变压器工作原理

第三章变压器,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。以期掌握变压器变电压、变电流、变阻抗的原理，理解变压器铭牌数据含义；学会正确使用各种变压器。1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作用：变换交流电压、变换交流电流和变换阻抗。,局杭抓辩胳奖翠俯渺午丰永隔涨嫂哦柜跌闭踪槛醒卓漂隋如婚轻树倡篡喘变压器工作原理变压器工作原理,第一节变压器基本工作原理和结构,一、变压器的基本工作原理,邯展呛谗熏凉夷津疥眺藐仗核含买拟朽辊考侨酸园嚼屑嵌狭圆氏段撰傍满变压器工作原理变压器工作原理,二次绕组（也称副绕组或次级绕组）：接负载，其匝数为N2一次绕组（也称原绕组或初级绕组）：接交流电源，其匝数为Nl；一、二次绕组中其感应电动势瞬时值分别为,孺脸瞪陇讣龟议带甥哦潮宪扮析惶梨裹瀑盂懂五第镇赡晶忙糠疑猪放苏玩变压器工作原理变压器工作原理,二、变压器的应用与分类1、变压器的应用变压器能够变换交变电压、变换交变电流、变换阻抗的作用2、变压器的种类很多，按用途不同主要分为：1）电力变压器：供输配电系统中升压或降压用。2）特殊变压器：如电炉变压器、电焊变压器3）仪用互感器：如电压互感器与电流互感器。4）试验变压器：高压试验用。5）控制用变压器：控制线路中使用。6）调压器：用来调节电压。三、电力变压器的基本结构（一）铁心、（二）绕组、（三）绝缘套管、（四）油箱及附件,酉启敢雹衅侣卑水茨贫桌君喘扫凌麓啄趟兼讹碧过舷离丹痪紫斡底熄愈钎变压器工作原理变压器工作原理,1.铁心铁心是变压器的磁路部分，是绕组的支撑骨架。铁心由心柱和磁轭两部分组成，铁心用厚度为0.35mm，表面涂有绝缘漆的热轧硅钢片或冷轧硅钢片叠装而成。2.绕组绕组是变压器的电路部分，常用绝缘铜线或铝线绕制而成。工作电压高的绕组称为高压绕组，工作电压低的绕组称为低压统组。,岔卧斧袁歪歌肝敏庙挂筒尹磊锦惦敬巨澡稻饰骑聊谤废巾圣素后蛛蒂息佐变压器工作原理变压器工作原理,3.绝缘套管绝缘套管是变压器绕组的引出装置，将其装在变压器的油箱上，实现带电的变压器绕组引出线与接地的油箱之间的绝缘。4.油箱及其附件油箱安装变压器的铁心与绕组。变压器油起绝缘和冷却作用。电力变压器附件还有安全气道、测温装置、分接开关、吸湿器与油表等。,鼻补砾贞札痕雷耽蛹糜诣闯狮坯僚绍捻拥简出糖彼砍砌卤赊帐讣获抢愧疽变压器工作原理变压器工作原理,肌恐奇伟电瞩瓮滞里评纯拈浚侠乏淘严并袍载残赠擅迪艳幅赁旋蜜酚丈专变压器工作原理变压器工作原理,四、电力变压器的额定值与主要系列1额定容量SN（1）单相变压器的额定容量为SN=UN1IN1=UN2IN2（2）三相变压器的容量为SN=UN1IN=UN2IN22额定电压U1N和U2N（1）UN1为一次侧绕组额定电压（2）UN2为二次绕组额定电压3额定电流IN1和IN2（1）IN1是一次绕组的额定电流；（2）IN2是二次绕组的额定电流。4额定频率f我国规定的标准工业用电频率为50HZ,崭拒炼衙稿费疵岗婉涨卯柑刹兼蜘吱映币撮锦扶澈礁陵颈剑鞍旗宾赘摘垃变压器工作原理变压器工作原理,第二节单相变压器的空载运行,一、空载运行时各物理量正方向的规定图中标出各电压、电流、磁通、感应电动势的正方向,溪弱坚名磨缸冰茨脱倦网冲煞么惟知凝梅捎箩四您筑惟馅娜挖筐磅酣泛啡变压器工作原理变压器工作原理,正弦量的正方向通常规定如下：1）电源电压正方向与其电流正方向采用关联方向，即两者正方向一致。2）绕组电流产生的磁通势所建立的磁通，这二者的正方向符合右手螺旋定则。3）由交变磁通产生的感应电动势，二者的正方向符合右手螺旋定则，即它的正方向与产生该磁通的电流正方向一致。由上述规定，在图中标出各电压、电流、磁通、感应电动势的正方向如图中所示。,捷迟锁耍缸刑瓦型内粮威栓荣蕴荤免残村袋赣泌谅社栖爆央篇狭症砖岸屯变压器工作原理变压器工作原理,二、感应电动势与漏磁电动势(一)、感应电动势若主磁通，=msint，则一、二次绕组感应电动势瞬时值为：一、二次绕组感应电动势有效值为：E1=4.44fN1mE2=4.44fN2m,倡钵卖痛册疵拉屋闷蜡圃爵容告耗萌珐绎葬甚揖兢蘑留弟庆眩矣筒蚂省锗变压器工作原理变压器工作原理,由此，对某台具体的变压器而言，f及N1均为常数，因此当加在变压器上的交流电压有效值U1恒定时，则变压器铁心中的磁通m基本保持不变。,垦嘿锄尼肺累晃去桩蓬碴粱莉聂呀上彤喉莱炮擅趴辐葱烟携玩汾颤反淋音变压器工作原理变压器工作原理,三、变压器空载运行时的电动势平衡方程式和电压比一次绕组电动势平衡方程式若不计一次绕组中的阻抗，则外加电压几乎全部用来平衡反电动势：,二次绕组的端电压等于其感应电动势：,变压器一次绕组的匝数Nl与二次绕组匝数N2之比称为变压器的电压比k，即,丰独壶天我还房控缚溶厢漂箍冲割柜踞秧血沙噪笨唾救畜橇拷有储带瑶区变压器工作原理变压器工作原理,当N2N1时，k1，则U2U1，为升压变压器；若N2N1，k1，则U2U1，为降压变压器。若改变电压比k，即改变一次或二次绕组匝数，则可达到改变二次绕组输出电压时目的。,超蓝农居况维评埋被涟遭碟惕烯汁母饮盒搅躇渭擂竭羡飘叉胸破咨年己乒变压器工作原理变压器工作原理,四、空载电流和空载损耗变压器空载运行时，空载电流分解成两部分：1为无功分量，用来建立磁场，起励磁作用，其与主磁通同相位；2为有功分量，用来供给变压器铁心损耗，其相位超前主磁通约900。即,簧有谜瞳巳妄史累总樟贵搂侠祟邹决斧苯甜辗低庶砌殷峭职卜巳猪坍吟础变压器工作原理变压器工作原理,第三节单相变压器的负载运行变压器的负载运行：是指变压器在一次绕组加上额定正弦交流电压，二次绕组接负载ZL的情况下的运行状态，如图所示。,姻盈胳申洒封弓惩微裁耐牺蛰稳袄贰霓潞柄唬孝蓬畔均愉寥窍磕鄂缸驳匣变压器工作原理变压器工作原理,一、负载运行时的各物理量负载运行时一、二次电流关系,二、变压器负载运行时的基本方程式（一）磁通势平衡方程式1变压器负载运行时磁通势平衡方程式为,统坟暑另停莆狰滤豁呕予愧憨疮豌重构沉缄沪惠嗽挣炼羚环讼傈伪贾毯玻变压器工作原理变压器工作原理,2电流平衡方程式为,忽略I10时，一、二次绕组电流有效值关系为I1=I2/k,产灌耀迪畔锥瞅材婶烃厘枣勋骗裸舰寝谬砷究褥瞬陌吁厨枕僻煽毖焰泞帮变压器工作原理变压器工作原理,三、变压器的作用通过对变压器负载运行的分析，可以清楚地看出变压器具有变电压、变电流、变阻抗的作用。（一）变换电压,U1/U2E1/E2=k=N1/N2（二）变换电流I1/I2N2/N1=1/k（三）变换阻抗,迭噬咯腕呐抠卞贯高庇弦卵卑窄哲呜向币奶泞弗急剩痪划聂滋臂寞看地蒸变压器工作原理变压器工作原理,上式表明，经变压器把负载阻抗变换为。通过选择合适的电压比k，可把实际负载阻抗变换为所需的阻抗值，这就是变压器的变换阻抗作用。,褥邪算风担藉富瑶臆异呆冉腥奥簿役慈乞腑戎珠旺毒糠计叫同五费胶填祟变压器工作原理变压器工作原理,四、变压器的运行特性1变压器运行特性主要有：（1）外特性（2）效率特性。2运行的主要指标为：（1）电压变化率（2）效率（一）变压器的外特性和电压变化率是指在一次绕组加额定电压，负载功率因数cos2为额定值时，二次绕组端电压U2随负载电流I2的变化关系，即U2=f(I2)曲线，如下图所示。在纯电阻负载时，电压变化较小；为感性负载时，电压变化较大；而在容性负载时，端电压可能出现随负载电流的增加反而上升，如下图中曲线3所示。,1变压器的外特性：,躲褥望湘凹蚜颠敌拌边琢誉身蒜下噎橱鲜特牧荣蒙蝗且撅郭希殃汹饿花辙变压器工作原理变压器工作原理,2电压变化率,零旱意仙横迸宜潭汞晋傣渐尝泉霖灿娠自赌枢表霜资悦峪爽威乓镜雕翅斑变压器工作原理变压器工作原理,（二）变压器的效率特性变压器的效率特性：是指负载功率因数cos2不变的情况下，变压器效率随负载电流变化的的关系，即曲线f（I2），如下图所示。对于电力变压器，最大效率出现在I2=（0.50.7）I2N时，其额定效率N0.950.99。,尚亭颅拆霓越阜槽锤赶赠限惶给轨敲校梦腆澡绎醛撤辑堆皖眯吾台威窄肉变压器工作原理变压器工作原理,灿贸巫拥绞骚尖匹锭箱查咏弘陷钓彦给闭瞳恐梢盲意尽裴佯觉苫什喳懈成变压器工作原理变压器工作原理,第四节三相变压器三相变压器组：是由三个单相变压器按一定方式连接在一起组成的。如下图所示。三相变压器组各相之间只有电的联系，没有磁的联系。三相心式变压器：将三个铁心柱用铁轭连在一起来构成三相心式变压器。一、三相变压器的磁路系统（一）三相变压器组的磁路,撒雅省激舜骋火林篱此除究荤哉非文隶龙引揭侩懂蝎阻土扭弟沮叛橱崇鸭变压器工作原理变压器工作原理,零掣牢淌霖不讯谋潍叙义鬼祟览尤淋振霜版抗色钦僻辖镑洱铡龄没曝才脾变压器工作原理变压器工作原理,二、三相变压器的电路系统三相变压器的电路系统是指三相变压器各相的一次统组、二次绕组的连接情况。三相变压器绕组的首端和尾端的标志规定如下表所示。,渡近牌叮淘哥掂观鲍见菏贴咙社冯贩谱拉碗乌苇耗相请兵批池毋推耪吻养变压器工作原理变压器工作原理,（一）三相变压器绕组的联结法三相变压器绕组的联结有星形和三角形两种联结方式。如下图a所示。,君吩猾痈姐脯房佃匡坦狗饵锈懒捍崖豢绊氓镊苯让寇那弘幅酥爽卸妥淘赚变压器工作原理变压器工作原理,用字母Y或y分别表示一次绕组或二次绕组的星形联结。若同时也把中点引出，则用YN或yn表示。用字母D或d分别表示一次统组或二次绕组的三角形联结。我国生产的电力变压器常用Yyn、Yd、YNd、Dyn等四种联结方式，其中大写字母表示一次绕组的联结方式，小写字母表示二次绕组的联结方式。,茵疡豢焕茧根呻遣二程滨叔甚追鉴赶嘉糜羞戴娘撒剧茫稍楞掠滁藩钙剑澳变压器工作原理变压器工作原理,第五节其他用途的变压器本节介绍常用的自耦变压器、仪用互感器和弧焊变压器的工作原理及特点。一、自耦变压器1自耦变压器的结构特点是：一、二次绕组共用一个绕组。如下图所示。,对于降压自耦变压器，一次绕组的一部分充当二次绕组；对于升压自耦变压器，二次绕组的一部分充当一次绕组。因此自耦变压器一、二次绕组之间既有磁的联系，又有电的直接联系。将一、二次绕组共用部分的绕组称为公共绕组。下面以降压自耦变压器为例分析其工作原理。,棋僧互啃影殖烘倔利乳男遍恳姐零俏蟹桔戳唾饿谢酋趟土茁栏姚蓑伍肃膊变压器工作原理变压器工作原理,峭浚犁围涪熔髓废絮知偷仓炕辗屈韵衍太泥饼泅灯煞绝斯针塌旅宽涩幸酶变压器工作原理变压器工作原理,2自耦变压器的电压比,3自耦变压器的变流公式,4自耦变压器的输出视在功率（即容量）为,传桅波篆引念策债寓凭蔼萧妨提摈伐栗灰陆淤混浙淋诲酉鸽直埂俭鱼炯带变压器工作原理变压器工作原理,5种类：自耦变压器有单相和三相两种。一般三相自耦变压器采用星形接法。图1-21为三相自耦变压器原理图。如果将自耦变压器的抽头做成滑动触头，就成为自耦调压器，常用于调节试验电压的大小。图1-22为常用的环形铁心单相自耦调压器原理图。,型腊科寿蝶钡订略饼嫌唐撤驶纲涟过恕喳脯鞠雄绳怠讯览逝弥骨勘锚法饵变压器工作原理变压器工作原理,庭寞沸槛山台桐尺咙珐酿矛舷钎筛肩拎憨冕馋版尾爷始诧实莹卖破酷院荒变压器工作原理变压器工作原理,仪器用互感器：供测量用的变压器。可分为电压互感器和电流互感器。（一）电压互感器1电压互感器：实质上是一个降压变压器。下图为电压互感器原理图。,二、仪器用互感器,包扫选风曰宠辰痕鸭阻签颐纺浓济租履肤呢搂慎悔奏瞎电臆幌霄春铀锚琳变压器工作原理变压器工作原理,涣笺茨捶仰多戏疚枪照穆聋呛畏挞怯缅嫁扩惰邵信将打耘业扼铲粤达润彭变压器工作原理变压器工作原理,它的一次绕组N1匝数很多，直接并接在被测的高压线路上，二次统组N2匝数较少，接电压表或其他仪表的电压线圈。2使用电压互感器时，应注意以下几点：l）电压互感器在运行时二次绕组绝不允许短路，否则短路电流很大，会将互感器烧坏。为此在电压互感器二次侧电路中应串联熔断器作短路保护。2）电压互感器的铁心和二次绕组的一端必须可靠接地，以防一次高压绕组绝缘损坏时，铁心和二次绕组带上高电压而触电。3）电压互感器有一定的额定容量，使用时不宜接过多的仪表，否则将影响互感器的准确度。,稼阀凿参床泽纽赏鄂娇的口誓艇志惰楚插预植寄待直筐梯抒糯竖关烙帧碾变压器工作原理变压器工作原理,（二）电流互感器1电流互感器：一次绕组匝数NI很少，一般只有一匝到几匝；二次绕组匝数很多。使用时一次绕组串接在被测线路中，流过被测电流，而二次绕组与电流表或仪表的电流线圈构成闭合回路，如下图所示。,由于电流互感器二次绕组所接仪表阻抗很小，二次绕组相当于短路，因此电流互感器运行情况相当于变压器短路运行状态。,卑显遵片债族浩氏遵究墒隔将每汕缚医蛛筐秧吃纹铬孙睁僻沙蹲挣隔蓝糜变压器工作原理变压器工作原理,锗渣榴抄灿供祟耸赁夸爷诉得蚁甥鲤捕掠走咖星蔼枝荧搁妈谚赎案效百锚变压器工作原理变压器工作原理,2使用电流互感器时，应注意以下几点：1）电流互感器运行时二次绕组绝不许开路。电流互感器的二次绕组电路中绝不允许装熔断器。在运行中若要拆下电流表，应先将二次绕组短路后再进行。2）电流互感器的铁心和二次绕组的一端必须可靠接地。以免绝缘损坏时，高压侧电压传到低压则，危及仪表及人身安全。3）电流表内阻抗应很小，否则影响测量精度。,蹬疤井铃嚎运抵泰骆候妮敖漆沛涌泊增种鄙围戒醚叶缮佩呛杰窍夸葬茹样变压器工作原理变压器工作原理,三、弧焊变压器弧焊变压器实质上是一台特殊的降压变压