变压器工作原理及技术发展（课件）-《电机与电气控制技术》同步教学（高教第4版）

变压器工作原理及技术发展 随着电磁学的发展，科学家们发明了许多电器，其中之一便是已成为电力工业基石的变压器。 一、变压器的产生 法拉第试验和麦克斯韦理论导致形成电磁场理论，奠定了变压器工作原理的基础。 重要里程碑 1831年，法拉第试验揭示了最初的变压器概念，证明了变压器的工作原理 ； 1882年，法国人高纳德（Gaulard）和英国人吉伯斯（Gibbs）发明升高或降低电压设备（称为“第二发电机”）并获得英国专利； 1884年，匈牙利电气工程师德利（Deri）、伯拉希（Blathy）和济帕劳斯基（Eipernowsky）与布达佩斯干茨（GANZ）工厂合作，制造出世界第一台闭合铁心变压器，并在专利申请中首次使用了“变压器”这一术语。这台变压器的容量为1400VA，频率为40Hz，电压比为120/72V； 1886年，美国人威斯汀豪斯（Westinghouse）和他的合作者将变压器首次应用于交流供电系统； 1890年，德国通用电气公司（AEG）的多里弗—多布罗夫斯基（M.O.Dolivo-Dobrowsky）发明了三相变压器。 二、变压器工作原理 1、理想变压器 空载时： 短路时： （a）内侧绕组短路 （b）外侧绕组短路 短路绕组的合成磁链为零。 安匝平衡： 2、实际变压器 空载时： 一次侧： 感应电势 电阻压降 电势平衡方程式 二次侧： 感应电势 电阻压降 电势平衡方程式 空载时，由于 ， 所以 向量图 空载电流就是励磁电流，即 等值电阻—— 励磁电抗—— 负载时： 一次侧： 感应电势 电阻压降 电势平衡方程式 二次侧： 感应电势 电阻压降 电势平衡方程式 向量图 感性负载 容性负载 变压器的等效电路 空载时： 负载时： 其中 为负载电阻。 短路时： 三、变压器的技术发展 1、变压器发展趋势 1884年世界上第一台变压器诞生以来，电力工业得到了快速发展。致力于变压器技术研究的工程师们和制造厂，不断改革创新，努力提高变压器技术性能和运行可靠性，并不断将变压器向高电压、大容量推进。目前，最大变压器电压等级为1000kV，容量为3×1000MVA。 世界各国特高压输电发展情况 500kV级输电线路： 前苏联，1955年； 美国，1964年； 日本，1973年； 中国，1983年。 750kV级输电线路： 加拿大， 1965年，（735kV）； 美国，1969年，（765kV）； 中国，2004年。（750kV） 1000kV 级输电线路： 前苏联，1985年，（1150kV）； 日本，1992年，（1000kV）。 天威保变变压器电压等级递增图 kV 天威保变 2、材料方面 磁性材料（铁心）：非合金钢软铁叠片→ 木炭铁→涂漆钢片→热轧硅钢片→冷轧晶粒取向硅钢片→激光照射冷轧晶粒取向硅钢片→非晶合金；厚度0.50mm→0.23mm； 液体绝缘材料（兼顾绝缘和冷却作用）：矿物油→植物油→聚氯联苯（毒性）→石蜡基油（凝固点-10℃）→环烷基油（凝固点-40℃）→硅油（价格昂贵，很少采用）； 固体绝缘材料：牛皮纸→植物纤维纸→合成纤维纸（Nomex纸，芳香族聚酰胺纸，H级绝缘，美国杜邦公司研制，价格昂贵，未普遍采用）。 3、结构方面 铁心结构：直接缝（热轧硅钢片）→斜接缝（冷轧硅钢片）；穿心螺杆式→拉带式； 线圈结构：圆筒式、螺旋式、连续式、纠结式（普通纠、插花纠）、