变压器工作原理

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压器。 1960年3月我国沈阳变压器厂制造出第一台330kV变压器。 1979年12月我国沈阳变压器厂制造出第一台单相500kV型号DFPS-
250000/500变压器。 2005年4月2日保定天威通过750kV型号ODFPS-500000/750变压器
试验。 2009年1月6日特变电工沈阳变压器公司生产的1000kV型号ODFS-
E1=4.44fN1BmS×10-4
E2=4.44fN2BmS×10-4
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在主磁通的作用下,两侧的线圈分别产生感应电 势,电势的大小与匝数成正比,K为变压器变比。
变压器电流之比与一、二次绕组的匝数成反比,即
变压器匝数多的一侧电流小,匝数少的一侧电流大。变 压器的原、副线圈匝数不同,起到了变压器作用。
折算原则:1)保持二次侧磁动势不变;2)保持二次侧各功率 或损耗不变。
方法:(将二次侧折算到一次侧)
I 2
I2 k
E2 kE2 E1 U2 kU2
r
2
k 2 r2
x 2 k 2 x 2
Z L k 2 Z L
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折算后的方程式为
U 1 E 1 I 1 R 1 j I 1 X 1 E 1 I 1 Z 1
R1I1
1
E1
E1
0
E 2
2
ER22I2
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基本方程
一、磁动势平衡方程
空 次 不,载 磁 变 由 ,一 F 时 动 空 2共 次 势 载 同 磁 F , 到 0作 产 0大 动 负 用 生 0小 势 .载 0大 产 主 基 0;小 生 磁 ,负 因 本主 通 载 此 不要 时 有 变 U1,只 取 一 磁F U 要 决 次 1动 1和 保于 :磁 势 二 持
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2、相量图
根据前面所学的方程,可作 出变压器空载时的相量图:
jI0 X1
U 1
R1I0
(1)以Φ
为参考相量
m
(2)I0r与Φ m同相,I0a 滞后 900,I0I0rI0a
E1
I0 I0a
Φ m
(3)E1,E2滞后 Φm90,0 -EE11

(4) R1I0,jI0X1
E 2 I0 r
F1F2 F0
或用电流形式表示N I 1 1 I 1 I N 0 2( I2 N N N 1 21 ) II 0 2 I 0 ( I k 2) I 0 I 1 L 产表明生主: 变磁压通器;另的一负个载是电负流载包分括量两I个1L ,分它量起平: 一衡个二是次励磁磁动电势流的I0作,它用用。来
U 2 E 2 I 2 R 2 j I 2 X 2 E 2 I 2 Z 2
I1I2 I0
E2 E1
E 1ZmI0 U 2 I2ZL
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二、等效电路
根据折算后的方程,可以作出变压器的等效电路。
T型等效电路:
近似等效电路
R1 X1
R2 X2
R1 X1
R2 X2
对三相变压器,变比为一、二次侧的相电动势之比,近似
为额定相电压之比,具体为
Y,d接线 k U1N 3U2N
D,y接线 k 3U1N U2N
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源自文库
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空载时的等效电路和相量图
等效电路
基于E1δ=-jI0X1δ表示法,Φ感应的电动势E1也用电抗压降 表示,由于Φ在铁心引起铁损PTE,所以还要引入一个电 阻Rm,用I20Rm等效PTE,即
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空载电流和空载损耗
一、空载电流 作用与组成
空载电流I0包含两个分量,一个是励磁分量I0a,作用是建 立磁场,另一个是铁损耗分量I0r,主要作用是供铁损耗。
性质:由于空载电流的无功分量远大于有功分量,所以空 载电流主要是感性无功性质——也称励磁电流;
大小:与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸 有关,用空载电流百分数I0%来表示:
2、相数
D-单相变压器 S-三相变压器
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3、冷却方式
F-风冷式 S-水冷式
注:油浸自冷式和空气自冷 式不标注
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4、油循环方式 自然循环(不标注) P―强迫循环
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5、绕组数
S―三绕组 注:双绕组不标注
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电力变压器的型号
特殊使用环境代号
额定电压
额定容量
特殊用途和特殊结构代号
设计序号
调压方式
导线材料 绕组数 油循环方式
冷却方式
相数
产品类别
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1、产品类别代号
O-自耦变压器,通用电力变压器不标 H-电弧炉变压器 C-感应电炉变压器 Z-整流变压器 K-矿用变压器 Y-试验变压器
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U 1 E 1 I 1 R 1 j I 1 X 1 E 1 I 1 Z 1 U 2 E 2 I 2 R 2 j I 2 X 2 E 2 I 2 Z 2 U 2I2ZL
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等效电路及相量图
一、折算
折算:将变压器的二次(或一次)绕组用另一个绕组(N2=N1)来 等效,同时对该绕组的电磁量作相应的变换,以保持两侧的电磁 关系不变,用一个等效的电路代替实际的变压器。
增大而下降。为减少空载损耗,改进设计结构的方向是采用
优质铁磁材料:优质硅钢片、激光化硅钢片或应用非晶态合
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空载时的电动势方程、等效电路和相量图
一、电动势平衡方程和变比
1.电动势平衡方程
1.1一次侧电动势平衡方程
U1=-E1-E1δ+I0R1=-E1+I0R1+jI0X1=-E1+Z1I0
忽略很小的漏阻抗压降,并写成有效值形式,有
U1≈E1=4.44fN1Φm

Φ m4.44 E1fN14.4U 41fN1
可见,影响主磁通大小的因素有电源电压和频率,以及一
次线圈的匝数。
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(2)二次侧电动势平衡方程
U2=E2
2、变比
定义
kE 1N 1U 1 U 1N E 2 N 2 U 20 U 2N
电力变压器的工作原理
一、变压器基本原理 二、变压器空载特性 三、变压器负载特性 四、电力变压器的型号 五、三相变压器
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变压器发展史
1884年匈牙利人制造出世界第一台变压器。(闭合铁心式) 1917年我国上海华生电器制造厂生产出我国第一台变压器
1953年我国沈阳变压器厂制造出第一台仿苏13500/110单相变压器。 1954年我国沈阳变压器厂制造出第一台单相规格20000/154变压器。 1958年8月我国沈阳变压器厂制造出第一台单相仿苏40000/220变
1000000/1000变压器投入运行。
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世界上第一台闭合铁心变压 器
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我国第一台交流1000kV变压器
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一、变压器基本工作原理
变压器是一种静止电器,它通过线圈间的电 磁感应,将一种电压等级的交流电能转换成同频 率的另一种电压等级的交流电能.
变压器是利用电磁感应原理工作,它是由 相互绝缘且匝数不等的两个绕组(构成电路), 套装在有良好导磁性能材料叠成的铁心上(构成 磁路),两绕组之间只有磁的耦合而没有电的 联系。
E1=I0(Rm+jXm)
一次侧的电动势平衡方程为
U1=-E1+I0Z1
=I0(Rm+jXm+I0(R1+j X1)
空载时等效电路为
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R m,Xm,Zm励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。由于磁路具有饱 和特性所以 ZmR 不m是j常X m 数,随磁路饱和程度增大而减小。
由于 R mR 1,X m , 所X 以 1有时忽略漏阻抗,空载等效电路只是一个 元件的电Z路m 。在 一定的情U况1 下, 大小取决于I 0 的大小。从Z运m 行角度讲,希望 越小越好,所I以0 变压器常采用高导磁材料,增 大 ,减小 ,提高Z 运m 行效率I和0 功率因数。
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变压器的一次绕组(一次绕组)与交流电源接通后, 经绕组内流过交变电流产生磁动势 ,在这个磁动势作 用下,铁芯中便有交变磁通 ,即一次绕组从电源吸取 电能转变为磁能, 在铁芯中同时交(环)链原、副边 绕组(二次绕组),由于电磁感应作用,分别在原、二 次绕组产生频率相同的感应电动势。如果此时二次绕组 接通负载,在二次绕组感应电动势作用下,便有电流流 过负载,铁芯中的磁能又转换为电能。这就是变压器利 用电磁感应原理将电源的电能传递到负载中的工作原理。
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i0
i0
10
空载损耗
变压器空载时一次侧从电源吸收少量的有功功率P0 ,供给铁心损耗PFe和绕组损耗IR由于I和R均很小, 所以即空载损耗近似为铁心损耗
对于已制成变压器,铁损与磁通密度幅值的平方成正比,与 电流频率的1.3次方成正比,即
空载损耗约占额定容量的0.1%-1%,而且随变压器容量的
I0%
I0 IN
100%
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3、空载电流波形
由于磁路饱和,空载电流 与由它产生的主磁通呈非 线性关系。
t 当磁通按正弦规律变化时,
空载电流呈尖顶波形。
当空载电流按正弦规律变 化时,主磁通呈尖顶波形。
3 21
1 2 3
实际空载电流为非正弦波,但为了分 析、计算和测量的方便,在相量图和 计算式中常用正弦的电流代替实际的 空载电流。
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三、相量图
作相量图的步骤——对 应T型等效电路, 假定 变压器带感性负载。
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12)U1 11)jX1I1
9)E1
2 )I2
1)U2
3)I2R2 4)jX2I2
10)I1R1
8)I1I0(I2 ) 7)I0
6) m超E 前 1900 5)E2 E1
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(4)电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的电流的比 值,线性磁路中,电抗为常数,非线性电路中,电抗的大小随 磁路的饱和而减小。
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2.变压器的负 载运行
一次侧接交流电 源,二次侧接负 载,二次侧中便 有负载电流流过, 这种情况称为负 载运行。
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单相变压器的负载运行
U 1
I1
I0
Rm
I2 U 2
I1
ZLU 1
I1LI2
U 2 ZL
Xm
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简化等效电路:
RS XS
U 1
I1I2 U 2 ZL
其中
RS R1 R2 XS X1 X2 ZS RS jXS
分别称为短路电阻、短路 电抗和短路阻抗。
由简化等效电路可知,短路阻抗起限制短路电流的作用, 由于短路阻抗值很小,所以变压器的短路电流值较大,一般 可达额定电流的10~20倍。
电磁关系将一、二次联系起来,二次电流增加或减少必然引起一 次电流的增加或减少.
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负载运行时,忽略空载电流有: I1Ik 2或 II1 2k 1N N1 2
表明,一、二次电流比近似与匝数成反比。可见,匝数不 同,不仅能改变电压,同时也能改变电流。
二、电动势平衡方程
根据基尔霍夫电压定律可写出一、二次侧电动势平衡方程
变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上,二次接 上负载的运行状态,称为负载运行。
负载运行时的电磁关系
A I1
U 1
E 1
E 1σ
X
m
1
2
I2
a
E 2
E2
U
2
ZL
x
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用图示负载运行时的电磁过程
U 1 I1 U 2 I2
F1 N1I1 F2 N2I2
F0 N1I0
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变压器一次侧为额定电压时,其二次侧电压随着负载电 流的大小和功率因素的高低而变化。
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二.变压器的空载特性
变压器一次绕组接电 源,二次绕组开路,负 载电流为零,这种情况 即为变压器的空载运行。 N1和N2为一、二次绕组 的匝数分别绕在两个铁 心柱上。
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主磁通与漏磁通的区别
1)性质上:Φm与 I0 成非线性关系; ΦL1 与 I0 成线性关系;
2)数量上: Φm占99%以上, ΦL1仅占1%以下; 3)作用上: 起传递能量的作用, 起漏抗压降作用。
各电磁量参考方向的规定
一次侧遵循电动机惯例,二次侧遵循发电机惯例。
磁通与产生它的电流之间符合右手螺旋定则;电动势与感应 它的磁通之间符合右手螺旋定则。
(5) U 1
E 1
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空载运行小结
(1)一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡,若忽 略漏阻抗压降,则一次主电势的大小由外施电压决定.
(2)主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定, 与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。
(3)空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关,铁 心所用材料的导磁性能越好,空载电流越小。
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