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1、2019/1/12,电机学 第三章 变压器,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 ,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,2,学习目标,熟悉变压器的作用、基本结构及工作原理 掌握变压器的运行原理、等效电路及平衡方程式 熟悉变压器空载和短路试验的目的、线路、试验方法和技巧 掌握变压器同名端的判定方法及三相变压器连接组别和时钟表示法的判定 了解自耦变压器、电流互感器、电压互感器的特点及使用注意事项,2019/1/12,电机学 第
2、三章 变压器,3,一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。 用途分类： 电力变压器，电力系统传输电能 电炉变压器，专给炼钢炉供电 整流变压器，直流电力机车供电 仪用变压器、控制变压器 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,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,4,电力变压器,变压器的总容量大致相当于发电机容量的三倍。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。 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
3、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。,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,5,（中间一般要经过45次，甚至是89次变压器的升降压）,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,6,配电变压器,输电变压器,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,7,变压器类别-变压方式,升压变压器升高电压的变压器 降压变压器降低电压的变压器 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,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,8,变压器类别-线圈数目,双绕组变压器，在铁
4、芯中有两个绕组，一个为初级绕组，一个为次级绕组 自耦变压器，初级、次级绕组合为一个 三绕组变压器，三个绕组连接三种不同电压的线路 多绕组变压器，如分裂变压器,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,9,变压器类别-冷却方式,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 干式变压器 ，能满足特殊要求，如安全 油浸风冷变压器、强迫油循环变压器、充气式变压器等,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,10,变压器类别-相数,单相变压器 三相变压器,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,11,二、电力变压器的基本结构,基本结构：油浸式变压器的主要
5、结构部件：铁心、绕组、油箱、绝缘套管等。,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,12,（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。,心柱,铁轭,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,13,1、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,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,14,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、大电流的变压器或小容量电讯变压器。,特
6、点,2、壳式,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,15,（二）绕组,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。 一次绕组输入电能的绕组 二次绕组输出电能的绕组 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。,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,16,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。,同心式：高低压绕组同心的套在铁心柱上。为了便于与铁心绝缘，一般低压绕组在里面高压绕组在外面。 交叠式：又称饼式，将高压绕组及低压绕组分成若干个线饼，沿着铁心柱的高度交替排列着。为了便于绝缘，
7、最上层和最下层安放低压绕组。,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,17,（三）油箱,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）。 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。,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,18,（四）绝缘套管,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） 套管外形常做成伞形，电压愈高、级数愈多。,2019
8、/1/12,电机学 第三章 变压器,19,聚氨酯绝缘变压器套管,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,20,变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。,只要一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变压的目的。, 变压器简单工作原理,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,21,三、变压器的额定值,1、额定容量SN：额定视在功率 SUI 双绕组变压器，一、二次侧额定容量S1N=S2N ； 三绕组变压器三侧容量不一定相等。 三相变压器指三相的总容量。 单位：VA、KVA、MVA。
9、容量在630kVA以下的为小型电力变压器； 8006300kVA的为中型电力变压器； 800063000kVA为大型电力变压器； 90000kVA及以上的为特大型电力变压器。,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,22,2、额定电压UN 一次侧额定电压U1N：根据变压器的绝缘强度和允许发热等条件规定 二次侧额定电压U2N：一次侧外加额定电压U1N时的二次侧空载电压。 额定电压均指线电压。 单位：V、KV,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,23,4、额定频率fN ：我国规定为50HZ。,单相变压器 三相变压器,3、额定电流IN：一次侧额定电流I1N，二次侧额定电流I2N。 额定电
10、流均指线电流。 单位：A,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,24,了解：变压器铭牌数据正确地使用变压器的依据,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 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,2019/1/12,电机学
11、第三章 变压器,25,型号说明,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,26, 注意下面几个公式：,对于三相对称电路，无论何种接法：,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,27,A,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,28,3-2 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,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,29,一、空载运行时的物理情况,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； 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。,2019/1/12,电机学 第三章
12、 变压器,30, 主磁通与漏磁通的区别,性质：0与i0成非线性关系；1与i0成线性关系； 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。,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,31,作用：0起传递能量的作用，1起漏抗压降作用。 数量：变压器铁心由高导磁材料硅钢片制成（导磁系数20000)，大部分磁通都在铁心中流动， 0约占总磁通的99强，1占总磁通的1弱。,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,32,二、变压器各电磁量正方向,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
13、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。,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,33,电路中（强调）： 在同一支路内，电压降u的正方向与电流i的正方向一致； 磁通的正方向与电流i的正方向之间遵循右手螺旋定则； 磁通的正方向与它所感生的感应电势e正方向之间遵循右手螺旋定则。,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,34,一次侧：电动机惯例 i0按u1正向流入一次侧 二次侧：发电机惯例 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/d
14、t e与i同方向：e1与i0同方向；e2与i2同方向。,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,35, 完整的变压器空载电磁关系,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,36,三、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。 E1 f、N1、m,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,37,同理,可得副边感应电势:,相量,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,38,2、漏磁通感应的电动势漏电动势,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,漏电
15、抗,漏电感,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,39,1主要经过非铁磁路径，磁路不饱和，故磁阻很大且为常数 漏电抗X1很小且为常数，它不随电源电压负载情况而变。,变压器制成后，匝数N1确定，f确定 漏电抗X1主要取决于1,磁导,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,40,四、电压平衡方程、变比,1、电压方程,漏阻抗,一次侧,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,41, 请注意：“电压决定磁通”,对电力变压器，Z1很小，产生的漏阻抗的压降I0Z1很小 U1E1 or 11,U1、E1大小相等，方向相反。有的把E1称为反电势。,电压决定磁通,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,42,2、变比,当k1为降压变压器；k1为升压变压器。 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=E2,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,43,例：一台三相变压器，Yd连接，U1N/U2N=35/6.3kV，求变压器变比,解：,例：若一次侧加额定电压U1N，此时二次侧空载电压U2定义为二次侧额定电压U2N，则变比为：,解：,2019/1/12,电机学 第三章 变压器,44,五、变压器的空
