变压器分类t幻灯片.ppt

电机学 第三章变压器 1 第三章变压器 3 1变压器的分类 基本结构 额定值3 2变压器的空载运行3 3变压器负载运行3 4变压器的等效电路3 5变压器的参数测定3 6标幺值3 7变压器的运行特性 电机学 第三章变压器 2 一种静止的电机将一种电压的电能转换为另一种电压的电能 用途分类 电力变压器 电力系统传输电能电炉变压器 专给炼钢炉供电整流变压器 大型电解电镀 直流电力机车供电仪用变压器 控制变压器无线电变压器 仅传输信号 3 1变压器的分类 基本结构 额定值一 变压器的分类 电机学 第三章变压器 3 电力变压器 变压器的总容量大致相当于发电机容量的三倍 输电过程中 通常将电压升高 通过高压输电线传送到远方的城市 经过降压变压器降为10kv电压 再经过配电降压变压器分配给用户 输送同样的功率 电压低则电流大 一方面由于大电流在输电线路上引起损耗 另一方面大电流在线路阻抗上产生大的压降 受电端电压很低 电能传送不出去 只有高电压能将电能输送到远方 配电变压器 电机学 第三章变压器 4 变压器类别 变压方式 升压变压器 升高电压的变压器降压变压器 降低电压的变压器特殊变压器 如试验用高压变压器 电炉用变压器 电焊用变压器 晶闸管线路中的变压器 用于测量仪表的电压互感器和电流互感器等等 电机学 第三章变压器 5 变压器类别 线圈数目 双绕组变压器 在铁芯中有两个绕组 一个为初级绕组 一个为次级绕组自耦变压器 初级 次级绕组合为一个三绕组变压器 三个绕组连接三种不同电压的线路多绕组变压器 如分裂变压器 电机学 第三章变压器 6 变压器类别 冷却方式 油浸式变压器 铁芯和绕组都一起浸入灌满了变压器油的油箱中 可以加强绝缘和改善冷却散热条件干式变压器 能满足特殊要求 如安全 电机学 第三章变压器 7 变压器类别 相数 单相变压器三相变压器 电机学 第三章变压器 8 二 电力变压器的基本结构 基本结构 油浸式变压器的主要结构部件 铁心 绕组 油箱 绝缘套管等 电机学 第三章变压器 9 一 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 铁心用厚0 30 0 50mm的硅钢片叠成 片上涂以绝缘漆 以避免片间短路 在大型电力变压器中 为提高磁导率和减少铁心损耗 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 电机学 第三章变压器 10 1 心式心柱被绕组所包围 心式结构的绕组和绝缘装配比较容易 所以电力变压器常常采用这种结构 特点 电机学 第三章变压器 11 铁心包围绕组的顶面 底面和侧面 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 特点 2 壳式 电机学 第三章变压器 12 二 绕组 定义 变压器的电路部分 用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成 一次绕组 输入电能的绕组二次绕组 输出电能的绕组同异点 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 电机学 第三章变压器 13 从高低压绕组的相对位置来看 变压器绕组可以分为同心式和交叠式两类 同心式 高低压绕组同心的套在铁心柱上 为便于绝缘 一般低压绕组在里面高压绕组在外面 交叠式 高低压绕组互相交叠放置 为便于绝缘 上下两组为低压 电机学 第三章变压器 14 三 油箱 油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中 油是冷却介质 又是绝缘介质 油箱侧壁有冷却用的管子 散热器或冷却器 机械支撑 冷却散热 当变压器出现故障时 产生的热量使变压器油汽化 气体继电器动作 发出报警信号或切断电源 如果事故严重 变压器油大量汽化 油气冲破安全气道管口的密封玻璃 冲出变压器油箱 避免油箱爆裂 电机学 第三章变压器 15 四 绝缘套管 将线圈的高 低压引线引到箱外 是引线对地的绝缘 担负着固定的作用 瓷质 套管外形常做成伞形 电压愈高 级数愈多 此外 还有储油柜 吸湿器 安全气道 净油器和气体继电器 电机学 第三章变压器 16 三 变压器的额定值 1 额定容量SN 额定视在功率双绕组变压器 一 二次侧额定容量S1N S2N 三绕组变压器三侧容量不一定相等 对三相变压器指三相的总容量 单位 VA KVA MVA 容量在630kVA以下的为小型电力变压器 800 6300kVA的为中型电力变压器 8000 63000kVA为大型电力变压器 90000kVA及以上的为特大型电力变压器 电机学 第三章变压器 17 2 额定电压UN 一次侧额定电压U1N 二次侧额定电压U2N 额定电压均指线电压 U2N 一次侧外加额定电压U1N时的二次侧空载电压 单位 V KV3 额定电流IN 一次侧额定电流I1N 二次侧额定电流I2N 额定电流均指线电流 单位 A 电机学 第三章变压器 18 4 额定频率fN 我国规定为50HZ 单相变压器三相变压器 额定值的关系 电机学 第三章变压器 19 了解 变压器铭牌数据 每台变压器都有一铭牌 上面标注着型号 额定值及其它数据 便于用户了解变压器的运行性能 电力变压器产品型号SL7 315 10产品编号额定容量315kV A使用条件户外式额定电压10000 400V冷却条件ONAN额定电流18 2 454 7A短路电压4 额定频率50Hz器身吊重765kg相数三相油重380kg联接组别Yyno总重1525kg制造厂生产日期图电力变压器铭牌示意图 电机学 第三章变压器 20 型号说明 例如型号为 SL7 630 10 其中 S 代表三相 L 代表铝导线 7 代表设计序号 630 代表额定容量为630kV A 10 代表高压绕组额定电压为10kV 我国生产的各种变压器系列产品有 S7 SL7 S9 SC8等 其中SC8型为环氧树脂浇注干式变压器 电机学 第三章变压器 21 3 2变压器的空载运行 电磁关系 图3 7单相变压器的空载运行 电机学 第三章变压器 22 一 空载运行时的物理情况 N1 N2分别为原 副绕组匝数 U1为电源电压 i0为原边空载电流 0 1 分别为主磁通和漏磁通 e1 e1 e2分别为原边感应电势 漏感电势和副边感应电势 u2为副边空载电压 电机学 第三章变压器 23 主磁通与漏磁通的区别 性质 0与i0成非线性关系 1 与i0成线性关系 路径 0流径闭合铁心 磁阻小 同时匝链了原边和副边绕组 并感应出电势e1和e2 1 与原边绕组匝链 通过变压器油或空气形成闭路 磁阻大 作用 0起传递能量的作用 1 起漏抗压降作用 数量 变压器铁心由高导磁材料硅钢片制成 导磁系数 2000 大部分磁通都在铁心中流动 0约占总磁通的99 强 1 占总磁通的1 弱 电机学 第三章变压器 24 二 变压器各电磁量正方向 变压器中的电压 电流 磁通和感应电势的大小和方向都是随时间变化的 正方向原则是可以任意选择的 但变压器内部电磁规律却是一定的 表示电磁规律的方程式必须与选定的正方向相配合 电机学 第三章变压器 25 强调 在同一支路内 电压降的正方向与电流的正方向一致 磁通的正方向与电流的正方向之间遵循右手螺旋定则 磁通的正方向与它所感生的感应电势正方向之间遵循右手螺旋定则 电机学 第三章变压器 26 一次侧 发电机惯例i0按u1正向流入一次侧 二次侧 负载或电动机惯例i2与u2方向相同 i 交链 与i成右手关系 感应e e与 成右手关系 e1 N1d dte2 N2d dte1 N1d 1 dte与i同方向 e1与i0同方向 e2与i2同方向 电机学 第三章变压器 27 完整的变压器空载电磁关系 电机学 第三章变压器 28 三 感应电动势分析 1 主磁通感应的电动势 主电动势 设 则 有效值 相量 当主磁通按正弦规律变化时 所产生的一次主电动势也按正弦规律变化 时间相位上滞后主磁通90 主电动势的大小与电源频率 绕组匝数及主磁通的最大值成正比 电机学 第三章变压器 29 同理可得副边感应电势为 相量 电机学 第三章变压器 30 2 漏磁通感应的电动势 漏电动势 根据主电动势的分析方法 有 漏电动势也可以用漏抗压降表示 即 由于漏磁通主要经过非铁磁路径 磁路不饱和 故磁阻很大且为常数 所以漏电抗很小且为常数 它不随电源电压负载情况而变 电机学 第三章变压器 31 四 电压平衡方程 变比 1 电压方程 电机学 第三章变压器 32 2 变比 当k 1为降压变压器 k 1为升压变压器 对于三相变压器变比k是指原 副绕组的相电势 或相电压 之比 忽略原绕组内阻R1和原边漏磁通 1 一次侧电压U1 E1 U20 E2 电机学 第三章变压器 33 例 一台三相变压器 Yd连接 U1N U2N 35 6 3kV 求变压器变比 解 电机学 第三章变压器 34 五 变压器的空载电流 空载电流波形问题 因为电源电压 1为正弦交流电 所以在单相变压器中 1和 也是按正弦规律变化的 但变压器磁路是由铁磁材料组成的 是非线性磁路 在非线性磁路中铁磁材料具有饱和现象 所以当主磁通为正弦变化 空载电流应如何变化呢 电机学 第三章变压器 35 1 当Bm 1 3T 磁路末饱和状态 磁化曲线 f i 呈线性 导磁率是常数 当 按正弦变化 i亦按正弦变化 电机学 第三章变压器 36 2 Bm 1 4T 1 73T 磁路饱和 f i 呈非线性 随i增大导磁率逐渐变小 磁通为正弦波 i为尖顶波 尖顶的大小取决于饱和程度 电机学 第三章变压器 37 波形分析 对尖顶波进行波形分析 除基波分量外 包含有各奇次谐波 其中以3次谐波幅值最大 用等效正弦波电流替代实际尖顶波电流 等效原则 令等效正弦波与尖顶波有相同的有效值 与尖顶波的基波分量有相同频率且同相位 电机学 第三章变压器 38 2 变压器空载运行时相量图 电机学 第三章变压器 39 3 空载等效电路 变压器中既有电路 磁路问题 又有电与磁之间相互联系问题 为了分析问题方便 在不改变变压器电磁关系条件下 工程上常用一个线性电路来代替变压器这种复杂的电磁关系 这个线性电路就称为等值电路 电机学 第三章变压器 40 变压器空载时 原绕组可看成是一个带铁心的电感线圈 从AX看进去其等值阻抗 等值电路推导 zm称为励磁阻抗 rm称为励磁电阻 它表示铁芯中的损耗 铁耗 xm称为励磁电抗 它表示铁芯中主磁通产生的电抗 电机学 第三章变压器 41 电机学 第三章变压器 42 由于磁路具有饱和特性 所以不是常数 随磁路饱和程度增大而减小 但实际上 电源电压可近似认为稳定 故励磁参数也可近似认为常数 励磁阻抗 由于 所以有时忽略漏阻抗 空载等效电路只是一个Zm元件的电路 电机学 第三章变压器 43 3 3变压器负载运行 变压器一次侧接在额定频率 额定电压的交流电源上 二次接上负载的运行状态 称为负载运行 I2 0 各量正方向规定与空载运行时相同 电机学 第三章变压器 44 一 磁动势平衡方程 负载运行时的电磁关系 电机学 第三章变压器 45 副边出现了负载电流I2 在副边要产生磁势F2 I2N2 使主磁通发生变化 从而引起E1 E2的变化 E1的变化又使原边从空载电流I0变化为负载电流I1 产生的磁势为F1 I1N1 它一方面要建立主磁通 m 另一方面要抵消F2对主磁通的影响 由于负载时的I1Z1很小 约占6 U1N 忽略I1Z1时有 1 1 则可认为空载时主磁通与负载时主磁通近似相等 电机学 第三章变压器 46 磁势方程式 将上式两边同除于N1 得 一次侧电流负载分量 电机学 第三章变压器 47 说明 变压器的负载电流分成两个分量 一个是励磁电流 用来产生主磁通 另一个是负载分量 用来抵消二次磁动势的作用 电磁关系将一 二次联系起来 二次电流增加或减少必然引起一次电流的增加或减少 电机学 第三章变压器 48 二 电压平衡方程式 根据基尔霍夫电压定律可写出一二次侧电动势平衡方程 电机学 第三章变压器 49 小节 电机学 第三章变压器 50 三 绕组折算 折算 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 目的 用一个等效的电路代替实际的变压器 折算原则 1 保持二次侧磁动势不变 2 保持二次侧各功率或损耗不变 方法 将二次侧折算到一次侧 假想把二次绕组的匝数变换成一次绕组的匝数 而不改变一次和二次绕组原有的电磁关系 折算后的各物理量右上角都加 电机学 第三章变压器 51 1 电流的归算 保持副边磁势不变则有 物理意义 当用N2 N1替代了N2 其匝数增加了k倍 为保持磁势不变 次级电流归算值减小到原来的1 k倍 电机学 第三章变压器 52 2 电势的归算 根据归算前后主磁通和漏磁通均保持不变 物理意义 当用N2 替代了N2 其匝数增加到k倍 而主磁通 m及频率f均保持不变 归算后的次级电势应增加k倍 电机学 第三章变压器 53 3 阻抗的折算 归算前后二次侧铜损功率应不变 物理意义 当用N 2替代N2后 匝数增加到k倍 次级绕组长度增加到k倍 次级电流减到为原来