變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)第1頁(yè)/共110頁(yè)電能機(jī)械能電能？電動(dòng)機(jī)變壓器第2頁(yè)/共110頁(yè)一、變壓器的基本工作原一、變壓器的基本工作原理理問(wèn)題問(wèn)題: : 為什么將變壓器的原邊接到交流電源上，燈泡就會(huì)發(fā)光呢？第3頁(yè)/共110頁(yè)變壓器就是按照“動(dòng)電生磁，動(dòng)磁生電”的電磁感應(yīng)原理制成的。一、一、變壓器的基本工作原理變壓器的基本工作原理第4頁(yè)/共110頁(yè)燈泡將電能轉(zhuǎn)換成了光能第5頁(yè)/共110頁(yè)第6頁(yè)/共110頁(yè)第7頁(yè)/共110頁(yè)變壓器的變壓器的外型外型和和器身器身圖圖二、變壓器的分類二、變壓器的分類第8頁(yè)/共110頁(yè)電力變壓器的類別電力變壓器的類別用途分用途分配電變壓

2、配電變壓器器升壓變壓升壓變壓器器降壓變壓降壓變壓器器（一）電力變壓器第9頁(yè)/共110頁(yè)試驗(yàn)、儀用等變壓器試驗(yàn)、儀用等變壓器(二) 特種變壓器電力變壓器的類別電力變壓器的類別用途分用途分電爐、整流變壓器電爐、整流變壓器第10頁(yè)/共110頁(yè)電力變壓器類別電力變壓器類別- -線圈數(shù)目分線圈數(shù)目分v雙繞組變壓器雙繞組變壓器，在鐵芯中有兩個(gè)繞組，一個(gè)為初級(jí)繞組，一個(gè)為次級(jí)繞組 v自耦變壓器，自耦變壓器，初級(jí)、次級(jí)繞組合為一個(gè) v三繞組變壓器三繞組變壓器，三個(gè)繞組連接三種不同電壓的線路v多繞組變壓器，如分裂變壓器分裂變壓器第11頁(yè)/共110頁(yè)電力變壓器類別電力變壓器類別- -冷卻方式冷卻方式l油浸式變壓器

3、油浸式變壓器鐵芯和繞組都一起浸入灌滿了變壓器油的油箱中，可以加強(qiáng)絕緣和改善冷卻散熱條件（大容量）l干式變壓器干式變壓器 能滿足特殊要求，如安全（小容量變壓器）l充氣式變壓器充氣式變壓器絕緣性能優(yōu)于油浸式（大容量）SF6第12頁(yè)/共110頁(yè)干式變壓干式變壓器器油浸式變壓器油浸式變壓器電力變壓器類別電力變壓器類別- -冷卻方式冷卻方式強(qiáng)迫油循環(huán)電力變壓器強(qiáng)迫油循環(huán)電力變壓器第13頁(yè)/共110頁(yè)電力變壓器類別電力變壓器類別- -相數(shù)相數(shù)單相變壓器單相變壓器三相變壓器三相變壓器第14頁(yè)/共110頁(yè)有載調(diào)壓變壓器有載調(diào)壓變壓器無(wú)載調(diào)壓變壓器無(wú)載調(diào)壓變壓器第15頁(yè)/共110頁(yè)第16頁(yè)/共110頁(yè)圖油浸式電

4、力變壓器第17頁(yè)/共110頁(yè)l電力變壓器的鐵心是由0.35mm0.35mm厚的冷軋硅鋼片疊成。減少渦流損耗，提高導(dǎo)磁系數(shù)。鐵心柱鐵軛圖變壓器的鐵芯平面圖變壓器的鐵芯平面第18頁(yè)/共110頁(yè)心式心式 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單工藝簡(jiǎn)單應(yīng)用廣泛殼式殼式 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用在小容量變壓器和電爐變壓器 圖 鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖第19頁(yè)/共110頁(yè)奇數(shù)層偶數(shù)層奇數(shù)層偶數(shù)層圖 疊片式鐵世交錯(cuò)的疊放方式第20頁(yè)/共110頁(yè)近年來(lái)，出現(xiàn)一種漸開(kāi)線形鐵芯優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省硅鋼片，便于機(jī)械化生產(chǎn)，節(jié)省工時(shí)油道圖 鐵芯柱截面第21頁(yè)/共110頁(yè)第22頁(yè)/共110頁(yè)圖殼式變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖第23頁(yè)/共110頁(yè)圖芯式變壓器的鐵芯和繞組的裝配示意圖圖芯式變壓

5、器的鐵芯和繞組的裝配示意圖第24頁(yè)/共110頁(yè) 繞組的基本型式繞組的基本型式同心式同心式 同芯式同芯式鐵芯式變壓器常用。高壓繞組和低壓繞組均做成圓筒形，然后同芯地套在鐵芯柱上 ，為便于絕緣，通常低壓繞通常低壓繞組在里面組在里面，高壓繞組在外高壓繞組在外面面 ，中間加絕緣紙筒絕緣三相心式變壓器外觀示意圖高壓低壓第25頁(yè)/共110頁(yè)圖交疊式繞組圖交疊式繞組第26頁(yè)/共110頁(yè)第27頁(yè)/共110頁(yè)變壓器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生熱量，使變壓器油膨脹，儲(chǔ)油柜中變壓器油上升，溫度低時(shí)下降。儲(chǔ)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(guò)程及吸收空氣中的水分的速度。呼吸呼吸保護(hù)作用當(dāng)變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，產(chǎn)生的熱量

6、使變壓器油汽化，氣體繼電器動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警信號(hào)或切斷電源。如果事故嚴(yán)重，變壓器油大量汽化，油氣沖破安全氣道管口的密封玻璃，沖出變壓器油箱，避免油箱爆裂。平板式 小容量排管式 較大容量散熱氣式 大容量強(qiáng)迫油循環(huán)大容量氣體繼電器圖第28頁(yè)/共110頁(yè)第29頁(yè)/共110頁(yè)n套管外形常做成傘形，電電壓越高、級(jí)數(shù)愈多壓越高、級(jí)數(shù)愈多。圖絕緣套管圖絕緣套管第30頁(yè)/共110頁(yè)第31頁(yè)/共110頁(yè)一、變壓器型號(hào)一、變壓器型號(hào)第32頁(yè)/共110頁(yè)第33頁(yè)/共110頁(yè)第34頁(yè)/共110頁(yè)NNNNNNIUSIUS2211NNNNNNIUSIUS221133第35頁(yè)/共110頁(yè)第36頁(yè)/共110頁(yè)油浸變壓器的繞組均用

7、油浸變壓器的繞組均用A級(jí)絕緣級(jí)絕緣。根據(jù)我國(guó)的氣候情況，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以。根據(jù)我國(guó)的氣候情況，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以+40作為周圍環(huán)境空氣的最高溫度，并據(jù)此規(guī)定變壓器各部分的容許溫升作為周圍環(huán)境空氣的最高溫度，并據(jù)此規(guī)定變壓器各部分的容許溫升 繞組最高允許溫度為105 變壓器部分最高溫升()測(cè)量方法繞組65電阻法鐵芯表面70溫度計(jì)法油(頂層)55溫度計(jì)法表3-1 變壓器的允許溫升第37頁(yè)/共110頁(yè)第38頁(yè)/共110頁(yè)日常生活中的電能是怎樣來(lái)的從發(fā)電廠到用戶的送電過(guò)程示意圖從發(fā)電廠到用戶的送電過(guò)程示意圖6.327KV升壓變壓器 發(fā)電機(jī)組降壓變壓器 配電變壓器10KV35KV66KV110KV220KV5

8、00KV10KV/0.4KV第39頁(yè)/共110頁(yè)第40頁(yè)/共110頁(yè)第41頁(yè)/共110頁(yè)第42頁(yè)/共110頁(yè)第43頁(yè)/共110頁(yè)1 電磁物理現(xiàn)象2電磁量參考方向3感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)4空載電流、空載損耗5 電壓比（變比）6 空載等效電路7 空載相量圖第44頁(yè)/共110頁(yè)空載運(yùn)行：空載運(yùn)行：原邊接額定電壓 的電源，副邊開(kāi)路原邊繞組電流 為空載電流，產(chǎn)生空載勵(lì)磁磁勢(shì) _產(chǎn)生主磁通 一、空載運(yùn)行時(shí)的物理情況一、空載運(yùn)行時(shí)的物理情況1U0I0F0010INF第45頁(yè)/共110頁(yè)1磁通分為兩部分磁通分為兩部分變壓器鐵心由高導(dǎo)磁材料硅鋼片制成（導(dǎo)磁系數(shù)r2000)，大部分磁通都在鐵心中流動(dòng)，主磁通約占總磁通的99強(qiáng)

9、，漏磁通占總磁通的1弱。01E2E1E第46頁(yè)/共110頁(yè)第47頁(yè)/共110頁(yè)第48頁(yè)/共110頁(yè)旋”定則。定則。n電流正方向與電勢(shì)正方向一致。第49頁(yè)/共110頁(yè)例如正在增加，d/dt為正，e1 N1d/dt0為負(fù)，若外電路能使e1產(chǎn)生電流，其電流方向必與i0正方向相反，該電流產(chǎn)生磁通0，與0方向相反，起阻止0增加的作用，即符合楞次定律第50頁(yè)/共110頁(yè)若 u1 隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，則 0 也按正弦規(guī)律變化，設(shè)： )90sin(cos)90sin(cossin.22022110110tNtNdtdNetNtNdtdNe感應(yīng)應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值為為mtmmmmm磁通幅值主磁通第51頁(yè)/共110頁(yè)

10、（a) 波形圖（b) 向量圖磁通與電動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系圖形結(jié)論：0 為正弦波時(shí)， e 也為正弦波 e滯后0 相位900第52頁(yè)/共110頁(yè)mmmmmmfNfNEEfNfNEE2222111144. 422/44. 422/mmfNjEfNjE221144.444.4第53頁(yè)/共110頁(yè) 結(jié)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)，X1X1不隨電源電壓不隨電源電壓U1U1和負(fù)載變化和負(fù)載變化第54頁(yè)/共110頁(yè)空載電流空載電流主要作用是在鐵心中建立磁場(chǎng)，產(chǎn)生主磁通空載時(shí)的變壓器實(shí)際上就是一個(gè)非線性電感器，其磁通量與電流的關(guān)系，服從與鐵磁材料的磁化曲線 =f(i)磁化曲線第55頁(yè)/共

11、110頁(yè)raIII0000rI0aI0第56頁(yè)/共110頁(yè)%100%00NIII第57頁(yè)/共110頁(yè)I I0 0 受磁路飽和影響，空載電流呈尖頂波形為分析、測(cè)量、計(jì)算方便，在相量圖和計(jì)算式中，用等效正弦波來(lái)代替實(shí)際的空載電流第58頁(yè)/共110頁(yè)第59頁(yè)/共110頁(yè)第60頁(yè)/共110頁(yè)一次側(cè)一次側(cè)影響m（主磁通幅值）因素1 1、電源、電源 U1 、 f2 2 、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu) N1第61頁(yè)/共110頁(yè)綜上所述可得綜上所述可得:忽略電阻壓降和漏磁電勢(shì)， 則U1E14.44fN1 m。 m mUU1 1即：當(dāng)外當(dāng)外施電壓施電壓U1U1為定值，主磁通為定值，主磁通 m m也為一定值也為一定值影響m（主磁通

12、幅值）因素1、電源、電源 U1 、 f2 、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu) N1第62頁(yè)/共110頁(yè)第63頁(yè)/共110頁(yè)NNUU：KDY213,聯(lián)接NNUUUUNNEEK212012121三相變壓器：K為一、二次側(cè)相電動(dòng)勢(shì)（電壓）之比NNUU：KYD213,聯(lián)接第64頁(yè)/共110頁(yè)X1表示漏磁通對(duì)電路的影響，近似為常數(shù)第65頁(yè)/共110頁(yè)強(qiáng)調(diào)強(qiáng)調(diào)：Rm勵(lì)磁電阻勵(lì)磁電阻，并非實(shí)質(zhì)電阻、是為計(jì)算鐵損耗鐵損耗引進(jìn)的模擬電阻模擬電阻。Xm勵(lì)磁電抗，勵(lì)磁電抗，是主磁通是主磁通引起的電抗Zm勵(lì)磁阻抗勵(lì)磁阻抗由于鐵芯磁路具有飽和特性，參數(shù)Zm隨外施電壓增加而減小，不是常數(shù)。但變壓器正常運(yùn)行時(shí)，外施電壓等于或近似等于額定電壓，且

13、變動(dòng)范圍不大,可把Zm看成常數(shù)。第66頁(yè)/共110頁(yè) 一次繞組電動(dòng)勢(shì)平衡方程一次繞組電動(dòng)勢(shì)平衡方程 因因R1Rm , X1Xm 略Z1，則I I0 0大小取決天大小取決天Z Zm m 等效電路圖只有Zm變壓器采用高導(dǎo)磁材料，增大勵(lì)磁阻抗Zm（Xm)，降低空載勵(lì)磁電流I0，提高運(yùn)行效率和功率因數(shù)第67頁(yè)/共110頁(yè)空載時(shí)基本方程式空載時(shí)基本方程式m （參考方向）E1 滯后m 90度 E1與U20方向一致I0超前m 一個(gè)角度U1第68頁(yè)/共110頁(yè)第69頁(yè)/共110頁(yè) 答案： 由于 U204.44fN2mU20由220伏變到380伏，增加了 倍，則主磁通m也增 加了 倍，磁路飽和程度增加，因而勵(lì)磁

14、電流I0大大增 加，有可能燒毀線圈。33第70頁(yè)/共110頁(yè)本節(jié)重點(diǎn)本節(jié)重點(diǎn)各參數(shù)的物理意義及相互間關(guān)系各參數(shù)的物理意義及相互間關(guān)系 （基本方程式）（基本方程式）第71頁(yè)/共110頁(yè)第72頁(yè)/共110頁(yè)3.3 單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式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第73頁(yè)/共110頁(yè)第74頁(yè)/共110頁(yè)二次繞組電流二次繞組電流的影響的影響帶負(fù)載負(fù)載一次側(cè)接電源一次側(cè)接電源1，二次側(cè)接負(fù)載，二次側(cè)接負(fù)載Z ZL L，此時(shí)，此時(shí)二次側(cè)流過(guò)電流二次側(cè)流過(guò)電流i2。一次側(cè)電流不再是

15、。一次側(cè)電流不再是i0， 而是變?yōu)槎亲優(yōu)閕1。負(fù)載后負(fù)載后二次側(cè)電流產(chǎn)生磁勢(shì)二次側(cè)電流產(chǎn)生磁勢(shì)F2=N2i2，該磁勢(shì)將力，該磁勢(shì)將力圖改變磁通圖改變磁通0，而磁通是由電源電壓決定的，而磁通是由電源電壓決定的， 也就也就是說(shuō)是說(shuō)0基本不變。基本不變。要維持維持0不變不變，一次繞組產(chǎn)生一個(gè)附加電流i i1L1Li1L 產(chǎn)生磁勢(shì)N1i1L=N2i2（與二次磁動(dòng)勢(shì)相抵消）一次電流變?yōu)?i i1 1=i=i0 0+i+i1L1L總磁勢(shì)總磁勢(shì) F1+F2=N1i1+N2i2 產(chǎn)生產(chǎn)生0第75頁(yè)/共110頁(yè)第76頁(yè)/共110頁(yè)第77頁(yè)/共110頁(yè)改變一、二次側(cè)匝數(shù)不僅能變改變一、二次側(cè)匝數(shù)不僅能變壓，而且

16、能變電流壓，而且能變電流第78頁(yè)/共110頁(yè)第79頁(yè)/共110頁(yè)第80頁(yè)/共110頁(yè)問(wèn)題是否可找到一個(gè)便于工程計(jì)算的單純電路，以代替無(wú)電路聯(lián)系、但有磁路耦合作用的實(shí)際變壓器，但這個(gè)電路必須能正確反映變壓器內(nèi)部電磁過(guò)程 答案：有！這種電路稱為變壓器的等效電路，前提條件是必須進(jìn)行繞組折算第81頁(yè)/共110頁(yè)下面以二次側(cè)折算到一次側(cè)為例下面以二次側(cè)折算到一次側(cè)為例第82頁(yè)/共110頁(yè)第83頁(yè)/共110頁(yè)kINNINNIININI/212222222222歸算前后磁勢(shì)應(yīng)保持不變歸算前后磁勢(shì)應(yīng)保持不變第84頁(yè)/共110頁(yè)而主磁通 m及頻率f均保持不變，折算后的二次電勢(shì)應(yīng)增加k倍22222kEEIIE第8

17、5頁(yè)/共110頁(yè)2222222RkRIIR第86頁(yè)/共110頁(yè)算后次級(jí)匝數(shù)增加了算后次級(jí)匝數(shù)增加了k倍，故倍，故漏抗應(yīng)增加到漏抗應(yīng)增加到k2倍。倍。2222222xkxIIx第87頁(yè)/共110頁(yè)222222222222)(/kUIZEkkIZkkEIZEUl物理意義：當(dāng)用當(dāng)用N 2替代了替代了N2，其匝數(shù)增加，其匝數(shù)增加到到k倍。而主磁通倍。而主磁通 m及頻率及頻率f均保持不變，折均保持不變，折算后的二次電壓應(yīng)增加算后的二次電壓應(yīng)增加k倍倍第88頁(yè)/共110頁(yè)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(jí)匝數(shù)增加了k倍，故漏阻抗應(yīng)增加到k2倍。第

18、89頁(yè)/共110頁(yè)第90頁(yè)/共110頁(yè)1、“T”形等效電路形等效電路第91頁(yè)/共110頁(yè)變壓器近似等效電變壓器近似等效電路路近似等效電路可用于分析計(jì)算變壓器負(fù)近似等效電路可用于分析計(jì)算變壓器負(fù)載運(yùn)行的某些問(wèn)題，如二次側(cè)電壓變化載運(yùn)行的某些問(wèn)題，如二次側(cè)電壓變化并聯(lián)運(yùn)行的負(fù)載分配等并聯(lián)運(yùn)行的負(fù)載分配等第92頁(yè)/共110頁(yè)短路電阻短路電阻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(jié)論結(jié)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(dāng)變壓器穩(wěn)定短路時(shí)，短、當(dāng)變壓器穩(wěn)定短路時(shí)，短路電流路電流IS=U

19、1/ZS=（1020）IN3、ZS起限制直到限制短路電流起限制直到限制短路電流的作用的作用略去勵(lì)滋電流略去勵(lì)滋電流（支路（支路）常用于定性分析）常用于定性分析第93頁(yè)/共110頁(yè)圖感性負(fù)載時(shí)變壓器的相量圖圖感性負(fù)載時(shí)變壓器的相量圖第94頁(yè)/共110頁(yè)本節(jié)知識(shí)點(diǎn)本節(jié)知識(shí)點(diǎn)1、負(fù)載運(yùn)行時(shí)各參數(shù)的物理意義及特點(diǎn)、負(fù)載運(yùn)行時(shí)各參數(shù)的物理意義及特點(diǎn)2、基本方程式、基本方程式第95頁(yè)/共110頁(yè)參數(shù)確定方法參數(shù)確定方法：1、計(jì)算法設(shè)計(jì)時(shí)采用2、試驗(yàn)法空載、短路試驗(yàn)（已制造好的變壓器）第96頁(yè)/共110頁(yè)勵(lì)磁阻抗也是勵(lì)磁阻抗也是歸算至歸算至低壓側(cè)低壓側(cè)的值的值。第97頁(yè)/共110頁(yè)第98頁(yè)/共110頁(yè)FeNPPIII）U）Uk、0100120%100%(低壓高壓低壓側(cè)一樣高mRmZXmIPRmIUZm2202000低壓側(cè)第99頁(yè)/共110頁(yè)測(cè)量而把高壓側(cè)短路。二者測(cè)二者測(cè)得的數(shù)值不同，用標(biāo)么值計(jì)算得的數(shù)值不同，用標(biāo)么值計(jì)算則相同則相同。第100頁(yè)/共110頁(yè)S，S1.3I1N到0.5I1N測(cè)56點(diǎn)。