变压器的基本原理与结构ppt课件

1、思索学习内容知识要点电能机械能电能？电动机变压器一、变压器的根本任务原理一、变压器的根本任务原理问题问题: : 为什么将变压器的原边接到交流电源上，为什么将变压器的原边接到交流电源上，灯泡就会发光呢？灯泡就会发光呢？变压器就是按照“动电生磁，动磁生电的电磁感应原理制成的。一、变压器的根本任务原理一、变压器的根本任务原理灯泡将电能转换成了光能变压器的外型和器身图变压器的外型和器身图二、变压器的分类二、变压器的分类配电变压器配电变压器升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器实验、仪用等变压器实验、仪用等变压器电炉、整流变压器电炉、整流变压器干式变压器干式变压器油浸式变压器油浸式变压器强迫油循环电力

2、变压器强迫油循环电力变压器单相变压器单相变压器三相变压器三相变压器有载调压变压器有载调压变压器无载调压变压器无载调压变压器图3.1.2 油浸式电力变压器l电力变压器的铁心是由0.35mm厚的冷轧硅钢片叠成。减少涡流损耗，提高导磁系数。铁心柱铁轭图图3.1.3 变压器的铁芯平面变压器的铁芯平面心式心式 构造简单构造简单工艺简单运用广泛工艺简单运用广泛壳式壳式 构造复杂，构造复杂，用在小容量变压器和用在小容量变压器和电炉变压器电炉变压器 图 3.1.4 铁芯构造表示图奇数层偶数层奇数层偶数层图 3.1.6 叠片式铁世交错的叠放方式近年来，出现一种渐开线形铁芯优点：节省硅钢片，便于机械化消费，节省工

3、时油道图 3.1.7 铁芯柱截面宏大的电磁力，铁壳式构造可以加强对绕组的机械支撑，使能接受较大的电磁力。图3.1.8 壳式变压器的构造表示图图图3.1.9 芯式变压器的铁芯和绕组的装配表示图芯式变压器的铁芯和绕组的装配表示图 同芯式同芯式铁芯式变压铁芯式变压器常用。高压绕组和低压器常用。高压绕组和低压绕组均做成圆筒形，然后绕组均做成圆筒形，然后同芯地套在铁芯柱上同芯地套在铁芯柱上 ，为，为便于绝缘，通常低压绕组便于绝缘，通常低压绕组在里面，高压绕组在外面在里面，高压绕组在外面 ，中间加绝缘纸筒绝缘中间加绝缘纸筒绝缘三相心式变压器外观表示图高压低压图图3.1.9 交叠式绕组交叠式绕组变压器运转时

4、产生热量，使变压器油膨胀，储油柜中变压器油上升，温度低时下降。储油柜使变压器油与空气接触面较少， 减缓了变压器油的氧化过程及吸收空气中的水分的速度。呼吸维护作用当变压器出现缺点时，产生的热量使变压器油汽化，气体继电器动作，发出报警信号或切断电源。假设事故严重，变压器油大量汽化，油气冲破平安气道管口的密封玻璃，冲出变压器油箱，防止油箱爆裂。平板式 小容量排管式 较大容量散热气式 大容量强迫油循环大容量气体继电器图3.1.20图图3.1.21绝缘套管绝缘套管一、变压器型号一、变压器型号NNNNNNIUSIUS2211NNNNNNIUSIUS221133绕组最高允许温度为105 表3-1 变压器的允

5、许温升本节重点本节重点任务原理、根本构造任务原理、根本构造日常生活中的电能是怎样来的从发电厂到用户的送电过程表示图从发电厂到用户的送电过程表示图6.327KV升压变压器 发电机组降压变压器 配电变压器10KV35KV66KV110KV220KV500KV10KV/0.4KV1 电磁物理景象2电磁量参考方向3感应电动势4空载电流、空载损耗5 电压比变比6 空载等效电路7 空载相量图空载运转：原边接额定电压空载运转：原边接额定电压 的电源，副边开路的电源，副边开路原边绕组电流原边绕组电流 为空载电流，产生空载励磁磁势为空载电流，产生空载励磁磁势 _产生主磁通产生主磁通 一、空载运转时的物理情况一、

6、空载运转时的物理情况1U0I0F0010INF1磁通分为两部分变压器铁心由高导磁资料硅钢片制成导磁系数r2000)，大部分磁通都在铁心中流动，主磁通约占总磁通的99强，漏磁通占总磁通的1弱。01E2E1E右手螺旋定那么确定右手螺旋定那么确定 与与同方向同方向 与与同方向同方向例如正在添加，d/dt为正，e1 N1d/dt0为负，假设外电路能使e1产生电流，其电流方向必与i0正方向相反，该电流产生磁通0，与0方向相反，起阻止0添加的作用，即符合楞次定律假设 u1 随时间按正弦规律变化，那么 0 也按正弦规律变化，设： )90sin(cos)90sin(cossin.22022110110tNtN

7、dtdNetNtNdtdNe感应应电动势瞬时值为为mtmmmmm磁通幅值主磁通a) 波形图b) 向量图磁通与电动势之间的关系图形结论：0 为正弦波时， e 也为正弦波 e滞后0 相位900mmmmmmfNfNEEfNfNEE2222111144. 422/44. 422/mmfNjEfNjE221144.444.4 结论：磁路不饱和，磁阻很大，且为常数，因此X1很小，且为常数，X1不随电源电压U1和负载变化空载电流主要作用是在铁心中建立磁场，产生主磁通空载时的变压器实践上就是一个非线性电感器，其磁通量与电流的关系，服从与铁磁资料的磁化曲线 =f(i)磁化曲线raIII0000rI0aI0大容量

8、变压器大容量变压器 I0% 1%容量越大容量越大I0% 越小越小%100%00NIIII0 受磁路饱和影响，空载电流呈尖顶波形为分析、丈量、计算方便，在相量图和计算式中，用等效正弦波来替代实践的空载电流一次侧一次侧影响m主磁通幅值要素1、电源 U1 、 f2 、构造 N1综上所述可得综上所述可得:忽略电阻压降和漏磁电势，忽略电阻压降和漏磁电势， 那么那么U1E14.44fN1m。mU1即：当外即：当外施电压施电压U1为定值，主磁通为定值，主磁通m也为一定值也为一定值影响影响m主磁通幅值要素主磁通幅值要素1、电源、电源 U1 、 f2 、构造、构造 N1NNUU：KDY213,联接NNUUUUN

9、NEEK212012121三相变压器：K为一、二次侧相电动势电压之比NNUU：KYD213,联接X1表示漏磁通对电路的影响，近似为常数强调：强调：Rm励磁电阻，并非本质电阻、是为计励磁电阻，并非本质电阻、是为计算铁损耗引进的模拟电阻。算铁损耗引进的模拟电阻。Xm励磁电抗，是主磁通励磁电抗，是主磁通引起的电抗引起的电抗Zm励磁阻抗励磁阻抗由于铁芯磁路具有饱和特性，参数由于铁芯磁路具有饱和特性，参数Zm随随外施电压添加而减小，不是常数。但变外施电压添加而减小，不是常数。但变压器正常运转时，外施电压等于或近似压器正常运转时，外施电压等于或近似等于额定电压，且变动范围不大等于额定电压，且变动范围不大,

10、可把可把Zm看成常数。看成常数。 一次绕组电动势平衡方程一次绕组电动势平衡方程 因因R1Rm , X1Xm 略略Z1，那么，那么I0大小取决天大小取决天Zm 等效电路图只需等效电路图只需Zm变压器采用高导磁资料，增大励磁阻抗ZmXm)，降低空载励磁电流I0，提高运转效率和功率因数空载时根本方程式空载时根本方程式m 参考方向E1 滞后m 90度 E1与U20方向一致I0超前m 一个角度U1 答案： 由于 U204.44fN2mU20由220伏变到380伏，添加了 倍，那么主磁通m也增 加了 倍，磁路饱和程度添加，因此励磁电流I0大大增 加，有能够烧毁线圈。33本节重点本节重点各参数的物理意义及相

11、互间关系各参数的物理意义及相互间关系 根本方程式根本方程式3.3.1 3.3.1 负载运转时的电磁关系负载运转时的电磁关系3.3.2 3.3.2 负载运转时的根本方程式负载运转时的根本方程式3.3.3 3.3.3 变压器的等效电路图及相量图变压器的等效电路图及相量图二次绕组电流二次绕组电流的影响的影响带负载一次侧接电源1，二次侧接负载ZL，此时二次侧流过电流i2。一次侧电流不再是i0， 而是变为i1。负载后二次侧电流产生磁势F2=N2i2，该磁势将力图改动磁通0，而磁通是由电源电压决议的， 也就是说0根本不变。要维持0不变，一次绕组产生一个附加电流i1Li1L 产生磁势N1i1L=N2i2与二

12、次磁动势相抵消一次电流变为 i1=i0+i1L总磁势 F1+F2=N1i1+N2i2 产生0U2=E2+E2-i2R2 =E2-i2(R2+jX2) = E2-i2Z2问题能否可找到一个便于工程计算的单纯电路，以替代无电路联络、但有磁路耦协作用的实践变压器，但这个电路必需能正确反映变压器内部电磁过程 答案：有！这种电路称为变压器的等效电路，前提条件是必需进展绕组折算 2坚持二次侧各功率或损耗不变下面以二次侧折算到一次侧为例下面以二次侧折算到一次侧为例kINNINNIININI/212222222222归算前后磁势应坚持不变归算前后磁势应坚持不变k22222kEEIIE没有变化没有变化22222

13、22RkRIIR2222222xkxIIx222222222222)(/kUIZEkkIZkkEIZEUl物理意义：当用N2替代了N2，其匝数添加到k倍。而主磁通 m及频率f均坚持不变，折算后的二次电压应添加k倍LLZkkIkUIUZ22222/l物理意义：绕组的阻抗和绕组的匝数平方成正比。由于归算后次级匝数添加了k倍，故漏阻抗应添加到k2倍。1、“T形等效电路形等效电路变压器近似等效电路变压器近似等效电路近似等效电路可用于分析计算变压器负近似等效电路可用于分析计算变压器负载运转的某些问题，如二次侧电压变化载运转的某些问题，如二次侧电压变化并联运转的负载分配等并联运转的负载分配等短路电阻短路电

14、阻RS=R1+R2短路电抗短路电抗XS=X1+X2短路阻抗短路阻抗ZS=RS+jXS结论：结论：1、短路阻抗等于一、二次漏、短路阻抗等于一、二次漏阻抗之和，阻抗之和，ZS很小，且为常数很小，且为常数2、当变压器稳定短路时，短、当变压器稳定短路时，短路电流路电流IS=U1/ZS=1020IN3、ZS起限制直到限制短路电起限制直到限制短路电流的作用流的作用略去励滋电流支路略去励滋电流支路常用于定性分析常用于定性分析图图3.3.6 感性负载时变压器的相量图感性负载时变压器的相量图本节知识点本节知识点1、负载运转时各参数的物理意义及特点、负载运转时各参数的物理意义及特点2、根本方程式、根本方程式参数确

15、定方法：参数确定方法：1、计算法、计算法设计时采用设计时采用2、实验法、实验法空载、短路实验已制造好的变压器空载、短路实验已制造好的变压器至低压侧的值。励磁参数如折算到高压励磁参数如折算到高压侧，那么乘侧，那么乘K2即可即可FeNPPIII）U）Uk、0100120%100%(低压高压低压侧一样高mRmZXmIPRmIUZm2202000低压侧二者测得的数值不同，用标么值计算那么二者测得的数值不同，用标么值计算那么一样。一样。短路特性曲线略铁耗，故PS中只含铜耗。SCSCSSCSXRZRR275275750005 .234755 .234“T型等效电路R1 = R2 = RSX1 = X2 = XSl短路参数如折算到短路参数如折算到低压侧，那么除低压侧，那么除K2即即可可SSSNSNSSSNSNSSSRZXIPIPRIUIUZ高 压221221侧NCSSNIZU1750%100%100175110NCSNNSNSUzIUUu无功分量有功分量%100%100%100%1001117511751100NSNSrNCSNSaNCSNNSNSU