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1、第一单元变压器的分类、结构和原理,课题一变压器的分类和用途 课题二变压器的结构与冷却方式 课题三变压器的原理 课题四变压器的空载试验与短路试验,1.变压器按用途一般分为电力变压器和特种变压器两大类 电力变压器可分为: 升压变压器、降压变压器、配电变压器、联络变压器等 电力变压器外形,第一节 变压器的分类,控制变压器,特种变压器可分为: 整流变压器、电炉变压器、高压试验变压器、控制变压器等,2.变压器按相数可分为单相和三相变压器 三相变压器外观示意图,第二节 变压器的结构,变压器的结构简介 1.铁心 铁心是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，厚度为 0.35 或 0.5 mm,表面涂有绝缘
2、漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成 铁心分为铁心柱和铁轭俩部分，铁心柱套有绕组；铁轭闭合磁路之用 铁心结构的基本形式有心式和壳式两种,心式变压器结构示意图,2.绕组 绕组是变压器的电路部分，它是用纸包的绝缘扁线或圆线绕成。 右图为交叠式绕组 3.其他结构部件 以典型的油侵式电力变压器为例，其他结构部件有: 油箱、储油柜、散热器、高压绝缘管套以及继电保护装置等外形如下图,第三节 变压器的工作原理,变压器的工作原理 变压器-利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器 是电力系统中生产，输送，分配和使用电能的重要装置。 也是电力拖动系统和自动控制系统中 ，电能传递或作为信号传输的
3、重要元件,1.变压器 - 静止的电磁装置 变压器可将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电能 电压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。,变压器原理图（图3-1）,与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组 用U1 ，I1，E1，N1表示， 与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次绕组 用U2，I2，E2 ，N2表示。 同时交链一次，二次绕组的磁通量的相量为 Fm ,该磁通量称为主磁通 请注意 图3-1 各物理量的参考方向确定。,2.理想变压器 不计一次、二次绕组的电阻和铁耗，其间耦合系数 K=1 的变压器称之为理想变压器 描述理想变压器的电动势平衡方程式为,若一次、二次
4、绕组的电压、电动势的瞬时值均按正弦规律变化，则有 不计铁心损失，根据能量守恒原理可得 由此得出一次、二次绕组电压和电流有效值的关系 令 K=N1/N2，称为匝比（亦称电压比），则,第四节 单相变压器的空载运行,什么是空载运行？ 变压器一次绕组加上交流电压，二次绕组开路的运行情况 一.空载时的物理情况 1.空载磁场 空载电流 i0 产生一个交变磁通势 i0N1 ，并建立交变磁场 主磁通 m通过铁心闭合的磁通量（占绝大部分） 漏磁通1通过油和空气闭合的磁通量（占少量）,单相变压器空载运行时的 各物理量（图3-2）,单相变压器空载运行时的各物理量（图3-2）,2.主磁通感应电动势 主磁通在一次绕组和
5、二次绕组产生感应电动势： e1(t) = -N1 dFm/dt e2(t) = -N2 dFm/dt 3. 感生漏电动势 交链一次绕组的漏磁通在一次绕组中感生漏电动势 e1s(t) = -N1 dF1s/dt 列出一次、二次绕组的电动势平衡方程式 u1 = i0r1+(-e1s)+(-e1) = i0r1+ N1dF1s/dt + N1dFm/dt u20 = e2 = - N2 dFm/dt,(一) 感应电动势与主磁通,1.变压器感应电势 1)主磁通 若 u1 随时间按正弦规律变化，则 m 也按正弦规律变化，设 则对 e1 有： e1(t) = -N1 dFm/dt = -wN1Fm cos
6、 wt = wN1Fm sin(wt-90) = E1m sin(wt-90) 而对 e2 有： e2(t) = -N2 dFm/dt = -wN2Fm cos wt = wN2Fm sin(wt-90) = E2m sin(wt-90) 所以 e1 和 e2 也按正弦规律变化,磁通与电势的关系(图3-3）,2)感应电动势 感应电动势 e1、e2 在相位上滞后于 m 的电角度是 90 有效值是: 3)相量表达式 根据上述讨论，有E1、E2的相量表达式为,磁通Fm与电势E1、E2的相量关系(图3-4),2.变压器变比 当一次绕组上加上额定电压 U1N 时，一般规定此时二次绕组开路电压将是额定电压
7、 U2N ，因此可以认为，变压器的电压比就是匝数比 在三相变压器中，电压比规定为高压绕组的线电压与低压绕组的线电压之比,(二) 空载电流 1）空载电流主要作用是在铁心中建立磁场，产生主磁通 2）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 =f(i)(图3-5),3）磁滞作用与涡流现象使 (t)=fi(t)的关系复杂化 磁滞作用导致励磁电流有功无功分量出现示意图(图3-6),空载电流可认为是励磁电流，用 Im 表示， 空载运行时从电源输入少量电功率 p0 ，主要用来补偿铁心中的铁损耗 pFe， Im 中含有有功 IFe(损耗电流
8、）和用以建立磁场的无功 Iu (磁化电流） Im2 = Im2 + IFe2 IFe = pFe/E1 pFe/U1 通常，Iu IFe ，U1 与 Im 之间相位角 0 接近90),(三) 漏磁通与漏电抗 设漏磁通所经磁场磁阻 Rm1，则 由于漏磁通所通过的途径是非磁性物质，其磁导率是常数，所以漏磁通的大小与产生此漏磁通的绕组中的电流成正比 所以漏电动势 E1s 的有效值与电流 Im 关系为 式中x1为一次绕组的漏电抗,二.空载运行时电势平衡方程式、相量图及等效电路 1.空载运行时电势平衡方程 单相变压器空载运行时的各物理量如图所示,变压器空载运行时，电动势平衡方程式如下： 由主磁通产生的电
9、势 E1 与产生主磁通的励磁电流 Im 之间存在关系，可以直接用参数形式来表示。 由于 Im 中有有功分量与无功分量，故 -E1 可表示为 Im 流过一个阻抗时所引起的阻抗压降，即 励磁阻抗 Zm, 励磁电抗 xm, 励磁电阻 rm 变压器空载运行时原边电动势平衡方程式如下 其中 Z1 = r1 + jx1,2.空载运行时等值电路 3.空载运行时相量图,4.应注意的问题 注意 r1、x1 是常量 而励磁阻抗的大小和变压器工作点有关 因铁心中存在饱和现象，rm、xm 随着饱和程度的增加而减小 但当电源电压的变化范围不大，对应铁心中磁通的变化为也不是很大时，Zm 的值基本上可视为不变。,第二单元变
10、压器绕组的极性测定与连接,课题一单相变压器绕组的极性 课题二三相变压器绕组的连接及连接组别 课题三用交流法测定三相变压器绕组极性 课题四电力变压器的铭牌参数,单相变压器绕组同名端的概念,同名端是指在同一交变磁通的作用下任意时刻两（或两个以上绕组中）都具有相同电势急性的端点彼此互为同名端。,识别：当电流从两个同极性端流入（或流出）时，铁心中所产生的磁通方向是一致的,第一节 单相变压器绕组的极性,单相变压器绕组极性判别,1。直观法,如图所示，如从绕组的某端通入直流电，产生的磁通方向一致的这些端点就是同名端（右手螺旋法则判别） （1）电动势越串越大，则把两个线圈的异名端连接 （2）电动势越串越小，则
11、把两个线圈的同名端连接,第二节 三相变压器绕组的连接及连接组别 三相变压器的两种形式： 1、三个独立单相变压器组成的变压器组，称为三相组式变压器。 三相组式变压器及联结如图所示,分析单相变压器时的所得的基本方程式、等效电路、相量图以及即将探讨的运行特性分析等方法完全适用于三相变压器 2、铁心为三相所共有的三相变压器叫三相芯式变压器 如图所示,一.三相变压器的电路系统-连接组 （一）联结法 绕组的首端和末端的标志规定,1.星形联结用符号“Y（或 y)”表示 三个首端 A、B、C（或 a、b、c)向外引出 末端 X、Y、Z（或 x、y、z）连接在一起成为中性点 2.三角形联结用符号“D（或d）”表
12、示 各相间联结次序为 A - X - C - Z - B - Y（或 a- x - c - z - b - y) 从首端 A、B、C（或 a、b、c）向外引出,（二）联结组 三相绕组无论采用什么联结法，二次侧线电动势的相位差总是30的倍数，因此采用钟表面上12个数字来表示 1.时钟表示法 把高压侧线电动势的相量作为分针，始终指着“12”这个数字 而以低压侧线电动势的相量作为时针，它所指的数字即表示高、低压侧线电动势相量间的相位差 这个数字称为三相变压器联结组的“标号” 2.单相变压器的联结 单相变压器或三相变压器中某相高、低压绕组的联结组问题其实质为电路理论中互感线圈的同名端问题,由电路图表达
13、获得三相变压器的具体连接,三相变压器的磁路系统,三相心式变压器的磁路系统的演变,第三节 用交流法测定三相变压器绕组极性,变压器极性的判别 单向变压器原、绕组极性的判别 三相变压器每相原、付绕组的判别 每相原、付绕组同名端的判别 三相变压器三个原绕组极性和判别 三相变压器联接组的判别,三相变压器极性及联接组的判别,变压器极性的判别,单向变压器原、付绕组极性的判别 由变压器的原理可知，当变压器空载时，在忽略原边绕组的漏电感和内电阻电压降的条件下，可得U1=-E1，U2=E2 根据同名端（又称对应端）的定义，若把图8-1中的单相变压器原、付绕组的“同名端”X、x用导线短接，则 UAa=U1+U2=E
14、1+E2 UAa数值上为U1与U2之差即UAa=|U1-U2| “呈现减极性”状态，若把X和a导线短接，即“异名端”相联时，则 UAX=U1U2=-E1E2=（E1+E2） 数值上UAX=U1+U2，呈现“加极性”状态。 上述结论表明，“异名端”相接时，输出为加极性，“同名端”相接时，为“减极性”。这就为我们判别单相变压器原、付绕组的“同名端”提供了一个很好的交流方法。,三相变压器极性及联接组的判别,三相变压器每相原、付绕组的判别：,三相交压器有二套原、付绕组，为了使三相对称，一般是每相原付绕组套在同一铁芯上。利用此特点，可以用实验方法找出结构封闭出线凌乱的三相变压器的三相原、付绕组的对应关系
15、。首先，可以用万用表测出同一绕组的两个出线端，再根据六个绕组的电阻值大小区别出高压绕组（电阻头）和低压绕组(电阻小)，然后通过给某极原绕组加一交流电压万用表测三个付绕组感应电动势，其中感应电动势最高的一个绕组即为加突流电压的一相原绕组的付绕组，可以用同样方法找出第二相绕组，剩下的即为第三相绕组。,三相变压器极性及联接组的判别,三相变压器三个原绕组极性和判别,为了使三相变压器正确联接，必须对三相变压器三个原绕组的极性于以正确的判别，由图可知，三相变压器的三相绕组是分别绕于三个铁芯柱上。而每相的原、付绕组是绕在同一铁芯柱上的，并且每相的绕法是一致的，按图的绕法，三相变压器三个原边绕组的同名端为、，
16、且、定为三相原绕组的相头，、为三相原绕组的相尾。在相的原绕组上加一个单相交流电压，则在和上比感应出电动势。若把绕组和绕组看成是的付绕组，从磁通的进出方向来判别，此时的和不是的同名端而是的异名端，这显然与上述、为同名端的规定矛盾。现仍采用中判别原、付绕组极性的方法，用导线把不同的原绕组的相尾、短接，并在绕组上加单相交流电压，测量端电压，当即“加极性”时，、即为三相变压器原绕组的同名端，用同样的方法可以测出端。,三相变压器极性及联接组的判别,、三相变压器联接组的判别,三相变压器在运行时，其三对原、付绕组有各种联接法，常用的有， 图所示为三相变压器的联接组，为了判别该联接是否正确，可用一导线、两端短接，
