第2章变压器的工作原理和运行分析

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1、第二章第二章 变压器工作原理变压器工作原理和运行分析和运行分析第一节第一节 变压器的基本结构变压器的基本结构一、变压器的基本工作原理一、变压器的基本工作原理 u1i0e1e1e2u201N1N2m111-dueNdt2220dueNdt 在两个绕组匝链在两个绕组匝链同一磁通同一磁通的情况下，只要的情况下，只要 N1 N2 即可实现变压。即可实现变压。铁心铁心绕组绕组二、变压器的分类二、变压器的分类 按用途分类：电力变压器、互感器、特殊用途变按用途分类：电力变压器、互感器、特殊用途变压器。压器。 按绕组数目分类：自耦变压器、双绕组变压器、按绕组数目分类：自耦变压器、双绕组变压器、三绕组变压器、多

2、绕组变压器。三绕组变压器、多绕组变压器。 按相数分类：单相变压器、三相变压器。按相数分类：单相变压器、三相变压器。 按冷却方式分类：以空气为介质的干式变压器、按冷却方式分类：以空气为介质的干式变压器、以油为介质的油浸式变压器。以油为介质的油浸式变压器。 按铁芯结构分类：心式变压器、壳式变压器。按铁芯结构分类：心式变压器、壳式变压器。 三、油浸式电力变压器的基本结构三、油浸式电力变压器的基本结构由铁芯、绕组、变压器油、油箱和绝缘套管由铁芯、绕组、变压器油、油箱和绝缘套管 构成。构成。1、铁芯：起导磁作用，、铁芯：起导磁作用，0.3-0.5mm硅钢片叠压而成硅钢片叠压而成v 装配方式：装配方式：交

3、叠交叠装配装配奇数层奇数层偶数层偶数层v 铁芯柱：用于套线圈的部分铁芯柱：用于套线圈的部分v 铁轭：用于闭合磁路的部分铁轭：用于闭合磁路的部分1、避免涡流在、避免涡流在钢片之间流动。钢片之间流动。2、减少紧固件、减少紧固件的使用。的使用。铁芯铁芯铁轭铁轭v 截面选择截面选择绕组绕组铁心铁心油道2、绕组：起导电作用，由绝缘漆包线绕制而成。、绕组：起导电作用，由绝缘漆包线绕制而成。v 同心式：高低压绕组同心，低压绕组靠近铁芯。同心式：高低压绕组同心，低压绕组靠近铁芯。v 交叠式：高低压绕组交叠，低压绕组靠近铁轭。交叠式：高低压绕组交叠，低压绕组靠近铁轭。铁芯式变压器铁芯式变压器铁壳式变压器铁壳式变

4、压器低压低压绕组绕组高压高压绕组绕组高压高压绕组绕组低压低压绕组绕组3、变压器油：起、变压器油：起绝缘绝缘和和散热散热的作用。的作用。4、油箱：起储油的作用。、油箱：起储油的作用。5、绝缘套管：由导电杆和瓷套等组成。起绝缘和、绝缘套管：由导电杆和瓷套等组成。起绝缘和支撑的作用。支撑的作用。四、干式电力变压器的结构四、干式电力变压器的结构五、变压器的额定值五、变压器的额定值v额定额定容量容量SN ：额定条件下使用时输出能力的保证：额定条件下使用时输出能力的保证值。值。v额定电压：额定电压：空载空载时时额定分接头额定分接头上的电压保证值。上的电压保证值。v额定电流：由额定容量和额定电压计算所得。额

5、定电流：由额定容量和额定电压计算所得。NNNNNNUSIUSI2211 ，对于三相变压器：对于三相变压器：NNNNNNUSIUSI221133 ，对于单相变压器：对于单相变压器：v 注意！对于三相系统，额定值注意！对于三相系统，额定值都都是指是指线间线间值。值。第二节第二节 变压器空载运行变压器空载运行一、电磁现象一、电磁现象空载：一次侧绕组接到电源，二次侧绕组空载：一次侧绕组接到电源，二次侧绕组开路开路。u1i0e1e1e2u201N1N2mieieie二、参考方向的规定二、参考方向的规定三、变压原理、电压变比三、变压原理、电压变比设设主磁通主磁通 ，则：，则： tm sin )90sin(

6、cos)90sin(cos22221111tEtNdtdNetEtNdtdNemmmm 空载时空载时 i0r1 和和 e1 都很小，都很小，如如略去不略去不计，则计，则 u1 = - e1 。设设外加电压外加电压 u1 按按正弦规律变化，则正弦规律变化，则 e1 、 和和e2 也也都都按正弦规律变化按正弦规律变化。10 111ui ree对于变压器的原边回路，根据电路理论有：对于变压器的原边回路，根据电路理论有：0180360me1e2u10U1=-E1mE1E2=U20(a)(b)t0180360me1e2u10U1=-E1mE1E2=U20(a)(b)t三、变压原理、电压变比三、变压原理、

7、电压变比其有效值形式为其有效值形式为 mmmmmmfNfNEEfNfNEE 2222111144. 42244. 422kNNEE 2121略去略去电阻压降和漏电势，则电阻压降和漏电势，则 22011EUEU变比又可写成变比又可写成201UUk v 只要只要N1N2就可以实现变压。就可以实现变压。四、励磁电流四、励磁电流略去略去电阻压降和漏电势，则电阻压降和漏电势，则mfNEU 11144. 4 对于已制成的变压器，对于已制成的变压器，N1为常数，电源频率为常数，电源频率 f 也为常也为常数，所以数，所以 m 正比于正比于U1。若外加电压为定值，则主磁。若外加电压为定值，则主磁通通 m 也为定

8、值。也为定值。v 现在的问题是，要产生上述大小的主磁通现在的问题是，要产生上述大小的主磁通 m ，需，需要多大（什么样）的激磁电流要多大（什么样）的激磁电流 Im ？ 励磁电流的励磁电流的大小大小和和波形波形受磁路饱和、磁滞及涡受磁路饱和、磁滞及涡流的影响。流的影响。1、磁路饱和对励磁电流的影响、磁路饱和对励磁电流的影响v磁路不饱和时，磁路不饱和时，i0 ，其波形为，其波形为正弦正弦波。波。v磁路饱和时，磁路饱和时，i0与与 不成线性关系，不成线性关系，越大，越大，磁路磁路越饱和，越饱和，i0/比值越大，励磁电流的波形为比值越大，励磁电流的波形为尖顶尖顶波。波。0tti0m0tti0m0tti

9、0m0tti0m0tti0m0tti0mv 由于尖顶波不能用相量表示，所以要用等效的正由于尖顶波不能用相量表示，所以要用等效的正弦波来替代实际的尖顶波。等效的原则是两者有相弦波来替代实际的尖顶波。等效的原则是两者有相同的有效值、相同的基波频率且同相位。该等效的同的有效值、相同的基波频率且同相位。该等效的正弦量用正弦量用 表示，称为磁化电流。表示，称为磁化电流。 Iv 由于由于 与与 同相位，而同相位，而 滞滞后后 90 ，所以，所以 滞后滞后 90 ，具有无功电流的性质。具有无功电流的性质。 Im 1Em I1E 0180360me1e2u10U1=-E1mE1E2=U20(a)(b)t2、磁

10、滞现象对励磁电流的影响、磁滞现象对励磁电流的影响v 由于磁滞效应，磁化曲线的上升段和下降段不一由于磁滞效应，磁化曲线的上升段和下降段不一致，使得励磁电流波形不对称，可分解为一个尖顶致，使得励磁电流波形不对称，可分解为一个尖顶波和一个超前波和一个超前 90 的正弦波。该正弦分量称为的正弦波。该正弦分量称为磁滞磁滞电流分量电流分量，与，与 同相位，是同相位，是有功电流有功电流分量。分量。1E i0i0i0t(a)(b)iih003、涡流对励磁电流的影响、涡流对励磁电流的影响ehFeIII 这样，励磁电流可以表示为铁耗电流和磁化电流两这样，励磁电流可以表示为铁耗电流和磁化电流两个分量：个分量： II

11、IFem 由于磁滞电流分量和涡流电流分量同相位，可以统由于磁滞电流分量和涡流电流分量同相位，可以统称为称为铁耗电流分量铁耗电流分量：v 交变磁通也会在铁芯中感应电动势，从而在铁芯交变磁通也会在铁芯中感应电动势，从而在铁芯中产生涡流及涡流损耗。与涡流损耗对应的电流分中产生涡流及涡流损耗。与涡流损耗对应的电流分量称为量称为涡流电流分量涡流电流分量，也与，也与 同相位，也是同相位，也是有功有功电流电流分量。分量。1E 五、励磁特性的电路模型五、励磁特性的电路模型v 从以上分析可以得出两个结论：从以上分析可以得出两个结论： 与与 同相位同相位 滞后滞后 90 FeI I1E 1E 令令 )()(11E