变压器工作原理

第三节 单相变压器的负载运行
变压器的负载运行： 变压器的负载运行：是指变压器在一次绕组加上额定正弦 交流电压，二次绕组接负载 的情况下的运行状态， 交流电压，二次绕组接负载ZL的情况下的运行状态，如图所 示。
一、负载运行时的各物理量 负载运行时一、 负载运行时一、二次电流关系
∆I1 =− N N).I2 ( 2 1
第三章 变 压 器
本章以一般用途的电力变压器为主要研究对象， 本章以一般用途的电力变压器为主要研究对象，着重 分析单相变压器的工作原理、基本结构和运行情况， 分析单相变压器的工作原理、基本结构和运行情况，对其 他用途的变压器作简单介绍。以期掌握变压器变电压、变 他用途的变压器作简单介绍。以期掌握变压器变电压、 电流、变阻抗的原理，理解变压器铭牌数据含义； 电流、变阻抗的原理，理解变压器铭牌数据含义；学会正 确使用各种变压器。 确使用各种变压器。 变压器：是一种静止的电气设备。 1．变压器：是一种静止的电气设备。它是根据电磁感应的 原理， 原理 ， 将某一等级的交流电压和电流转换成同频率的另一 等级电压和电流的设备。 等级电压和电流的设备。 2．作用：变换交流电压、变换交流电流和变换阻抗。 作用：变换交流电压、变换交流电流和变换阻抗。
3.绝缘套管 绝缘套管 绝缘套管是变压器绕组的引出装置， 绝缘套管是变压器绕组的引出装置，将其装在变压器的 油箱上， 油箱上，实现带电的变压器绕组引出线与接地的油箱之间的 绝缘。 绝缘。 4.油箱及其附件 油箱及其附件 油箱安装变压器的铁心与绕组。 油箱安装变压器的铁心与绕组。变压器油起绝缘和冷却 作用。电力变压器附件还有安全气道、测温装置、分接开关、 作用。电力变压器附件还有安全气道、测温装置、分接开关、 吸湿器与油表等。 吸湿器与油表等。
用字母Y 分别表示一次绕组或二次绕组的星形联结。 用字母 Y或y 分别表示一次绕组或二次绕组的星形联结 。 若同时也把中点引出，则用YN或yn表示。 若同时也把中点引出，则用YN或yn表示。 YN 表示 用字母D 用字母D或d分别表示一次统组或二次绕组的三角形联 结。我国生产的电力变压器常用Yyn、Yd、YNd、Dyn等四 我国生产的电力变压器常用Yyn、Yd、YNd、Dyn等四 Yyn 种联结方式，其中大写字母表示一次绕组的联结方式，小 种联结方式，其中大写字母表示一次绕组的联结方式， 写字母表示二次绕组的联结方式。 写字母表示二次绕组的联结方式。
四、电力变压器的额定值与主要系列 1．额定容量 N ．额定容量S （1）单相变压器的额定容量为 ） SN=UN1IN1=UN2IN2 （2）三相变压器的容量为 ） SN=UN1IN= UN2IN2 2．额定电压 1N和U2N ．额定电压U （1）UN1为一次侧绕组额定电压 ） （2）UN2为二次绕组额定电压 ） 3．额定电流 N1和IN2 ．额定电流I （1）IN1是一次绕组的额定电流； ） 是一次绕组的额定电流； （2）IN2是二次绕组的额定电流。 ） 是二次绕组的额定电流。 4．额定频率 ．额定频率f 我国规定的标准工业用电频率为50HZ 我国规定的标准工业用电频率为
U 1 ≈ − E1
二次绕组的端电压等于其感应电动势： 二次绕组的端电压等于其感应电动势：
变压器一次绕组的匝数N 与二次绕组匝数N 变压器一次绕组的匝数 l与二次绕组匝数 2之比称为变压 器的电压比k， 器的电压比 ，即
为升压变压器； 当N2＞N1时，k＜1，则U2＞U1，为升压变压器；若N2＜N1， 为降压变压器。若改变电压比k k＞1，则U2＜U1，为降压变压器。若改变电压比k，即改变 一次或二次绕组匝数， 一次或二次绕组匝数，则可达到改变二次绕组输出电压时目 的。
二、变压器负载运行时的基本方程式 （一）磁通势平衡方程式 1．变压器负载运行时磁通势平衡方程式为
•
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F+F =F0 1 2 1
I1 N +I2 N =I10 N 1 2 1
• • •
•
•
•
2．电流平衡方程式为 ．
忽略I 忽略 10时，一、二次绕组电流有效值关系为 I1=I2/k
三、变压器的作用 通过对变压器负载运行的分析， 通过对变压器负载运行的分析 ， 可以清楚地看出变 压器具有变电压、变电流、变阻抗的作用。 压器具有变电压、变电流、变阻抗的作用。 （一）变换电压 U1/U2≈E1/E2=k=N1/N2 （二）变换电流 I1/I2≈N2/N1=1/k （三）变换阻抗
第二节 单相变压器的空载运行
一、空载运行时各物理量正方向的规定 图中标出各电压、电流、磁通、 图中标出各电压、电流、磁通、感应电动势的正方向
正弦量的正方向通常规定如下： 正弦量的正方向通常规定如下： 1）电源电压正方向与其电流正方向采用关联方向，即两者 电源电压正方向与其电流正方向采用关联方向， 正方向一致。 正方向一致。 2）绕组电流产生的磁通势所建立的磁通，这二者的正方向 绕组电流产生的磁通势所建立的磁通， 符合右手螺旋定则。 符合右手螺旋定则。 3）由交变磁通φ产生的感应电动势，二者的正方向符合右 由交变磁通φ产生的感应电动势， 手螺旋定则，即它的正方向与产生该磁通的电流正方向一致。 手螺旋定则，即它的正方向与产生该磁通的电流正方向一致。 由上述规定，在图中标出各电压、电流、磁通、 由上述规定，在图中标出各电压、电流、磁通、感应电动势的 正方向如图中所示。 正方向如图中所示。
四、空载电流和空载损耗
•
变压器空载运行时， 变压器空载运行时，空载电流
分解成两部分： I10分解成两部分：
1． 为无功分量， 用来建立磁场， 起励磁作用，其与主 ． 为无功分量 ， 用来建立磁场 ， 起励磁作用 ， 磁通同相位； 磁通同相位； 2．为有功分量，用来供给变压器铁心损耗，其相位超 ．为有功分量，用来供给变压器铁心损耗， 前主磁通约90 前主磁通约 0。即
二、变压器的应用与分类 1、变压器的应用 、 变压器能够变换交变电压、变换交变电流、 变压器能够变换交变电压、变换交变电流、变换阻抗的作 用 2、变压器的种类很多，按用途不同主要分为： 、变压器的种类很多，按用途不同主要分为： 1）电力变压器：供输配电系统中升压或降压用。 ）电力变压器：供输配电系统中升压或降压用。 2）特殊变压器：如电炉变压器、电焊变压器 ）特殊变压器：如电炉变压器、 3）仪用互感器：如电压互感器与电流互感器。 ）仪用互感器：如电压互感器与电流互感器。 4）试验变压器：高压试验用。 ）试验变压器：高压试验用。 5）控制用变压器：控制线路中使用。 ）控制用变压器：控制线路中使用。 6）调压器：用来调节电压。 ）调压器：用来调节电压。 三、电力变压器的基本结构 铁心、 （一）铁心、（二）绕组 、（三）绝缘套管 、（四）油箱 及附件
由此，对某台具体的变压器而言， 均为常数， 由此，对某台具体的变压器而言，f及N1均为常数，因 此当加在变压器上的交流电压有效值U 恒定时， 此当加在变压器上的交流电压有效值U1恒定时，则变压器铁 心中的磁通Φm基本保持不变。 心中的磁通Φm基本保持不变。 Φm基本保持不变
三、变压器空载运行时的电动势平衡方程式和电压比 一次绕组电动势平衡方程式 若不计一次绕组中的阻抗， 若不计一次绕组中的阻抗 ， 则外加电压几乎全部用来平 衡反电动势： 衡反电动势： • •
1.铁心 铁心 铁心是变压器的磁路部分，是绕组的支撑骨架。 铁心是变压器的磁路部分，是绕组的支撑骨架。铁心 由心柱和磁轭两部分组成，铁心用厚度为 由心柱和磁轭两部分组成，铁心用厚度为0.35mm，表面涂 ， 有绝缘漆的热轧硅钢片或冷轧硅钢片叠装而成。 有绝缘漆的热轧硅钢片或冷轧硅钢片叠装而成。 2.绕组 绕组 绕组是变压器的电路部分， 绕组是变压器的电路部分，常用绝缘铜线或铝线绕制而 成。工作电压高的绕组称为高压绕组，工作电压低的绕组称 工作电压高的绕组称为高压绕组， 为低压统组。 为低压统组。
二、感应电动势与漏磁电动势 (一)、感应电动势 若主磁通， sinωt， 则一、 若主磁通 ， φ=Φmsinωt ， 则一 、 二次绕组感应电 动势瞬时值为： 动势瞬时值为：
一、二次绕组感应电动势有效值为： 二次绕组感应电动势有效值为： 44fN E1=4.44fN1Φm 44fN E2=4.44fN2Φm
第四节 三相变压器
三相变压器组： 三相变压器组：是由三个单相变压器按一定方式连接 在一起组成的。如下图所示。 在一起组成的。如下图所示。 三相变压器组各相之间只有电的联系，没有磁的联系。 三相变压器组各相之间只有电的联系，没有磁的联系。 三相心式变压器： 三相心式变压器：将三个铁心柱用铁轭连在一起来构 成三相心式变压器。 成三相心式变压器。 一、三相变压器的磁路系统 （一）三相变压器组的磁路
2．电压变化率 ．
（二）变压器的效率特性 变压器的效率特性：是指负载功率因数cosφ2不变的 变压器的效率特性：是指负载功率因数 情况下，变压器效率随负载电流变化的的关系， 情况下，变压器效率随负载电流变化的的关系，即曲线 如下图所示。 η＝f（I2），如下图所示。 ＝（ 对于电力变压器，最大效率出现在 （ 对于电力变压器，最大效率出现在I2=（0.5~0.7） ） I2N时，其额定效率ηN＝0.95－0.99。 其额定效率 － 。
上式表明，经变压器把负载 ZL 阻抗变换为 ZL' 。通 过选择合适的电压比k，可把实际负载阻抗变换为所需的 阻抗值，这就是变压器的变换阻抗作用。
四、变压器的运行特性 1．变压器运行特性主要有：（1）外特性（2）效率特性。 ．变压器运行特性主要有： ）外特性（ ）效率特性。 2．运行的主要指标为：（1）电压变化率（2）效率 ．运行的主要指标为： ）电压变化率（ ） （一）变压器的外特性和电压变化率 1．变压器的外特性： 是指在一次绕组加额定电压，负载功率因数 是指在一次绕组加额定电压，负载功率因数cosφ2为额定 值 时 ， 二 次 绕 组 端 电 压 U2 随 负 载 电 流 I2 的 变 化 关 系 ， 即 U2=f(I2) 曲线，如下图所示。 曲线，如下图所示。 在纯电阻负载时，电压变化较小；为感性负载时， 在纯电阻负载时，电压变化较小；为感性负载时，电压 变化较大；而在容性负载时， 变化较大；而在容性负载时，端电压可能出现随负载电流的 增加反而上升，如下图中曲线 所示 所示。 增加反而上升，如下图中曲线3所示。