變壓器基礎(電氣控制課件)

變壓器基礎變壓器的用途和分類

用途和分類

變壓器是用來改變交流電壓大小的電氣設備。主要用于輸配電系統(tǒng)，而且還廣泛應用于電氣控制領域、電子技術領域，測試技術領域以及焊接技術領域等。分類按相數(shù)分類單相變壓器三相變壓器分類

常用于單相交流電路中隔離、電壓等級的變換、阻抗變換、相位變換或三相變壓器組。單相變壓器分類常用于輸配電系統(tǒng)中變換電壓和傳輸電能。三相變壓器分類按用途分類電力變壓器儀用互感器電爐變壓器自耦變壓器電焊變壓器分類儀用互感器

電能系統(tǒng)安全運行的重要設備，它的二次電壓或電流用于測量儀器或繼電保護自動裝置，使二次設備與高壓隔離，保證設備和人身安全。電爐變壓器常用于冶煉、加熱及熱處理。自耦變壓器常用于實驗室或工業(yè)上調壓。電焊變壓器常用于焊接各類鋼鐵材料的交流電焊機上。按鐵心結構形式殼式鐵心心式鐵心C形鐵心分類殼式鐵心常用于小型變壓器、大電流的特殊變壓器，如電爐變壓器、電焊變壓器；或用于電子儀器及電視、收音機等的電源電壓器。心式鐵心用于大、中型變壓器、高壓的電力變壓器。C型鐵心常用于電子技術中的變壓器，例如電流互感器、電壓互感器等。特點繞線方便、安全高效、耐壓性強。按冷卻方式油浸式變壓器風冷式變壓器自冷式變壓器干式變壓器分類油浸式變壓器常用于大、中型變壓器風冷式變壓器強迫油循環(huán)風冷，用于大型變壓器。自冷式變壓器空氣冷卻，用于中、小型變壓器。干式變壓器用于安全防火要求較高的場合，如地鐵、機場及高層建筑。變壓器基礎變壓器的用途和分類

用途和分類變壓器電源變壓器電力變壓器環(huán)形變壓器自耦調壓器控制變壓器三相干式變壓器變壓器基礎用途用途變壓器是一種靜止的電器，它利用電磁感應原理，將某一等級的交流電壓變換成頻率相同的另一等級的交流電壓，以滿足不同負載的需求。用途案例：電能的產(chǎn)生、輸送與分配圖1-1電力輸送過程示意圖

用途調壓變壓器用來調節(jié)電網(wǎng)的電壓，小容量的調壓變壓器也應用在實驗室中。實驗用高壓變壓器電壓高達750KV，若三臺串聯(lián)，電壓可達2250KV。可做高壓絕緣擊穿實驗。量測變壓器電流互感器，電壓互感器。用途控制用變壓器小功率變壓器用于自動控制系統(tǒng)，一次邊接380V主電路，二次邊提供127V,110V電壓給控制電路。特殊電源變壓器電爐變壓器整流（六相)電焊(低壓、大電流)用途可變負載等效阻抗當電壓、電流變化時，等效阻抗變化。1）用于無線電路，如收音機，阻抗匹配。2）可用于某些電路輸入、輸出，以抗干擾。用途變壓器基礎變壓器的基本結構與工作原理

結構與工作原理變壓器基本結構（1）鐵心（2）繞組變壓器主要由兩部分組成

鐵心構成變壓器磁路系統(tǒng)，并作為變壓器的機械骨架。采用0.3-

0.35mm厚的硅鋼片制作，減小鐵耗。

對鐵心的要求是導磁性能好，磁滯損耗及渦流損耗要盡量小。（1）鐵心鐵軛

鐵心柱國產(chǎn)硅鋼片有：熱軋硅鋼片(淘汰)、冷軋無取向硅鋼片、冷軋晶粒取向硅鋼片。目前開始使用鐵基、鐵鎳基、鈷基等非材料制作鐵心。變壓器的基本結構鐵心心疊片式鐵心可以構成心式變壓器或殼式變壓器。均用沖制成的硅鋼片疊裝而成。為了減小鐵心磁路的磁阻以減小鐵心損耗，要求鐵心裝配時，接縫處的空氣隙應越小越好。

心式變壓器殼式變壓器變壓器的基本結構鐵心

鐵心變壓器的基本結構鐵心大、中型變壓器的鐵心，一般都將硅鋼片裁成條狀，采用交錯疊片的方式疊裝而成

鐵心單相小容量變壓器鐵心形式變壓器的基本結構鐵心

小型變壓器為了簡化工藝和減少氣隙，近來也有采用新型加工工藝制成的C、O形鐵心，如下圖：變壓器的基本結構鐵心卷制式鐵心用0.3mm晶粒冷軋硅鋼片裁剪成一定寬度的硅鋼帶后再卷制成環(huán)形。C形變壓器變壓器的基本結構鐵心

（2）繞組小型變壓器一般用具有絕緣的漆包圓銅線繞制而成，對容量稍大的變壓器則用扁銅線或扁鋁線繞制。變壓器的線圈通常稱繞組，是變壓器中的電路部分。同心式繞組交疊式繞組

根據(jù)高壓繞組與低壓繞組的相互位置與形狀，繞組分為變壓器的基本結構繞組變壓器的基本結構繞組(1)．同心式繞組高、低壓繞組同心地套裝在鐵心柱上。為了便于與鐵心絕緣，把低壓繞組套裝在里面，高壓繞組套裝在外面。按其繞制方法的不同又可分為圓筒式、螺旋式和連續(xù)式

變壓器的基本結構繞組(2)．交疊式繞組將繞組分成若干個線餅交替排列又稱餅式繞組漏抗小、機械強度高、引線方便。主要用在低電壓、大電流的變壓器上，如容量較大的電爐變壓器、電阻電焊機（如點焊、滾焊和對焊電焊機）變壓器等。優(yōu)點:變壓器基礎電力變壓器繞組

電力變壓器繞組1.變壓器的極性同極性端或同名端

變壓器的一、二次繞組繞在同一個鐵心上，當同時交鏈的磁通Ф交變時，兩個繞組中感應出電動勢，當一次繞組的某一端點瞬時電位為正時，二次繞組也必有一電位為正的對應端點。這兩個對應的端點，稱為同極性端或同名端，通常用符號“·”表示。

變壓器的極性電力變壓器繞組變壓器的極性電力變壓器繞組變壓器繞組的正確連接圖繞組的錯誤連接繞組電壓為110V，電源電壓為220V時的連接方法繞組電壓為110V，電源電壓為110V時的連接方法無感應電動勢，將燒毀繞組變壓器極性的判定電力變壓器繞組2.變壓器極性的判定(1)對兩個繞向已知的繞組繞向不同時，同名端不同(2)對一臺已經(jīng)制成的變壓器

交流法測定同名端U13＝U12—U34，則說明N1、N2組為反極性串聯(lián)，故1和3為同名端。如果U13＝U12＋U34，則1和4為同名端。變壓器極性的判定電力變壓器繞組(2)對一臺已經(jīng)制成的變壓器直流法測定同名端開關S合上的一瞬間，如毫伏表指針向正方向擺動，則接直流電源正極的端子與接直流毫伏表正極的端子為同名端。變壓器極性的判定電力變壓器繞組（1）三相變壓器繞組的連接方法

繞組名稱

單相變壓器

三相變壓器

中性點

首端

末端

首端

末端高壓繞組U1U2U1、V1、W1U2、V2、W2N低壓繞組U1U1U1、v1、w1U2、v2、w2n中壓繞組U1mU2mU1m、V1m、WlmU2m、V2m、W2mNm

繞組的首端和末端的標記3.三相變壓器的連接組別三相變壓器的連接組別電力變壓器繞組三相繞組連接方法字母表示：舊標準：Y和△高壓Y，D，N低壓y,d，n新標準：三相變壓器的連接組別電力變壓器繞組聯(lián)結組別表示一次繞組線電壓與二次繞組線電壓之間的相位關系。

一、二次繞組線電動勢的相位差總是300的整數(shù)倍。因此，國際上規(guī)定，標志三相變壓器一、二次繞組線電動勢的相位關系用時鐘表示法。

三相變壓器的連接組別電力變壓器繞組規(guī)定一次繞組線電勢為長針，永遠指向鐘面上的“12”，二次繞組線電勢為短針，它指向鐘面上的哪個數(shù)字，該數(shù)字則為該三相變壓器聯(lián)結組別的標號。標號為3123三相變壓器的連接組別電力變壓器繞組聯(lián)結組別三相變壓器一、二次繞組不同接法的組合形式有：Y，y；YN，d；Y，d；Y，yn；D，y；D，d等，其中最常用的組合形式有三種，即Y，yn；YN，d和Y，d

。大容量的變壓器通常采用Y，d或YN，d聯(lián)結。相電壓只有線電壓的1／，當中性點引出接地時，繞組對地的絕緣要求降低了。容量不太大而且需要中性線的變壓器，廣泛采用Y，yn聯(lián)結，以適應照明與動力混合負載需要的兩種電壓。

三相變壓器的連接組別電力變壓器繞組Y,y0聯(lián)結組（2）Y，y聯(lián)結組三相變壓器的連接組別電力變壓器繞組Y,y6聯(lián)結組三相變壓器的連接組別電力變壓器繞組

Y,d11聯(lián)結組（3）Y，d聯(lián)結組三相變壓器的連接組別電力變壓器繞組Y,d1聯(lián)結組三相變壓器的連接組別電力變壓器繞組為了制造及運行方便的需要，國家標準規(guī)定了三相電力變壓器只采用五種標準聯(lián)結組，即Y，yn0、YN，d11、YN，y0、Y，y0和Y，dll。常用，它用于容量不大的三相配電變壓器，低壓側電壓為400～230V，用以供給動力和照明的混合負載。一般這種變壓器的最大容量為1800kV·A，高壓側的額定電壓不超過35kV。

Y，yn0三相變壓器的連接組別電力變壓器繞組變壓器基礎變壓器的基本結構與工作原理

結構與工作原理變壓器的工作原理高壓交流輸電升壓降壓用戶電能輸電案例：變壓器的工作原理根據(jù)電磁感應原理：改變一、二次繞組的匝數(shù)，就可達到改變電壓的目的。一次側加交流電壓u1

——i1——鐵心中產(chǎn)生與u1加同頻率的交變磁通Φ

——分別在兩個繞組感應出電動勢鐵心線圈電磁感應原理變壓器的工作原理變壓器空載運行規(guī)定參考方向：（1）電壓的參考方向：在同一支路中，電壓的參考方向與電流的參考方向一致。（2）磁通的參考方向：磁通的參考方向與電流的參考方向之間符合右手螺旋定則（3）感應電動勢的參考方向：由交變磁通Ф產(chǎn)生的感應電動勢e，其參考方向與產(chǎn)生該磁通的電流參考方向一致（即感應電動勢e與產(chǎn)生它的磁通Ф之間符合右手螺旋定則）。

1.變壓器空載運行二次繞組開路變壓器的工作原理變壓器空載運行I0與Φm同相(1)感應電動勢與磁通關系結論：e滯后于Φ900變壓器的工作原理變壓器空載運行(2)有效值與變比E1=4.44fN1ФmE2=4.44fN2Фm略去一次繞組中的阻抗不計，U1≈E1；二次繞組開路，U2≈E2變壓器的工作原理變壓器空載運行變壓器的工作原理變壓器空載運行(3)空載電流與空載損耗空載損耗絕大部分是鐵心損耗P0，即磁滯損耗與渦流損耗，只有極少部分是一次繞組電阻上的銅損耗?？烧J為變壓器的空載損耗就是變壓器的鐵心損耗空載電流（2～10）％IN

無功分量Iq，用來建立磁場，起勵磁作用有功分量Id，用來供給變壓器鐵心損耗<10％I0

如圖所示，低壓照明變壓器一次繞組匝數(shù)N1＝660匝，一次繞組電壓Ul＝220V，現(xiàn)要求二次繞組輸出電壓U2＝36V，求二次繞組匝數(shù)N2及變比Ku。降壓變壓器：Ku>1升壓變壓器:Ku<1例題：變壓器的工作原理變壓器空載運行

2.變壓器負載運行變壓器的工作原理變壓器負載運行二次繞組中有電流一次繞組中電流變?yōu)閕1

在二次繞組接通負載以后，二次繞組流過負載電流，并產(chǎn)生相應的磁動勢，產(chǎn)生新的磁通來削弱一次繞組電流產(chǎn)生的磁通，使其減小。當電壓不變時。磁通的減小會使一次繞組電流有所增加，最終使磁通保持原來的大小。變壓器的工作原理變壓器負載運行式中I0是勵磁電流，磁通不變，則勵磁電流也保持不變，因電流很小，計算分析時可以忽略。N1I1≈N2I2忽略I0可得：變壓器的高壓繞組匝數(shù)多，而通過的電流小，因此繞組所用的導線細；反之低壓繞組匝數(shù)少，通過的電流大，所用的導線較粗。1、變壓器為純阻性負載時：功率因數(shù)cosφ2=1，隨著負載電流的增大，變壓器二次繞組的輸出電壓逐漸降低，即變壓器輸出電壓具有微微下降的外特性。如圖中綠色曲線所示。2、變壓器為純感性負載時：功率因數(shù)cosφ2<1，隨著負載電流的增大，變壓器二次繞組的輸出電壓降低較快。3、變壓器為純容性負載時：功率因數(shù)cosφ2<1，φ2為負值，超前的無功電流有助磁作用，主磁通會增加一些，E2也隨之增加，使得U2會隨著I2的增加而增加。如圖中的紅色曲線。變壓器的工作原理變壓器負載運行其中：3.變壓器阻抗變換相當于直接接在一次繞組上的等效阻抗

變壓器的工作原理變壓器阻抗變換作用：阻抗匹配如使音響設備輸出的阻抗與揚聲器的阻抗盡量相等，以獲得最大的輸出功率。變壓器的工作原理變壓器阻抗變換某晶體管收音機輸出電路的輸出阻抗為Z’=392Ω，接入的揚聲器阻抗為Z=8Ω，現(xiàn)加接一個輸出變壓器使兩者實現(xiàn)阻抗匹配，求該變壓器的變比K；若該變壓器一次繞組匝數(shù)N1=560匝，問二次繞組匝數(shù)N2為多少?例題：變壓器的工作原理變壓器阻抗變換變壓器基礎電力變壓器結構電力變壓器一般為三相變壓器結構，主要組成部分：鐵心、繞組、油箱、冷卻裝置、保護裝置電力變壓器結構扁式油管散熱器片式散熱器

電力變壓器結構油箱和冷卻裝置為了鐵心和繞組的散熱和絕緣，將鐵心和繞組放在絕緣的變壓器油內。油箱內裝變壓器油容量大于10000kV·A的電力變壓器，采用風吹冷卻或強迫油循環(huán)冷卻裝置。油箱周圍加裝散熱裝置，（老）扁形散熱油管，（新）片式散熱器。油箱和冷卻裝置電力變壓器結構三相變壓器結構儲油柜通過連接管與油箱相通，當變壓器油熱脹時，油由油箱流向儲油柜；當變壓器油冷縮時，油由儲油柜流向油箱。即使變壓器油與空氣的接觸面積大為減小，又減緩了變壓器油的老化速度。新型的全充油密封式電力變壓器則取消了儲油柜，運行時變壓器油的體積變化完全由設在側壁的膨脹式散熱器（金屬波紋油箱）來補償。油箱和冷卻裝置電力變壓器結構保護裝置氣體繼電器在油箱和儲油柜之間的連接管中裝有氣體繼電器，當變壓器發(fā)生故障時，內部絕緣物汽化，使氣體繼電器動作，發(fā)出信號或使開關跳閘。防爆管（安全氣道）裝在油箱頂部，它是一個長的圓形鋼筒，上端用酚醛紙板密封，下端與油箱連通。若變壓器發(fā)生故障，使油箱內壓力驟增時，油流沖破酚醛紙板，以免造成變壓器箱體爆裂。近年來，國產(chǎn)電力變壓器已廣泛采用壓力釋放閥來取代防爆管。保護裝置電力變壓器結構

三相變壓器結構銘牌電力變壓器產(chǎn)品型號S7-500／10標準代號XXXX額定容量500kV.A產(chǎn)品代號XXXX額定電壓10kV出廠序號XXXX額定頻率50Hz三相聯(lián)結組標號Y，yn0阻抗電壓4％冷卻方式油冷使用條件戶外開關位置高壓低壓電壓／V電流／A電壓／V電流/AⅠ

10500

27.5Ⅱ

10000

28.9

400721.7

Ⅲ

9500

30.4XX變壓器廠XX年XX月銘牌電力變壓器結構①型號②額定電壓U1N和U2N

U1N：高壓側額定電壓，指加在一次繞組上的正常工作的線電壓值。高壓側標出的三個電壓值，可以根據(jù)高壓側供電電壓的實際情況選擇。U2N：變壓器空載時，高壓側加上額定電壓后，二次繞組兩端的線電壓值。額定值電力變壓器結構

③額定電流I1N和I2N

根據(jù)變壓器容許發(fā)熱的條件而規(guī)定的滿載線電流值。④額定容量SN

變壓器在額定工作狀態(tài)下，二次繞組的視在功率，其單位為kV·A。單相變壓器的額定容量三相變壓器的額定容量額定值電力變壓器結構

⑤阻抗電壓阻抗電壓又稱為短路電壓。是將變壓器的二次繞組短路，使一次繞組電壓慢慢加大，當二次繞組的短路電流達到額定電流時，一次繞組所施加的電壓與額定電壓U1N的百分比。它標志在額定電流時變壓器阻抗壓降的大小。⑥聯(lián)結組標號Y（高壓繞組作星形聯(lián)結）y（低壓繞組作星形聯(lián)結）；D（高壓繞組作三角形聯(lián)結）d（低壓繞組作三角形聯(lián)結）；N（高壓繞組作星形聯(lián)結時的中性線）n（低壓繞組作星形聯(lián)結時的中性線）yn0其中數(shù)字表示變壓器一次繞組線電壓和二次繞組線電壓的相位差關系額定值電力變壓器結構例1－1：一臺三相油浸自冷式鋁線變壓器，已知SN＝560kV·A，U1N/U2N=10000V/400V，試求一次、二次繞組的額定電流I1N

、I2N各是多大?解：變壓器基礎儀用互感器儀用互感器作用：①為了測量人員的安全，使測量回路與高壓電網(wǎng)相互隔離；②擴大測量儀表（電流表及電壓表）的測量范圍。電壓互感器電流互感