第3章磁路与变压器精选文档.ppt

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1、第3章磁路与变压器本讲稿第一页，共三十八页第第3章章 磁路与变压器磁路与变压器本讲稿第二页，共三十八页第第3章章 磁路与变压器磁路与变压器3.2 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路3.4 电磁铁电磁铁 3.1 磁路及其分析方法磁路及其分析方法3.3 变压器变压器本讲稿第三页，共三十八页1.1.了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义；同极性端，理解变压器额定值的意义；同极性端，理解变压器额定值的意义；同极性端，理解

2、变压器额定值的意义；2.2.掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；本章要求本章要求：第第3章章 磁路与变压器磁路与变压器本讲稿第四页，共三十八页3.3 变压器变压器 变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。应用广泛。变电压：变电压：电力系统电力系统 变阻抗：变阻抗：电子线路中的阻抗匹配电子线路中的阻抗匹配变电流：变电流：电流互感器电流互感器 变压器的主要功能有变压器的主要功能有变压器的主要功能有变压器的主要功能有：在能量

3、传输过程中，当输送功率在能量传输过程中，当输送功率及负载功率因数及负载功率因数 一定时：一定时：（电能损耗小）（电能损耗小）节省金属材料节省金属材料（经济）（经济）概述概述本讲稿第五页，共三十八页 电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。具体如下：用电安全。具体如下：用电安全。具体如下：用电安全。具体如下：发电厂发电厂1.05万伏万伏输电线输电线22万伏万伏升压升压仪器仪器36伏伏降压降压实验室实验室380/220伏伏降压降压变电站变

4、电站 1万伏万伏降压降压降压降压本讲稿第六页，共三十八页1.1.结构结构结构结构作用：构成磁路作用：构成磁路作用：构成磁路作用：构成磁路绕组绕组绕组绕组原绕组原绕组原绕组原绕组(初级绕组、一次绕组）初级绕组、一次绕组）初级绕组、一次绕组）初级绕组、一次绕组）副绕组副绕组副绕组副绕组(次级绕组、二次绕组）次级绕组、二次绕组）次级绕组、二次绕组）次级绕组、二次绕组）由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成厚厚0.35mm 或或 0.5mm铁芯铁芯3.3.1 变压器的工作原理变压器的工作原理单相变压器单相变压器单相变压器单相变压器N1作用：构成电路作用：构成电路作用：构成电路作用：构成电路+一、结构和分

5、类一、结构和分类一、结构和分类一、结构和分类副绕组副绕组N2铁心铁心原绕组原绕组本讲稿第七页，共三十八页变压器的结构变压器的结构本讲稿第八页，共三十八页1-铭牌；铭牌；2-信号式温度计；信号式温度计；3-吸湿器；吸湿器；4-油标；油标；5-储油柜；储油柜；6-安全气道安全气道 7-气体继电器；气体继电器；8-高压套管；高压套管；9-低压套管；低压套管；10-分接开关；分接开关；11-油箱；油箱；12-放油阀门；放油阀门；13-器身；器身；14-接地板；接地板；15-小车小车本讲稿第九页，共三十八页2.2.分类分类分类分类电压互感器电压互感器 电流互感器电流互感器 按用途分按用途分电力变压器电力

6、变压器(输配电用输配电用)仪用变压器仪用变压器 整流变压器整流变压器 按相数分按相数分三相变压器三相变压器 单相变压器单相变压器 按制造方式按制造方式壳式壳式心式心式本讲稿第十页，共三十八页二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理 原、副绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合原、副绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合原、副绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合原、副绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合变压器符号变压器符号+本讲稿第十一页，共三十八页1.1.电磁关系电磁关系电磁关系电磁关系二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理原边接交

7、流电原边接交流电 源源,副边开路。副边开路。(1)空载运行情况空载运行情况+1 i0(i0N1)1空载时，空载时，铁心中主铁心中主磁通磁通 是是由原绕组由原绕组磁势产生磁势产生的。的。本讲稿第十二页，共三十八页1.1.电磁关系电磁关系电磁关系电磁关系二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理 原边接交流电原边接交流电原边接交流电原边接交流电 源源源源,副边接负载。副边接负载。副边接负载。副边接负载。(2)(2)带负载运行情况带负载运行情况带负载运行情况带负载运行情况+2 1 i1(i1N1)1Zi1i2+u2+e2+e 2i2(i2N2)2有载时，铁心中有

8、载时，铁心中主磁通主磁通 是是由原、由原、副绕组磁势共同副绕组磁势共同产生的合成磁通。产生的合成磁通。本讲稿第十三页，共三十八页2.2.电压变换（设加正弦交流电压）电压变换（设加正弦交流电压）电压变换（设加正弦交流电压）电压变换（设加正弦交流电压）有效值有效值:同同 理：理：主磁通按正弦规律变化，设为主磁通按正弦规律变化，设为 则则(1)(1)原、副边主磁通感应电动势原、副边主磁通感应电动势原、副边主磁通感应电动势原、副边主磁通感应电动势本讲稿第十四页，共三十八页根据根据KVL：对原边，变压器原边等效电路如图对原边，变压器原边等效电路如图 由于电阻由于电阻 R1 和感抗和感抗 X X1 1(或

9、漏磁通或漏磁通)较小较小,其两端的电压也其两端的电压也较小较小,与主磁电动势与主磁电动势 E1 1比较可忽略不计，则比较可忽略不计，则+(2)(2)原、副边电压原、副边电压原、副边电压原、副边电压式中式中式中式中 R R1 1 为原绕组的电阻为原绕组的电阻为原绕组的电阻为原绕组的电阻;X X1 1=L L 1 1 为原绕组的感抗为原绕组的感抗为原绕组的感抗为原绕组的感抗(漏磁感抗，由漏磁产生漏磁感抗，由漏磁产生漏磁感抗，由漏磁产生漏磁感抗，由漏磁产生)。本讲稿第十五页，共三十八页（匝比）（匝比）K为为变比变比对副边，对副边，对副边，对副边，根据根据KVL：结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结

10、论：改变匝数比，就能改变输出电压。式中式中 R2 为副绕组的电阻为副绕组的电阻;X2=L 2 2 为副绕组的感抗；为副绕组的感抗；为副绕组的端电压。为副绕组的端电压。变压器空载时变压器空载时变压器空载时变压器空载时:+u2+i1 1i2+e2+e 2 2式中式中式中式中U U2020为变压器空载电压。为变压器空载电压。为变压器空载电压。为变压器空载电压。故有故有故有故有本讲稿第十六页，共三十八页3.3.电流变换电流变换电流变换电流变换(原副边电流关系原副边电流关系原副边电流关系原副边电流关系)有载运行有载运行有载运行有载运行 可见，铁心中主磁通的最大值可见，铁心中主磁通的最大值可见，铁心中主磁

11、通的最大值可见，铁心中主磁通的最大值 mm在变压器空载和有载在变压器空载和有载在变压器空载和有载在变压器空载和有载时近似保持不变。即有时近似保持不变。即有时近似保持不变。即有时近似保持不变。即有 不论变压器空载还是不论变压器空载还是不论变压器空载还是不论变压器空载还是有载，原绕组上的阻抗压有载，原绕组上的阻抗压有载，原绕组上的阻抗压有载，原绕组上的阻抗压降均可忽略，故有降均可忽略，故有降均可忽略，故有降均可忽略，故有由上式，若由上式，若由上式，若由上式，若U U1 1、f f 不变，则不变，则不变，则不变，则 mm 基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。基本不变，近于常数。基本不变，近于常数

12、。空载空载：有载：有载：+Z+本讲稿第十七页，共三十八页一般情况下：一般情况下：I0 (23)%I1N 很小可很小可忽忽略。略。或：或：结论：原、副边电流与匝数成反比。结论：原、副边电流与匝数成反比。或：或：1 1.提供产生提供产生提供产生提供产生 mm的磁势的磁势的磁势的磁势2.提供用于补偿提供用于补偿 作用作用 的磁势的磁势磁势平衡式：磁势平衡式：空载磁势有载磁势本讲稿第十八页，共三十八页4.4.阻抗变换阻抗变换阻抗变换阻抗变换由图可知：由图可知：结论：结论：变压器原边的等效阻抗模，为副边所带负变压器原边的等效阻抗模，为副边所带负载的阻抗模的载的阻抗模的K 2 倍。倍。+本讲稿第十九页，共

13、三十八页1.1.变压器的型号变压器的型号变压器的型号变压器的型号三、变压器的铭牌和技术数据三、变压器的铭牌和技术数据三、变压器的铭牌和技术数据三、变压器的铭牌和技术数据S J L 1000/10 变压器额定容量变压器额定容量(KVA)铝线圈铝线圈 冷却方式冷却方式J:油浸自冷式油浸自冷式F:风冷式风冷式相数相数S:三相三相D:单相单相 高压绕组的额定电压高压绕组的额定电压(KV)本讲稿第二十页，共三十八页2.2.额定值额定值额定值额定值 额定电压额定电压 变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允许的电压值的电压值单相：单相：UIN，原边电压，原边电压，

14、U2N，副边空载时的电压，副边空载时的电压三相：三相：UIN、U2N，原、副边的线电压，原、副边的线电压 额定电流额定电流 变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。单相：原、副边绕组允许的电流值单相：原、副边绕组允许的电流值三相：原、副边绕组线电流三相：原、副边绕组线电流本讲稿第二十一页，共三十八页 额定容量额定容量 传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。单相：单相：三相：三相：容量容量 SN 输出功率输出功率 P2 原边输入功率原边输入功率 P1 输出功率输出功率 P2注意：变压器几个功率的关系（单相）注意：变压器几个功率的关系（单相）注意：

15、变压器几个功率的关系（单相）注意：变压器几个功率的关系（单相）效率效率容量：容量：原边输入功率：原边输入功率：输出功率：输出功率：变压器运行变压器运行时的功率取时的功率取决于负载的决于负载的性质性质2.2.额定值额定值额定值额定值本讲稿第二十二页，共三十八页3.3.2 变压器的外特性变压器的外特性 当原边电压当原边电压 U1和负载功率因数和负载功率因数 cos 2保持不变时，保持不变时，副边输出电压副边输出电压 U2和输出电流和输出电流 I2的关系的关系 U U2020：原边加额定电压、：原边加额定电压、：原边加额定电压、：原边加额定电压、副边开路时，副边的输出副边开路时，副边的输出副边开路时

16、，副边的输出副边开路时，副边的输出电压。电压。电压。电压。一般供电系统希望要硬特性（随一般供电系统希望要硬特性（随一般供电系统希望要硬特性（随一般供电系统希望要硬特性（随I I2 2的变化，的变化，的变化，的变化，U U2 2 变化不大）变化不大）变化不大）变化不大），电压变化率约在，电压变化率约在，电压变化率约在，电压变化率约在5%5%左右。左右。左右。左右。电压变化率：电压变化率：电压变化率：电压变化率：U2I2U20I2Ncoscos 2=1=1coscos 2=0.8=0.8(感性）感性）感性）感性）本讲稿第二十三页，共三十八页为减少涡流损耗，铁心一般由为减少涡流损耗，铁心一般由为减少

17、涡流损耗，铁心一般由为减少涡流损耗，铁心一般由导磁钢片叠合成。导磁钢片叠合成。导磁钢片叠合成。导磁钢片叠合成。变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分：铜损铜损铜损铜损 (P PCuCu)：绕组导线电阻的损耗。绕组导线电阻的损耗。绕组导线电阻的损耗。绕组导线电阻的损耗。涡流损耗：交变磁通在铁芯中产生的感涡流损耗：交变磁通在铁芯中产生的感涡流损耗：交变磁通在铁芯中产生的感涡流损耗：交变磁通在铁芯中产生的感 应电流应电流应电流应电流(涡流涡流涡流涡流)造成的损耗。造成的损耗。造成的损耗。造成的损耗。磁滞损耗：磁滞现象引起铁芯发热，造磁滞损耗：磁

18、滞现象引起铁芯发热，造 成的损耗。成的损耗。铁损铁损铁损铁损(P PFeFe)：变压器的效率为变压器的效率为变压器的效率为变压器的效率为一般一般一般一般 95%,95%,95%,95%,负载为额定负载的负载为额定负载的负载为额定负载的负载为额定负载的(50(50(50(5075)%75)%时，时，时，时，最大。最大。最大。最大。输出功率输出功率输入功率输入功率3.3.3 变压器的损耗和效率变压器的损耗和效率本讲稿第二十四页，共三十八页【例例例例】有一带电阻负载的三相变压器，其额有一带电阻负载的三相变压器，其额有一带电阻负载的三相变压器，其额有一带电阻负载的三相变压器，其额 定数据如下：定数据如

19、下：定数据如下：定数据如下：S SN N=100kVA,=100kVA,U U1N1N=6000V,=6000V,f f=50Hz=50Hz。U U2N2N=U U2020=400V,=400V,绕组连接成绕组连接成绕组连接成绕组连接成 。由试验测得由试验测得由试验测得由试验测得:P PFeFe =600 W=600 W，额定负载时的，额定负载时的，额定负载时的，额定负载时的 P PCuCu =2400W=2400W。试求试求试求试求 (1)(1)变压器的额定电流；变压器的额定电流；变压器的额定电流；变压器的额定电流；(2)(2)满载和半载时的效率。满载和半载时的效率。满载和半载时的效率。满载

20、和半载时的效率。【解解解解】（）额定电流（）额定电流（）额定电流（）额定电流本讲稿第二十五页，共三十八页()满载和半载时的效率满载和半载时的效率满载和半载时的效率满载和半载时的效率本讲稿第二十六页，共三十八页变压器的工作原理变压器的工作原理变压器的工作原理变压器的工作原理 原、副绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合原、副绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合原、副绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合原、副绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合+本讲稿第二十七页，共三十八页注意：原、副边千万不能对调使用，注意：原、副边千万不能对调使用，注意：原、副边千万不能对调使用，注意：原、副边千万不能对调使用，以防变压器损坏。

21、以防变压器损坏。以防变压器损坏。以防变压器损坏。因为因为因为因为N N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。变小时，磁通增大，电流会迅速增加。变小时，磁通增大，电流会迅速增加。变小时，磁通增大，电流会迅速增加。3.3.4 特殊变压器特殊变压器一、自耦变压器一、自耦变压器一、自耦变压器一、自耦变压器ABP+本讲稿第二十八页，共三十八页自耦变压器的优缺点自耦变压器的优缺点 优点优点 自耦变压器体积小，质量轻，节省材料自耦变压器体积小，质量轻，节省材料 自耦变压器铜耗、铁耗减小，可提高效率自耦变压器铜耗、铁耗减小，可提高效率 安装运输方便安装运输方便 缺点缺点 高低压边有直接电的联系，高压边发生故障直接

22、波及高低压边有直接电的联系，高压边发生故障直接波及低压边低压边 本讲稿第二十九页，共三十八页1.副边不能短路，以副边不能短路，以 防产生过流；防产生过流；2.铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的 一端接地，以防在一端接地，以防在 绝缘损坏时，在副绝缘损坏时，在副 边出现高压。边出现高压。使用注意：使用注意：电压表电压表被测电压被测电压=电压表读数电压表读数 N1/N2二、电压互感器二、电压互感器二、电压互感器二、电压互感器 实现用低量程的电压表测量高电压实现用低量程的电压表测量高电压实现用低量程的电压表测量高电压实现用低量程的电压表测量高电压VR N1（匝数多（匝数多）保险丝保险丝 N2（匝数少（

23、匝数少）u（被测电压）（被测电压）本讲稿第三十页，共三十八页电压互感器油浸式电压互感器油浸式电压互感器 JDG-0.5型型JDZJ-10型型本讲稿第三十一页，共三十八页电流表电流表被测电流被测电流=电流表读数电流表读数 N2/N11.1.副边不能开路，以副边不能开路，以副边不能开路，以副边不能开路，以 防产生高电压；防产生高电压；防产生高电压；防产生高电压；2.2.铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的 一端一端一端一端 接地，以防在接地，以防在接地，以防在接地，以防在 绝缘损坏时，在副绝缘损坏时，在副绝缘损坏时，在副绝缘损坏时，在副 边出现过压。边出现过压。边出现过

24、压。边出现过压。使用注意事项：使用注意事项：使用注意事项：使用注意事项：三、电流互感器三、电流互感器三、电流互感器三、电流互感器实现用低量程的电流表测量大电流实现用低量程的电流表测量大电流实现用低量程的电流表测量大电流实现用低量程的电流表测量大电流（被测电流）（被测电流）N1（匝数少（匝数少）N2（匝数多（匝数多）ARi1i2本讲稿第三十二页，共三十八页电流互感器电流互感器 LCWD2-110型型LDZJ1-10型型LQC-0.5型型 本讲稿第三十三页，共三十八页 当电流流入当电流流入当电流流入当电流流入(或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，或流

25、出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入则两个流入则两个流入则两个流入(或流出）端称为同极性端。或流出）端称为同极性端。或流出）端称为同极性端。或流出）端称为同极性端。AXax AX Xax一、同极性端一、同极性端一、同极性端一、同极性端 (同名端同名端同名端同名端 )同极性端用同极性端用“”表示表示。增加增加+同极性端和同极性端和同极性端和同极性端和绕组的绕向有绕组的绕向有绕组的绕向有绕组的绕向有关。关。关。关。3.3.5 变压器绕组的极性变压器绕组的极性 本讲稿第三十四页，共三十八页联接联接 23 变压器原边有两个额定电压为变压器原边有两个

26、额定电压为变压器原边有两个额定电压为变压器原边有两个额定电压为 110V 110V 的绕组：的绕组：的绕组：的绕组：二、线圈的接法二、线圈的接法二、线圈的接法二、线圈的接法1324 1324 联接联接 13，2 4当电源电压为当电源电压为220V时：时：+电源电压为电源电压为110V时：时：本讲稿第三十五页，共三十八页问题问题问题问题1 1：在在在在110V110V 情况下，如果只用一个绕组情况下，如果只用一个绕组情况下，如果只用一个绕组情况下，如果只用一个绕组 （N N），行不行？），行不行？），行不行？），行不行？答：答：答：答：不行（两绕组必须并接）不行（两绕组必须并接）原边有两个相同绕

27、组的电源变压器原边有两个相同绕组的电源变压器原边有两个相同绕组的电源变压器原边有两个相同绕组的电源变压器(220/110)(220/110)(220/110)(220/110)，使用中应，使用中应，使用中应，使用中应注意的问题：注意的问题：注意的问题：注意的问题：1324 若两种接法铁芯中的磁通相等，则：若两种接法铁芯中的磁通相等，则：+本讲稿第三十六页，共三十八页问题问题问题问题2 2：如果两绕组的极性端接错，结果如何？如果两绕组的极性端接错，结果如何？如果两绕组的极性端接错，结果如何？如果两绕组的极性端接错，结果如何？结论：结论：结论：结论：在同极性端不明确时，一定要先测定同在同极性端不明

28、确时，一定要先测定同在同极性端不明确时，一定要先测定同在同极性端不明确时，一定要先测定同 极性端再通电。极性端再通电。极性端再通电。极性端再通电。答：有可能烧毁变压器答：有可能烧毁变压器答：有可能烧毁变压器答：有可能烧毁变压器两个线圈中的磁通抵消两个线圈中的磁通抵消原因：原因：电流电流 很大很大烧毁变压器烧毁变压器感应电势感应电势1324 +本讲稿第三十七页，共三十八页交流法交流法交流法交流法把两个线圈的任意两端把两个线圈的任意两端把两个线圈的任意两端把两个线圈的任意两端 (X X-x x)连接连接连接连接,然后在然后在然后在然后在 AXAX 上加一低电压上加一低电压上加一低电压上加一低电压 uAX 。测量：测量：若若 说明说明 A 与与 x 或或 X 与与 a 是是同极性端同极性端.若若 说明说明 A 与与 a 或或 X 与与 x 为同极性端。为同极性端。结论：结论：VaAXxV三、三、三、三、同极性端的测定方法同极性端的测定方法同极性端的测定方法同极性端的测定方法+本讲稿第三十八页，共三十八页