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1、,第十七单元 变压器,P355,引述,输配电系统示意图,3.1520 kV,380 V/220 V,发电厂,工厂,概述：,1、什么是变压器：,变压器是一种通过电磁感应原理，将一种交流的电压、电流系统转换成相同频率的另一种交流的电压、电流系统，进行电能传递的静止的电气设备。,概念：交流电、同频率、静止的。,一、电流的磁效应及电磁感应定律,回顾：,电磁感应定律：导体相对磁场作切割磁感线运动或者线圈中的磁通发生变化时，导体或线圈中就会产生感生电动势，当导体或线圈是闭合回路的一部分，就会产生感生电流。,动电生磁；动磁生电,电流的磁效应：电流周围总是存在磁场，电流和磁场有着不可分割的联系，磁场总是伴随着
2、电流而存在的。,直流电周围存在的是稳衡磁场;交流电周围存在的是交变磁场。,2、变压器的工作原理,二、线圈中磁通变化产生感生电动势,结论：当穿过线圈中的磁通量发生变化时，在线圈回路中就会产生感生电动势和感生电流。,当磁铁插入线圈时，线圈中有电流流过,当磁铁拔出线圈时，线圈中也有电流流过，但方向与插入时相反,当磁铁静止在线圈时，线圈中没有电流流,三、法拉第电磁感应定律,1、内容,线圈的匝数，匝；,N匝线圈的磁通变化量，Wb；,磁通变化所需的时间，s；,单匝线圈的磁通变化量，Wb；,在 时间内感应电动势的平均值，V。,2、数学表达式,线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通变化的速度（即变化率）成正比。,
3、公式中的负号表示感应电流产生的磁通总是企图阻碍原磁通的变化。实际中判断感应电动势的方向还是楞次定律更方便，公式只用来计算感应电动势的大小。,四、自感现象与互感现象,由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫自感现象。,1、自感现象,当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感现象。,互感电动势：互感现象中产生的感应电动势，称为互感电动势（eM）。,2、互感现象,自感电动势：自感现象中产生的感应电动势，称为自感电动势（eL）。,互感系数与两线圈的结构、磁介质和相对位置有关。,3、决定互感系数大小的因素,如图所示两个线圈完全耦合时，互感系数最大,如图所示两个线圈相互垂
4、直时，互感系数最小,L1线圈磁感线与L2线圈截面平行，互感系数最小（M=0）,L1线圈的磁感线同时穿过L2线圈，互感系数最大,四、软磁材料、硬磁材料、矩磁材料的磁滞回线,1）软磁材料,应用：硅钢片（变压器、电机、电磁铁的铁芯）铁氧体（非金属）（作高频线圈的磁芯材料）,特点：磁导率大、矫顽力小，容易磁化也容易去磁；磁滞回线包围面积小，磁滞损耗小,Hc,纯铁，硅钢坡莫合金(Fe，Ni)，铁氧体等。,特点：剩余磁感应强度（剩磁）大、矫顽力大；不容易磁化、也不容易去磁；磁滞回线宽、磁滞损耗大。,2）硬磁材料,应用：作永久磁铁 永磁喇叭,钨钢，碳钢，铝镍钴合金,应用：用于记忆元件，当正脉冲产生HHC使磁
5、芯呈+B状态，则负脉冲产生H HC使磁芯呈 B状态，构成了“0”与“1”二进制的两个状态。,3）矩磁材料：,特点：磁滞回线呈矩形状，Br=BS，Hc不大。,锰镁铁氧体，锂锰铁氧体,五、涡流与涡流损耗,1、涡流的产生,当铁心线圈通过交流电流时，铁心内的交变磁通会产生感生电势，进而在铁心内引起环流。这些环流通常作涡流状流动，称为涡流。（如图所示）,2、涡流损耗：涡流使铁心发热引起的损耗。,克服方法：为了减小涡流损耗，当线圈用于一般工频交流电时，可将0.35 mm和0.5 mm片间相互绝缘的硅钢片叠成铁心，如图所示，这样将涡流限制在较小的截面内流通。,2、变压器的工作原理,电磁感应原理,（动电生磁，
6、动磁生电）,3、变压器的作用,下页,a、改变电压：将一定数值的电压转换成同频率的另一数值的电压；,b、改变电流；将一定数值的电流转换成同频率的另一数值的电流；,c、阻抗变换：将一定数值的阻抗变换成另一数值的阻抗；,d、改变相位：使输入（原边）与输出（副边）的相位不同。,例 电力变压器,例 电流互感器,阻抗匹配,变压器的联接组别,3、变压器的作用,一、按用途分类：,电力变压器：升压变压器、降压变压器（输配电用）,特殊电源用变压器：电炉变压器、电焊变压器等,调压器：自耦变压器、感应变压器,仪用变压器：电压互感器、电流互感器,试验变压器：输出特高压以供设备耐压试验用,控制变压器：机床控制变压器等，通
7、常容量很小,第一节 变压器的种类,二、按绕组数分类：,自耦变压器（次级绕组是初级绕组的一部分）,双绕组变压器,三绕组变压器：可输入（或输出）两种电压（相当于两台变压器作用）,多绕组变压器（见P366 例17-2）,按铁芯形式,按铁芯结构辐射形、渐开线等,三、按铁芯分类：,按铁芯形式,按铁芯结构辐射形、渐开线等,心式：P359 图17-3（铜包铁、下图）,壳式：P359 图17-4（铁包铜）,左图中：1-铁芯柱 2-上铁轭 3-下铁轭 4、5-高(外)低压（内）绕组,四、按相数分类：,单相、三相、多相,五、按冷却方式分类：,油浸式变压器 油循环冷却,干式变压器 空气流动冷却,充气式变压器 用化学
8、气体冷却，如六氟化硫（SF6）,五、按冷却方式分类：,油浸式变压器 油循环冷却,干式变压器 空气流动冷却,充气式变压器 用化学气体冷却，如六氟化硫（SF6）,第二节 变压器的铭牌数据（P356）,一、型号,三相,铝线,设计序号,额定容量KVA,高压侧额定电压KV,型号：由汉语拼音组成的基本代号，由短横线隔开，后两组数字，前一组表示额定容量后一组表示额定电压。,1、额定电压,额定电压U1N/U2N单位为V或者kV。U1N为正常运行时一次侧应加的电压。U2N为一次侧加额定电压、二次侧处于空载状态时的电压。,二、变压器的额定数据,三相变压器中，额定电压指的是线电压,2、额定电流,额定电流I1N/I2
9、N单位为A或者kA。是变压器正常运行时所能承担的电流。,在三相变压器中均代表线电流。,3、额定容量,额定容量SN单位为VA/KVA/MVA SN为变压器的视在功率。通常把变压器一、二次侧的额定容量设计为相同。,4、额定频率,单位为Hz，fN=50Hz,5、温升,变压器在额定运行时允许超出周围的标准温度环境温度（40C）的数值称为温升。,温升取决于绝缘材料的等级,此外，铭牌上还会给出三相联接组以及相数m/阻抗电压Uk/型号/运行方式/冷却方式/重量等数据。,此外，铭牌上还会给出三相联接组以及相数m/阻抗电压Uk/型号/运行方式/冷却方式/重量等数据。,第三节 变压器的基本结构（P358）,一、三
10、相电力变压器的结构,绕组是变压器的电路，铁心是变压器的磁路。二者构成变压器的电磁部分。,变压器主要部件是绕组和铁心。,型式：心式（铜包铁）壳式（铁包铜）材料：一般由0.35mm/0.5mm冷轧(也用热轧)硅钢片叠成。,(1)铁心,铁心结构图,铁心交叠：相邻层按不同方式交错叠放，将接缝错开。偶数层刚好压着奇数层的接缝，从而减少了磁阻，便于磁通流通。,铁心交叠：相邻层按不同方式交错叠放，将接缝错开。偶数层刚好压着奇数层的接缝，从而减少了磁阻，便于磁通流通。,壳式用在小容量变压器和电炉变压器,心式结构简单工艺简单；,心式三相心式；多应用在电力变压器,(2)绕组 一般用绝缘扁铜线或圆铜线在绕线模上绕制
11、而成。绕组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。,电力变压器结构图,除了电磁部分，还有油箱/冷却装置/绝缘套管/调压和保护装置等部件。,变压器的结构,1-铭牌；2-信号式温度计；3-吸湿器；4-油标；5-储油柜；6-安全气道7-气体继电器；8-高压套管；9-低压套管；10-分接开关；11-油箱；12-放油阀门；13-器身（绕组和铁心）；14-接地板；15-小车,为了加快散热，有的大型变压器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。这些都是变压器的冷却装置。,(3)油/油箱/冷却/安全装置,变压器油起两个作用：在变压器绕组与绕组
12、、绕组与铁心及油箱之间起绝缘作用。受热后产生对流，对变压器铁心和绕组起散热作用。,油箱有许多散热油管，以增大散热面积。,变压器的冷却,变压器油是一种矿物油，具有很好的绝缘性能。,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。,11油箱/5储油柜/7气体继电器/6为安全气道。,储油柜的作用,变压器运行时产生热量，使变压器油膨胀，并流进储油柜中。,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。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。,11油箱/5储油柜/7气体继电器/6为
13、安全气道。,变压器的故障保护,10分接开关/5储油柜/7气体继电器/6为安全气道。,变压器的调压,8高压套管/9低压套管/7气体继电器/6为安全气道。,变压器与外电路连接,变压器的故障保护气体继电器、安全气道,变压器的调压分接开关,变压器与外电路连接高压套管、低压套管,变压器结构,小 结,基本结构（核心构件）铁心+绕组,变压器的冷却油箱、储油柜、油管,二、变压器的符号,复习题,4、变压器铁芯采用薄硅钢片制造的主要目的是为了降低（C）（A）杂散修正损耗（B）铜耗（C）涡流损耗（D）磁滞损耗,1、变压器的额定功率，是指在铭牌上所规定的额定状态下变压器的输入有功功率。（）,2、变压器的效率是指其输出功率P2 与输入功率P1之比。（）,3、三相变压器的一、二次测的额定电压，分别指允许输入和输出的相电压的有效值。（）,练习册：P17：62-68 P32:134-142,教材：P371：1、3-6 P372：1、4-7,输出,线电压,
