變壓器工作原理ppt課件.ppt

1、2020/9/1,1,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,2020/9/1,2,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年我國上海華生電器制造廠生產(chǎn)出我國第一臺(tái)變壓器 1953年我國沈陽變壓器廠制造出第一臺(tái)仿蘇13500/110單相變壓器。 1954年我國沈陽變壓器廠制造出第一臺(tái)單相規(guī)格20000/154變壓器。 1958年8月我國沈陽變壓器廠制造出第一臺(tái)單相仿蘇40000/220變壓器。 1960年3月我國沈陽變壓器廠制造出第一臺(tái)330kV變壓器。 1979年12月我國

2、沈陽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日特變電工沈陽變壓器公司生產(chǎn)的1000kV型號(hào)ODFS-1000000/1000變壓器投入運(yùn)行。,2020/9/1,3,世界上第一臺(tái)閉合鐵心變壓器,我國第一臺(tái)交流1000kV變壓器,2020/9/1,4,一、變壓器基本工作原理,變壓器是一種靜止電器,它通過線圈間的電磁感應(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

3、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有電的聯(lián)系。,2020/9/1,5,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)榇拍埽?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=4.44fN1BmS10-4 E2=4.4

4、4fN2BmS10-4,2020/9/1,6,在主磁通的作用下，兩側(cè)的線圈分別產(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,2020/9/1,7,二.變壓器的空載特性 變壓器一次繞組接電源，二次繞組開路，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。,2020/9/1,8,主磁通與漏磁通的區(qū)別,1）性質(zhì)上：m與 I

5、0 成非線性關(guān)系； L1 與 I0 成線性關(guān)系；,2）數(shù)量上： m占99%以上， L1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。,2020/9/1,9,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)：由于空載電流的無功分量遠(yuǎn)大于有功分量，所以空載電流主要是感性無功性質(zhì)也稱勵(lì)磁電流；,大?。号c電源電壓和頻率

6、、線圈匝數(shù)、磁路材質(zhì)及幾何尺寸有關(guān)，用空載電流百分?jǐn)?shù)I0%來表示：,2020/9/1,10,3、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。,2020/9/1,11,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，

7、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。,2020/9/1,12,可見，影響主磁通大小的因素有電源電壓和頻率，以及一次線圈的匝數(shù)。,U1=-E1-E1+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，并寫成有效值形式，有,U1E1=4.44fN1m,則,2020/9/1,13,2、變比,定義,對(duì)三相變壓器，變比為一、

8、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,D，y接線,(2)二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程 U2=E2,2020/9/1,14,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E1=-jI0X1表示法，感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)E1也用電抗壓降表示，由于在鐵心引起鐵損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),2020/9/1,15,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，

9、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)。,2020/9/1,16,2、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）,2020/9/1,17,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、電源頻率和一次線圈匝數(shù)決定，與磁路所用的材質(zhì)及幾何尺寸基本無關(guān)。,（3）空載電流大小與主磁通、線圈匝數(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

10、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，線性磁路中，電抗為常數(shù)，非線性電路中，電抗的大小隨磁路的飽和而減小。,2020/9/1,18,2.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，這種情況稱為負(fù)載運(yùn)行。,2020/9/1,19,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)，稱為負(fù)載運(yùn)行。,2020/9/1,20,用圖示負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁過程,2020/9/1,21,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,二次電流增加或減少必然引起一次電流的增加或

11、減少.,用電流形式表示,2020/9/1,22,二、電動(dòng)勢(shì)平衡方程,根據(jù)基爾霍夫電壓定律可寫出一、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?？梢姡褦?shù)不同，不僅能改變電壓，同時(shí)也能改變電流。,2020/9/1,23,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。,2020/9/1,24,折算后的方程式為,

12、2020/9/1,25,二、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,2020/9/1,26,簡化等效電路：,其中,分別稱為短路電阻、短路電抗和短路阻抗。,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(dá)額定電流的1020倍。,2020/9/1,27,三、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。,2020/9/1,28,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)線材料,繞組數(shù),油循環(huán)方式,冷卻方式,相數(shù),產(chǎn)品類

13、別,2020/9/1,29,1、產(chǎn)品類別代號(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,2020/9/1,30,2、相數(shù) D-單相變壓器 S-三相變壓器,2020/9/1,31,3、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,2020/9/1,32,4、油循環(huán)方式 自然循環(huán)(不標(biāo)注） P強(qiáng)迫循環(huán),2020/9/1,33,5、繞組數(shù) S三繞組 注：雙繞組不標(biāo)注,2020/9/1,34,6、導(dǎo)線材料 L鋁繞組 注：銅繞組不標(biāo)注 Lb表示半鋁、半銅,2020/9/1,35,7、調(diào)壓方式 Z有載調(diào)壓

14、 注：無勵(lì)磁調(diào)壓不標(biāo)注,2020/9/1,36,8、性能水平代號(hào)（設(shè)計(jì)序號(hào)）,2020/9/1,37,9、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,2020/9/1,38,10、變壓器的額定容量 變壓器的額定容量，單位為KVA、MVA。,2020/9/1,39,11、變壓器的額定電壓 變壓器的額定容量，單位為KV。,2020/9/1,40,電力變壓器的型號(hào),例1： 一臺(tái)三相、油浸、風(fēng)冷、雙繞組、無勵(lì)磁調(diào)壓、銅導(dǎo)線、20000 kVA、110 kV級(jí)電力變壓器產(chǎn)品，其性能水平符合GB/T 6451規(guī)定，該產(chǎn)品的型號(hào)為

15、：,SF920000/110,2020/9/1,41,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、370000 kVA、220 kV級(jí)電力變壓器的產(chǎn)品，其性能水平符合GB/T 6451規(guī)定，該產(chǎn)品的型號(hào)為：,SSPZ9370000/220,2020/9/1,42,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電壓值。

16、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期通過的工作電流。 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=U1NI1N=U2NI2N 三相變壓器 SN=3U1NI1N=3U2NI2N,2020/9/1,43,三相變壓器,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：三相磁路彼此無關(guān)聯(lián)。,特點(diǎn)是：三相磁路彼此有關(guān)聯(lián)。,2020/9/1,44,3.7.2 電路系統(tǒng),一、變壓器的端頭標(biāo)號(hào),2020/9/1,45,二、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

17、標(biāo)志時(shí)，一、二次繞組的電動(dòng)勢(shì)反相位。,2020/9/1,46,三、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、二次線電動(dòng)勢(shì)（或線電壓）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，無論采用怎樣的連接方式，一、二次側(cè)線電動(dòng)勢(shì)（線電壓）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，就是二次繞組的線電動(dòng)勢(shì)滯后于一次側(cè)電動(dòng)勢(shì)的相位角。,2020/9/1,47,連接組別可以用相量圖來判斷：,

18、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。,2020/9/1,48,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)，d5、Y,d9和Y,d1連接組別。,2020/9/1,49,若高壓繞組三相標(biāo)志不變，低壓繞