电机拖动3变压器.ppt

1变压器的基本工作原理 2变压器的结构和额定值 3变压器的空载运行 4变压器的负载运行 5变压器参数测定 6标么值 7变压器的运行特性 8三相变压器的线圈连接组 9三相变压器的磁路系统和空载电势波形 10变压器的并联运行 11自耦变压器 12电压互感器和电流互感器 第三章变压器 1变压器的基本工作原理 一 变压器概述 定义 变压器是利用电磁感应原理制成的一种电器设备 它是由绕在共同铁心上的两个 或两个以上 线圈 通过交变的磁通相互联系着 把一种电压的交流电转变成同频率的另一种电压的交流电 用途 将发电厂的低电压升为高电压 便于传输 将高电压降为合适的工作电压 起隔离作用 提高电路的抗干扰性能 分类 按用途分 电力变压器 在电力系统中使用的用于升高电压或降低电压的变压器 特种变压器 根据冶金 矿山 化工 交通等部门的具体要求而设计制造的专用变压器 如 整流变压器 脉冲变压器 电炉变压器 矿用变压器 船用变压器 电焊变压器 量测变压器 控制变压器 按相数分 单相变压器 三相变压器 按线圈分 双线圈变压器 三线圈变压器 多线圈变压器 按冷却条件分 油浸式变压器 变压器的铁心和绕组浸在变压器油中 空冷式变压器 铁心和绕组通过空气进行冷却 按铁芯结构分 心式变压器 壳式变压器 二 变压器的基本工作原理 变压器是根据电磁感应原理工作的 规定 原绕组的电磁量下标用 1 副绕组的电磁量下标用 2 变压器从电网吸取能量 依靠电磁感应的作用 以磁通为媒介 将能量传递给负载 三 变压器惯例原则 理想变压器的运行原理 楞次定律 在变化磁场中线圈感应电动势的方向总是使它推动的电流产生另一个磁场 阻止原有磁场的变化 变压器电动势 匝数为W的线圈环链 当变化时 线圈两端感生电动势e的大小与线圈匝数W及成正比 方向由楞次定律决定 理想变压器是指无阻 无损 无漏磁的变压器 四 理想变压器的电磁关系 瞬时表达式为 两个电势之比 变压器的变比 写成有效值的形式 而功率关系 有 写成有效值形式 有 一个实际阻抗 从原边看副边的阻抗ZL为 也就是副边阻抗反映到原边线路上的阻抗值 这就是阻抗变换作用 变压器的功能是在实现对电压有效值变换的同时 还实现了对电流有效值和阻抗大小的变换 2变压器的结构和额定值 一 基本结构 铁心 由0 35mm或0 5mm厚的硅钢片迭装而成 绕组 由漆包线或铜条绕制而成 其它部件 储油柜 气体继电器 油箱 绝缘套管 无励磁调压分接开关 变压器 它构成变压器的磁路部分 它构成变压器的电路部分 二 额定值 额定容量SN 变压器输出的视在功率 单位 VA或KVA 额定电压U1N U2N 一次侧外加额定电压时 二次侧空载电压 单位 V或KV 注意 对于三相变压器的额定电压是指线电压 不论是Y接还是 接 额定电流I1N I2N 根据额定容量和额定电压计算出来的线电流 单位 A 注意 单相变压器与三相变压器 除以系数 的计算公式有所不同 二 额定值 额定频率fN 原边所接交流电源的频率 单位 Hz 我国电网频率规定为50Hz 注意 单相变压器与三相变压器 除以系数 的计算公式有所不同 单相变压器 SN1 I1NU1N SN2 I2NU2N SN 三相变压器 注意 额定线电压 额定线电流 绕组Y接法 绕组 接法 相电流 相电压 3变压器的空载运行 一 物理情况 变压器原边绕组接额定电压和额定频率的正弦交流电源 副边绕组开路 负载电流为零时的运行状态称为空载运行 变压器空载运行时通过原边绕组的电流i0称为空载电流 由空载电流产生的磁势i0W1 建立电动机的空载磁场 二 主磁通与感应电动势的关系 原 副绕组中感应电动势分别为 感应电势e1 e2相位上滞后电角度 根据有效值与最大值的关系 得 写成向量形式为 三 电势平衡方程 根据基尔霍夫电压定律 原边电压方程 副边电压方程 写成有效值形式 有 电阻压降 漏磁通感应电势 四 空载电流 空载电流i0 磁化电流i 铁损电流iFe 产生磁通 它与磁通同相位 是无功分量 产生铁心损耗 它与磁通垂直 是有功分量 在数值上 一般有i iFe 当主磁通为正弦波时 磁路饱和时 由于铁心磁路的非线性 磁化电流i 将畸变为尖顶波 用向量表示空载电流 空载电流与主磁通的夹角 称为铁损角 五 原边绕组的漏感电势 由于漏磁通回路中总有一段非磁性物质 它的磁导率为常数 所以其磁阻基本上是恒定的 而不受铁心饱和的影响 可以把漏磁通回路看成是线性的 可用漏电感或漏电抗表示 即 原边绕组电压方程为 原边绕组的漏阻抗 六 向量图 画向量图时 首先在横轴正方向画出主磁通作为参考向量 然后依据各量之间的关系 分别画出其它向量 七 等值电路 所谓等值电路 就是把既有电路 又有磁路 既有线性 又有非线性的变压器 用一个等价的线性电路来代替 使其与变压器的电磁关系等值 变压器的励磁阻抗 励磁电阻 它相当于主磁通在铁心中产生的磁滞和涡流的等值电阻 励磁电抗 它相当于主磁通在带铁心的电感线圈中引起的等值电抗 式中 等值电路为 4变压器的负载运行 一 物理情况 变压器原边绕组接交流电源 副边绕组接负载的工作情况 称为变压器的负载运行 负载运行与空载运行的主要区别是副边绕组中有电流I2流过 使得原边绕组中的电流不是I0 而是I1 负载运行时产生副边电流I2 同时建立副绕组磁势I2N2 从而影响主磁通 m 引起感应电动势E1和E2发生变化 使I0变成I1 I0N1变成I1N1 单相变压器的负载运行 I1W1一方面要产生主磁通 m 另一方面要抵消I2N2的影响 变压器中原 副绕组的磁势I1N1 I2N2构成合成磁势I1N1 I2N2 由它产生主磁通 m 再由 m产生感应电动势E1和E2 E1与U1相平衡后 克服Z1而产生I1 E2克服Z2 ZL而产生I2 当副边加载时 产生电流I2 原边便自动流入负载电流分量 以满足副边的需要 故励磁电流的大小仍取决于主磁通 m 或者说决定于E1 漏磁电势 二 电势平衡方程 原边电压方程 副边电压方程 负载方程 三 磁势平衡方程 抵削对主磁通的影响 变压器正是通过磁势平衡和电磁感应才实现了从原边向副边传递能量 原 副绕组磁势的向量和 合成磁势 励磁分量 负载分量 产生主磁通 m 四 基本方程式 五 变压器的折算 原边电压方程 副边电压方程 端电压方程 将具有两个电路和一个磁路的变压器 简化为一个与变压器在电磁关系上等值的线性电路 这就是折算 折算前后变压器的磁势 磁场 功率和损耗都不变 通常将副绕组折算到原绕组 即用一个匝数为N1的 与副绕组有相同磁势的新绕组去代替原来的副绕组 折算后的物理量在右上方加 表示 磁势平衡方程 励磁回路方程 折算前后副绕组的磁势不变 电势和电压的折算 折算前后副绕组中的损耗不变 电流的折算值 电阻的折算值 折算前后变压器副边的输出视在功率不变 将副边各量折算到原边的法则是 电势和电压乘以k 电流除以k 电阻 电抗 阻抗乘以k2 而功率因数角不变 负载阻抗的折算值 漏电抗的折算值 5变压器的等值电路及相量图 一 等值电路 折算后的基本方程为 为变压器的功率因数角 向量图 以为参考变量 简化等值电路 远远小于即去掉励磁支路 短路电阻 短路电抗 短路阻抗 三 等值电路简化 简化等值电路 5变压器参数的测定 一 空载试验 试验目的 测定变比 空载损耗和励磁参数 试验接线图 一般都在低压边做空载试验 高压边各量的下角标用 1 低压边各量的下角标用 2 测量仪表的接法 电压表应接在电源侧 电流表应接在绕组侧 功率表应接在中间 且选用低功率因数表 目的是为了减小测量误差 空载试验接线图 试验方法 高压侧开路 在低压侧通过调压器接电源 连续调节电压 测量若干点数据 并绘制出曲线 参数的计算方法 励磁阻抗 励磁电阻 励磁电抗 从曲线上读出与有关的数据 注意 计算后应将参数折算到高压侧 二 短路试验 试验目的 求取短路阻抗参数 试验接线图 在高压边做短路试验 测量仪表的接法 电压表应接在绕组侧 电流表应接在电源侧 功率表应接在中间 且选用高功率因数表 试验方法 首先将低压侧短路 然后将调压器的输出电压从零开始慢慢地向上调 同时密切注视高压绕组中的电流 待电流达到额定值时立即停止升压 并记录此时各表数据 Ik I1N pk Uk 注意 Uk 5 10 UIN 短路试验接线图 参数的计算方法 因为Uk很小 所以忽略励磁支路 采用简化等值电路进行计算 短路阻抗 短路电阻 短路电抗 如需将原 副绕组的参数分开 可采用下面近似公式 根据国家标准规定 在计算变压器性能时 短路参数应当换算到统一的参考温度 75 换算公式如下 短路试验时 使变压器电流等于额定值时的外加电压称为变压器的阻抗电压 常用百分数表示 相电流 相数 试验时的室温 单位 例题 例 一台单相变压器 低压边加压做空载试验 测得 在时做短路试验 电压加在高压边 测得 设 试求 1 T形等值电路中的参数 2 阻抗电压及各分量 解 1 原副边的额定电流为 高压边对低压边的变比 由空载试验数据 可算出折算到高压边的励磁参数为 由短路试验数据可算出折算到高压边的短路参数为 换算到的短路参数为 用于T形等值电路时的参数为 时的阻抗电压及其分量为 6标么值 标么值就是实际值与基准值之比 即 基准值是人为选定的 是与实际值同单位的固定值 通常都是以额定值作为基准值 通常在变量的右上角加一个 来表示标么值 电阻 电抗 阻抗都用额定阻抗ZN作为基准值 即 采用标么值有以下优点 便于分析 比较不同容量 电压等级和类型的变压器 可以简化计算工作 在对称三相系统中 线值和相值的标么值相等 最大值和有效值的标么值也相同 7变压器的运行特性 一 外特性和电压变化率 变压器的外特性是指原边电压和负载功率因数均为常数时 副边端电压随负载电流变化而变化的曲线 一 外特性和电压变化率 电压变化率是指当原边电压为额定值和功率因数一定时 副边开路电压与副边负载电压的算术差与副边开路电压之比的百分数 即 注意 的计算是代数运算 不是向量运算 根据简化等值电路 为负载电流标么值 又称为负载系数 注意 上式中I1 I1N U1N均为电路的相值 即相电流 相电压 对于纯电阻负载 对于电感性负载 对于电容性负载 二 效率特性 变压器的效率是指输出有功功率与输入有功功率之比 假定 铁损恒等于额定电压下的空载损耗 即 铁损与负载无关 又称为不变损耗 在测试时要求 负载运行时 铜损等于负载电流标么值的二次方与额定铜损之积 即 称为可变损耗 副边电压恒为额定值 即 当不变损耗等于可变损耗时 变压器的效率最高 8三相变压器的线圈连接组 一 三相线圈的连接方法 三相变压器是由对称的三相绕组组成 分析三相变压器常常使用其中一相来研究 在计算时要使用相值 损耗也要折算成一相 常用连接方法有星形 Y 连接和三角形 连接 常用的连接组有Y Y Y Y 等 连接时必须注意各绕组的极性必须一致 否则将会烧毁变压器 三角形连接有顺连 AX CZ BY 和倒连 AX BY CZ 两种 二 线圈连接组的判定 判定的方法是根据时钟表示法 时钟表示法 把高压边和低压边的同名向量看作时钟面上的长针 分针 和短针 时针 让长针固定指向12 则短针所指的时数就是连接组中的标号 同名端 原 副绕组中相对应的极性相同的接线端 同名端测试 区分高 低压绕组 高压绕组中电流小 导线细 电阻大 低压绕组中电流大 导线粗 电阻小 可用万用表的电阻档 R 1档 测量出来 将高 低压绕组任意标号 将X与x联在一起 在AX端加适当的交流电压UAX 测量UAa和Uax 判断 若UAa UAX Uax 则为减极性 即A与a为同名端 若UAa UAX Uax 则为加极性 即A与a为异名端 单相变压器的连接组 只有I I 12和I I 6两种连接组别 三相变压器的连接组 Y Y连接 Y 连接 Y Y连接均为偶数连接组 Y 连接均为奇数连接组 1 Y y联接 联接组别 Y y 12 第一步 第二步 长针 短针 2 D y联接 一次侧 D逆相序联接 U头 V尾 V头 W尾 W头 U尾 和U V比较即可得组别 11自耦变压器 一 基本电磁关系 自耦变压器的绕组中有一部分同属于原边和副边 设原绕组AX的匝数为W1 副绕组ax的匝数为W2 这部分为原 副绕组共用 又称为公共绕组 电压关系 若忽略漏阻抗压降 则 电流关系 磁势平衡方程 负载运行时忽略空载电流I0 原边电流和副边电流的相位总是相差180 当时 公共绕组中的导线截面可以缩小 但后意义不大 一般地1 25 2 当时 实用范围太小 无意义 和的相位差为180 则 即副边电流由两部分组成 一是直接从原边流过来的电流 二是通过电磁感应从绕组的公共部分感应出来的电流 结论 功率关系 副边 原边 自耦变压器的原 副边有直接的电联系 它的副边能直接从电源吸取功率 是从原边直接通过电传导的方式传递到副边的功率 称为传导功率 是由公共绕组通过电磁感应的方式传递到副边的功率 称为电磁功率 电磁功率 二 自耦变压器的优缺点 三 应用 优点 用材料较少 重量轻 尺寸小 便于制造和安装 损耗小 提高了效率 缺点 使过电压保护复杂 短路电流比普通变压器大一些 在电力系统中 大容量的自耦变压器可以连接不同电压等级的高压电网 在工厂中 可以作为笼型异步电动机的降压起动用 在实验室中 常用作调压器 可以很方便地改变电压 一 电压互感器 12电压互感器和电流互感器 它是测量高电压的变压器 它的负载为电压表或功率表的电