变压器分类.ppt

1、电机学 第三章 变压器,1,第三章 变压器,3-1 变压器的分类、基本结构、额定值 3-2 变压器的空载运行 3-3 变压器负载运行 3-4 变压器的等效电路 3-5 变压器的参数测定 3-6 标幺值 3-7 变压器的运行特性 ,电机学 第三章 变压器,2,一种静止的电机将一种电压的电能转换为另一种电压的电能。 用途分类： 电力变压器，电力系统传输电能 电炉变压器，专给炼钢炉供电 整流变压器，大型电解电镀、直流电力机车供电 仪用变压器、控制变压器 无线电变压器，仅传输信号。,3.1 变压器的分类、基本结构、额定值一、变压器的分类,电机学 第三章 变压器,3,电力变压器,变压器的总容量大致相当于

2、发电机容量的三倍。输电过程中，通常将电压升高，通过高压输电线传送到远方的城市，经过降压变压器降为10kv电压，再经过配电降压变压器分配给用户。 输送同样的功率，电压低则电流大，一方面由于大电流在输电线路上引起损耗，另一方面大电流在线路阻抗上产 生大的压降，受电端电压很低，电能传送不出去。只有高电压能将电能输送到远方。,配电变压器,电机学 第三章 变压器,4,变压器类别-变压方式,升压变压器升高电压的变压器 降压变压器降低电压的变压器 特殊变压器 ，如试验用高压变压器、电炉用变压器、电焊用变压器、晶闸管线路中的变压器、用于测量仪表的电压互感器和电流互感器等等,电机学 第三章 变压器,5,变压器类

3、别-线圈数目,双绕组变压器，在铁芯中有两个绕组，一个为初级绕组，一个为次级绕组 自耦变压器，初级、次级绕组合为一个 三绕组变压器，三个绕组连接三种不同电压的线路 多绕组变压器，如分裂变压器,电机学 第三章 变压器,6,变压器类别-冷却方式,油浸式变压器铁芯和绕组都一起浸入灌满了变压器油的油箱中，可以加强绝缘和改善冷却散热条件 干式变压器 ，能满足特殊要求，如安全,电机学 第三章 变压器,7,变压器类别-相数,单相变压器 三相变压器,电机学 第三章 变压器,8,二、电力变压器的基本结构,基本结构：油浸式变压器的主要结构部件：铁心、绕组、油箱、绝缘套管等。,电机学 第三章 变压器,9,（一）铁心,

4、由心柱和铁轭两部分组成，心柱用来套装绕组，铁轭将心柱连接 起来，使之形成闭合磁路为减少铁心损耗，铁心用厚0.300.50mm的硅钢片叠成，片上涂以绝缘漆，以避免片间短路。在大型电力变压器中为提高磁导率和减少铁心损耗，常采用冷轧硅钢片；为减少接缝间隙和激磁电流，有时还采用由冷轧硅钢片卷成的卷片式铁心。,电机学 第三章 变压器,10,1、心式 心柱被绕组所包围,心式结构的绕组和绝缘装配比较容易，所以电力变压器常常采用这种结构。,特点,电机学 第三章 变压器,11,铁心包围绕组的顶面、底面和侧面。,壳式变压器的机械强度较好，常用于低压、大电流的变压器或小容量电讯变压器。,特点,2、壳式,电机学 第三

5、章 变压器,12,（二）绕组,定义：变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成。 一次绕组输入电能的绕组 二次绕组输出电能的绕组 同异点：一次和二次绕组具有不同的匝数、电压和电流，其中电压较高的绕组称为高压绕组，电压较低的称为低压绕组。,电机学 第三章 变压器,13,从高低压绕组的相对位置来看，变压器绕组可以分为同心式和交叠式两类。,同心式：高低压绕组同心的套在铁心柱上。为便于绝缘，一般低压绕组在里面高压绕组在外面。 交叠式：高低压绕组互相交叠放置，为便于绝缘，上下两组为低压。,电机学 第三章 变压器,14,（三）油箱,油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷却介质，又是绝缘介质

6、。油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。 机械支撑、冷却散热,当变压器出现故障时，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。 如果事故严重，变压器油大量汽化，油气冲破安全气道管口的密封玻璃，冲出变压器油箱，避免油箱爆裂。,电机学 第三章 变压器,15,（四）绝缘套管,将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘，担负着固定的作用。（瓷质） 套管外形常做成伞形，电压愈高、级数愈多。,此外，还有储油柜、吸湿器、安全气道、净油器和气体继电器。,电机学 第三章 变压器,16,三、变压器的额定值,1、额定容量SN：额定视在功率 双绕组变压器，一、二次侧额定容量S1N=S2N

7、 ； 三绕组变压器三侧容量不一定相等。对三相变压器指三相的总容量。 单位：VA、KVA、MVA。 容量在630kVA以下的为小型电力变压器； 8006300kVA的为中型电力变压器； 800063000kVA为大型电力变压器； 90000kVA及以上的为特大型电力变压器。,电机学 第三章 变压器,17,2、额定电压UN：一次侧额定电压U1N，二次侧额定电压U2N。 额定电压均指线电压。 U2N：一次侧外加额定电压U1N时的二次侧空载电压。 单位：V、KV 3、额定电流IN：一次侧额定电流I1N，二次侧额定电流I2N。 额定电流均指线电流。 单位：A,电机学 第三章 变压器,18,4、额定频率f

8、N ：我国规定为50HZ。,单相变压器 三相变压器,额定值的关系,电机学 第三章 变压器,19,了解：变压器铭牌数据,每台变压器都有一铭牌，上面标注着型号、额定值及其它数据，便于用户了解变压器的运行性能。,电力变压器 产品型号 SL7315/10 产品编号 额定容量 315kVA 使用条件 户外式 额定电压 10000/400V 冷却条件 ONAN 额定电流 18.2/454.7A 短路电压 4% 额定频率 50 Hz 器身吊重 765kg 相 数 三相 油 重 380kg 联接组别 Yyno 总 重 1525kg 制 造 厂 生产日期 图 电力变压器铭牌示意图,电机学 第三章 变压器,20,

9、型号说明,例如型号为：SL7-630/10，其中“S”代表三相，“L”代表铝导线，“7”代表设计序号，“630”代表额定容量为630kVA，“10”代表高压绕组额定电压为10kV。 我国生产的各种变压器系列产品有：S7、SL7、S9、SC8等。其中SC8型为环氧树脂浇注干式变压器。,电机学 第三章 变压器,21,3-2 变压器的空载运行,电磁关系,图3-7 单相变压器的空载运行,电机学 第三章 变压器,22,一、空载运行时的物理情况,N1、N2分别为原、副绕组匝数；U1为电源电压；i0为原边空载电流；0、1分别为主磁通和漏磁通； e1、e1、e2分别为原边感应电势、漏感电势和副边感应电势；u2

10、为副边空载电压。,电机学 第三章 变压器,23,主磁通与漏磁通的区别,性质：0与i0成非线性关系；1与i0成线性关系； 路径： 0流径闭合铁心，磁阻小，同时匝链了原边和副边绕组,并感应出电势e1和e2；1与原边绕组匝链，通过变压器油或空气形成闭路，磁阻大。 作用：0起传递能量的作用，1起漏抗压降作用。 数量：变压器铁心由高导磁材料硅钢片制成（导磁系数2000)，大部分磁通都在铁心中流动， 0约占总磁通的99强， 1占总磁通的1弱。,电机学 第三章 变压器,24,二、变压器各电磁量正方向,变压器中的电压、电流、磁通和感应电势的大小和方向都是随时间变化的，正方向原则是可以任意选择的，但变压器内部电

11、磁规律却是一定的，表示电磁规律的方程式必须与选定的正方向相配合。,电机学 第三章 变压器,25,强调： 在同一支路内，电压降的正方向与电流的正方向一致； 磁通的正方向与电流的正方向之间遵循右手螺旋定则； 磁通的正方向与它所感生的感应电势正方向之间遵循右手螺旋定则。,电机学 第三章 变压器,26,一次侧：发电机惯例 i0按u1正向流入一次侧。 二次侧：负载或电动机惯例 i2与u2方向相同。 i、交链，与i成右手关系；感应e，e与成右手关系。 e1 =-N1d/dt e2 =-N2d/dt e1=-N1d1/dt e与i同方向； e1与i0同方向；e2与i2同方向。,电机学 第三章 变压器,27,

12、 完整的变压器空载电磁关系,电机学 第三章 变压器,28,三、感应电动势分析,1、主磁通感应的电动势主电动势,设,则,有效值,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正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通90 。主电动势的大小与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。,电机学 第三章 变压器,29,同理可得副边感应电势为,相量,电机学 第三章 变压器,30,2、漏磁通感应的电动势漏电动势,根据主电动势的分析方法，有,漏电动势也可以用漏抗压降表示，即,由于漏磁通主要经过非铁磁路径,磁路不饱和,故磁阻很大且为常数,所以漏电抗 很小且为常数,它不随电源电压负载情况而变.,电机学 第三章

13、 变压器,31,四、电压平衡方程、变比,1、电压方程,电机学 第三章 变压器,32,2、变比,当k1为降压变压器；k1为升压变压器。 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。,忽略原绕组内阻R1和原边漏磁通1,一次侧电压U1E1；U20=E2,电机学 第三章 变压器,33,例：一台三相变压器，Yd连接，U1N/U2N=35/6.3kV，求变压器变比,解：,电机学 第三章 变压器,34,五、变压器的空载电流,空载电流波形 问题：因为电源电压1为正弦交流电，所以在单相变压器中1和也是按正弦规律变化的。但变压器磁路是由铁磁材料组成的，是非线性磁路。在非线性磁路中铁磁材料具有饱和现

14、象，所以当主磁通为正弦变化，空载电流应如何变化呢？,电机学 第三章 变压器,35,（1）当Bm1.3T，磁路末饱和状态,磁化曲线f(i)呈线性，导磁率是常数。 当按正弦变化，i亦按正弦变化。,电机学 第三章 变压器,36,（2）Bm1.4T1.73T，磁路饱和,f(i)呈非线性,随i增大导磁率逐渐变小。 磁通为正弦波，i为尖顶波，尖顶的大小取决于饱和程度。,电机学 第三章 变压器,37,波形分析,对尖顶波进行波形分析，除基波分量外，包含有各奇次谐波。其中以3次谐波幅值最大。 用等效正弦波电流替代实际尖顶波电流。等效原则：令等效正弦波与尖顶波有相同的有效值，与尖顶波的基波分量有相同频率且同相位。

15、,电机学 第三章 变压器,38,2、变压器空载运行时相量图,电机学 第三章 变压器,39,3、空载等效电路,变压器中既有电路、磁路问题，又有电与磁之间相互联系问题。为了分析问题方便，在不改变变压器电磁关系条件下，工程上常用一个线性电路来代替变压器这种复杂的电磁关系，这个线性电路就称为等值电路。,电机学 第三章 变压器,40,变压器空载时，原绕组可看成是一个带铁心的电感线圈，从AX看进去其等值阻抗:,等值电路推导,zm称为励磁阻抗； rm称为励磁电阻，它表示铁芯中的损耗（铁耗）； xm称为励磁电抗，它表示铁芯中主磁通产生的电抗。,电机学 第三章 变压器,41,电机学 第三章 变压器,42,由于磁

16、路具有饱和特性，所以不是常数，随磁路饱和程度增大而减小。但实际上，电源电压可近似认为稳定，故励磁参数也可近似认为常数。,励磁阻抗,由于 ，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只是一个Zm元件的电路。,电机学 第三章 变压器,43,3-3 变压器负载运行,变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次接上负载的运行状态，称为负载运行。（I20） 各量正方向规定与空载运行时相同。,电机学 第三章 变压器,44,一、磁动势平衡方程,负载运行时的电磁关系,电机学 第三章 变压器,45,副边出现了负载电流I2，在副边要产生磁势F2=I2N2，使主磁通发生变化，从而引起E1、E2的变化。 E1的变化又使

17、原边从空载电流I0变化为负载电流I1，产生的磁势为F1=I1N1，它一方面要建立主磁通m，另一方面要抵消F2对主磁通的影响。 由于负载时的I1Z1很小，约占6%U1N，忽略I1Z1时有1-1，则可认为空载时主磁通与负载时主磁通近似相等。,电机学 第三章 变压器,46,磁势方程式,将上式两边同除于N1，得：,一次侧电流负载分量,电机学 第三章 变压器,47,说明,变压器的负载电流分成两个分量，一个是励磁电流，用来产生主磁通,另一个是负载分量，用来抵消二次磁动势的作用。 电磁关系将一、二次联系起来,二次电流增加或减少必然引起一次电流的增加或减少。,电机学 第三章 变压器,48,二、电压平衡方程式,

18、根据基尔霍夫电压定律可写出一二次侧电动势平衡方程,电机学 第三章 变压器,49,小节,电机学 第三章 变压器,50,三、绕组折算,折算：将变压器的二次（或一次）绕组用另一个绕组来等效，同时对该绕组的电磁量作相应的变换，以保持两侧的电磁关系不变。 目的：用一个等效的电路代替实际的变压器。 折算原则： 1）保持二次侧磁动势不变； 2）保持二次侧各功率或损耗不变。 方法：将二次侧折算到一次侧，假想把二次绕组的匝数变换成一次绕组的匝数，而不改变一次和二次绕组原有的电磁关系。折算后的各物理量右上角都加“”,电机学 第三章 变压器,51,1、电流的归算,保持副边磁势不变则有：,物理意义：当用N2N1替代了N2，其匝数增加了k倍。为保持磁势不变。次级电流归算值减小到原来的1k倍。,电机学 第三章 变压器,52,2、电势的归算,根据归算前后主磁通和漏磁通均保持不变,物理意义：当用N2 替代了N2，其匝数增加到k倍。而主磁通 m及频率f均保持不变，归算后的次级电势应增加k倍。,电机学 第三章 变压器,53,3、阻抗的折算,归算前后二次侧铜损功率应不变,物理意义：当用N2替代N2后，匝数增加到k倍，次级绕组长度增加到k倍；次级电流减到为原来的