变压器的原理与分类

【学习任务】（1）正确说出变压器的基本工作原理。

（2）正确认识变压器的基本类别。

（3）正确认识变压器的功能及应用场合。

任务手册1：变压器的选用

微课1.1：变压器的原理

变压器是一种静止的电气设备，它通过线圈间的电磁感应，将一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能。变压器是电力系统中的重要设备，用于电力系统中传输电能的变压器称为电力变压器。众所周知，输送一定的电能时，输电线路的电压越高，线路中的电流和电阻损耗就越小。为此，需要用升压变压器把交流发电机发出的电压升高到输电电压，然后通过高压输电线路将电能经济地输送到用电地区，再用降压变压器将电能逐步从输电电压降低到配电电压，供用户安全而方便地使用。

图1－1所示为一个简单的电力系统输配电示意图，是一个三相系统。发电机发出的电压，例如10 kV，先经过升压变压器升高后，再经输电系统送到用电地区；到了用电地区后，还需先把高压降到35 kV以下，再按用户需要的具体电压进行配电。用户需要的电压一般为6 kV、3 kV、1 kV、380 V/220 V等。

图1－1　电力系统输配电示意图

除电力系统外，变压器还广泛应用于电子装置、焊接设备、电炉等场合以及测量和控制系统中，用以实现交流电源供给、电路隔离、阻抗变换、高电压和大电流的测量等功能。

1.基本原理

变压器应用电磁感应规律工作，最简单的变压器是由两个绕组（又称线圈）、一个铁芯组成的，如图1－2（a）所示。两个绕组套在同一铁芯上，通常一个绕组接电源，另一个绕组接负载。我们把前者叫作一次绕组，或原绕组、一次侧；把后者叫作二次绕组，或副绕组、二次侧。

图1－2　变压器结构、原理示意图

（a）变压器基本结构示意图；（b）变压器基本原理示意图

当一次侧接上电压为u1的交流电源时，一次绕组将流过交流电流，并在铁芯中产生交变磁通，该磁通交链着一、二次绕组，如图1－2（b）所示。根据电磁感应定律，在一、二次绕组中产生的感应电动势分别为

式中　N1——一次绕组匝数；

N2——二次绕组匝数。

由上式可知，一、二次绕组的匝数不等，是变压的关键；另外，此类变压器一、二次侧之间没有电的直接联系，只有磁的耦合，交链一、二次绕组的磁通起着联系一、二次侧的桥梁作用，而变压器原、副边频率还是一样的。

如果二次侧接上负载，则在e2的作用下将产生二次电流，并输出功率，说明变压器起到了传递能量的作用。

后面将要讲到各类变压器，尽管其用途和结构可能差异很大，但其基本原理是一样的，且其核心部件都是绕组和铁芯。

2.分类

为了适应不同的使用目的和工作条件，变压器有很多类型，下面择其主要的进行介绍。

按其用途不同，变压器可分为电力变压器（又可分为升压变压器、降压变压器、配电变压器等）、仪用变压器（电压互感器等）、试验用变压器和整流变压器等。

按绕组数目可分为双绕组变压器、三绕组变压器及多绕组变压器等。

按相数可分为单相变压器、三相变压器及多相变压器等。

按调压方式可分为无极调压变压器、有载调压变压器等。

按冷却方式不同可分为干式变压器、油浸式变压器、油浸风冷变压器、强迫油循环变压器、强迫油循环导向冷却变压器等。

自测题

一、填空题

1.变压器是一种既能改变________、________，又能保持________不变的电气设备。

2.变压器按相数分为________和________。(www.xing528.com)

3.变压器按绕组形式分为________、________、________等。

4.变压器按铁芯形式分为________、________。

5.变压器一、二次绕组的匝数分别为N1、N2，则变比为__________。

二、选择题

1.变压器的额定容量是指（　　）。

A.一、二次侧容量之和

B.二次绕组的额定电压和额定电流的乘积所决定的有功功率

C.二次绕组的额定电压和额定电流的乘积所决定的视在功率

D.一、二次侧容量之和的平均值

2.变压器是一种（　　）的电气设备，它利用电磁感应原理将一种电压等级的交流电转变成同频率的另一种电压等级的交流电。

A.滚动　B.运动　C.旋转　D.静止

3.当交流电源电压加到变压器一次侧绕组后，就有交流电流通过该绕组，在铁芯中产生交变磁通，这个交变磁通（　　），两个绕组分别产生感应电势。

A.只穿过一次侧绕组

B.只穿过二次侧绕组

C.有时穿过一次侧绕组，有时穿过二次侧绕组

D.不仅穿过一次侧绕组，同时也穿过二次侧绕组

4.变压器一、二次侧感应电势之比（　　）一、二次侧绕组匝数之比。

A.大于　B.小于　C.等于　D.无关

5.变压器一、二次绕组的匝数分别为N1、N2，则一、二次侧流过的电流之间的关系为（　　）。

三、判断题

1.变压器是根据电磁感应原理工作的。（　　）

2.三相变压器额定电压是指变压器的线电压（有效值）。（　　）

3.电力变压器按冷却介质可分为油浸式和干式两种。（　　）

4.干式变压器是指铁芯和绕组浸渍在绝缘液体中的变压器。（　　）

5.变压器一、二次绕组中产生的感应电动势与其匝数成反比。（　　）

四、简答题

1.按照用途来分类时，都有哪些不同类型的变压器？

2.变压器一次绕组接直流电源，二次绕组有电压吗？为什么？

答案1.1