1、 變壓器是一種靜止的電氣設備， 根據(jù)電磁感應原理，將一種形態(tài)（電壓、電流、相數(shù)）的交流電能， 轉換成另一種形態(tài)的交流電能。 電力變壓器（升壓、降壓、配電）特種變壓器（電爐、整流、焊接 ）儀用互感器（電壓、電流互感器、脈沖變壓器，阻抗匹配變壓器）實驗用變壓器（高壓、調壓）按用途變壓器基礎知識變壓器實例電源變壓器電力變壓器環(huán)形變壓器接觸調壓器控制變壓器三相干式變壓器工廠車間變電所調試以及負載實驗控制箱中三相整流電源主變焊機控制電路有時應用焊機控制電路有時應用一、變壓器的基本結構變壓器的主要結構：鐵心和繞組。鐵心是變壓器的磁路部分；繞組是變壓器的電路部分。 鐵心的作用是形成磁路。鐵心通常用0.35m

2、m或者0. 5mm厚的硅鋼片沖裁成一定的形狀然后疊裝而成。 為減小渦流損耗，在硅鋼片表面涂有絕緣漆或者經(jīng)氧化處理形成絕緣層。 鐵心的結構單相殼式變壓器心式變壓器迭片奇數(shù)層偶數(shù)層心式冷軋硅鋼片迭片繞組的結構 繞組是變壓器的電路部分，一般用圓銅線或扁銅線在繞線模上繞制而成。密繞時導線需要絕緣處理 繞組（線圈）的作用是構成電流通路，接電源一邊的繞組稱為一次繞組，接負載一邊的稱為二次繞組。一次繞組的電流含有激磁電流分量，建立磁場，負載狀態(tài)下的磁場是一次繞組和二次繞組磁動勢向量合成的結果。單相和三相芯式變壓器二、基本物理量1、磁感應強度B 又稱為磁通密度或磁密，磁感應強度B是表示磁場內(nèi)某點磁場強度的大小

3、和方向的物理量。磁感應強度B的單位：1特斯拉（T）=104高斯（Gs）2、磁通量 在均勻磁場中，磁通量是磁感應強度B與垂直于磁場方向的面積S的乘積。磁通量 的單位：1韋伯=108麥克斯威3、磁導率（導磁系數(shù)） 磁導率表示物質導磁性能的物理量，不同物質磁導率不同，真空磁導率0是常數(shù)， 0 =410-7H/mB=H相對磁導率r：某種物質的磁導率與真空中磁導率的比值常用鐵磁材料的相對磁導率4、磁場強度H 磁場強度H等于該點的磁感應強度B與介質磁導率的比值，方向與該點的磁感應強度方向一致。三、鐵磁材料的磁性能 1、具有高導磁率 鐵磁材料中有均布的磁疇存在，磁疇是在磁性材料中包含的一些環(huán)形電流單元 ，每

4、個單元形成一定方向的小磁體，軟磁材料磁疇方向是無序分布的，有外界磁場的作用下，磁疇按照磁場方向統(tǒng)一取向，并使得磁場強度加強，即磁性材料產(chǎn)生了磁化，而且稱為具有高的導磁率。2、具有磁飽和性能磁（1）oa段 B和H近似為線性關系；（2）ab段 隨著H的增加，B值增加緩慢；（3）b點以后 H增加時B幾乎不增加，達到了磁飽和狀態(tài)。磁化曲線測試裝置磁化曲線 、磁導率及磁飽和現(xiàn)象磁導率化曲線幾種常用鐵磁材料的磁化曲線3、磁滯現(xiàn)象磁 滯 回 線圖中Br :剩磁Hc :矯頑磁力 磁場強度H變化（即激磁電流變化）時，磁感應強度的變化滯后于磁場強度H變化的現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象。鐵磁材料的分類：1）軟磁材料 磁滯回線窄

5、，其剩磁和矯頑力都很??；用于制作交流電器設備的鐵心2）硬磁材料 磁滯回線寬，剩磁和矯頑力都較大；用于制作永久磁鐵abb 四、鐵磁材料中的能量損耗1、磁滯損耗 鐵心在交變磁場作用下反復磁化時，磁疇克服摩擦力隨著外部磁場的變化反復取向，這樣所產(chǎn)生的熱損耗稱為磁滯損耗。2、渦流損耗 當線圈中通入交流電流時，交變磁通在鐵心中產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，感應電流在鐵心中形成閉合回路且呈旋渦狀，故稱為渦流。鐵心內(nèi)產(chǎn)生渦流時，使鐵心發(fā)熱，造成能量損耗稱為渦流損耗。渦流的產(chǎn)生簡單的單相變壓器：兩個線圈沒有電的直接聯(lián)系， 只有磁的耦合。原繞組（一次繞組或初級繞組）：兩個線圈中接交流電源的線圈，其匝數(shù)為N1副繞組（

6、二次繞組或次級繞組）： 接到用電設備上的線圈，其匝數(shù)為N2交變磁通同時與原、副繞組交鏈，在原、副繞組內(nèi)感應電動勢。 變壓器原、副邊電勢之比及電壓之比等于原、副邊匝數(shù)之比。五、變壓器的工作原理六、絕緣系統(tǒng)、冷卻方式、允許溫升1、絕緣：主絕緣：不同繞組之間的絕緣、繞組與鐵心的絕緣、繞組對地的絕緣、繞組與介質間的絕緣、引線端子間的絕緣等。從絕緣：繞組的匝間絕緣和繞組不同段之間的絕緣。2、冷卻：干式變壓器： 干式澆注（成為一個模塊）、干式自冷、干式風冷，焊接變壓器均采用這種類型的結構油浸式變壓器： 自冷、風冷、強迫油循環(huán)風冷、強迫油循環(huán)水冷等 。變壓器的發(fā)熱和散熱 變壓器運行時，鐵損、銅損和附加損耗使

7、得變壓器發(fā)熱 ，環(huán)境介質對所產(chǎn)生的熱量進行傳導散失，環(huán)境介質為氣態(tài)或液態(tài)，介質或處于靜止狀態(tài)或處于流動狀態(tài)。 根據(jù)變壓器冷卻介質的種類不同，又可以分成以下兩種：3、溫升：繞組允許最高溫度由所使用的絕緣材料，絕緣等級確定。部件/部位溫升限度C 測量方法線 圈自然油循環(huán)65電阻法強迫油循環(huán)鐵心表面75溫度計與變壓器油接觸（非導電部分）的結構件表面80油 面55平特性變壓器的設計定義：變壓器的初級和次級耦合緊密，沒有漏磁，當輸出電流變化時，電壓不變的變壓器。類型：1）熔化極氣體保護焊機的主變壓器；2）晶閘管弧焊整流器的主變壓器。設計內(nèi)容：輸出電壓電流的額定值電磁感應基本定律鐵心尺寸繞組尺寸結構參數(shù)性

8、能指標一、交流變壓器運行的基本規(guī)律作用在交流變壓器上的波形常見的有正弦波、矩形波和三角波，如圖：根據(jù)電磁感應定律有：則對變壓器的初級繞組有：（1）（2）由（2）式得：設e1的平均值為 ，則有f交流電壓頻率（HZ）；N1一次繞組匝數(shù)；m磁通量幅值。電壓半波平均值的求解公式為：電壓有效值的求解公式為：令K 波形系數(shù)。則變壓器初級繞組上電壓有效值U1為：對于正弦交流電壓，波形系數(shù)K=1.11式中： Bm 鐵心磁通密度（T伏.秒/米2） AFe鐵心凈截面積（cm2)二、變壓器容量與基本尺寸的關系變壓器容量：S=IUS 變壓器尺寸 鐵心柱截面積As鐵心窗口面積Ac1、單相變壓器的容量與尺寸的關系初級側容

9、量 S1次級側容量S2設次級側有n個獨立繞組，則：總容量S設初級繞組和次級繞組中流過的電流密度都為J,則I1=A1J I2i =A2iJJ A/mm2為減少渦流損耗，鐵心一般由單片硅鋼片疊裝而成，實際鐵心截面積As大于鐵心凈截面積，故有：Afe=kFeAskFe疊片系數(shù)S=2.22kFekcuJBmAsAc設是變壓器的效率，則：S2= S1有A、B兩組典型數(shù)據(jù)，如下，計算S2與As之間的關系：參數(shù)名稱ABBm (T)1.01.4J (A/mm2)2.55kFe0.90.93kcu0.30.20.850.85S2 (VA)0.69As21.33As2As (cm2)k=0.81.25k As2、

10、三相變壓器容量與尺寸關系設一個鐵心柱上的初次級繞組總容量用S表示，則取則有：N1N1故有：或一般地，c1.45As三、繞組的計算設f=50HZ, kFe=0.9, 則令N0每伏匝數(shù)（匝/V）Bm 磁通密度（T）As 鐵心柱截面積（cm2)AFe鐵心凈截面積（cm2）對于單相變壓器，取帶入et公式，則Bm磁通密度（T）；S2 單相變壓器輸出容量（V.A)當S2單位為kVA時，則（V/匝）（V/匝）式中：S2 單相變壓器輸出容量（kV.A)取Bm=(11.3)T,則有繞組截面計算式中：J電流密度（A/mm2)對于三相變壓器，S2III 表示輸出容量，以kV.A作單位，則有：繞組匝數(shù)計算：（匝）（匝

11、）(V/匝）如果以三相變壓器單柱輸出容量計算，則公式與單相變壓器的相同。四、結構設計三相平特性變壓器結構簡圖如下：當鐵心截面積As確定后，有As=ab一般地：b=(1.22)a式中：As鐵心柱截面積（mm2） a鐵心片寬（mm） b鐵心疊厚（mm）（1）鐵心尺寸三相干式變壓器窗口尺寸有：窗口高 h=(2.53.5)a (mm)繞組高 h=h-(816) (mm)初級繞組每層匝數(shù)：取整為n1初級繞組層數(shù)：取整為m1初級繞組所占窗口的窗寬(mm)（2）繞組結構設計次級繞組每層匝數(shù)取整為n2次級繞組層數(shù)：取整為m2次級繞組所占窗口的窗寬窗口總寬度為：鐵心片布置如圖：hc鐵心片剪片規(guī)格如下：1） (m

12、m)2） (mm)3） (mm)鐵心疊片順序：（3）鐵心結構設計鐵心每層面積：a鐵心疊厚(cm)鐵心體積（4）鐵/銅比計算(cm)3變壓器鐵心質量：(cm2)(kg)初、次級繞組線總長：（m）（m）l1、l2初、次級繞組導線的平均匝長。繞組總體積為：或（cm3）（cm3）初、次級繞組的總質量為：（kg）一般地，鐵銅比為：五、空載電流的計算空載電流I0Ic由鐵心的磁滯、渦流損耗Pfe引起的有功分量。（W）（A）(A)(W)Bm Fen氣隙數(shù)（A）一般地：六、ZX5-400晶閘管弧焊整流器主變壓器設計已知條件晶閘管弧焊整流器主電路及變壓器見圖：輸 入 電 壓 ： 380V相 數(shù) ： 3相額定輸出電

13、流：400A空 載 電 壓：63V額定負載持續(xù)率：60%額定工作電壓：36V效 率：74%功 率 因 素：0.74輸 入 容 量：24kV.A2、參數(shù)計算tiaI2m每個心柱上輸出的二次繞組的長時總容量為：按：取一次繞組匝數(shù)：取 90匝則et實際值為：二次繞組匝數(shù)為：取 Bm=1.3（T），kFe=0.9鐵心柱截面積為:取 As=94 (cm2)窗口面積：3. 結構設計（1）鐵心尺寸取片寬： a=5.2 cm疊厚：取 b=18.0(cm)窗高：取 16.0cm窗寬：剪片尺寸：1） mm2） mm3） mm剪片數(shù)量，選硅鋼片厚度為：1) n1=1800.90.35=463 (片)2) n2=46

14、32=926 (片)3) n2=4633=1389 (片)(2) 繞組尺寸次級繞組長時電流I2c次級繞組導線截面積A2,設有內(nèi)部風冷，電流密度 J=5A/mm2,則有：選用1.959.3規(guī)格雙玻璃絲包扁線。初級繞組長時電流I1cA1=28/5=5.6(mm2)選用1.254.7規(guī)格雙玻璃絲包扁線。（3）繞組結構設計初級繞組分6盤，次級繞組分2盤。繞組外緣至鐵軛的距離為為：初次級盤形繞組的厚度為：（4）窗口填充系數(shù)每柱繞組凈截面積Acu每窗口繞組凈截面積Acu窗口填充系數(shù)為：（5）鐵銅比計算初級繞組平均匝長：次級繞組平均匝長：三個鐵心柱上初級繞組總長：初級繞組總體積為：三個鐵心柱上次級繞組總長：

15、初級繞組總體積為：總銅重：鐵心每層面積：鐵心體積：鐵重：鐵銅比：(6) 空載電流計算單位鐵損: 由Bm=1.3T, D0.35硅鋼片，查表得：鐵損：空載電流有功分量：單位磁化容量，查表得：鐵心磁化容量：氣隙磁化容量：無功相電流：空載電流：一次繞組額定電流I1N: I1N=36.3(A)上述設計合理。直流條形濾波電抗器設計原理1.設計原始數(shù)據(jù)直流輸出空載電壓：Ud0 (V)電 流 調 節(jié) 范 圍：Ih (A)額 定 負 載 持 續(xù)率：FSN(%)主 電 路 結 構：三相橋式全控整流電路或三相雙反星形電路。2.計算濾波電感值1）計算最小工作電壓: Udmin.2）計算比值Udmin/Ud03)根據(jù)

16、比值Udmin/Ud0，查對應的晶閘管控制角條形電抗器結構簡圖4) 根據(jù)查得的控制角，由圖查得對應比值Unm/Ud0,然后算出最低諧波電壓峰值Unm(V);5) 確定電感值。整流焊機標準對電流的脈動限制為：諧波電壓主要降在電感L上取3. 條形電抗器結構設計(1) 基本尺寸計算填充系數(shù)為0.5的條形電抗器的電感值L是相同空心電感器電感值L0的5倍，則式中：一般地：d電感繞組外徑根據(jù)電感的定義，得（a）(b)聯(lián)立(a)、(b)兩式得繞組中徑繞組匝數(shù)式中：Bm磁通密度(T) L電感值（H)（2）電感結構設計1）繞組導電截面積AL采用風冷的焊機，一般選J=5A/mm2裸銅排截面如圖：2)電感繞組繞制長度l0l0=2.3dm3) 繞組中徑面積Am4) 條形鐵心截面積根據(jù)As求圖示尺寸A、B鐵心長： LFe=l0+1.5 (cm)ZX5-400晶閘管弧焊整流器直流濾波電抗器設計1.原始數(shù)據(jù)直流輸出空載電壓：Ud0 =63(V)電 流 調 節(jié) 范 圍：Ih =80500 (A)額 定 負 載 持 續(xù)率：FSN=60%主 電 路 結 構：雙反星形電 抗 器 鐵 心 材 料：D42/0.5mm磁 通 密 度：Bm=0.83T2.計算濾波電感值1）計算最小工作電壓: Udmin.2）計算比值Udmin