变压器.docx

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变压器

课题：

第一章变压器

第一节变压器的用途用分类

第二节单相变压器的基本结构

第三节单相变压器的工作原理

内容及步骤：

第一节变压器的用途及分类

变压器是利用电磁感应原理，将某一数值的交变电压变换为同一频率的另一数值的交变电压。

一、变压器的用途

变压器的主要用途是在输配电系统。

作用高压电传输，不仅可以减小输电线的截面积，节约引进人材材料，同时还可减小输电线路的功率损耗。

变压器还可用来改变电流、变换阻抗以及产生脉冲。

二、变压器的分类

通常可按其用途、绕组结构、铁心结构、相数和冷却方式等进行分类。

1、按用途分类：

1）电力变压器：

分为升压、降压和配电变压器等。

2）特种变压器：

如焊接电源的电焊变压器、电炉变压器和将整流变压器。

3）仪用互感器：

如电流互感器、电压互感器。

4）其他变压器

2、按绕组构成分类：

有双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器。

3、按铁心结构分类：

有心式变压器和壳式变压器。

4、按相数分类：

有单相、三相和多相变压器。

5、按冷却方式分类：

有干式、油浸自冷、油浸风冷变压器、强迫油循环和充气式变态器。

第二节单相变压器的基本结构

是指接在单相交流电源上用来改变单相交流电压的变压器中，其容量较小，一般用作控制及照明。

主要由铁心和绕组两部分组成。

一、铁心

铁心构成变压器磁路系统是变压器的机械骨架。

铁心由铁心柱和铁轭两部分组成。

根据变压器铁心的结构形式可分为心式和壳式两大类。

根据变压器铁心的制作工艺可分为叠片式和卷制式铁心两种。

二、绕组（线圈）

是变压器的电路部分，小型变压器一般用具有绝缘的漆包圆铜线绕制而成，对容量稍大的变压器则用扁铜线或扁铝线绕制。

高压绕组:

接到高压电网的绕组.

低压绕组:

接到低压电网的绕组

1、同心式绕组：

将高、低压绕组同心地套装在铁心柱上

2、交叠式绕组：

饼式绕组，将高压绕组及低压绕组分成若干个线饼，沿着铁心柱的高度交替排列着。

注意：

为了便于绝缘，一般最上层和最下层安放低压绕组。

第三节单相变压器的工作原理

单相变压器的工作原理

一、变压器的空载运行

变压器一次绕组接额定频率和额定电压的电网上，而二次绕组开路，即I2=0的工作方式称变压器的空载运行。

如上图所示：

在空载情况下,由于二次绕组开路,故端电压U2与电动势E2相等

即:

U2=E2U1/U2≈E1/E2=N1/N2=Ku=K

Ku变压器的变压比

例1:

如上图所示,低压照明变压器一次绕组匝数N1=660匝,一次绕组电压U1=220V,现要求二次绕组输出电压U2=36V,求二次绕组匝数N2及变比Ku

解：

通常把Ku>1的变压器称为降压变压器；Ku<1的变压器称为升压变压器

二、变压器的负载运行

状态：

一次绕组接额定电压，二次绕组与负载相连接

分析一、二次绕组中电流的关系：

变压器负载运行时的磁通势平衡方程式为：

N1I1+N2I2=N1I0

∵变压器的空载电流I0很小，特别是在变压器接近满载时，NI相对与NI或NI而言基本上可以忽略不计，∴N1I1≈N2I2

即I1/I2≈N2/N1=1/Ku=Ki

式中i1为一次绕组电流，i0为空载电流，i2为二次绕组电流

结论：

1、变压器一、二次绕组中的电流与一、二次绕组的匝数成反比

2、变压器高压绕组匝数多，而通过的电流小，因此绕组所用的导线细；反之低压绕组匝数少，通过的电流大，所用的导线粗

三、变压器的阻抗变换

变压器不但具有电压变换和电流变换的作用，还具有阻抗变换的作用

例2：

见书P10

解：

变压器不但具有电压变换和电流变换的作用，还具有阻抗变换的作用

例2：

见书P10

解：

课堂小结：

本次课讲述了变压器的用途、分类、基本结构及工作原理。

课堂提问：

第29页思考与习题1、2、3、4、5

作业：

第30页10、11

课题：

第四节变压器的运行特性

第五节三相变压器

第六节其他用途变压器

课时：

2课时

课型：

新课

授课方式：

课堂讲授、样品展示、举例、小结、提问

目的要求：

1、了解变压器的外特性及电压变化率

2、了解变压器的损耗及效率

3、了解其它用途的变压器

4、掌握三相变压器的极性表示和联结组别

重点：

变压器的用途、单相变压器的工作原理

难点：

单相变压器的工作原理

内容及步骤：

第四节变压器的运行特性

一、变压器的外特性及电压变化率

当一次绕组电压U1和负载的功率因数cosφ2一定时，二次绕组电压U2与负载电流I2的关系，称为变压器的外特性

例3：

某台电力变压器将U1=10000V的高压降压后对负载供电，要求该变压器在额定负载下的输出电压为U2=380V，该变压器的电压变化率

ΔU%=5%，求该变压器二次绕组的额定电压U2N及变比K

解：

二、变压器的损耗及效率

变压器从电源输入的有功功率P1和向负载输出的有功功率P2可分别

用下式计算：

两者之差为变压器的损耗ΔP，它包括铜损耗PCu和铁损耗PFe两部分即：

ΔP=PCu+PFe

1、铁损耗PFe：

不变铁损

磁滞损耗

基本铁损耗：

涡流损耗

它决定与铁心中的磁通密度的大小、磁通交变的频率和硅钢片的质量等

铁心叠片间因绝缘损伤而产生的局部涡流损耗

附加铁损耗：

主磁通在变压器铁心以外的结构部件中引起的涡流损耗

附加损耗约为基本损耗的15%～20%

2、铜损耗PCu：

在变压器中铜损耗与负载电流的平方成正比，称可变损耗

基本铜损耗：

由电流在一、二次绕组电阻上产生的损耗

附加铜损耗：

由漏磁通产生的集肤效应使电流在导体内分布不均匀而产生的额外损耗，约占基本铜损耗的3%～20%

3、效率：

变压器的输出功率P2与输入功率P1之比称为变压器的效率η

4、效率特性：

变压器在不同的负载电流I时，输出功率P及铜损耗都在变化，其变化规律通常用变压器的效率特性曲线表示，图中β=I/I称为负载系数

由图可知：

当变压器的不变损耗等于可变损耗时，变压器的效率最高，此时β=0.5～0.6之间

第五节三相变压器

一、三相变压器的基本结构

1、铁心：

三相变压器的磁路部分,均采用心式结构

通常心式结构的铁心采用交叠式的叠装工艺,优点:

各层磁路的接缝相互错开,气隙小,所以空载电流小。

缺点：

铁心及绕组的装配工艺较复杂。

目前广泛采用45º的斜切硅钢片进行叠装。

2、绕组：

三相变压器的电路部分，一般用绝缘纸包的扁铜线或扁铝线绕成

3、油箱和冷却装置：

容量大雨10000KV·A的电力变压器，采用风吹冷却或强迫油循环冷却装置。

4、保护装置

（1）气体继电器

（2）防爆管（安全气道）

5、铭牌

（1）型号

（2）额定电压U1N和U2N：

在三相变压器中，额定电压均指线电压

（3）额定电流I1N和I2N

（4）额定容量SN：

指变压器在额定工作状态下，二次绕组的视在功率

（5）联结组标号：

指三相变压器一、二次绕组的连接方式

（6）阻抗电压：

又称短路电压

二、变压器的极性与三相变压器的联结组

1、变压器的极性

（1）对两个绕向已知的绕组

当电流从两个同极性端流入（或流出）时，铁心中所产生的磁通方向是一致的。

2、三相变压器的联结组

（1）三相变压器绕组的连接方法

三相电力变压器高、低绕组的出线端都分别给予标记，以供正确连接及使用变压器，其出线端标志如下表

采用星形联结及三角形联结

新国家标准规定：

星形联结：

Y星形联结：

y

高压绕组三角形联结：

D低压绕组三角形联结：

d

中性线：

N中性线：

n

三相变压器一、二次绕组接法的常用组合形式：

Y，yn；YN，d；Y，d

对于高压绕组，采用星形接法最好。

大电流的低压绕组，采用三角形联结

∴大容量的变压器通常采用Y,d或YN,d联结

容量不大且需要中性线的变压器,广泛采用Y,yn联结,以适应照明与动力混合负载需要的两种电压

注意:

三相变压器联结组别不仅与绕组的绕向和首末端的标记有关,而且还与三相绕组的连接方式有关

理论与实践证明:

无论怎样连接,一、二次绕组线电动势的相位差总是30º的整数倍。

以Y，y联结和Y,d联结的变压器分别加以分析

（2）Y，y联结组

如图（a）：

∵变压器一、二次绕组都采用星形联结，且首端为同名端。

∴一、二次绕组相互对应的相电动势之间相位相同，∴对应的线电动势之间的相位也相同，如图（b）。

当一次绕组线电动势EUV（长针）指向时钟的“12”时，二次绕组线电动势Euv（短针）也指向“12”，这种连接方式称Y，y0联结组

第六节其他用途变压器

一、自耦变压器

1、结构特点：

一、二次绕组之间除了有磁的耦合外，还有电的直接联系

上式说明:

自耦变压器一、二次绕组中的电流代销与匝数成反比，在相位上互差180º。

因此，流经公共绕组中的电流大小为

结论：

自耦变压器的损耗比普通变压器要小，效率较高，因而较为经济

可见自耦变压器一、二次绕组公共部分的电流比普通变压器二次绕组在相应情况下的电流小得多

二、仪用互感器

仪用互感器是作为测量有的专用设备，分电流互感器和电压互感器，工作原理与变压器相同

使用仪用互感器的目的是：

1、为了测量人员的安全，使测量回路与高压电网相互隔离；2、扩大测量仪表的测量范围

1、电流互感器：

使用电流互感器时必须注意以下事项：

（1）电流互感器的二次绕组绝对不允许开路

（2）电流互感器的铁心及二次绕组一端必须可靠接地。

2、电压互感器

使用电压互感器时必须注意以下事项：

（1）电压互感器的二次绕组在使用时绝对不允许短路。

（2）电压互感器的铁心及二次绕组的一端必须可靠接地

（3）电压互感器有一定的额定容量，使用时二次绕组侧不宜接入过多的仪表，以免影响电压互感器的测量精度

三、电焊变压器

实质上是一台特殊的降压变压器，为保证焊接质量和电弧的稳定燃烧，对电焊变压器有以下要求：

1、电焊变压器杂空载时，应有一定的空载电压，通常U0=60～75V左右，以保证起弧容易。

另一方面，为了操作者的安全，空载起弧电压最高不宜超过85V

2、在负载时，电压应随负载的增大而急剧下降，即应有陡降的外特性，如图，通常在额定负载时的输出电压约30V左右

3、在短路时，短路电流ISC不应过大，以免损坏电焊机

4、为了适应不同的焊接工件和不同焊条的需要，要求电焊变压器输出的电流能在一定范围内调节

课堂小结：

通过本次课的学习应重点掌握三相变压器的极性与联结组别，掌握变压器的工作原理，了解其他用途的变压器

作业：

第30页15、17、19、24、25