变压器的基础知识

一.变压器：

是一种静止的电机，它利用电磁感应原理将一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另一种电压、电流的电能。换句话说，变压器就是实现电能在不同等级之间进行转换。

二.结构：

铁心和绕组：变压器中最主要的部件，他们构成了变压器的器身。 铁心：构成了变压器的磁路，同时又是套装绕组的骨架。铁心由铁心柱和铁轭两部分构成。铁心柱上套绕组，铁轭将铁心柱连接起来形成闭合磁路。 铁心材料：为了提高磁路的导磁性能，减少铁心中的磁滞、涡流损耗，铁心一般用高磁导率的磁性材料——硅钢片叠成。硅钢片有热轧和冷轧两种，其厚度为0.35～0.5mm，两面涂以厚0.02～0.23mm的漆膜，使片与片之间绝缘。 绕组：绕组是变压器的电路部分，它由铜或铝绝缘导线绕制而成 。 一次绕组（原绕组）：输入电能 二次绕组（副绕组）：输出电能

他们通常套装在同一个心柱上，一次和二次绕组具有不同的匝数，通过电磁感应作用，一次绕组的电能就可传递到二次绕组，且使一、二次绕组具有不同的电压和电流。

其中，两个绕组中，电压较高的我们称为高压绕组，相应的电压较低的称为低压绕组。从高、低压绕组的相对位置来看，变压器的绕组又可分为同心式、交迭式。由于同心式绕组结构简单，制造方便，所以，国产的均采用这种结构，交迭式主要用于特种变压器中。

其他部件：除器身外，典型的油锓电力变压器中还有油箱、变压器油、绝缘套管及继电保护装置等部件。

三.额定值

额定值是制造厂对变压器在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。额定值通常标注在变压器的铭牌上。变压器的额定值主要有：

1.额定容量SN

额定容量是指额定运行时的视在功率。以 VA、kVA或MVA表示。由于变压器的效率很高，通常一、二次侧的额定容量设计成相等。

2.额定电压U1N和U2N

正常运行时规定加在一次侧的端电压称为变压器一次侧的额定电压U1N。二次侧的额定电压U2N 是指变压器一次侧加额定电压时二次侧的空载电压。额定电压以V或kV表示。对三相变压器，额定电压是指线电压。

3.额定电流I1N和I2N

根据额定容量和额定电压计算出的线电流，称为额定电流，以A表示。 对单相变压器

I1NSNU1N；

I2NSNU2N

对三相变压器

I1N

SN3U1N；2NISN3U2N

4.额定频率 fN

除额定值外，变压器的相数、绕组连接方式及联结组别、短路电压、运行方式和冷却方式等均标注在铭牌上。额定状态是电机的理想工作状态，具有优良的性能，可长期工作。

四.变压器的空载运行

1.空载运行：

是指变压器原绕组接到额定电压、额定频率的电源上，副绕组开路时的运行状态。

2.正方向的规定：

从理论上讲，正方向可以任意选择，因各物理量的变化规律是一定的，并不依正方向的选择不同而改变。但正方向规定不同，列出的电磁方程式和绘制的相量图也不同。在电机方向的学科中通常按习惯方式规定正方向，称为惯例。具体原则如下：

1）在负载支路，电流的正方向与电压降的正方向一致，而在电源支路，电流的正方向与电动势的正方向一致。

2）磁通的正方向与产生它的电流的正方向符合右手螺旋定则。 3）感应电动势的正方向与产生它的磁通的正方向符合右手螺旋定则。

电压u1,u2的正方向表示电位降低，电动势e1,e2的正方向表示电位升高。在原方，u1由首端指向末端，i1从首端流入。当u1与i1同时为正或同时为负时，表示电功率从原方输入，称为电动机惯例。在副方，u2和i2的正方向是由e2的正方向决定的，即i2沿e2的正方向流出。当u2和i2同时为正或同时为负时，电功率从副方输出，称为发电机惯例。 3.空载时的电磁关系：

1）电动势与磁通的关系：

假定主磁通按正弦规律变化，即

msint

根据 根据电磁感应定律和对正方向规定，一、二次绕组中感应电动势的瞬时值为：

de1N1N1mcost2E1sin(t90)

dtde2N2N2mcost2E2sin(t90)

dtd1N11mcost2E1sin(t90) e1N1dt

式中：

E1E2

N1m24.44fN1m

4.44fN2m

N2m2E1N11m24.44fN11m

注意：从上面的表达式中我们可以看出，电动势总是滞后与产生的他的磁通90。

2）电动势平衡方程式：

根据对正方向的规定，可以得到空载时电动势平衡方程式：

1E1E1I0R1 U将漏感电动势写成压降的形式 ：

1jL1I0jx1I0 E1E1I0R1jI0x1E1I0Z1 U式中 Z1=R1+jx1σ——原绕组的漏阻抗。

对于电力变压器，空载时原绕组的漏阻抗压降I0Z1很小，其数值不超过U1的0.2%，将I0Z1忽略，则上式变成：

1E1 U

在副方，由于电流为零，则副方的感应电动势等于副方的空载电压，即：

20E2 U

3）变压器的变比：

在变压器中，原、副绕组的感应电动势E1和E2之比称为变压器的变比，用k表示，即：

E14.44fN1mN1k

E24.44fN2mN2上式表明，变压器的变比等于原、副绕组的匝数比。当变压器空载运行时，由于U1≈E1 ,U20≈E2，故可近似地用空载运行时原、副方的电压比来作为变压器的变比，即

U1U1NkU20U2N 比。

对于三相变压器，变比是指原、副方相 电动势之比，也就是额定相电压之

五.变压器的负载运行

在前面我们通过分析了解了变压器的空载运行情况，当变压器原方接入交流电源，副方接上负载时的运行方式称为变压器的负载运行。

1.负载运行时的物理情况：

如图所示，即从空载电流I0变为负载时的电流I1。原 绕组的磁动势也从空载磁动势F0变为 F1=I1N1。负载时的主磁通Φm就是由原、副绕组的合成磁动势产生的，即:

。

。

F1F2Fm

于是变压器在负载时的电磁关系重新达到平衡。

2.电动势平衡方程式：

在原方，电动势平衡方程式为

1E1I1(R1jx1)E1I1Z1 U在副方，电动势平衡方程式为：

2E2I2(R2jx2)E2I2Z2 U式中，Z2 =R2+jx2σ,副绕组的漏阻抗，R2和x2分别为副绕组的电阻和漏电抗。

3.负载运行时的磁动势平衡方程式：

负载运行时的磁动势平衡方程式可写为：

F1F2F0

或：

I1N1I2N2I0N1

将上式进行变化，可得：

F1F0(F2)

或：

I1I0(N2/N1I2)I0(I2/K)

这说明变压器负载运行时通过磁动势平衡，使原、副方的电流紧密地联系在一起，副方通过磁动势平衡对原方产生影响，副方电流的改变必将引起原方电流的改变，电能就是这样从原方传到了副方。