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变电设备第一章 电力变压器 变压器的作用：是一种静止的电机，它利用电磁感应原理将一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另一种电压、电流的电能。换句话说，变压器就是实现电能在不同等级之间进行转换。 一、工作原理： 1、空载运行的物理现象： 1）空载运行：是指变压器原绕组接到额定电压、额定频率的电源上，副绕组开路时的运行状态。 2）物理现象： 主磁通： 漏磁通： 主磁通和漏磁通在性质上的不同： 1）由于铁磁材料有饱和现象，所以主磁路的磁阻不是常数，主磁通与建立它的电流之间呈非线性关系。而漏磁通的磁路大部分是非铁磁材料组成，所以漏磁路的磁阻基本上是常数，漏磁通与产生它的电流呈线性关系 2）主磁通在原、副绕组中均感应电动势，当副方接上负载时便有电功率向负载输出，故主磁通起传递能量的作用。而漏磁通仅在原绕组中感应电动势，不能传递能量，仅起压降作用。因此，在分析变压器和交流电机时常将主磁通和漏磁通分开处理。 2、正方向的规定： 从理论上讲，正方向可以任意选择，因各物理量的变化规律是一定的，并不依正方向的选择不同而改变。但正方向规定不同，列出的电磁方程式和绘制的相量图也不同。在电机方向的学科中通常按习惯方式规定正方向，称为惯例。具体原则如下： 1）在负载支路，电流的正方向与电压降的正方向一致，而在电源支路，电流的正方向与电动势的正方向一致 2）磁通的正方向与产生它的电流的正方向符合右手螺旋定则 3）感应电动势的正方向与产生它的磁通的正方向符合右手螺旋定则 电压u1,u2的正方向表示电位降低，电动势e1,e2的正方向表示电位升高。在原方，u1由首端指向末端，1从首端流入。当u1与1同时为正或同时为负时，表示电功率从原方输入，称为电动机惯例。在副方，u2和2的正方向是由e2的正方向决定的，即2沿e2的正方向流出。当u2和2同时为正或同时为负时，电功率从副方输出，称为发电机惯例。 3、空载时的电磁关系： 1）电动势与磁通的关系： 假定主磁通按正弦规律变化，即 Φ=Φmsinωt 根据 根据电磁感应定律和对正方向规定，一、二次绕组中感应电动势的瞬时值为 ： 式中： 注意：从上面的表达式中我们可以看出， 电 动势总是滞后与产生他的磁通90。 2）电动势平衡方程式： 根据对正方向的规定，可以得到空载时电动势平衡方程式： 将漏感电动势写成压降的形式 ： 式中 Z1=R1+ 1σ——原绕组的漏阻抗。 对于电力变压器，空载时原绕组的漏阻抗压降I0Z1很小，其数值不超过U1的0.2%，将I0Z1忽略，则上式变成： 在副方，由于电流为零，则副方的感应电动势等于副方的空载电压，即： 4、变压器的变比： 在变压器中，原、副绕组的感应电动势E1和E2之比称为变压器的变比，用 表示，即： 上式表明，变压器的变比等于原、副绕组的匝数比。当变压器空载运行时，由于U1≈E1 ，U20≈E2，故可近似地用空载运行时原、副方的电压比来作为变压器的变比，即 1.1 变压器的基本结构和分类 一、变压器的基本结构： 电力变压器的基本构成部分有：铁心、绕组、绝缘套管、油箱及其他附件等，其中铁心和绕组是变压器的主要部件，称为器身。图1-2是油浸式电力变压器的结构图。 二、结构： 1、铁心和绕组：变压器中最主要的部 件，他们构成了变压器的器身。 1）铁心：构成了变压器的磁路，同时又是套装绕组的骨架。铁心由铁心柱和铁轭两部分构成。铁心柱上套绕组，铁轭将铁心柱连接起来形成闭合磁路。 铁心材料：为了提高磁路的导磁性能，减少铁心中的磁滞、涡流损耗，铁心一般用高磁导率的磁性材料——硅钢片叠成。硅钢片有热轧和冷轧两种，其厚度为0.35～0.5mm，两面涂以厚0.02～0.23mm的漆膜，使片与片之间绝缘。 铁心型式 ：变压器铁心的结构有心式、壳式和渐开线式等形式。壳式结构的特点是铁心包围绕组的顶面、底面和侧面，如图所示。心式结构的特点是铁心柱被绕组包围，如图所示。壳式结构的机械强度较好，但制造复杂， 心式结构比较简单，绕组的装配及绝缘比较容易，电力变压器的铁心主要采用心式结构。 铁心叠装 ：变压器的铁心一般是由剪成一定形状的硅钢片叠装而成。为了减小接缝间隙以减小激磁电流，一般采用交错式叠法，使相邻层的接缝错开。 铁心截面:铁心柱的截面一般作成阶梯形，以充分利用绕组内圆空间。容量较大的变压器，铁心中常