第10章变压器

1、第10章变 压 器220kV电力变压器电力变压器 10.1 变压器的概述变压器的概述10.2 变压器的结构变压器的结构10.3 变压器的工作原理变压器的工作原理10.4 特殊用途变压器特殊用途变压器10.5 变压器的铭牌数据变压器的铭牌数据10.6 三相电力变压器三相电力变压器本章主要内容本章主要内容变压器功能：变压器功能：变电压：变电压：电力系统电力系统 变阻抗：变阻抗：电子电路中的阻抗匹配电子电路中的阻抗匹配 （如喇叭的输出变压器）（如喇叭的输出变压器） 变电流：变电流：电流互感器电流互感器 发电厂发电厂1.05万伏万伏输电线输电线22万伏万伏升压升压变电站变电站1万伏万伏降压降压 电力变

2、压器应用举例降压降压实验室实验室380 / 220伏伏降压降压仪器仪器36伏伏降压降压交流电的相数：交流电的相数：单相变压器、三相变压器单相变压器、三相变压器用途：用途：电力、电焊、整流、控制、电力、电焊、整流、控制、 测量变压器、调压器测量变压器、调压器 冷却方式：冷却方式：油浸式油浸式变压器、干式变压器、变压器、干式变压器、 充气式变压器、蒸发冷却变压器充气式变压器、蒸发冷却变压器 绕组导体材质：绕组导体材质：铜绕组、铝绕组变压器铜绕组、铝绕组变压器绕组型式：绕组型式：双绕组、三绕组、自耦变压器双绕组、三绕组、自耦变压器结构性能：结构性能：普通、全密封、防雷变压器普通、全密封、防雷变压器1

3、0.1 变压器的概述变压器的概述油浸变压器油浸变压器干式变压器干式变压器控制变压器控制变压器音频变压器音频变压器10.2 10.2 变压器的结构变压器的结构 1u1i2u2iLR变压器符号：变压器符号：变压器按其结构不同还可分为变压器按其结构不同还可分为心式变压器心式变压器壳式变压器壳式变压器1u2uLR1i2i铁芯铁芯高压高压绕组绕组低压低压绕组绕组组成：组成： 闭合铁心和高压、低压绕组闭合铁心和高压、低压绕组 电力系统常用的油浸式变压器电力系统常用的油浸式变压器10.3 10.3 变压器的工作原理变压器的工作原理35kV电力变压器电力变压器原理图：原理图： 原绕组（与电源相连）原绕组（与电

4、源相连）（又称初级绕组，（又称初级绕组， 一次绕组）一次绕组） 副绕组（与负载相连）副绕组（与负载相连） （又称次级绕组，（又称次级绕组， 二次绕组）二次绕组）1u2uLR1i2i单相变压器单相变压器磁路：主磁通所经过的闭合路径。磁路：主磁通所经过的闭合路径。1u2uis 线圈通入电流后，线圈通入电流后，产生磁通，分主磁产生磁通，分主磁通和漏磁通。通和漏磁通。s：主磁通主磁通：漏磁通漏磁通铁心铁心（导磁性能好（导磁性能好 的磁性材料）的磁性材料）线圈线圈2211iuiu工作过程：工作过程：1u2uLR1i2i空载运行空载运行 ：原边接入电源，副边开路。：原边接入电源，副边开路。接上接上交流电源

5、交流电源1u 原边电流原边电流 i1等等 于励于励 磁电流磁电流 i10 dtdNedtdNe2211 产生感应电动势产生感应电动势1u2e1i1e1N2N i10 产生磁通产生磁通 （交变）（交变）（ 方向符合右手定则）方向符合右手定则）、e结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。KNNEEUU212121K为变比为变比10i1u20u2i1e2e原、副边电压关系原、副边电压关系mmNfENfE221144. 444. 4根据交流磁路的分析根据交流磁路的分析可得：可得：202uu 02i时时 （变电压）（变电压）负载运行负载运行1u2e1i1e1N2NZ2i

6、副边带负载后对磁路的副边带负载后对磁路的影响：在副边感应电压的影响：在副边感应电压的作用下，副边线圈中有了作用下，副边线圈中有了电流电流 i2 。此电流在磁路中此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响原边电流也会产生磁通，从而影响原边电流 i1。但当外加电压、但当外加电压、频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时基本不变有负载时基本不变 。带负载后磁动带负载后磁动势的平衡关系为：势的平衡关系为：)44. 4(11mNfU 1102211NiNiNiKNNII11221结论：原、副边电流与匝数成反比结论：原、副边电流与匝数成反比110221

7、1NiNiNi 由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流 很小，可忽略很小，可忽略 。即：。即：02211NINI)(10i原、副边电流关系原、副边电流关系 （变电流）（变电流）2211NINI （变阻抗）（变阻抗）1i1u2u2iLR1N2N原、副边阻抗关系原、副边阻抗关系LLRKR222IURL从原边等从原边等效：效：22222211KRKIUKIKUIURLL结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以 变比的平方。变比的平方。 阻抗变换举例：阻抗变换举例：扬声器上如何得到最大输出功率扬声器上如何

8、得到最大输出功率i1uRsRL信号源信号源设：设：信号电压的有效值信号电压的有效值:U1= 50V;信号内阻：信号内阻： Rs=100 ;负载为扬声器，其等负载为扬声器，其等 效电阻：效电阻：RL=8 。求：负载上得到的功率求：负载上得到的功率解：解：（1）将负载直接接到信号源上）将负载直接接到信号源上，得到的输出功，得到的输出功 率为：率为： W)(7 . 181085022LLSRRRUpL1i1u2u2iLR1N2NRs（2）将负载通过变压器接到信号源上。）将负载通过变压器接到信号源上。输出功率为：输出功率为：W25. 698981005022LLSLRRRUp设变比设变比 1:5 .

9、321NNK9885 . 32LR则：则：结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了 很多。原因是满足了电路中获得最大输出的条很多。原因是满足了电路中获得最大输出的条 件（信号源内、外阻抗差不多相等）。件（信号源内、外阻抗差不多相等）。变压器功能：变压器功能：变电压：变电压：电力系统电力系统 变阻抗：变阻抗：电子电路中的阻抗匹配电子电路中的阻抗匹配 （如喇叭的输出变压器）（如喇叭的输出变压器） 变电流：变电流：电流互感器电流互感器 发电厂发电厂1.05万伏万伏输电线输电线22万伏万伏升压升压变电站变电站1万伏万伏降压降压 变压器应用举例降压降压

10、实验室实验室380 / 220伏伏降压降压仪器仪器36伏伏降压降压1 1、 自耦变压器自耦变压器KNNIIKNNUU112212121ABP1u2u1i2iLR1N2N10.4 10.4 特殊用途变压器特殊用途变压器 使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。制作的。注意：原、副边千万不能对调使用，注意：原、副边千万不能对调使用，以以防变压器损坏。因为防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流变小时，磁通增大，电流会迅速增加。会迅速增加。自耦变压器自耦变压器用低量程

11、的电压用低量程的电压表测量高电压表测量高电压2 2 电压互感器：电压互感器：VR N1（匝数多）（匝数多）保险丝保险丝 N2（匝数少）（匝数少）u（被测电压）（被测电压）电压表电压表被测电压被测电压=电压表读数电压表读数 N1/N2 副边不能短路，以防产生过流；副边不能短路，以防产生过流；2. 铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在副边出现高压。缘损坏时，在副边出现高压。使用注意：使用注意：用低量程的电流表测量大电流用低量程的电流表测量大电流3 3 电流互感器电流互感器电电流流互互感感器器（被测电流）（被测电流）N1（匝数少）（匝数少）N2（匝数多）（

12、匝数多）ARi1i2被测电流被测电流=电流表读数电流表读数 N2/N1电流表电流表 副边不能开路，以防产生高电压；副边不能开路，以防产生高电压；2. 铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在副边出现过压。损坏时，在副边出现过压。使用注意事项：使用注意事项：钳形电流表钳形电流表4、电焊变压器、电焊变压器 接入电源后，可得到较低的电压（空载时约接入电源后，可得到较低的电压（空载时约70V）和几十甚至几百安培电流。当焊条与焊件接触时，和几十甚至几百安培电流。当焊条与焊件接触时，电源短路，此时电抗器起限流作用。起弧后，电抗电源短路，此时电抗器起限流作用。起弧后

13、，电抗器两端产生压降，使电弧两端电压降到器两端产生压降，使电弧两端电压降到25V左右，左右，满足要求。满足要求。 调节电抗器铁心的间隙可以调节电焊电流。调节电抗器铁心的间隙可以调节电焊电流。电电弧弧焊焊变变压压器器S-三相三相; D-单相单相F-风冷风冷600-额定容量额定容量(kVA)10-高压绕组的额定电压高压绕组的额定电压(kV)10.5 变压器的铭牌数据变压器的铭牌数据10/600 F S、型号、型号、 额定电压额定电压 变压器副边开路（空载）时，变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许的电压值。原、副边绕组允许的电压值。NNUU21 、 、额定电流额定电流 变压器满载运行时，原、副

14、边变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。绕组允许的电流值。NNII21 、额定容量额定容量 传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。NSNNNNNIUIUS2211（理想）（理想）容量容量 SN 输出功率输出功率 P2 原边输入功率原边输入功率 P1 输出功率输出功率 P2注意：变压器几个功率的关系注意：变压器几个功率的关系效率效率变压器功变压器功率因数率因数NNNIUS11容量：容量：21PP 原边输入功率：原边输入功率：cos222IUP 输出功率：输出功率： 、 变压器的效率变压器的效率( ( ) )为防止涡流损失，铁芯一为防止涡流损失，铁芯一般由一片片导磁材料叠合般由一片片导磁材料叠合而成。而成。 变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分：铜损铜损 (PCU) ：绕组导线电阻所致。绕组导线电阻所致。磁滞损失：磁滞现象引起铁芯磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，发热， 造成的损失。造成的损失。涡流损失：交变磁通在铁芯中涡流损失：交变磁通在铁芯中产生的感应电流（涡流），产生的感应电流（涡流）， 造成的损失。造成的损失。铁损铁损( )：PFE1112PPPPPPFECU变压器的效率变压器的效率 变压器的外特性变压器的外特性副边输出电压和输出电流的