变压器的工作原理及特性ppt课件.ppt

《变压器的工作原理及特性ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变压器的工作原理及特性ppt课件.ppt（58页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、知识目标： 掌握变压器的工作原理以及运行特性技能目标： 能计算变压器的电压、电流、电阻的变换,教学目标,8.2 变压器的工作原理及特性,教学内容,8.2.1 变压器的原理8.2.2 变压器的结构8.2.3 变压器的种类8.2.4 变压器的额定值8.2.5 变压器的运行特性,磁路的欧姆定律？,磁路的基本物理量有哪些？,课前复习提问,新课讲解,电能,机械能,电能,电动机,变压器,什么叫变压器？什么用途？,变压器是一种静止电器,它通过线圈间的电磁感应,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.,变压器是在一个闭合的铁心磁路中安装了原边绕组(称一次绕组)和副边绕组(称二次绕组),

2、当变压器的一次则绕组加上交流电压，该绕组中就会有交流电流流过，于是在铁心磁路中就产生了交变磁通，根据法拉第电磁感应定律可知，一次侧和二次侧绕组中都将产生感应电动势，其大小分别为：,8.2 .1变压器的工作原理,一、单相变压器基本工作原理,变压器是在一个闭合的铁心磁路中安装了原边绕组(称一次绕组)和副边绕组(称二次绕组),变压器基本工作原理,变压器是在一个闭合的铁心磁路中安装了原边绕组(称一次绕组)和副边绕组(称二次绕组),即变压器一次侧与二次侧电压之比等于绕组的匝数比。因此，只要适当地调节变压器一次侧、二次侧绕组的匝数比，就可以输出各种不同等的电压，达到变压的目的。,变压器基本工作原理,变压器

3、是在一个闭合的铁心磁路中安装了原边绕组(称一次绕组)和副边绕组(称二次绕组),于是将变压器一次侧交流电能，经电磁转换关系，传送到了变压器的二次侧。应注意的是，变压器可以通过改变变比达到变压的目的，但传送的功率是不能变化的，即不能变功率。,N1,N2,1、变压器的空载运行与变换电压原理,显然，改变线圈绕组的匝数即可实现电压的变换。且k1时为降压变压器；k1时为升压变压器。,变压比，简称变比,变压器的有载运行与变换电流原理,能量传递过程中，变压器在变换电压的同时也变换了电流。,2、变压器的阻抗变换作用,变压器输出电压u2随负载电流 i2变化的关系称为它的外特性，即：,cos(-2)=0.8超前,c

4、os2=1,cos2=0.8滞后,3. 变压器的外特性,u2f（i2）,外特性可用右图所示曲线描述。,(1)负载为纯电阻性质时，cos=1，输出电压u2随负载电 流i2的增加略有下降；,结论,负载的功率因数对变压器的外特性影响很大。,(2)负载为感性时，u2随i2的增加下降的程度加大；,(3) 负载为容性时，输出特性曲线呈上翘状态，说明u2随 i2的增加反而加大。,变压器外特性变化的程度，可以用电压调整率U%来表示。电压调整率定义为：变压器由空载到额定I2N满载时，副边输出电压u2的变化程度。,4. 电压调整率,电压调整率反映了变压器运行时输出电压的稳定性，是变压器的主要性能指标之一。,为减少

5、涡流损耗，铁心一般由导磁钢片叠成。,变压器的损耗包括两部分：,铜损 (PCu) ：绕组导线电阻的损耗。,涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感 应电流(涡流)造成的损耗。,铁损(PFe )：,变压器的效率为,一般 95% ,负载为额定负载的(5075)%时，最大。,输出功率,输入功率,5. 变压器的损耗和效率,某单相变压器的额定容量SN=100KVA，额定电压为10/0.23KV，当满载运行时，U2=220V，求Ku、I1N、I2N。解,磁路系统,1、组式磁路变压器,2、心式磁路变压器,特点是：三相磁路彼此无关联。,特点是：三相磁路彼此有关联。,二、三相变压器基本工作原理,3、变压器的端头标号,三

6、、三相变压器的连接组别,连接组别：反映三相变压器连接方式及一、二次线电动势（或线电压）的相位关系。,三相变压器的连接组别不仅与绕组的绕向和首末端标志有关，而且还与三相绕组的连接方式有关。,理论和实践证明，无论采用怎样的连接方式，一、二次侧线电动势（可电压）的相位差总是300的整数倍。因此可以采用时钟表示法 作为时钟的分针，指向12点， 作为时钟的时针，其指向的数字就是三相变压器的组别号。组别号的数字乘以300，就是二次绕组的线电动势滞后于一次侧电动势的相位角。,连接组别可以用相量图来判断：,若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可以得到Y,y4、Y,y8连接组别。,1、Y，y连接,

7、同名端在对应端，对应的相电动势同相位，线电动势 和 也同相位，连接组别为Y，y0。,同理，若异名端在对应端，可得到Y，y6、Y,y10和Y,y2连接组别。,若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可以得到Y,d3、Y,d7连接组别。,2、Y，d连接-11,同名端在对应端，对应的相电动势同相位，线电动势 和 相差3300，连接组别为Y，d11。,同理，若异名端在对应端，可得到Y，d5、Y,d9和Y,d1连接组别。,若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可以得到Y,d5、Y,d9连接组别。,3、Y，d连接-1,同名端在对应端，对应的相电动势同相位，线电动势 和 相差300，连

8、接组别为Y，d1。,同理，若异名端在对应端，可得到Y，d7、Y,d11和Y,d3连接组别。,总之，对于Y，y（或D，d）连接，可以得到0、2、4、6、8、10等六个偶数组别；而Y，d（或D，y）连接，可以得到1、3、5、7、9、11等六个奇数组别。,变压器的连接组别很多，为了便于制造和并联运行，国家标准规定，Y，yn0、Y，d11、YN，d11、YN，y0和Y，y0连接组为三相双绕组电力变压器的标准连接组别。,其中前三种最为常用：Y,yn0 连接的二次绕组可以引出中线，成为三相四线制，用作配电变压器时可兼供动力和照明负载。Y,d11连接用于低压侧电压超过400V的线路中。YN,d11连接主要用

9、于高压输电线路中，使电力系统的高压侧可以接地。,磁路系统和绕组连接方式对电动势波形的影响,i0中有无i03 ,看电路连接中有无i03通路，Y连接中，无i03通路,i0为正弦波;YN或D连接,i03可以在绕组中流过，i0为尖顶波。,单相变压器，当磁路饱和时，u1为正弦波，和e1也是正弦波，而i0为尖顶波分解为基波i01和三次谐波i03（忽略其它高效次谐波）。,对三相变压器，由于绕组的连接方式不同，i0 中可能i03 ，使和e1为非正弦波同样可分解为基波和三次谐波（忽略其它高效次谐波） 。,中有无3 ，看磁路结构，三相组式变压器， 3可以在铁心中流过， 为平顶波；三相心式变压器， 3不能在铁心中流

10、过，只能借助油和油箱壁等形成回路，磁路磁阻很大， 3很小， 基本为正弦波。,一、Y，y连接的三相变压器,一次侧Y接线，i03=0，i0为正弦波，磁通应为平顶波。,（2）对三相心式变压器，3不能在铁心中流过，只能借助油和油箱壁等形成回路，磁路磁阻很大， 3很小， 基本为正弦波，感应电动势 e 也基本为正弦波 。但通过油箱壁时将产生涡流损耗，造成局部过热，降低变压器的效率，因此，容量大于1800kVA时，不宜采用心式Y，y连接。,（1）对三相组式变压器，3可以在铁心中存在，所以为平顶波，感应电动势e 为尖顶波，其中的三次谐波幅值可达基波幅值的45%60%，使相电动势的最大值升高很多，可能击穿绕组绝

11、缘，因此，三相组式变压器不采用Y，y连接。,二、YN，y连接的三相变压器,一次侧YN接线，i03可以流过，i0为尖顶波，磁通应为正弦波，感应电动势 e 也为正弦波 。,一次绕组Y连接， i03=0， i0为正弦波，应为平顶波，其中的3在二次绕组中感应电动势e23，并在D内产生i23。i23建立的磁通23大大削弱3的作用，因此合成磁通和电动势均接近正弦波。,三、D，y连接的三相变压器,一次侧D接线，i03可以流过，i0为尖顶波，磁通应为正弦波，感应电动势 e 也为正弦波 。,四、Y，d连接的三相变压器,五、Y，yn连接的三相变压器,二次侧 yn 接线，负载时可以为三次谐波提供通路，使相电动势波形

12、得到改善。但是由于负载的影响，产生i23不能很大，所以相电动势波形不能得到很好改善，这种情况基本与Y，y连接一样，只适用于容量较小的三相心式变压器，而组式变压器仍然不采用。,结论：,（1）变压器一次侧是YN连接时，电动势波为正弦。,（2）变压器有一侧是D连接时，电动势波为正弦。,（3）无论相电动势是否为正弦波，但线电动势一定是正弦波。,（4）若一定需要Y，y连接，则可以增加第三绕组，采用D接线,8.2.2. 变压器的基本结构,N1,N2,用硅钢片叠压制成的变压器铁芯。,与电源相接的一次侧绕组。,与负载相接的二次侧绕组。,变压器的主体结构是由铁芯和绕组两大部分构成的。变压器的绕组与绕组之间、绕组

13、与铁芯之间均相互绝缘。,1油阀；2；绕组3，铁心；4，油箱；5，分接开关；6低压导管；7，高压导管；8，瓦斯继电器；9防爆筒；10，油位器；11油枕；12，吸湿器；13，铭牌；14。温度计15 小车,根据变压器原理可知，变压器主要由两大部分组成：变压器磁路部分铁心；变压器电路部分一、二次绕组。在大型电力变压器中还有其它辅助部件。,变压器的基本结构,变压器磁路部分铁心；铁心材料 铁心结构铁心叠片形式,变压器铁心一般都采用高导率的电工材料迭成。选用高导磁材料，是为了提高磁效率；采用硅钢片选装则是为了减小铁心损耗，简称铁损（涡流损耗）。硅钢片可分热轧硅钢片与冷轧硅钢片两类，冷轧硅钢片的磁性能较好，损

14、耗较小，为目前制作变压器铁心的主要材料。,变压器的基本结构,变压器磁路部分铁心；铁心材料 铁心结构铁心叠片形式,按照绕组套入铁心的形式，铁心可分为心式结构和壳式结构两种。心式结构，变压器铁心被线圈包围；壳式结构，变压器铁心的最外层包围着线圈。心式铁心的结构简单、省料，因此为大多电力变压器采用。,心式结构,壳式结构,变压器的基本结构,变压器磁路部分铁心；铁心材料 铁心结构铁心叠片形式,大中型变压器一般采用硅钢片交错叠装方式，如图所示，各层磁路接缝斜形互相错开，可减小气隙和磁阻；,变压器的基本结构,变压器磁路部分铁心；铁心材料 铁心结构铁心叠片形式,小型变压器多采用E、F、形等冲片交替叠装而成，如

15、图所示。, 芯式变压器绕组和铁芯的装配示意图,绕组同芯套装在变压器铁心柱上，低压绕组在内层，高压绕组套装在低压绕组外层，以便于绝缘。, 绕组的基本型式同心式, 同心式铁心式变压器常用。高压绕组和低压绕组均做成圆筒形，然后同芯地套在铁心柱上 ，为便于绝缘，通常低压绕组在里面，高压绕组在外面 ，中间加绝缘纸筒绝缘,三相心式变压器外观示意图,高压,低压,绕组的基本型式交叠式,交叠式 壳式变压器常用。高压绕组和低压绕组各分为若干个线饼，沿着铁芯柱的高度交错地排列着,油箱和冷却装置,变压器油冷却、绝缘 绝缘：绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间 散热：热量通过油箱壳散发，油箱有许多散热油管，以增大散热面积。

16、采用内部油泵强迫油循环，外部用变压器风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱,油箱机械支撑、冷却散热、,变压器运行时产生热量，使变压器油膨胀，储油柜中变压器油上升，温度低时下降。储油柜使变压器油与空气接触面较少， 减缓了变压器油的氧化过程及吸收空气中的水分的速度。呼吸,保护作用,当变压器出现故障时，产生的热量使变压器油汽化，气体继电器动作，发出报警信号或切断电源。如果事故严重，变压器油大量汽化，油气冲破安全气道管口的密封玻璃，冲出变压器油箱，避免油箱爆裂。,平板式 小容量排管式 较大容量散热气式 大容量强迫油循环大容量,气体继电器, 冷却装置,油泵为了加快散热，有的大型变压器采用内部 油泵强迫油循环

17、风扇外部用变压器风扇吹风 自来水冲淋变压器油箱。这些都是变压器的冷却装置。,绝缘套管,绝缘套管由中心导电杆与瓷套组成。导电杆穿过变压器油箱、在油箱内的一端与线圈的端点联接，在外面的一端与外线路联接。低压引比线一般用纯瓷套管，高压引线一般用充油或电容式套管套管外形常做成伞形，电压越高、级数愈多。,保护装置,储油柜储油柜使变压器油与空气接触面变小，减缓了变压器油的氧化和吸收空气水分的速度。从而减缓了油的变质。气体继电器故障时,热量会使变压器油汽化，触动气体继电器发出报警信号或切断电源安全气道（防爆筒）如果是严重事故，变压器油大量汽化，油气冲破安全气道管口的密封玻璃，冲出变压器油箱，避免油箱爆裂。吸

18、湿器 （呼吸器）内装硅胶（活性氧休铝），用以吸收进入储油柜中空气的水分净油器过滤油中杂质，改善变压器油的性能,变压器的外型和器身图,8.2.3变压器的分类,按绕组分为： 双绕组变压器 三绕组变压器 自耦变压器,按相数分为： 单相变压器 三相变压器 多相变压器,(4)按冷却方式： 油浸自冷变压器,(3)按用途分为：,油浸水冷变压器,干式空气自冷变压器,油浸风冷变压器,升压变压器,降压变压器,隔离变压器,试验、仪用等变压器,特种变压器：实验、电炉、整流、电焊,电炉、整流变压器,电力变压器类别-调压方式,有载调压变压器,无载调压变压器,电力变压器的类别用途分：升压、降压,8.2.4、 变压器的额定数

19、据,2、额定电压（线压）,1、额定容量（视在功率）,3、额定电流（线电流）,* 一次绕组额定电压,，单位为VA或kVA,，单位为V或kV,单位A,Y接：,接：,8.2.5 变压器的运行特性,1 电压变化率,用相量图可以推导出电压变化率的表达式：,定义：是指一次侧加50Hz额定电压、二次空载电压与带负载后在某功率因数下的二次电压之差，与二次额定电压的比值，即,电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之一,它大小反映了供电电压的稳定性。,由表达式可知，电压变化率的大小与负载大小、性质及变压器的本身参数有关。,2 损耗、效率及效率特性,铁损耗与外加电压大小有关，而与负载大小基本无关，故也称为不变损耗

20、。,一、变压器的损耗,铜损耗分基本铜损耗和附加铜损耗。基本铜损耗是在电流在一、二次绕组直流电阻上的损耗；附加损耗包括因集肤效应引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。,变压器的损耗主要是铁损耗和铜损耗两种。,铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗。基本铁损耗为磁滞损耗和涡流损耗。附加损耗包括由铁心叠片间绝缘损伤引起的局部涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。,铜损耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。,效率大小反映变压器运行的经济性能的好坏，是表征变压器运行性能的重要指标之一。,效率及效率特性,效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。,其中,效率表达式,变压器效率的大小与

21、负载的大小、功率因数及变压器本身参数有关。,效率特性：在功率因数一定时，变压器的效率与负载电流之间的关系=f(),称为变压器的效率特性。,即当铜损耗等于铁损耗(可变损耗等于不变损耗)时,变压器效率最大：,或,为了提高变压器的运行效益，设计时应使变压器的铁损耗小些。,令 ,则,3 变压器的并联运行,并联运行的理想条件,并联运行的优点：,并联运行是指将几台变压器的一、二次绕组分别接在一、二次侧的公共母线上，共同向负载供电的运行方式。,并联运行的理想情况是：,1、空载时各变压器绕组之间无环流；,2、负载后，各变压器的负载系数相等；,3、负载后，各变压器的负载电流与总的负载电流同相位。,1、提高供电的

22、可靠性；,2、提高供电的经济性。,为了达到上述理想运行情况，并联运行的变压器需满足以下条件：,1、各变压器一、二次侧的额定电压分别相等，即变比相同；,2、各变压器的连接组别相同；,3、各变压器的短路阻抗（短路电压）的标么值相等，且短路阻抗角也相等。,其中，第二条必须绝对满足。,变压器运行规程规定：在任何一台变压器不过负荷的情况下，变比不同和短路阻抗标么值不等的变压器可以并联运行。又规定：阻抗标么值不等的变压器并联运行时，应适当提高短路阻抗标么值大的变压器的二次电压，以使并联运行的变压器的容量均能充分利用。,为了使各台变压器所承担的电流同相位，要求各变压器的短路阻抗角相等。一般来说，变压器容量相差越大，短路阻抗角相差也越大，因此要求并联运行的变压器的最大容量之比不超过3：1。,谢谢大家！,品质改变世界quality changes the world,