变压器(上课部分学生版).ppt
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1、第三章 变压器,广东机电职业技术学院 吴灏,第三章 变压器,变压器原理与结构 变压器空载运行 变压器负载运行 变压器参数的测定变压器运行特性三相变压器 特殊变压器,变压器原理与结构,变压器工作的理论基础,是电磁感应定律。在电力、电子等领域的实际应用中,其主要的作用是变压、变流、变阻抗、传送交流电能。变压器基本工作原理 变压器的基本结构 变压器的额定值 变压器的分类,变压器基本工作原理,变压器是在一个闭合的铁心磁路中安装了原边绕组(称一次绕组)和副边绕组(称二次绕组),当变压器的一次侧绕组加上交流电压,该绕组中就会有交流电流流过,于是在铁心磁路中就产生了交变磁通,根据法拉第电磁感应定律可知,一次
2、侧和二次侧绕组中都将产生感应电动势,其大小分别为:,变压器基本工作原理,变压器是在一个闭合的铁心磁路中安装了原边绕组(称一次绕组)和副边绕组(称二次绕组),变压器基本工作原理,变压器是在一个闭合的铁心磁路中安装了原边绕组(称一次绕组)和副边绕组(称二次绕组),即变压器一次侧与二次侧电压之比等于绕组的匝数比。因此,只要适当地调节变压器一次侧、二次侧绕组的匝数比,就可以输出各种不同等级的电压,达到变压的目的。,变压器基本工作原理,变压器是在一个闭合的铁心磁路中安装了原边绕组(称一次绕组)和副边绕组(称二次绕组),于是将变压器一次侧交流电能,经电磁转换关系,传送到了变压器的二次侧。应注意的是,变压器
3、可以通过改变变比达到变压的目的,但传送的功率是不能变化的,即不能变功率。,变压器的基本结构,1.油阀 2.绕组 3.铁心 4.油箱 5.分接开关 6.低压套管 7.高压套管 8.瓦斯继电器 9.防爆筒 10.油位器 11.油枕 12.吸湿器 13.铭牌 14.温度计 15.小车,变压器的基本结构,根据变压器原理可知,变压器主要由两大部分组成:变压器磁路部分铁心;变压器电路部分一、二次绕组。大型电力变压器中还有其它辅助部件,变压器的基本结构,变压器磁路部分铁心;铁心材料 铁心结构铁心叠片形式,变压器铁心一般都采用高导磁率的电工材料叠成。选用高导磁材料,是为了提高磁效率;采用硅钢片叠装则是为了减小
4、铁心损耗,简称铁损(涡流损耗)。硅钢片可分热轧硅钢片与冷轧硅钢片两类,冷轧硅钢片的导磁性能较好,损耗较小,为目前制作变压器铁心的主要材料。,变压器的基本结构,变压器磁路部分铁心;铁心材料 铁心结构铁心叠片形式,心式结构,壳式结构,按照绕组套入铁心的形式,铁心可分为心式结构和壳式结构两种。心式结构,变压器铁心被线圈包围;壳式结构,变压器铁心的最外层包围着线圈。心式铁心的结构简单、省料,因此为大多电力变压器采用。,变压器的基本结构,变压器磁路部分铁心;铁心材料 铁心结构铁心叠片形式,大中型变压器一般采用硅钢片交错叠装方式,如图所示,各层磁路接缝斜形互相错开,可减小气隙和磁阻;,变压器的基本结构,变
5、压器磁路部分铁心;铁心材料 铁心结构铁心叠片形式,小型变压器多采用E、F、形等冲片交替叠装而成,如图所示。,变压器绕组,绕组是变压器的电路部分,因此对它的电气、耐热、机械等性能均有严格的要求,以保证变压器的安全运行。变压器中,接到高压电侧绕组称高压绕组,接到低压侧的绕组称低压绕组。按高低压绕组安放型式可分为:同心式交叠式,变压器绕组,1绕组是变压器的电路部分,因此对他的电气、耐热、机械等性能均有严格的要求,以保证变压器的安全运行。变压器中,接到高压电侧绕组称高压绕组,接到低压侧的绕组称低压绕组。按高低压绕组安放型式可分为:同心式交叠式,高低压线圈绕在同一心柱上,同心排列。一般高压线圈排在外侧,
6、低压线圈排在内侧,这样有利于对铁心的绝缘。变压器高低压线圈间的绝缘,线圈与铁心间的绝缘一般采用木纸或钢纸板绝缘圆筒。,变压器绕组,1绕组是变压器的电路部分,因此对他的电气、耐热、机械等性能均有严格的要求,以保证变压器的安全运行。变压器中,接到高压电侧绕组称高压绕组,接到低压侧的绕组称低压绕组。按高低压绕组安放型式可分为:同心式交叠式,把变压器的高低压绕组分别绕成若干个“饼式”绕组,交替地套装在铁心柱上,为便于绝缘,铁心柱两端靠近铁轭外总是套装低压绕组。交叠式绕组因其结构比较牢固,电气上易构成多条支路并联,但绝缘较复杂,所以适用于低电压、大电流负载。,其它部件,油箱及冷却方式 分接开关 高压套管
7、、低压套管 气体继电器 安全气道吸湿器,由于变压器铁心损耗与绕组损耗的存在,这些损耗会使铁心与绕组发热,影响变压器的安全工作。因此,通常将装好的变压器铁心、绕组浸入变压器油中进行冷却。另外变压器油具有良好的绝缘作用。,其它部件,油箱及冷却方式 分接开关 高压套管、低压套管 气体继电器 安全气道吸湿器,为了增加散热面积,容量较大的变压器,常采用带有钢管散热器的外壳帮助散热,故称油浸自冷式;装有散热风扇协助散热,称油浸风冷式;装设油泵强迫使油在冷却器循环冷却的,称强迫油循环冷却式。,其它部件,油箱及冷却方式 分接开关 高压套管、低压套管 气体继电器 安全气道吸湿器,5.分接开关,为了保证用户电压的
8、稳定,电力变压器装有进行微调的分接开关,调节范围在5%,通过改变高压侧绕组匝数来实现。,其它部件,油箱及冷却方式 分接开关 高压套管、低压套管 气体继电器 安全气道吸湿器,为了保证用户电压的稳定,电力变压器装有进行微调的分接开关,调节范围在5%,通过改变高压则绕组匝数来实现。,分接开关,其它部件,油箱及冷却方式 分接开关 高压套管、低压套管 气体继电器 安全气道吸湿器,6.低压套管;7.高压套管,分别与变压器高、低压侧的外线连接,具有良好的消弧、绝缘效果。,其它部件,油箱及冷却方式 分接开关 高压套管、低压套管 气体继电器 安全气道吸湿器,8.瓦斯继电器,安装在油箱和储油柜的连接管道中间,是变
9、压器内部故障的保护装置。当变压器内部绝缘被击穿或匝间短路时,变压器油和其它绝缘物分解气体,气压增大冲击气体继电器,使其接点动作,通过控制保护回路,及时发出故障信号或切除电源。,其它部件,油箱及冷却方式 分接开关 高压套管、低压套管 气体继电器 安全气道吸湿器,9.防爆筒,其它部件,油箱及冷却方式 分接开关 高压套管、低压套管 气体继电器 安全气道吸湿器,12.吸湿器,变压器的额定值,变压器的额定值是变压器工作的技术指标。主要有额定容量、额定电压、额定电流和额定频率。额定值通常标注在变压器的铭牌上,故称铭牌值.额定容量 额定电压 额定电流 额定频率,变压器的额定值,变压器的额定值是变压器工作的技
10、术指标。主要有额定容量、额定电压、额定电流和额定频率。额定值通标注在变压器的铭牌上,故称铭牌值.额定容量 额定电压 额定电流 额定频率,在铭牌上所规定的额定状态下变压器输出的能力(视在功率)保证值,称变压器的额定容量。以KVA表示,对于三相变压器,指三相容量总和。,变压器的额定值,变压器的额定值是变压器工作的技术指标。主要有额定容量、额定电压、额定电流和额定频率。额定值通标注在变压器的铭牌上,故称铭牌值.额定容量 额定电压 额定电流 额定频率,变压器的额定电流是额定状态下的一次侧、二次侧电流值,其值是根据额定容量和额定电压的计算值,变压器的额定值,变压器的额定值是变压器工作的技术指标。主要有额
11、定容量、额定电压、额定电流和额定频率。额定值通标注在变压器的铭牌上,故称铭牌值.额定容量 额定电压 额定电流 额定频率,变压器在额定运行情况下,根据变压器绝缘程度和允许温升所规定的一次侧绕组电压,称一次侧额定电压;变压器空载时,二次侧绕组保证值,称二侧额定电压。,变压器的额定值,变压器的额定值是变压器工作的技术指标。主要有额定容量、额定电压、额定电流和额定频率。额定值通标注在变压器的铭牌上,故称铭牌值.额定容量 额定电压额定电流 额定频率,为标定的工业频率,各国标定是有区别的。(中国标定的额定频率为50HZ)。,变压器的分类,(1)按用途分:电力变压器;特种变压器;仪用互感器等。(2)按绕组结
12、构分:双绕组变压器;三绕组变压器;多绕组变压器;自耦变压器。(3)按相数分:单相变压器;三相变压器;多相变压器。(4)按冷却方式分:干式变压器;油浸式变压器;油浸风式变压器;强迫循环导向冷却式变压器。(5)按变压器容量分:中小型变压器(63000KVA).,3-2 变压器空载运行,变压器一次绕组接入交流电源,二次侧绕组开路的运行状态,称为变压器的空载运行.空载时只有一次侧电流,二次侧电流为零.,电磁关系,变压器空载运行时通过一次绕组的电流称为空载电流。空载时的变压器磁通是由空载电流产生的磁动势所激励的,所以空载电流又称励磁电流。,变压器空载运行,变压器空载运行,变压器空载运行,变压器空载运行,
13、变压器空载运行,变压器空载运行,变压器空载运行,各电磁量参考方向规定,空载电流由一次侧电压参考高电位指向低电位.空载电流与主磁通的方向满足右螺旋规定。,各电磁量参考方向规定,线圈感应电势、磁通方向由右螺旋决定。,变压原理,各电磁量参考方向规定,各电磁量参考方向规定,空载运行分析,恒磁通:由于,当U1一定时,变压器主磁通m基本不变,称为恒磁通。空载电流,即空载电流主要用于激磁。空载功率因数 故变压器尽量不要空载运行。,3-3 变压器负载运行,变压器一次绕组接入额定电压,二次绕组接入负载时的运行状态,称为变压器的负载运行.负载时一次绕组电流及二次绕组电流均不为零.,负载运行的平衡方程,磁势平衡方程
14、 电压平衡方程,变压器接入负载后,二次侧电流产生磁势,此时的主磁通由一次电流和二次电流共同产生。由于一次侧电压不变,一次侧感应电势不变,由恒磁通概念可知合成的主磁通不变。即负载运行时的合成磁通势总是等于空载运行时的磁通势.,变流原理:由磁势平衡方程式 得到原副边功率关系:由于,即 变压器在电路中仅仅传递能量,损耗不大,效率较高。变阻抗原理:由于,故,变压器负载运行,负载运行的平衡方程 磁势平衡方程 电压平衡方程,说明:一次电流由两部分组成,励磁电流和负载电流。励磁电流,只用来建立主磁场,在额定负载时,约占一次电流的5%,是很小的部分;负载电流,用来平衡二次负载电流的作用,是随负载变化而变化。,
15、变压器负载运行,负载运行的平衡方程 磁势平衡方程 电压平衡方程,物理意义说明负载所需的二次侧电能,是通过磁势的方式向一次侧电源索要,而一次电源将电能以磁势方式提供给负载,满足二次负载的需要。磁场为一、二次电能的传送提供了重要的中间介质。,负载运行的平衡方程,电压平衡方程 由于一、二次回路都有电流、感应电势、内阻及漏电抗存在,列写变压器一、二次回路方程,可得:,负载运行分析,负载功率因数Cos1与负载电流I2大小成正比(Cos2不变)。负载功率因数Cos1与负载功率因数Cos2大小成正比(I2 不变).,3-4 变压器参数的测定,变压器参数的测定是指通过试验方法,测出反映变压器内部物理量的励磁阻
16、抗与短路阻抗。1)空载试验2)短路试验,变压器参数的测定,空载试验,单相变压器试验电路,三相变压器试验电路,空载试验,单相变压器试电路,三相变压器试验电路,空载试验,1.实际试验中,考虑操作的安全方便,经常选择在低压侧测量,最后将计算出的励磁阻抗折算回高压侧即可。2.由于变压器空载时功率因数很低,测量应选择低功率因数表为宜.3.空载损耗,即故空载试验主要用于测量铁损。,短路试验,1.变压器短路试验的条件:将变压器的低压侧短路,在高压侧加适当的电压值,使其电流为额定电流值.2.短路损耗,即故短路试验主要用于测量铜损。,3-5 变压器运行特性,变压器负载运行时,一、二次绕组的内阻抗压降随负载变化而
17、变化。负载电流增大时,内阻抗压降增大,二次绕组端电压变化也增大。变压器运行特性主要有外特性和效率特性。,变压器运行特性,变压器电压变化率:变压器一次侧电压为额定时,二次侧空载电压与负载电压之差对额定电压的百分比,称变压器的电压变化率,变压器运行特性,变压器电压变化率:变压器一次侧电压为额定时,二次侧空载电压与负载电压之差对额定电压的百分比,称变压器的电压变化率,变压器外特性,外特性:指一次侧电源电压和负载功率因数均为常数时,二次侧电压随负载变化的关系。电压变化率:变压器一次侧电压为额定值,二次侧空载电压与负载电压之差对额定电压的百分比.反映电源电压的稳定性。,变压器外特性,变压器的外特性是指一
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