变压器工作原理.ppt

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1、2/13/20231电力变压器的工作原理电力变压器的工作原理一、变压器基本原理二、变压器空载特性 三、变压器负载特性四、电力变压器的型号五、三相变压器2/13/20232变压器发展史18841884年匈牙利人制造出世界第一台变压器。（闭合铁心式）年匈牙利人制造出世界第一台变压器。（闭合铁心式）19171917年我国上海华生电器制造厂生产出我国第一台变压器年我国上海华生电器制造厂生产出我国第一台变压器19531953年我国沈阳变压器厂制造出第一台仿苏年我国沈阳变压器厂制造出第一台仿苏13500/11013500/110单相变压器。单相变压器。19541954年我国沈阳变压器厂制造出第一台单相规格

2、年我国沈阳变压器厂制造出第一台单相规格20000/15420000/154变压器。变压器。19581958年年8 8月我国沈阳变压器厂制造出第一台单相仿苏月我国沈阳变压器厂制造出第一台单相仿苏40000/22040000/220变变压器。压器。19601960年年3 3月我国沈阳变压器厂制造出第一台月我国沈阳变压器厂制造出第一台330kV330kV变压器。变压器。19791979年年1212月我国沈阳变压器厂制造出第一台单相月我国沈阳变压器厂制造出第一台单相500kV500kV型号型号DFPS-DFPS-250000/500250000/500变压器。变压器。20052005年年4 4月月2

3、2日保定天威通过日保定天威通过750kV750kV型号型号ODFPS-500000/750ODFPS-500000/750变压器变压器试验。试验。20092009年年1 1月月6 6日特变电工沈阳变压器公司生产的日特变电工沈阳变压器公司生产的1000kV1000kV型号型号ODFS-ODFS-1000000/10001000000/1000变压器投入运行。变压器投入运行。2/13/20233世界上第一台闭合铁心变压器我国第一台交流1000kV变压器2/13/20234一、变压器基本工作原理一、变压器基本工作原理 变压器是一种静止电器变压器是一种静止电器, ,它通过线圈间的电它通过线圈间的电磁感

4、应磁感应, ,将一种电压等级的交流电能转换成同频将一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能率的另一种电压等级的交流电能. . 变压器是利用电磁感应原理工作，它是由变压器是利用电磁感应原理工作，它是由相互绝缘且匝数不等的两个绕组（构成电路），相互绝缘且匝数不等的两个绕组（构成电路），套装在有良好导磁性能材料叠成的铁心上套装在有良好导磁性能材料叠成的铁心上( (构成构成磁路），两绕组之间只有磁的耦合而没有电的磁路），两绕组之间只有磁的耦合而没有电的联系。联系。2/13/20235 变压器的一次绕组（一次绕组）与交流电源接通后，变压器的一次绕组（一次绕组）与交流电源接通后，经绕组

5、内流过交变电流产生磁动势经绕组内流过交变电流产生磁动势 ，在这个磁动势作，在这个磁动势作用下，铁芯中便有交变磁通用下，铁芯中便有交变磁通 ，即一次绕组从电源吸取，即一次绕组从电源吸取电能转变为磁能，电能转变为磁能， 在铁芯中同时交（环）链原、副边在铁芯中同时交（环）链原、副边绕组（二次绕组），由于电磁感应作用，分别在原、二绕组（二次绕组），由于电磁感应作用，分别在原、二次绕组产生频率相同的感应电动势。如果此时二次绕组次绕组产生频率相同的感应电动势。如果此时二次绕组接通负载，在二次绕组感应电动势作用下，便有电流流接通负载，在二次绕组感应电动势作用下，便有电流流过负载，铁芯中的磁能又转换为电能。这

6、就是变压器利过负载，铁芯中的磁能又转换为电能。这就是变压器利用电磁感应原理将电源的电能传递到负载中的工作原理。用电磁感应原理将电源的电能传递到负载中的工作原理。n n E1=4.44fN1BmS10-4 n E2=4.44fN2BmS10-4 2/13/20236 在主磁通的作用下，两侧的线圈分别产生感应电势，电势的大小与匝数成正比，K为变压器变比。 变压器匝数多的一侧电流小，匝数少的一侧电流大。变压器的原、副线圈匝数不同，起到了变压器作用。 变压器一次侧为额定电压时，其二次侧电压随着负载电流的大小和功率因素的高低而变化。 变压器电流之比与一、二次绕组的匝数成反比，即2/13/20237 二二

7、. .变压器的空载特性变压器的空载特性 变压器一次绕组接电变压器一次绕组接电源，二次绕组开路，负源，二次绕组开路，负载电流为零，这种情况载电流为零，这种情况即为变压器的空载运行。即为变压器的空载运行。 N N1 1和和N N2 2为一、二次绕组为一、二次绕组的匝数分别绕在两个铁的匝数分别绕在两个铁心柱上。心柱上。2/13/20238主磁通与漏磁通的区别主磁通与漏磁通的区别1 1）性质上：）性质上：mm与与 I I0 0 成非线性关系；成非线性关系； L1L1 与与 I I0 0 成线性关系成线性关系； 2 2）数量上：）数量上： mm占占99%99%以上，以上， L1L1仅占仅占1%1%以下以

8、下；3 3）作用上：）作用上： 起传递能量的作用，起传递能量的作用， 起漏抗压降作用。起漏抗压降作用。各电磁量参考方向的规定一次侧遵循电动机惯例，二次侧遵循发电机惯例。一次侧遵循电动机惯例，二次侧遵循发电机惯例。磁通与产生它的电流之间符合右手螺旋定则；电动势与感应磁通与产生它的电流之间符合右手螺旋定则；电动势与感应它的磁通之间符合右手螺旋定则。它的磁通之间符合右手螺旋定则。2/13/20239 空载电流和空载损耗空载电流和空载损耗一、空载电流作用与组成空载电流空载电流I I0 0包含两个分量，一个是励磁分量包含两个分量，一个是励磁分量I I0 0a a，作用是建立，作用是建立磁场，另一个是铁损

9、耗分量磁场，另一个是铁损耗分量I I0 0r r，主要作用是供铁损耗。，主要作用是供铁损耗。性质性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电流主要是感性无功性质电流主要是感性无功性质也称励磁电流；也称励磁电流；大小大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关，用空载电流百分数关，用空载电流百分数I I0 0%来表示来表示：00N100II %I2/13/202310t0i3211230i3、空载电流波形由于磁路饱和，空载电流由于磁路饱和，空载电流与由它产生的主磁通呈非与由它产生的

10、主磁通呈非线性关系。线性关系。 当磁通按正弦规律变化时，当磁通按正弦规律变化时，空载电流呈尖顶波形。空载电流呈尖顶波形。 当空载电流按正弦规律变化当空载电流按正弦规律变化时，主磁通呈尖顶波形。时，主磁通呈尖顶波形。实际空载电流为非正弦波，但为了分实际空载电流为非正弦波，但为了分析、计算和测量的方便，在相量图和析、计算和测量的方便，在相量图和计算式中常用正弦的电流代替实际的计算式中常用正弦的电流代替实际的空载电流。空载电流。2/13/202311 变压器空载时一次侧从电源吸收少量的有功功率P0，供给铁心损耗PFe和绕组损耗IR由于I和R均很小，所以即空载损耗近似为铁心损耗对于已制成变压器，铁损与

11、磁通密度幅值的平方成正比，与对于已制成变压器，铁损与磁通密度幅值的平方成正比，与电流频率的电流频率的1.31.3次方成正比，即次方成正比，即空载损耗空载损耗约占额定容量的空载损耗约占额定容量的0.1%-1%0.1%-1%，而且随变压器容量的增大，而且随变压器容量的增大而下降。为减少空载损耗，改进设计结构的方向是采用优质铁而下降。为减少空载损耗，改进设计结构的方向是采用优质铁磁材料：优质硅钢片、激光化硅钢片或应用非晶态合金。磁材料：优质硅钢片、激光化硅钢片或应用非晶态合金。2/13/202312 可见，影响主磁通大小的因素有电源电压和频率，以及一可见，影响主磁通大小的因素有电源电压和频率，以及一

12、次线圈的匝数。次线圈的匝数。U1=-E1-E1+I0R1=-E1+I0R1+jI0X1=-E1+Z1I0一、电动势平衡方程和变比空载时的电动势方程、等效电路和相量图1.电动势平衡方程1.1一次侧电动势平衡方程忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有U1E1=4.44fN1m11114.444.44mEUfNfN则2/13/2023132 2、变比、变比定义定义112112022NNUUENkENUU 对三相变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近似对三相变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近似为额定相电压之比，具体为为额定相电压之比，具体为Y，d接线接线NNU3Uk21 NNUU3k2

13、1D，y接线接线(2)二次侧电动势平衡方程 U2=E22/13/202314空载时的等效电路和相量图空载时的等效电路和相量图等效电路等效电路一次侧的电动势平衡方程为一次侧的电动势平衡方程为空载时等效电路为空载时等效电路为基于E1=-jI0X1表示法，感应的电动势E1也用电抗压降表示，由于在铁心引起铁损PTE，所以还要引入一个电阻Rm,用I20Rm等效PTE,即E1=I0(Rm+jXm)U1=-E1+I0Z1=I0(Rm+jXm+I0(R1+jX1)2/13/202315mmmZ,X,R励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。由于磁路具有饱励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。由于磁路具有饱和特性所以和特性所以

14、不是常数，随磁路饱和程度增大而减小。不是常数，随磁路饱和程度增大而减小。mmmjXRZ11XX,RRmm由于由于 ，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只是一个是一个 元件的电路。在元件的电路。在 一定的情况下，一定的情况下， 大小取决于大小取决于 的大小。从运行角度讲，希望的大小。从运行角度讲，希望 越小越好，所以变压器常采用越小越好，所以变压器常采用高导磁材料，增大高导磁材料，增大 ，减小，减小 ，提高运行效率和功率因数。，提高运行效率和功率因数。 mZmZ0I0ImZ1U0I2/13/2023162 2、相量图、相量图根据前面所学的方程，可作根据前面所学的

15、方程，可作出变压器空载时的相量图：出变压器空载时的相量图：（1）以 为参考相量m（2） 与 同相， 滞后 ，mar0III00090aI0rI01E（3） 滞后 ， - -E E1 1 ；090m21E,E1001XI j,IR（4）1U（5）maI0rI00I1E1E2E10XI j01IR1U2/13/202317空载运行小结空载运行小结（1 1）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡, ,若忽若忽略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定. .（2 2）主磁通大小由电源电压、电源频率和一

16、次线圈匝数决定，）主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。（3 3）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。（4 4）电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的电流的比）电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的电流的比值，线性磁路中，电抗为常数，非线性电路中，电抗的大小随值，线性磁路中，电抗为常数，非线性电路中，电抗的大小随磁路的饱和而减小。磁路的饱和而减小。2/13/202318 2. 2.变压器的负变压器的负载运行载运行 一次侧接交流电一次侧接交流电源，二次侧接负源，二次侧接负载，二次侧中便载，二次侧中便有负载电流流过，有负载电流流过，这种情况称为负这种情况称为负载运行。载运行。 2/13/202319 单相变压器的负载运行 负载运行时的电磁关系负载运行时的电磁关系变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次接变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电