第三章變壓器

1、第三章第三章 變壓器變壓器電氣工程系 胡幸鳴電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器 變壓器是一種靜止的交流電氣設(shè)備，它利用電磁感應(yīng)原理，將一種等級的交流電壓和電流轉(zhuǎn)變成同頻率的另一種等級的交流電壓和電流。它對電能的經(jīng)濟傳輸、靈活分配和安全使用具有重要的意義；同時，它在電氣的測試、控制和特殊用電設(shè)備上也有廣泛的應(yīng)用。第三章第三章 變壓器變壓器 本章主要敘述一般用途的電力變壓器有工作原理、分類、結(jié)構(gòu)和運行特性。電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器電源變壓器電力變壓器控制變壓器調(diào)壓器三相干式變壓器電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器第一節(jié)第一節(jié) 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)變壓器的基本工作原

2、理和結(jié)構(gòu) 一次繞組N1二次繞組N2互相絕緣且匝數(shù)不同只有互相絕緣且匝數(shù)不同只有磁的耦合而沒有電的聯(lián)系磁的耦合而沒有電的聯(lián)系 e2u1i0F0e1可向負載供電 u2根據(jù)電磁感應(yīng)原理根據(jù)電磁感應(yīng)原理dtdNe11dtdNe22改變改變N1、N2，就可達，就可達到改變電壓的目的。到改變電壓的目的。 一、變壓器一、變壓器的基本工作原理的基本工作原理電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器電力系統(tǒng)中應(yīng)用的變壓器稱作電力變壓器，它是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備。如果輸電線路輸送的電功率及功率因數(shù)cos一定，越高時，則線路電流越小，輸電線的截面積 ，節(jié)省材料，達到減小投資和降低運行費用的目的。由于發(fā)電廠的交流發(fā)電機

3、受絕緣和工藝技術(shù)的限制，通常輸出電壓為10.5千伏或16千伏，而一般高壓輸電線路的電壓為110、220、330、 500或750千伏，因此需用升壓變壓器升壓變壓器將電壓升高后送入輸電線路。當電能輸送到用電區(qū)后，為了用電安全，又必須用降壓變壓器降壓變壓器將輸電線路上的高電壓降低為配電系統(tǒng)的配電電壓，然后再經(jīng)過降壓變壓器降壓后供電給用戶。電力系統(tǒng)的多次升壓和降壓，使得變壓器的應(yīng)用相當廣泛。 1、變壓器的應(yīng)用、變壓器的應(yīng)用二、變壓器二、變壓器的應(yīng)用和分類的應(yīng)用和分類電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器NoImageNoImageNoImageNoImageNoImage三相電力系統(tǒng)三相電力系統(tǒng)的

4、變壓器應(yīng)用的變壓器應(yīng)用 電廠、電電廠、電站電能站電能升壓升壓高壓高壓輸電輸電降壓降壓用戶用戶電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器2、變壓器的分類、變壓器的分類（1）按用途分類）按用途分類（2）按繞組構(gòu)成分類）按繞組構(gòu)成分類（3 3）按相數(shù)分類）按相數(shù)分類前面所述的應(yīng)用就是按用途分類，如電力變壓器前面所述的應(yīng)用就是按用途分類，如電力變壓器 有單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器。有單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器。雙繞組、三繞組、多繞組、自耦變壓器。雙繞組、三繞組、多繞組、自耦變壓器。電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器 另外，變壓器的應(yīng)用還有，測量系統(tǒng)中使用的儀用互感器儀用互感器（可將

5、高電壓變換成低電壓，或?qū)⒋箅娏髯儞Q成小電流，以隔離高壓和便于測量）；自耦調(diào)壓器自耦調(diào)壓器（可任意調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，以適應(yīng)負載對電壓的要求）；在電子線路中用的電源電源變壓器變壓器；變壓器還用來耦合電路、傳遞信號、實現(xiàn)阻抗匹配。作為焊接電源的電焊變壓器電焊變壓器；專供大功率電爐使用的電爐變壓器電爐變壓器；將交流電整流成直流電時使用的整流變壓器整流變壓器等。1、變壓器的應(yīng)用、變壓器的應(yīng)用電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器 干式變壓器、油浸自冷變壓器、油浸風冷變干式變壓器、油浸自冷變壓器、油浸風冷變壓器、強迫油循環(huán)變壓器、充氣式變壓器等。壓器、強迫油循環(huán)變壓器、充氣式變壓器等。（4 4）按冷卻

6、方式分類）按冷卻方式分類 盡管變壓器種類繁多，但它們皆是利用電磁盡管變壓器種類繁多，但它們皆是利用電磁感應(yīng)的原理制成的。感應(yīng)的原理制成的。電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器三、變壓器的基本結(jié)構(gòu)三、變壓器的基本結(jié)構(gòu) 儲油柜安全氣道線圈鐵心油箱放油閥門油浸式電力變壓器分接開關(guān)信號式溫度計吸濕器油表高壓套管低壓套管變壓器的主要組成主要組成是鐵心鐵心和繞組繞組（俗稱為器身器身）。為了改善散熱條件，大、中容量的電力變壓器的鐵心和繞組浸入盛滿變壓器油的封閉油箱中，各繞組對外線路的聯(lián)接由絕緣套管引出。為了使變壓器安全、可靠地運行，還設(shè)有儲油柜、安全氣道和氣體繼電器等附件。 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)

7、變壓器變壓器NoImageNoImageNoImageNoImageNoImage三、變壓器的基本結(jié)構(gòu)三、變壓器的基本結(jié)構(gòu) 1.1.鐵心鐵心構(gòu)成變壓器磁路系統(tǒng)，并作為變壓器的支撐骨架構(gòu)成變壓器磁路系統(tǒng)，并作為變壓器的支撐骨架 鐵心柱鐵心柱 磁軛磁軛0.35 mm0.35 mm厚的硅鋼片，減小鐵耗。厚的硅鋼片，減小鐵耗。 國產(chǎn)硅鋼片國產(chǎn)硅鋼片 有熱軋硅鋼有熱軋硅鋼 片、冷軋無片、冷軋無 取向硅鋼片、取向硅鋼片、 冷軋晶粒取冷軋晶粒取 向硅鋼片向硅鋼片 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器 大、中型變壓器的鐵心，一般先將硅鋼片裁大、中型變壓器的鐵心，一般先將硅鋼片裁成條形，然后采用交錯疊片的方

8、式疊裝而成。成條形，然后采用交錯疊片的方式疊裝而成。交錯疊片的目的是使各層磁路的接縫互相錯開，交錯疊片的目的是使各層磁路的接縫互相錯開，以減小接縫處的氣隙和磁路的磁阻，從而減小以減小接縫處的氣隙和磁路的磁阻，從而減小勵磁電流。勵磁電流。1.鐵心鐵心電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器NoImageNoImageNoImageNoImageNoImage2.2.繞組繞組 變壓器中的電路部分，小型變壓器一般用具有變壓器中的電路部分，小型變壓器一般用具有 絕緣的漆包圓銅線繞制而成，對容量稍大的變絕緣的漆包圓銅線繞制而成，對容量稍大的變 壓器則用扁銅線繞制。壓器則用扁銅線繞制。 同心式繞組同心式繞

9、組高、低壓繞組同心地套高、低壓繞組同心地套裝在鐵心柱上。為了便裝在鐵心柱上。為了便于與鐵心絕緣，把低壓于與鐵心絕緣，把低壓繞組套裝在里面，高壓繞組套裝在里面，高壓繞組套裝在外面。繞組套裝在外面。 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器（）油箱（）油箱 油浸式變壓器的外殼就是油箱，它起著機械支油浸式變壓器的外殼就是油箱，它起著機械支撐、冷卻散熱和保護的作用。變壓器的器身放在裝有變壓撐、冷卻散熱和保護的作用。變壓器的器身放在裝有變壓器油的油箱內(nèi)。變壓器油既是絕緣介質(zhì)，又是冷卻介質(zhì)，器油的油箱內(nèi)。變壓器油既是絕緣介質(zhì)，又是冷卻介質(zhì)，它使鐵心和繞組不被潮濕所侵蝕，同時通過變壓器油的對它使鐵心和繞組不

10、被潮濕所侵蝕，同時通過變壓器油的對流，將鐵心和繞組所產(chǎn)生的熱量傳遞給油箱和散熱管，再流，將鐵心和繞組所產(chǎn)生的熱量傳遞給油箱和散熱管，再往空氣中散發(fā)熱量往空氣中散發(fā)熱量。3.其他結(jié)構(gòu)附件其他結(jié)構(gòu)附件（2）儲油柜）儲油柜 亦稱油枕，保證器身始終浸在變壓器油中。亦稱油枕，保證器身始終浸在變壓器油中。 （3）分接開關(guān)）分接開關(guān) 變壓器運行時，為了使輸出電壓控制在允許變壓器運行時，為了使輸出電壓控制在允許的變化范圍內(nèi)，通過的變化范圍內(nèi)，通過分接開關(guān)改變一次繞組匝數(shù)分接開關(guān)改變一次繞組匝數(shù)，從而達，從而達到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。通常輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍是額定到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。通常輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍是額定電

11、壓的電壓的 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器四、變壓器的銘牌和額定值四、變壓器的銘牌和額定值 為了使變壓器安全、經(jīng)濟、合理地運行，每一臺變壓器都安裝了一塊銘牌，上面標明了變壓器型號及各種額定數(shù)據(jù)，只有理解銘牌上的各種數(shù)據(jù)的含義，才能正確、安全地使用變壓器。電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器銘牌銘牌電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器1、變壓器的型號與冷卻方式、變壓器的型號與冷卻方式型號：型號：冷卻方式：冷卻方式：電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器NoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImage（1 1）額定電壓）額定電壓U U1N1N

12、和和U U2N2N U1N：加在一次繞組上的正常工作電壓值（加在一次繞組上的正常工作電壓值（kV)kV)。根據(jù)。根據(jù) 變壓器的絕緣強度和允許發(fā)熱等條件規(guī)定變壓器的絕緣強度和允許發(fā)熱等條件規(guī)定U2N：一次繞組加上額定電壓后，額定分接，二次一次繞組加上額定電壓后，額定分接，二次繞組的繞組的空載空載電壓值（電壓值（kV)kV)。 注意：注意：U U2N2N不等于額定負載時的負載電壓不等于額定負載時的負載電壓額定電壓在三相變壓器中是指線電壓。額定電壓在三相變壓器中是指線電壓。2 . 變壓器的額定值變壓器的額定值電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器NoImageNoImageNoImageNoIma

13、geNoImageNoImage（2 2）額定電流）額定電流I I1N1N和和I I2N2N 根據(jù)變壓器允許發(fā)熱的條件而規(guī)定的滿載電流根據(jù)變壓器允許發(fā)熱的條件而規(guī)定的滿載電流 值（值（A A）。在三相變壓器中額定電流是指線電流。）。在三相變壓器中額定電流是指線電流。 （3 3）額定容量）額定容量S SN N變壓器在額定工作條件下變壓器輸出能力即視在變壓器在額定工作條件下變壓器輸出能力即視在 功率（功率（kVAkVA）。）。 1N1N2N2NNIUIUS單相變壓器的額定容量單相變壓器的額定容量 三相變壓器的額定容量三相變壓器的額定容量 NNNNNIUIUS112233電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)

14、變壓器變壓器NoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImage例例3 31 1：一臺三相油浸自冷式變壓器，已知SN560kVA，U1N/U2N=10000V/400V，試求一次、二次繞組的額定電流I1N 、I2N各是多大?解：解： 32.33A100003105603I31NN1NUS808.29A2NN2N A400310560U3SI3電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器第二節(jié)第二節(jié) 單相變壓器的空載運行單相變壓器的空載運行變壓器的一次繞組接在額定電壓的交流電源上，而二次繞組開路，這種運行方式稱為變壓器的空載運行。 一般電工慣例來規(guī)定圖中各物理量的正方

15、向)同一條支路中，電壓的正方向與電流的正方向一致；)由電流產(chǎn)生的磁通勢所建立的磁通其二者的正方向符合右手螺旋法則；)由磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，其正方向與產(chǎn)生該磁通的電流的正方向一致。dtdNe一、空載運行時的物理狀況一、空載運行時的物理狀況電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器一、空載運行時的物理狀況一、空載運行時的物理狀況 空載時，當一次繞組加上交流電源電壓1時， 一次繞組中就有空載電流0流過，產(chǎn)生空載磁通勢001，并建立空載磁場。主磁通通過鐵心閉合，同時交鏈一次、二次繞組，并產(chǎn)生感應(yīng)電動勢1和2，如果二次繞組與負載接通，則在電動勢作用下向負載輸出電功率，所以主磁通起著傳遞能量的媒介作用；另

16、有一小部分磁通主要由非磁性材料（空氣或變壓器油等）形成閉路，只與一次繞組交鏈，不參與能量傳遞，稱之為一次繞組的漏磁通1 ，它在一次繞組中產(chǎn)生漏磁電動勢E1 。以上過程可表示為：電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器二、感應(yīng)電動勢和漏磁電動勢二、感應(yīng)電動勢和漏磁電動勢）(E）(E）(fNtNt)(dtdNdtdNemmmm010101111190tsin290tsin90tsin2cossinmfNjE1144. 4mmfNfNE11144. 422在變壓器一次繞組加上正弦交流電壓在變壓器一次繞組加上正弦交流電壓1時，時，設(shè)設(shè)m msintsint1、感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電動勢可見；由產(chǎn)生的感應(yīng)電

17、動勢e1也按正弦規(guī)律變化，頻率頻率為電源頻率，有效值有效值 ；時間時間相位相位上滯后于主磁通90。(三要素) 用相量形式表示：同理:mfNjE2244. 4電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器二、感應(yīng)電動勢和漏磁電動勢二、感應(yīng)電動勢和漏磁電動勢mfNjE11144. 42、漏磁電動勢、漏磁電動勢變壓器一次繞組的漏磁通1也將在一次繞組中感應(yīng)產(chǎn)生一個漏磁電動勢1。根據(jù)前面的分析，同樣可得出：由電工基礎(chǔ)知識，引入?yún)?shù)L1，X1（一次繞組的漏電感或漏電抗），可推得電路形式的漏磁電動勢表達式：從物理意義上講，漏電抗反映了漏磁通對電路的電磁效應(yīng)。對已制成的變壓器，漏電感1為一常數(shù)，頻率一定，漏電抗也是

18、常數(shù)。10101XI jLI jE電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器三、空載運行時的等效電路和電動勢平衡方程式三、空載運行時的等效電路和電動勢平衡方程式 除了前面引入的漏電抗參數(shù)X1，這里再引入?yún)?shù)Zm，把前面的單相變壓器空載運行的電磁關(guān)系用電路形式“等效”表示：mmmjXrIZIE001空載變壓器看成兩個電抗線圈串聯(lián)，一個有鐵心其阻抗為Zm，一個沒有鐵心其阻抗為Z1（一次側(cè)漏阻抗）圖中：勵磁參數(shù)勵磁電阻勵磁電抗由圖可得一次側(cè)電動勢平衡方程式： )(1 01 0 01 011 01 011ZZIZIZIZIEXI jrIEUmm空載等效電路空載等效電路電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變

19、壓器三、空載運行時的等效電路和電動勢平衡方程式三、空載運行時的等效電路和電動勢平衡方程式 電力變壓器的I0主要是用于建立空載磁場的感性無功電流,其值很小,一般1,降壓變壓器KN2是自耦降壓變壓器。將抽頭做成滑動觸頭，就成為自耦調(diào)壓器。常用于調(diào)節(jié)試驗電壓的大小 自耦調(diào)壓器電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器二、儀用互感器二、儀用互感器為了測量人員的安全，使測量回路與高壓電網(wǎng)為了測量人員的安全，使測量回路與高壓電網(wǎng) 相互隔離；相互隔離； 擴大測量儀表（電流表及電壓表）的測量范圍。擴大測量儀表（電流表及電壓表）的測量范圍。 作作用用電壓互感器電壓互感器電流互感器電流互感器分分類類電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)變壓器變壓器1.電壓互感器電壓互感器二次側(cè)額定電壓二次側(cè)額定電壓100V 100V ，但電壓表刻度已換算成一次側(cè)電壓，但電壓表刻度已換算成一次側(cè)電壓，可以直接讀數(shù)。有可以直接讀數(shù)。有3000V/100V3000V/100V、10000V/100V10000V/100V等。等。 實際上是一臺降壓變壓器 2121NNUUk二次