變壓器工作原理

電力變壓器的工作原理一、變壓器基本原理二、變壓器空載特性三、變壓器負(fù)載特性四、電力變壓器的型號(hào)五、三相變壓器2021/6/271變壓器發(fā)展史1884年匈牙利人制造出世界第一臺(tái)變壓器。（閉合鐵心式）1917年我國(guó)上海華生電器制造廠生產(chǎn)出我國(guó)第一臺(tái)變壓器1953年我國(guó)沈陽(yáng)變壓器廠制造出第一臺(tái)仿蘇13500/110單相變壓器。1954年我國(guó)沈陽(yáng)變壓器廠制造出第一臺(tái)單相規(guī)格20000/154變壓器。1958年8月我國(guó)沈陽(yáng)變壓器廠制造出第一臺(tái)單相仿蘇40000/220變壓器。1960年3月我國(guó)沈陽(yáng)變壓器廠制造出第一臺(tái)330kV變壓器。1979年12月我國(guó)沈陽(yáng)變壓器廠制造出第一臺(tái)單相500kV型號(hào)DFPS-250000/500變壓器。2005年4月2日保定天威通過(guò)750kV型號(hào)ODFPS-500000/750變壓器試驗(yàn)。2009年1月6日特變電工沈陽(yáng)變壓器公司生產(chǎn)的1000kV型號(hào)ODFS-1000000/1000變壓器投入運(yùn)行。2021/6/272世界上第一臺(tái)閉合鐵心變壓器我國(guó)第一臺(tái)交流1000kV變壓器2021/6/273一、變壓器基本工作原理

變壓器是一種靜止電器,它通過(guò)線(xiàn)圈間的電磁感應(yīng),將一種電壓等級(jí)的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等級(jí)的交流電能.

變壓器是利用電磁感應(yīng)原理工作，它是由相互絕緣且匝數(shù)不等的兩個(gè)繞組（構(gòu)成電路），套裝在有良好導(dǎo)磁性能材料疊成的鐵心上(構(gòu)成磁路），兩繞組之間只有磁的耦合而沒(méi)有電的聯(lián)系。2021/6/274

變壓器的一次繞組（一次繞組）與交流電源接通后，經(jīng)繞組內(nèi)流過(guò)交變電流產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)，在這個(gè)磁動(dòng)勢(shì)作用下，鐵芯中便有交變磁通，即一次繞組從電源吸取電能轉(zhuǎn)變?yōu)榇拍?，在鐵芯中同時(shí)交（環(huán)）鏈原、副邊繞組（二次繞組），由于電磁感應(yīng)作用，分別在原、二次繞組產(chǎn)生頻率相同的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如果此時(shí)二次繞組接通負(fù)載，在二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)作用下，便有電流流過(guò)負(fù)載，鐵芯中的磁能又轉(zhuǎn)換為電能。這就是變壓器利用電磁感應(yīng)原理將電源的電能傳遞到負(fù)載中的工作原理。

E1=4.44fN1BmS×10-4

E2=4.44fN2BmS×10-4

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在主磁通的作用下，兩側(cè)的線(xiàn)圈分別產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，電勢(shì)的大小與匝數(shù)成正比，K為變壓器變比。

變壓器匝數(shù)多的一側(cè)電流小，匝數(shù)少的一側(cè)電流大。變壓器的原、副線(xiàn)圈匝數(shù)不同，起到了變壓器作用。變壓器一次側(cè)為額定電壓時(shí)，其二次側(cè)電壓隨著負(fù)載電流的大小和功率因素的高低而變化。

變壓器電流之比與一、二次繞組的匝數(shù)成反比，即2021/6/276

二.變壓器的空載特性變壓器一次繞組接電源，二次繞組開(kāi)路，負(fù)載電流為零，這種情況即為變壓器的空載運(yùn)行。N1和N2為一、二次繞組的匝數(shù)分別繞在兩個(gè)鐵心柱上。2021/6/277主磁通與漏磁通的區(qū)別1）性質(zhì)上：Φm與

I0

成非線(xiàn)性關(guān)系；ΦL1

與

I0

成線(xiàn)性關(guān)系；2）數(shù)量上：Φm占99%以上，ΦL1僅占1%以下；3）作用上：起傳遞能量的作用，起漏抗壓降作用。各電磁量參考方向的規(guī)定一次側(cè)遵循電動(dòng)機(jī)慣例，二次側(cè)遵循發(fā)電機(jī)慣例。磁通與產(chǎn)生它的電流之間符合右手螺旋定則；電動(dòng)勢(shì)與感應(yīng)它的磁通之間符合右手螺旋定則。2021/6/278

空載電流和空載損耗一、空載電流作用與組成空載電流I0包含兩個(gè)分量，一個(gè)是勵(lì)磁分量I0a，作用是建立磁場(chǎng)，另一個(gè)是鐵損耗分量I0r，主要作用是供鐵損耗。性質(zhì)：由于空載電流的無(wú)功分量遠(yuǎn)大于有功分量，所以空載電流主要是感性無(wú)功性質(zhì)——也稱(chēng)勵(lì)磁電流；大?。号c電源電壓和頻率、線(xiàn)圈匝數(shù)、磁路材質(zhì)及幾何尺寸有關(guān)，用空載電流百分?jǐn)?shù)I0%來(lái)表示：2021/6/2793、空載電流波形由于磁路飽和，空載電流與由它產(chǎn)生的主磁通呈非線(xiàn)性關(guān)系。

當(dāng)磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，空載電流呈尖頂波形。

當(dāng)空載電流按正弦規(guī)律變化時(shí)，主磁通呈尖頂波形。實(shí)際空載電流為非正弦波，但為了分析、計(jì)算和測(cè)量的方便，在相量圖和計(jì)算式中常用正弦的電流代替實(shí)際的空載電流。2021/6/2710

變壓器空載時(shí)一次側(cè)從電源吸收少量的有功功率P0，供給鐵心損耗PFe和繞組損耗IR由于I和R均很小，所以即空載損耗近似為鐵心損耗對(duì)于已制成變壓器，鐵損與磁通密度幅值的平方成正比，與電流頻率的1.3次方成正比，即空載損耗空載損耗約占額定容量的0.1%-1%，而且隨變壓器容量的增大而下降。為減少空載損耗，改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的方向是采用優(yōu)質(zhì)鐵磁材料：優(yōu)質(zhì)硅鋼片、激光化硅鋼片或應(yīng)用非晶態(tài)合金。2021/6/2711

可見(jiàn)，影響主磁通大小的因素有電源電壓和頻率，以及一次線(xiàn)圈的匝數(shù)。U1=-E1-E1δ+I0R1=-E1+I0R1+jI0X1=-E1+Z1I0一、電動(dòng)勢(shì)平衡方程和變比空載時(shí)的電動(dòng)勢(shì)方程、等效電路和相量圖1.電動(dòng)勢(shì)平衡方程1.1一次側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程忽略很小的漏阻抗壓降，并寫(xiě)成有效值形式，有U1≈E1=4.44fN1Φm則2021/6/27122、變比定義

對(duì)三相變壓器，變比為一、二次側(cè)的相電動(dòng)勢(shì)之比，近似為額定相電壓之比，具體為Y，d接線(xiàn)D，y接線(xiàn)(2)二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程

U2=E22021/6/2713空載時(shí)的等效電路和相量圖等效電路一次側(cè)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程為空載時(shí)等效電路為基于E1δ=-jI0X1δ表示法，Φ感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)E1也用電抗壓降表示，由于Φ在鐵心引起鐵損PTE，所以還要引入一個(gè)電阻Rm,用I20Rm等效PTE,即E1=I0(Rm+jXm)U1=-E1+I0Z1=I0(Rm+jXm+I0(R1+jX1)2021/6/2714勵(lì)磁電阻、勵(lì)磁電抗、勵(lì)磁阻抗。由于磁路具有飽和特性所以不是常數(shù)，隨磁路飽和程度增大而減小。由于，所以有時(shí)忽略漏阻抗，空載等效電路只是一個(gè)元件的電路。在一定的情況下，大小取決于的大小。從運(yùn)行角度講，希望越小越好，所以變壓器常采用高導(dǎo)磁材料，增大，減小，提高運(yùn)行效率和功率因數(shù)。2021/6/27152、相量圖根據(jù)前面所學(xué)的方程，可作出變壓器空載時(shí)的相量圖：（1）以為參考相量（2）與同相，滯后，（3）滯后，-E1

；（4）（5）2021/6/2716空載運(yùn)行小結(jié)（1）一次側(cè)主電動(dòng)勢(shì)與漏阻抗壓降總是與外施電壓平衡,若忽略漏阻抗壓降，則一次主電勢(shì)的大小由外施電壓決定.（2）主磁通大小由電源電壓、電源頻率和一次線(xiàn)圈匝數(shù)決定，與磁路所用的材質(zhì)及幾何尺寸基本無(wú)關(guān)。（3）空載電流大小與主磁通、線(xiàn)圈匝數(shù)及磁路的磁阻有關(guān)，鐵心所用材料的導(dǎo)磁性能越好，空載電流越小。（4）電抗是交變磁通所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)與產(chǎn)生該磁通的電流的比值，線(xiàn)性磁路中，電抗為常數(shù)，非線(xiàn)性電路中，電抗的大小隨磁路的飽和而減小。2021/6/27172.變壓器的負(fù)載運(yùn)行一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)接負(fù)載，二次側(cè)中便有負(fù)載電流流過(guò)，這種情況稱(chēng)為負(fù)載運(yùn)行。2021/6/2718

單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行

負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系變壓器一次側(cè)接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次接上負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，稱(chēng)為負(fù)載運(yùn)行。2021/6/2719用圖示負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁過(guò)程2021/6/2720

基本方程一、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程或

電磁關(guān)系將一、二次聯(lián)系起來(lái),二次電流增加或減少必然引起一次電流的增加或減少.用電流形式表示。,I;,I::L作用它起平衡二次磁動(dòng)勢(shì)的另一個(gè)是負(fù)載分量產(chǎn)生主磁通它用來(lái)一個(gè)是勵(lì)磁電流兩個(gè)分量變壓器的負(fù)載電流包括表明10&&2021/6/2721二、電動(dòng)勢(shì)平衡方程根據(jù)基爾霍夫電壓定律可寫(xiě)出一、二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程負(fù)載運(yùn)行時(shí),忽略空載電流有:表明，一、二次電流比近似與匝數(shù)成反比?？梢?jiàn)，匝數(shù)不同，不僅能改變電壓，同時(shí)也能改變電流。2021/6/2722等效電路及相量圖一、折算折算原則：1）保持二次側(cè)磁動(dòng)勢(shì)不變；2）保持二次側(cè)各功率或損耗不變。方法：（將二次側(cè)折算到一次側(cè))折算：將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個(gè)繞組(N2=N1)來(lái)等效，同時(shí)對(duì)該繞組的電磁量作相應(yīng)的變換，以保持兩側(cè)的電磁關(guān)系不變,用一個(gè)等效的電路代替實(shí)際的變壓器。2021/6/2723折算后的方程式為2021/6/2724二、等效電路根據(jù)折算后的方程，可以作出變壓器的等效電路。T型等效電路：近似等效電路2021/6/2725簡(jiǎn)化等效電路：其中分別稱(chēng)為短路電阻、短路電抗和短路阻抗。

由簡(jiǎn)化等效電路可知，短路阻抗起限制短路電流的作用，由于短路阻抗值很小，所以變壓器的短路電流值較大，一般可達(dá)額定電流的10~20倍。2021/6/2726三、相量圖作相量圖的步驟——對(duì)應(yīng)T型等效電路，假定變壓器帶感性負(fù)載。2021/6/2727電力變壓器的型號(hào)特殊使用環(huán)境代號(hào)額定電壓額定容量特殊用途和特殊結(jié)構(gòu)代號(hào)設(shè)計(jì)序號(hào)調(diào)壓方式導(dǎo)線(xiàn)材料繞組數(shù)油循環(huán)方式冷卻方式相數(shù)產(chǎn)品類(lèi)別2021/6/27281、產(chǎn)品類(lèi)別代號(hào)O-自耦變壓器，通用電力變壓器不標(biāo)H-電弧爐變壓器C-感應(yīng)電爐變壓器Z-整流變壓器K-礦用變壓器Y-試驗(yàn)變壓器2021/6/27292、相數(shù)D-單相變壓器S-三相變壓器2021/6/27303、冷卻方式F-風(fēng)冷式S-水冷式注：油浸自冷式和空氣自冷式不標(biāo)注2021/6/27314、油循環(huán)方式自然循環(huán)(不標(biāo)注）P―強(qiáng)迫循環(huán)2021/6/27325、繞組數(shù)S―三繞組注：雙繞組不標(biāo)注2021/6/27336、導(dǎo)線(xiàn)材料L―鋁繞組注：銅繞組不標(biāo)注Lb—表示半鋁、半銅2021/6/27347、調(diào)壓方式Z―有載調(diào)壓注：無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓不標(biāo)注2021/6/27358、性能水平代號(hào)（設(shè)計(jì)序號(hào)）

性能水平代號(hào)電壓等級(jí)kV性能參數(shù)空載損耗負(fù)載損耗76、10符合GB/T6451組Ⅱ符合GB/T6451≥35符合GB/T645186、10符合GB/T6451組Ⅰ≥35比GB/T6451平均下降10%96、10配電變壓器符合表A26、10電力變壓器比GB/T6451組Ⅰ平均下降10%比GB/T6451平均下降10%≥35比GB/T6451平均下降20%106、10比GB/T6451組Ⅰ平均下降20%比GB/T6451平均下降15%≥35比GB/T6451平均下降30%116、10比GB/T6451組Ⅰ平均下降30%≥35比GB/T6451平均下降40%2021/6/27369、特殊用途或特殊結(jié)構(gòu)代號(hào)Z――低噪聲用；L――電纜引出X――現(xiàn)場(chǎng)組裝式；J――中性點(diǎn)為全絕緣；CY――發(fā)電廠自用變壓器K—內(nèi)置電抗器2021/6/273710、變壓器的額定容量變壓器的額定容量，單位為KVA、MVA。2021/6/273811、變壓器的額定電壓變壓器的額定容量，單位為KV。2021/6/2739電力變壓器的型號(hào)例1：一臺(tái)三相、油浸、風(fēng)冷、雙繞組、無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓、銅導(dǎo)線(xiàn)、20000kVA、110kV級(jí)電力變壓器產(chǎn)品，其性能水平符合GB/T6451規(guī)定，該產(chǎn)品的型號(hào)為：SF9—20000/1102021/6/2740電力變壓器的型號(hào)例2：一臺(tái)三相、油浸、水冷、強(qiáng)迫油循環(huán)、雙繞組、有載調(diào)壓、銅導(dǎo)線(xiàn)、370000kVA、220kV級(jí)電力變壓器的產(chǎn)品，其性能水平符合GB/T6451規(guī)定，該產(chǎn)品的型號(hào)為：

SSPZ9——370000/2202021/6/2741變壓器額定值的含義和作用

1.額定容量SN

：指變壓器的視在功率。對(duì)三相變壓器指三相容量之和。單位：伏安（VA）千伏安（kVA）兆伏安（MVA)2.額定電壓UN

：U1N

指電源加到原邊繞組上的電壓，U2N

是副邊繞組開(kāi)路即空載運(yùn)行時(shí)副繞組的端電壓。對(duì)于三相變壓器一般指線(xiàn)電壓值。單位：伏（V）千伏（kV）3.額定電流IN（A）指變壓器在額定容量下允許長(zhǎng)期通過(guò)的工作電流。單位：安培（A）額定容量、額定電壓、額定電流之間關(guān)系為單相變壓器SN=U1N×I1N=U2N×I2N三相變壓器SN=√3U1N×I1N=√3U2N×I2N2021/6/2742

三相變壓器

磁路系統(tǒng)一、組式磁路變壓器二、心式磁路變壓器特點(diǎn)是：三相磁路彼此無(wú)關(guān)聯(lián)。特點(diǎn)是：三相磁路彼此有關(guān)聯(lián)。2021/6/27433.7.2

電路系統(tǒng)一、變壓器的端頭標(biāo)號(hào)繞組名稱(chēng)單相變壓器三相變壓器中性點(diǎn)首端末端首端末端高壓繞組U1U2U1、V1、W1U2、V2、W2N低壓繞組u1u2u1、v1、w1u2、v2、w2n中壓繞組U1mU2mU1m、V1m、W1mU2m、V2m、W2mNm2021/6/2744二、單相變壓器的極性**一、二次繞組的同極性端同標(biāo)志時(shí)，一、二次繞組的電動(dòng)勢(shì)同相位。******一、二次繞組的同極性端異標(biāo)志時(shí)，一、二次繞組的電動(dòng)勢(shì)反相位。2021/6/2745三、三相變壓器的連接組別連接組別：反映三相變壓器連接方式及一、二次線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)（或線(xiàn)電壓）的相位關(guān)系。

三相變壓器的連接組別不僅與繞組的繞向和首末端標(biāo)志有關(guān)，而且還與三相繞組的連接方式有關(guān)。理論和實(shí)踐證明，無(wú)論采用怎樣的連接方式，一、二次側(cè)線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)（線(xiàn)電壓）的相位差總是300的整數(shù)倍。因此可以采用時(shí)鐘表示法——EUV

作為時(shí)鐘的分針，指向12點(diǎn)，Euv作為時(shí)鐘的時(shí)針，其指向的數(shù)字就是三相變壓器的組別號(hào)。組別號(hào)的數(shù)字乘以300，就是二次繞組的線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)滯后于一次側(cè)電動(dòng)勢(shì)的相位角。2021/6/2746連接組別可以用相量圖來(lái)判斷：若高壓繞組三相標(biāo)志不變，低壓繞組三相標(biāo)志依次后移，可以得到Y(jié),y4、Y,y8連接組別。1、Y，y連接

同名端在對(duì)應(yīng)端，對(duì)應(yīng)的相電動(dòng)勢(shì)同相位，線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)EUV

和Euv也同相位，連接組別為Y，y0。同理，若異名端在對(duì)應(yīng)端，可得到Y(jié)，y6、Y,y10和Y,y2連接組別。2021/6/2747若高壓繞組三相標(biāo)志不變，低壓繞組三相標(biāo)志依次后移，可以得到Y(jié),d3、Y,d7連接組別。2、Y，d連接-11

同名端在對(duì)應(yīng)端，對(duì)應(yīng)的相電動(dòng)勢(shì)同相位，線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)

EUV

和Euv

相差3300，連接組別為Y，d11。同理，若異名端在對(duì)應(yīng)端，可得到Y(jié)，d