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第三章 变压器和电动机 第一节 变压器的构造和工作原理 一、变压器的用途与分类 （一）、变压器的用途 变压器是一种根据电磁感应原理,可以改变交流电压和交流电流大小的电气设备。它的主要用途是变换电压，故称之为变压器。 变压器的用途十分广泛，在电力系统中，它是一种重要的设备，利用升压变压器可以升高电压，减小电流，从而减少电力传输中的损耗，满足远距离、大功率输电的要求；用降压变压器可将高压降低到低压用电器的电压，以供安全使用。 （二）、变压器的分类 由于变压器的用途十分广泛，其型式、品种、规格也就十分繁多，常用的变压器分类如下。 1.按用途分类：一般可分为电力变压器和非电力变压器两大类。 电力变压器主要用于电能传输和电能形式变换，主要指高压升、降压变压器和工业用大电流变压器等。 非电力变压器主要用于电磁测量和电信号处理上，如互感器、音频变压器、中频变压器和高频变压器等。 2.按铁芯结构形式分类：可分为芯式变压器和壳式变压器等。 3.按相数分类：可分为单相变压器、三相变压器和多相变压器等。 4.按冷却方式分类：常用的主要有油浸自冷式变压器和空气自冷干式变压器。 5.特殊类变压器常用的有：电焊变压器（电焊机）、电炉变压器、自耦变压器、自耦调压器、电压互感器和电流互感器等。 二、变压器的结构和铭牌 (一)、变压器的结构 变压器主要是由铁芯和绕组组成。 铁芯是变压器的磁路部分，是用低损耗、高磁导率的软磁材料制成。电力变压器的铁芯是用彼此绝缘的薄硅钢片叠装而成，其构成形式上可分为心式铁芯和壳式铁芯，如图3-1所示。 绕组（或称线圈）是变压器的电路部分，是用绝缘铜线或铝线绕制而成的，与电源相连接的绕组称为原绕组（或称初级绕组、一次绕组），而与负载相连接的绕组称为副绕组（或称次级绕组、二次绕组），见图3-2。 此外，电力变压器的还有必要的附属结构，如绝缘构件、冷却装置和保护装置等。 (二)、变压器的铭牌 变压器在规定的使用环境和运行条件下的主要技术参数称为额定值，一般都标注在变压器铭牌上，故亦称为铭牌值.主要有： 1.额定容量SN 变压器的额定容量是用额定视在功率来表示。变压器的额定视在功率是额定输出电压与额定输出电流的乘积，以伏安(VA)或千伏安( kVA) 表示。 2.额定电压UN1 及UN2 变压器空载时，原绕组应加的电压值UN1和副绕组应产生的电压值UN2 ，以伏(V)或 千伏(kV)表示。对三相变压器的额定电压均指线电压。 3.额定电流IN1 及IN2 根据额定容量和原、副绕组额定电压计算出的相应线电流，以安（A）表示。 对单相变压器 (3-1) 对三相变压器 (3-2) 4.额定频率N 我国规定工频N为50Hz。 此外，铭牌上还标注有变压器的相数、效率、温升、连接方式及组别、冷却方式和运行方式等。 三、变压器的工作原理 变压器是按电磁感应原理工作的，如果把变压器的一次绕组接在交流电源上，则在变压器一次绕组中产生自感电动势的同时在二次绕组中也产生了互感电动势。这时如果在二次绕组上接上负载，那么电能将通过负载转换成其它形式的能，如图3-2所示。 在一般情况下，变压器的损耗和漏磁通都是很小的，因此下面假设变压器铁芯损耗、导线的铜损耗和漏磁通均可忽略不计,以理想状态来讨论其工作原理。 （一）、电压变换原理 设一次绕组的匝数是N1，二次绕组的匝数是N2，穿过它们的磁通是Φ，那么一次、二次绕组中产生的感应电动势分别是 （3-3） 由此可得 （3-4） 空载时，U1=E1，U2=E2，所以 ==K (3-5) 式中K称为变比。 由式（3-5）可知，变压器一次、二次绕组的端电压之比等于这两个绕组的匝数之比。 如果N2＞N1，则U2＞U1，变压器使电压升高，这种变压器称为升压变压器； 如果N2＜N1，则U2＜U1，变压器使电压降低，这种变压器称为降压变压器。 （二）、电流变换原理 当忽略变压器的损耗时，一次侧、二次侧的额定容量相等，即一次侧、二次侧的视在功率相等，对于单相变压器有 SN = U1 I1 = U2 I2 (3-6) 因而 = (3