1、電機(jī)及應(yīng)用,電機(jī)及應(yīng)用,模塊一 變壓器,湖鐵科職院 精品課程,本章主要內(nèi)容,1.1 變壓器的應(yīng)用 1.2 變壓器的基本結(jié)構(gòu) 1.3 單相變壓器的工作原理 1.4 變壓器的參數(shù)的測(cè)量 1.5 變壓器的運(yùn)行特性 1.6特殊變壓器,1.1 變壓器的應(yīng)用,1.1.1變壓器在電力系統(tǒng)的應(yīng)用,1.1 變壓器的應(yīng)用,1.1.2 變壓器在日常生活中的應(yīng)用,（a）萬能旅行充電器 （b）線式充電器 （c）手提電腦用直流穩(wěn)壓電源,1.2 變壓器的基本結(jié)構(gòu),變壓器,鐵芯,繞組,鐵芯柱：柱上套裝繞組,鐵軛：連接鐵芯以形成閉合磁路,原繞組,副繞組,同心套在鐵芯柱上,1.2 變壓器的基本結(jié)構(gòu),鐵芯,1.2 變壓器的基本結(jié)構(gòu)

2、,（a）心式變壓器 （b）殼式變壓器,1.2 變壓器的基本結(jié)構(gòu),繞組,（a）同心式繞組 （b ）交迭式繞組,1.3 變壓器的工作原理,一、變壓器的基本工作原理,當(dāng)原繞組外加電壓U1時(shí)，原邊就有電流I1流過，并在鐵芯中產(chǎn)生與U1同頻率的交變主磁通，主磁通同時(shí)鏈繞原、副繞組，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，會(huì)在原、副繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)E1、E2，副邊在E2的作用下產(chǎn)生負(fù)載電流I2，向負(fù)載輸出電能。,根據(jù)電磁感應(yīng)定律則有：,若忽略繞組內(nèi)阻和漏磁通，原、副繞組端電壓近似為：,二、變壓器的空載運(yùn)行,變壓器空載運(yùn)行也稱無載運(yùn)行，它是指原邊加電源電壓，副邊開路的運(yùn)行狀況。,則：,三、變壓器的負(fù)載運(yùn)行,變壓器負(fù)載運(yùn)行是指原

3、邊接電源，副邊接負(fù)載zL時(shí)的工作狀態(tài)。如下圖所示，這時(shí)副邊有負(fù)載電流I2通過，原邊電流為I1，各量正方向規(guī)定與空載運(yùn)行時(shí)相同。,負(fù)載運(yùn)行時(shí)電和磁之間的關(guān)系,負(fù)載運(yùn)行時(shí)磁勢(shì)平衡方程式,整理可得:,負(fù)載時(shí)原邊負(fù)載電流由兩部分組成：一部分是勵(lì)磁分量0，用以產(chǎn)生負(fù)載時(shí)的主磁通，它基本不隨負(fù)載變化；另一部分是負(fù)載分量-2/k，用以抵消副邊電流2對(duì)主磁通產(chǎn)生的影響，它隨負(fù)載變化而變化。由于01，忽略時(shí)，原、副邊電流關(guān)系為：,或用有效值表示為：,上式表明：負(fù)載運(yùn)行時(shí)，原、副邊電流與它們的匝數(shù)成反比，說明變壓器在變電壓的同時(shí)，也能變電流。,1.4 變壓器的參數(shù)測(cè)試,一、變壓器的空載實(shí)驗(yàn),說明：,為了便于測(cè)量和

4、安全，空載實(shí)驗(yàn)一般在副邊做，即在低壓繞組ax上加電壓U2N，高壓繞組AX開路，測(cè)量電壓U2、空載電流I20、輸入功率P0和開路電壓U10。,因變壓器空載時(shí)無功率輸出，所以輸入的功率全部消耗在變壓器的內(nèi)部，為鐵芯損耗pFe和空載銅耗I202r2之和，但空載電流I20很小，pFeI202r2，故可忽略空載銅耗，認(rèn)為P0pFe=I202rm。,空載實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算,根據(jù)測(cè)得的空載實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可計(jì)算單相變壓器的參數(shù)： 變比為： 空載阻抗： 空載電阻： 其中,實(shí)驗(yàn)說明：,由于 可認(rèn)為： 勵(lì)磁阻抗： 勵(lì)磁電阻： 勵(lì)磁電抗：,二、變壓器的短路實(shí)驗(yàn),說明：,變壓器短路實(shí)驗(yàn)一般在高壓側(cè)做，即原邊加電壓，副邊短路。,實(shí)驗(yàn)

5、時(shí)，變壓器的高壓繞組前接自耦變壓器，將自耦變壓器的輸出電壓由零開始慢慢升高，直至短路電流為額定電流為止，記錄原邊的短路電壓Uk、電流I1和輸入功率Pk數(shù)據(jù)。,實(shí)驗(yàn)時(shí)，原邊所加的電壓很低，主磁通比正常運(yùn)行時(shí)小很多，鐵芯損耗pFe與銅損pCu相比可忽略，短路損耗中主要是原、副邊的銅損，即有：PkpCu= pCu1+ pCu2。,短路參數(shù)計(jì)算,短路阻抗： 短路電阻： 短路電抗： 根據(jù)規(guī)定，測(cè)得的電阻應(yīng)換算到國標(biāo)規(guī)定的75時(shí)的數(shù)值，換算公式為： 對(duì)于銅線： 對(duì)于鋁線： 式中為實(shí)驗(yàn)時(shí)的環(huán)境溫度（）。,說明：,在75時(shí)的短路阻抗為： 對(duì)于三相變壓器應(yīng)注意用相值計(jì)算，所得的參數(shù)也是每相值。如果要將原、副邊參

6、數(shù)分開，可近似認(rèn)為：r1r2；x1x2；z1z2。,1.5 變壓器的運(yùn)行特性,變壓器的運(yùn)行特性有外特性U2=(I2)和效率特性=(I2) 而變壓器的主要性能指標(biāo)是電壓變化率。 一、電壓變化率和外特性 變壓器外特性是指當(dāng)U1=U1N，cos2=常數(shù)時(shí)，副邊端電壓隨負(fù)載電流變化的規(guī)律，即：U2=(I2)曲線。,由于變壓器內(nèi)部存在漏阻抗，當(dāng)有負(fù)載電流時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電壓降，輸出電壓是隨負(fù)載電流變化而變化，其變化規(guī)律與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)。,電壓變化率,為了表征電壓隨負(fù)載電流變化的程度，可用電壓變化率U*表示。電壓變化率是指在原邊加額定電壓，副邊空載電壓與某一功率因數(shù)下的額定負(fù)載的副邊電壓差值與副邊額定電壓的比

7、值用百分?jǐn)?shù)來表示，即有： 電壓變化率反映了變壓器電壓的穩(wěn)定性，是一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)。,1.6 特殊變壓器,1.6.1 互感器-電壓互感器,（a）油浸式電壓互感器 （b）測(cè)量用電壓互感器,電壓互感器接線圖,1.6 特殊變壓器,1.6.1 互感器-電流互感器,（a）穿墻式全封閉電流互感器,1.6 特殊變壓器,1.6.1 互感器-電流互感器,（b）配電用電流互感器,1.6 特殊變壓器,1.6.1 互感器-電流互感器,（c）精密微型電流互感器,電流互感器接線圖,1.6 特殊變壓器,1.6.2 自耦變壓器,自耦變壓器的副繞組是原繞組的一部分，原、副繞組既有磁的耦合，又有電的聯(lián)系。自耦變壓器有單相和三相，有升壓，也有降壓。,從圖中可見，AX為原繞組，匝數(shù)為N1，ax為副繞組，匝數(shù)為N2，其中副繞組也是原繞組的一部分，稱為公共繞組，將Aa繞組稱為串聯(lián)繞組。,忽略勵(lì)磁電流時(shí)可得： 上式表明，電流1與2的實(shí)際方向相反。 利用基爾霍夫電流定律，可得