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电机学（二）变压器 本章内容 电力变压器的用途 电力变压器：电力系统传输电能的升、降压变压器和配电变压器等。变压器在电力系统中具有极其重要的地位。 变压器的工作原理 变压器的工作原理 一个铁芯：提供磁通的闭合路径 两个绕组：一次侧绕组（原边）N1 二次侧绕组（副边）N2 电力变压器的基本结构和额定值 电力变压器的基本结构 电力变压器的基本结构和额定值 电力变压器的基本结构和额定值 铁芯 硅钢片叠装而成，0.2mm~0.5mm厚，通常为冷轧有取向 为了进一步降低空载电流、空载损耗，上层与下层叠片接缝错开，称为交叠装配 电力变压器的基本结构和额定值 电力变压器的基本结构和额定值 绕组 变压器绕组一般为绝缘扁铜线或绝缘圆铜线在绕线模上绕制而成。 为便于制造、在电磁力作用下受力均匀以及机械性能良好，绕组线圈作成圈形。 按照绕组在铁芯中的排列方法分类，变压器可分为铁芯式和铁壳式两类 基本型式：同芯式，交叠式 绕组同芯套装在变压器铁心柱上，低压绕组在内层，高压绕组套装在低压绕组外层，以便于绝缘。 电力变压器的基本结构和额定值 电力变压器的基本结构和额定值 铁壳式变压器 变压器的铁芯柱在中间，铁轭在两旁环绕，且把绕组包围起来 结构比较坚固、制造工艺复杂，高压绕组与铁芯柱的距离较近，绝缘也比较困难 通常应用于电压很低而电流很大的特殊场合，例如，电炉用变压器。这时巨大的电流流过绕组将使绕组上受到巨大的电磁力，铁壳式结构可以加强对绕组的机械支撑，使能承受较大的电磁力。 电力变压器的基本结构和额定值 变压器油 电力变压器绕组与铁心装配完后用夹件紧固，形成变压器的器芯。变压器器芯装在油箱内，油箱内充满变压器油。变压器油是一种矿物油，具有很好的绝缘性能。变压器油起两个作用： ①绝缘：绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间 ②散热：热量通过油箱壳散发，油箱有许多散热油管，以增大散热面积。采用内部油泵强迫油循环，外部用变压器风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱 电力变压器的基本结构和额定值 油箱 机械支撑、冷却散热、保护作用 当变压器出现故障时，产生的热量使变压器油汽化，气体继电器动作，发出报警信号或切断电源。 如果事故严重，变压器油大量汽化，油气冲破安全气道管口的密封玻璃，冲出变压器油箱，避免油箱爆裂。 电力变压器的基本结构和额定值 绝缘套管 绝缘套管由中心导电杆与瓷套组成。导电杆穿过变压器油箱、在油箱内的一端与线圈的端点联接，在外面的一端与外线路联接。 在瓷套和导电杆间留有一道充油层——充油套管 当电压等级更高时，在瓷套内腔中常环绕着导电杆包上几层绝缘纸简，在每个绝缘纸简上贴附有一层铝箔，则沿着套管的径向距离，绝缘层和铝箔层构成串联电容器，使资套与导电杆间的电场分布均匀 套管外形常做成伞形，电压愈高、级数愈多。 电力变压器的基本结构和额定值 电力变压器的基本结构和额定值 变压器的额定值 额定容量SN——制造厂所规定的在额定条件下使用时输出能力的保证值。单位为VA或kVA。对三相变压器指三相的总容量。 额定电压——由制造厂所规定的变压器在空载时额定分接头上的电压保证值。单位为V或kV。 当变压器初级侧在额定分接头处接有额定电压U1N，次级侧空载电压即为次级侧额定电压U2N。 对三相变压器，铭牌上的额定电压指线电压 额定电流——额定容量除以各绕组的额定电压所计算出来的线电流值。单位用A或kA。 电力变压器的额定频率是50Hz 变压器的基本理论 变压器的空载运行 一、空载运行物理分析 一次侧接额定电压U1N，二次侧开路的运行状态称为空载运行（i2=0）。 空载时一次侧绕组中的电流i0为空载(或叫激磁)电流，磁势F0=I0N1叫励磁磁势。 变压器的空载运行 f0产生的磁通分为两部分，大部分以铁心为磁路（主磁路），同时与一次绕组N1和二次绕组N2匝链，并在两个绕组中感应电势e1和e2，是传递能量的主要媒介，属于工作磁通，称为主磁通Ф； 另一部分磁通仅与原方绕组匝链，通过油或空气形成闭路，属于非工作磁通，称为原方的漏磁通Ф1σ。 铁心由高导磁硅钢片制成，导磁系数μ为空气的导磁系数的2000倍以上，所以大部分磁通都在铁心中流动，主磁通约占总磁通的99％以上，而漏磁通占总磁通的1％以下。 变压器的空载运行 规定正方向（符合惯例） 箭头方向表示正方向 规定电流的正方向与该电流所产生的磁通正方向符合“右手螺旋”定则，规定磁通的正方向与其感应电势的正方向符合“右手螺旋”定则。 电流正方向与电势正方向一致。 e的正方向与电流同方向。 变压器的空载运行 二.电势公式及电势平衡方程式推导