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1、 第三章变压器 广东机电职业技术学院 吴灏 第三章变压器 变压器原理与结构变压器空载运行变压器负载运行变压器参数的测定变压器运行特性三相变压器特殊变压器 变压器原理与结构 变压器工作的理论基础 是电磁感应定律 在电力 电子等领域的实际应用中 其主要的作用是变压 变流 变阻抗 传送交流电能 变压器基本工作原理变压器的基本结构变压器的额定值变压器的分类 变压器基本工作原理 变压器是在一个闭合的铁心磁路中安装了原边绕组 称一次绕组 和副边绕组 称二次绕组 当变压器的一次侧绕组加上交流电压 该绕组中就会有交流电流流过 于是在铁心磁路中就产生了交变磁通 根据法拉第电磁感应定律可知 一次侧和二次侧绕组中都
2、将产生感应电动势 其大小分别为 变压器基本工作原理 变压器是在一个闭合的铁心磁路中安装了原边绕组 称一次绕组 和副边绕组 称二次绕组 变压器基本工作原理 变压器是在一个闭合的铁心磁路中安装了原边绕组 称一次绕组 和副边绕组 称二次绕组 即变压器一次侧与二次侧电压之比等于绕组的匝数比 因此 只要适当地调节变压器一次侧 二次侧绕组的匝数比 就可以输出各种不同等级的电压 达到变压的目的 变压器基本工作原理 变压器是在一个闭合的铁心磁路中安装了原边绕组 称一次绕组 和副边绕组 称二次绕组 于是将变压器一次侧交流电能 经电磁转换关系 传送到了变压器的二次侧 应注意的是 变压器可以通过改变变比达到变压的目
3、的 但传送的功率是不能变化的 即不能变功率 变压器的基本结构 1 油阀2 绕组3 铁心4 油箱5 分接开关6 低压套管7 高压套管8 瓦斯继电器9 防爆筒10 油位器11 油枕12 吸湿器13 铭牌14 温度计15 小车 变压器的基本结构 根据变压器原理可知 变压器主要由两大部分组成 变压器磁路部分 铁心 变压器电路部分 一 二次绕组 大型电力变压器中还有其它辅助部件 变压器的基本结构 变压器磁路部分 铁心 铁心材料铁心结构铁心叠片形式 变压器铁心一般都采用高导磁率的电工材料叠成 选用高导磁材料 是为了提高磁效率 采用硅钢片叠装则是为了减小铁心损耗 简称铁损 涡流损耗 硅钢片可分热轧硅钢片与冷
4、轧硅钢片两类 冷轧硅钢片的导磁性能较好 损耗较小 为目前制作变压器铁心的主要材料 变压器的基本结构 变压器磁路部分 铁心 铁心材料铁心结构铁心叠片形式 心式结构 壳式结构 按照绕组套入铁心的形式 铁心可分为心式结构和壳式结构两种 心式结构 变压器铁心被线圈包围 壳式结构 变压器铁心的最外层包围着线圈 心式铁心的结构简单 省料 因此为大多电力变压器采用 变压器的基本结构 变压器磁路部分 铁心 铁心材料铁心结构铁心叠片形式 大中型变压器一般采用硅钢片交错叠装方式 如图所示 各层磁路接缝斜形互相错开 可减小气隙和磁阻 变压器的基本结构 变压器磁路部分 铁心 铁心材料铁心结构铁心叠片形式 小型变压器多
5、采用E F 形等冲片交替叠装而成 如图所示 变压器绕组 绕组是变压器的电路部分 因此对它的电气 耐热 机械等性能均有严格的要求 以保证变压器的安全运行 变压器中 接到高压电侧绕组称高压绕组 接到低压侧的绕组称低压绕组 按高低压绕组安放型式可分为 同心式交叠式 变压器绕组 1绕组是变压器的电路部分 因此对他的电气 耐热 机械等性能均有严格的要求 以保证变压器的安全运行 变压器中 接到高压电侧绕组称高压绕组 接到低压侧的绕组称低压绕组 按高低压绕组安放型式可分为 同心式交叠式 高低压线圈绕在同一心柱上 同心排列 一般高压线圈排在外侧 低压线圈排在内侧 这样有利于对铁心的绝缘 变压器高低压线圈间的绝
6、缘 线圈与铁心间的绝缘一般采用木纸或钢纸板绝缘圆筒 变压器绕组 1绕组是变压器的电路部分 因此对他的电气 耐热 机械等性能均有严格的要求 以保证变压器的安全运行 变压器中 接到高压电侧绕组称高压绕组 接到低压侧的绕组称低压绕组 按高低压绕组安放型式可分为 同心式交叠式 把变压器的高低压绕组分别绕成若干个 饼式 绕组 交替地套装在铁心柱上 为便于绝缘 铁心柱两端靠近铁轭外总是套装低压绕组 交叠式绕组因其结构比较牢固 电气上易构成多条支路并联 但绝缘较复杂 所以适用于低电压 大电流负载 其它部件 油箱及冷却方式分接开关高压套管 低压套管气体继电器安全气道吸湿器 由于变压器铁心损耗与绕组损耗的存在
7、这些损耗会使铁心与绕组发热 影响变压器的安全工作 因此 通常将装好的变压器铁心 绕组浸入变压器油中进行冷却 另外变压器油具有良好的绝缘作用 其它部件 油箱及冷却方式分接开关高压套管 低压套管气体继电器安全气道吸湿器 为了增加散热面积 容量较大的变压器 常采用带有钢管散热器的外壳帮助散热 故称油浸自冷式 装有散热风扇协助散热 称油浸风冷式 装设油泵强迫使油在冷却器循环冷却的 称强迫油循环冷却式 其它部件 油箱及冷却方式分接开关高压套管 低压套管气体继电器安全气道吸湿器 5 分接开关 为了保证用户电压的稳定 电力变压器装有进行微调的分接开关 调节范围在 5 通过改变高压侧绕组匝数来实现 其它部件
8、油箱及冷却方式分接开关高压套管 低压套管气体继电器安全气道吸湿器 为了保证用户电压的稳定 电力变压器装有进行微调的分接开关 调节范围在 5 通过改变高压则绕组匝数来实现 分接开关 其它部件 油箱及冷却方式分接开关高压套管 低压套管气体继电器安全气道吸湿器 6 低压套管 7 高压套管 分别与变压器高 低压侧的外线连接 具有良好的消弧 绝缘效果 其它部件 油箱及冷却方式分接开关高压套管 低压套管气体继电器安全气道吸湿器 8 瓦斯继电器 安装在油箱和储油柜的连接管道中间 是变压器内部故障的保护装置 当变压器内部绝缘被击穿或匝间短路时 变压器油和其它绝缘物分解气体 气压增大冲击气体继电器 使其接点动作
9、 通过控制保护回路 及时发出故障信号或切除电源 其它部件 油箱及冷却方式分接开关高压套管 低压套管气体继电器安全气道吸湿器 9 防爆筒 其它部件 油箱及冷却方式分接开关高压套管 低压套管气体继电器安全气道吸湿器 12 吸湿器 变压器的额定值 变压器的额定值是变压器工作的技术指标 主要有额定容量 额定电压 额定电流和额定频率 额定值通常标注在变压器的铭牌上 故称铭牌值 额定容量额定电压额定电流额定频率 变压器的额定值 变压器的额定值是变压器工作的技术指标 主要有额定容量 额定电压 额定电流和额定频率 额定值通标注在变压器的铭牌上 故称铭牌值 额定容量额定电压额定电流额定频率 在铭牌上所规定的额定
10、状态下变压器输出的能力 视在功率 保证值 称变压器的额定容量 以KV A表示 对于三相变压器 指三相容量总和 变压器的额定值 变压器的额定值是变压器工作的技术指标 主要有额定容量 额定电压 额定电流和额定频率 额定值通标注在变压器的铭牌上 故称铭牌值 额定容量额定电压额定电流额定频率 变压器的额定电流是额定状态下的一次侧 二次侧电流值 其值是根据额定容量和额定电压的计算值 变压器的额定值 变压器的额定值是变压器工作的技术指标 主要有额定容量 额定电压 额定电流和额定频率 额定值通标注在变压器的铭牌上 故称铭牌值 额定容量额定电压额定电流额定频率 变压器在额定运行情况下 根据变压器绝缘程度和允许
11、温升所规定的一次侧绕组电压 称一次侧额定电压 变压器空载时 二次侧绕组保证值 称二侧额定电压 变压器的额定值 变压器的额定值是变压器工作的技术指标 主要有额定容量 额定电压 额定电流和额定频率 额定值通标注在变压器的铭牌上 故称铭牌值 额定容量额定电压额定电流额定频率 为标定的工业频率 各国标定是有区别的 中国标定的额定频率为50HZ 变压器的分类 1 按用途分 电力变压器 特种变压器 仪用互感器等 2 按绕组结构分 双绕组变压器 三绕组变压器 多绕组变压器 自耦变压器 3 按相数分 单相变压器 三相变压器 多相变压器 4 按冷却方式分 干式变压器 油浸式变压器 油浸风式变压器 强迫循环导向冷
12、却式变压器 5 按变压器容量分 中小型变压器 63000KVA 3 2变压器空载运行 变压器一次绕组接入交流电源 二次侧绕组开路的运行状态 称为变压器的空载运行 空载时只有一次侧电流 二次侧电流为零 电磁关系 变压器空载运行时通过一次绕组的电流称为空载电流 空载时的变压器磁通是由空载电流产生的磁动势所激励的 所以空载电流又称励磁电流 变压器空载运行 变压器空载运行 变压器空载运行 变压器空载运行 变压器空载运行 变压器空载运行 变压器空载运行 各电磁量参考方向规定 空载电流由一次侧电压参考高电位指向低电位 空载电流与主磁通的方向满足右螺旋规定 各电磁量参考方向规定 线圈感应电势 磁通方向由右螺
13、旋决定 变压原理 各电磁量参考方向规定 各电磁量参考方向规定 空载运行分析 恒磁通 由于 当U1一定时 变压器主磁通 m基本不变 称为恒磁通 空载电流 即空载电流主要用于激磁 空载功率因数故变压器尽量不要空载运行 3 3变压器负载运行 变压器一次绕组接入额定电压 二次绕组接入负载时的运行状态 称为变压器的负载运行 负载时一次绕组电流及二次绕组电流均不为零 负载运行的平衡方程 磁势平衡方程电压平衡方程 变压器接入负载后 二次侧电流产生磁势 此时的主磁通由一次电流和二次电流共同产生 由于一次侧电压不变 一次侧感应电势不变 由恒磁通概念可知合成的主磁通不变 即负载运行时的合成磁通势总是等于空载运行时
14、的磁通势 变流原理 由磁势平衡方程式得到原副边功率关系 由于 即变压器在电路中仅仅传递能量 损耗不大 效率较高 变阻抗原理 由于 故 变压器负载运行 负载运行的平衡方程磁势平衡方程电压平衡方程 说明 一次电流由两部分组成 励磁电流和负载电流 励磁电流 只用来建立主磁场 在额定负载时 约占一次电流的5 是很小的部分 负载电流 用来平衡二次负载电流的作用 是随负载变化而变化 变压器负载运行 负载运行的平衡方程磁势平衡方程电压平衡方程 物理意义说明负载所需的二次侧电能 是通过磁势的方式向一次侧电源索要 而一次电源将电能以磁势方式提供给负载 满足二次负载的需要 磁场为一 二次电能的传送提供了重要的中间
15、介质 负载运行的平衡方程 电压平衡方程由于一 二次回路都有电流 感应电势 内阻及漏电抗存在 列写变压器一 二次回路方程 可得 负载运行分析 负载功率因数Cos 1与负载电流I2大小成正比 Cos 2不变 负载功率因数Cos 1与负载功率因数Cos 2大小成正比 I2不变 3 4变压器参数的测定 变压器参数的测定是指通过试验方法 测出反映变压器内部物理量的励磁阻抗与短路阻抗 1 空载试验2 短路试验 变压器参数的测定 空载试验 单相变压器试验电路 三相变压器试验电路 空载试验 单相变压器试电路 三相变压器试验电路 空载试验 1 实际试验中 考虑操作的安全方便 经常选择在低压侧测量 最后将计算出的
16、励磁阻抗折算回高压侧即可 2 由于变压器空载时功率因数很低 测量应选择低功率因数表为宜 3 空载损耗 即故空载试验主要用于测量铁损 短路试验 1 变压器短路试验的条件 将变压器的低压侧短路 在高压侧加适当的电压值 使其电流为额定电流值 2 短路损耗 即故短路试验主要用于测量铜损 3 5变压器运行特性 变压器负载运行时 一 二次绕组的内阻抗压降随负载变化而变化 负载电流增大时 内阻抗压降增大 二次绕组端电压变化也增大 变压器运行特性主要有外特性和效率特性 变压器运行特性 变压器电压变化率 变压器一次侧电压为额定时 二次侧空载电压与负载电压之差对额定电压的百分比 称变压器的电压变化率 变压器运行特性 变压器电压变化率 变压器一次侧电压为额定时 二次侧空载电压与负载电压之差对额定电压的百分比 称变压器的电压变化率 变压器外特性 外特性 指一次侧电源电压和负载功率因数均为常数时 二次侧电压随负载变化的关系 电压变化率 变压器一次侧电压为额定值 二次侧空载电压与负载电压之差对额定电压的百分比 反映电源电压的稳定性 变压器外特性 变压器的外特性是指一次侧电源电压和负载功率因数均为常数时 二次侧电压
