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1、 第二章第二章 变变 压压 器器 本章以一般用途的电力变压器为主要研究对象，着重本章以一般用途的电力变压器为主要研究对象，着重分析单相变压器的工作原理、基本结构和运行情况，对其分析单相变压器的工作原理、基本结构和运行情况，对其他用途的变压器作简单介绍。以期掌握变压器变电压、变他用途的变压器作简单介绍。以期掌握变压器变电压、变电流、变阻抗的原理，理解变压器铭牌数据含义；学会正电流、变阻抗的原理，理解变压器铭牌数据含义；学会正确使用各种变压器。确使用各种变压器。 1 1变变压压器器：是是一一种种静静止止的的电电气气设设备备。它它是是根根据据电电磁磁感感应应的的原原理理，将将某某一一等等级级的的交交
2、流流电电压压和和电电流流转转换换成成同同频频率率的的另另一一等级电压和电流的设备等级电压和电流的设备。 2 2作用：作用：变换交流电压、变换交流电流和变换阻抗。变换交流电压、变换交流电流和变换阻抗。 第一节第一节 变压器基本工作原理和结构变压器基本工作原理和结构一、变压器的基本工作原理一、变压器的基本工作原理v二次绕组（也称副绕组或次级绕组）：接负载，其匝二次绕组（也称副绕组或次级绕组）：接负载，其匝数为数为N2v一一次次绕绕组组（也也称称原原绕绕组组或或初初级级绕绕组组）：接接交交流流电电源源，其匝数为其匝数为Nl；v一、二次绕组中其感应电动势瞬时值分别为一、二次绕组中其感应电动势瞬时值分别
3、为 二、变压器的应用与分类二、变压器的应用与分类1、变压器的应用、变压器的应用v变压器能够变换交变电压、变换交变电流、变换阻抗的作变压器能够变换交变电压、变换交变电流、变换阻抗的作用用 2、变压器的种类很多，按用途不同主要分为：、变压器的种类很多，按用途不同主要分为： 1）电力变压器：供输配电系统中升压或降压用。）电力变压器：供输配电系统中升压或降压用。 2）特殊变压器：如电炉变压器、电焊变压器）特殊变压器：如电炉变压器、电焊变压器 3）仪用互感器：如电压互感器与电流互感器。）仪用互感器：如电压互感器与电流互感器。 4）试验变压器：高压试验用。）试验变压器：高压试验用。 5）控制用变压器：控制
4、线路中使用。）控制用变压器：控制线路中使用。 6）调压器：用来调节电压。）调压器：用来调节电压。三、电力变压器的基本结构三、电力变压器的基本结构 （一一）铁铁心心、（二二）绕绕组组 、（三三）绝绝缘缘套套管管 、（四四）油油箱箱及附件及附件v1.铁心铁心 铁心是变压器的磁路部分，是绕组的支撑骨架。铁心由铁心是变压器的磁路部分，是绕组的支撑骨架。铁心由心柱和磁轭两部分组成，铁心用厚度为心柱和磁轭两部分组成，铁心用厚度为0.35mm，表面涂有，表面涂有绝缘漆的热轧硅钢片或冷轧硅钢片叠装而成。绝缘漆的热轧硅钢片或冷轧硅钢片叠装而成。v2.绕组绕组 绕组是变压器的电路部分，常用绝缘铜线或铝线绕制而绕组
5、是变压器的电路部分，常用绝缘铜线或铝线绕制而成。工作电压高的绕组称为高压绕组，工作电压低的绕组称成。工作电压高的绕组称为高压绕组，工作电压低的绕组称为低压统组。为低压统组。v3.绝缘套管绝缘套管 绝缘套管是变压器绕组的引出装置，将其装在变压器的绝缘套管是变压器绕组的引出装置，将其装在变压器的油箱上，实现带电的变压器绕组引出线与接地的油箱之间的油箱上，实现带电的变压器绕组引出线与接地的油箱之间的绝缘。绝缘。v4.油箱及其附件油箱及其附件 油箱安装变压器的铁心与绕组。变压器油起绝缘和冷却油箱安装变压器的铁心与绕组。变压器油起绝缘和冷却作用。电力变压器附件还有安全气道、测温装置、分接开关、作用。电力
6、变压器附件还有安全气道、测温装置、分接开关、吸湿器与油表等。吸湿器与油表等。 四、电力变压器的额定值与主要系列四、电力变压器的额定值与主要系列 1额定容量额定容量SN （1）单相变压器的额定容量为单相变压器的额定容量为 SN=UN1IN1=UN2IN2 （2）三相变压器的容量为三相变压器的容量为 SN=UN1IN= UN2IN2 2额定电压额定电压U1N和和U2N （1）UN1为一次侧绕组额定电压为一次侧绕组额定电压 （2）UN2为二次绕组额定电压为二次绕组额定电压 3额定电流额定电流IN1和和IN2 （1）IN1是一次绕组的额定电流；是一次绕组的额定电流； （2）IN2是二次绕组的额定电流。
7、是二次绕组的额定电流。 4额定频率额定频率f 我国规定的标准工业用电频率为我国规定的标准工业用电频率为50HZ 第二节第二节 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 一、空载运行时各物理量正方向的规定一、空载运行时各物理量正方向的规定 图中标出各电压、电流、磁通、感应电动势的正方向图中标出各电压、电流、磁通、感应电动势的正方向 正弦量的正方向通常规定如下：正弦量的正方向通常规定如下：v1 1）电源电压正方向与其电流正方向采用关联方向，即两者）电源电压正方向与其电流正方向采用关联方向，即两者正方向一致。正方向一致。v2 2）绕组电流产生的磁通势所建立的磁通，这二者的正方向）绕组电流产生的磁通势
8、所建立的磁通，这二者的正方向符合右手螺旋定则。符合右手螺旋定则。v3 3）由交变磁通）由交变磁通产生的感应电动势，二者的正方向符合右产生的感应电动势，二者的正方向符合右手螺旋定则，即它的正方向与产生该磁通的电流正方向一致。手螺旋定则，即它的正方向与产生该磁通的电流正方向一致。由上述规定，在图中标出各电压、电流、磁通、感应电动势的由上述规定，在图中标出各电压、电流、磁通、感应电动势的正方向如图中所示。正方向如图中所示。 二、感应电动势与漏磁电动势二、感应电动势与漏磁电动势 ( (一一) )、感应电动势、感应电动势 若若主主磁磁通通，=m msintsint，则则一一、二二次次绕绕组组感感应应电电
9、动动势瞬时值为：势瞬时值为：一、二次绕组感应电动势有效值为：一、二次绕组感应电动势有效值为： E E1 1=4.44fN=4.44fN1 1m m E E2 2=4.44fN=4.44fN2 2m m 由此，对某台具体的变压器而言，由此，对某台具体的变压器而言，f f及及N N1 1均为常数，因此均为常数，因此当加在变压器上的交流电压有效值当加在变压器上的交流电压有效值U U1 1恒定时，则变压器铁心恒定时，则变压器铁心中的磁通中的磁通mm基本保持不变。基本保持不变。 三、变压器空载运行时的电动势平衡方程式和电压比三、变压器空载运行时的电动势平衡方程式和电压比一次绕组电动势平衡方程式一次绕组电
10、动势平衡方程式 若若不不计计一一次次绕绕组组中中的的阻阻抗抗，则则外外加加电电压压几几乎乎全全部部用用来来平平衡反电动势：衡反电动势：二次绕组的端电压等于其感应电动势：二次绕组的端电压等于其感应电动势： 变压器一次绕组的匝数变压器一次绕组的匝数Nl与二次绕组匝数与二次绕组匝数N2之比称为变压之比称为变压器的电压比器的电压比k，即即 当当N N2 2N N1 1时，时，k k1 1，则，则U U2 2U U1 1，为升压变压器；若，为升压变压器；若N N2 2N N1 1，k k1 1，则，则U U2 2U U1 1，为降压变压器。若改变电压比，为降压变压器。若改变电压比k k，即改变，即改变一
11、次或二次绕组匝数，则可达到改变二次绕组输出电压时目一次或二次绕组匝数，则可达到改变二次绕组输出电压时目的。的。四、空载电流和空载损耗四、空载电流和空载损耗变压器空载运行时，空载电流变压器空载运行时，空载电流分解成两部分：分解成两部分：1为为无无功功分分量量，用用来来建建立立磁磁场场，起起励励磁磁作作用用，其其与与主主磁磁通同相位；通同相位；2为有功分量，用来供给变压器铁心损耗，其相位超前为有功分量，用来供给变压器铁心损耗，其相位超前主磁通约主磁通约900。即。即第三节第三节 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行变压器的负载运行：是指变压器在一次绕组加上额定正弦变压器的负载运行：是指变压器在
12、一次绕组加上额定正弦交流电压，二次绕组接负载交流电压，二次绕组接负载ZL的情况下的运行状态，如图所示。的情况下的运行状态，如图所示。一、负载运行时的各物理量一、负载运行时的各物理量负载运行时一、二次电流关系负载运行时一、二次电流关系 二、变压器负载运行时的基本方程式（一）磁通势平衡方程式1变压器负载运行时磁通势平衡方程式为2电流平衡方程式为电流平衡方程式为忽略忽略I10时，一、二次绕组电流有效值关系为时，一、二次绕组电流有效值关系为I1=I2/k三、变压器的作用三、变压器的作用通通过过对对变变压压器器负负载载运运行行的的分分析析，可可以以清清楚楚地地看看出出变变压器具有变电压、变电流、变阻抗的
13、作用。压器具有变电压、变电流、变阻抗的作用。（一）变换电压（一）变换电压U1/U2E1/E2=k=N1/N2（二）变换电流二）变换电流I1/I2N2/N1=1/k（三）变换阻抗三）变换阻抗 上式表明，经变压器把负载 阻抗变换为 。通过选择合适的电压比k，可把实际负载阻抗变换为所需的阻抗值，这就是变压器的变换阻抗作用。 四、变压器的运行特性四、变压器的运行特性1变压器运行特性主要有：（变压器运行特性主要有：（1）外特性（）外特性（2）效率特性。）效率特性。2运行的主要指标为：（运行的主要指标为：（1）电压变化率（）电压变化率（2）效率）效率（一）变压器的外特性和电压变化率（一）变压器的外特性和电
14、压变化率是是指指在在一一次次绕绕组组加加额额定定电电压压，负负载载功功率率因因数数cos2为为额额定定值值时时，二二次次绕绕组组端端电电压压U2随随负负载载电电流流I2的的变变化化关关系系，即即U2=f(I2)曲线，如下图所示。曲线，如下图所示。在纯电阻负载时，电压变化较小；为感性负载时，电压在纯电阻负载时，电压变化较小；为感性负载时，电压变化较大；而在容性负载时，端电压可能出现随负载电流的变化较大；而在容性负载时，端电压可能出现随负载电流的增加反而上升，如下图中曲线增加反而上升，如下图中曲线3所示。所示。1变压器的外特性：2电压变化率电压变化率 （二）变压器的效率特性（二）变压器的效率特性变
15、变压压器器的的效效率率特特性性：是是指指负负载载功功率率因因数数cos2不不变变的的情情况况下下，变变压压器器效效率率随随负负载载电电流流变变化化的的的的关关系系，即即曲曲线线f（I2），如下图所示。），如下图所示。对于电力变压器，最大效率出现在对于电力变压器，最大效率出现在I2=（0.50.7）I2N时，其额定效率时，其额定效率N0.950.99。 第四节第四节 三相变压器三相变压器三相变压器组：是由三个单相变压器按一定方式连接三相变压器组：是由三个单相变压器按一定方式连接在一起组成的。如下图所示。在一起组成的。如下图所示。三相变压器组各相之间只有电的联系，没有磁的联系。三相变压器组各相之间
16、只有电的联系，没有磁的联系。三三相相心心式式变变压压器器：将将三三个个铁铁心心柱柱用用铁铁轭轭连连在在一一起起来来构构成三相心式变压器。成三相心式变压器。一、三相变压器的磁路系统一、三相变压器的磁路系统（一）三相变压器组的磁路（一）三相变压器组的磁路二、三相变压器的电路系统二、三相变压器的电路系统三三相相变变压压器器的的电电路路系系统统是是指指三三相相变变压压器器各各相相的的一一次次统统组组、二二次次绕绕组组的的连连接接情情况况。三三相相变变压压器器绕绕组组的的首首端端和和尾尾端端的标志规定如下表所示。的标志规定如下表所示。（一）三相变压器绕组的联结法（一）三相变压器绕组的联结法三相变压器绕组的联结有星形和三角形两种联结方三相变压器绕组的联结有星形和三角形两种联结方式。如下图式。如下图a所示。所示。 用用字字母母Y Y或或y y分分别别表表示示一一次次绕绕组组或或二二次次绕绕组组的的星星形形联联结结。若同时也把中点引出，则用若同时也把中点引出，则用YNYN或或ynyn表示。表示。 用字母用字母D D或或d d分别表示一次统组或二次绕组的三角形联分别表示一次统组或二次绕组的三角形联结。我
