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1、1/40变压器原理讲义第一章 概述11. 变压器的用途和分类1.变压器- 是一个静止的电器，由绕在同一个铁心上的两个或两个以上的线圈，通过交变的磁通联系。2.功能- 把一种等级的电压与电流变成同频率的另一种等级的电压与电流。一变压器的用途发电机发出的电压 10.5-20kV 的低电压通过变压器变成高电压低电流进行远距离传送，最终到用户需要的电压，大型动力设备电压 6，10kV ，小型的动力设备为 380，220 伏。输送的距离越远（千米） 输送的功率越大（万 kVA） 要求输电电压越高（kV）200-400 20-30 220500 40 330800 80 5001000 以上 200-50
2、0 7502000 以上 500 以上 1000传输的电能的过程-发电机发出的电压升高 -升压变压器-一级降压-二级降压-配电（用户） 。传输电能1. 升压变压器-将发电机发出的电压升高输给线路。2. 降压变压器-将较高的电压降为较低的电压。3. 配电变压器-将较低的电压降为设备或民用的电压。4. 联络变压器-联系几个电网，将电能重新分配。二变压器的分类变压器- 电力变压器 -（油浸变压器，干式变压器）-特种变压器1. 按用途分类-升压变，降压变，联络变，配电变，厂用变。2. 按变压器结构分类-双绕组变，三绕组变，多绕组变，自耦变。3. 按相数分类-单相变，三相变，多相变。4. 按冷却条件分类
3、-油浸变压器（自冷，水冷，风冷，强迫水冷，强迫风冷）2/40干式变压器，这种变压器没有油，线圈和铁心通过空气冷却。充气变压器，器身放在一密封的铁箱内，箱内充以特种气体。5. 按线圈使用的金属材料分类-铜线变压器，铝线变压器。6. 调压方式分类-无励磁调压，当二次不带负载，一次与电网脱离的调压方式。-有载调压，在带二次负载下进行调压。7. 特种变压器-整流变，用于把交流电能变换为直流电能的场合。电炉变，用于把电能转换为热能的场合。试验变，供高压试验用的变压器。供旷井下使用的矿用变压器。供船舶用的船用变压器。中频变压器。大电流变压器。变压器的额定电压应与所连接的输电线路电压相等，我国输电线路电压等
4、级有（kV）：0.38 3 6 10 15（20） 35 63 110 220 330 500 输变电线路电压等级是线路终端电压值，因此连接线路终端变压器一侧的额定电压与上列数值相同。变压器始端的电压考虑了线路的压降将比等级电压为高，35kV 以下电压等级的始端电压比电压等级要高 5，而 35kV 以上的要求高 10，因此变压器额定电压也相应提高。线路的始端电压值为：0.4 3.15 6.3 10.5 15.75 38.5 69 121 242 369 550高压额定电压等于线路始端电压的变压器为升压变压器，等于线路终端电压的变压器为降压变压器。三产品型号-1- -2 - -3- -4- -5
5、- -6- -7- -8- -9- / -10- -11-1. 线圈耦合方式-一般不标，O 自耦2. 相数-D 单相，S 三相3. 冷却方式-油浸自冷不标，F 油浸风冷，S 油浸水冷4. 循环方式-自然循环不标，P 强迫循环5. 绕组数-双绕组不标，S 三绕组，F 双分裂6. 导线材质-铜线不标，铝线用 L7. 调压方式-无励磁不标，Z 为有载3/408. 产品的设计序号9. 额定容量（kVA）10. 高压绕组的额定容量电压（kV ）11. 防护代号，TH-湿热，TA-干热例：OSFPSZ-25000/220自耦三相强迫风冷三绕组铜线有载调压额定容量为 25000kVA 的高压绕组额定电压22
6、0kV 的电力变压器。四技术数据1. 额定容量，表征传输电能大小2. 额定电压，指线电压3. 额定电流，指线电流4. 联接组标号5. 空载电流，原边接在额定频率的额定电压，副边开路，在原边产生的电流即为空载电流。6. 空载损耗，空载电流的有功分量是损耗电流所吸取的有功功率。7. 阻抗电压，二次绕组短路，一次绕组流通额定电流时所施加的电压为阻抗电压。8. 负载损耗，二次绕组短路，一次绕组流通额定电流时所吸取的有功功率。9. 频率，10. 相数同时铭牌上还给出变压器的总重量，油重量，器身重量。特种变压器的产品型号：HSJ：三相油浸电弧钢炉用变压器PDJ：单相油浸工频感应炉用变压器DDG：单相干式低
7、电压大电流变压器ZSG：三相干式整流变压器TDJY：单相油浸移圈调压器TDGC：单相干式接触调压器SO：三相自耦调压器DGS：船用变压器SG：三相干式变压器4/40KL：矿用变压器第二章 变压器的运行分析一空载运行在原边加上额定的 f 的额定的电压副边开路的情况，把原边加在电源，而副边开路，原边就有电流流过，这个电流叫空载电流。用 I0 表示，这时变压器铁心中就产生磁通，并在副边绕组端点产生电压，这种运行状态为变压器的空载运行。特点：空载运行时副边电压与原边电压有一定的比例关系。二负载运行当变压器的一次绕组接到交流电源上，而二次绕组的出线端接上负载时，二次绕组内就有电流流过，这样变压器就进行了
8、负载运行状态。特点：1.当副边接上负载后，变压器就能输出电流，与此同时，变压器原边的输入电流也相应增大。2.负载运行时，副边电压与空载时有所不同，副边电压变化的大小决定于负载的大小，性质和变压器本身的特性，额定负载时变压器副边电压变化的数值是变压器的一个重要的性能。3.损耗，变压器内部有损耗，变压器的输入功率总是大于输出功率，它的效应也随负载而变化。三目的1. 通过运行分析的学习，了解副边电压的大小和相位随负载变动的情况。2. 分析变压器中能量传递的规律及变压器的损耗和效率。四方法把电磁基本规律应用到变压器的电路和磁路中去，确定变压器的电压电势，电流，磁势，磁通和磁路中的阻抗应满足的关系。五变
9、压器的基本原理原绕组加上交流电压 U1 时，原绕组里就有电流 I1 流过，原绕组就将产生一个磁势 F,这个磁势就会在铁心中产生一个磁通，磁通是交变的，所以它将在原，副边绕组中感应电势，当副边接上负载时，在 E2 的作用下负载中将有电流 I2 流过，这就是变压器将电能从原边传递到副边的工作过程。变压器工作的目的：不仅在于实现能量从原边传递到副边，而是通过传递过程实现改变电压和电流。5/40基尔霍夫定律一第一定律1. 支路-电路中每个分支叫支路2. 节点-三个或三个以上支路汇交的点3. 回路-电路中任意一个闭合的路径为回路对任何一节点来说，流入（或流出）该节点的代数和等于零，这就是基尔霍夫第一定律
10、。二第二定律在电路的任何闭合回路中，各段电压的代数和等于零，这就是基尔霍夫定律。在电路任何回路中，其各个电阻上电压的代数和等于各个电势的代数和，这是第二定律的另一种表达式。运用第二定律解题时，常用 IR=E,公式中电压和电势正负确定方法：1. 首先选定各支路电流的正方向2. 任意选定沿回路的绕行方向3. 若通过电阻的电流方向与绕行方向与绕行方向一致，则该电阻上的电压为正，反之取4. 负。5. 电动势的方向与绕行方向一致时取正，反之取负。单相正弦交流电：凡是大小和方向都随时间而变化的电压和电流称交流电压和交流电流，工程上所用的交流电基波形是按正弦规律变化，称正弦交流电。优点：1.变化平滑，同频率
11、的几个正弦量相加或相减，其结果仍是同频率的正弦量。2.非正弦的周期性交流电，还可以分为许多不同频率的正弦分量。参数：1 瞬时值-交流电在某一时刻的大小称为交流电的瞬时值。 （U,ei）2.最大值-最大的瞬时值称为最大值，最大值也叫振幅或峰值。 （Em,Um,Im）3.周期-交流电每循环一次所需要的时间，用 T 表示，单位，秒，周期的长短表示这个交流电变化的快慢。4.频率-交流电在 1 秒钟内变化的快慢。5角频率-e=EmSinwt,w 通常为角频率或角速度，表示交流电每秒钟内变化的角6/40度，单位：弧度秒。6.相位和初相角 e1=E1mSin(wt+) ，e2=E2mSin(wt+)t=0
12、时的相位叫初相位或初相，用不大于 180 度的角表示。正弦交流电的表示方法：1.矢量图 2.复数表示方法 3.解析式 4.曲线图(1)、矢量图- 按初相和最大值作矢量，这样作出的图为矢量图。作图注意：在同一矢量图上，相同单位的矢要用相同的比例。优点：1、正弦量相同时比解析式，曲线式简单。2、矢量直接相加单。2、复数表示法复数：A=a1+ja2向量乘以”+J” 就等于此向量，逆时针旋转 90 度，即幅角增加 90 度。向量乘以”-j”就等于此向量，顺时针转过 90 度，即幅角减小 90 度。一、纯电阻电路既没有电感也没有电容，只包含线性电阻电路，在纯电阻电路中电路和电流是同相位的。设电压的初相角
13、为零 u=UmSinwt，流过电阻上电流 i=U/R=Um/Rsinwt。二纯电感电路由电阻很小的电感线圈组成的交流电路，可近似看成纯电感线路，纯电感线路中，电压（电感）超前电流 90 度。在纯电感线圈两端加上交流电压上 UL，线圈中要产生一个交流电流，由于这个电流是变化的，因此线圈上就产生自感电动势来反抗电流变化，线圈中电流变化要落后于线圈两端电压的变化，UL 和 i 之间有相位差。UL=Ldi/dt=LdImSimwt/dt=ImwLSin(wt+/2)三纯电容电路由介质损耗很小，绝缘电阻很大的电容器组成的交流电路可近似看成是纯电容电路。在纯电容电路中，电容器两端的电压随着电荷的积累而升高
14、，随着电荷的释放而降低，由于电荷的积累和释放需要一定的时间，所以说电容器两端的电压变化滞后于电流变化，电流超前于电压 90 度。结论：1、ULUc, 电压超前电流，相角 0 度，电路呈感性。2、ULUc ，电压滞后于电流，相角 0 度，电路呈感性。3、Um=Uc，电压与电流同后，发生串联谐振。7/40磁路部分：磁性：把能吸引铁、镍、钴等物质的性质称为磁性。磁体：具有磁性的物质叫磁体。磁化：使原来不带磁性的物质使其具有磁性的过程。磁通：通过与磁场方向垂直的某一面积上磁力线的总数。磁感应强度：垂直通过单位面积上磁力线的数目。1. 磁路欧姆定律设励磁线圈的匝数为 N,线圈中流过的电流为 I,铁心的截
15、面为 S，磁路的平均长度为L，则磁场强度：H=NI/LNI:相当于电路中的电动势，是产生磁通的磁源，称为磁通势，等于线圈的匝数和电流的乘积，电流越大，磁势越强。H=NI/L =BS B=uH =uHS Rm=L/us-磁路的磁阻磁阻与磁路的平均长度成正比，与铁心的截面和导磁率的乘积成反比，当铁心的几何尺寸一定时，磁导率越大，Rm 越小。磁路参数与电路参数的对应关系磁通势 NI 电动势 E磁通 电流 I磁导率 u 电阻率 p磁阻 Rm 电阻 R=NI/Rm I=E/R电磁感应：由于磁通变化，而在导体中或线圈中产生感生电动势的现象称电磁感应。由电磁感应产生的电动势叫感应电动势。由感应电势引起的电流叫感应电流。而产生电磁感应的条件是磁通量必须发生变化。电磁感应定律：线圈中感应电动势的大小与穿越同一线圈的磁通量的变化率成正比。第一章 变压器的空载运行如图：AX 是原绕组，ax 是副绕组， AX 接到交流电流运行，各个是磁量都
