變壓器的基礎(chǔ)知識(shí)

1、.變壓器的基礎(chǔ)知識(shí)一.變壓器：是一種靜止的電機(jī)， 它利用電磁感應(yīng)原理將一種電壓、電流的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓、 電流的電能。 換句話說， 變壓器就是實(shí)現(xiàn)電能在不同等級(jí)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。二.結(jié)構(gòu)：鐵心和繞組：變壓器中最主要的部件，他們構(gòu)成了變壓器的器身。鐵心：構(gòu)成了變壓器的磁路， 同時(shí)又是套裝繞組的骨架。鐵心由鐵心柱和鐵軛兩部分構(gòu)成。鐵心柱上套繞組，鐵軛將鐵心柱連接起來形成閉合磁路。鐵心材料：為了提高磁路的導(dǎo)磁性能，減少鐵心中的磁滯、渦流損耗，鐵心一般用高磁導(dǎo)率的磁性材料硅鋼片疊成。 硅鋼片有熱軋和冷軋兩種， 其厚度為 0.350.5mm，兩面涂以厚 0.02 0.23mm 的漆膜，使片與

2、片之間絕緣。繞組：繞組是變壓器的電路部分，它由銅或鋁絕緣導(dǎo)線繞制而成。一次繞組（原繞組）：輸入電能二次繞組（副繞組）：輸出電能他們通常套裝在同一個(gè)心柱上， 一次和二次繞組具有不同的匝數(shù)， 通過電磁感應(yīng)作用， 一次繞組的電能就可傳遞到二次繞組， 且使一、二次繞組具有不同的電壓和電流。其中，兩個(gè)繞組中， 電壓較高的我們稱為高壓繞組， 相應(yīng)的電壓較低的稱為低壓繞組。從高、低壓繞組的相對(duì)位置來看， 變壓器的繞組又可分為同心式、交迭式。由于同心式繞組結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，所以，國產(chǎn)的均采用這種結(jié)構(gòu)，交迭式主要用于特種變壓器中。其他部件：除器身外，典型的油鋟電力變壓器中還有油箱、變壓器油、絕緣套管及繼電保護(hù)

3、裝置等部件。三.額定值額定值是制造廠對(duì)變壓器在指定工作條件下運(yùn)行時(shí)所規(guī)定的一些量值。額定值通常標(biāo)注在變壓器的銘牌上。變壓器的額定值主要有：.1.額定容量 SN額定容量是指額定運(yùn)行時(shí)的視在功率。以 VA 、kVA 或 MVA 表示。由于變壓器的效率很高，通常一、二次側(cè)的額定容量設(shè)計(jì)成相等。2.額定電壓 U1N 和 U2N正常運(yùn)行時(shí)規(guī)定加在一次側(cè)的端電壓稱為變壓器一次側(cè)的額定電壓 U1N。二次側(cè)的額定電壓 U2N 是指變壓器一次側(cè)加額定電壓時(shí)二次側(cè)的空載電壓。額定電壓以 V 或 kV 表示。對(duì)三相變壓器，額定電壓是指線電壓。3.額定電流 I1N 和 I2N根據(jù)額定容量和額定電壓計(jì)算出的線電流，稱為

4、額定電流，以A 表示。對(duì)單相變壓器I1NSN；I2NSNU 1NU 2 N對(duì)三相變壓器I1NSN； I 2 NSN3U 1N3U 2 N4.額定頻率f N除額定值外，變壓器的相數(shù)、繞組連接方式及聯(lián)結(jié)組別、短路電壓、運(yùn)行方式和冷卻方式等均標(biāo)注在銘牌上。額定狀態(tài)是電機(jī)的理想工作狀態(tài)，具有優(yōu)良的性能，可長期工作。.四.變壓器的空載運(yùn)行1.空載運(yùn)行：是指變壓器原繞組接到額定電壓、額定頻率的電源上， 副繞組開路時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。2.正方向的規(guī)定：從理論上講，正方向可以任意選擇，因各物理量的變化規(guī)律是一定的，并不依正方向的選擇不同而改變。但正方向規(guī)定不同， 列出的電磁方程式和繪制的相量圖也不同。在電機(jī)方向的學(xué)

5、科中通常按習(xí)慣方式規(guī)定正方向，稱為慣例。具體原則如下：1）在負(fù)載支路，電流的正方向與電壓降的正方向一致，而在電源支路，電流的正方向與電動(dòng)勢的正方向一致。2）磁通的正方向與產(chǎn)生它的電流的正方向符合右手螺旋定則。3）感應(yīng)電動(dòng)勢的正方向與產(chǎn)生它的磁通的正方向符合右手螺旋定則。電壓 u1 2 的正方向表示電位降低，電動(dòng)勢12 的正方向表示電位升高。在,ue ,e原方， u1 由首端指向末端，i1 從首端流入。當(dāng)1與1 同時(shí)為正或同時(shí)為負(fù)時(shí)，表ui示電功率從原方輸入，稱為電動(dòng)機(jī)慣例。在副方，u2 和2 的正方向是由2 的正ie方向決定的，即 i2 沿 2 的正方向流出。當(dāng)2和2同時(shí)為正或同時(shí)為負(fù)時(shí)，電功

6、eui率從副方輸出，稱為發(fā)電機(jī)慣例。3.空載時(shí)的電磁關(guān)系：1）電動(dòng)勢與磁通的關(guān)系：.假定主磁通按正弦規(guī)律變化，即m sint根據(jù) 根據(jù)電磁感應(yīng)定律和對(duì)正方向規(guī)定，一、二次繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值為：eNdNcos t2E sin(t90 )11dt1 m1eNdNcost2Esin(t90 )22dt2m2e1N1d 1N11m cost2E1 sin(t 90 )dt式中：E1N1m4.44 fN1m2E2N 2m4.44 fN 2m2E1N1 1 m4.44 fN11 m2注意：從上面的表達(dá)式中我們可以看出，電動(dòng)勢總是滯后與產(chǎn)生的他的磁通。902）電動(dòng)勢平衡方程式：根據(jù)對(duì)正方向的規(guī)定，可以

7、得到空載時(shí)電動(dòng)勢平衡方程式：U 1E1 E1I0 R1將漏感電動(dòng)勢寫成壓降的形式：E1j L1 I 0jx1 I 0U1 E1I0R1jI0 x1E1 I0Z1式中 Z1=R1+jx 1 原繞組的漏阻抗。.對(duì)于電力變壓器，空載時(shí)原繞組的漏阻抗壓降I0 1很小，其數(shù)值不超過U1Z的 0.2%，將 I0Z1 忽略，則上式變成：U1E1在副方，由于電流為零，則副方的感應(yīng)電動(dòng)勢等于副方的空載電壓，即：U 20E23）變壓器的變比：在變壓器中，原、副繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢 E1 和 E2 之比稱為變壓器的變比，用 k 表示，即：E14.44 fN1mN1k4.44 fN 2N2E2m上式表明，變壓器的變比等于

8、原、副繞組的匝數(shù)比。當(dāng)變壓器空載運(yùn)行時(shí)，由于 U1E1 ,U 20E2，故可近似地用空載運(yùn)行時(shí)原、 副方的電壓比來作為變壓器的變比，即k U1U1NU 20U 2N對(duì)于三相變壓器，變比是指原、副方相電動(dòng)勢之比，也就是額定相電壓之比。五.變壓器的負(fù)載運(yùn)行.在前面我們通過分析了解了變壓器的空載運(yùn)行情況， 當(dāng)變壓器原方接入交流電源，副方接上負(fù)載時(shí)的運(yùn)行方式稱為變壓器的負(fù)載運(yùn)行。1.負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理情況：。如圖所示，即從空載電流 I0變?yōu)樨?fù)載時(shí)的電流 I1。原 繞組的磁動(dòng)勢也從空載磁動(dòng)勢 F0 變?yōu)?F1=I1N1。負(fù)載時(shí)的主磁通 m 就是由原、副繞組的合成磁動(dòng)勢產(chǎn)生的，即 :F1F2Fm于是變壓器在負(fù)載時(shí)的電磁關(guān)系重新達(dá)到平衡。2.電動(dòng)勢平衡方程式：在原方，電動(dòng)勢平衡方程式為U 1E1I1 (R1 jx1 )E1 I 1Z1在副方，電動(dòng)勢平衡方程式為：U 2E2I 2 (R2 jx2 ) E2I 2Z2式中，Z2 =R2+jx 2,副繞組的漏阻抗，R2 和 x2 分別為副繞組的電阻和漏電抗。3.負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢平衡方程式：負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢平衡方程式可寫為：F1F2F0或：I1 N1I 2 N2I 0 N1將上式進(jìn)行變化，可