变压器的基本工作原理和结构PPT学习教案

1、会计学1变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构第1页/共110页电能机械能电能？电动机变压器第2页/共110页一、变压器的基本工作原一、变压器的基本工作原理理问题问题: : 为什么将变压器的原边接到交流电源上，灯泡就会发光呢？第3页/共110页变压器就是按照“动电生磁，动磁生电”的电磁感应原理制成的。一、一、变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理第4页/共110页灯泡将电能转换成了光能第5页/共110页第6页/共110页第7页/共110页变压器的变压器的外型外型和和器身器身图图二、变压器的分类二、变压器的分类第8页/共110页电力变压器的类别电力变压器的类别用途分用途分配电变压

2、配电变压器器升压变压升压变压器器降压变压降压变压器器（一）电力变压器第9页/共110页试验、仪用等变压器试验、仪用等变压器(二) 特种变压器电力变压器的类别电力变压器的类别用途分用途分电炉、整流变压器电炉、整流变压器第10页/共110页电力变压器类别电力变压器类别- -线圈数目分线圈数目分v双绕组变压器双绕组变压器，在铁芯中有两个绕组，一个为初级绕组，一个为次级绕组 v自耦变压器，自耦变压器，初级、次级绕组合为一个 v三绕组变压器三绕组变压器，三个绕组连接三种不同电压的线路v多绕组变压器，如分裂变压器分裂变压器第11页/共110页电力变压器类别电力变压器类别- -冷却方式冷却方式l油浸式变压器

3、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（大容量）l干式变压器干式变压器 能满足特殊要求，如安全（小容量变压器）l充气式变压器充气式变压器绝缘性能优于油浸式（大容量）SF6第12页/共110页干式变压干式变压器器油浸式变压器油浸式变压器电力变压器类别电力变压器类别- -冷却方式冷却方式强迫油循环电力变压器强迫油循环电力变压器第13页/共110页电力变压器类别电力变压器类别- -相数相数单相变压器单相变压器三相变压器三相变压器第14页/共110页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第15页/共110页第16页/共110页图油浸式电

4、力变压器第17页/共110页l电力变压器的铁心是由0.35mm0.35mm厚的冷轧硅钢片叠成。减少涡流损耗，提高导磁系数。铁心柱铁轭图变压器的铁芯平面图变压器的铁芯平面第18页/共110页心式心式 结构简单工艺简单应用广泛壳式壳式 结构复杂，用在小容量变压器和电炉变压器 图 铁芯结构示意图第19页/共110页奇数层偶数层奇数层偶数层图 叠片式铁世交错的叠放方式第20页/共110页近年来，出现一种渐开线形铁芯优点：节省硅钢片，便于机械化生产，节省工时油道图 铁芯柱截面第21页/共110页第22页/共110页图壳式变压器的结构示意图第23页/共110页图芯式变压器的铁芯和绕组的装配示意图图芯式变压

5、器的铁芯和绕组的装配示意图第24页/共110页 绕组的基本型式绕组的基本型式同心式同心式 同芯式同芯式铁芯式变压器常用。高压绕组和低压绕组均做成圆筒形，然后同芯地套在铁芯柱上 ，为便于绝缘，通常低压绕通常低压绕组在里面组在里面，高压绕组在外高压绕组在外面面 ，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第25页/共110页图交叠式绕组图交叠式绕组第26页/共110页第27页/共110页变压器运行时产生热量，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。呼吸呼吸保护作用当变压器出现故障时，产生的热量

6、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。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第28页/共110页第29页/共110页n套管外形常做成伞形，电电压越高、级数愈多压越高、级数愈多。图绝缘套管图绝缘套管第30页/共110页第31页/共110页一、变压器型号一、变压器型号第32页/共110页第33页/共110页第34页/共110页NNNNNNIUSIUS2211NNNNNNIUSIUS221133第35页/共110页第36页/共110页油浸变压器的绕组均用

7、油浸变压器的绕组均用A级绝缘级绝缘。根据我国的气候情况，国家标准规定以。根据我国的气候情况，国家标准规定以+40作为周围环境空气的最高温度，并据此规定变压器各部分的容许温升作为周围环境空气的最高温度，并据此规定变压器各部分的容许温升 绕组最高允许温度为105 变压器部分最高温升()测量方法绕组65电阻法铁芯表面70温度计法油(顶层)55温度计法表3-1 变压器的允许温升第37页/共110页第38页/共110页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10KV35KV66KV110KV220KV5

8、00KV10KV/0.4KV第39页/共110页第40页/共110页第41页/共110页第42页/共110页第43页/共110页1 电磁物理现象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 空载相量图第44页/共110页空载运行：空载运行：原边接额定电压 的电源，副边开路原边绕组电流 为空载电流，产生空载励磁磁势 _产生主磁通 一、空载运行时的物理情况一、空载运行时的物理情况1U0I0F0010INF第45页/共110页1磁通分为两部分磁通分为两部分变压器铁心由高导磁材料硅钢片制成（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

9、，漏磁通占总磁通的1弱。01E2E1E第46页/共110页第47页/共110页第48页/共110页旋”定则。定则。n电流正方向与电势正方向一致。第49页/共110页例如正在增加，d/dt为正，e1 N1d/dt0为负，若外电路能使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增加的作用，即符合楞次定律第50页/共110页若 u1 随时间按正弦规律变化，则 0 也按正弦规律变化，设： )90sin(cos)90sin(cossin.22022110110tNtNdtdNetNtNdtdNe感应应电动势瞬时值为为mtmmmmm磁通幅值主磁通第51页/共110页

10、（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900第52页/共110页mmmmmmfNfNEEfNfNEE2222111144. 422/44. 422/mmfNjEfNjE221144.444.4第53页/共110页 结论：磁路不饱和，磁阻很大，且为常数，因此X1很小，且为常数，X1X1不随电源电压不随电源电压U1U1和负载变化和负载变化第54页/共110页空载电流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际上就是一个非线性电感器，其磁通量与电流的关系，服从与铁磁材料的磁化曲线 =f(i)磁化曲线第55页/共

11、110页raIII0000rI0aI0第56页/共110页%100%00NIII第57页/共110页I I0 0 受磁路饱和影响，空载电流呈尖顶波形为分析、测量、计算方便，在相量图和计算式中，用等效正弦波来代替实际的空载电流第58页/共110页第59页/共110页第60页/共110页一次侧一次侧影响m（主磁通幅值）因素1 1、电源、电源 U1 、 f2 2 、结构、结构 N1第61页/共110页综上所述可得综上所述可得:忽略电阻压降和漏磁电势， 则U1E14.44fN1 m。 m mUU1 1即：当外当外施电压施电压U1U1为定值，主磁通为定值，主磁通 m m也为一定值也为一定值影响m（主磁通

12、幅值）因素1、电源、电源 U1 、 f2 、结构、结构 N1第62页/共110页第63页/共110页NNUU：KDY213,联接NNUUUUNNEEK212012121三相变压器：K为一、二次侧相电动势（电压）之比NNUU：KYD213,联接第64页/共110页X1表示漏磁通对电路的影响，近似为常数第65页/共110页强调强调：Rm励磁电阻励磁电阻，并非实质电阻、是为计算铁损耗铁损耗引进的模拟电阻模拟电阻。Xm励磁电抗，励磁电抗，是主磁通是主磁通引起的电抗Zm励磁阻抗励磁阻抗由于铁芯磁路具有饱和特性，参数Zm随外施电压增加而减小，不是常数。但变压器正常运行时，外施电压等于或近似等于额定电压，且

13、变动范围不大,可把Zm看成常数。第66页/共110页 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Z1，则I I0 0大小取决天大小取决天Z Zm m 等效电路图只有Zm变压器采用高导磁材料，增大励磁阻抗Zm（Xm)，降低空载励磁电流I0，提高运行效率和功率因数第67页/共110页空载时基本方程式空载时基本方程式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第68页/共110页第69页/共110页 答案： 由于 U204.44fN2mU20由220伏变到380伏，增加了 倍，则主磁通m也增 加了 倍，磁路饱和程度增加，因而励磁

14、电流I0大大增 加，有可能烧毁线圈。33第70页/共110页本节重点本节重点各参数的物理意义及相互间关系各参数的物理意义及相互间关系 （基本方程式）（基本方程式）第71页/共110页第72页/共110页3.3 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行负载运行时的电磁关系负载运行时的电磁关系负载运行时的基本方程式负载运行时的基本方程式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第73页/共110页第74页/共110页二次绕组电流二次绕组电流的影响的影响带负载负载一次侧接电源一次侧接电源1，二次侧接负载，二次侧接负载Z ZL L，此时，此时二次侧流过电流二次侧流过电流i2。一次侧电流不再是

15、。一次侧电流不再是i0， 而是变为而是变为i1。负载后负载后二次侧电流产生磁势二次侧电流产生磁势F2=N2i2，该磁势将力，该磁势将力图改变磁通图改变磁通0，而磁通是由电源电压决定的，而磁通是由电源电压决定的， 也就也就是说是说0基本不变。基本不变。要维持维持0不变不变，一次绕组产生一个附加电流i i1L1Li1L 产生磁势N1i1L=N2i2（与二次磁动势相抵消）一次电流变为 i i1 1=i=i0 0+i+i1L1L总磁势总磁势 F1+F2=N1i1+N2i2 产生产生0第75页/共110页第76页/共110页第77页/共110页改变一、二次侧匝数不仅能变改变一、二次侧匝数不仅能变压，而且

16、能变电流压，而且能变电流第78页/共110页第79页/共110页第80页/共110页问题是否可找到一个便于工程计算的单纯电路，以代替无电路联系、但有磁路耦合作用的实际变压器，但这个电路必须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，前提条件是必须进行绕组折算第81页/共110页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第82页/共110页第83页/共110页kINNINNIININI/212222222222归算前后磁势应保持不变归算前后磁势应保持不变第84页/共110页而主磁通 m及频率f均保持不变，折算后的二次电势应增加k倍22222kEEIIE第8

17、5页/共110页2222222RkRIIR第86页/共110页算后次级匝数增加了算后次级匝数增加了k倍，故倍，故漏抗应增加到漏抗应增加到k2倍。倍。2222222xkxIIx第87页/共110页222222222222)(/kUIZEkkIZkkEIZEUl物理意义：当用当用N 2替代了替代了N2，其匝数增加，其匝数增加到到k倍。而主磁通倍。而主磁通 m及频率及频率f均保持不变，折均保持不变，折算后的二次电压应增加算后的二次电压应增加k倍倍第88页/共110页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增加了k倍，故漏阻抗应增加到k2倍。第

18、89页/共110页第90页/共110页1、“T”形等效电路形等效电路第91页/共110页变压器近似等效电变压器近似等效电路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行的某些问题，如二次侧电压变化载运行的某些问题，如二次侧电压变化并联运行的负载分配等并联运行的负载分配等第92页/共110页短路电阻短路电阻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=U

19、1/ZS=（1020）IN3、ZS起限制直到限制短路电流起限制直到限制短路电流的作用的作用略去励滋电流略去励滋电流（支路（支路）常用于定性分析）常用于定性分析第93页/共110页图感性负载时变压器的相量图图感性负载时变压器的相量图第94页/共110页本节知识点本节知识点1、负载运行时各参数的物理意义及特点、负载运行时各参数的物理意义及特点2、基本方程式、基本方程式第95页/共110页参数确定方法参数确定方法：1、计算法设计时采用2、试验法空载、短路试验（已制造好的变压器）第96页/共110页励磁阻抗也是励磁阻抗也是归算至归算至低压侧低压侧的值的值。第97页/共110页第98页/共110页FeNPPIII）U）Uk、0100120%100%(低压高压低压侧一样高mRmZXmIPRmIUZm2202000低压侧第99页/共110页测量而把高压侧短路。二者测二者测得的数值不同，用标么值计算得的数值不同，用标么值计算则相同则相同。第100页/共110页S，S1.3I1N到0.5I1N测56点。