变压器基本工作原理之欧阳术创编Word文件下载.docx

变压器基本工作原理之欧阳术创编Word文件下载.docx

《变压器基本工作原理之欧阳术创编Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变压器基本工作原理之欧阳术创编Word文件下载.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

按线圈数分类：

双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器；

按铁心结构分类：

心式变压器和壳式变压器；

按调压方式分类：

无载（无励磁）调压变压器、有载调压变压器；

按冷却介质和冷却方式分类：

油浸式变压器和干式变压器等；

按容量大小分类：

小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器。

三相油浸式电力变压器的外形,见图1，铁心和绕组是变压器的主要部件，称为器身见图2，器身放在油箱内部。

1.2电力变压器的结构

一、铁心

1.铁心的材料

采用高磁导率的铁磁材料—0.35～0.5mm厚的硅钢片叠成。

为了提高磁路的导磁性能，减小铁心中的磁滞、涡流损耗。

变压器用的硅钢片其含硅量比较高。

硅钢片的两面均涂以绝缘漆，这样可使叠装在一起的硅钢片相互之间绝缘。

2.铁心形式

铁心是变压器的主磁路，电力变压器的铁心主要采用心式结构

。

二、绕组

1.绕组的材料

铜或铝导线包绕绝缘纸以后绕制而成。

2.形式

圆筒式、螺旋式、连续式、纠结式等结构。

为了便于绝缘，低压绕组靠近铁心柱，高压绕组套在低压绕组外面，两个绕组之间留有油道。

变压器绕组外形如图所示

三、油箱及其他附件

1.油箱

变压器油的作用：

加强变压器内部绝缘强度和散热作用。

要求：

用质量好的钢板焊接而成，能承受一定压力，某些部位必须具有防磁化性能。

形式：

大型变压器油箱均采用了钟罩式结构；

小型变压器采用吊器身式。

2.储油柜

作用：

减少油与外界空气的接触面积，减小变压器受潮和氧化的概率。

在大型电力变压器的储油柜内还安放一个特殊的空气胶囊，它通过呼吸器与外界相通，空气胶囊阻止了储油柜中变压器油与外界空气接触。

3.呼吸器

内装硅胶的干燥器，与油枕连通，为了使潮气不能进入油枕使油劣化。

硅胶对空气中水份具有很强的吸附作用，干燥状态状态为兰色，吸潮饱和后变为粉红色。

吸潮的硅胶可以再生。

4.冷却器

加强散热。

装配在变压器油箱壁上，对于强迫油循环风冷变压器，电动泵从油箱顶部抽出热油送入散热器管簇中，这些管簇的外表受到来自风扇的冷空气吹拂，使热量散失到空气中去，经过冷却后的油从变压器油箱底部重新回到变压器油箱内。

5.绝缘套管

使绕组引出线与油箱绝缘。

绝缘套管一般是陶瓷的，其结构取决于电压等级。

1kV以下采用实心磁套管，10～35kV采用空心充气或充油式套管，110kV及以上采用电容式套管。

为了增大外表面放电距离，套管外形做成多级伞形裙边。

电压等级越高，级数越多。

6.分接开关

作用：

用改变绕组匝数的方法来调压。

一般从变压器的高压绕组引出若干抽头，称为分接头，用以切换分接头的装置叫分接开关。

分接开关分为无载调压和有载调压两种，前者必须在变压器停电的情况下切换；

后者可以在变压器带负载情况下进行切换。

分接开关安装在油箱内，其控制箱在油箱外，有载调压分接开关内的变压器油是完全独立的，它也有配套的油箱、瓦斯继电器、呼吸器。

7.压力释放阀

为防止变压器内部发生严重故障而产生大量气体，引起变压器发生爆炸。

8.气体继电器（瓦斯继电器）

变压器的一种保护装置，安装在油箱与储油柜的连接管道中，当变压器内部发生故障时（如绝缘击穿、匝间短路、铁芯事故、油箱漏油使油面下降较多等）产生的气体和油流，迫使气体继电器动作。

轻者发出信号，以便运行人员及时处理。

重者使断路器跳闸，以保护变压器。

1.3变压器的名牌数据

一、型号

型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容。

例如：

SL-500/10：

表示三相油浸自冷双线圈铝线，额定容量为500kVA，高压侧额定电压为10kV级的电力变压器。

二、额定值

额定运行情况：

制造厂根据国家标准和设计、试验数据规定变压器的正常运行状态。

表示额定运行情况下各物理量的数值称为额定值。

额定值通常标注在变压器的铭牌上。

变压器的额定值主要有：

额定容量SN：

铭牌规定在额定使用条件下所输出的视在功率。

原边额定电压U1N：

正常运行时规定加在一次侧的端电压，对于三相变压器，额定电压为线电压。

副边额定电压U2N：

一次侧加额定电压，二次侧空载时的端电压。

原边额定电流I1N：

变压器额定容量下原边绕组允许长期通过的电流，对于三相变压器，I1N为原边额定线电流。

副边额定电流I2N：

变压器额定容量下原边绕组允许长期通过的电流，对于三相变压器，I2N为副边额定线电流。

单相变压器额定值的关系式：

三相变压器额定值的关系式：

额定频率fN：

我国工频：

50Hz；

还有额定效率、温升等额定值。

2.1变压器的空载运行

变压器空载运行是指变压器原边绕组接额定电压、额定频率的交流电源，副边绕组开路时的运行状态。

变压器空载运行图

一、空载时各物理量产生的因果关系

二、电势与磁通的大小和相位关系

设主磁通按正弦规律变化,根据电磁感应定律可推导出原绕组感应电势

同理可得

所以，变压器原、副绕组的感应电势大小与磁通成正比，与各自的匝数成正比，感应电势在相位上滞后磁通90°

三、原边漏电抗和激磁电抗

1.原边漏电抗

2.激磁电抗

四、原副边回路方程和等效电路

1.电动势平衡方程

变压器空载运行时，各物理量的正方向通常按上图标定，根据基尔霍夫电压定律，原边回路方程为

对于电力变压器，空载时原绕组的漏阻抗压降I0Z1很小，其数值不超过U1的0.2%，将

I0Z1忽略，则有

副边回路方程

2.空载时的等效电路

Z1＜＜Zm、rm＜＜xm。

空载时电路功率因数都很小，空载电流I0主要是无功性质，由于铁磁材料的磁饱和性，引起空载电流I0的波形是尖顶波。

希望空载电流越小越好，因此变压器采用高导磁率的铁磁材料，以增大Zm减少I0。

变压器空载时既吸收无功功率，也吸收有功功率，无功功率主要用于建立主磁通，有功功率主要用于铁耗。

2.2变压器负载运行

变压器负载运行是指变压器原边绕组接额定电压、额定频率的交流电源，副边绕组接负载时的运行状态。

变压器负载运行图

一、负载时电磁关系

1.磁动势平衡关系

从空载到负载，由于变压器所接的电源电压U1不变，且U1≈E1，所以主磁通不变，负载时的磁动势等于与空载时的磁动势相等。

即磁动势平衡关系

这表明，变压器原、副边电流与其匝数成正比，当负载电流I2增大时，原边电流I1将随着增大，即输出功利增大时，输入功率随之增大。

所以变压器是一个能量传递装置，它在变压的同时也在改变电流的大小。

2.原、副边回路方程式

按上图所规定的正方向，根据基尔霍夫电压定律，可写出原、副边回路方程式

二、折算

折算的目的：

由于原、副边回路只有磁路的耦合，没有电路的直接联系，为了得到变压器的等效电路，需对变压器进行绕组折算。

折算：

就是把副边绕组匝数看成与原边绕组匝数相等时，对副边回路各参数进行的调整。

折算原则是折算前后副边磁动势不变、副边各部分功率不变，以保持变压器内部电磁关系不变。

副边各物理量的折算方法：

折算后的基本方程式为

三、负载时的等效电路

1.T形等效电路

根据折算后的基本方程式可以构成变压器的T形等效电路

2.较准确等效电路

由于Zm＞＞Z1，可把“T”形等效电路中的激磁支路移到电源端，便得变压器的较准确等效电路，较准确等效电路的误差很小。

3.简化等效电路

在电力变压器中，I0＜＜IN，因此，在工程计算中可忽略I0，即去掉激磁支路，将原、副边的漏阻抗合并，而得到变压器的简化等效电路。

对于简化等效电路，可写出变压器的方程组

简化等效电路所对应的相量图

在工程上，简化等效电路及其方程式、相量图给变压器的分析和计算带来很大的便利，得到广泛应用。

2.3变压器参数的测定

一、空载试验

1.变压器的空载试验目的：

求出变比k、空载损耗pk和激磁阻抗Zm。

2.空载试验的接线

通常在低压侧加电压，将高压侧开路

3.空载试验的过程

电源电压由零逐渐升至1.2U1N，测取其对应的U1、I0、p0。

变压器原边加不同的电压，建立的磁通不同，磁路的饱和程度不同，激磁阻抗不同，由于变压器正常运行时原边加额定电压，所以，应取额定电压下的数据来计算激磁阻抗。

由变压器空载时等效电路可知，因Z1＜＜Zm、r1＜＜rm，所以

式中 

p0—空载损耗，可作为额定电压时的铁耗。

若要得到以高压侧为原边的激磁参数，可将所测得的激磁参数乘以k2，k等于变压器高压侧一相的电压除以低压侧一相的电压。

对于三相变压器，试验中测定的数据是线电压、线电流和三相总功率，只要换算成一相的数据，就可直接代入上式计算。

二、短路试验

1.短路试验的目的：

可测出短路阻抗Zk和变压器的铜耗pk。

2.短路试验的接线:

通常在高压侧加电压，将低压侧短路

3.短路试验的过程

电源电压由零逐渐升高，使短路电流由零逐渐升高至1.2I1N，测取其对应的Uk、Ik、pk。

注意：

由于变压器短路阻抗很小，如果在额定电压下短路，则短路电流可达（9.5～20）I1N，将损坏变压器，所以做短路试验时，外施电压必须很低，通常为（0.05～0.15）U1N，以限制短路电流。

取额定电流点计算，因所加电压低，铁心中的磁通很小，铁耗和励磁电流可以忽略，使用简化等效电路进行分析

pkN：

短路损耗，指短路电流为额定电流时变压器的损耗，pkN可作为额定电流时的铜耗。

一般认为：

r1=r2′=0.5rk；

x1=x2′=0.5xk

将室温下测得的短路电阻换算到标准工作温度75℃时的值，而漏电抗与温度无关。

短路试验在任何一方做均可，高压侧参数是低压侧的k2倍，k等于变压器高压侧一相的电压除以低压侧一相的电压。

对于三相变压器，试验中测定的数据是线电压、线电流和三相总功率，只要换算成一相的数据，就可直接按单相变压器计算。

三、短路电压

短路电压：

在短路试验中，当短路电流为额定电流时，原边所加的电压与额定电压之比的百分值，即

短路电压是变压器一个很重要的参数，其大小反映了变压器在额定负载时漏阻抗压降的大小。

从运行角度来看，希望Uk小一些，使变压器输出电压随负载变化波动小一些。

但Uk太小，变压器由于某种原因短路时短路电流太大，可能损坏变压器。

一般中、小型电力变压器的Uk=4%～10.5%，大型电力变压器的Uk=12.5%～17.5%。

四、标么值

标么值：

实际值与该物理量某一选定的同单位的基值之比

通常取各物理量对应的额定值作为基值。

取一、二次侧额定电压U1N、U2N作为一、二次侧电压的基值；

取一、二次侧额定电流I1N、I2N作为一、二次侧电流的基值；

一、二次侧阻抗的基值分别为U1N/I1N、U2N/I2N。

在各物理量原来的符号上加上一上标“*”来表示该物理量的标么值。

例如，U1*=U1/U1N。

一、外特性和电压变化率

1.外特性

外特性：

指原边加额定电压，负载功率因数一定时，副边电压U2随负载电流变化的关系，即U2=f（I2）。

变压器在纯电阻和感性负载时，副边电压U2随负载增加而降低，容性负载时，副边电压随负载增加而可能升高。

2.电压变化率

用变压器的简化相量图可推导出电压变化率的参数表达式

电压变化率的大小与负载的大小成正比。

在一定的负载系数下，短路阻抗的标么值越大，电压变化率也越大。

当负载为感性时，△U为正值,说明副边电压比空载电压低；

当负载为容性时△U有可能为负值。

当△U为负值时，说明副边电压比空载电压高。

为了保证变压器的副边波动在±

5%范围内，通常采用改变高压绕组匝数的办法来调节副边电压。

二、变压器的损耗和效率

1.变压器的损耗

变压器的损耗包括铁耗和铜耗两大类。

铁耗不随负载大小变化，也称为不变损耗；

铜耗随负载大小变化，也称为可变损耗。

2.变压器的效率

通过变压器的空载试验和短路试验，测出变压器的空载损耗和短路损耗，就可以方便的计算出任意负载下的效率。

变压器效率大小与负载大小、性质及空载损耗和短路损耗有关。

对已制成的变压器，效率与负载大小、性质有关。

当负载功率因数一定时，效率特性的效率曲线。

当铁耗（不变损耗）等于铜耗（可变损耗）时效率最大。

由于变压器总是在额定电压下运行，但不可能长期满负载。

为了提高运行的经济性，设计时，铁损应设计得小些，一般取βm=0.5～0.6，对应的铜耗与铁耗之比为3～4。

变压器额定时的效率比较高，一般在（95～98）%之间，大型可达99%以上。