单相变压器工作原理.ppt

第一节第一节 变压器的工作原理、分类及结构变压器的工作原理、分类及结构 变压器是一种静止电器变压器是一种静止电器, ,它通过线圈间的电磁感应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。等级的交流电能。确切地说，它具有变压、变流、变换确切地说，它具有变压、变流、变换阻抗和隔离电路的作用。阻抗和隔离电路的作用。 例如，在电力系统中用电力变压器把发电机发出的电压升高例如，在电力系统中用电力变压器把发电机发出的电压升高后进行远距离输电，到达目的地以后再用变压器把电压降低供用后进行远距离输电，到达目的地以后再用变压器把电压降低供用户使用；户使用； 在实验室用自耦变压器改变电源电压；在实验室用自耦变压器改变电源电压； 在测量上利用仪用变压器扩大对交流电压、电流的测量范围；在测量上利用仪用变压器扩大对交流电压、电流的测量范围； 在电子设备和仪器中用小功率电源变压器提供多种电压，用在电子设备和仪器中用小功率电源变压器提供多种电压，用耦合变压器传递信号并隔离电路上的联系等等。耦合变压器传递信号并隔离电路上的联系等等。 变压器虽然大小悬殊，用途各异，但其基本结构和工作原理变压器虽然大小悬殊，用途各异，但其基本结构和工作原理是相同的。是相同的。第一节第一节 变压器的工作原理、分类及和结构变压器的工作原理、分类及和结构第二节第二节 变压器的空载运行变压器的空载运行 第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行第四节第四节 变压器的变压器的等效电路及相量图等效电路及相量图第五节第五节 变压器参数的测定和标么值变压器参数的测定和标么值第六节第六节 变压器的运行特性变压器的运行特性第七节第七节 三相变压器三相变压器第八节第八节 其它用途的变压器其它用途的变压器 变压器是一种静止电器变压器是一种静止电器, ,它通过线圈间的电磁感应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等级的交流电能.第三章第三章 变压器变压器一、变压器的基本结构一、变压器的基本结构 铁心由铁心柱和铁轭两部分组成。铁心由铁心柱和铁轭两部分组成。变压器的主磁路，为了变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用厚为提高导磁性能和减少铁损，用厚为0.35-0.5mm0.35-0.5mm、表面涂有绝缘、表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠成。漆的热轧或冷轧硅钢片叠成。 变压器的基本结构分为四个部分：铁心变压器的基本结构分为四个部分：铁心变压器的磁路；变压器的磁路；绕组绕组变压器的电路；绝缘结构；油箱等其它部分。变压器的电路；绝缘结构；油箱等其它部分。（一）铁心（一）铁心 变压器的铁心中，每片硅钢片为拼接片。在叠片时，采用叠变压器的铁心中，每片硅钢片为拼接片。在叠片时，采用叠接式，即将上下两层叠片的接缝错开，可缩小接缝间隙，以减小接式，即将上下两层叠片的接缝错开，可缩小接缝间隙，以减小励磁电流。如下图所示。励磁电流。如下图所示。铁轭铁轭铁心柱铁心柱 铁心柱的截面在小型变压器中采用方形。在容量较大的变压铁心柱的截面在小型变压器中采用方形。在容量较大的变压器中，采用阶梯形截面，如图器中，采用阶梯形截面，如图3-63-6所示。所示。 绕组是变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线（扁线或圆线）绕组是变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线（扁线或圆线）绕制而成。绕制而成。（二）绕组（二）绕组 铁轭的截面有矩形及阶梯形的，如图铁轭的截面有矩形及阶梯形的，如图3-73-7所示，其截面一般所示，其截面一般比铁心柱截面大（比铁心柱截面大（510）%，以减小空载电流和空载损耗。，以减小空载电流和空载损耗。 叠装好的铁心其铁轭用槽钢（或焊接夹件）及螺杆固定。铁叠装好的铁心其铁轭用槽钢（或焊接夹件）及螺杆固定。铁心柱则用环氧无纬玻璃丝粘带绑扎。心柱则用环氧无纬玻璃丝粘带绑扎。 当采用冷轧硅钢片时，应用斜切钢片的叠装方法，可提高导当采用冷轧硅钢片时，应用斜切钢片的叠装方法，可提高导磁系数，降低损耗，如图磁系数，降低损耗，如图3-53-5所示。所示。1U2U1u2u一次侧接电源一次侧接电源二次侧接负载二次侧接负载 如下图所示有两组：一个绕组与电源相连，称为一次绕组如下图所示有两组：一个绕组与电源相连，称为一次绕组（或原绕组），这一侧称为一次侧（或原边）；另一个绕组与负（或原绕组），这一侧称为一次侧（或原边）；另一个绕组与负载相连，称为二次绕组（或副绕组），这一侧称为二次侧（或副载相连，称为二次绕组（或副绕组），这一侧称为二次侧（或副边）。边）。同心式绕组同心式绕组交迭式绕组交迭式绕组 对于三相变压器，根据两组绕组的相对位置，绕组可分为同对于三相变压器，根据两组绕组的相对位置，绕组可分为同心式和交叠式两种，如以下两图所示。心式和交叠式两种，如以下两图所示。 根据绕组和铁心的相对位置，变压器有壳式结构和心式结构根据绕组和铁心的相对位置，变压器有壳式结构和心式结构两种，两种，如以下两图所示。如以下两图所示。（三）其它结构部件（三）其它结构部件 如下图所示，油浸式电力变压器的结构中还包括油箱、绝缘如下图所示，油浸式电力变压器的结构中还包括油箱、绝缘套管、储油柜、安全气道等。套管、储油柜、安全气道等。二、变压器的分类二、变压器的分类 按用途分：电力变压器和特种变压器。按用途分：电力变压器和特种变压器。 按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。绕组变压器和多绕组变压器。 按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。 按铁心结构分：心式变压器和壳式变压器。按铁心结构分：心式变压器和壳式变压器。 按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。 按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器。充气式变压器。 我国变压器的主要系列：我国变压器的主要系列：SJL1（三相油浸铝线电力变压器）、（三相油浸铝线电力变压器）、SEL1（三相强油风冷铝线电力变压器）、（三相强油风冷铝线电力变压器）、SFPSL1（三相强油风（三相强油风冷三线圈铝线电力变压器）、冷三线圈铝线电力变压器）、SWPO（三相强油水冷自耦电力变（三相强油水冷自耦电力变压器）等。压器）等。 按容量分：小型、中型、大型和特大型变压器。按容量分：小型、中型、大型和特大型变压器。连接发电机与电网的升压变压器连接发电机与电网的升压变压器连接发电机的连接发电机的封闭母线封闭母线 与电网相连与电网相连的高压出线端的高压出线端三相干式变压器接触调压器电源变压器环形变压器控制变压器三、变压器的工作原理三、变压器的工作原理 变压器的主要部件是一个铁心和套在铁变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势感应电动势e1 1、e2 2。根据电磁感应定律可写。根据电磁感应定律可写出电动势的瞬时方程式：出电动势的瞬时方程式：1212de = - Ndtde = - Ndt1U2U1u2uLZ1u1i1e2e2u2i 只要：只要：(1)磁通有变化量磁通有变化量;(2)一、二次绕组的匝数不同，就能一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变电压的目的。达到改变电压的目的。四、变压器的额定值四、变压器的额定值指铭牌规定的额定使用条件指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率。是下所能输出的视在功率。是输出能力保证值。输出能力保证值。额定容量额定容量NS (kVA)指长期运行时所能承受的工作电压，指长期运行时所能承受的工作电压，单位：单位：V、KV。额定电压额定电压12NNU/ U(kV )指在额定容量下，变压器在连续运行时允许通过的指在额定容量下，变压器在连续运行时允许通过的最大电流有效值。在三相变压器中指的是线电流。最大电流有效值。在三相变压器中指的是线电流。额定电流额定电流12NNI/ I( A )单位：单位：VA、KVA、MVA其实际输出功率取决于负载的大其实际输出功率取决于负载的大小和性质，即小和性质，即P=Scos。 U1N是指根据绝缘强度和允是指根据绝缘强度和允许发热所规定的应加在一次绕许发热所规定的应加在一次绕组上的正常电压有效值。组上的正常电压有效值。 U2N是指一次侧加额是指一次侧加额定电压时二次侧的开路定电压时二次侧的开路电压。电压。 在三相变压器中额定电压为线电压。在三相变压器中额定电压为线电压。单位：单位：A A 此外，额定值还有此外，额定值还有效率、温升效率、温升等。除额定值外，铭牌上还标等。除额定值外，铭牌上还标有变压器的相数、联结组和接线图、短路电压（或短路阻抗）的有变压器的相数、联结组和接线图、短路电压（或短路阻抗）的标么值、变压器的运行方式及冷却方式等。标么值、变压器的运行方式及冷却方式等。三者关系三者关系：1122112233NNNNNNNNNNSUIUISUIUI单相：单相：三相：三相：额定频率额定频率fN指电源频率，我国规定标准工频为指电源频率，我国规定标准工频为50Hz50Hz。 为考虑运输，有时铭牌上还标有变压器的总重、油重、器身为考虑运输，有时铭牌上还标有变压器的总重、油重、器身重量和外形尺寸等附属数据。重量和外形尺寸等附属数据。第二节第二节 变压器的空载运行变压器的空载运行一、空载运行时的物理情况一、空载运行时的物理情况 变压器的空载运行是指变压器一次绕组接在额定电变压器的空载运行是指变压器一次绕组接在额定电压的交流电源上，而二次绕组开路时的工作情况。压的交流电源上，而二次绕组开路时的工作情况。1U2U1u2uu1i0主磁通主磁通 当变压器的一次绕组加上交流电压当变压器的一次绕组加上交流电压u1时，一次绕组内便有一时，一次绕组内便有一个交变电流个交变电流i0（即空载电流）流过（即空载电流）流过, ,并建立交变磁场。并建立交变磁场。N1N211漏磁漏磁通通 根据电磁感应原理，分别在一、二次绕组产生电动势根据电磁感应原理，分别在一、二次绕组产生电动势e e1 1、e e11和和e e2 2。e e11e e1 1e e2 2i2=0u02 根据基尔霍夫电压定律，按上图所示电压、电流和电动势的根据基尔霍夫电压定律，按上图所示电压、电流和电动势的正方向，可写出一、二次绕组的电动势方程式为：正方向，可写出一、二次绕组的电动势方程式为：u1=i0R1- -e1- -e1i0R1+N1d/dt u02=e2=N2d/dt 在一般变压器中，电阻压降在一般变压器中，电阻压降i0R1很小，仅占一次绕组电压很小，仅占一次绕组电压的的0.1%0.1%以下，故可近似认为以下，故可近似认为u1e1。tsinm设设0011112-9090mmdeNfN sin(t)Esin()dtt 则则114.44mEfN 有效值有效值同理，同理，e2=2=2fN2msin( (t t-90)=-90)=E2msin（t-90-90）有效值有效值 E2=4.444.44fN2m1.EmfNj144.42.EmfNj244.4相量表达式相量表达式因此，可得出：因此，可得出：E1/E2= =N1/N2U1/U2= =k定义定义112112022NNUUENkENUU 式中式中k为变压器的电压比，即变比。为变压器的电压比，即变比。根据主电动势根据主电动势e1的分析方法，同样有的分析方法，同样有1114.44mEjfN 1114.44EfN 漏电动势也可以用漏抗压降来表示，即漏电动势也可以用漏抗压降来表示，即11001EjL IjI X 由于漏磁通主要经过非铁