电机及拖动-第4章变压器讲诉.ppt

2020/5/8,1,第4章变压器,2020/5/8,2,4.1变压器的工作原理与结构,4.2单相变压器的空载运行,4.3单相变压器的负载运行,4.4变压器的运行特性,4.5三相变压器,4.6自耦变压器和仪用互感器,4.7变压器的并联运行,2020/5/8,3,4.1.1变压器工作原理,4.1变压器的工作原理与结构,N1N2降压变压器,N1Rm,2020/5/8,24,2020/5/8,25,例42一台单相变压器，额定容量SN=210kVA，额定电压UN1/UN26000/230V，原绕组漏阻抗Z1=R1+jX1=(2.1j9)，励磁阻抗Zm=Rm+jXm(720j7200)。计算：,(1)变压器原方额定电流IN1及空载电流I0所占的额定电流的百分比,(2)原方空载感应电势E1及漏阻抗压降I0Z1,2020/5/8,26,4.3单相变压器的负载运行,交流电压,2020/5/8,27,4.3.1磁通势平衡关系,变压器原绕组接通电源,副绕组接负载的工作状态称为负载运行。,空载运行时原边电流I1I0很小,副边I2=0。,负载运行时,原副边都有电流。,负载时副边回路电流I2的数值反映了负载ZL的大小，称为负载电流。原边电流I1随I2的变化而变化。,2020/5/8,28,磁势平衡方程,空载时，m由F0I0N1产生,负载时，Z1很小可忽略不计,U1E1=4.44N1fm,负载时励磁电流I0与空载时基本相同,励磁电流分量,负载分量,I0很小可忽略不计,2020/5/8,29,4.3.2基本方程式,原边漏磁通的影响,副边漏磁通的影响,2020/5/8,30,一次绕组,二次绕组,原副方电流关系,原副方电压关系,副方电压,励磁电流与一次侧感应电势关系,2020/5/8,31,4.3.3绕组折算,如何将E1处理成电压降？,E1是I1经过X1的电压降,E1也当作是I1经过某一阻抗的电压降,2020/5/8,32,由方程得出电路,原边：,副边：,b,a,将匝数为N2的实际副绕组用一个匝数为N1的等效副绕组来代替。,副绕组向原绕组折算,2020/5/8,33,折算原则：保持能量传递不变(不变),即折算前后绕组产生的磁势不变。折算后的物理量用“”来表示,副边电流折算,副边电势折算,副边阻抗折算,2020/5/8,34,副边电压折算,总结,副绕组折算到原绕组,电压、电势扩大到k倍；,电流缩小到1/k倍；,阻抗扩大到k2倍。,原绕组折算到副绕组,电压、电势缩小到1/k倍；,电流扩大到k倍；,阻抗缩小到1/k2倍。,2020/5/8,35,4.3.4.等效电路和相量图,1.等效电路,2020/5/8,36,由于I0很小，所以励磁支路可以忽略不计。,2020/5/8,37,折算前变压器方程,折算后变压器方程,2020/5/8,38,2.相量图,阻抗参数已知，U2,I2,2已知,根据基本方程式,电感性负载相量图,2020/5/8,39,例4-3单相变压器，UN1/UN2220/110kV，高压侧漏电抗为0.3，折算到低压侧后大小为A.0.3B.0.6C.0.15D.0.075,例4-4单相变压器,UN1/UN2220/110kV,短路阻抗Zsh=0.01+0.05负载阻抗为0.6+0.12，从一次侧看进去的总阻抗为：A.0.61j0.17B.0.16j0.08C.2.41j0.53D.0.64j0.32,2020/5/8,40,4.3.5变压器的参数测定及标么值,1.参数测定,(1)空载实验,实验目的：计算k，pFe，Zm,实验条件,低压侧加额定电压，高压侧开路,实验线路,表中读数分别为U0、I0、p0和U20,2020/5/8,41,计算,注意,以上参数均为在低压侧的参数,2020/5/8,42,1）等效电路中的参数是单相值；对于三相变压器实验所测的U0，I0是线值，功率是三相总功率，需将其化为相值，再计算参数。,2）该线路测得的Rm，Xm是低压侧值，折算到高压侧，要乘以k2。,3）Rm，Xm与铁芯饱和程度有关，所以空载实验时要加额定电压。,总结,2020/5/8,43,(2)短路实验,实验目的,计算pCu，Zsh,实验条件,高压侧加低压，低压侧短路，且使I1=I1N,实验线路,表中读数分别为Ush、IshI1N、psh、室温tC,2020/5/8,44,计算,将电阻换算到值75C,重新计算短路阻抗,使用T型等效电路分析计算变压器，需要分别考虑一、二次绕组的铜耗时,2020/5/8,45,等效电路中的参数是单相值；对于三相变压器实验所测的Ush，IN1是线值，功率是三相总功率，需将其化为相值，再计算参数。,该线路测得的Rsh，Xsh是高压侧值，折算到低压侧，要除以k2。,短路实验时，原边所加电压应使副边电流达到额定值，这时原边电压为额定电压的510。,总结,在基准工作温度下，短路电流为额定值时Ush=IN1Zsh75C，称为变压器的短路电压或阻抗电压。用额定电压百分值ush表示。,反映额定运行时变压器的电压损耗,2020/5/8,46,(1)概念,(2)基准值,电压额定值UN1相，UN2相,电流额定值IN1相，IN2相,原方阻抗基值,单相功率基值,三相功率基值,物理量的实际值与基准值之比叫该物理量的标么值。,副方阻抗基值,2.标么值,2020/5/8,47,(3)标么值表示法,物理量右上角加“*”。,2020/5/8,48,(4)采用标么值的优点,可以直观地反映变压器的运行状态,便于不同容量变压器性能的比较,一、二次绕组不需要折算，即折算前后标么值相等,短路阻抗标么值和阻抗电压标么值,标么值是无量纲的,2020/5/8,49,4.4.1电压变化率与外特性,4.4变压器的运行特性,1.电压变化率,受短路阻抗压降的影响,U2会随I1变化。,原边加额定电压时，副边额定电压和某一功率因数下额定负载时的副边电压之差，与副边额定电压的百分比。,2020/5/8,50,额定电压时U1*=1,A,C,B,I1*Rsh*cos2,I1*Xsh*sin2,引入电流系数又称负载系数,2020/5/8,51,影响电压变化率的因素,负载大小,短路阻抗,负载性质,变压器所带负载大小相同，但负载性质不同，其电压变化率也不相同。,感性负载下，20，u0,容性负载下，20,2.外特性,U2=f(I2),2020/5/8,52,4.4.2损耗与效率,变压器容量,输入功率,输出功率,变压器损耗,2020/5/8,53,铁耗,空载实验时，,(不变损耗),铜耗,短路实验时，,效率,2020/5/8,54,效率曲线,最大效率,不变损耗P0=可变损耗Psh时，效率最大。,f(),电力变压器的额定效率一般为9599,2020/5/8,55,例45一台三相变压器，Y，d连接，额定容量SN=1000kVA，UN1/UN210000/231V，室温=20c，低压方做空载实验，U0231V，I0103.8A，p03.8kw；高压方做短路实验，Ush440V，IN143.3A，psh10.9kw,绕组为铜线，（1）求该变压器的参数，（2）向功率因数为0.8的电感性负载供电，求电压变化率和满载时的效率。,2020/5/8,56,4.5三相变压器,4.5.1磁路系统,三相变压器的磁路系统按铁芯结构分类，可分为磁路系统彼此无关和磁路系统彼此相关两类。,1.磁路系统彼此无关（组式变压器）,由三台完全相同的单相变压器组成，各自磁路独立。,2020/5/8,57,2.磁路系统彼此相关（心式变压器）,每相磁通借助另外两相磁路闭合。,2020/5/8,58,4.5.2电路系统,1.三相绕组的联结方法,(1)首末端表示,ABC表示高压绕组的首端,XYZ表示高压绕组的末端,abc表示低压绕组的首端,xyz表示低压绕组的末端,绕组的首末端可以任意指定。,(2)联结方法,星形接法Y和三角形(D)接法两种,Y接将末端联结在一起,D接将三相绕组串联起来,2020/5/8,59,三相绕组联结的表达方式,高压绕组用大写Y、YN和D表示,低压绕组用小写y、yn和d表示,高压边联结，低压边联结,国标：Y，yn；Y，d；YN，d；Y，y和YN，y,(3)变压器的连接原则,三相变压器每个绕组的电压和电流称为相电压和相电流,三相变压器从三相电源输入的电压和电流以及向负载输出的电压和电流称为线电压和线电流,2020/5/8,60,2.变压器的联结组别,(1)同名端（同极性端）,原、副绕组与同一磁通交链时，感应电势相同的极性端称为同名端（同极性端），用“”表示。,首端为同名端时，原副方电势同相位；首端为异名端时，原副方电势反相位。,2020/5/8,61,用时钟的分针代表高压绕组电动势相量，始终指向钟面上的12点；用时钟的时针代表低压绕组电动势相量，它们构成的钟点数即为联结组号。,(2)时钟表示法,相量每差30度就差1点,2020/5/8,62,(3)三相变压器的联接组标号,低压线电动势的相位关系,2020/5/8,63,1）Y，y接法的联结组号,a.画高压方相电动势相量图；确定EAB相量。,b.将Aa重合，画低压方相电动势相量图。注意与高压方相电动势的关系：与高压方哪相电动势同相或反相。,c.根据时钟表示法判断连接组号。,Y，y12,2020/5/8,64,Y，y6,a,b,c,2020/5/8,65,2)Y，d接法的联结组号,a,c,b,Y，d11,2020/5/8,66,3)D,d接法的连接组号,A,B,C,a,b,c,D，d6,2020/5/8,67,小结：三相变压器联结组号判断,1、画出高压方的相电动势相量图，顶点ABC应为顺时针排列。,2、将Aa重合画出低压方的相电动势相量图，顶点abc应为顺时针排列。注意与高压方相电动势的关系：与哪一相电动势同相或反相。,2020/5/8,68,4.5.3三相变压器的并联运行,1.并联运行的好处提高变压器的利用率；提高电网供电的可靠性；减小变压器备用容量。2.并联运行条件空载时二次侧电流为零，各台变压器无环流；负载时各变压器所分担负载正比于其容量；总电流有效值各输出电流有效值的算术和，总负载电流一定时，各台变压器输出电流最小。3.要求各台变压器的联结组相同；各台变压器的电压比相等；各台变压器的短路阻抗的标幺值相等。,2020/5/8,69,高低压共用一部分绕组的变压器称为自耦变压器。,4.6自耦变压器和仪用互感器,4.6.1自耦变压器,2020/5/8,70,降压自耦变压器,升压自耦变压器,1.特点,(1)高低压绕组既有磁的联系，又有电的联系,(2)能量传递，既有通过磁场传递的，又有直接传递的,2020/5/8,71,2.高低压方电压关系,N1=NAX,N2=Nax(共用绕组),与双绕组变压器一样,降压自耦变压器的变比kA大于1,2020/5/8,72,3.高低压电流关系,磁势平衡方程,公共部分电流,公共绕组中电流小，其截面积可减小。,2020/5/8,73,4.容量关系SN=U1NI1N=U2NI2N输出容量：S2=U2I2=U2(I1I)=U2I1U2I,传导功率,电磁功率,2020/5/8,74,5.自耦变压器的特点,(1)省材料，体积小,Nax为共用绕组，且电流小，可用细导线。,能量除磁场传递外，还可直接传递，与同容量双绕组变压器比较，铁芯体积可以减小。,(2)与双绕组比较，Zsh*小，Ish*大。,(3)高低压绕组有电路上直接联系，低压绕组容易产生高压，一般需要接地使用。,2020/5/8,75,1.电流互感器,4.6.2仪用互感器,本质：双绕组变压器,用途：测量大电流,2020/5/8,76,(1)连接方法,大电流绕组（匝数少）N1与被测量线路串联，,小电流绕组（匝数多）N2与电流表串联。,(2)工作原理,利用变压器改变电流的原理,将大电流变为小电流进行测量。,电流比ki=N2/N11,被测电流I1=kiI2,2020/5/8,77,为了测量标准化，电流互感器副边额定电流规定为5A,电流互感器型号有：100/5，200/5，300/5，500/5等。,(3)测量误差,由于,测量存在幅值误差和不严格差180的相位误差。,(4)使用注意事项,副方绕组和铁芯要接地使用,副绕组不能开路，必须通过电流表或导线短接使用,2020/5/8,78,2.电压互感器,用途：测量高电压,本质：双绕组变压器,2020/5/8,79,(1)连接方法,高压绕组（匝数多）N1与被测量线路并联，,低压绕组（匝数少）N2与电压