变压器的工作原理-分类及结构
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1、第三章 变压器 第一节第一节 变压器的工作原理变压器的工作原理 分类及结构分类及结构第一节第一节 变压器的工作原理变压器的工作原理 分类分类及结构及结构 一一. .变压器的工作原理变压器的工作原理 变压器-利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器 是电力系统中生产，输送，分配和使用电能的重要装置。 也是电力拖动系统和自动控制系统中 ，电能传递或作为信号传输的重要元件控制变压器控制变压器 第一节第一节 变压器的工作原理变压器的工作原理 分类及结构分类及结构 1.1.变压器变压器 - - 静止静止的电磁装置的电磁装置 变压器可将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压
2、的交流电能 电压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。变压器原理图（图变压器原理图（图3 3- -1 1） 第一节第一节 变压器的工作原理变压器的工作原理 分类及结构分类及结构 与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组 用U1 ，I1，E1，N1表示， 与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次绕组 用U2，I2，E2 ，N2表示。 同时交链一次，二次绕组的磁通量的相量为 Fm m ,该磁通量称为主磁通 请注意 图图3 3-1-1 各物理量的参考方向确定。第一节第一节 变压器的工作原理变压器的工作原理 分类及结构分类及结构 2.2.理想变压器理想变压器 不计一次、二次绕组的电阻和铁耗
3、，其间耦合系数 K=1 的变压器称之为理想变压器 描述理想变压器的电动势平衡方程式为第一节第一节 变压器的工作原理变压器的工作原理 分类及结构分类及结构 若一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时值均按正弦规律变化，则有 不计铁心损失，根据能量守恒原理可得 由此得出一次、二次绕组电压和电流有效值的关系 令 K=N1/N2，称为匝比（亦称电压比），则 第一节第一节 变压器的工作原理变压器的工作原理 分类及结构分类及结构二二. .变压器的分类变压器的分类1.1.变压器按用途一般分为电变压器按用途一般分为电力变压器和特种变压器力变压器和特种变压器两大类两大类 电力变压器可分为: 升压变压器、降压变压器、配
4、电变压器、联络变压器等 电力变压器外形电力变压器外形 第一节第一节 变压器的工作原理变压器的工作原理 分类及结构分类及结构 特种变压器可分为: 整流变压器、电炉变压器、高压试验变压器、控制变压器等第一节第一节 变压器的工作原理变压器的工作原理 分类及结构分类及结构2.2.变压器按相数可变压器按相数可分为单相和三分为单相和三相变压器相变压器三相变压器外观示三相变压器外观示意图意图 第一节第一节 变压器的工作原理变压器的工作原理 分类及结构分类及结构三三. .变压器的结构简介变压器的结构简介1.1.铁心铁心 铁心是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，厚度为 0.35 或 0.5 mm,表面涂
5、有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成 铁心分为铁心柱和铁轭俩部分，铁心柱套有绕组；铁轭闭合磁路之用 铁心结构的基本形式有心式和壳式两种 心式变压器结构示意图心式变压器结构示意图 第一节第一节 变压器的工作原理变压器的工作原理 分类及结构分类及结构2.绕组绕组 绕组是变压器的电路部分，它是用纸包的绝缘扁线或圆线绕成。 右图为交叠式右图为交叠式绕组绕组 3.3.其他结构部件其他结构部件 以典型的油侵式电力变压器为例，其他结构部件有: 油箱、储油柜、散热器、高压绝缘管套以及继电保护装置等外形如下图 第一节第一节 变压器的工作原理变压器的工作原理 分类及结构分类及结构4.4.变压器的额定值变压器的额定值
6、 (1).(1).额定容量额定容量 S S 变压器视在功率的惯用数值，以 VA，KVA，MVA 表示(2).(2).额定电压额定电压 U U 变压器各绕组在空载额定分接下端子间电压的保证值，对于三相变压器额定电压系指线电压，以 V 或 KV 表示(3).(3).额定电流额定电流 I I 变压器的额定容量除以各绕组的额定电压所计算出来的线电流值，以A表示 单相变压器的一次、二次绕组的额定电流为 I1N = S N/ U1N I2N = S N/ U2N 三相变压器的一次、二次绕组的额定电流为 I1N = S N/ U1N I2N = S N/ U2N(4).(4).额定频率额定频率 我国工业用电
7、频率为 50 HZ33第二节 单相变压器的空载运行什么是空载运行？变压器一次绕组加上交流电压，二次绕组开路的运行情况一一. .空载时的物理情况空载时的物理情况1.空载磁场空载电流 i0 产生一个交变磁通势 i0N1 ，并建立交变磁场主磁通 m通过铁心闭合的磁通量（占绝大部分）漏磁通1通过油和空气闭合的磁通量（占少量）单相变压器空载运行时的单相变压器空载运行时的各物理量（图各物理量（图3-23-2）单相变压器空载运行时的各物理量（图单相变压器空载运行时的各物理量（图3-23-2） 第二节 单相变压器的空载运行 2.2.主磁通感应电动势主磁通感应电动势主磁通在一次绕组和二次绕组产生感应电动势：e1
8、(t) = -N1 dFm/dte2(t) = -N2 dFm/dt3. 3. 感生漏电动势感生漏电动势交链一次绕组的漏磁通在一次绕组中感生漏电动势e1s(t) = -N1 dF1s/dt列出一次、二次绕组的电动势平衡方程式u1 = i0r1+(-e1s)+(-e1) = i0r1+ N1dF1s/dt + N1dFm/dtu20 = e2 = - N2 dFm/dt ( (一一) ) 感应电动势与主磁通感应电动势与主磁通1.1.变压器感应电势变压器感应电势1)1)主磁通主磁通 若 u1 随时间按正弦规律变化，则 m 也按正弦规律变化，设 则对 e1 有： e1(t) = -N1 dFm/dt
9、 = -wN1Fm cos wt = wN1Fm sin(wt-90) = E1m sin(wt-90) 而对 e2 有： e2(t) = -N2 dFm/dt = -wN2Fm cos wt = wN2Fm sin(wt-90) = E2m sin(wt-90)所以 e1 和 e2 也按正弦规律变化 磁通与电势的关系磁通与电势的关系( (图图3-33-3）第二节 单相变压器的空载运行2)2)感应电动势感应电动势 感应电动势 e e1 1、e e2 2 在相位上滞后于 m 的电角度是 90 有效值是:3)3)相量表达式相量表达式 根据上述讨论，有E1、E2的相量表达式为磁通磁通F Fm m与电
10、势与电势E E1 1、E E2 2的相量关系的相量关系( (图图3 3-4-4) )第二节 单相变压器的空载运行2.2.变压器变比变压器变比 当一次绕组上加上额定电压 U1N 时，一般规定此时二次绕组开路电压将是额定电压 U2N ，因此可以认为，变压器的电压比就是匝数比变压器的电压比就是匝数比 在三相变压器中，电压比规定为高压绕组的线电压与在三相变压器中，电压比规定为高压绕组的线电压与低压绕组的线电压之比低压绕组的线电压之比第二节 单相变压器的空载运行( (二二) ) 空载电流空载电流1 1）空载电流主要作用是在）空载电流主要作用是在铁心中建立磁场，产生铁心中建立磁场，产生主磁通主磁通2 2）
11、空载时的变压器实际上）空载时的变压器实际上就是一个非线性电感器就是一个非线性电感器 其磁通量与电流的关系，服从与铁磁材料的磁化曲线 =f(i) ) 磁化曲线磁化曲线 =f(i)(=f(i)(图图3-5)3-5)3 3）磁滞作用与涡流现象使）磁滞作用与涡流现象使 (t)=fi(t)(t)=fi(t)的关系复杂化的关系复杂化磁滞作用导致励磁电流有功无功分量出现示意图磁滞作用导致励磁电流有功无功分量出现示意图( (图图3-63-6) ) 第二节 单相变压器的空载运行 空载电流可认为是励磁电流，用 Im 表示， 空载运行时从电源输入少量电功率 p0 ，主要用来补偿铁心中的铁损耗 pFe， Im 中含有
