电力变压器培训课件

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3. 电磁关系（1）空载运行情况 +
e1– 一次侧接交流电源，u – 1 e + 二次侧开路。 – +σ 1 N1
磁动势
i0

i2 0
+ +
1
– – N2
e2 u20
u1
i0 ( i0N1)

漏磁通主要经过空气或其他非导磁性物质而闭合。
1
eσ1 Lσ1
有载时基本是恒定的。
i 空载：0 N1 m
有载：i1 N1 i2 N 2 m
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可得磁势平衡式：i1 N 1 i2 N 2 有载磁势
i0 N 1
空载磁势
或：1 N1 i
i0 N1 i2 N 2
一般情况下：I0 (2~3)%I1N 很小可忽略。
2 1
i2 + + e2 + – e u2 Z –2 – N2
有载时，铁心中主磁通是由一次、二次绕组磁通势共同产生的合成磁通。
u1
i1 ( i1N1)

1
di1 eσ1 Lσ1 dt
dΦ e1 N 1 dt dΦ e2 N 2 dt
i2 ( i2N2)
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变压器的结构
铁心
+
i1
N1
Φ
u2
N2 – +
i2
Z
u1
– 一次
绕组
变压器结构示意图
二次绕组
绕组：
一次绕组二次绕组铁心
由高导磁硅钢片叠成厚0.35mm 或 0.5mm 变压器的磁路
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变压器的电路
变压器的结构
铁心和绕组是变压器中最主要的部件，他们构成了变压器的器身。 1、铁心：构成了变压器的磁路，同时又是套装绕组的骨架。铁心由铁心柱和铁轭两部分构成。铁心柱上套绕组，铁轭将铁心柱连接起来形成闭合磁路。铁心材料：为了提高磁路的导磁性能，减少铁心中的磁滞、涡流损耗，铁心一般用高磁导率的磁性材料——硅钢片叠成。其厚度为0.35～0.5mm，两面涂以厚0.02～0.23mm的漆膜，使片与片之间绝缘。
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• 为了绝缘布置方便，通常低压绕组装得靠近铁芯，高压绕组则套在低压绕组的外面，低压绕组与高压绕组之间，以及低压绕组与铁芯之间都留有一定的绝缘间隙和散热油道，并用绝缘纸筒隔开，使绕组有效地散热。 • 从高、低压绕组的相对位置来看，变压器的绕组又可分为同心式、交迭式。由于同心式绕组结构简单，制造方便，所以，国产的均采用这种结构，交迭式主要用于特种变压器中。
2
d i2 eσ 2 Lσ 2 dt
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4. 电压变换（设加正弦交流电压） (1) 一次、二次侧主磁通感应电动势主磁通按正弦规律变化，设为 msin t, 则 d d e1 N1 N1 ( msin t) dt dt
N1 mcos t E1msin( t 90)
2 1
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四、变压器的结构
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图9-3 油浸式电力变压器结构图 1-绕组；2-铁芯；3-油箱；4-分接开关；5-低压套管； 6-高压套管；7-气体继电器；8-安全气道；9-油位计； 10-储油柜；11-呼吸器；12-铭牌；13-信号式温度计； 14-放油阀门
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• 三、油箱及其他附件 • 1.油箱变压器油的作用：加强变压器内部绝缘强度和散热作用。 • 要求：用质量好的钢板焊接而成，能承受一定压力。 • 形式：大型变压器油箱均采用了钟罩式结构；小型变压器采用吊器身式。 • 2.储油柜作用：减少油与外界空气的接触面积，减小变压器受潮和氧化的概率。 • 在大型电力变压器的储油柜内还安放一个特殊的空气胶囊，它通过呼吸器与外界相通，空气胶囊阻止了储油柜中变压器油与外界空气接触。
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2.变压器的效率() 变压器的损耗包括两部分：铜损 (PCu) ：绕组导线电阻的损耗。与负载大小（正比于电流平方）有关。铁损(PFe )：磁滞损耗涡流损耗
输出功率
变压器的效率为
输入功率
P2 P2 P1 P2 Δ PCu Δ PFe
一般 95% ,负载为额定负载的(50~75)%时,最大。
有效值:
E1 4.44 f m N1
E1m 2fN 1 m E1 2 2
同理： e2 E2msin( t 90)
E2 4.44 fm N 2
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(2) 一次、二次侧电压变压器一次侧等效电路如图根据KVL：
I 1 R1
+
–
–
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三、变压器的工作原理
接交流电源的绕组称为原绕组或称一次绕组，该侧是通入交流电流侧，即吸收电能侧，输入电能侧,也称一次侧。接负载的绕组称为副绕组或称二次绕组，该侧是接负载侧，即输出电能侧，也称二次侧。
1、变压器的原理模型
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2、工作原理当原边绕组接到交流电源时，绕组中便有交流电流流过，并在铁心中产生与外加电压频率相同的磁通(主磁通)，这个交变磁通同时交链着原边绕组和副边绕组。并且在一、二次绕组中分别产生感应电动势。
铁心
+
i1
N1
Φ
u2
– N2
变压器原理图
i2
+
Z
u1
一次绕组
–
二次绕组
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其感应电动势大小可分别表示为：
d e1 N1 dt
d e2 N 2 dt
N 式中 N 2、 2 —— 一、二次绕组的匝数;
d ——磁通变化率。 dt
一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。
由于漏磁 di0 通不经过铁心，所 dt 以励磁电流与漏磁
dΦ e1 N 1 dt dΦ e2 N 2 dt
铁心线圈是一个非线性电感元件，所上一页下一页章目录
空载时，铁心中主磁通是由一次绕组磁通势产生的。
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(2) 带负载运行情况
i1
一次侧接交流电源， + e – – u1 e 1+ 二次侧接负载。 – +σ 1 N1
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(2)涡流损耗（Pe）涡流：交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。

涡流损耗: 由涡流所产生的功率损耗。涡流损耗转化为热能，引起铁心发热。减少涡流损耗措施：提高铁心的电阻率（通常由于硅钢片）。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。
5. 电流变换 (一次、二次侧电流关系)
有载运行 U2 Z 2 I Z + 不论变压器空载还是 u1 – 有载，一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故有
–
i1
Φ
N1 N2
i2
e2 u2 |Z|
– – + +
+
e1
U1 E1 4 .44 f m N1 当U1、 f 不变，则 m 基本不变，近于常数。即：铁心中主磁通的最大值m在变压器空载和
+
U 1 R1 I 1 Eσ 1 E1 R1 I 1 j X 1 I 1 E1
U1
–
E1 E1
+
式中 R1 为一次侧绕组的电阻; X1=L1 为一次侧绕组的感抗(漏磁感抗，由漏磁产生)。由于电阻 R1 和感抗 X1 (或漏磁通)较小,其两端的电压也较小,与主磁电动势 E1比较可忽略不计，则 U E U E 4.44 f N
电力变压器
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一、变压器概述
变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。它是一种静止的电气设备，利用电磁感应原理将一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另一种电压、电流的电能。换句话说，变压器就是实现电能在不同等级之间进行转换。在能量传输过程中，当输送功率P =UI cos 及负载功率因数cos 一定时： P = I² r 电能损耗小 U I
I S
节省金属材料（经济）
所以远距离输电采用高电压是最为经济的。
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•发电机的输出电压一般有3.15kV、6.3kV、10.5 kV、 15.75 kV、18 kV、20 kV等几种，因此必须用升压变压器将电压升高才能实现远距离经济输送。电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。目前，我国交流输电的电压最高已达750kV。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱi1

i2 + + e2 –+ u2 e2 – – N2
变压器空载时: I 2 0 , U 2 U 20 E2 4.44 f m N 2 式中U20为变压器空载电压。故有
U 1 E1 N 1 K为变比（匝比） K U 20 E 2 N 2 结论：一次、二次侧电压与匝数成正比。改变匝数比，就能改变输出电压。章目录上一页下一页返回退出
1 1 1 1 m 1
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对二次侧，根据KVL： – + e1 u1– + 式中 R2 为二次绕组的电阻; – eσ 1 + X2=L2 为二次绕组的感抗；N1 U 2 为二次绕组的端电压。
E 2 R2 I 2 Eσ2 U 2 R2 I 2 j X 2 I 2 U 2
所以 i1 N1 i2 N 2
所以 I1 N1 I 2 N 2
或
I1 N 1 I 2 N 2
I1 N2 1 I2 N1 K
结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。
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• 一般情况下，由于 N N ，所以 e 2 e1 ，如果忽略一、二次绕组本身的阻抗压降这个次要因素 e 时， 1 u1 ，e 2 u 2。则 u 2 u1 。这就实现了改变电压等级的目的。若二次绕组接上负载，就有电流流过，变压器就向负载输出电能，从而实现了不同电压等级的电能传递。 • 由分析显而易见，变压器能够改变电压等级的条件是：（1）由铁芯闭合同时交链于一、二次绕组的磁通必须交变；（2）一、二次绕组的匝数应不相等。
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功率损耗交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。 i 1. 铜损(Pcu) 在交流铁心线圈中, 线圈电阻R + 上的功率损耗称铜损，用Pcu 表示。 u – 2 Pcu = RI
式中：R是线圈的电阻；I 是线圈中电流的有效值。 2. 铁损(PFe) 在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率损耗称铁损，用PFe 表示。铁损由磁滞和涡流产生。
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（1）磁滞损耗（Ph）
磁滞性：磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后于外磁场变化H（磁场强度）的性质。由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗(Ph ) 。磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。减少磁滞损耗的措施：变压器和电机中选用硅钢等材料制作铁心，降低磁滞损耗。
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2、绕组：绕组是变压器的电路部分，它由铜或铝绝缘导线绕制而成。一次绕组（原绕组）：输入电能二次绕组（副绕组）：输出电能它们通常套装在同一个心柱上，一次和二次绕组具有不同的匝数，通过电磁感应作用，一次绕组的电能就可传递到二次绕组，且使一、二次绕组具有不同的电压和电流。其中，两个绕组中，电压较高的我们称为高压绕组，相应的电压较低的称为低压绕组。
发电厂 10.5kV
输电线 220kV
变电站 10kV
降压仪器 36V 降压
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升压
… 降压实验室 380 / 220V
降压
二、变压器的分类
变压器的种类很多，可按其用途、相数、结构、调压方式、冷却方式等不同来进行分类。按用途分类：电力变压器（升压、降压）、仪用变压器（电压互感器、电流互感器）、整流变压器；按相数分类：单相变压器和三相变压器；按线圈数分类：双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器；按铁心结构分类：心式变压器和壳式变压器；按调压方式分类：无载调压变压器、有载调压变压器；按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器和干式变压器等；按容量大小分类：小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器。