變壓器的基本原理與結構ppt課件

1、思索學習內容知識要點電能機械能電能？電動機變壓器一、變壓器的根本任務原理一、變壓器的根本任務原理問題問題: : 為什么將變壓器的原邊接到交流電源上，為什么將變壓器的原邊接到交流電源上，燈泡就會發(fā)光呢？燈泡就會發(fā)光呢？變壓器就是按照“動電生磁，動磁生電的電磁感應原理制成的。一、變壓器的根本任務原理一、變壓器的根本任務原理燈泡將電能轉換成了光能變壓器的外型和器身圖變壓器的外型和器身圖二、變壓器的分類二、變壓器的分類配電變壓器配電變壓器升壓變壓器升壓變壓器降壓變壓器降壓變壓器實驗、儀用等變壓器實驗、儀用等變壓器電爐、整流變壓器電爐、整流變壓器干式變壓器干式變壓器油浸式變壓器油浸式變壓器強迫油循環(huán)電力

2、變壓器強迫油循環(huán)電力變壓器單相變壓器單相變壓器三相變壓器三相變壓器有載調壓變壓器有載調壓變壓器無載調壓變壓器無載調壓變壓器圖3.1.2 油浸式電力變壓器l電力變壓器的鐵心是由0.35mm厚的冷軋硅鋼片疊成。減少渦流損耗，提高導磁系數(shù)。鐵心柱鐵軛圖圖3.1.3 變壓器的鐵芯平面變壓器的鐵芯平面心式心式 構造簡單構造簡單工藝簡單運用廣泛工藝簡單運用廣泛殼式殼式 構造復雜，構造復雜，用在小容量變壓器和用在小容量變壓器和電爐變壓器電爐變壓器 圖 3.1.4 鐵芯構造表示圖奇數(shù)層偶數(shù)層奇數(shù)層偶數(shù)層圖 3.1.6 疊片式鐵世交錯的疊放方式近年來，出現(xiàn)一種漸開線形鐵芯優(yōu)點：節(jié)省硅鋼片，便于機械化消費，節(jié)省工

3、時油道圖 3.1.7 鐵芯柱截面宏大的電磁力，鐵殼式構造可以加強對繞組的機械支撐，使能接受較大的電磁力。圖3.1.8 殼式變壓器的構造表示圖圖圖3.1.9 芯式變壓器的鐵芯和繞組的裝配表示圖芯式變壓器的鐵芯和繞組的裝配表示圖 同芯式同芯式鐵芯式變壓鐵芯式變壓器常用。高壓繞組和低壓器常用。高壓繞組和低壓繞組均做成圓筒形，然后繞組均做成圓筒形，然后同芯地套在鐵芯柱上同芯地套在鐵芯柱上 ，為，為便于絕緣，通常低壓繞組便于絕緣，通常低壓繞組在里面，高壓繞組在外面在里面，高壓繞組在外面 ，中間加絕緣紙筒絕緣中間加絕緣紙筒絕緣三相心式變壓器外觀表示圖高壓低壓圖圖3.1.9 交疊式繞組交疊式繞組變壓器運轉時

4、產生熱量，使變壓器油膨脹，儲油柜中變壓器油上升，溫度低時下降。儲油柜使變壓器油與空氣接觸面較少， 減緩了變壓器油的氧化過程及吸收空氣中的水分的速度。呼吸維護作用當變壓器出現(xiàn)缺點時，產生的熱量使變壓器油汽化，氣體繼電器動作，發(fā)出報警信號或切斷電源。假設事故嚴重，變壓器油大量汽化，油氣沖破平安氣道管口的密封玻璃，沖出變壓器油箱，防止油箱爆裂。平板式 小容量排管式 較大容量散熱氣式 大容量強迫油循環(huán)大容量氣體繼電器圖3.1.20圖圖3.1.21絕緣套管絕緣套管一、變壓器型號一、變壓器型號NNNNNNIUSIUS2211NNNNNNIUSIUS221133繞組最高允許溫度為105 表3-1 變壓器的允

5、許溫升本節(jié)重點本節(jié)重點任務原理、根本構造任務原理、根本構造日常生活中的電能是怎樣來的從發(fā)電廠到用戶的送電過程表示圖從發(fā)電廠到用戶的送電過程表示圖6.327KV升壓變壓器 發(fā)電機組降壓變壓器 配電變壓器10KV35KV66KV110KV220KV500KV10KV/0.4KV1 電磁物理景象2電磁量參考方向3感應電動勢4空載電流、空載損耗5 電壓比變比6 空載等效電路7 空載相量圖空載運轉：原邊接額定電壓空載運轉：原邊接額定電壓 的電源，副邊開路的電源，副邊開路原邊繞組電流原邊繞組電流 為空載電流，產生空載勵磁磁勢為空載電流，產生空載勵磁磁勢 _產生主磁通產生主磁通 一、空載運轉時的物理情況一、

6、空載運轉時的物理情況1U0I0F0010INF1磁通分為兩部分變壓器鐵心由高導磁資料硅鋼片制成導磁系數(shù)r2000)，大部分磁通都在鐵心中流動，主磁通約占總磁通的99強，漏磁通占總磁通的1弱。01E2E1E右手螺旋定那么確定右手螺旋定那么確定 與與同方向同方向 與與同方向同方向例如正在添加，d/dt為正，e1 N1d/dt0為負，假設外電路能使e1產生電流，其電流方向必與i0正方向相反，該電流產生磁通0，與0方向相反，起阻止0添加的作用，即符合楞次定律假設 u1 隨時間按正弦規(guī)律變化，那么 0 也按正弦規(guī)律變化，設： )90sin(cos)90sin(cossin.22022110110tNtN

7、dtdNetNtNdtdNe感應應電動勢瞬時值為為mtmmmmm磁通幅值主磁通a) 波形圖b) 向量圖磁通與電動勢之間的關系圖形結論：0 為正弦波時， e 也為正弦波 e滯后0 相位900mmmmmmfNfNEEfNfNEE2222111144. 422/44. 422/mmfNjEfNjE221144.444.4 結論：磁路不飽和，磁阻很大，且為常數(shù)，因此X1很小，且為常數(shù)，X1不隨電源電壓U1和負載變化空載電流主要作用是在鐵心中建立磁場，產生主磁通空載時的變壓器實踐上就是一個非線性電感器，其磁通量與電流的關系，服從與鐵磁資料的磁化曲線 =f(i)磁化曲線raIII0000rI0aI0大容量

8、變壓器大容量變壓器 I0% 1%容量越大容量越大I0% 越小越小%100%00NIIII0 受磁路飽和影響，空載電流呈尖頂波形為分析、丈量、計算方便，在相量圖和計算式中，用等效正弦波來替代實踐的空載電流一次側一次側影響m主磁通幅值要素1、電源 U1 、 f2 、構造 N1綜上所述可得綜上所述可得:忽略電阻壓降和漏磁電勢，忽略電阻壓降和漏磁電勢， 那么那么U1E14.44fN1m。mU1即：當外即：當外施電壓施電壓U1為定值，主磁通為定值，主磁通m也為一定值也為一定值影響影響m主磁通幅值要素主磁通幅值要素1、電源、電源 U1 、 f2 、構造、構造 N1NNUU：KDY213,聯(lián)接NNUUUUN

9、NEEK212012121三相變壓器：K為一、二次側相電動勢電壓之比NNUU：KYD213,聯(lián)接X1表示漏磁通對電路的影響，近似為常數(shù)強調：強調：Rm勵磁電阻，并非本質電阻、是為計勵磁電阻，并非本質電阻、是為計算鐵損耗引進的模擬電阻。算鐵損耗引進的模擬電阻。Xm勵磁電抗，是主磁通勵磁電抗，是主磁通引起的電抗引起的電抗Zm勵磁阻抗勵磁阻抗由于鐵芯磁路具有飽和特性，參數(shù)由于鐵芯磁路具有飽和特性，參數(shù)Zm隨隨外施電壓添加而減小，不是常數(shù)。但變外施電壓添加而減小，不是常數(shù)。但變壓器正常運轉時，外施電壓等于或近似壓器正常運轉時，外施電壓等于或近似等于額定電壓，且變動范圍不大等于額定電壓，且變動范圍不大,

10、可把可把Zm看成常數(shù)?？闯沙?shù)。 一次繞組電動勢平衡方程一次繞組電動勢平衡方程 因因R1Rm , X1Xm 略略Z1，那么，那么I0大小取決天大小取決天Zm 等效電路圖只需等效電路圖只需Zm變壓器采用高導磁資料，增大勵磁阻抗ZmXm)，降低空載勵磁電流I0，提高運轉效率和功率因數(shù)空載時根本方程式空載時根本方程式m 參考方向E1 滯后m 90度 E1與U20方向一致I0超前m 一個角度U1 答案： 由于 U204.44fN2mU20由220伏變到380伏，添加了 倍，那么主磁通m也增 加了 倍，磁路飽和程度添加，因此勵磁電流I0大大增 加，有能夠燒毀線圈。33本節(jié)重點本節(jié)重點各參數(shù)的物理意義及相

11、互間關系各參數(shù)的物理意義及相互間關系 根本方程式根本方程式3.3.1 3.3.1 負載運轉時的電磁關系負載運轉時的電磁關系3.3.2 3.3.2 負載運轉時的根本方程式負載運轉時的根本方程式3.3.3 3.3.3 變壓器的等效電路圖及相量圖變壓器的等效電路圖及相量圖二次繞組電流二次繞組電流的影響的影響帶負載一次側接電源1，二次側接負載ZL，此時二次側流過電流i2。一次側電流不再是i0， 而是變?yōu)閕1。負載后二次側電流產生磁勢F2=N2i2，該磁勢將力圖改動磁通0，而磁通是由電源電壓決議的， 也就是說0根本不變。要維持0不變，一次繞組產生一個附加電流i1Li1L 產生磁勢N1i1L=N2i2與二

12、次磁動勢相抵消一次電流變?yōu)?i1=i0+i1L總磁勢 F1+F2=N1i1+N2i2 產生0U2=E2+E2-i2R2 =E2-i2(R2+jX2) = E2-i2Z2問題能否可找到一個便于工程計算的單純電路，以替代無電路聯(lián)絡、但有磁路耦協(xié)作用的實踐變壓器，但這個電路必需能正確反映變壓器內部電磁過程 答案：有！這種電路稱為變壓器的等效電路，前提條件是必需進展繞組折算 2堅持二次側各功率或損耗不變下面以二次側折算到一次側為例下面以二次側折算到一次側為例kINNINNIININI/212222222222歸算前后磁勢應堅持不變歸算前后磁勢應堅持不變k22222kEEIIE沒有變化沒有變化22222

13、22RkRIIR2222222xkxIIx222222222222)(/kUIZEkkIZkkEIZEUl物理意義：當用N2替代了N2，其匝數(shù)添加到k倍。而主磁通 m及頻率f均堅持不變，折算后的二次電壓應添加k倍LLZkkIkUIUZ22222/l物理意義：繞組的阻抗和繞組的匝數(shù)平方成正比。由于歸算后次級匝數(shù)添加了k倍，故漏阻抗應添加到k2倍。1、“T形等效電路形等效電路變壓器近似等效電路變壓器近似等效電路近似等效電路可用于分析計算變壓器負近似等效電路可用于分析計算變壓器負載運轉的某些問題，如二次側電壓變化載運轉的某些問題，如二次側電壓變化并聯(lián)運轉的負載分配等并聯(lián)運轉的負載分配等短路電阻短路電

14、阻RS=R1+R2短路電抗短路電抗XS=X1+X2短路阻抗短路阻抗ZS=RS+jXS結論：結論：1、短路阻抗等于一、二次漏、短路阻抗等于一、二次漏阻抗之和，阻抗之和，ZS很小，且為常數(shù)很小，且為常數(shù)2、當變壓器穩(wěn)定短路時，短、當變壓器穩(wěn)定短路時，短路電流路電流IS=U1/ZS=1020IN3、ZS起限制直到限制短路電起限制直到限制短路電流的作用流的作用略去勵滋電流支路略去勵滋電流支路常用于定性分析常用于定性分析圖圖3.3.6 感性負載時變壓器的相量圖感性負載時變壓器的相量圖本節(jié)知識點本節(jié)知識點1、負載運轉時各參數(shù)的物理意義及特點、負載運轉時各參數(shù)的物理意義及特點2、根本方程式、根本方程式參數(shù)確

15、定方法：參數(shù)確定方法：1、計算法、計算法設計時采用設計時采用2、實驗法、實驗法空載、短路實驗已制造好的變壓器空載、短路實驗已制造好的變壓器至低壓側的值。勵磁參數(shù)如折算到高壓勵磁參數(shù)如折算到高壓側，那么乘側，那么乘K2即可即可FeNPPIII）U）Uk、0100120%100%(低壓高壓低壓側一樣高mRmZXmIPRmIUZm2202000低壓側二者測得的數(shù)值不同，用標么值計算那么二者測得的數(shù)值不同，用標么值計算那么一樣。一樣。短路特性曲線略鐵耗，故PS中只含銅耗。SCSCSSCSXRZRR275275750005 .234755 .234“T型等效電路R1 = R2 = RSX1 = X2 = XSl短路參數(shù)如折算到短路參數(shù)如折算到低壓側，那么除低壓側，那么除K2即即可可SSSNSNSSSNSNSSSRZXIPIPRIUIUZ高 壓221221側NCSSNIZU1750%100%100175110NCSNNSNSUzIUUu無功分量有功分量%100%100%100%1001117511751100NSNSrNCSNSaNCSNNSNSU