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资源描述
,第十七单元 变压器,P355,引述,输配电系统示意图,3.1520 kV,380 V / 220 V,发电厂,工厂,概述:,1、什么是变压器:,变压器是一种通过电磁感应原理,将一种交流的电压、电流系统转换成相同频率的另一种交流的电压、电流系统,进行电能传递的静止的电气设备。,概念:交流电、同频率、静止的。,一、电流的磁效应及电磁感应定律,回顾:,电磁感应定律:导体相对磁场作切割磁感线运动或者线圈中的磁通发生变化时,导体或线圈中就会产生感生电动势,当导体或线圈是闭合回路的一部分,就会产生感生电流。,动电生磁;动磁生电,电流的磁效应:电流周围总是存在磁场,电流和磁场有着不可分割的联系,磁场总是伴随着电流而存在的。,直流电周围存在的是稳衡磁场; 交流电周围存在的是交变磁场。,2、变压器的工作原理,二、线圈中磁通变化产生感生电动势,结论:当穿过线圈中的磁通量发生变化时,在线圈回路中就会产生感生电动势和感生电流。,当磁铁插入线圈时,线圈中有电流流过,当磁铁拔出线圈时,线圈中也有电流流过,但方向与插入时相反,当磁铁静止在线圈时,线圈中没有电流流,三、法拉第电磁感应定律,1、内容,线圈的匝数,匝;,N匝线圈的磁通变化量,Wb;,磁通变化所需的时间,s;,单匝线圈的磁通变化量,Wb;,在 时间内感应电动势的平均值,V。,2、数学表达式,线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通变化的速度(即变化率)成正比。,公式中的负号表示感应电流产生的磁通总是企图阻碍原磁通的变化。实际中判断感应电动势的方向还是楞次定律更方便,公式只用来计算感应电动势的大小。,四、自感现象与互感现象,由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象,叫自感现象。,1、自感现象,当一个线圈中电流变化,在另一个线圈中产生感应电动势的现象,称为互感现象。,互感电动势:互感现象中产生的感应电动势,称为互感电动势(eM)。,2、互感现象,自感电动势:自感现象中产生的感应电动势,称为自感电动势(eL)。,互感系数与两线圈的结构、磁介质和相对位置有关。,3、决定互感系数大小的因素,如图所示两个线圈完全耦合时,互感系数最大,如图所示两个线圈相互垂直时,互感系数最小,L1线圈磁感线与L2线圈截面平行,互感系数最小(M=0),L1线圈的磁感线同时穿过L2线圈,互感系数最大,四、软磁材料、硬磁材料、矩磁材料的磁滞回线,1)软磁材料,应用:硅钢片 (变压器、电机、电磁铁的铁芯)铁氧体(非金属) (作高频线圈的磁芯材料),特点:磁导率大、矫顽力小,容易磁化也容易去磁; 磁滞回线包围面积小,磁滞损耗小,Hc,纯铁,硅钢坡莫合金(Fe,Ni),铁氧体等。,特点:剩余磁感应强度(剩磁)大、矫顽力大; 不容易磁化、也不容易去磁; 磁滞回线宽、磁滞损耗大。,2)硬磁材料,应用:作永久磁铁 永磁喇叭,钨钢,碳钢,铝镍钴合金,应用:用于记忆元件,当正脉冲产生HHC使磁芯呈+B状态,则负脉冲产生H HC使磁芯呈 B状态,构成了“0”与“1” 二进制的两个状态。,3)矩磁材料:,特点:磁滞回线呈矩形状,Br=BS ,Hc不大。,锰镁铁氧体,锂锰铁氧体,五、涡流与涡流损耗,1、涡流的产生,当铁心线圈通过交流电流时,铁心内的交变磁通会产生感生电势,进而在铁心内引起环流。这些环流通常作涡流状流动,称为涡流。(如图所示),2、涡流损耗:涡流使铁心发热引起的损耗。,克服方法:为了减小涡流损耗, 当线圈用于一般工频交流电时, 可将0.35 mm和0.5 mm片间相互绝缘的硅钢片叠成铁心, 如图所示, 这样将涡流限制在较小的截面内流通。,2、变压器的工作原理,电磁感应原理,(动电生磁,动磁生电),3、变压器的作用,下页,a、改变电压:将一定数值的电压转换成同频率 的另一数值的电压;,b、改变电流;将一定数值的电流转换成同频率 的另一数值的电流;,c、阻抗变换:将一定数值的阻抗变换成另一数值的阻抗;,d、改变相位:使输入(原边)与输出(副边)的相位不同。,例 电力变压器,例 电流互感器,阻抗匹配,变压器的联接组别,3、变压器的作用,一、按用途分类:,电力变压器:升压变压器、降压变压器(输配电用),特殊电源用变压器:电炉变压器、电焊变压器等,调压器:自耦变压器、感应变压器,仪用变压器:电压互感器、电流互感器,试验变压器:输出特高压以供设备耐压试验用,控制变压器:机床控制变压器等,通常容量很小,第一节 变压器的种类,二、按绕组数分类:,自耦变压器(次级绕组是初级绕组的一部分),双绕组变压器,三绕组变压器:可输入(或输出)两种电压 (相当于两台变压器作用),多绕组变压器(见P366 例17-2),按铁芯形式,按铁芯结构 辐射形、渐开线等,三、按铁芯分类:,按铁芯形式,按铁芯结构 辐射形、渐开线等,心式:P359 图17-3(铜包铁、下图),壳式: P359 图17-4 (铁包铜),左图中:1-铁芯柱 2-上铁轭 3-下铁轭 4、5-高(外)低压(内)绕组,四、按相数分类:,单相、三相、多相,五、按冷却方式分类:,油浸式变压器 油循环冷却,干式变压器 空气流动冷却,充气式变压器 用化学气体冷却,如六氟化硫(SF6),五、按冷却方式分类:,油浸式变压器 油循环冷却,干式变压器 空气流动冷却,充气式变压器 用化学气体冷却,如六氟化硫(SF6),第二节 变压器的铭牌数据(P356),一、型号,三相,铝线,设计序号,额定容量 KVA,高压侧额定电压 KV,型号:由汉语拼音组成的基本代号,由短横线隔开,后两组数字,前一组表示额定容量后一组表示额定电压。,1、额定电压,额定电压U1N/U2N 单位为V或者kV。U1N为正常运行时一次侧应加的电压。U2N为一次侧加额定电压、二次侧处于空载状态时的电压。,二、变压器的额定数据,三相变压器中,额定电压指的是线电压,2、额定电流,额定电流I1N/I2N 单位为A或者kA。是变压器正常运行时所能承担的电流。,在三相变压器中均代表线电流。,3、额定容量,额定容量SN 单位为VA/KVA/MVA SN为变压器的视在功率。通常把变压器一、二次侧的额定容量设计为相同。,4、额定频率,单位为Hz,fN=50Hz,5、温升,变压器在额定运行时允许超出周围的标准温度环境温度(40C)的数值称为温升。,温升取决于绝缘材料的等级,此外,铭牌上还会给出三相联接组以及相数m/阻抗电压Uk/型号/运行方式/冷却方式/重量等数据。,此外,铭牌上还会给出三相联接组以及相数m/阻抗电压Uk/型号/运行方式/冷却方式/重量等数据。,第三节 变压器的基本结构(P358),一、三相电力变压器的结构,绕组是变压器的电路,铁心是变压器的磁路。二者构成变压器的电磁部分。,变压器主要部件是绕组和铁心。,型式: 心式(铜包铁) 壳式(铁包铜) 材料:一般由0.35mm/0.5mm冷轧(也用热轧)硅钢片叠成。,(1)铁心,铁心结构图,铁心交叠:相邻层按不同方式交错叠放,将接缝错开。偶数层刚好压着奇数层的接缝,从而减少了磁阻,便于磁通流通。,铁心交叠:相邻层按不同方式交错叠放,将接缝错开。偶数层刚好压着奇数层的接缝,从而减少了磁阻,便于磁通流通。,壳式用在小容量变压器和电炉变压器,心式结构简单工艺简单;,心式三相心式;多应用在电力变压器,(2)绕组 一般用绝缘扁铜线或圆铜线在绕线模上绕制而成。绕组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。,电力变压器结构图,除了电磁部分,还有油箱/冷却装置/绝缘套管/调压和保护装置等部件。,变压器的结构,1-铭牌; 2-信号式温度计; 3-吸湿器; 4-油标; 5-储油柜; 6-安全气道 7-气体继电器; 8-高压套管; 9-低压套管; 10-分接开关; 11-油箱; 12-放油阀门; 13-器身(绕组和铁心); 14-接地板; 15-小车,为了加快散热,有的大型变压器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。这些都是变压器的冷却装置。,(3)油/油箱/冷却/安全装置,变压器油起两个作用: 在变压器绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间起绝缘作用。 受热后产生对流,对变压器铁心和绕组起散热作用。,油箱有许多散热油管,以增大散热面积。,变压器的冷却,变压器油是一种矿物油,具有很好的绝缘性能。,储油柜使变压器油与空气接触面变小,减缓了变压器油的氧化和吸收空气水分的速度。从而减缓了油的变质。,11油箱/5储油柜/7气体继电器/6为安全气道。,储油柜的作用,变压器运行时产生热量,使变压器油膨胀,并流进储油柜中。,故障时,热量会使变压器油汽化,触动气体继电器发出报警信号或切断电源。 如果是严重事故,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。,11油箱/5储油柜/7气体继电器/6为安全气道。,变压器的故障保护,10分接开关/5储油柜/7气体继电器/6为安全气道。,变压器的调压,8高压套管/9低压套管/7气体继电器/6为安全气道。,变压器与外电路连接,变压器的故障保护 气体继电器、安全气道,变压器的调压 分接开关,变压器与外电路连接 高压套管、低压套管,变压器结构,小 结,基本结构 (核心构件) 铁心+绕组,变压器的冷却 油箱、储油柜、油管,二、变压器的符号,复习题,4、变压器铁芯采用薄硅钢片制造的主要目的是为了降低(C) (A)杂散修正损耗(B)铜耗(C)涡流损耗(D)磁滞损耗,1、变压器的额定功率,是指在铭牌上所规定的额定状态下变压器的输入有功功率。(),2、变压器的效率是指其输出功率P2 与输入功率P1之比。(),3、三相变压器的一、二次测的额定电压,分别指允许输入和输出的相电压的有效值。(),练习册:P17:62-68 P32:134-142,教材:P371:1、3-6 P372: 1、4-7,输出,线电压,
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