變壓器的基礎(chǔ)知識(shí)

1、變壓器的基礎(chǔ)知識(shí)一.變壓器：是一種靜止的電機(jī)，它利用電磁感應(yīng)原理將一種電壓、電流的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓、電流的電能。換句話說(shuō)，變壓器就是實(shí)現(xiàn)電能在不同等級(jí)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。二.結(jié)構(gòu)：鐵心和繞組：變壓器中最主要的部件，他們構(gòu)成了變壓器的器身。 鐵心：構(gòu)成了變壓器的磁路，同時(shí)又是套裝繞組的骨架。鐵心由鐵心柱和鐵軛兩部分構(gòu)成。鐵心柱上套繞組，鐵軛將鐵心柱連接起來(lái)形成閉合磁路。 鐵心材料：為了提高磁路的導(dǎo)磁性能，減少鐵心中的磁滯、渦流損耗，鐵心一般用高磁導(dǎo)率的磁性材料硅鋼片疊成。硅鋼片有熱軋和冷軋兩種，其厚度為0.350.5mm，兩面涂以厚0.020.23mm的漆膜，使片與片之間絕緣。 繞組：

2、繞組是變壓器的電路部分，它由銅或鋁絕緣導(dǎo)線繞制而成 。 一次繞組（原繞組）：輸入電能 二次繞組（副繞組）：輸出電能 他們通常套裝在同一個(gè)心柱上，一次和二次繞組具有不同的匝數(shù)，通過(guò)電磁感應(yīng)作用，一次繞組的電能就可傳遞到二次繞組，且使一、二次繞組具有不同的電壓和電流。 其中，兩個(gè)繞組中，電壓較高的我們稱為高壓繞組，相應(yīng)的電壓較低的稱為低壓繞組。從高、低壓繞組的相對(duì)位置來(lái)看，變壓器的繞組又可分為同心式、交迭式。由于同心式繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，所以，國(guó)產(chǎn)的均采用這種結(jié)構(gòu)，交迭式主要用于特種變壓器中。 其他部件：除器身外，典型的油鋟電力變壓器中還有油箱、變壓器油、絕緣套管及繼電保護(hù)裝置等部件。三.額定

3、值額定值是制造廠對(duì)變壓器在指定工作條件下運(yùn)行時(shí)所規(guī)定的一些量值。額定值通常標(biāo)注在變壓器的銘牌上。變壓器的額定值主要有：1.額定容量SN 額定容量是指額定運(yùn)行時(shí)的視在功率。以 VA、kVA或MVA表示。由于變壓器的效率很高，通常一、二次側(cè)的額定容量設(shè)計(jì)成相等。2.額定電壓U1N和U2N 正常運(yùn)行時(shí)規(guī)定加在一次側(cè)的端電壓稱為變壓器一次側(cè)的額定電壓U1N。二次側(cè)的額定電壓U2N 是指變壓器一次側(cè)加額定電壓時(shí)二次側(cè)的空載電壓。額定電壓以V或kV表示。對(duì)三相變壓器，額定電壓是指線電壓。3.額定電流I1N和I2N 根據(jù)額定容量和額定電壓計(jì)算出的線電流，稱為額定電流，以A表示。 對(duì)單相變壓器 ； 對(duì)三相變壓

4、器 ；4.額定頻率 fN 除額定值外，變壓器的相數(shù)、繞組連接方式及聯(lián)結(jié)組別、短路電壓、運(yùn)行方式和冷卻方式等均標(biāo)注在銘牌上。額定狀態(tài)是電機(jī)的理想工作狀態(tài)，具有優(yōu)良的性能，可長(zhǎng)期工作。四.變壓器的空載運(yùn)行 1.空載運(yùn)行：是指變壓器原繞組接到額定電壓、額定頻率的電源上，副繞組開(kāi)路時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。2.正方向的規(guī)定： 從理論上講，正方向可以任意選擇，因各物理量的變化規(guī)律是一定的，并不依正方向的選擇不同而改變。但正方向規(guī)定不同，列出的電磁方程式和繪制的相量圖也不同。在電機(jī)方向的學(xué)科中通常按習(xí)慣方式規(guī)定正方向，稱為慣例。具體原則如下：1）在負(fù)載支路，電流的正方向與電壓降的正方向一致，而在電源支路，電流的正方向

5、與電動(dòng)勢(shì)的正方向一致。2）磁通的正方向與產(chǎn)生它的電流的正方向符合右手螺旋定則。 3）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向與產(chǎn)生它的磁通的正方向符合右手螺旋定則。電壓u1,u2的正方向表示電位降低，電動(dòng)勢(shì)e1,e2的正方向表示電位升高。在原方，u1由首端指向末端，i1從首端流入。當(dāng)u1與i1同時(shí)為正或同時(shí)為負(fù)時(shí)，表示電功率從原方輸入，稱為電動(dòng)機(jī)慣例。在副方，u2和i2的正方向是由e2的正方向決定的，即i2沿e2的正方向流出。當(dāng)u2和i2同時(shí)為正或同時(shí)為負(fù)時(shí)，電功率從副方輸出，稱為發(fā)電機(jī)慣例。 3.空載時(shí)的電磁關(guān)系：1） 電動(dòng)勢(shì)與磁通的關(guān)系：假定主磁通按正弦規(guī)律變化，即 根據(jù) 根據(jù)電磁感應(yīng)定律和對(duì)正方向規(guī)定，一、二

6、次繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為： 式中：注意：從上面的表達(dá)式中我們可以看出，電動(dòng)勢(shì)總是滯后與產(chǎn)生的他的磁通90。2）電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：根據(jù)對(duì)正方向的規(guī)定，可以得到空載時(shí)電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：將漏感電動(dòng)勢(shì)寫成壓降的形式 ：式中 Z1=R1+jx1原繞組的漏阻抗。對(duì)于電力變壓器，空載時(shí)原繞組的漏阻抗壓降I0Z1很小，其數(shù)值不超過(guò)U1的0.2%，將I0Z1忽略，則上式變成：在副方，由于電流為零，則副方的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于副方的空載電壓，即：3）變壓器的變比： 在變壓器中，原、副繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1和E2之比稱為變壓器的變比，用k表示，即：上式表明，變壓器的變比等于原、副繞組的匝數(shù)比。當(dāng)變壓器空載運(yùn)行時(shí)，由于U

7、1E1 ,U20E2，故可近似地用空載運(yùn)行時(shí)原、副方的電壓比來(lái)作為變壓器的變比，即對(duì)于三相變壓器，變比是指原、副方相 電動(dòng)勢(shì)之比，也就是額定相電壓之比。五.變壓器的負(fù)載運(yùn)行在前面我們通過(guò)分析了解了變壓器的空載運(yùn)行情況，當(dāng)變壓器原方接入交流電源，副方接上負(fù)載時(shí)的運(yùn)行方式稱為變壓器的負(fù)載運(yùn)行。1.負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理情況：如圖所示，即從空載電流0變?yōu)樨?fù)載時(shí)的電流1。原 繞組的磁動(dòng)勢(shì)也從空載磁動(dòng)勢(shì)F0變?yōu)?F1=I1N1。負(fù)載時(shí)的主磁通m就是由原、副繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的，即:于是變壓器在負(fù)載時(shí)的電磁關(guān)系重新達(dá)到平衡。2.電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：在原方，電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為在副方，電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為：式中，Z2 =R2+jx2,副繞組的漏阻抗，R2和x2分別為副繞組的電阻和漏電抗。3.負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式：負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)