3.1变压器的基本工作原理和结构.pptVIP

3.1 变压器的基本工作原理和结构 3.1.1 基本工作原理 1．变压器的主要用途 变压器是一种通过电磁感应作用将一定数值的电压、电流、阻抗的交流电转换成同频率的另一数值的电压、电流、阻抗的交流电的静止电器。在电力系统中，专门用于升高电压和降低电压的变压器统称为电力变压器。电力变压器是使用最广泛的变压器。 变压器的主要用途（续1） 在绝大多数情况下，交流电能来自于远离用电地区的水力发电站、火力发电站、核电站的交流发电机。由于绝缘材料和散热等方面的限制，交流发电机发出的电压不可能太高，一般多为10.5kV和18kV。如果以此等级的电压直接向远距离的用电地区传送大功率的电能，那么输电线路必然流过很大的电流，大大增加了输电线路上的电能损耗和电压损耗，这是很不经济的，甚至于不能将电能送出去。如果采用升压变压器，把发电机发出的电压升高到几十千伏或几百千伏的电压后，再向远距离的用电地区传送大功率的电能，那么输电线路上流过的电流自然就变小了，这样就能经济地把电能送出去。一般地，输电电压的高低与输电距离、输电功率有关，若要求输电距离较远且输电功率较大，则要求较高的输电电压。而用电设备的电压等级绝大多数为380V或220V，用电设备不能直接与高压输电线路连接，必须采用降压变压器，先将输电电压降低到合适的电压等级，再供用户使用。 2．变压器的基本工作原理 它的基本工作原理可以用图3.1说明。图3.1是单相变压器的工作原理图。这个单相变压器由一个闭合的铁心和套在其上的两个绕组构成。这两个绕组彼此绝缘，同心套在一个铁心柱上，但是为了分析问题的方便，我们将这两个绕组画在铁心柱两侧上，其中，与电源连接的绕组称为原绕组，也称为一次绕组或原边；与负载连接的绕组称为副绕组，也称为二次绕组或副边。我们在表示原绕组电磁量的符号右下角加标号“1”，在表示副绕组电磁量的符号右下角加标号“2”，以便于区别。例如， , , 分别表示原绕组的电压、感应电动势、电流相量； , , 分别表示副绕组的电压、感应电动势、电流相量。 变压器的基本工作原理（续1） 将原绕组的两个出线端与单相交流电源连接，原绕组中便流过交流电流，该电流在铁心中生成与电源频率相同的交变磁通，此交变磁通同时链过原、副绕组。据电磁感应原理，原、副绕组中将分别感应出交变电动势。将副绕组的两个出线端与负载连接，负载就有交流电流通过。对应某一瞬时，单相变压器中各物理量的方向标示于图3.1。 变压器的基本工作原理（续2） 设 , 分别为原绕组的电压、感应电动势瞬时值， , 分别为副绕组的电压、感应电动势瞬时值， , 分别为原绕组、副绕组的匝数，? 为铁心中同时链过原、副绕组的磁通。如果单相变压器副绕组的两个出线端不与负载连接并忽略数值很小的原绕组电阻、电抗，可以得出下面的瞬时值方程式 变压器的基本工作原理（续3） 由此可见，通过选用不同于原绕组匝数N1的副绕组匝数N 2，便可使副绕组的电压u2不等于原绕组的电压u1，k称为变压器的变压比，其大小是由变压器的结构参数N1, N2所决定的。 综上所述，变压器以原、副绕组能同时链过铁心中同一变化磁通的特有结构，利用电磁感应原理，将原绕组吸收电源的电能传送给副绕组所连接的负载——实现能量的传送，使匝数不同的原、副绕组中感应出大小不等的电动势——实现电压等级变换，这就是变压器的基本工作原理。 3.1.2 基本结构 图3.2为三相油浸式电力变压器的结构示意图。 变压器的基本结构（续1） 1．铁心 铁心作为变压器的闭合磁路和固定绕组及其他部件的骨架。为了减小磁阻、减小交变磁通在铁心内产生的磁滞损耗和涡流损耗，变压器的铁心大多采用薄硅钢片叠装而成。变压器的铁心有心式和壳式两种基本形式。 心式变压器的铁心由铁心柱、铁轭和夹紧器件组成，绕组套在铁心柱上，如图3.3所示。心式变压器的结构简单，绕组的装配工艺、绝缘工艺相对于壳式变压器简单，国产三相油浸式电力变压器大多采用心式结构。 变压器的基本结构（续2） 2．绕组 绕组是变压器的电路部分，原绕组吸取供电电源的能量，副绕组向负载提供电能。变压器的绕组由包有绝缘材料的扁导线或圆导线绕成，有铜导线和铝导线两种。按照高、低压绕组之间的安排方式，变压器的绕组有同心式和交叠式两种基本形式。 变压器的基本结构（续3） 3．其他部件 （1）油箱 变压器