华东交通大学 动车组牵引技术 第3章 变压器

表明:变压器的负载电流分成两个分量,一个是励磁电流I0 , I I 用来产生主磁通,另一个是负载分量 ,用来抵消 K 二次磁动势的作用。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.
变压器结构示意图
（a）E型铁芯与E型变压器；（b）C形铁芯与环形变压器
铁心结构
单相壳式变压器
奇数层 偶数层 心式变压器迭片
心式冷轧硅钢片迭片
绕组
绕组是变压器的电路部分，一般为绝缘扁铜 线或绝缘圆铜线在绕线模上绕制而成。 变压器绕组的绕制方式有同芯式和交叠式， 同芯式结构简单，制造方便，国产变压器均 采用同芯式。
相量图
U 1
（1）
m
X jI 0 1
（2）考虑磁滞现象，等值正弦空载电流 I 0
超前
m
和E 落后 作为参考相量，E 2 1
900。
m
一个很小的 m 角，为磁滞角。
E 1
Fe I I 0a
•
R I 0 1
0
（3）根据电压方程， 得到电压相量。
I Z ( E ) U 1 0 1 1
d u1 e1 N1 ; dt d u2 e2 N 2 dt
变压器原、副边电势之比及电压之比 等于原、副边匝数之比。
二、单相变压器的基本结构
变压器的主要结构：铁心和绕组。 •铁心是变压器的磁路部分；又是变 压器的机械骨架。 •绕组是变压器的电路部分。 铁心通常用0.35mm厚表面涂有绝缘漆的硅 钢片冲成一定的形状叠制而成。
•
U1
•
s1
•
s
•
E E
E s
U U
ZL
变压器负载运行时的物理过程和方程式：
U 1
I1
N I 1 1
1
N I m 1
r I 1 1 jI x E 1 1 1
m 2
E 1
E 2
U 2
I 2
N I 2 2
jI x E 2 2 2
电力变压器
电源变压器
环形变压器
控制变压器
接触调压器
三相干式变压器
简单的单相变压器：两个线圈没有 电的直接联系， 只有磁的耦合。
原绕组（一次绕或初级绕组）：两个线 圈中接交流电源的线圈， 其匝数为N1 副绕组（二次绕组或次级绕组）： 接到 用电设备上的线圈，其匝数为N2 交变磁通同时与原、副绕组交链，在原、副绕组内感应电动势。
三、 型号与额定值 1、型号 型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、 冷却方式等内容，表示方法为
如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕 组铜线有载调压，额定容量250000kVA，高压额定电压 220kV电力变压器。
2、额定值
额定容量 S N ( kVA )
额定电流 I1N 和I 2 N ( A )
指铭牌规定的额定使用条 指在额定容量下，允许长期通过的额定 件下所能输出的视在功率。电流。在三相变压器中指的是线电流
额定电压 U1N 和U 2 N ( kV ) 指长期运行时所能承受的工作电压
U1N 是指加在一次侧的额定电压,U 2 N 是指一次侧加 U1N ,二次的开路电压.对三相变压器指的是线电压.
i0
E E I R U 1 1 s1 0 1
3、空载运行的等效电路和相量图
根据相量形式的电压平衡式，
E I ( R jX ) U 1 1 0 1 1
I Z ( E ) U 1 0 1 1
之间的关系直接用参数形式反映， 可把 E 写成 I 和I 把E 1 0 1 0 流过一个阻抗引起的阻抗压降。
m
I 0
• I r I0u
m
,U E 2 20
第三节 变压器的负载运行
❖
负载运行：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。
I
• 1
ΔI 1
•
I0 E1 Es 1
• •
•
m
I I
• • 2 2 =0 •• 20 2
• • 2 • 2
r I 2 2
一、基本方程
1、磁动势平衡方程
F 0
U 1 E1 4.44 fN 1 m
U1
• •
F1 F2
•
•
U 1
F1 F2 F0
I N I1 N1 I2 N 2 F 0 0 1 N2 I1 I 0 ( I 2 ) I 0 I1 L N1
I Z I (r jx ) E 1 0 m 0 m m
rm：变压器的励磁电阻 ，对应铁损耗的等效电阻。 xm:变压器的励磁电抗，反映励磁过程，对应主磁通的电抗；
Zm：变压器的励磁阻抗。表示变压器的铁心磁化性能和铁耗的综合参数。
2 2 Z m E1 / I 0 ; rm pFe / I 02 ; xm Z m rm
m
E1 U1 4.44 fN1 4.44 fN1
E1 4.44 fN 1 m N 1 k E 2 4.44 fN 2 m N 2
可见，影响主磁通 φmax大小的因素有电源电压 U1、电源频率f 和一次侧线圈匝数N1。
2、空载电流
（1）作用与组成： 空载运行时， 原边绕组中流过的电流 I10 ， 称为空载电流。 空载电流 I10包含两个分量，一个是励磁分量，作用是建立磁场， • 产生主磁通——无功分量 I u ；另一个是铁损耗分量，作用是供变 • 压器铁心损耗——有功分量 I Fe 。 （2）性质和大小： 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 Im ； 空载电流大小：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：
等效电路
I Z ( E ) I 0 R jX I 0 ( R jX ) U 1 0 1 1 1 1 m m
I 0 I 0
• •
R1
E 1
x1
E 1
Rm xm
Rm xm
U 1
等值电路综合了空载时变压器内部的物理情况， 在等值 电路中R1、x1σ是常量；Rm、xm是变量， 它们随铁心磁路 饱和程度的增加而减少。
第二节 变压器的运行特性分析
X 1 Ls1
—一次绕组漏电抗
磁路系统中 磁阻R l
X1
N 1 s 1 2I0

N 1 ( 2 I 0 N 1 s1 ) 2I0
N s 1
2 1
A
磁导 1 A R l 磁通 Ni Ni R
第二节 变压器的运行特性分析
第三章 变压器
主讲：许期英
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. 3.1 变压器的基本工作原理 3.2 变压器的运行特性分析 3.3 变压器的参数测定 3.4自耦变压器 3.5 几种典型的动车用牵引变压器
第一节 变压器的基本工作原理
I0是激磁电流， 固定不变的量。 IL负载分量随负载不同而变化。
•
I N I1 N1 I2 N 2 F 0 0 1 N2 I1 I 0 ( I 2 ) I 0 I1 L N1
I0是激磁电流， 固定不变的量。 IL负载分量随负载不同而变化。
三者关系： 相 : S N = U1N I1N = U 2 N I 2 N
三相 : S N = 3U1N I1N = 3U 2 N I 2 N
此外，额定值还有额定频率、效率、温升等。
四、基本工作原理 变压器的主要部件是铁心和套在铁心 d ; 上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电 u1 e1 N1 dt 联系。在一次绕组中加上交变电压，产 d 生交链一、二次绕组的交变磁通，在两 u2 e2 N 2 dt 绕组中分别感应电动势。
绕组
单相和三相芯式变压器
油箱
油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是 冷却介质，又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子 （散热器或冷却器）。
绝缘套管
将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘， 担负着固定的作用。
此外，还有储油柜、吸湿器、安全气道、净油器和气 体继电器。
变压器其它附件
温度计1；吸湿器2，储油 柜3；油表4；安全气道5； 油流继电器6；高压套管7； 低压套管8；分接开关9； 油箱10等等
m
u1
i0
f 0 i0 N 1
s1
e2
e s1
i0 r1
主磁通与漏磁通的区别
磁路饱和
I0
I0
主磁通按正弦规律变化，
m max sin t
d d e1 N 1 N 1 ( m sin t ) N 1 m cos t dt dt E1m sin( t ) 2 d d e2 N 2 N 2 ( m sin t ) N 2 m cos t dt dt
E E I R U 1 1 s1 0 1 E I ( R jX ) U 1 1 0 1 1 I Z E
1 0 1
I0
•
m
•
•
U1
•
E1
Es
•
1
•
E 2 U20
•
•
E U 20 2
E U 1 1
U 1 E1 4.44 fN 1 m

E 2 m sin( t ) 2
E1 E2 E1 m 2 E2m 2