变压器课件精华版

第一章变压器3.1变压器的工作原理3.2变压器的结构和铭牌数据3.3变压器的空载运行3.4变压器的负载运行3.5用实验方法测定变压器的参数3.6变压器的运行特性3.7三相变压器3.8三相变压器的并联运行3.9特种变压器第三章变压器变压器是应用电磁感应原理工作的电磁设备，是一种静止的电气设备，根据电磁感应原理，将一种形态（电压、电流、相数）的交流电能，转换成另一种形态（同频率）的交流电能。电力变压器用途：经济的输送电能：高压输电减少输电线路上电能损耗；合理的分配电能：按用户区域电压等级和负荷需求供电；安全的使用电能：变压器配备多种保护措施。电力系统示意图：安装容量约为发电机的装机容量的5~7倍。第三章变压器变压器的分类①电力变压器——在电力系统中使用的用于升高电压或降低电压的变压器。②特种变压器——根据冶金、矿山、化工、交通等部门的具体要求而设计制造的专用变压器。按用途分：③仪用变压器——电压、电流互感器，旋转变压器。按相数分：①单相变压器②三相变压器按绕组分：①双绕组变压器②三绕组变压器③多绕组变压器变压器的分类按冷却条件分：①油浸式变压器——变压器的铁心和绕组浸在变压器油中。②空冷式变压器——铁心和绕组通过空气进行冷却。按铁心结构分：①心式变压器②壳式变压器电源变压器电力变压器环形变压器接触调压器控制变压器三相干式变压器变压器1u2u1e2e2iAXax输入电能输出电能初级（原绕组）次级（副绕组）高压绕组低压绕组公共铁心1u1i(f与交流电压的频率相同）同时交链初、次级绕组在初、次级绕组中感应电动势e1和e2次级绕组中若接上负载有e2的作用下，向负载输出电功率公共铁心：由高磁导率的电工硅钢片叠压而成，加强初、次级绕组间的电磁耦合3.1变压器的工作原理电源初级绕组磁场（铁心）电磁感应次级绕组理想状况：（不计损耗）2211iuiukNNuu212112211NNkii只须改变N1，N2的值，便可达到变换电压的目的。实际情况:22112121,,ueueNNee两个线圈没有电的直接联系，只有磁的耦合。3.1变压器的工作原理1—铭牌标额定值、运行条件、使用环境等。5—储油柜（或油枕）避免油与空气直接接触，减缓变压器油受潮及老化速度，并使油有热胀冷缩的空间。7—气体继电器（或瓦斯继电器）在储油柜和油箱的连接通道里，是变压器内部故障的信号装置。3.2.1变压器的结构10—分接开关为稳定副边输出电压，改变高压绕匝数从而改变变比。11—油箱放置铁心、绕组，充满变压器油。变压器油起绝缘和冷却作用（矿物油）。3.2.1变压器的结构变压器的主要结构：铁心和绕组。铁心是变压器的磁路部分；绕组是变压器的电路部分。为了提高磁路的导磁性能和降低铁心的涡流及磁滞损耗，铁心通常用0.35mm~0.5mm厚表面涂有绝缘漆的硅钢片冲成一定的形状叠制而成。3.2.1变压器的结构——铁心单相壳式变压器心式变压器迭片奇数层偶数层铁芯由铁芯柱和铁轭组成。铁轭铁心柱AXaxABC高低3.2.1变压器的结构——铁心绕组是变压器的电路部分，一般为绝缘扁铜线或绝缘圆铜线在绕线模上绕制而成。3.2.1变压器的结构——绕组绕组包括高压绕组和低压绕组。高、低压绕组同心套装在铁芯柱上。低压绕组在里，高压绕组在外。三相变压器的高、低压绕组存在相间联结问题。变压器其它附件温度计；吸湿器，储油柜；油表；安全气道；气体继电器；高压套管；低压套管；分接开关；油箱等等3.2.2变压器的铭牌数据型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容，表示方法为：如：SL-1000/10表明三相油浸自冷式双绕组铝线变压器，额定容量1000kVA，高压额定电压10kV电力变压器。电力变压器产品型号SL7－315/10产品编号额定容量315kV·A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50Hz器身吊重765kg相数三相油重380kg联接组别Yyno总重1525kg制造厂生产日期电力变压器铭牌示意图❶额定容量SN：变压器输出的额定视在功率。单位：VA或KVA❷额定电压U1N/U2N：U1N是变压器原边的额定电压，U1N且空载时的副边电压=U2N。单位：V或KV注意：三相变压器的额定电压是指线电压。不论是Y接还是Δ接。☪效率很高，初、次级绕组的容量设计相当。3.2.2变压器的铭牌数据❸额定电流I1N/I2N：根据额定容量和额定电压计算出来的线电流。单位：A注意：单相变压器与三相变压器的计算公式有所不同。NNNUSI11NNNUSI22NNNUSI113三相变压器单相变压器NNNUSI223单相：三相：NNNNNIUIUS221133NNNNNIUIUS22113.2.2变压器的铭牌数据❹额定频率fN：原边所接交流电源的频率。单位：Hz我国电网频率规定为50Hz。例三相变压器，SN=200kVA,U1N/U2N=10/0.4kV,求：I1N/I2N解：三相变压器3.2.2变压器的铭牌数据NUNSNINUNSNI232;131A68.2884.0*3200232A55.1110*3200131NUNSNINUNSNI3.3单相变压器的空载运行变压器空载运行：变压器的原绕组加上额定电压，副绕组开路（不接负载）。电力系统三相电压是对称的；频率相同；大小相等；相位互差120度；只需分析一相即可，本章分析的变压器运行的基本原理和运行性能等，均针对单相变压器进行，所涉及的参数和物理量均指一相的值；只分析稳定运行状态；先分析空载——从简单开始；空载运行初级绕组中的电流i0通过（i0称为T的空载电流）产生i0N1空载磁动势在T中建立空载磁场，分布复杂简化1主磁通量，99%以上漏磁通量11u2u1e2e2iAXax1高压绕组低压绕组1u2u1e2e2iAXax11u2u1e2e2iAXax1u2u1e2e2iAXax1u2u1e2e2iAXax1高压绕组低压绕组0i1ei2=0,磁通由i0建立。漏磁通的磁路是线性的。原边漏磁通Φσ1与原边交链，感应电动势为eσ1。主磁通Φ与原边交链，感应电动势为e1。主磁通Φ与副边交链，感应电动势为e2。主磁通Φ是传递能量的媒介。3.3单相变压器的空载运行物理状况沿铁心闭合，与初、次级交链，参与能量传递1沿非铁磁材料的空气和T而闭合，仅与初级交链，不参与能量传递，只在初级绕组中感应漏电动势，引起漏抗压降1e1u2u1e2e2iAXax1高压绕组低压绕组1u2u1e2e2iAXax11u2u1e2e2iAXax1u2u1e2e2iAXax1u2u1e2e2iAXax1高压绕组低压绕组0i1e3.3单相变压器的空载运行物理状况3.3.2参考方向的规定电压的正方向是指电位降低的方向。的正方向：1I由电压的正方向决定，为从AX“正电压产生正电流”1u2u1e2e2iAXax1高压绕组低压绕组1u2u1e2e2iAXax11u2u1e2e2iAXax1u2u1e2e2iAXax1u2u1e2e2iAXax1高压绕组低压绕组0i1e的正方向：根据电流I1的正方向，用右手螺旋法则规定磁通Φ的正方向。“正电流产生正磁通”一次绕组接电源，是接收电能，电动机惯例。电动势的正方向是指电位升高的方向。电动势E1的正方向：与电流I1的正方向相同（由上指向下）。的正方向：2E原副绕组由同一磁通交链，故电动势E2的正方向亦由上指向下。1u2u1e2e2iAXax1高压绕组低压绕组1u2u1e2e2iAXax11u2u1e2e2iAXax1u2u1e2e2iAXax1u2u1e2e2iAXax1高压绕组低压绕组0i1e3.3.2参考方向的规定由电动势E2的正方向确定，电压U2的正方向应由下指向上（即由x指向a）。的正方向：2I外接负载ZL后，电流I2的正方向与电压U2相同。“正电势产生正电流”1u2u1e2e2iAXax1高压绕组低压绕组1u2u1e2e2iAXax11u2u1e2e2iAXax1u2u1e2e2iAXax1u2u1e2e2iAXax1高压绕组低压绕组0i1e3.3.2参考方向的规定二次绕组接负载，是输出电能，发电机惯例。主磁通和漏磁通1在绕组内产生的感应电动势：dtdNedtdNedtdNe1112211e1：主磁通在原绕组内感应电动势的瞬时值；e2：主磁通在副绕组内感应电动势的瞬时值；e1：漏磁通1在原绕组内感应电动势的瞬时值。主磁通按正弦规律，tmsin)90sin()90sin(cos)sin(01011111tEtNtNtdtdNdtdNemmmmm：主磁通的幅值；E1m：原绕组感应电动势的幅值。3.3.3绕组的感应电动势)90sin(2)90sin(111tEtEemmmNE11原边电动势幅值：mmfNfEE1m11144.42/N22/有效值：mfNjE1144.4相量表示：当主磁通按正弦规律变化时，原绕组中感应电动势也按正弦规律变化，但相位比主磁通落后900。3.3.3绕组的感应电动势副边绕组链接同一磁链，副边电动势e2：mmfNEE22244.42/有效值：相量表示：mfNjE2244.43.3.3绕组的感应电动势)90sin()90sin(cos)sin(02022222tEtNtNtdtdNdtdNemmmmKNNfNfNEEmm21212144.444.411EU220EU变比K忽略绕组电阻和漏磁通KEEUUUU2120121相量图1E11EU220EU3.3.3绕组的感应电动势空载运行时，原边绕组中流过的电流i0，称为空载电流（励磁电流）。3.3.4励磁电流raII0001.0空载电流i0磁化电流i0r铁损电流i0a——产生磁通。它与磁通同相位，是无功分量。——产生铁心损耗。它与磁通垂直，是有功分量。在数值上，一般有i0ri0a。一般，NII%)10~%2(0rI0aI0相量图1E11EU220EUarIII00020200arIII相量关系有效值关系0I3.3.4励磁电流变压器的空载运行1U1E1E20U0I)(2I11U2U1u2u2E10RI1U0I100NIF1E011E2E3.3.5电压平衡方程式3.3.5电压平衡方程式22011101)()(EUEERIU考虑漏磁通，变压器空载运行时相量形式表示的电压平衡方程式：原边漏电势由原边绕组链接漏磁链得到：mfNjEdtdNe1110m1111144.4)90-tsin(N相量表示：漏电势分析漏磁通1通过的磁路是线性的，漏磁链1与产生漏磁链的电流i0呈线性关系，漏电势可表示为：dtdiLdtddtdNe011111若励磁电流i0按正弦规律变化，即tsin200Ii10101XIjLIjE（1）Lσ1为原绕组的漏感系数；X1是原绕组的漏电抗。表征漏磁通对电流的电磁效应。两者与匝数和几何尺寸有关，均为常数。（2）漏电感电动势与电流同频率，相位上落后I0900。结论：mfNjEU11144.4（3）空载时，漏阻抗压降小，（4）主磁通大小，取决于电网电压、频率和匝数。3.3.5电压平衡方程式考虑漏磁通，变压器空载运行时相量形式表示的电压平衡方程式：22011011101101011101)()()()()()(EUEZIEjXRIEXIjRIEERIU