第4章单相变压器4.2变压器的工作原理与结构变压器的空载运行变压器.pptVIP

第4章 单相变压器 4.* 第4章  单相变压器  返回总目录 变压器的工作原理与结构 变压器的空载运行 变压器的负载运行 变压器的参数测定 标 幺 值 变压器的运行特性 本章小结 习题与思考题 本章内容 4.1 变压器的工作原理与结构 变压器是一种静止的装置，它是依靠磁耦合的作用，将一种等级的电压与电流转换成另一种等级的电压与电流，起着传递电能的作用。 一、变压器的工作原理 下面以单相双绕组变压器为例分析其工作原理： 在一个闭合的铁心上缠绕两个绕组，其匝数既可以相同，也可以不同，但一般是不同的。如图4.1所示，两个绕组之间只有磁的耦合，而没有电的联系。 图4.1 单相双绕组变压器原理图 与电源相连的绕组，接受交流电能，通常称为原边绕组(初级绕组、原边绕组)，以A、X标注其出线端；与负载相连的绕组，送出交流电能，通常称为副边绕组(次级绕组、副边绕组)，以a、x标注其出线端。与原边绕组相关的物理量均以下角标“1”来表示，与副边绕组相关的物理量均以下标“2”来表示。例如原边的匝数、电压、电动势、电流分别以N1、u1、e1、i1来表示；副边的匝数、电压、电动势、电流分别以N2、u2、e2、i2来表示。对一台降压变压器而言，原边绕组即为高压绕组，副边绕组则是低压绕组；与此相反，升压变压器的高压绕组指的是副边绕组。 当原边绕组接通电源，便会在铁心中产生与电源电压同频率的交变磁通。忽略漏磁，该磁通便同时与原、副边绕组相交链，耦合系数kc=1，这样的变压器称为理想变压器。根据电磁感应定律，在原、副边绕组便会感应出电动势，分别为 4.1 变压器的工作原理与结构 (4.1) (4.2) 4.1 变压器的工作原理与结构 于是可得电动势比： 。若磁通、电动势均按正弦规律变化，k称为变 压器的变比，也称为匝比，通常用有效值之间的比值来表示： 。 当副边绕组开路(即空载)时，如忽略绕组压降(仅占u1的0.01%不到)，则有： 不计铁心中由磁通Φ交变所引起的损耗，根据能量守恒原理，可得 由此可以看出： 式(4.5)表明，理想变压器的原、副边绕组的视在功率相等，变压器的视在功率称为变压器的容量。 (4.3) (4.4) (4.5) 4.1 变压器的工作原理与结构 二、变压器的应用与分类 作为电能传输或信号传输的装置，变压器在电力系统和自动化控制系统中得到了广泛的应用，在国民经济的其他部门，作为特种电源或满足特殊的需要，变压器也发挥着重要的作用。它的种类很多，容量小的只有几伏安，大的可达到数十万千伏安；电压低的只有几伏，高的可达几十万伏。如果按变压器的用途来分类，几种应用最广泛的变压器为：电力变压器、仪用互感器和其他特殊用途的变压器；如果按相数可以分为单相和三相变压器。不管如何进行分类，其工作原理及性能都是一样的。 三、变压器的结构 变压器的主要结构部件有：铁心和绕组两个基本部分组成的器身，以及放置器身且盛满变压器油的油箱。此外，还有一些为确保变压器运行安全的辅助器件。图4.2为一台油浸式电力变压器外形图。 (1) 铁心。构成变压器磁路的主要部分。为了减小交变磁通在铁心中引起的损耗，铁心通常用厚度为0.3 mm～0.5mm、表面具有绝缘膜的硅钢片叠装而成，分为铁心柱和铁轭两部分。图4.3(a)、(b)所示的变压器，从外面看，线圈包围铁心柱，称为心式结构；图4.4所示的变压器，从外面看，铁心柱包围线圈， 4.1 变压器的工作原理与结构 则称为壳式结构。小容量变压器多采用壳式结构。交变磁通在铁心中引起涡流损耗和磁滞损耗，为使铁心的温度不致太高，在大容量的变压器的铁心中往往设置油道，而铁心则浸在变压器油中，当油从油道中流过时，可将铁心中产生的热量带走。 图4.2 油浸式变压器外形图 1—放油阀门 2—绕组 3—铁心 4—油箱 5—分接开关 6—低压套管7—高压套管 8—气体继电器 9—安全气道 10—油表 11—储油柜 12—吸湿器 13—湿度计 (2) 绕组。构成变压器电路的主要部分。原、副边绕组一般用铜或铝的绝缘导线缠绕在铁心柱上。高压绕组电压高，绝缘要求高，如果高压绕组在内，离变压器铁心近，则应加强绝缘，提高了变压器的成本造价。因此，为了绝缘方便，低压绕组紧靠着铁心，高压绕组则套装在低压绕组的外面。两个绕组之间留有油道，既可以起绝缘作用，又可以使油把热量带走