变压器的基本工作原理与结构（课件）-《电机与电气控制技术》同步教学（高教第4版）

变压器的基本工作原理和结构 基本工作原理和分类 一、基本工作原理 变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。 只要一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变压的目的。 原绕组 副绕组 铁心 电源 负载 W1 W2 二、分类 按用途分：电力变压器和特种变压器。 按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。 按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。 按铁心结构分：心式变压器和壳式变压器。 按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。 按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器。 3.1.2 基本结构 一、铁心 变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用0.35mm厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。 变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。 油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷却介质，又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。 将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘，担负着固定的作用。 二、绕组 三、油箱 四、绝缘套管 此外，还有储油柜、吸湿器、安全气道、净油器和气体继电器。 5 3.1.3 型号与额定值 一、型号 型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容，表示方法为 如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压，额定容量250000kVA，高压额定电压220kV电力变压器。 7 二、额定值 此外，额定值还有额定频率、效率、温升等。 指长期运行时所能承受的工作电压 指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率。 指在额定容量下，允许长期通过的额定电流。在三相变压器中指的是线电流 3.2.1 电磁关系 一、空载运行时的物理情况 3.2 单相变压器的空载运行 主磁通与漏磁通的区别 二、各电磁量参考方向的规定 强调：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。 1）性质上： 与 成非线性关系； 与 成线性关系； 2）数量上： 占99%以上， 仅占1%以下； 3）作用上： 起传递能量的作用， 起漏抗压降作用。 三、感应电动势分析 1、主磁通感应的电动势——主电动势 设 则 有效值 相量 同理，二次主电动势也有同样的结论。 可见，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通 。主电动势的大小与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。 2、漏磁通感应的电动势——漏电动势 漏电动势也可以用漏抗压降来表示，即 根据主电动势的分析方法，同样有 由于漏磁通主要经过非铁磁路径,磁路不饱和,故磁阻很大且为常数,所以漏电抗 很小且为常数,它不随电源电压负载情况而变. 12 3.2.2 空载电流和空载损耗 一、空载电流 1、作用与组成 2、性质和大小 性质：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——也称励磁电流； 空载电流 包含两个分量，一个是励磁分量，作用是建立磁场，产生主磁通——无功分量 ；另一个是铁损耗分量，作用是供变压器铁心损耗——有功分量 。 大小：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I0%来表示： 3、波形 由于磁路饱和，空载电流 与由它产生的主磁通 呈非线性关系。 当磁通按正弦规律变化时，空载电流呈尖顶波形。 当空载电流按正弦规律变化时，主磁通呈平顶波形。 实际空载电流为是正弦波，但为了分析、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空载电流。 二、空载损耗 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1.3次方成正比，即 空载损耗约占额定容量的0.2%~1%，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磁材料：优质硅钢片、激光化硅钢片或应用非晶态合金。 变压器空载时，一次侧从电源吸收少量的有功功率 ，用来供给铁损 和绕组铜损 。由于 和 均很小，所以 ，即空载损耗近似等于铁损。 15 3.２.３ 变压器基本方程式、等效电路和相量图 一、空载运行 1、电动势平衡平衡方程 （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