变压器原理

变压器工作原理

一.变压器的工作原理

变压器---利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器是电能传递或作为信号传输的重要元件

1.变压器 ---- 静止的电磁装置

变压器可将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电能
电压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。

变压器原理图（图3.1.2）

与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组
与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次绕组

设

一次绕组的 二次绕组的

电压相量 U1 电压相量 U2

电流相量 I1 电流相量 I2

电动势相量 E1 电动势相量 E2

匝数 N1 匝数 N2

同时交链一次，二次绕组的磁通量的相量为 φm ,该磁通量称为主磁通
请注意 图3.1.2 各物理量的参考方向确定。

2.理想变压器

不计一次、二次绕组的电阻和铁耗，
其间耦合系数 K=1 的变压器称之为理想变压器
描述理想变压器的电动势平衡方程式为

e1(t) = -N1 d φ/dt

e2(t) = -N2 d φ/dt

若一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时值均按正弦规律变化，
则有

不计铁心损失，根据能量守恒原理可得

由此得出一次、二次绕组电压和电流有效值的关系

令 K=N1/N2，称为匝比（亦称电压比），则

二.变压器的结构简介

1.铁心

铁心是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，厚度为 0.35 或 0.5 mm，

表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成

铁心分为铁心柱和铁轭俩部分，铁心柱套有绕组；铁轭闭合磁路之用

铁心结构的基本形式有心式和壳式两种
心式变压器结构示意图(图3.1.6)

2.绕组

绕组是变压器的电路部分，

它是用纸包的绝缘扁线或圆线绕成

变压器的基本原理是电磁感应原理，现以单相双绕组变压器为例说明其基本工作原理（如上图）：当一次侧绕组上加上电压Ú1时，流过电流Í1，在铁芯中就产生交变磁通Ø1，这些磁通称为主磁通，在它作用下，两侧绕组分别感应电势É1，É2，感应电势公式为：E=4.44fNØm
式中：E--感应电势有效值
f--频率
N--匝数
Øm--主磁通最大值
由于二次绕组与一次绕组匝数不同，感应电势E1和E2大小也不同，当略去内阻抗压降后，电压Ú1和Ú2大小也就不同。
当变压器二次侧空载时，一次侧仅流过主磁通的电流（Í0），这个电流称为激磁电流。当二次侧加负载流过负载电流Í2时，也在铁芯中产生磁通，力图改变主磁通，但一次电压不变时，主磁通是不变的，一次侧就要流过两部分电流，一部分为激磁电流Í0，一部分为用来平衡Í2，所以这部分电流随着Í2变化而变化。当电流乘以匝数时，就是磁势。
上述的平衡作用实质上是磁势平衡作用，变压器就是通过磁势平衡作用实现了一、二次侧的能量传递。
变压器工作原理动画演示

三、变压器的类型

变压器是一种静止电机，它可以将一种电压的电能转换为另一种电压的电能。

一、变压器分类及用途

电力变压器：电力系统传输电能的升压变压器/降压变压器/配电变压器等。

问题5-1 远距离输电为什么必须采用高压输电？

电炉变压器(专用)
给电炉(如炼钢炉)供电。

电焊变压器(专用)

给电焊机供电。

整流变压器(专用)：
给直流电力机车供电。

仪用变压器：用在测量设备中。

电子变压器：用在电子线路中。

二、变压器的工作原理

(1)原理图
一个铁心:提供磁通的闭合路径。
两个绕组:1次侧绕组(原边)N1,2次侧绕组(副边)N2。

(2)工作原理
当1次绕组接交流电压后，电流i0,该电流在铁心中产生一个交变的主磁通Φ。
Ф在两个绕组中分别产生感应电势e1和e2
e1=－N1dФ/dt�e2=－N2dФ/dt

如果略去绕组电阻和漏抗压降，则
u1/u2≈(-e1)/(-e2)=N1/N2�
u1/u2≈(-e1)/(-e2)=N1/N2=k, k定义为变压器的变比。

5-2 变压器的类型和结构

1、类型
除了按以上用途分类外，变压器还可以按相数/绕组数目/铁心形式/冷却方式等特征分类。
按相数分：单相/三相/多相等
按绕组数：双绕组/自耦/三绕组/多绕组
铁心形式：心式/壳式
冷却方式：干式/油浸式等

2、结构(电力变压器)
变压器主要部件是绕组和铁心(器身)。
绕组是变压器的电路，铁心是变压器的磁路。二者构成变压器的核心即电磁部分。
除了电磁部分，还有油箱/冷却装置/绝缘套管/调压和保护装置等部件。
(1)铁心

型式：心式(结构简单工艺简单应用广泛)/壳式(用在小容量变压器和电炉变压器)。
材料：一般由0.35mm/0.5mm冷轧(也用热轧)硅钢片叠成。
铁心交叠：相邻层按不同方式交错叠放，将接缝错开。偶数层刚好压着奇数层的接缝，从而减少了磁阻，便于磁通流通。

铁心柱截面形状：小型变压器做成方形或者矩形；大型变压器做成阶梯形。容量大则级数多。叠片间留有间隙作为油道(纵向/横向)。（纵向油道见课本图5.13）

(2)绕组

一般用绝缘扁铜线或圆铜线在绕线模上绕制而成。
绕组套装在变压器铁心柱上，低压绕组在内层，高压绕组套装在低压绕组外层，以便于绝缘。
(3)油/油箱/冷却/安全装置

器身装在油箱内，油箱内充满变压器油。
变压器油是一种矿物油，具有很好的绝缘性能。变压器油起两个作用：①在变压器绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间起绝缘作用。②变压器油受热后产生对流，对变压器铁心和绕组起散热作用。
油箱有许多散热油管，以增大散热面积。
为了加快散热，有的大型变压器采用内部油泵强迫油循环，外部用变压器风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱。这些都是变压器的冷却装置。

1油箱/2储油柜/3气体继电器/4为安全气道。
变压器运行时产生热量，使变压器油膨胀，并流进储油柜中。
储油柜使变压器油与空气接触面变小,减缓了变压器油的氧化和吸收空气水分的速度。从而减缓了油的变质。

故障时,热量会使变压器油汽化,触动气体继电器发出报警信号或切断电源。
如果是严重事故，变压器油大量汽化，油气冲破安全气道管口的密封玻璃，冲出变压器油箱，避免油箱爆裂。

5-3 变压器的额定值

(1)额定电压U1N/U2N

单位为V或者kV。U1N为正常运行时1次侧应加的电压。U2N为1次侧加额定电压、2次侧处于空载状态时的电压。

三相变压器中，额定电压指的是线电压。

(2)额定容量SN

单位为VA/kVA/MVA

SN为变压器的视在功率。通常把变压器1、2次侧的额定容量设计为相同。

(3)额定电流I1N/I2N

单位为A/kA。是变压器正常运行时所能承担的电流，在三相变压器中均代表线电流。

对单相：I1N=SN/U1N I2N=SN/U2N

对三相：

I1N=SN/[sqrt(3)U1N]

I2N=SN/[sqrt(3)U2N]

(3)额定频率fN

单位为Hz,fN=50Hz

此外，铭牌上还会给出三相联接组以及相数m/阻抗电压Uk/型号/运行方式/冷却方式/重量等数据。
参考资料：http://www.go-gddq.com/show.aspx?id=63110&cid=186

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变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。

一、分类
按冷却方式分类：干式（自冷）变压器、油浸（自冷）变压器、氟化物（蒸发冷却）变压器。
按防潮方式分类：开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。
按铁芯或线圈结构分类：芯式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、壳式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、环型变压器、金属箔变压器。
按电源相数分类：单相变压器、三相变压器、多相变压器。
按用途分类：电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器.

二、电源变压器的特性参数

1、工作频率
变压器铁芯损耗与频率关系很大，故应根据使闷德世瓷杓坪褪褂茫 庵制德食乒ぷ髌德省?lt;BR>2、额定功率
在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。
3、额定电压
指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。
4、电压比
指变压器初级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。
5、空载电流
变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。对于50Hz电源变压器而言，空载电流基本上等于磁化电流。
6、空载损耗
指变压器次级开路时，在初级测得功率损耗。主要损耗是铁芯损耗，其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗（铜损），这部分损耗很小。
7、效率
指次级功率P2与初级功率P1比值的百分比。通常变压器的额定功率愈大，效率就愈高。
8、绝缘电阻
表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关.

三、音频变压器和高频变压器特性参数

1、频率响应
指变压器次级输出电压随工作频率变化的特性。
2、通频带
如果变压器在中间频率的输出电压为U0，当输出电压（输入电压保持不变）下降到0.707U0时的频率范围，称为变压器的通频带B。
3、初、次级阻抗比
变压器初、次级接入适当的阻抗Ro和Ri,使变压器初、次级阻抗匹配，则Ro和Ri的比值称为初、次级阻抗比。在阻抗匹配的情况下，变压器工作在最佳状态，传输效率最高.

这是一种可以将直流电压转换成另一种等级直流电压的装置。基本原理大概如下：
直流电压》》通过震荡电路，变成交流电》》通过变压器变成另一种电压的交流电》》用整流器变成直流电。

工作原理：利用
电磁感应
原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器
制作原理：在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势

变压器利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器
　　输送的电能的多少由用电器的功率决定.