变压器基本知识课件ppt课件

学习目标:第一章变压器1．掌握变压器的结构。2．掌握变压器的工作原理。3．掌握三相变压器的结构及连接组别。4．能判断变压器故障，对一般故障能进行修理与试验。案例：电能的产生、输送与分配第一章变压器图1-1电力输送过程示意图变压器电源变压器电力变压器环形变压器自耦调压器控制变压器三相干式变压器作用：变压器是用来改变交流电压大小的电气设备。它是根据电磁感应原理，把某一等级的交流电压变化成频率相同的另一等级的交流电压，以满足不同负载的需要。还可用来改变电流、变换阻抗以及产生脉冲等。1.1变压器的用途与结构1.1.1变压器的用途及其分类用途：主要用于输配电系统，而且还广泛应用于电气控制领域、电子技术领域，测试技术领域以及焊接技术领域等。1．按用途分类（1）电力变压器:用作电能的输送与分配。（2）特种变压器。在特殊场合使用的变压器，如作为焊接电源的电焊变压器；专供大功率电炉使用的电炉变压器；将交流电整流成直流电时使用的整流变压器等。（3）仪用互感器:用于电工测量中，如电流互感器、电压互感器等。（4）控制变压器:容量一般比较小，用于小功率电源系统和自动控制系统。（5）其他变压器如高压变压器、调压变压器；脉冲变压器双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器等。叠片式铁心、卷制式铁心、非晶合金铁心。2．按绕组构成分类3．按铁心结构分类4．按相数分类有单相变压器、三相变压器、多相变压器。5．按冷却方式分类有干式变压器、油浸自冷变压器、油浸风冷变压器、强迫油循环变压器、充气式变压器等。1.1.2变压器的结构根据用途不同，变压器的结构也有所不同，大功率电力变压器的结构比较复杂，而多数电力变压器是油浸式的。油浸式变压器由绕组和铁芯组成器身，为了解决散热、绝缘、密封、安全等问题，还需要油箱、绝缘套管、储油柜、冷却装置、压力释放阀、安全气道、湿度计、气体继电器等附件，其结构如图1-2所示。图1-2油浸式电力变压器1．变压器绕组变压器中的电路部分，小型变压器一般用具有绝缘的漆包圆铜线绕制而成，对容量稍大的变压器则用扁铜线或扁铝线绕制。(1)．同心式绕组高、低压绕组同心地套装在铁心柱上。为了便于与铁心绝缘，把低压绕组套装在里面，高压绕组套装在外面。按其绕制方法的不同又可分为圆筒式、螺旋式和连续式(2)．交叠式绕组将绕组分成若干个线饼交替排列又称饼式绕组漏抗小、机械强度高、引线方便。主要用在低电压、大电流的变压器上，如容量较大的电炉变压器、电阻电焊机（如点焊、滚焊和对焊电焊机）变压器等。优点:2．变压器铁芯构成变压器磁路系统，并作为变压器的机械骨架铁心柱磁轭0.35mm厚的硅钢片，减小铁耗。国产硅钢片有热轧硅钢片、冷轧无取向硅钢片、冷轧晶粒取向硅钢片心式变压器壳式变压器单相小容量变压器铁心形式为了减小铁心磁路的磁阻以减小铁心损耗，要求铁心装配时，接缝处的空气隙应越小越好。（1）油箱和冷却装置油箱内装变压器油扁形散热油管或片式散热器帮助散热10000kV·A的电力变压器，采用风吹冷却或强迫油循环冷却装置。3．变压器的主要附件储油柜：通过连接管与油箱相通使变压器油与空气的接触面积大为减小，减缓了变压器油的老化速度新型的全充油密封式电力变压器则取消了储油柜，运行时变压器油的体积变化完全由设在侧壁的膨胀式散热器（金属波纹油箱）来补偿。（2）保护装置在油箱和储油柜之间的连接管中装有气体继电器，当变压器发生故障时，内部绝缘物汽化，使气体继电器动作，发出信号或使开关跳闸。（a）气体继电器（b）防爆管（安全气道）装在油箱顶部，它是一个长的圆形钢筒，上端用酚醛纸板密封，下端与油箱连通。若变压器发生故障，使油箱内压力骤增时，油流冲破酚醛纸板，以免造成变压器箱体爆裂。近年来，国产电力变压器已广泛采用压力释放阀来取代防爆管。1.2变压器的铭牌和额定值1.2.1铭牌正确地使用变压器的依据电力变压器产品型号S7-500／10标准代号XXXX额定容量500kV.A产品代号XXXX额定电压10kV出厂序号XXXX额定频率50Hz3相联结组标号Y，yn0阻抗电压4％冷却方式油冷使用条件户外开关位置高压低压电压／V电流／A电压／V电流/AⅠ1050027．5Ⅱ1000028．9400721．7Ⅲ950030．4XX变压器厂XX年XX月1.2.2额定值1.型号2.额定电压U1N和U2NU1N：加在一次绕组上的正常工作电压值。根据变压器的绝缘强度和允许发热等条件规定U2N：变压器空载时，高压侧加上额定电压后，二次绕组两端的电压值。U2N不等于额定负载时的负载电压。有一个电压降使空载电压大于负载电压。额定电压在三相变压器中是指线电压。3.额定电流I1N和I2N根据变压器容许发热的条件而规定的满载电流值。在三相变压器中额定电流是指线电流。4.额定容量SN变压器在额定工作状态下，二次绕组的视在功率，其单位为kV·A。AkV1000IUS2N2NN单相变压器的额定容量三相变压器的额定容量AkV1000IU3SN2N2N5.联结组标号三相变压器一、二次绕组的连接方式Y（高压绕组作星形联结）、y（低压绕组作星形联结）；D（高压绕组作三角形联结）、d（低压绕组作三角形联结）；N（高压绕组作星形联结时的中性线）、n（低压绕组作星形联结时的中性线）。6.阻抗电压又称为短路电压。它标志在额定电流时变压器阻抗压降的大小。通常用它与额定电压U1N的百分比来表示。例1－1：一台三相油浸自冷式铝线变压器，已知SN＝560kV·A，U1N/U2N=10000V/400V，试求一次、二次绕组的额定电流I1N、I2N各是多大?解：32.33AI1NN1N10000310560U3S3808.29A2NN2NA400310560U3SI3互相绝缘且匝数不同只有磁的耦合而没有电的联系1.3单相变压器的空载运行及负载运行1.3.1单相变压器的空载运行1．单相变压器的基本工作原理dtdΦ＝－Ne11dtdΦ＝－Ne22根据电磁感应原理：改变一、二次绕组的匝数，就可达到改变电压的目的。1．单相变压器的基本工作原理第四节：单相变压器的空载运行及负载运行2.空载运行时各物理量正方向的规定二次绕组开路按照“电工惯例”规定参考方向：（1）电压的参考方向：在同一支路中，电压的参考方向与电流的参考方向一致。（2）磁通的参考方向：磁通的参考方向与电流的参考方向之间符合右手螺旋定则。（3）感应电动势的参考方向：由交变磁通Ф产生的感应电动势e，其参考方向与产生该磁通的电流参考方向一致（即感应电动势e与产生它的磁通Ф之间符合右手螺旋定则）。参考方向的规定按此参考方向列出的电磁感应定律方程：dtdΦNe＝－3.感应电动势和变比设Φ＝Φmsinωt）πfNΦ2＝ωtωNΦωt)(Φdtd＝－NdtdΦe＝＝－mmm0m90sin(ωE(sincossintω0）＝90-te滞后于Φ900结论：有效值：mmm44.4222fNfNEE＝E1=4.44fN1ФmE2=4.44fN2Фm2121NNEE略去一次绕组中的阻抗不计U1≈E1＝4.44fN1ФmU2＝E2=4.44fN2ФmKKNNEEUUu212121变压比，简称变比U1恒定时，变压器铁心中的磁通Фm基本上保持不变4.变压器的空载电流和空载损耗dq0III空载电流（2～10）％IN无功分量Iq，用来建立磁场，起励磁作用有功分量Id，用来供给变压器铁心损耗10％I04.变压器的空载电流和空载损耗空载损耗绝大部分是铁心损耗P0，即磁滞损耗与涡流损耗，只有极少部分是一次绕组电阻上的铜损耗I02R。可认为变压器的空载损耗就是变压器的铁心损耗5.空载运行时相量图单相变压器电路原理图理想变压器空载运行相量图例1—2：如图所示，低压照明变压器一次绕组匝数N1＝660匝，一次绕组电压Ul＝220V，现要求二次绕组输出电压U2＝36V，求二次绕组匝数N2及变比Ku解：6.136220660匝60匝＝121u1122UUK22036NUUN降压变压器：Ku1升压变压器:Ku11.3.2单相变压器的负载运行单相变压器负载运行二次绕组中有电流一次绕组中电流变为i11．磁动势平衡方程及变流比变压器负载运行时的磁通势平衡方程式:因为电源电压不变，故负载时的磁势和空载时相同：0N2N1NIII121N1I1≈N2I2忽略I0:IKK1NNIIu1221变压器的变流比变压器的高压绕组匝数多，而通过的电流小，因此绕组所用的导线细；反之低压绕组匝数少，通过的电流大，所用的导线较粗。结论：1．磁动势平衡方程及变流比外特性:一次绕组电压U1和负载的功率因数cosφ2一定时，二次绕组电压U2与负载电流I2的关系.滞后的无功电流产生去磁作用使电压下降超前的无功电流产生增磁作用使电压上升用标么值表示，便于不同变压器之间比较2．变压器的外特性及电压变化率电压变化率：用ΔU％来表示%100UUUΔU%N22N2二次侧空载电压额定负载时二次侧电压ΔU％反映供电电压的稳定性。ΔU％越小，说明变压器二次绕组输出的电压越稳定。常用变压器ΔU％为3％～5％例1—3：某台供电电力变压器将U1N=10000V的高压降压后对负载供电，要求该变压器在额定负载下的输出电压为U2=380V，该变压器的电压变化率ΔU％＝5％，求该变压器二次绕组的额定电压U2N及变比K。5%100%N2N2U380UΔU解：U2N=400VK=U1N/U2N=10000/400=253.变压器的损耗及效率P1=U1I1COSφ1P2=U2I2COSφ2损耗ΔP＝P1-P2=Pcu+PFe（1）．铁损耗PFe基本铁损耗附加铁损耗与U1有关，与负载电流无关，当U1不变时，铁耗基本不变。故铁耗称为不变损耗。（2）．铜损耗PCu基本铜损耗附加铜损耗电流在一次、二次绕组电阻上产生的损耗漏磁通产生的集肤效应使电流在导体内分布不均匀而产生的额外损耗铜损耗与负载电流的平方成正比，所以铜损耗又称为“可变损耗”（3）．效率%100＋PPPP%100ΔPPP%100PPηFecu222212中小型电力变压器效率在95％以上，大型电力变压器效率可达99％以上.例1－4：S9－500/10低损耗三相电力变压器额定容量500kV·A，设功率因素为1,二次电压U2N=400V，铁损耗PFe=0.98KW，额定负载时铜损耗PCu＝4.1kW，求二次额定电流I2N及变压器效率η。AAUSI7224003100050032NN2NP2=SNCOSφ=500kW%99%1001.4＋98.0500500%100＋PPPP%100ΔPPP%100PPηFecu222212解：（4）．效率特性效率η也随负载电流I2的变化而变化的关系NII22负载系数不变损耗等于可变损耗时，变压器的效率最高。通常最高效率位于β=0.5∽0.6之间'ZK1IU)NN(INNUNNIUZ2112121211122211'IUZ相当于直接接在一次绕组上的等效阻抗ZKZ2'1.3.3变压器的阻抗变换作用输出变压器、线间变压器阻抗匹配作用：如使音响设备输出的阻抗与扬声器的阻抗尽量相等，以获得最大的输出功率。例1—5：某晶体管收音机输出电路的输出阻抗为Z/=392Ω，接入的扬声器阻抗为Z=8Ω，现加接一个输出变压器使两者实现阻抗匹配，求该变压器的变比K；若该变压器一次绕组匝数N1=560匝，问二次绕组匝数N2为多少?78392ZZK'匝＝80匝7560KNN12解：1.4三相变压器三相变压器组1.4.1三相变压器磁路结构三相心式变压器三相绕组接入对称的三相交流电源时，三相绕组中产生的主磁通也是对称的，故三相磁通之和等于零，因此中间铁心柱可以省略1.变压器的极性同极性端或同名端：变压器的一、二次绕组绕在同一个铁心上，当同时交链的磁通Ф交变时，两个绕组中感应出电动势，当一次绕组的某一端点瞬时电位为正时，二次绕组也必有一电位为正的对应端点。这两个对应的端点，称为同