第2章 变压器的基本作用原理与理论分析

电力变压器
变压器的总容量大致相当于发电机容量的三倍。输 电过程中，通常将电压升高，通过高压输电线传送 到远方的城市，经过降压变压器降为10kv电压，再 经过配电降压变压器分配给用户。
配电变压器
输送同样的功率，电 压低则电流大，一方面由于大 电流在输电线路上引起损耗，另一方面大电流在线 路阻抗上产 生大的压降，受电端电压很低，电能传 送不出去。只有高电压能将电能输送到远方。
磁通-感应电动势的关系公式推导
主磁通 m sin t
m 磁通幅值
e1
N1
d dt
N1 m
cos t
N1 m
sin(t
90)
e2
N2
d dt
N 2 m
cos t
N 2 m
sin(t
90)
e1幅值E1m N1m 2 fN1m
e2幅值E2m N2m 2 fN2m
e1有效值E1 E1m / 2 2 fN1m 4.44 fN1m
e2有效值E2 E2m / 2 2 fN2m 4.44 fN2m
3、电压变比
变比—初级电压与次级空载时端点电压之比。 电压变比k— 决定于初级、次级绕组匝数比。 略去电阻压降和漏磁电势
k U1 E1 N1 U 20 E2 N2
4、激磁电流的三个分量
忽略电阻压降和漏磁电势，则U1＝E1＝4.44fN1m。 m∝U1即：当外施电压U1为定值，主磁通m也 为一定值
通过变压器油或空气形成闭路，磁阻大，不传递 功率
变压器铁心由高导磁材料硅钢片制成（导磁系 数μr>10000)，大部分磁通都在铁心中流动，主磁 通约占总磁通的99％强，漏磁通占总磁通的1％弱。
进一步说明磁场的磁通
分为主磁通和漏磁通两部分百度文库①磁路不同，因而磁阻不同。
主磁通同时交链初级、次级绕组，又称为 互磁通，路径为沿铁芯而闭合的磁路，磁阻较 小。
❖ 自耦变压器，初级、次级绕组合为一个 ❖ 三绕组变压器，三个绕组连接三种不同电
压的线路 ❖ 多绕组变压器，如分裂变压器
电力变压器类别-冷却方式
油浸式变压器——铁 芯和绕组都一起浸入 灌满了变压器油的油 箱中，可以加强绝缘 和改善冷却散热条件
干式变压器 ，能满足 特殊要求，如安全
电力变压器类别-相数
电力变压器类别-变压方式
升压变压器——升高电压的变压器 降压变压器——降低电压的变压器 特殊变压器 ，如试验用高压变压器、电炉
用变压器、电焊用变压器、晶闸管线路中 的变压器、用于测量仪表的电压互感器和 电流互感器等等
电力变压器类别-线圈数目
❖ 双绕组变压器，在铁芯中有两个绕组，一 个为初级绕组，一个为次级绕组
单相变压器 三相变压器
电力变压器的基本结构
铁芯 带有绝缘的绕组 变压器油 油箱 绝缘套管
绝缘套管
绝缘套管由中心导电杆与瓷套组成。导电杆穿过 变压器油箱、在油箱内的一端与线圈的端点联接， 在外面的一端与外线路联接。
在瓷套和导电杆间留有一道充油层——充油套管 当电压等级更高时，在瓷套内腔中常环绕着导电
漏磁通1只交链初级绕组，称初级侧漏磁 通，它所行经的路径大部分为非磁性物质，磁 阻较大。
②功能不同。主磁通通过互感作用传递功率，漏 磁通不传递功率。
2、感应电势
箭头方向表示正方向
规定电流的正方向与该电流所产生的磁通 正方向符合“右手螺旋”定则，规定磁通 的正方向与其感应电势的正方向符合“右 手螺旋”定则。
额定频率——电力变压器的是50Hz
有功功率, W
def
P UI cos
无功功率, var
def
Q UI sin
视在功率, VA
def
S UI
变压器的额定值
额定电压——由制造厂所规定的变压器在空载 时额定分接头上的电压保证值。单位为V或kV。 当变压器初级侧在额定分接头处接有额定电压 U1N，次级侧空载电压即为次级侧额定电压U2N。 对三相变压器，铭牌上的额定电压指线电压
当 按正弦变 化，i亦按正 弦变化。
磁路饱和影响
如Bm＞0.8T，磁路开始饱和，＝f(i)呈 非线性，随i增大导磁率逐渐变小。磁通 为正弦波，i为尖顶波，尖顶的大小取 决于饱和程度。
1、电磁物理现象
方向规定问题
空载电流i0，i1＝i0，全部用以激磁——激磁电流im，i0＝im 激磁电流产生激磁磁势imN1，建立交变磁场
磁通分为两部分
主磁通Φ流径闭合铁心，磁阻小，同时匝链了
原边和副边绕组,并感应出电势e1和e2。是变压器传 递能量的主要媒介
原边绕组漏磁通Ф1σ，仅与原边绕组匝链，
变压器的基本作用原理与 理论分析
1 变压器的类别和结构 2 变压器的空载运行 3 变压器的负载运行 4 标幺值 5 参数的测定
一、变压器的类别和结构
变压器的主要类别
一种静止的电机 将一种电压的电能转换为另一种电压的电能。
用途分类：
电力变压器，电力系统传输电能 电炉变压器，专给炼钢炉供电 整流变压器，大型电解电镀、直流电力机车供电 仪用变压器、控制变压器 无线电变压器，仅传输信号。
问题：一台结构已定的变压器当外施电压为已知， 需要电源提供多大的激磁电流呢?激磁电流包括哪 些成分呢? 答：决定于变压器的铁芯材料及铁芯几何尺寸。 因为铁芯材料是磁性物质，激磁电流的大小和波 形将受磁路饱和、磁滞及涡流的影响。
(一)磁路饱和影响
当Bm＜0.8T， 磁路末饱和状 态、磁化曲线 ＝f(i)呈线 性，导磁率是 常数。
额定电流——额定容量除以各绕组的额定电压 所计算出来的线电流值。单位用A或kA。
额定值的关系
单相变压器
I1N
SN U1N
I2N
SN U2N
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三相变压器
I1N
SN 3U1N
I1N
SN 3U1N
I 2N
SN 3U 2N
I2N
SN 3U 2N
二、空载运行
空载指一侧绕组接到电源（初级 1）， 另一侧绕组（次级 2）开路。
杆包上几层绝缘纸简，在每个绝缘纸简上贴附有 一层铝箔，则沿着套管的径向距离，绝缘层和铝 箔层构成串联电容器，使资套与导电杆间的电场 分布均匀 套管外形常做成伞形，电压愈高、级数愈多。
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变压器的额定值
额定容量SN——制造厂所规定的在额定 条件下使用时输出能力的保证值。单位 为VA或kVA。对三相变压器指三相的总 容量。