KX_CH1篇变压器BBB解析

19
下面以传递电能变压器为例来讨论：
设一次侧的电压，电流及电势分别为Ù 1，Ì1，È1 . 匝数 为N1,
设二次侧的电压，电流及电势分别为Ù 2，Ì2，È2 . 匝数 为N2
那麽原二次侧的电磁参量方向如何规定？
①一次侧
⑴Ù1为电压降，Ａ点电位高，X点电位低。
⑵ Ì1由高电位进（电动机惯例）。
7—油表；
8—吸湿器；
9
9—散热器；
10—铭牌； 10 11—接地螺栓；
12—油样活门； 13—放油阀门；
14 13
14—活门；
15—线圈；
11 12
16—信号温度计； 17—铁心；
18—净油器；
19—油箱；
20—变压器油
9
（一）铁芯
它是变压器中的磁路部分 其结构可分为：
铁柱 ; 铁轭 在铁柱上套有线圈绕组
铁轭
高压绕组
铁心柱
低压绕组
图1-1a)单相心式变压器
铁芯通常含硅量较高，一般为0.35或0.5mm， 表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧钢片迭装而成。
10
①根据铁轭与绕组的关系
➢单相芯式—图1-1 a） ➢三相芯式—图1-1 b) ➢ 壳式---单相（图1-3a） ➢壳式---三相 （图1-3b）
➢ 芯式特点：铁轭靠着绕组的顶 面和底面，但不包围绕组侧 面。
U. 1 .
.
I
0
R1
.
E1
E1
U 20 E 2
(2-12)
•
•
•
E s1 j4.44 fN1 s1 jX1 I 0
(2-10)
❖上式用电抗压降的形式来表示，x1=ωL1σ是一次侧的漏电 抗，也是一个常数，它表征了漏磁通对电路的电磁效应。
31
➢ 为了提高变压器运行性能，在设计时希望漏电抗X1 数值小点为好。
（1）两个绕组的耦合系数为1，即：无漏磁，这被称为理 想变压器。
21
2.2单相变压器的空载运行
变压器的原边接电源，副边开路无电流的情况称为 空载运行 , 其空载运行图为：
i0 u1 e1
1 e1
i2 0 e2
i0
U 20
u
e1
1
__e1
图2-2 单相变压器空载运行示意图
图1-11 带铁芯的线圈
式中，s1是漏磁路的磁导·
➢ 从式(2-11)看出，影响漏电抗X1大小的因素有三：
➢ 角频率ω、匝数N1和漏磁路磁导 s1
➢ 其中ω为恒值，匝数N1的设计要综合考虑； ➢ 只有将漏磁路磁导 s1 减小的办法来减小X1。
27
❖ 我们知道，漏磁路磁导 s1 的大小与磁路的材料，线圈相
对位置以及磁路的几何尺寸有关，已知漏磁路的材料主要 是非铁磁材料，其磁导率μ很小，且为常数。 ❖ 即X1不随电流大小而变化．
图2-1 变压器的工作原理图
A
I1
U1
E1
X
m
E1
E2
I2
a
E2
U 2
ZL
x
图2-1 变压器的工作原理图 ❖ ①与电源相连的线圈AＸ：若是接收交流电能，称为一次侧
（一次侧）。若是接收交流讯号，称为输入绕组。 ❖ ②与负载相连的线圈ax：若是送出交流电能，称为二次侧
（二次侧） 。 若输出得是交流讯号，称为输出绕组。
变压器.
➢ 阶梯形-------大容量变压器.
（a）
（b）
图1-6铁芯柱截面
12
（二）绕组
➢ （1）高压绕组 ➢ （1）低压绕组 ➢ 绕组布置： ➢ a)同心式. ➢ b)交叠式.
（a）
（b）
图1-8交叠式
图1-7同心式 1—低压绕组 1—高压绕组
同心式
圆筒式 螺旋式 连续式
交迭式 （饼式）
1.高低压绕组同心的套装在铁芯柱上， 如图1-7。
E1
E1m 2
1 2
N1m
1 2
2
fN1m
4.44
fN1m
用相量表示：
E1 j4.44N1 f m (2-7)
同理:
E2 j4.44N2 f m (2-8)
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下面讨论漏磁通产生的感应电势Ès1：
❖Φ1σ与Ì0的关系可用反映漏磁通的电感系数L1σ，称为线圈的漏电感
系数，是一个常数。
L1
N11 2I 0
(2-12) (2- )
式中：Z1 R1 jx1 称为原绕组的漏阻抗 。
➢ 上式就是变压器的空载运行时的一次侧电压、电 势、电流的内部联系.
33
E1 j4.44N1 f m (2-7) E2 j4.44N2 f m (2-8)
比较上两式得
E1 N1 k E2 N2
(2 14）
➢ 这个k称为变压器的变比（也叫匝数比）
对于三相变压器均指的是线电压。
单相: 三相 :
I
1N
SN U1N
I1N
SN 3U1N
I2N
SN U2N
I2N
SN 3U 2 N
(2-1) (2-2)
15
3.额定频率：我国规定为50HZ 4.相数： 5. 额定效率、温升等…… 6. 连接组标号、接线图； 7. 短路电压（或短路阻抗）的标幺值； 8. 运行方式（长期连续或短路）； 9. 冷却方式等。
➢ 变压器中X1不随电流大小而变化．是一个常数。
❖ 式（2-10）说明，一次侧漏磁通在一次绕组上感 应电势为È1σ.
❖ 可以看成是一个电压降（－ È1σ），称为一次侧 的漏磁压降。
32
❖这样空载运行时的电势方程式为：
U. 1 .
.
I0
R1
.
Hale Waihona Puke jx1I 0E1.
I0
.
Z 1 E1
U 20 E 2
➢ 另外还可按线圈数，相数，冷却介质，铁芯结构，及调压方式等进行
分类。
➢ 其它的还有调压器、电抗器等。
5
电力变压器
电源变压器
三相干式变压器
控制变压器 接触调压器
6
1.2变压器的基本结构和额定值
1.2.1 变压器基本结构
❖ 铁心和绕组
油箱 散热管
❖ 其它部件： 出线端 分接开关 保护装置
1 20 19
(2-12)
式中：Z1 R1 jX1
称为线圈的漏阻抗 。
➢ 其电源电压被反电势和阻抗压降相平衡。
29
当忽略线圈中的R1和x1：
.
.
U E1 j4.44N1 f m
有效值为：
(2-13)
U E1 4.44N1 f m
30
考虑R1和Φ1s的作用：
❖ 实际上电力变压器，总存在绕组电阻和绕组漏 磁通，并不是一个理想变压器。
当忽略绕组中的Z1和Z2得：
k E1 U1 E2 U 2
(2 *）
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2. 空载电流和空载损耗
空载电流主要用来建立主磁通，所以也称为励磁电流，
其大小主要取决于铁芯线圈的电抗，电阻和铁芯损耗。 （包括磁滞损耗，涡流损耗。）
空载电流可分为两部分：
E1
I0r:无功分量（磁化电流产生主磁通） I0a
《电机学》 电子教案
第一篇 变 压 器
(Transformers)
目录
第一章 变压器的用途及分类 第二章 变压器的运行分析 第三章 三相变压器 第四章 三绕组变压器和自藕变压器 第五章 变压器空载合闸时的冲击电流
作业
2
第一章变压器的用途及分类
变压器是一种静止电器，可以将一种等级（电压， 电流，相数）的交流电能转换成同频率的另一种等 级的交流电能。
1.结构简单。 （国产电力变压器大部分为这种结构）。
1.高、低压绕组互相交迭放置。如图1-8。
1.漏电抗小，机械强度好。
3.引线方便。
如大型电炉变压器为这种结构。
13
（三）油箱及其它部件
➢ ➢
干高式压的冷却: 方式：
➢
➢
自然风冷
油浸式:1.变压器油绝缘性能比空气好. 1.改善变压器的散热条件.
➢ 散热管----增加散热面积
18 17 16 15 14
13
6
5
4
23
7
8
9 10
11 12
1—高压导管；2—分接开关； 3—低压导管； 4—气体继电器； 5—安全气道；6—储油柜； 7—油表； 8—吸湿器； 9—散热器；
10—铭牌；11—接地螺栓； 12—油样活门； 13—放油阀门； 14—活门；15—线圈； 16—信号温度计； 17—铁心； 18—净油器；19—油箱； 20—变压器油
发电机
10KV
220KV
110KV
35KV
简单电力系统示意图
10KV
M 电动机 照明
0.38KV M 电动机
6KV
图1-1 简单电力系统图
4
变压器的分类:
一般分类： （1）电力变压器：升压变压器（k<1）；
降压变压器 (k>1)； 配电变压器； 联络变压器（连接 几个不同电压等级的电网）； 厂用变压器。 （1）特种变压器：整流变压器；电炉变压器，电焊变压器；矿用变压器；船用 变压器； （3）测量用的变压器：电压互感器、电流互感器； （4）高压试验变压 器：可产生750KV的电压。 （5）控制变压器：用于自控系统的变压器。
❖ 由于漏磁路的磁阻基本上等于变压器油（或空气）部分的磁阻，近似 认为是常数。并且磁通与励磁电流同相，并且成正比。
X1
Ls1
N1
2I0
s1
N1
2I0
2I0 N1s1 N12s1
(2-11)
式中，Gm是漏磁路的磁导·
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➢ 式中x1=ωL1σ是原绕组的漏电抗，也是一个常数，它表征 了漏磁通对电路的电磁效应。
由于它的主要用途是变换电压，故称为变压器。 在生产，运输，分配和使用电能的整个电力系统中，
变压器是一个十分重要的元件。 如发电厂发出的交流电，经过电力系统输送到远
距离用电地区，采用高压输电，需用升压变压器。
当送到用电地区后，需用降压变压器降到配电电压，送往各 用电区。
最后用配电变压器把电压降到用户电压——大型用电采用 10KV或6KV，小型动力用电和照明用电则为380V和110V。
➢ 壳式特点：铁轭不仅包围着绕 组的顶面和底面，同时也包 围着绕组的侧面。
图1-1 b) 三相芯式变压器
图1-3 单相壳式变压器
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②根据铁柱与铁轭在装配方式来分
➢ 铁芯：交错式
➢
迭接式
（a）
（b）
图1-4交错叠法
图1-5斜切钢片叠 装法
➢ 芯柱截面的形状： ➢ 正方形或矩形-------用于小型
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1. 空载运行时的物理情况
当一次侧加上交流电压u1，有电流i0流过，其匝数为N1,此 时二次侧开路,即i2=0 。
空载电流i0(也称为励磁电流):在副边开路时，流过一次侧 的电流称为空载电流。该电流产生的磁势i0N1称为空载磁 势（也称为励磁磁势）。
在空载磁势作用下，磁路中产生磁通分为两种： （1）主磁通Φ，同时环链原二次侧。 （1）漏磁通Φ1s：只环链一次侧本身，而不环链二次侧。
I0
I0a:有功分量（铁耗电流）
I0r
I0
I
2 0r
I
2 0a
.
.
.
铁耗角 E1
I 0 I 0r I 0a
图2-6 a) 空载电流相量
图 35
变压器空载运行时，一次侧从电源中吸取了少量的电 功率P0,这个功率主要用来补偿铁芯中的铁耗以及极少 量的绕组铜耗I02R1;
❖ 线圈上的漏磁通可以用感应电势为È1σ来表示。
❖ 或可以看成是一个电压降（－ È1σ），称为漏磁 压降。
28
可以写成：
•
•
E s1 j4.44 fN1 s1
(2-9)
•
•
E s1 jX1 I 0
(2-10)
❖图2-2的电路，其电势方程式为：
.
.
.
.
U I 0 R1 jX1I0 E1 I0 Z 1 E1
➢ 储油柜
➢
➢ 绝缘套管：
➢
➢ 分接开关
高压 低压
➢ 安全气道
图1-1电力变压器
图1-7
14
1.2.2 变压器额定值
1.额定容量SN：变压器的视在功率，单位：VA,KVA,MVA 对于三相变压器，指三相容量之和。
1.额定电压U1N，U2N: U1N是指变压器一次侧外加额定电压 U2N 时的二次侧的空载电压值，单位V，KV。
⑶•
m
(符合右手定则)。
(4) È1方向符合楞次定律
e1
d dt
N1
d dt
,规定与Ì1的
方向一致。
20
②二次侧
(1)根据
•
m
的方向定Ì2方向（符合右手定则）
(1) È2方向符合楞次定律，规定与Ì2方向一致。
(3) Ù 2方向（发电机惯例）, 电流流出点x为高电位。
❖ 规定：
（1）不计原，二次侧电阻。
图1-3电力变压器
结构原则：两个或两个以上互相绝缘的线圈套在一个共同的铁芯上， 它们之间磁耦合，无电的直接联系。它同旋转电机一样，也是以磁场
媒介的。
8
图1-3电力变压器
1 20 19
18 17 16 15
5 4 23
1—高压导管；
2—分接开关；
6
3—低压导管；
4—气体继电器；
7
5—安全气道；
8
6—储油柜；
16
第二章 变压器的运行分析
17
2.1 变压器的各电磁量正方向
➢ 变压器是通过电磁感应原理，从一个电路向另一 个电路传递电能或传输讯号的一种电器。
➢ 这两个电路具有相同频率，不同电压及电流，也 可以有不同的相数。
变压器的主要部 件是一个铁心和 套在铁心上的两 个线圈，这两个 线圈具有不同的 匝数，且互相绝 缘。
23
当电源电压正弦交变时， 电力变压器的主磁通也是
正弦交变。即：设其瞬 时值为
Φ=ΦmSinωt (2-3)
i0
u
e1
__e1
1
则
e 1
N1
d dt
N 1m
cos t
N
1
mSin
2
t
N 1mSin
t
2
E1m Sin
t
2
(2-5)
式中: E1m N 1m
24
可知，e1滞后Φ的90 °，而有效值为