变压器工作原理讲解.ppt

1、第一节：变压器的工作原理、分类和结构；第2节：变压器的空载运行；第3节：变压器的负载运行；第4节：变压器的等效电路和相量图；第5节：变压器参数的测量和校准；第6节：变压器的运行特性；第7节：三相变压器；第8节：其他用途的变压器。变压器是静态电器，它通过线圈之间的电磁感应。将一个电压等级的交流能量转换成另一个具有相同频率的电压等级的交流能量。第三章变压器是一种静态电器，它通过线圈之间的电磁感应将一个电压等级的交流能量转换成另一个相同频率的电压等级的交流能量。确切地说，它具有电压变换、电流变换、阻抗变换和隔离电路的功能。例如，在电力系统中，发电机产生的电压由电力变压器升高，然后远距离传输。到达目的

2、地后，变压器降低电压供用户使用；使用自耦变压器改变实验室的电源电压；在测量中，仪表变压器用于扩大交流电压和电流的测量范围；在电子设备和仪器中，低功率电力变压器用于提供各种电压，耦合变压器用于传输信号和隔离电路上的连接等。虽然变压器的尺寸和用途各不相同，但它们的基本结构和工作原理是一样的。第一节变压器1的工作原理、分类和结构。变压器的基本结构铁芯由铁芯柱和铁轭组成。为了提高导磁率，降低铁损，变压器主磁路采用热轧或冷轧硅钢片制成，厚度为0.35-0.5毫米，表面涂绝缘漆。变压器的基本结构分为四个部分：铁心变压器的磁路；绕组变压器电路；绝缘结构。油箱等其他零件。(1)铁芯，在变压器的铁芯中，每个硅钢

3、片被拼接。叠片时，采用重叠式，即上下叠片的接头错开，这样可以减小接头间隙和励磁电流。如下图所示。在小型变压器中，铁轭、铁芯柱和铁芯柱的横截面是方形的。大容量变压器采用阶梯截面，如图3-6所示。绕组是变压器的电路，通常由绝缘铜线或铝线(扁线或圆线)制成。(2)绕组和磁轭的横截面为矩形和阶梯状，如图3-7所示，其横截面一般比铁心柱的横截面大(510%)，以减少空载电流和空载损耗。堆叠铁芯的轭架用槽钢(或焊接夹)和螺钉固定。铁芯柱用环氧无纬玻璃纤维胶带捆绑。当使用冷轧硅钢片时，通过堆叠斜切钢板可以提高磁导率，降低损耗，如图3-5所示。一次侧与电源相连，二次侧与负载相连，如下图所示，有两组：一组绕组与

4、电源相连，称为一次绕组(或一次绕组)，该侧称为一次侧(或一次侧)；另一个绕组与负载相连，称为次级绕组(或次级绕组)，这一侧称为次级侧(或次级侧)。同心绕组，重叠绕组，对于三相变压器，根据两组绕组的相对位置，绕组可分为同心绕组和重叠绕组，如下图所示。根据绕组和铁芯的相对位置，变压器有两种类型：外壳结构和铁芯结构，如下图所示。(3)其他结构部件，如下图所示，油浸式电力变压器的结构还包括油箱、绝缘套管、储油柜、安全风道等。变压器的分类：电力变压器和特殊变压器按其用途分类。根据绕组数量：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。根据相数：单相变压器、三相变压器和多相变压器。根据核

5、心结构：核心转换国内主要变压器系列：SJL1(三相油浸铝电力变压器)、SEL1(三相强油风冷铝电力变压器)、SFPSL1(三相强油风冷三线圈铝电力变压器)、SWPO(三相强油冷自耦变压器)等。按容量划分：小型、中型、大型和超大型变压器。升压变压器、三相干式变压器、接触式调压器、电力变压器、环形变压器、控制变压器、变压器的工作原理，变压器的主要部件是一个铁芯和套在铁芯上的两个绕组。两个绕组只有磁耦合，没有电源连接。向初级绕组施加交流电压，以产生交联的初级绕组和次级绕组的交流磁通量，并且在两个绕组中分别感应电动势e1和e2。根据电磁感应定律，电动势的瞬时方程可以写成：(1)磁通量有变化；(2)如果

6、初级绕组和次级绕组的匝数不同，电压可以改变。弗吉尼亚州、KVA和MVA的变压器额定值及其实际输出功率取决于负载的大小和性质，即功率=斯科。U1N是指根据绝缘强度和允许发热，应加到初级绕组的正常电压有效值。U2N是指当额定电压施加到初级侧时，次级侧的开路电压。三相变压器的额定电压是线路电压。此外，额定值还包括效率、温升等。除额定值外，铭牌上还标有变压器的相数、接线组和接线图、短路电压(或短路阻抗)的标称值、变压器的运行模式和冷却模式等。额定频率fn指电源频率，中国标准电源频率为50Hz。为了考虑运输，有时铭牌上还标有辅助数据，如变压器的总重量、油重、车身重量和外形尺寸。第二部分是变压器的空载运行

7、。首先，空载运行的物理条件。变压器空载运行是指变压器一次绕组接入额定电压交流电源，二次绕组开路时的工作状态。u1、i0、主磁通量，当交流电压u1施加到变压器的初级绕组时，交流电流i0(即空载电流)流过初级绕组，并且建立交流磁场。N1、N2、1。根据电磁感应原理，电动势e1、e1和e2分别在初级和次级绕组中产生。E1，E1，E2，U02，I2=0，U02。根据基尔霍夫电压定律，根据上图所示的电压、电流和电动势的正方向，一次绕组和二次绕组的电动势方程可以写成：U1=i0R1-E1-E10R1N1D/DT，U02=E2=set，然后，有效值，类似地，e2=2fN2msin(t-90)=E2msin(

8、t-90)，有效值E2=4.44fN2m，相量表达式，因此，可以得到E1/E2=N1/N2U1/U2 漏电动势也可以用漏电压降来表示，即由于漏磁通量主要通过非铁磁路径，磁路不饱和，磁阻大且恒定，所以漏抗小且恒定，不随电源电压负载而变化。 K1变压器为降压变压器；K1变压器是升压变压器。(1)一次侧电动势平衡方程，变压器空载运行时的电动势平衡方程：忽略小的泄漏阻抗压降，并以有效值的形式写入，如果是，重要公式，可以看出影响主磁通大小的因素是电源电压和频率，以及一次线圈的匝数。(2)二次侧电动势平衡方程；2)空载电流和空载损耗；1)动作和构图；(1)空载电流；空载电流i0包含两个分量：2)性质和大小

9、；性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电流主要是感性无功，也称为励磁电流。另一个是铁损分量iFe，称为铁损电流。它的主要功能是补铁一个是励磁分量(无功分量)I，称为磁化电流，其功能是建立一个与主磁通同相的磁场；尺寸：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材料和几何尺寸有关，用空载电流百分比I0%表示，与两个分量的相量关系：I0=I IFE通常为IFE10%I0，所以I0I，3空载电流波形，由于磁路饱和，空载电流与其产生的主磁通有非线性关系。因此，当主磁通按照正弦规律变化时，空载电流呈现峰值波形。实际空载电流是非正弦波，但为了便于分析、计算和测量，在相量图和计算公式中经常使用正弦电流代

10、替实际空载电流。(2)空载损耗，约占额定容量的0.2%-1%，随变压器容量的增加而降低。为了降低空载损耗，改进设计结构的方向是使用高质量的铁磁材料：高质量硅钢片、激光硅钢片或非晶合金。当变压器空载运行时，初级绕组从电源汲取少量电力P0，主要用于补偿铁芯中的铁损和绕组中的少量铜损。它可以被认为是P0 pFe。3。空载时的相量图和等效电路。相量图，(1)作为参考相量，(2)同相超前，变压器空载时的相量图可以根据一次侧电动势平衡方程，由二次侧电动势平衡方程得出，(3)滞后；(4)、(5)、(2)等效电路，其中一个是无铁芯线圈，其阻抗为Z=R1 Jx；另一种是带铁芯的线圈，其阻抗为Zm=Rm jXm，

11、即初级侧电动势的平衡方程，因此，漏阻抗有时被忽略，空载等效电路只是一个元件的电路。在某些情况下，大小取决于。从操作的角度来看，希望越小越好。因此，变压器经常使用高磁导率材料来提高、降低和改善运行效率和功率因数。(1)感应电动势e与电源频率f、绕组匝数n和铁芯中主磁通量的最大值m成比例，并且它相位滞后90度以产生其主磁通量。主磁通量的大小由电源电压、电源频率和初级线圈的匝数决定，与磁路中所用材料的性质和几何尺寸无关。(3)空载电流的大小与主磁通、线圈匝数和磁路的磁阻有关。铁芯的饱和度越高，磁导率越低，励磁电抗越小，空载电流越大。因此，应合理选择铁芯横截面，以最大化磁通量密度Bm。(4)铁芯材料的

12、导磁率能量越好，励磁电抗越大，空载电流越小。因此，变压器的铁芯都是由高磁导率的硅钢片制成的。(2)电抗是由交变磁通量感应的电动势与产生磁通量的电流之比。在线性磁路中，电抗是恒定的，而在非线性电路中，电抗随着磁路的饱和而减小。(5)气隙对空载电流有很大影响。气隙越大，空载电流越大。因此，铁芯叠片接头之间的气隙应严格控制。第三部分是变压器的负载运行。首先，负载操作的物理条件。变压器在初级侧连接到额定频率和额定电压的交流电源，在次级侧连接到负载，这称为负载运行。本文阐述了负载运行的电磁过程，负载运行的基本方程，磁动势的平衡方程，或者以电流的形式，电磁关系联系着一次和二次，二次电流的增减必然导致一次电

13、流的增减。当负载运行时，空载电流忽略为：这表明为了克服这一困难，通常用一个假想绕组代替其中一个绕组，使其成为一个比率为k=的变压器，这样初级和次级绕组可以连接成一个等效电路，从而大大简化了变压器的分析和计算。这种方法被称为绕组缩减。转换后的数量通过在原始符号上添加上部标签“”来区分。转换只是一种人为处理问题的方法，不会改变运行中变压器的电磁特性。应该注意的是，传统上，我们将变压器二次侧的数据转换为一次测量。(1)由于转换后的次级绕组和初级绕组匝数相同，根据电动势和匝数的关系可以得到次级侧电动势和电压的转换值；(2)根据转换前后二次绕组磁动势不变的原理，可以得到二次侧电流的转换值；(3)根据转换

14、前后二次绕组铜耗不变的原理，可以得到二次侧阻抗的转换值。t型等效电路：近似等效电路，简化等效电路：从简化等效电路可以看出，短路阻抗起着限制短路电流的作用，由于短路阻抗值很小，变压器的短路电流值相对较大，一般达到额定电流的1020倍。3。变压器加载时的相量图。假设变压器有感性负载，制作相量图的步骤对应于T型等效电路。制作相量图的步骤(假设感性负载)对应于简化的等效电路。由等效电路可知，简化的相量图可以根据方程制作。第5节变压器参数的测量和标准值，1。空载测试，1。目的：通过测量空载电流、一、二次电压和空载功率，计算空载电流的比例和百分比。(2)接线图：(3)要求和分析：(1)为了便于测量和安全，

15、通常在低压侧加电压，高压侧开路；4)计算参数，5)空载电流和空载功率必须是额定电压的值，并据此计算励磁参数；6)如果要获取高压侧参数，必须进行转换；7)对于三相变压器，每个公式中的电压、电流和功率都是相位值。(1)目的：通过测量短路电流、短路电压和短路功率，计算变压器的短路电压、铜损和短路阻抗的百分比。(2)接线图：(3)要求和分析：(1)高压侧加电压，低压侧短路；3)同时记录实验室的室温；4)由于外加电压小，主磁通小，铁损小，铁损被忽略。认为：5)参数计算，数据结果：短路阻抗：短路电阻：短路电抗：6)温度转换：电阻应转换为参考工作温度值。Rk75=Rk(铜线)、Rk75=Rk(铝线)、Zk7

16、5=，短路损耗和短路电压也应转换为75 PkN=I2N1 Rk75 UkN=IN1 Zk75的值。注：另外，由于实验是在高压侧进行的，得到的实验参数是高压侧的数据，所以不需要转换到高压测量。7)对于三相变压器，每个公式中的电压、电流和功率都是相位值；三。标准值。在工程计算中，每个物理量通常用相应的标准值来表示，而不是实际值。通常情况下，每个量的额定值作为基础值，由公式：标准值=实际值/基础值计算得出，每个物理量的标准值在右上角加“*”表示。例如，标称值经常作为一个重要参数标记在变压器的铭牌上。使用标准值的优点如下：1 .使用标准值可以简化每个量的数值，并且可以直观地看到变压器的运行情况。电力变压器的参数和性能指标总是在一定的范围内，便于分析和研究缺点：第六节变压器1的运行特性。电压调整率和变压器的外部特性1)电压调整率是指当一次侧接入额定电压网，负载功率因数不变时，二次侧端电压变化的相对值，用U*表示。调压率是表征变压器运行性能的重要指标之一，其大小反映了