串联连接。
U13=U12－ U34时,1和 3
是 同极性 端； U13=U12
＋ U34时,1和 4是 同极性端。
3
4
V
＋
－
1
2
S
＋
US
－ ～
3
4
V＋ －
uS
1
2
V
＋
－
第 2页三相变压器的联接组别较多，为了制造和使用的方便，国家标准规定，三相双绕组电力变压器的 标准联接组别有五种,Y,yn0； YN,y0； Y,y0； Y,d11； YN,d11。 其中 大写字母 Y表示 高压绕组为 星形 联接方式，后面加 N表示带有 中线 ； 小写字母 y或 d，表示 低压绕组 联接为星形或三角形，星形有中线引出时，后面加字母 n（ 0表示指 0点）。
5,三相电力变压器的连接组别副边绕组
· · ·
a b c
x y z
a
b
c
aU? cU?bU?
cU?
bU?
aU?AU?
· · ·
A B C
X Y Z C
A
B
原边绕组
BU? CU?
AU?
BU?
CU?
ABU?
Y,d11连接组别电路图与相量图第 2页
6,三相电力变压器的并联运行
A CB
a cb N
A
CB
a
c
b
N
Ⅰ A CB
a cb N
Ⅱ
两台变压器并联运行将两台或两台以上变压器的原、副绕组分别并联到原边和副边的 公共母线上，共同向负载供电的方式，称为变压器的 并联运行 。
为了安全可靠地并联运行，变压器组必须满足下列三个条件：
1.并联运行的变压器，其 连接组别标号必须相同 ；
2.并联运行的变压器，其变比应当相等；
3.并联运行的变压器，其短路电压应当相等。
其中第 1条必须严格遵守！
第 2页特点,副绕组是原绕组的一部分，原、副压绕组不但有 磁 的联系，也有 电 的联系。
4.4 特殊变压器
1．自耦变压器
kNNUU
2
1
2
1
kN
N
I
I 1
1
2
2
1
u1 u
2
自耦变压器的 工作原理 和普通双绕组变压器 一样,因此 变比相同 自耦变压器也称为 自耦调压器，它的最大 特点 就是 可以通过转动手柄来获得原、副边所需要的 各种电压 。
u1
u2
～
自耦变压器的电路图符号第 2页
2．电焊变压器电焊变压器,交流弧焊机实质是一种特殊的降压变压器,因此也称为电焊变压器 。 靠电弧放电的热量来融化焊条和金属以达到焊接金属的目的 。
交流电焊机示意图
u1
u2
60～ 80V
i2
手柄电抗器变压器可动铁心焊钳
25～ 30V
工件第 2页电焊变压器必须满足下列要求：
3,为了适应不同的焊接要求，要求电焊变压器的 焊接电流能够在较大的范围内进行调节,而且 工作电流要比较稳定。
1,具有较高的起弧电压。 起弧电压 应达到 60～ 70V，
额定负载时约为 30V；
2,起弧以后，要求电压能够 迅速下降,同时在短路时
（如焊条碰到工件上，副边输出电压为零）次级电流也不要过大，一般不超过额定值的两倍。也就是说，电焊变压器要 具有陡降的外特性 。
第 2页电压互感器,电压互感器的原绕组匝数 很多,并联于待测电路两端；副绕组匝数 较少,与电压表及电度表
,功率表,继电器的电压线圈 并联 。 用于将高电压变换成低电压 。 使用时 副绕组不允许短路 。
k
N
N
U
U
2
1
2
1
L1
L2
·
·
N1
N2
V
电压互感器使用时，二次侧并联 阻抗不得太小,否则 影响测量精度 。
电压互感器二次侧表头额定值为 标准值 100V。
3．仪用互感器第 2页电流互感器,原绕组线径 较粗,匝数 很少,与被测电路负载 串联 ；副绕组线径 较细,匝数 很多,与电流表及功率表,电度表,继电器的电流线圈 串联 。 用于将大电流变换为小电流 。 使用时 副绕组电路不允许开路 。
kN
N
I
I 1
1
2
2
1
A
· N2
·
N1
电流互感器二次侧所接仪表的阻抗 不得大于规定值 ！
电流互感器二次侧表头额定值为 标准值 5A（或 1A）。
第 2页自耦变压器为什么不能用作安全变压器使用？
因为自耦变压器的原、副边 存在电的联系,高压侧如果出现故障，必然波及到低压侧，低压侧直接与设备相连，因此是不安全的，故自耦变压器不能当作安全变压器使用。
何谓变压器绕组的同极性端？如何判断同极性端
？
由同一电流产生的感应电动势的极性始终保持一致的端子称为同名端 。判断同名端可以用实验的方法，包括 直流法 和 交流法 。
国家规定的电力变压器的标准连接组别有哪 5种？
国家规定的电力变压器的标准连接组别有,Y,yn0； YN，
y0； Y,y0； Y,d11； YN,d11五种 。
第 2页
