变压器的基本理论ppt课件.ppt

2.1单相变压器的空载运行,2.2单相变压器的负载运行,2.3变压器参数的测定,内容,掌握变压器空载和负载运行时的电磁过程；,要求,2.4标么值及其应用,掌握变压器的基本方程式、等效电路和相量图；,掌握变压器绕组折算的目的和方法；,掌握变压器空载试验和负载试验的方法；,掌握标么值的概念，理解采用标么值的优点。,2.1单相变压器的空载运行,一、空载时的电磁过程,与平衡,1.电磁过程,空载运行：二次侧不带负载，,2.主磁通和漏磁通比较,主磁路磁阻小，多；漏磁路磁阻大，很少。,磁路不同：,数量不同：,作用不同：,沿铁心闭合，与成非线性。,沿空气闭合，与成线性。,性质不同：,起传递能量作用，只在绕组上产生漏抗压降。,是互感磁通；同时交链一、二此绕组。,是自感磁通；只交链自身绕组。,一次侧遵循电动机惯例，二次侧遵循发电机惯例；,磁通与产生它的电流之间符合右手螺旋定则；,3.各电磁量参考方向的规定,电动势与感应它的磁通之间符合右手螺旋定则。,二、感应电动势与变比,1.主磁通感应电动势,设,则,有效值,相量,结论：主电动势大小与匝数、频率、主磁通成正比，相位滞后主磁通900。,同理,2.漏磁通感应电动势,与主电动势推导相同，漏电动势相量为,为一次绕组的漏感系数；,为一次绕组漏电抗。,变比k的定义是：一、二次绕组的主电动势之比，即,3.变比,注意：三相变压器的变比等于一、二次绕组额定相电压之比。,变比等于一、二次绕组匝数比，近似等于一、二次额定电压比。,三、空载电流和空载损耗,1.空载电流,无功分量，用来建立磁场，称为励磁电流；,性质：,空载时，一次绕组就是一个带铁心的电感线圈，故滞后于近90o，所以空载电流主要是感性无功性质的电流。,组成：,有功分量，用来供给铁耗，称为铁耗电流。,故常把空载电流直接称为励磁电流。,大小：,变压器的空载电流通常为额定电流的210。,2.空载损耗,空载时电源输入的功率为空载损耗，包括：,空载损耗为,对于已制成变压器：,空载损耗占额定容量的0.2%1%，随变压器容量增大而下降。,一次绕组铜耗,铁心损耗,四、空载时的电动势方程、等效电路和相量图,1电动势平衡方程式,为一次绕组漏阻抗.,一次:,二次：,可见，主磁通大小与电源电压、频率、一次匝数有关，对于制成的变压器，当电压不变时，主磁通大小是不变的。,2等效电路和相量图,，称为励磁阻抗。,称为励磁电阻，反映铁心损耗的等效电阻，即,称为励磁电抗，是反映主磁通大小的电抗。,一次电动势方程式变为,于是可得出空载时的等效电路：,根据空载时的方程式，可以画出相量图。,一、负载时的电磁过程,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。,2.2单相变压器的负载运行,关系图：,与平衡,与平衡,二、负载时的基本方程式,电动势平衡方程式,一次侧,二次侧,漏磁通感应电动势用漏电抗压降表示,一、二次绕组漏阻抗,2.磁动势平衡方程式,因此可得磁动势平衡方程式,可见，电磁关系将一、二次联系起来,二次电流（或功率）增加或减少必然引起一次电流（或功率）的增加或减少.从而实现了电能由一次侧向二次侧的传递。,磁动势平衡方程式可用电流表达为,一个是用来建立负载主磁通的励磁电流,一个是与二次绕组电流相平衡的负载分量电流,综合空载和负载电磁过程分析，可归纳出变压器负载运行时的基本方程式,基本方程式综合地反映了变压器内部的电磁关系，利用它可以对变压器进行定量计算。但是求解复数方程组是相当困难和繁琐的，对变压器进行定量计算，通常采用变压器的等效电路。,三、负载时的等效电路,一次电路二次电路,根据方程式可以画出变压器的一、二次等效电路,1.绕组折算,折算目的：将变比为k的变压器等效成变比为1的变压器，从而可以把一、二次两个分离的电路画在一起。,通常是把二次绕组折算成一次绕组。,(1)折算的物理解释,折算原则：保持折算前、后二次绕组产生的电磁作用不变，即保持变压器内部的电磁关系不变。就是二次绕组产生的磁动势、有功损耗、无功损耗、视在功率以及变压器的主磁通等均保持不变。,折算的概念可从物理意义和数学变换解释。,根据折算前、后磁动势不变，可得,根据折算前、后二次绕组有功、无功损耗不变，可得,根据折算前、后主磁通不变，可得,二次绕组向一次绕组折算有如下规律：单位为V的物理量，其折算值等于实际值乘以k；单位为A的物理量，其折算值等于实际值除以k；单位为的物理量，其折算值等于实际值乘以。,(2)绕组折算的数学解释,从数学意义上来说，将二次绕组折算成一次绕组，就是对二次侧方程式进行变量替换。将二次侧方程式两边同时乘以k:,作变量替换,与折算关系相同,对二次绕组折算后，变压器的基本方程式为：,根据这组方程式，可以地画出变压器的等效电路。,T型等效电路,近似等效电路,简化等效电路,短路阻抗是变压器的重要参数：,大，稳态短路电流小，,小，内阻抗压降小，输出电压稳定。,由于短路阻抗值很小，所以变压器的短路电流较大，一般可达额定电流的1020倍。,四、负载时的相量图,简化相量图（感性负载）,思考题,作出变压器带电阻性和电容性负载时的简化相量图。,2.3变压器的参数测定,短路参数,励磁参数,变压器的参数：,可用空载试验测得,可用短路试验测得,一、空载实验,1.目的求取变比、空载电流百分数、铁耗和励磁阻抗,2.接线图为安全和仪表选择方便，空载试验通常在低压侧进行；为减小功率的测量误差，应选用低功率因数瓦特表来测量空载损耗；为减小电流的测量误差，应把电流表串联在变压器线圈侧。,电流表读数,功率表读数,3.测数据,电压表读数、,4.计算参数,若要得到高压侧参数，须折算：即将励磁参数再乘以k2。,对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率要用一相值来计算。,5.注意,二、短路实验,1.目的,2.接线图,求取短路电压百分数、铜损耗和短路阻抗。,为了安全和仪表选择方便，短路试验通常在高压侧进行,为了避免过大的短路电流损坏绕组，外加电压必须很低,为减小电压测量误差，电压表和功率表电压线圈应并联在变压器线圈侧,接线图等效电路,3.测数据,电流表读数,功率表读数,电压表读数,称为短路电压，又称为阻抗电压,称为短路损耗，又称为负载损耗,4.计算参数,5.注意,对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率要用一相值来计算。,6.短路电压,短路电压常用百分值表示,短路电压,有功分量,无功分量,短路电压大小反映了变压器额定运行时内部阻抗压降的大小，对变压器运行性能有很大影响。从正常运行角度，希望它小些，负载变化时二次电压波动小些；从限制短路电流角度，希望它大些，相应的短路电流就小些。,一般电力变压器,（讲解例题【2.4.1】）,2.4标么值及其应用,一、定义,二、基值的选取,所谓标么值是指某一物理量的实际值与该物理量的基值之比：,变压器等效电路中，有四个基本物理量：电压、电流、阻抗和功率。当电压和电流的基值选定后，阻抗和功率的基值可根据电路定律来确定。由于等效电路为一相电路，其中的电压、电流、阻抗和功率均为一相值，所以取相额定值作为它们的基值。,线电压和线电流的基值取额定线电压和额定线电流三相功率的基值取三相额定容量已知标么值和基值，很容易求得实际值：实际值=标么值基值,三、采用表么值的优点,采用标么值表示时，各参数及性能数据通常都在一定范围内，便于比较和分析。例如，电力变压器的,=0.040.175,=0.020.1,2.由于折算前、后的标么值相等，所以采用标么值表示参数时，不必进行绕组折算。例如,3.采用标么值可使计算得到简化。例如：,线电压与相电压、线电流与相电流的标么值分别相等；单相功率与三相功率的标么值相等。,额定值的标么值等于1:,短路电阻与短路损耗的标么值相等：,短路阻抗与短路电压的标么值相等：,有功功率和无功