[信息与通信]电机 第三章.ppt

1,第三章 变压器,第一节 变压器的工作原理、分类及结构 一、变压器的工作原理 1、变压器的简化结构 铁芯+一次绕组+二次绕组,一次绕组,二次绕组,2,2、特点 两绕组只有磁耦合没电联系。 3、作用 在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。 忽略铁心损耗，根据能量守恒定律，有 由此知：变压器是利用电磁感应原理从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器。,k匝比,什么是变压器？,3,二、变压器的分类 按用途分：电力变压器和特种变压器。 按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。 按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。 按铁心结构分：芯式变压器和壳式变压器。 按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。 按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器。,4,5,电力变压器,6,音频变压器,7,8,9,三相干式变压器：依靠空气对流进行冷却,10,11,电源变压器,12,控制变压器:控制用,13,接触调压器:调节电压用,14,三、变压器的结构简介 器身（铁芯+绕组）+油箱+绝缘套管+分接开关等 1、铁芯 作用：变压器中主要的磁路部分 构成：铁心柱+铁轭 结构形式：芯式or壳式,15,16,铁 心,17,2、绕组 作用：变压器中的电路部分 构成：纸包的绝缘扁线或圆线 结构形式：同心式or交叠式 注：电力变压器大多用同心式，电炉变压器采用交叠式,18,1信号式温度计 2吸湿器 3储油柜 4油位计 5安全气道 6气体继电器 7高压套管 8低压套管 9分接开关 10油箱 11铁心 12线圈 13放油阀门 14 铭牌,19,3、其他结构部件 如上图 4、变压器的额定值 额定容量：为变压器视在功率的惯用数值，用SN表示，单位 kVA ，VA 额定电压：变压器各绕组在空载分接下端子间额定电压的保证值， U1N 和U2N ，单位V, kV 额定电流：额定容量除以额定电压得到的线电流， I1N 和I2N ，单位 A , kA 额定频率：我国规定为50Hz， fN,单相变压器,三相变压器,20,例3-1一台三相变压器型号为S7-16000/110，额定电压为110/11kV，YNd-1接法，试求高低压额定电流、变压器变比。 解：（1）计算高低压额定电流 额定视在功率为 SN=16000kVA 高压侧额定电流为 低压侧额定电流为 （2）计算变压器变比,21,第二节 单相变压器的空载运行,一、空载运行时的物理情况 1、空载运行 定义：变压器匝数为N1的一次绕组加上交流电压，变压器匝数为N2的二次绕组开路运行状态。 物理变化：,22,一次绕组和二次绕组的电动势平衡方程式,23,2、感应电动势与主磁通 空载运行时，忽略i1R1和e1，u1e1 设：=msint，则 感应电动势：e1和e2均滞后于的电角度90，其有效值为,24,E1和E2的相量表达式 二次侧额定电压：一次侧 额定电压，二次侧开路 变比： 通常k 1 3、空载电流 定义 作用：主要是建立磁场，产生主磁通 电流构成：两个部分 A.磁化分量I：建立磁场，产生主磁通，无功分量，磁化电流；,25,B. 铁耗分量IFe：供变压器铁心损耗，有功分量，损耗电流 波形和等效电流：实际电流非正弦，分析时等效正弦电流 性质：由于I远大于IFe，所以i0主要是感性无功性质，故也称励磁电流Im； 大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关，用额定电流百分数I0%来表示： 空载损耗：p0 pFe,26,4、漏磁通和漏电抗 漏磁通：仅有少量，与一次绕组交链，交变，路径为非磁性物质 漏电抗：描述漏磁通而引入的物理量 漏电抗X1 是一次绕组的一个参数 二、空载运行时的电动势平衡方程式、相量图及等效电路,漏电动势E 1,27,并且有,28,图中Z1=R1+jX1，为常值；Zm=Rm+jXm ，为变值，且XmRm Xm是表征磁化性能的一个综合参数，随铁芯饱和程度的增加而减小，Rm表征铁芯发热而消耗有功功率的一个参数。 由于外施电源电压变化不大，故Zm变化不大,29,第三节 单相变压器的基本方程式,负载运行：变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次侧接上负载的运行状态。 一、负载运行时的物理情况 1、运行图,30,2、物理变化 由于U1=常数，则E1常数，m常数，因此，达到新的电动势平衡的条件是使一次绕组的电流增量所产生的磁动势与二次绕组电流所产生的磁动势相抵消，以维持主磁通基本不变，以及由主磁通所感应产生的电动势基本不变。 公式含义：电磁感应作用，电能传输,31,二、负载运行时的基本方程式 1、磁动势平衡方程式 2、电动势平衡方程式,32,33,第四节 变压器的等效电路及相量图,一、绕组归算 1、定义 将变压器的二次（或一次）绕组用另一个绕组来等效，同时，对该绕组的电磁量作相应的变换，以保持两侧的电磁关系不变。 2、归算原因 匝数不等； 两绕组间无电联系，仅有磁的联系。,34,3、归算原则 保持二次侧磁动势不变； 保持二次侧各功率或损耗不变。 4、归算符号 归算值采用原值符号加“”来表示 （一）电动势和电压的归算 二次绕组归算后，变压器一次和二次绕组具有同样的匝数，即,则,35,（二）电流的归算 （三）阻抗的归算 归算前后电阻铜耗及漏感中无功功率不变。,36,归算后变压器负载运行时的基本方程式变为如下形式： 二 、等效电路 1、形成示意图,37,上图中，二次绕组各量均已经归算到一次绕组，即 2、T形等效电路 图中a、b和c、d分别是等电位点，可连接起来而不改变运行情况。于是作出变压器的T形等效电路。 （由前述的基本方程式也可得出该等效电路）,38,三 、相量图 根据T形等效电路，可以画出相应的相量图。,39,四 、近似等效电路图,Rk、Xk和Zk分别称为短路电阻、短路电抗和短路阻抗。,1、型电路,2、近似电路,40,第五节 等效电路的参数测定,一、空载试验 1、目的 计算变比、空载电流百分数、铁耗和励磁阻抗。 2、测量值 测量空载电流I10和一、二次电压U1、U20及空载功率p0 3、接线图,注：试验电压应加于低压侧，为额定电压,41,4、原理 变压器空载运行时，可以忽略铜耗，认为输入功率p0完全用来抵偿铁耗，即： 5、参数计算 从空载运行的等效电路得出 由于ZmZ1， RmR1， XmX1，故 Z0Zm， k=U1/U2,42,二、负载试验（又称短路试验） 1、目的 计算变压器的短路电压百分数、铜损和短路阻抗。 2、测量值 测量短路电流Ik、短路电压Uk及短路功率pk 3、接线图,注：额定电流，电压应加于高压侧，额定电流,43,4、原理 由于外加电压很小，主磁通很少，铁损耗很小，可忽略铁损。 5、参数计算 按近似等效电路，有 折算到75时的数值,44,6、阻抗电压 定义：负载试验时，当绕组中电流达到额定值，加在一次绕组上的短路电压。 实际标示：阻抗电压用一次侧额定电压的百分值表示，标注在铭牌上。 7、标么值 定义：就是指某一物理量的实际值与选定的同一单位的基准值的比值（通常以额定值为基准值）,即,45,阻抗电压与标么值 其中， 为短路阻抗的相对值 阻抗电压的实际意义： A电压变化角度 B短路电流角度,46,第六节（自学） 要点：星型连接和三角形连接、同名端、联接组,47,第七节 变压器的稳态运行,变压器运行特性指标有两个 1、变压器的电压调整率 定义：变压器二次侧的端电压随负载变化的程度用电压调整率u来表示。 具体描述：一次侧加额定负载电压、负载功率因数为一定值，空载与负载时二次侧端电压之差，用二次侧额定电压的百分值表示，即,48,外特性,49,计算公式,50,电压调整率负载变化特点,电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之一，它大小反映了供电电压的稳定性。,51,2、变压器的效率 损耗种类：主要是铁耗和铜耗两种 A.铁耗：包括基本铁耗和附加铁耗。 基本铁耗为磁滞损耗和涡流损耗。附加损耗包括由铁心叠片间绝缘损伤引起的局部涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。 铁耗与外加电压大小有关，而与负载大小基本无关，故也称为不变损耗。 B.铜耗：包括基本铜耗和附加铜耗。 基本铜耗是在电流在一、二次绕组直流电阻上的损耗；附加损耗包括因集肤效应引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。 铜耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。,52,效率的定义：是指其输出的有功功率与输入的有功功率之比，用百分值表示。 假设：以p0作为pFe，以额定电流时pk作为额定电流的pcu，那么不同负载时铜耗pcu=2pk，并且忽略负载运行时二次电压的变化 对其求极值，有 时效率最大,式中,53,对其求极值，有2pk=p0时效率最大，即 一般电力变压器取p0/pk=1/41/3，即最大效率发生在=0.50.6范围内,一台型号为SL-1250/10三相电力变压器额定数据SN=1250kVA，U1N/U2N=10/0.4kV，Y/Y联接。在低压侧做空载试验，测得数据为U2=U2N=400V，I2=I20=25.4A，p0=2410W。在高压侧做短路试验，测得数据为U1=U1k=440V，I1=I1N=72.17A，pk=13595 W，在室温20。 试求：1）折算到原边的励磁阻抗和短路阻抗，用标幺值表示； 2）阻抗电压及其百分值。,54,解：（1）计算励磁阻抗和短路阻抗 变压器的变比为 折算到原边的励磁参数为 一次绕组阻抗基准值为,55,励磁参数的标幺值为 短路参数为,56,变压器为铝线，换算到75时的参数为 短路参数标幺值为,57,阻抗电压为 阻抗电压百分值为,58,第八节 自耦变压器与互感器,一、自耦变压器 自耦变压器仅有一个绕组，其一次、二次绕组之间既有磁的耦合，又有电的联系。,59,1、工作原理 实质上，自耦变压器就是利用一个绕组抽头的办法来实现改变电压的一种变压器。 演变：双绕组 每匝感应电动势 等电位点 连接,降压自耦变压器,60,升压自耦变压器,物理性能 A.额定容量：SN=U1NI1N =U2NI2N B.电压比： C.电流关系：不计励磁电流时有 2、容量关系 U1NI1N =U2NI2N= U2N (I12+ I1N)= U2N I12 + U2N I1N,电磁容量,传导容量,61,3、自耦变压器的优缺点 优点：效率高、用料省、重量轻、体积小。 缺点：当变比k较大时。经济效果不显著。内部绝缘和过压保护要加强。 二、互感器 电气测量用仪器 1、电压互感器 用途：测量高电压 目的：将电压降低，使测量更加安全 用法：一次侧接被测线路，二次侧接电压表,62,注意事项：接地、二次侧不可短路 接线图 2、电流互感器,用途：测量大电流 目的：将电压降低，使测量更加安全 用法：一次侧串接被测线路，二次侧接电流表 注意事项：接地、二次侧不可开路 接线图,63,复习题 1、什么是变压器？什么是变压器的一次绕组？什么是变压器的二次绕组？ 2、变压器中各物理量的正方向是如何规定的？ 3、变压器的基本结构有哪些？额定值有哪些？ 4、试叙述变压器负载运行时物理变化过程 5、什么是变压器的电压调整率？ 6、什么是绕组归算？变压器负载运行时的基本方程式是什么？什么是等效电路？ 7、绘制变压器的T形等效电路、相量图和形等效电