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1、学习情境四 变压器的认识,2,任务一 学习变压器的基本知识,任务二 常见变压器的认识,返回,任务一 学习变压器的基本知识,4.1.2观察变压器的结构并分析工作原理 变压器是根据电磁感应原理制成的一种电气设备，它具有变压、变流和变阻抗的作用，在各个工程领域获得广泛应用。 变压器的种类很多，按交流电的相数不同，分为单相变压器和三相变压器;按冷却方式分为油浸(自冷)式变压器(把铁芯和绕组装进绝缘油箱中，借助于油的对流来加强冷却)、干式变压器(变压器的热量直接散发到空气中)、充气式变压器(变压器的器身放在封闭的铁箱内，箱内充以绝缘性能好、传热快、化学性能稳定的气体)等。 一、变压器的结构 变压器由铁芯
2、和绕组两个基本部分组成，另外还有油箱等辅助设备。变压器基本结构和符号如图4一8所示。现分别介绍如下。,下一页,返回,任务一 学习变压器的基本知识,1.铁芯 铁芯构成变压器的磁路部分。变压器的铁芯大多用0. 35一0. 5 mm厚的硅钢片交错叠装而成，叠装之前，硅钢片上还需涂一层绝缘漆。交错叠装即将每层硅钢片的接缝错开，这样可以减小铁芯中的磁滞和涡流损耗。图4 -9为几种常见铁芯的形状 2.绕组 绕组构成变压器的电路部分。绕组通常用绝缘的铜线或铝线绕制，其中与电源相连的绕组称为原绕组(又称原边或初级);与负载相连的绕组称为副绕组(又称副边或次级)。 一般小容量变压器的绕组用高强度漆包线绕制而成，
3、大容量变压器可用绝缘扁铜线或铝线绕制。绕组的形状有筒型和盘型两种，如图4一10所示。筒型绕组又称同心式绕组，原、副绕组套在一起，一般低压绕组在里面，高压绕组在外面，这样排列可降低绕组对铁芯的绝缘要求。盘型绕组又称交叠式绕组，原、副绕组分层交叠在一起。,上一页,下一页,返回,任务一 学习变压器的基本知识,按铁芯和绕组的组合结构，通常又把变压器分为心式和壳式两种，结构形式示意图如图4一11所示，实物图如图4一12所示。心式变压器的绕组套在铁芯柱上，结构较简单，绕组的装配和绝缘都比较方便，且用铁量少，因此多用于容量较大的变压器，如电力变压器。壳式变压器的铁芯把绕组包围在中间，故不要专门的变压器外壳，
4、但它的制造工艺复杂，用铁量较多，常用于小容量的变压器中，如电子线路中的变压器多采用壳式结构。 二、变压器的工作原理 图4一13是一台单相变压器的空载运行原理图。它有两个绕组，为了分析方便，将原绕组和副绕组分别画在两边，其中原绕组的匝数为N1，副绕组的匝数为N2。,上一页,下一页,返回,任务一 学习变压器的基本知识,1.电压变换原理(变压器空载运行) 变压器的原绕组接交流电压u1，副边开路，这种运行状态称为空载运行。这时副绕组中的电流为零，电压为开路电压u20 ，原绕组通过的电流为空载电流I10该电流就是励磁电流，如图4一13所示。各量的方向按习惯参考方向选取与e1, e2 符合右手螺旋法则。
5、由于副边开路，这时变压器的原边电路相当于一个交流铁芯线圈电路。其磁动势I10N1在铁芯中产生主磁通，主磁通通过闭合铁芯，在原、副绕组中分别感应出电动势e1, e2,。根据电磁感应定律可得,上一页,下一页,返回,任务一 学习变压器的基本知识,根据对交流铁芯线圈的分析，由式(4 -7)和式(4一8)可知 式中，f为交流电源的频率， m为主磁通的最大值。由式(4一11)可得,上一页,下一页,返回,任务一 学习变压器的基本知识,2.电流变换原理(变压器负载运行) 变压器的原绕组接交流电压u1，副绕组接负载|ZL|，变压器向负载供电，这种运行状态称为负载运行，如图4一14所示。负载运行后原边电流由i10
6、。增大到i1，副边的电流为i2。 变压器负载运行时，由于i2形成的磁动势i2 N 2对磁路也产生影响，故这时铁芯中的主磁通少是由i1N 1 ，和i2 N 2共同产生的。又由式 可知，当电源的电压和频率一定时，铁芯中磁通最大值m也保持不变，因而从空载状态到负载状态，磁动势应保持不变，即,上一页,下一页,返回,任务一 学习变压器的基本知识,由于变压器的空载电流i10 。很小，一般只有额定电流的百分之几，因此当变压器额定运行时i10N 1 ，可忽略不计，于是 只考虑原、副绕组电流有效值，由式(4一14)可得,上一页,下一页,返回,任务一 学习变压器的基本知识,3.阻抗变换原理 由以上分析可知，虽然变
7、压器的原、副绕组之间只有磁藕合关系，没有电的直接关系，但实际上原绕组的电流I，会随着副绕组上负载阻抗ZL的大小而变化，| ZL |减小，则I2=U2/ | ZL |增大，I1 = I2 /K也增大因此，从原边电路来看，我们可以设想它存在一个等效阻抗ZL , ZL能反映副边负载阻抗Z,的大小发生变化时对原绕组电流I，的作用图4一15中点划线框内的电路可用另一个阻抗Z,来等效代替。所谓等效，就是它们从电源吸取的电流和功率相等。 当忽略变压器的漏磁和损耗时，等效阻抗可由下式求得:,上一页,下一页,返回,任务一 学习变压器的基本知识,4.1.3识读电力变压器的铭牌 电力变压器的铭牌实物如图4一17所示
8、，电力变压器铭牌数据如图4一18所示。 1.变压器的额定值 变压器的额定值是制造厂根据国家技术标准，对变压器长期正常可靠运行所制订的限制参数。额定值通常标注在变压器的铭牌上，故又称铭牌值。为了正确选择和使用变压器，必须了解和掌握其额定值。变压器的额定值主要包括额定电压、额定电流、额定容量、阻抗电压和额定频率 1)额定电压U!N, U2N,上一页,下一页,返回,任务一 学习变压器的基本知识,变压器原绕组的额定电压是其绝缘强度和允许发热所规定的一次侧应加的正常工作电压有效值，用符号认N表示。电力系统中，副绕组的额定电压矶N是指在变压器空载以及原绕组加额定电压UlN时，副绕组两端端电压的有效值。在仪
9、器仪表中，矶N通常指在变压器原边施加额定电压，副边接额定负载时的输出电压有效值。额定电压均指线电压。 2)额定电流IlN , I2N 额定电流是指变压器连续运行时原、副绕组允许通过的最大电流有效值，用IlN和I2N表示。额定电流均指线电流。 3)额定容量SN 额定容量是指变压器副绕组输出的额定视在功率，常以kV . A为单位，用符号S、表示，并有,上一页,下一页,返回,任务一 学习变压器的基本知识,4)阻抗电压(又称短路电压)Ud % 阻抗电压是指将变压器副绕组短路，在原绕组通入额定电流时加到原绕组上的电压值。常用该绕组额定电压的百分数表示阻抗电压U, %。电力变压器的阻抗电压一般为Ud %
10、2.其他说明 (1)型号: (2)相数:三相开头以S表示，单相开头以D表示 (3)冷却方式:油浸自冷、强迫风冷，水冷，管式、片式等,上一页,下一页,返回,任务一 学习变压器的基本知识,(4)连接组别:它表示变压器一、二次绕组的接线组合方式，即表示变压器一、二次电压或电流的相位关系。 星形接法为Y接法，若中点有中线引出为YN。三角形连接为D对于三相变压器，其一、二次侧都有三个绕组，它们都可以接成星形或三角形。一次绕组接法用大写字母表示，二次绕组接法用小写字母表示。实践证明，一、二次绕组的相位差总是300整数倍。采用时钟表示法(0一11),即时钟短针所指的数字为三相变压器连接组别的标号，将该数字乘
11、以300，就是二次绕组电动势滞后于一次绕组相应线电动势的相位角:,上一页,返回,任务二 常见变压器的认识,4. 2. 1认识三相电力变压器 1.结构与原理 在电力系统中，用于变换三相交流电压的变压器称为三相电力变压器。结构原理示意图如图4一19 ( a)所示，外形图如图4一19 ( b)所示。三相变压器有三个原绕组和三个副绕组，其铁芯有三个芯柱，每相的原、副绕组同心地装在一个芯柱上。原绕组首端用U1V1, W1标明，末端用U2 , V2, W2标明;副绕组的首端用 u1u1, u1 标明，末端用u2u2, u2标明。由于三相原绕组所加的电压是对称的，因此磁通也是对称的，副边电压也是对称的。另外
12、，为了散去变压器运行时由于自身损耗所产生的热量，铁芯和绕组通常浸在盛有变压器油的油箱中，通过油管将热量散发出来。,下一页,返回,任务二 常见变压器的认识,上一页,下一页,返回,任务二 常见变压器的认识,2.外特性 在电源电压U1，及负载功率因数cos 2不变的条件下，副绕组的端电压I2,随副绕组输出电流I:变化的曲线U2= f(I2)称为变压器的外特性。对于电阻性或电感性负载，变压器特性是一条稍微向下倾斜的曲线，如图4一21所示。负载功率因数越低， U2下降越大 3.电压调整率 变压器由空载到满载(额定负载I2N，副边电压U2的变化程度称为电压调整率，用 U%来表示即,上一页,下一页,返回,任
13、务二 常见变压器的认识,4.效率 变压器的效率特性，反映变压器负载运行的经济性。变压器的效率特性曲线如图4 - 22所示。为了合理、经济地使用三相电力变压器，还需考虑它的效率问题。变压器在传输电能的过程中，其内部损耗同样包括铜损PCu和铁损PFe., ,所以输出功率P,将略小于输人功率P1。变压器的效率是输出功率P,与对应输人功率P1 ，的比值，通常用百分数表示，即 5.三相变压器组 三相交流电的变换除了用三相变压器实现外，也可用三台单相变压器进行变换，称为三相变压器组，如图4一23所示,上一页,下一页,返回,任务二 常见变压器的认识,4.2.2认识小功率电源变压器 一、结构与原理 小功率电源
14、变压器容量和体积一般都很小，用于给各种仪器设备提供所需的电源电压。小功率电源变压器实物图如图4 - 24所示。为了满足不同部件不同电压的需要，这种变压器通常有多个副绕组，可以从副边得到多个不同的电压。图4 - 25为具有三个副绕组的小功率电源变压器的外形图和原理图。 二、变压器绕组极性判别实训 使用小功率电源变压器时，有时需要把副绕组串联起来以提高电压，有时需要把绕组并联起来以增大电流，但连接时必须认清绕组的同极性端，否则不仅达不到预期目的，反而可能会烧坏变压器。,上一页,下一页,返回,任务二 常见变压器的认识,(一)极性判别原理 同极性端又称为同名端，是指变压器各绕组电位瞬时极性相同的端点。
15、例如，图4 - 26 ( a)所示的变压器有两个副绕组，由主磁通把它们联系在一起，当主磁通交变时，每个绕组中都要产生感应电动势。根据右手螺旋法则，假设主磁通正在增强，可判断第一个绕组中端点1的感应电动势电位高于端点2，第二个绕组中端点3的电位高于端点4,故称端点1和端点3是同名端，端点2和端点4一也是同名端，用符号“*”或“”表示。端点1和端点4是异名端，端点2和3一也是异名端 同名端与绕组的绕向有关，图4 - 26( b与图4 - 26( a)相比，改变了一个绕组的绕向，假设主磁通正在增强，根据右手螺旋法则可知，第一个绕组中端点1的电位高于2的电位，第二个绕组中端点4的电位高于3的电位，故端
16、点1和4是同名端，2和3一也是同名端，而1和3是异名端,上一页,下一页,返回,任务二 常见变压器的认识,正确的串联方法应把两个绕组的异名端连在一起，如把图4 -26(a)中的2, 3端连在一起，在1, 4端就可以得到一个高电压，即两个副绕组电压之和;若接错，则输出电压会抵消。正确的并联方法应把两个电压输出方向相同的绕组的同名端连在一起，如把图4-26(b)中的卜4端以及2, 3端相连，这时可向负载提供更大的电流;如接错，则会造成线圈短路从而烧坏变压器。 (二)实训目的 (1)掌握用实验方法测定单相变压器的同名端。 (2)掌握用实验方法测定三相变压器的同名端。 (三)实训设备:,上一页,下一页,返回,任务二 常见变压器的认识,交直流电源、数/模交流电压表、数/模交流电流表、小功率单相变压器、小功率三相心式变压器、开关。 (四)实训步骤 1.小功率单相变压器绕组同极性端的确定 直流通断法:按照图4 - 27接线。合上开关S，毫安表的指针正偏，则1和3是同极性端;反偏则1和4是同极性端。 交流判别法:按照图4 - 28接线。合上开关S，
