§1—3 变压器的原理

文化理论课教案

编号：QD-0707-03                                                            流水号：                                                                              

科      目

一、教学回顾及导入课题

1、掌握变压器的定义、用途和分类；

2、了解变压器的结构，会分析实际变压器结构特点；

3、培养学习分析问题、解决问题的能力。

二、新课    讲授

§1—3 变压器的原理

一、变压器的空载运行

变压器空载运行——变压器一次绕组加额定电压，二次绕组开路的工作状态。

1.理想变压器空载运行

理想空载变压器的空载运行原理图

（1）空载电流i0

理想变压器的空载电流主要产生铁心中磁通，所以空载电流也称为空载励磁电流，是无功电流。

（2）电压和感应电动势的关系

（3）感应电动势的大小

E=4.44 fNΦm

U1=E1；即U1=E1=4．44 fNΦm

（4）变压比

2. 实际变压器空载运行

（1）实际变压器一次绕组存在电阻r1,当一次绕组有空载电流流过时，会在该电阻上产生电压降u0r1。

实际变压器（有漏磁）空载运行图

（2）空载电流产生的磁通分为两部分，其中大部分磁通通过铁心交链一次侧绕组和二次侧绕组，该磁通称为主磁通，它在一次侧绕组和二次侧绕组中分别感应出电动势e1和e2；另一小部分磁通只通过一次侧绕组周围的空间形成闭路，称为漏磁通 ，仅占主磁通的0.25%左右，它在一次侧线圈中产生漏抗电动势es1。

（3）铁耗——铁心中的磁滞损耗和涡流损耗。

实际变压器电压方程为: 

二、变压器的负载运行

单相变压器负载运行实验图        单相变压器负载运行接线图

单相变压器负载运行图

1.磁动势平衡方程式

变压器负载运行时的磁动势平衡方程式为 

由于变压器的空载电流I0很小，特别是在变压器接近满载时，I0基本上可以忽略不计，于是可得变压器一、二次绕组磁动势的有效值关系为

变压器变比：

【图同上：变压器一、二次绕组中的电流与一、二次绕组的匝数成反比，即变压器也有变换电流的作用，且电流的大小与匝数成反比。】

2.电压方程式

一次绕组的电压方程为:

二次绕组的电压方程为:

二次绕组的端电压对外应等于次级电流在负载阻抗上的电压降，即：

3.阻抗变换

变压器的阻抗变换作用

阻抗变换公式：

4.变压器的外特性   

变压器的外特性是用来描述输出电压U2随负载电流I2的变化而变化的情况。当一次绕组电压U1和负载的功率因数cosφ2一定时，二次绕组电压U2与负载电流I2的关系，称为变压器的外特性。

   负载特性对U2的影响

5.电压调整率

一般情况下，变压器的负载大多数是感性负载，因而当负载增加时，输出电压U2总是下降的，其下降的程度常用电压变化率来描述。当变压器从空载到额定负载（I2=I2N）运行时，二次绕组输出电压的变化值ΔU与空载电压（额定电压）U2N之比的百分值就称为变压器的电压调整率，用ΔU来表示。

一般情况下照明电源电压波动不超过±5%，动力电源电压波动不超过-5%~10%。

6.变压器的损耗及效率

（1）铁损耗PFe

变压器的铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗两部分。基本铁损耗包括铁心中的磁滞损耗和涡流损耗，它决定于铁心中的磁通密度的大小、磁通交变的频率和硅钢片的质量等。附加损耗则包括铁心叠片间因绝缘损伤而产生的局部涡流损耗、主磁通在变压器铁心以外的结构部件中引起的涡流损耗等，附加损耗约为基本损耗的15％～20％左右。

变压器的铁损耗与一次绕组上所加的电源电压大小有关，而与负载电流的大小无关。当电源电压一定时，铁心中的磁通基本不变，故铁损耗也就基本不变，因此铁损耗又称“不变损耗”。

（2）铜损耗PCu

变压器的铜损耗也分为基本铜损耗和附加铜损耗两部分。基本铜损耗是由电流在一次、二次绕组电阻上产生的损耗，而附加铜损耗是指由漏磁通产生的集肤效应使电流在导体内分布不均匀而产生的额外损耗。附加铜损耗约占基本铜损耗的3％～20％。在变压器中铜损耗与负载电流的平方成正比，所以铜损耗又称为“可变损耗”。

（3）效率

变压器的输出功率P2与输入功率P1之比称为变压器的效率η，即

η=

由于变压器没有旋转的部件，不像电机那样有机械损耗存在，因此变压器的效率一般都比较高，中小型电力变压器效率在95％以上，大型电力变压器效率可达99％以上。

实用公式(单相、三相均可用)：

三、课堂小结

1、掌握变压器的定义、用途和分类；

2、了解变压器的结构，会分析实际变压器结构特点；

3、培养学习分析问题、解决问题的能力。

四、布置作业

习题册 P3