變壓器的基礎(chǔ)知識(shí)

1、變壓器的基礎(chǔ)知識(shí). 變壓器：是一種靜止的電機(jī)， 它利用電磁感應(yīng)原理將一種電壓、 電流的交流電能轉(zhuǎn)換 成同頻率的另一種電壓、 電流的電能。 換句話說(shuō)， 變壓器就是實(shí)現(xiàn)電能在不同等 級(jí)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。二. 結(jié)構(gòu)：鐵心和繞組：變壓器中最主要的部件，他們構(gòu)成了變壓器的器身。鐵心：構(gòu)成了變壓器的磁路， 同時(shí)又是套裝繞組的骨架。 鐵心由鐵心柱 和鐵軛兩部分構(gòu)成。鐵心柱上套繞組，鐵軛將鐵心柱連接起來(lái)形成閉合磁路。鐵心材料：為了提高磁路的導(dǎo)磁性能，減少鐵心中的磁滯、渦流損耗， 鐵心一般用高磁導(dǎo)率的磁性材料硅鋼片疊成。 硅鋼片有熱軋和冷軋兩種， 其 厚度為0.5mm兩面涂以厚0.23mm的漆膜，使片與片之間絕緣。

2、繞組：繞組是變壓器的電路部分，它由銅或鋁絕緣導(dǎo)線繞制而成 。 一次繞組（原繞組）：輸入電能 二次繞組（副繞組）：輸出電能他們通常套裝在同一個(gè)心柱上， 一次和二次繞組具有不同的匝數(shù)， 通過(guò) 電磁感應(yīng)作用， 一次繞組的電能就可傳遞到二次繞組， 且使一、 二次繞組具有不 同的電壓和電流。其中，兩個(gè)繞組中， 電壓較高的我們稱(chēng)為高壓繞組， 相應(yīng)的電壓較低的 稱(chēng)為低壓繞組。 從高、低壓繞組的相對(duì)位置來(lái)看， 變壓器的繞組又可分為同心式、 交迭式。由于同心式繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，所以，國(guó)產(chǎn)的均采用這種結(jié)構(gòu)， 交迭式主要用于特種變壓器中。其他部件：除器身外，典型的油鋟電力變壓器中還有油箱、變壓器油、 絕緣套管

3、及繼電保護(hù)裝置等部件。三. 額定值額定值是制造廠對(duì)變壓器在指定工作條件下運(yùn)行時(shí)所規(guī)定的一些量值。 額定 值通常標(biāo)注在變壓器的銘牌上。變壓器的額定值主要有：1. 額定容量 SN額定容量是指額定運(yùn)行時(shí)的視在功率。以VA、kVA或MVA表示。由于變壓器的效率很高，通常一、二次側(cè)的額定容量設(shè)計(jì)成相等。2. 額定電壓U1n和U2n正常運(yùn)行時(shí)規(guī)定加在一次側(cè)的端電壓稱(chēng)為變壓器一次側(cè)的額定電壓Un。二次側(cè)的額定電壓U2n是指變壓器一次側(cè)加額定電壓時(shí)二次側(cè)的空載電壓。 額定電 壓以V或kV表示。對(duì)三相變壓器，額定電壓是指線電壓。3. 額定電流I 1N和I 2N根據(jù)額定容量和額定電壓計(jì)算出的線電流，稱(chēng)為額定電流，

4、以A表示。對(duì)單相變壓器1 寶 111N；2NU 1NSnU 2N對(duì)三相變壓器|Sn_ iIlN 3； I2N1NSn3U2N4.額定頻率f N除額定值外，變壓器的相數(shù)、繞組連接方式及聯(lián)結(jié)組別、短路電壓、運(yùn)行方 式和冷卻方式等均標(biāo)注在銘牌上。 額定狀態(tài)是電機(jī)的理想工作狀態(tài)，具有優(yōu)良的 性能，可長(zhǎng)期工作。四. 變壓器的空載運(yùn)行1. 空載運(yùn)行：是指變壓器原繞組接到額定電壓、 額定頻率的電源上， 副繞組開(kāi)路時(shí)的運(yùn)行 狀態(tài)。2. 正方向的規(guī)定： 從理論上講，正方向可以任意選擇，因各物理量的變化規(guī)律是一定的， 并不依正方向的選擇不同而改變。 但正方向規(guī)定不同， 列出的電磁方程式和繪制 的相量圖也不同。在電

5、機(jī)方向的學(xué)科中通常按習(xí)慣方式規(guī)定正方向，稱(chēng)為慣例。 具體原則如下：1）在負(fù)載支路，電流的正方向與電壓降的正方向一致，而在電源支路，電 流的正方向與電動(dòng)勢(shì)的正方向一致。2）磁通的正方向與產(chǎn)生它的電流的正方向符合右手螺旋定則。3 ）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向與產(chǎn)生它的磁通的正方向符合右手螺旋定則。電壓 u1,u 2 的正方向表示電位降低，電動(dòng)勢(shì) e1,e 2的正方向表示電位升高。在 原方，ui由首端指向末端，i i從首端流入。當(dāng)ui與i i同時(shí)為正或同時(shí)為負(fù)時(shí)，表 示電功率從原方輸入，稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)慣例。在副方，U2和i 2的正方向是由62的正方向決定的，即i 2沿62的正方向流出。當(dāng)U2和i 2同時(shí)為正或同

6、時(shí)為負(fù)時(shí)，電功 率從副方輸出，稱(chēng)為發(fā)電機(jī)慣例。3. 空載時(shí)的電磁關(guān)系：1）電動(dòng)勢(shì)與磁通的關(guān)系：假定主磁通按正弦規(guī)律變化，即根據(jù) 根據(jù)電磁感應(yīng)定律和對(duì)正方向規(guī)定，一、二次繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬 時(shí)值為：式中：注意：從上面的表達(dá)式中我們可以看出， 電動(dòng)勢(shì)總是滯后與產(chǎn)生的他的磁通 90。2）電動(dòng)勢(shì)平衡方程式： 根據(jù)對(duì)正方向的規(guī)定，可以得到空載時(shí)電動(dòng)勢(shì)平衡方程式： 將漏感電動(dòng)勢(shì)寫(xiě)成壓降的形式 ：式中Z仁Rl+jX"原繞組的漏阻抗。對(duì)于電力變壓器，空載時(shí)原繞組的漏阻抗壓降I0Zi 很小，其數(shù)值不超過(guò) Ui的 %，將 I 0Zi 忽略，則上式變成：在副方，由于電流為零，則副方的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于副方的

7、空載電壓，即：3）變壓器的變比：在變壓器中，原、副繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) Ei和E2之比稱(chēng)為變壓器的變比, 用k表示，即：上式表明，變壓器的變比等于原、副繞組的匝數(shù)比。當(dāng)變壓器空載運(yùn)行時(shí)， 由于UEi ,U20-巳，故可近似地用空載運(yùn)行時(shí)原、副方的電壓比來(lái)作為變壓器 的變比，即對(duì)于三相變壓器，變比是指原、副方相 電動(dòng)勢(shì)之比，也就是額定相電壓之 比。五. 變壓器的負(fù)載運(yùn)行在前面我們通過(guò)分析了解了變壓器的空載運(yùn)行情況，當(dāng)變壓器原方接入交流電源，副方接上負(fù)載時(shí)的運(yùn)行方式稱(chēng)為變壓器的負(fù)載運(yùn)行。1. 負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理情況：女口圖所示，即從空載電流I。變?yōu)樨?fù)載時(shí)的電流li。原 繞組的磁動(dòng)勢(shì)也從空 載磁動(dòng)勢(shì)Fo變?yōu)镕i=liN。負(fù)載時(shí)的主磁通m就是由原、副繞組的合成磁動(dòng)勢(shì) 產(chǎn)生的，即：于是變壓器在負(fù)載時(shí)的電磁關(guān)系重新達(dá)到平衡。2. 電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：在原方，電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為在副方，電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為：式中，Z2 =R2+jX2°,副繞組的漏阻抗，艮和X2分別為副繞組的電阻和漏電抗。3. 負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式：負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式可寫(xiě)為：或：11 Ni12 N210 Ni將上式進(jìn)行變化，可得：或：I1 I