建筑电气——第四章变压器
36页1、第四章 变压器,4.1 变压器,4.1.1 变压器的分类,变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止的电气设备,它具有变换电压、变换电流和变换阻抗的功能,因而在工程的各个领域得到广泛的应用。按照用途来分,变压器主要分成以下三大类:,1电力变压器。用在输配电系统中,用来传输和分配电能。按照相数来分,电力变压器又分为单相变压器和三相变压器。按冷却介质的不同可分为油浸变压器、干式变压器(空气冷却式)和水冷变压器。,电力变压器,在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。,电能传输过程示意图,高压配电线,高压输电线,2特种电源变压器。用来获得工业中特殊要求的电源,如整流变压器、电炉变压器等。 3专用变压器。它是一类有专门用途的变压器,如电子系统提供电源的电源变压器,实现阻抗匹配的阻抗变换器、脉冲变压器、隔离变压器、自耦变压器和用于电气测量的互感器等。,专用变压器,4.1.2 变压器的工作原理,变压器种类虽繁多,但它们的基本结构,作用原理和分析它们的方法是相同的。 变压器一般由闭合铁心和高压、低压绕组等几个主要部分构成。,上图所示的是变压器的原理图,它由一个铁心和绕在铁心柱上的两个绕
2、组组成。其中接电源的绕组叫原绕组(又称初级绕组、一次绕组),匝数为N1,其电压、电流用u1、i1表示;接负载的绕组称为副绕组(又称次级绕组、二次绕组),匝数为N2,其电压、电流用u2、i2表示。,原、副绕组的磁动势共同产生的主磁通用表示,主磁感应电势用e1和e2表示;分别产生的漏磁通用1和2表示,漏磁感应电势用e1、和 e2表示。图中标明的是它们的参考方向。,变压器的电磁关系可表示如下:,1电压变换,对于原绕组和副绕组线圈,根据基尔霍夫电压定律有:,如果电源是正弦电源,可以将上面两式写成相量形式,其中R1 、R2为绕组的电阻, X1 =L1,X2 =L2称为绕组的漏磁电抗(简称漏抗)。在理想情况下(忽略线圈电阻和漏抗),变压器称为理想变压器。对于理想变压器,上式简化为,假设磁通按正弦规律变化,=msint,则线圈两端电源电压u与磁通的关系为,可见,此时u也按正弦规律变化,电压的有效值为,可得,原绕组和副绕组中的主磁感应电势的有效值为,因此,对于理想变压器有如下电压变换关系:,其中,k称为变压器的变压比,它表明变压器的电压与绕组匝数成正比。,2电流变换,实际变压器在空载运行时,副绕组中电
3、流i2 = 0。但是原绕组的电流不为0,此时i1 = i0成为空载励磁电流。由空载磁动势i0N1,产生主磁通,建立变压器的空载磁场。当变压器负载运行时,因为电源电压的有效值与空载时相同,所以主磁通也与空载时相同。此时,主磁通由原绕组磁动势和副绕组磁动势共同产生,因此,如用相量表示,则有,由于变压器的铁心的磁导率很高,所以空载励磁电流很小(I0I1N的10%)。忽略空载励磁电流的情况下,由上式可以导出,即原副绕组中电流与其匝数成反比,这便是其变流作用。,3阻抗变换,4.1.2 变压器的运行特性,1变压器的外特性 外特性是指原边输入电压和副边负载功率因数不变的情况下,副边输出电压U2随负载电流变化的规律,即U2=f(I2)。变压器带负载后,由于内部漏阻抗压降致使副边电压U2与空载电压U20不相等。负载功率因数愈低,U2下降愈大。,2电压变化率 它反映了从空载到额定负载时,副边输出电压的变化程度。一般总是希望输出电压随负载的变化尽量小。其定义为:,其中,U20是副边的空载电压,U2是副边的输出电压。电压变化率是衡量变压器供电平衡能力和表征运行性能的重要数据之一。在一般电力变压器中由于其电阻和
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