文档介绍：第二章变压器
变压器是一种静止的电器,,电流的电能。变压器是电力系统中重要的电气设备,众所周如。输送一定的电能时,输电线路的电压愈高,线路中的电流和损耗就愈小。为此需要用升压变压器把交流发电机发出的电压升高到输电电压:通过高压输电线将电能经济地送到用电地区,然后再用降压变压器逐步将输电电压降到配电电压,供用户安全而方便地使用。在其他工业部门中,变压器应用也很广泛。
本章主要研究一般用途的电力变压器,对其他用途的变压器只作简单介绍。
变压器的基本结构和额定值
一、变压器的基本结构
铁心和绕组变压器中最主要的部件是铁心和绕组,它们构成了变压器的器身。
变压器的铁心既是磁路,又是套装绕组的骨架。铁心由心柱和铁轭两部分组成,心柱用来套装绕组,铁轭将心柱连接起来,使之形成闭合磁路。为减少铁心损耗,—,片上涂以绝缘漆,以避免片间短路。,常采用冷轧硅钢片;为减少接缝间隙和激磁电流,有时还采用由冷轧硅钢片卷成的卷片式铁心。
按照铁心的结构,变压器可分为心式和壳式两种。心式结构的心柱被绕组所包围,如图2—1所示;壳式结构则是铁心包围绕组的顶面、底面和侧面,如图2—,所以电力变压器常常采用这种结构。壳式变压器的机械强度较好,常用于低压、大电流的变压器或小容量电讯变压器。
绕组是变压器的电路部分,用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成。其中输人电能的绕组称为一次绕组(或原绕组),输出电能的绕组称为二次绕组(或副绕组),它们通常套装在同一心柱上。一次和二次绕组具有不同的匝数、电压和电流,其中电压较高的绕组称为高压绕组,电压较低的称为低压绕组。对于升压变压器,一次绕组为低压绕组,二次绕组为高压绕组;对于降压变压器,情况恰好相反,高压绕组的匝数多、导线细;低压绕组的匝数少、导线粗。
从高、低压绕组的相对位置来看,变压器的绕组可分成同心式和交迭式两类。同心式绕组的高、低压绕组同心地套装在心柱上,如图2
—1所示。交迭式绕组的高、低压绕组沿心柱高度方向互相交迭地放置,如图2—2所示。同心式绕组结构简单、制造方便,国产电力变压器均采用这种结构。交迭式绕组用于特种变压器中。
其他部件除器身外,典型的油浸电力变压器还有油箱、变压器油、散热器、绝缘套管、分接开关及继电保护装置等部件。
图2—3a和b是一台三相油浸电力变压器的外型图和器身装配图。
二、额定值
额定值是制造厂对变压器在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。在额定状态下运行时,可以保证变压器长期可靠地工作,并具有优良的性能。额定值亦是产品设计和试验的依据。额定值通常标在变压器的铭牌上,亦称为铭牌值,变压器的额定值主要有:
(1)额定容量SN 在铭牌规定的额定状态下变压器输出视在功率的保证值,称为额定容量。额定容量用伏安(vA)或千伏安(kVA)裹示。对三相变压器,额定容量系指三相容量之和.
(2)额定电压UN, 铭牌规定的各个绕组在空载、指定分接开关位置下的端电压,称为额定电压。额定电压用伏(v)或千伏(kV)表示。对三相变压器,额定电压指线电压。
(3)额定电流IN 根据额定容量和额定电压算出的电流称为额定电流,以安(A)表示。对三相变压器,额定电流指线电流。
对单相变压器,一次和二次额定电流分别为
对三相变压器,一次和二次额定电流分别为
(4)额定频率fN 我国的标准工频规定为50赫(Hz)。
此外,额定工作状态下变压器的效率、温升等数据亦属于额定值。
变压器的空载运行
变压器的一次绕组接交流电源,二次绕组开路,负载电流为零(即空载)时的运行,称为空载运行。
一、一次和二次绕组的感应电动势,电压比
图2—4表示单相变压器空载运行的示意图,图中N1和N2分别表示一次和二次绕组的匝数。当一次绕组外施交流电压u1,二次绕组开路时,一次绕组内将流过一个很小的电流i10,称为变压器的空载电流。空载电流il0。产生交变磁动势Nli10,并建立交变磁通φ;i10的正方向与磁动势N1i10的正方向之间符合右手螺旋关系,磁通φ的正方向与磁动势的正方向相同。设磁通φ全部约束在铁心磁路内,并同时与一次和二次绕组相交链。根据电磁感应定律,磁通φ将在一次和二次绕组内感生电动势e1和e2,
e1、e2的正方向与φ的正方向符合右手螺旋关系。于是根据基尔霍夫定律和图2-4所示正方向,可写出一次和二次绕组的电压方程为
式中,R1为一次绕组的电阻;u20为二次绕组的空载电压(即开路电压)。
在一般变压器中,空载电流所产生的电阻压降i10R1很小