電機與拖動技術(shù)項目化教程課件：變壓器

變壓器

變壓器的工作原理、用途及分類變壓器最主要的用途，是在輸配電技術(shù)領(lǐng)域。變壓器將發(fā)電站發(fā)出來的電進行升壓，送到輸電網(wǎng)上長距離輸電，可以減小有色金屬的使用量，減小投資，減小線路運行時的電能損耗到了用戶側(cè)，經(jīng)過變壓器逐級降壓，給最終的用電設(shè)備提供所需的電壓。一次繞組原繞組初級繞組二次繞組副繞組次級繞組1.1變壓器的基本工作原理變壓器的基本工作原理是電磁感應(yīng)原理變壓器能夠變壓，需要滿足兩個條件：

(1)磁通有變化量;(2)一、二次繞組的匝數(shù)不同1.2變壓器的基本結(jié)構(gòu)1.2.1單相變壓器的基本結(jié)構(gòu)1、鐵心變壓器的主磁路，為了提高導(dǎo)磁性能和減少鐵損，用厚為0.35-0.5mm、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。1.2變壓器的基本結(jié)構(gòu)1.2.1單相變壓器的基本結(jié)構(gòu)2、繞組繞組是變壓器的電路部分1.2變壓器的基本結(jié)構(gòu)1.2.2三相變壓器的基本結(jié)構(gòu)在三相電力變壓器中，目前使用最廣的是油浸式電力變壓器和干式變壓器。用厚為0.35-0.5mm、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。1、鐵心圖a三相交疊式鐵心疊片方式圖b斜切冷軋硅鋼片的疊裝方式1.2.2三相變壓器的基本結(jié)構(gòu)

變壓器的電路部分，一般用絕緣銅線或鋁線繞制而成。

2、繞組1.2.2三相變壓器的基本結(jié)構(gòu)將繞組的高、低壓引線引到箱外油浸式變壓器的器身浸在變壓器的油箱中。油既是冷卻介質(zhì)，又是絕緣介質(zhì)。3、油箱和冷卻裝置1.2.2三相變壓器的基本結(jié)構(gòu)（1）氣體繼電器（2）防爆管（安全氣道）4、保護裝置1.2.2三相變壓器的基本結(jié)構(gòu)5、銘牌1.2.2三相變壓器的基本結(jié)構(gòu)一、型號額定值額定容量額定電流額定電壓額定頻率符號U1N/U2NfN意義變壓器在額定工作狀態(tài)下，輸出的視在功率指在額定容量下，允許長期通過的電流。變壓器長時間運行所能承受的工作電壓。單位KVAAKVHZ單相變壓器：三相變壓器：U1N指一次側(cè)所加的額定電壓U2N指一次側(cè)加額定電壓時二次側(cè)的開路電壓。50二、額定值1.一臺Y，d11連接的三相變壓器，額定容量SN＝630kVA，額定電壓UN1／UN2＝10／0.4kV，二次側(cè)的額定電流是()。

A.21AB.36.4AC.525AD.909A2.變壓器的額定容量是指()。A.一、二次側(cè)容量之和B.二次繞組的額定電壓和額定電流的乘積所決定的有功功率C.二次繞組的額定電壓和額定電流的乘積所決定的視在功率D.一、二次側(cè)容量之和的平均值

3.變壓器的鐵心采用硅鋼片制成，這是為了________。A．減輕重量

B．減少鐵損

C．減小尺寸

D．拆裝方便

4.變壓器銘牌上標(biāo)有額定電壓U1N、U2N，其中U2N表示_。A．原邊接額定電壓，副邊滿載時的副邊電壓B．原邊接額定電壓，副邊空載時的副邊電壓C．原邊接額定電壓，副邊輕載時的副邊電壓D．原邊接額定電壓，副邊過載時的副邊電壓

單相變壓器的運行原理單相變壓器的運行特性變壓器的空載運行一、原理圖及正方向的規(guī)定初級接交流電源，次級開路。+–+–+–+–+–

1

i0(i0N1)

1空載時，鐵心中主磁通

是由初級繞組磁通勢產(chǎn)生的。初級接交流電源次級開路+–+–+–+–+–

1

單相變壓器的運行原理二、理想變壓器忽略漏磁通的影響忽略損耗e1：主磁通在原繞組內(nèi)感應(yīng)電動勢的瞬時值e2：主磁通在副繞組內(nèi)感應(yīng)電動勢的瞬時值主磁通在繞組內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢：主磁通按正弦規(guī)律，

m：主磁通的幅值；E1m：原繞組感應(yīng)電動勢的幅值。原邊電動勢幅值：有效值：相量表示：當(dāng)主磁通按正弦規(guī)律變化時，原繞組中感應(yīng)電動勢也按正弦規(guī)律變化，但相位比主磁通落后900。原邊電勢分析副邊繞組鏈接同一磁鏈，副邊電動勢幅值：有效值：相量表示：副邊電勢分析變壓器中，原、副繞組電動勢E1和E2之比稱為變壓器的變比k.對于三相變壓器，變比指相電壓之比。由于.

三、實際變壓器原邊漏抗電動勢由原邊繞組匝鏈漏磁鏈得到，相量表示：考慮漏磁通和損耗的影響漏磁通

1通過的磁路是線性的，漏磁鏈1與產(chǎn)生漏磁鏈的電流i0呈線性關(guān)系，漏電勢可表示為：若勵磁電流i0按正弦規(guī)律變化，（1）用電路的分析方法等效表達了復(fù)雜的電磁耦合過程，簡化了變壓器的分析計算。（2）X1為一次繞組的漏電抗。表征漏磁通的電磁效應(yīng)。X1與匝數(shù)和幾何尺寸有關(guān)，為常數(shù)。（3）漏抗電動勢與電流同頻率，相位上落后I0900。（4）空載時，漏抗壓降小，可以忽略，實際變壓器空載時，一次側(cè)的等效電路i0(i0N1)

1rm：勵磁電阻，代表鐵耗xm：勵磁電抗，對應(yīng)于主磁通的電抗r1:一次繞組的電阻，代表銅耗x1:漏電抗，對應(yīng)于漏磁通的電抗等值電路綜合了空載時變壓器內(nèi)部的物理情況，在等值電路中r1、x1是常量；rm、xm是變量，它們隨鐵心磁路飽和程度的增加而減少。根據(jù)前面所列的方程，作變壓器空載時的相量圖：（1）以為參考相量（2）與同相，引前，（3）滯后，；（4）（5）變壓器的負(fù)載運行變壓器原邊接在電源上，副邊接上負(fù)載的運行情況，稱為負(fù)載運行。AXax用圖示負(fù)載運行時的電磁過程一、磁動勢平衡方程32或用電流形式表示,I;,I:L作用它起平衡二次磁動勢的另一個是負(fù)載分量產(chǎn)生主磁通它用來一個是勵磁電流兩個分量變壓器的一次側(cè)電流包括10負(fù)載運行時,忽略空載電流有:表明，一、二次電流比近似與匝數(shù)成反比?？梢姡褦?shù)不同，不僅能改變電壓，同時也能改變電流。二、電動勢平衡方程原邊：副邊：根據(jù)基爾霍夫電壓定律可寫出一、二次側(cè)電動勢平衡方程三、變壓器的折算當(dāng)k較大時，變壓器原、副邊電壓相差很大，為計算和作圖帶來不便。變壓器原邊和副邊沒有直接電路的聯(lián)系，只有磁路的聯(lián)系。副邊的負(fù)載通過磁勢影響原邊。因此只要副邊的磁勢不變,原邊的物理量就沒有改變。這為折算提供了依據(jù)。折算原則：1）保持二次側(cè)磁動勢不變；

2）保持二次側(cè)各功率、損耗不變。一、折算方法保持折算前后不變

1.副邊電流的折算2.副邊電動勢和電壓的折算折算時，電動勢大小與匝數(shù)成正比一、折算方法

3、二次阻抗的折算能量是否改變？銅耗：有功輸出：無功輸出：變壓器的阻抗變換功能二、折算后的方程式1.2等值電路T型等值電路負(fù)載運行時，Im在I1中所占的比例很小。在工程實際計算中，忽略Im，將激磁回路去掉，得到簡單的阻抗串聯(lián)電路。

其中分別稱為短路電阻短路電抗短路阻抗

由簡化等效電路可知，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，一般可達額定電流的10~20倍。變壓器的空載試驗和短路試驗1目的

通過進行空載試驗來計算變比K、空載電流I0、空載損耗功率P0和勵磁阻抗Zm。2接線圖3要求及分析1）低壓側(cè)加電壓，高壓側(cè)開路；為了減小實驗誤差，要把電壓表接在功率表前面一

空載試驗

變壓器的空載試驗和短路試驗4求取參數(shù)空載試驗時，如果外加可調(diào)的電壓，可以作出變壓器空載特性曲線從空載特性曲線可以看出變壓器磁路的飽和程度是否恰當(dāng)。

空載變壓器的特性曲線二

短路試驗1.目的：通過進行短路試驗來計算變壓器的短路電壓Uk、銅損耗Pcu和短路阻抗Zk。2.接線圖3.要求及分析1）高壓側(cè)加電壓，低壓側(cè)短路；3）同時記錄實驗室的室溫；4）參數(shù)計算

變壓器的運行特性變壓器的運行特性電壓變化率定義：是指一次側(cè)加50Hz額定電壓、二次空載電壓與帶負(fù)載后在某功率因數(shù)下的二次電壓之差，與二次額定電壓的比值，即

電壓變化率是表征變壓器運行性能的重要指標(biāo)之一,它的大小反映了供電電壓的穩(wěn)定性。1.001.0電壓調(diào)整

為了保證二次端電壓在允許范圍之內(nèi),通常在變壓器的高壓側(cè)設(shè)置抽頭,并裝設(shè)分接開關(guān),調(diào)節(jié)變壓器高壓繞組的工作匝數(shù),來調(diào)節(jié)變壓器的二次電壓。

分接開關(guān)有兩種形式：一種只能在斷電情況下進行調(diào)節(jié)，稱為無載分接開關(guān)-----這種調(diào)壓方式稱為無勵磁調(diào)壓；另一種可以在帶負(fù)荷的情況下進行調(diào)節(jié)，稱為有載分接開關(guān)-----這種調(diào)壓方式稱為有載調(diào)壓。

中、小型電力變壓器一般有三個分接頭，記作UN±5%。大型電力變壓器采用五個或多個分接頭,例UN±2x2.5%或UN±8x1.5%。分接連接2-33-44-55-66-7高壓（KV）10.510.25109.759.5損耗、效率及效率特性

鐵損耗與外加電壓大小有關(guān)，而與負(fù)載大小基本無關(guān)，故也稱為不變損耗。一、變壓器的損耗

銅損耗分基本銅損耗和附加銅損耗?；俱~損耗是在電流在一、二次繞組直流電阻上的損耗；附加損耗包括因集膚效應(yīng)引起的損耗以及漏磁場在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。變壓器的損耗主要是鐵損耗和銅損耗兩種。

鐵損耗包括基本鐵損耗和附加鐵損耗?；捐F損耗為磁滯損耗和渦流損耗。附加損耗包括由鐵心疊片間絕緣損傷引起的局部渦流損耗、主磁通在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。

銅損耗大小與負(fù)載電流平方成正比，故也稱為可變損耗。

效率大小反映變壓器運行的經(jīng)濟性能的好壞，是表征變壓器運行性能的重要指標(biāo)之一。二、效率及效率特性效率是指變壓器的輸出功率與輸入功率的比值。其中效率表達式

變壓器效率的大小與負(fù)載的大小、功率因數(shù)及變壓器本身參數(shù)有關(guān)。效率特性：在功率因數(shù)一定時，變壓器的效率與負(fù)載電流之間的關(guān)系η=f(β),稱為變壓器的效率特性。

即當(dāng)銅損耗等于鐵損耗(可變損耗等于不變損耗)時,變壓器效率最大：或

為了提高變壓器的運行效益，設(shè)計時應(yīng)使變壓器的鐵損耗小些。令,則

變壓器的極性及三相變壓器的聯(lián)結(jié)組一

變壓器的極性變壓器的極性及判定

同名端是指在同一交變磁通的作用下任意時刻兩個（或兩個以上）繞組中都具有相同電勢極性的端點彼此互為同名端。通常用符號”·”或”*”來表示二

變壓器極性的判別1.分析法（已知繞組繞向）

如圖所示，當(dāng)電流從兩個同極性端流入（或流出）時，鐵心中所產(chǎn)生的磁通方向是一致的2.交流測試法（1）電壓表法如圖測出電壓U2和U3

如果U3=U1+U2，則是異名端相連，即1U1和2U1是異名端。如果U3=U1－U2，則是同名端相連，即1U1和2U1是同名端。3.直流測試法當(dāng)合上開關(guān)S，如直流毫安表量程調(diào)試，指針反應(yīng)明顯，說明1U1和2U1都處于高電位，則1U1與2U1是同名端三三相變壓器的聯(lián)結(jié)組聯(lián)結(jié)組別：反映三相變壓器連接方式及一、二次線電動勢（或線電壓）的相位關(guān)系。理論和實踐證明，無論采用怎樣的連接方式，一、二次側(cè)線電動勢（可電壓）的相位差總是300的整數(shù)倍。因此可以采用時鐘表示法——作為時鐘的長針，指向12點，作為時鐘的短針，短針指向哪個數(shù)字，該數(shù)字就是變壓器的聯(lián)結(jié)組標(biāo)號。聯(lián)結(jié)組別可以用相量圖來判別：1、Y，y連接對應(yīng)的相電動勢同相位，線電動勢和也同相位聯(lián)結(jié)組別為Y，y0。2、Y，d連接

對應(yīng)的相電動勢同相位，線電動勢和相差3300，連接組別為Y，d11。