变压器基本工作原理及结构

1、 第第3 3章章 变变 压压 器器 本章以一般用途的电力变压器为主要研究对象，着重分析单相变压本章以一般用途的电力变压器为主要研究对象，着重分析单相变压器的工作原理、基本结构和运行情况，对其他用途的变压器作简单介器的工作原理、基本结构和运行情况，对其他用途的变压器作简单介绍。以期掌握变压器变换电压、电流的原理，理解变压器铭牌数据含绍。以期掌握变压器变换电压、电流的原理，理解变压器铭牌数据含义；学会正确使用各种变压器。义；学会正确使用各种变压器。 1 1变压器：变压器：是一种静止的电气设备。它是根据电磁感应的原理，将某是一种静止的电气设备。它是根据电磁感应的原理，将某一等级的交流电压和电流转换成

2、同频率的另一等级电压和电流的设备。一等级的交流电压和电流转换成同频率的另一等级电压和电流的设备。 2 2作用：作用：变换交流电压、变换交流电流和变换阻抗。变换交流电压、变换交流电流和变换阻抗。 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示意图从发电厂到用户的送电过程示意图6.327KV升压变压器 发电机组降压变压器 配电变压器10KV35KV66KV110KV220KV500KV10KV/0.4KV配电变压器配电变压器输电变压器输电变压器 3.1 3.1 变压器基本工作原理和结构变压器基本工作原理和结构3.1.1 变压器的基本工作原理和分类变压器的基本工作原理和分类 1. 工作原理工作

3、原理mfNEU11144. 42012121UUNNEEkmfNEU22244. 4)90sin()90sin(2010111tEtfNdtdNemm则则)90sin(cos2222tEtNdtdNemmmfNE1144. 4有效值有效值mfNE2244. 4有效值有效值2. 变压器的分类变压器的分类 按用途分：按用途分：电力变压器电力变压器和和特种变压器特种变压器。 按绕组数目分：按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、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。三绕组变压器和多绕组变压器。 按相数分：按相数分：单相变压器单相变压器、三相变压器和多相变压器。、三

4、相变压器和多相变压器。 按铁心结构分：按铁心结构分：心式变压器心式变压器和壳式变压器。和壳式变压器。 按冷却介质和冷却方式分：按冷却介质和冷却方式分：干式变压器干式变压器、油浸式变压器和、油浸式变压器和充气式变压器。充气式变压器。 油浸式变压器的主要结构部件：铁心、绕组、油浸式变压器的主要结构部件：铁心、绕组、油箱、绝缘套管等。油箱、绝缘套管等。3.1.2 变压器的基本结构变压器的基本结构铁芯：磁路部分 绕组的基本型式同心式 同心式同心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

5、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示意图高压低压交叠式交叠式 铁壳式铁壳式变压器常用。高压变压器常用。高压绕组和低压绕组各绕组和低压绕组各分为若干个线饼，分为若干个线饼，沿着铁芯柱的高度沿着铁芯柱的高度交错地排列着交错地排列着 ，通，通常低压绕组靠近铁常低压绕组靠近铁轭轭 绕组的基本型式绕组的基本型式交叠式交叠式1额定容量额定容量 SN 2额定电压额定电压 UN1和和UN23额定电流额定电流 IN1和和IN24额定频率额定频率 f2211NNNNNIUIUS单221133NNNNNIUI

6、US三3.1.3 变压器的额定值变压器的额定值电力变压器的型号及主要系列电力变压器的型号及主要系列3.2 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行3.2.1 3.2.1 空载运行时的电磁关系空载运行时的电磁关系图图3-6 3-6 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行1u1e1e2u0i)(2i102eAXaxN1N21.1.空载运行时的物理情况空载运行时的物理情况1) 1) 在同一支路内，电压降在同一支路内，电压降u u的正方向与电流的正方向与电流i i的正方向一致；的正方向一致；2) 2) 磁通磁通的正方向与电流的正方向与电流i i的正方向之间遵的正方向之间遵循右手螺旋定则；循右手螺旋定

7、则；3) 3) 磁通磁通的正方向与它所感生的感应电势的正方向与它所感生的感应电势e e正方向之间遵循楞次定律。正方向之间遵循楞次定律。1u1e1e2u0i)(2i1AXax02e变压器各电磁量正方向变压器各电磁量正方向（1 1）主磁通感应的电动势）主磁通感应的电动势主电动势主电动势tmsin设设)90sin()90sin(2010111tEtfNdtdNemm则则mfNE1144. 4有效值有效值mfNjE1144. 4相量相量 当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动势也按当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通正弦规律变化，时间相位上滞后主磁

8、通9090 。 E E1 1 f f、N N1 1、m m2.2.感应电动势分析感应电动势分析同理同理, ,可得副边感应电势可得副边感应电势: :)90sin(cos2222tEtNdtdNemm相量相量mmfNjNjE22244. 421u1e1e2u0i)(2i1AXax02emfNE2244. 4有效值有效值根据主电动势的分析方法，有根据主电动势的分析方法，有n 漏电动势也可以用漏抗压降表示，即漏电动势也可以用漏抗压降表示，即11144. 4fNjE11144. 4fNE010100111=2=IjXILjIINjEm)90sin(=cos=111111tEtNdtdNem漏电抗漏电抗漏

9、电感漏电感（2 2）漏磁通感应电动势）漏磁通感应电动势空载电流空载电流主要作用是在铁主要作用是在铁心中建立磁场，产生主磁通心中建立磁场，产生主磁通空载时的变压器实际上就空载时的变压器实际上就是一个非线性是一个非线性电感器电感器，其磁，其磁通量与电流的关系，服从于通量与电流的关系，服从于铁磁材料的磁化曲线铁磁材料的磁化曲线 =f(i)磁化曲线3.2.2 3.2.2 空载电流空载电流空载电流的作用与组成空载电流的作用与组成空载电流包含两个分量空载电流包含两个分量 励磁分量励磁分量，作用是建立主磁通，相位作用是建立主磁通，相位与主磁通与主磁通 相同，为相同，为无功分量无功分量 铁损耗分量铁损耗分量，

10、作用是供给铁磁材料铁作用是供给铁磁材料铁损（磁滞和涡流损耗），为损（磁滞和涡流损耗），为有功分量。有功分量。空载空载运行时从电源输入少量电功率运行时从电源输入少量电功率 ，主要用来补，主要用来补偿铁心中的铁损耗偿铁心中的铁损耗 FeIII 000 0IFeI空载电流的性质和大小空载电流的性质和大小v性质性质通常，通常，I IFe ，U1 与与 I0 之间相位角之间相位角 接近接近90 空载电流可近似为空载电流可近似为感性感性v大小大小 与导磁材料有关与导磁材料有关 一般变压器一般变压器 I0% = （210）% 大容量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%

11、00NIII1u1e1e2u0i)(2i1AXax02e10111Rieeu101110110111)(ZIEjXRIERIEEU1. 1. 电动势平衡方程电动势平衡方程0 u）（011=IjXE漏阻抗漏阻抗一次侧一次侧3.2.3 3.2.3 空载时的电动势方程空载时的电动势方程 请注意：“电压决定磁通”对电力变压器，Z1很小，产生的漏阻抗的压降I0Z1很小U1E1 or 11确定、一定，mmEUfNEU1111144. 4=电压决定磁通电压决定磁通1011+=ZIEU2220EUI，故由于v当k1为降压变压器；k1为升压变压器。v对于三相变压器变比k是指原、副绕组的相电势(或相电压)之比。220211EUUEU2012121UUNNEEk2. 2. 变比变比变压器空载运行时相量图IFeI