高二物理竞赛课件变压器的运行特性

负载电流与负载损耗
负载电流
变压器在负载状态下，原、副边绕组中的电流称为负载电流 。负载电流的大小取决于变压器的额定功率和负载阻抗。
负载损耗
变压器在负载状态下，由于原、副边绕组中的电流通过导线 电阻和铁芯磁阻产生的损耗称为负载损耗。负载损耗与负载 电流的平方成正比，是影响变压器效率的重要因素。
电压调整率及影响因素
电压调整率
变压器在负载状态下，输出电压与空载电压的百分比差值称为电压调整率。电压调整率是衡量变压器电压稳定性 的重要指标。
影响因素
电压调整率受到多个因素的影响，包括变压器的短路阻抗、负载功率因数、负载电流的大小和变化等。其中，短 路阻抗越大，电压调整率越小；负载功率因数越低，电压调整率越大。
负载运行稳定性分析
实验步骤和数据记录
实验步骤 1. 按照实验电路图连接好实验装置，包括电源、变压器、电流表、电压表等。
2. 逐步升高电源电压，记录输入电压、输出电压、输入电流和输出电流的数据。
实验步骤和数据记录
3. 改变变压器的匝数 比，重复步骤2，记 录相关数据。
数据记录：（表格）
4. 分析实验数据，绘 制电压变换曲线和电 流变换曲线。
的可靠性。
05
变压器异常运行与保护措施
过电压现象及防护措施
过电压现象
由于雷击、操作过电压或系统发 生谐振等原因，变压器的电压会 异常升高，可能损坏变压器绝缘 。
防护措施
采用避雷器、合闸电阻等设备限 制操作过电压；提高变压器绝缘 水平；采用自动调压装置维持电 压稳定。
过电流现象及防护措施
过电流现象
或铝线绕制。
绝缘材料
用于保证绕组之间及绕 组与铁芯之间的绝缘性 能，防止击穿和漏电。
油箱及冷却装置
用于变压器的散热和冷 却，保证变压器的正常
运行。
变压器额定参数
额定电压
变压器在额定运行条件下，原 、副边绕组所承受的电压值。
额定电流
变压器在额定运行条件下，原 、副边绕组所承受的电流值。
额定容量
变压器在额定运行条件下，所 能传递的最大视在功率。
高二物理竞赛课件变压器的运行特 性
汇报人：XX 20XX-01-18
目录
• 变压器基本原理与结构 • 变压器空载运行特性 • 变压器负载运行特性 • 变压器并联运行与自耦变压器 • 变压器异常运行与保护措施 • 实验：探究变压器运行特性
01
变压器基本原理与结构
变压器工作原理
电磁感应原理
变压器的工作原理基于电磁感应，当 原边绕组通以交流电时，会在铁芯中 产生交变磁通，从而在副边绕组中感 应出电动势。
静态稳定性
变压器在空载状态下，其电压、电流和功率因数等参数应保持稳定。静态稳定性 主要取决于变压器的设计、制造工艺和运行状态。
动态稳定性
当变压器空载合闸或受到外部扰动时，其电压和电流等参数会发生瞬态变化。动 态稳定性要求变压器能够迅速恢复到稳定状态，且不会产生过大的振荡和过电压 。
03
变压器负载运行特性
热稳定性
变压器在负载状态下，由于损耗产生的热量需要通过散热系统散发出去，以保持变压器 的热稳定性。散热系统的设计需要考虑变压器的额定功率、环境温度、散热方式等因素
。
动稳定性
变压器在负载状态下，需要承受由于短路等故障引起的电动力的作用，以保持变压器的 动稳定性。变压器的动稳定性设计需要考虑变压器的结构强度、短路电流的大小和作用
由于自耦变压器具有成本低、体积小、重量轻等优点，因此在大容量、
高电压的电力系统中得到广泛应用。
02
用于连接不同电压等级的电网
自耦变压器可以作为联络变压器，连接两个不同电压等级的电网，实现
电能的传输和分配。
03
用于变电站中的主变压器
在变电站中，自耦变压器可以作为主变压器，将高压电能转换为低压电
能，供给用户使用。同时，自耦变压器还可以作为备用电源，提高供电
时间等因素。
04
变压器并联运行与自耦变压器
并联运行条件及优缺点
01
02
03
并联运行条件
两台或多台变压器的原边 和副边额定电压分别相等 ，联结组别相同，阻抗电 压相等。
优点
提高供电的可靠性，经济 运行，减少备用容量。
缺点
若并联运行条件不满足， 将产生环流，影响变压器 出力，甚至烧毁变压器。
自耦变压器工作原理及特点
空载损耗和负载损耗
变压器在空载和负载状态下的 功率损耗，反映变压器的效率
性能。
02
变压器空载运行特性
空载电流与空载损耗
空载电流
变压器空载时，原边接入额定电压， 副边开路，原边中存在的电流。空载 电流由磁化电流（产生磁通）和铁损 电流（由铁芯损耗引起）组成。
空载损耗
指变压器二次侧开路在一次侧加额定 电压时，变压器铁芯所产生的有功损 耗，也叫铁损。它包括磁滞损耗和涡 流损耗两部分。
电压变换原理
电流变换原理
根据磁动势平衡原理，原、副边电流 与匝数成反比，从而实现电流的变换 。
通过改变原、副边绕组的匝数比，可 以实现电压的升高或降低。
变压器结构组成
铁芯
变压器的磁路部分，一 般采用硅钢片叠装而成 ，以减少涡流和磁滞损
耗。
绕组
变压器的电路部分，由 原边绕组和副边绕组组 成，一般采用绝缘铜线
空载合闸过电压现象及原因
过电压现象
变压器空载合闸时，可能产生较大的励磁涌流，导致电压瞬间升高，形成过电 压。
原因分析
变压器空载合闸过电压主要由以下原因引起：铁芯饱和、剩磁效应、合闸角度 等。其中，铁芯饱和使得励磁涌流增大，剩磁效应使得磁通波形发生畸变，合 闸角度则影响励磁涌流的幅值和波形。
空载运行稳定性分析
VS
处理方法
定期检查变压器内部状况，及时发现并处 理故障；保持冷却系统正常运行；根据环 境温度和负载情况，合理调整变压器运行 方式。
06
实验：探究变压器运行特性
实验目的和原理
实验目的
通过实验操作和数据记录，探究变压器的运 行特性，包括电压变换、电流变换和功率传 输等方面。
实验原理
变压器是一种利用电磁感应原理实现电压变 换的电气设备。当变压器一侧绕组通以交流 电时，会在铁芯中产生交变磁通，从而在另 一侧绕组中感应出电动势。通过改变绕组的 匝数比，可以实现电压的升高或降低。
工作原理
自耦变压器是只有一个绕组的变压器，当作为降压变压器使用时，从绕组中抽出一部分线匝作为二次 绕组；当作为升压变压器使用时，外施电压只加在绕组的—部分线匝上。
特点
铜损小，体积小，重量轻，成本低；但铁损大，漏抗大，且不便在高压侧装设分接头进行电压调整。
自耦变压器在电力系统中的应用
01
据记录
| 序号 | 输入电压(V) | 输出电 压(V) | 输入电流(A) | 输出电流 (A) | 匝数比 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 1 | 220 | 110 | 0.5 | 1.0 | 2:1 |
实验步骤和数据记录
01
| 2 | 220 | 22 | 5.0 | 1.0 | 10:1 |
变压器发生短路或过载时，电流会异 常增大，可能导致变压器过热甚至烧 毁。
防护措施
采用快速保护装置，如差动保护、过 流保护等，及时切断故障电流；合理 选择变压器容量，避免过载运行。
温度异常升高原因及处理方法
温度异常升高原因
变压器内部故障、冷却系统故障、过载 或环境温度过高等原因都可能导致变压 器温度异常升高。
THANKS
感谢观看
02
| 3 | 220 | 440 | 0.25 | 0.5 | 1:2 |
实验结果分析和讨论
• 电压变换：根据实验数据，可以看出变压器的电压变换与匝数比成正比关系。 当匝数比增大时，输出电压相应升高；反之，输出电压降低。实验结果与理论 预测相符。
• 电流变换：实验数据显示，变压器的电流变换与匝数比成反比关系。当匝数比 增大时，输出电流减小；反之，输出电流增大。这一结果也符合电磁感应原理 的预测。
• 功率传输：根据实验数据计算得出，变压器的输入功率与输出功率基本相等（ 考虑实验误差范围内）。这表明变压器在传输功率时具有较高的效率，能够实 现能量的有效转换和传输。
• 实验误差分析：在实验过程中，可能由于电源波动、仪表精度等因素导致实验 数据存在一定误差。为了减小误差，可以采用高精度仪表、稳定电源等措施进 行改进。同时，多次重复实验并取平均值也有助于提高实验结果的准确性。