变压器分类综述

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1、第三章 变压器 3-1 变压器的分类、基本结构、额定值 3-2 变压器的空载运行 3-3 变压器负载运行 3-4 变压器的等效电路 3-5 变压器的参数测定 3-6 标幺值 3-7 变压器的运行特性 1电机学 第三章 变压器 n 一种静止的电机将一种电压的电能转换为另一种电 压的电能。 n 用途分类： u电力变压器，电力系统传输电能 u电炉变压器，专给炼钢炉供电 u整流变压器，大型电解电镀、直流电力机车供电 u仪用变压器、控制变压器 u无线电变压器，仅传输信号。 3.1 变压器的分类、基本结构、额定值 一、变压器的分类 2电机学 第三章 变压器 电力变压器 n 变压器的总容量大致相当于发电机容

2、量的三倍。输电过 程中，通常将电压升高，通过高压输电线传送到远方的 城市，经过降压变压器降为10kv电压，再经过配电降压 变压器分配给用户。 n 输送同样的功率，电压低则电流大，一方面由于大电流 在输电线路上引起损耗，另一方面大电流在线路阻抗上 产 生大的压降，受电端电压很低，电能传送不出去。只 有高电压能将电能输送到远方。 配电变压器 3电机学 第三章 变压器 变压器类别-变压方式 n 升压变压器升高电压的变压器 n 降压变压器降低电压的变压器 n 特殊变压器 ，如试验用高压变压器、电炉用变压 器、电焊用变压器、晶闸管线路中的变压器、用于 测量仪表的电压互感器和电流互感器等等 4电机学 第三

3、章 变压器 变压器类别-线圈数目 n 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 n 自耦变压器，初级、次级绕组合为一个 n 三绕组变压器，三个绕组连接三种不同电压的线路 n 多绕组变压器，如分裂变压器 5电机学 第三章 变压器 变压器类别-冷却方式 n 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 n 干式变压器 ，能满足特殊要求，如安全 6电机学 第三章 变压器 变压器类别-相数 n 单相变压器 n 三相变压器 7电机学 第三章 变压器 二、电力变压器的基本结构 n 基本结构：油浸式变压器的主要结构部件：铁心、绕组 、油

4、箱、绝缘套管等。 8电机学 第三章 变压器 （一）铁心 由心柱和铁轭两部分组成，心柱用来套装绕组，铁 轭将心柱连接 起来，使之形成闭合磁路为减少铁心 损耗，铁心用厚0.300.50mm的硅钢片叠成，片上 涂以绝缘漆，以避免片间短路。在大型电力变压器 中为提高磁导率和减少铁心损耗，常采用冷轧硅 钢片；为减少接缝间隙和激磁电流，有时还采用由 冷轧硅钢片卷成的卷片式铁心。 9电机学 第三章 变压器 1、心式 心柱被绕组所包围 心式结构的绕组和绝缘装配比较容易，所以电力变 压器常常采用这种结构。 特点 10电机学 第三章 变压器 铁心包围绕组的顶面、底面和侧面。 壳式变压器的机械强度较好，常用于低压、

5、大电 流的变压器或小容量电讯变压器。 特点 2、壳式 11电机学 第三章 变压器 （二）绕组 n 定义：变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁 线或圆线绕成。 n 一次绕组输入电能的绕组 n 二次绕组输出电能的绕组 n 同异点：一次和二次绕组具有不同的匝数、电压和 电流，其中电压较高的绕组称为高压绕组，电压较 低的称为低压绕组。 12电机学 第三章 变压器 从高低压绕组的相对位置来看，变压器绕组可以分 为同心式和交叠式两类。 n 同心式：高低压绕组同心的套在铁心柱上。为便于 绝缘，一般低压绕组在里面高压绕组在外面。 n 交叠式：高低压绕组互相交叠放置，为便于绝缘， 上下两组为低压。 13电机学

6、 第三章 变压器 （三）油箱 n 油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是 冷却介质，又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管 子（散热器或冷却器）。 n 机械支撑、冷却散热 当变压器出现故障时，产生 的热量使变压器油汽化，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。 14电机学 第三章 变压器 （四）绝缘套管 n 将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝 缘，担负着固定的作用。（瓷质） n 套管外形常做成伞形，电压愈高、级数愈多。 此外，还有储油柜、吸湿器、安全气道、净油器和气体继电器 。

7、 15电机学 第三章 变压器 三、变压器的额定值 1、额定容量SN：额定视在功率 u双绕组变压器，一、二次侧额定容量S1N=S2N ； u三绕组变压器三侧容量不一定相等。对三相变压 器指三相的总容量。 u单位：VA、KVA、MVA。 l容量在630kVA以下的为小型电力变压器； l8006300kVA的为中型电力变压器； l800063000kVA为大型电力变压器； l90000kVA及以上的为特大型电力变压器。 16电机学 第三章 变压器 2、额定电压UN：一次侧额定电压U1N，二次侧额定电压 U2N。 u额定电压均指线电压。 uU2N：一次侧外加额定电压U1N时的二次侧空载电压 。 u单位

8、：V、KV 3、额定电流IN：一次侧额定电流I1N，二次侧额定电流 I2N。 u额定电流均指线电流。 u单位：A 17电机学 第三章 变压器 4、额定频率fN ：我国规定为50HZ。 n 单相变压器 n 三相变压器 额定值的关系 18电机学 第三章 变压器 了解：变压器铭牌数据 n 每台变压器都有一铭牌，上面标注着型号、额定值 及其它数据，便于用户了解变压器的运行性能。 电力变压器 产品型号 SL7315/10 产品编号 额定容量 315kVA 使用条件 户外式 额定电压 10000/400V 冷却条件 ONAN 额定电流 18.2/454.7A 短路电压 4% 额定频率 50 Hz 器身吊重

9、 765kg 相 数 三相 油 重 380kg 联接组别 Yyno 总 重 1525kg 制 造 厂 生产日期 图 电力变压器铭牌示意图 19电机学 第三章 变压器 型号说明 n 例如型号为：SL7-630/10，其中“S”代表三相， “L”代表铝导线，“7”代表设计序号，“630”代 表额定容量为630kVA，“10”代表高压绕组额定电 压为10kV。 n 我国生产的各种变压器系列产品有：S7、SL7、S9、 SC8等。其中SC8型为环氧树脂浇注干式变压器。 20电机学 第三章 变压器 3-2 变压器的空载运行 电磁关系 图3-7 单相变压器的空载运行 N1N2 21电机学 第三章 变压器

10、一、空载运行时的物理情况 n N1、N2分别为原、副绕组匝数；U1为电源电压；i0为原边空载 电流；0、1分别为主磁通和漏磁通； n e1、e1、e2分别为原边感应电势、漏感电势和副边感应电势 ；u2为副边空载电压。 22电机学 第三章 变压器 主磁通与漏磁通的区别 1.性质：0与i0成非线性关系；1与i0成线性关系； 2.路径： 0流径闭合铁心，磁阻小，同时匝链了原边和 副边绕组,并感应出电势e1和e2；1与原边绕组匝链 ，通过变压器油或空气形成闭路，磁阻大。 3.作用：0起传递能量的作用，1起漏抗压降作用。 4.数量：变压器铁心由高导磁材料硅钢片制成（导磁系 数2000)，大部分磁通都在铁

11、心中流动， 0约占总 磁通的99强， 1占总磁通的1弱。 23电机学 第三章 变压器 二、变压器各电磁量正方向 n 变压器中的电压、电流、磁通和感应电势的大小和 方向都是随时间变化的，正方向原则是可以任意选 择的，但变压器内部电磁规律却是一定的，表示电 磁规律的方程式必须与选定的正方向相配合。 24电机学 第三章 变压器 n 强调： 1. 在同一支路内，电压降的正方向与电流的正方向 一致； 2. 磁通的正方向与电流的正方向之间遵循右手螺旋定 则； 3. 磁通的正方向与它所感生的感应电势正方向之间遵 循右手螺旋定则。 25电机学 第三章 变压器 一次侧：发电机惯例 i0按u1正向流入一次侧。 二

12、次侧：负载或电动机惯例 i2与u2方向相同。 i、交链，与i成右手关系；感应e，e与成右手关系 。 e1 =-N1d/dt e2 =-N2d/dt e1=-N1d1/dt e与i同方向； e1与i0同方向；e2与i2同方向。 26电机学 第三章 变压器 完整的变压器空载电磁关系 27电机学 第三章 变压器 三、感应电动势分析 1、主磁通感应的电动势主电动势 设 则 有效值 相量 当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动势也按正 弦规律变化，时间相位上滞后主磁通90 。主电动势的大小 与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。 28电机学 第三章 变压器 同理可得副边感应电势为 相量 29

13、电机学 第三章 变压器 2、漏磁通感应的电动势漏电动势 n 根据主电动势的分析方法，有 漏电动势也可以用漏抗压降表示，即 由于漏磁通主要经过非铁磁路径,磁路不饱和,故磁阻很大且为常 数,所以漏电抗 很小且为常数,它不随电源电压负载情况而变. 30电机学 第三章 变压器 四、电压平衡方程、变比 1、电压方程 31电机学 第三章 变压器 2、变比 n 当k1为降压变压器；k1为升压变压器。 n 对于三相变压器变比k是指原、副绕组的相电势(或 相电压)之比。 忽略原绕组内阻R1和原边漏磁通1 一次侧电压U1E1；U20=E2 32电机学 第三章 变压器 例：一台三相变压器，Yd连接，U1N/U2N=

14、35/6.3kV ，求变压器变比 n 解： 33电机学 第三章 变压器 五、变压器的空载电流 n 空载电流波形 n问题：因为电源电压1为正弦交流电，所以在单相变 压器中1和也是按正弦规律变化的。但变压器磁路 是由铁磁材料组成的，是非线性磁路。在非线性磁 路中铁磁材料具有饱和现象，所以当主磁通为正弦 变化，空载电流应如何变化呢？ 34电机学 第三章 变压器 （1）当Bm1.3T，磁路末饱和状态 n 磁化曲线f(i)呈线性，导磁率是常数。 n 当按正弦变化，i亦按正弦变化。 35电机学 第三章 变压器 （2）Bm1.4T1.73T，磁路饱和 n f(i)呈非线性,随i增大导磁率逐渐变小。 n 磁通

15、为正弦波，i为尖顶波，尖顶的大小取决于饱和程度 。 36电机学 第三章 变压器 波形分析 n 对尖顶波进行波形分析，除基波分量外，包含有各 奇次谐波。其中以3次谐波幅值最大。 n 用等效正弦波电流替代实际尖顶波电流。等效原则 ：令等效正弦波与尖顶波有相同的有效值，与尖顶 波的基波分量有相同频率且同相位。 37电机学 第三章 变压器 2、变压器空载运行时相量图 38电机学 第三章 变压器 3、空载等效电路 n 变压器中既有电路、磁路问题，又有电与磁之间相 互联系问题。为了分析问题方便，在不改变变压器 电磁关系条件下，工程上常用一个线性电路来代替 变压器这种复杂的电磁关系，这个线性电路就称为 等值电路。 39电机学 第三章 变压器 n 变压器空载时，原绕组可看成是一个带铁心的电感 线圈，从AX看进去其等值阻抗: 等值电路推导 zm称为励磁阻抗； rm称为励磁电阻，它表示铁芯中的损耗（铁耗）； xm称为励磁电抗，它表示铁芯中主磁通产生的电抗。 40电机学 第三章 变压器 41电机学 第三章 变压器 n由于磁路具有饱和特性，所以不是常数，随磁路饱和程 度增大而减小。但实际上，电源电压可近似认为稳定，故 励磁参数也可近似认为常数。 励磁阻抗 n由于 ，所以有时忽略漏阻抗， 空载等效电路只是一个Zm元件的电路。 42电机学 第三章 变压