电机与拖动-变压器

1、LOGO第第1 1章章 变压器变压器LOGO1. 1. 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构2.2. 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 3 3. . 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行4. 4. 变压器的参数测定变压器的参数测定5 5. . 标么值标么值6 6. . 变压器的运行特性变压器的运行特性7 7. . 三相变压器三相变压器8 8. . 变压器的并联特性变压器的并联特性 变压器是一种静止电器变压器是一种静止电器, ,它通过线圈间的电磁感应它通过线圈间的电磁感应, ,将一种电压等级的交流电能转换成将一种电压等级的交流电能转换成同频率同频率的另一种电压的另一种

2、电压等级的交流电能等级的交流电能.变压器变压器电力变压器电力变压器特种变压器特种变压器升压变压器降压变压器配电变压器联络变压器按用途按用途分类分类厂用变压器整流变压器电炉变压器高压试验变压器测量变压器电压互感器电流互感器单相变压器三相变压器按相数按相数分类分类变压器的分类：变压器的分类：变压器的种类繁多，有多种分类方法：变压器的种类繁多，有多种分类方法：1.1 变压器的工作原理变压器的工作原理LZ1I1E1Um2E2I2U一次侧施加交流电压时，一次绕组中产生磁动势，在铁芯中一次侧施加交流电压时，一次绕组中产生磁动势，在铁芯中形成磁通，磁通经铁芯穿过二次绕组，则在二次绕组中感应形成磁通，磁通经铁

3、芯穿过二次绕组，则在二次绕组中感应出电动势，这样出电动势，这样一次侧电能则可传送到二次侧。一次侧电能则可传送到二次侧。变压器中各个电量的正方变压器中各个电量的正方向的规定：按电工惯例向的规定：按电工惯例实际中变压器的各实际中变压器的各个电量都是交变的个电量都是交变的当不考虑漏磁通时及绕组电阻时，有下列电动势平衡方程式：当不考虑漏磁通时及绕组电阻时，有下列电动势平衡方程式：dtdNeu111dtdNeu222则一次侧与二次侧的电压、电动势的有效值与匝数则一次侧与二次侧的电压、电动势的有效值与匝数N的关系为：的关系为：212121NNEEUU令K=N1/N2， K称为变压器的变比称为变压器的变比当

4、不计各种损耗时，依据当不计各种损耗时，依据能量守恒原理能量守恒原理有：有：2211IUIUS则：1221IIUU故：KNNUU2121KII121S为变压器的视在功率，为变压器的视在功率，称其为变压器的容量称其为变压器的容量 1.2 变压器的基本结构变压器的基本结构一、变压器的基本结构一、变压器的基本结构 铁芯：铁芯：主要磁路部分。主要磁路部分。v变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用厚变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用厚 为为0.35-0.5mm0.35-0.5mm、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。v有芯式和壳式两种（看图）有芯式和壳式两种（看图

5、）v铁芯分为两部分：铁芯柱与铁轭铁芯分为两部分：铁芯柱与铁轭 铁芯柱：套有绕组；铁芯柱：套有绕组； 铁轭：构成磁路的闭合回路铁轭：构成磁路的闭合回路绕组：绕组：变压器的电路部分，分为高压绕组与低压绕组。变压器的电路部分，分为高压绕组与低压绕组。 绕组有两种分布形式：同心式、交叠式绕组有两种分布形式：同心式、交叠式其他部件：其他部件：变压器的稳定工作的附件，也是必不可少的。变压器的稳定工作的附件，也是必不可少的。变压器变压器连接发电机与电网的升压变压器连接发电机与电网的升压变压器连接发电机的连接发电机的封闭母线封闭母线 与电网相连与电网相连的高压出线端的高压出线端三相干式变压器接触调压器电源变压

6、器环形变压器控制变压器二、二、 型号与额定值型号与额定值1、型号 型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容，表示方法为式等内容，表示方法为如如OSFPSZ-250000/220OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压，额定容量有载调压，额定容量250000kVA250000kVA，高压额定电压，高压额定电压220kV220kV电力变压器电力变压器2、额定值额定容量额定容量 在铭牌规定的额定状态下变压器输出视在功率在铭牌规定的额定状态下变压器输出视在功

7、率的保证值的保证值 ，单位为，单位为kV或或kVA。三相变压器指三相容量之和。三相变压器指三相容量之和。额定电压额定电压 铭牌规定的各个绕组在空载、指定分接开关位铭牌规定的各个绕组在空载、指定分接开关位置下的端电压，单位为置下的端电压，单位为V或或kV。三相变压器指线电压。三相变压器指线电压。额定电流额定电流 根据额定容量和额定电压算出的电流称为额定根据额定容量和额定电压算出的电流称为额定电流，单位为电流，单位为A。三相变压器指线电流。三相变压器指线电流。 NUNINS三相变压器：三相变压器：额定频率额定频率 我国的标准工频规定为我国的标准工频规定为50赫赫(Hz)。此外还有此外还有额定效率、

8、额定温升。额定效率、额定温升。NfNNNNNNUSIUSI22113,3单相变压器：单相变压器：NNNNNNUSIUSI2211,1.3 变压器的运行分析变压器的运行分析一、空载运行一、空载运行（以以单相双绕组变压器单相双绕组变压器为对象进行分析）为对象进行分析）1、空载运行时的物理情况、空载运行时的物理情况空载时的电磁过程：空载时的电磁过程：v讨论讨论 1）当u1随正弦规律变化时有：tmmsin则：)90sin(111tNdtdNemm)2sin(1tEm)90sin(222tNdtdNemm)2sin(2tEm有效值E1、E2分别为：mmmmfNfNNEE1111144. 42222mmm

9、mfNfNNEE2222244. 42222E1、E2的相量表达式为：mfNjE1144. 4mfNjE2244. 4E1、E2在相位上滞后 90。m2）空载电流空载电流 绝大部分 是用来产生主磁通，但仍有小部分有功分量 作为铁芯损耗。但通常 ，其在相位上滞后 90。0IFeI0IIFeII 03）漏磁通与漏电抗011IjxE1x一次绕组的漏电抗tILdtdiLdtdecos2010111)90sin()90sin(2m101tEtILm2、空载运行时的电动势平衡方程式、相量图及等效电路图、空载运行时的电动势平衡方程式、相量图及等效电路图v 1）空载运行时的电动势平衡方程式）空载运行时的电动势

10、平衡方程式)()()(1101011101ExI jrIEErIU)()()(111110EZIEjxrI220EU111jxrZ一次侧的漏阻抗变比，用变比，用K表示表示 ：21m2m12144. 444. 4NNfNfNEEKKNNEEUU2121201v2）空载相量图）空载相量图m1U0IFeI10 xI jI1E1E)(001mmmjxrIZIEmZmxmr变压器的励磁阻抗变压器的励磁阻抗变压器的励磁电抗变压器的励磁电抗变压器的励磁电阻变压器的励磁电阻202UE10rIv3）变压器空载等效电路图）变压器空载等效电路图1r1x1U0I1Emrmx二、变压器的负载运行二、变压器的负载运行 1

11、、负载运行时的物理情况、负载运行时的物理情况 的出现破坏了 ，则一次侧增加的电流 来与 平衡，其条件是 使得 与空载时一样。 02211NINI2121INNI(磁动势平衡）磁动势平衡）即：2I11EU1I2I相抵消与2211NINIm负载运行时的电磁过程负载运行时的电磁过程2、负载运行时的基本方程式、负载运行时的基本方程式 1)磁动势平衡方程式磁动势平衡方程式2)电动势平衡方程式电动势平衡方程式 0)(221012211NINIININI102211NININI)(21201INNII111111111ZIExI jrIEU222222222ZIExI jrIEU一次侧：一次侧：二次侧：二次

12、侧：v单相变压器负载运行时的基本方程式单相变压器负载运行时的基本方程式L22m0111021222211111ZIUZIEIKIIEKEZIEUZIEUL三、三、 变压器的等效电路图及相量图变压器的等效电路图及相量图 1、绕组折算、绕组折算 为了分析方便，人为的将一次侧匝数变换成二次侧，或将二次为了分析方便，人为的将一次侧匝数变换成二次侧，或将二次侧匝数变换成一次侧。折算条件是不改变磁动势平衡关系以及侧匝数变换成一次侧。折算条件是不改变磁动势平衡关系以及能量关系。能量关系。 下面的折算都是将二次侧匝数变换成一次侧时各量的折算。折算下面的折算都是将二次侧匝数变换成一次侧时各量的折算。折算值用原来

13、的符号加值用原来的符号加 表示表示1）电动势和电压的折算）电动势和电压的折算由于由于 则则 同理电压值及其他二次侧电动势也按此折算同理电压值及其他二次侧电动势也按此折算：”“ KNNNNEE21222212NN22KEE 2020KEE22KUU2）电流的折算）电流的折算 为保持磁动势不变，应有：为保持功率关系不变， 应有：故：22222222222222rKrIIrrIrIKIINNININI222222222KIIUUIUIUI222222222KII223）阻抗的折算）阻抗的折算 保持功率不变的原则，应有：22222222222222xKxIIxxIxI折算后变压器负载运行时的基本方程式

14、变为如下形式：折算后变压器负载运行时的基本方程式变为如下形式：折算前折算前折算后折算后L22m0111021222211111ZIUZIEIKIIEKEZIEUZIEUL222m010212122221111ZIUZIEIIIEEZIEUZIEU2、等效电路图、等效电路图1Um2I2ULZ1I1N1r1x2N1E2E2x2rabcd由于由于 ,则则a、b等电位，等电位，c、d也等电位，故可将也等电位，故可将a、b连接，连接，c、d连接。这样，两个线圈则可合并为一个绕组，连接。这样，两个线圈则可合并为一个绕组，且匝数为且匝数为N121EE变压器负载运行的等效电路图形成过程示意图变压器负载运行的等

15、效电路图形成过程示意图1）T型等效电路图型等效电路图 将二次侧折算到一次侧后，由于两个线圈合并为一个将二次侧折算到一次侧后，由于两个线圈合并为一个线圈了。则又有下图所示的线圈了。则又有下图所示的T型等效电路图型等效电路图1U1I1r1x2r2x2ULZ0Imrmx21EE变压器负载运行的变压器负载运行的T型等效电路型等效电路2I2）近似等效电路图）近似等效电路图 T型等效电路图是一种复联电路，不便于计算。考虑型等效电路图是一种复联电路，不便于计算。考虑到到 ，将励磁支路前移，将励磁支路前移。1ZZm此电路中当此电路中当U1不变不变时，时，I0常数，不常数，不受负载影响受负载影响考虑到考虑到I0

16、I1时，还可以更进一步简化等效电路图时，还可以更进一步简化等效电路图,得得 变压器负载运行时的变压器负载运行时的 型等效电路图型等效电路图1U1I1r1x2r2x2ULZ 0Imrmx21EE1U21rrr2ULZ 21xxx21II变压器的近似等变压器的近似等效电路图效电路图2Iv3、相量图、相量图1.4 变压器参数的实验测定变压器参数的实验测定一、空载试验一、空载试验 空载试验可以测定变比空载试验可以测定变比K，铁耗，铁耗pFe和和ZmAv1wv2低压侧低压侧高压侧高压侧试验步骤：在低压侧加额定电压试验步骤：在低压侧加额定电压U1N（看（看V1表），读取表），读取V2（U2值）、值）、W（

17、p0值）、值）、A（I2值）三个表的读数值）三个表的读数mmmxxrrZZ000,即则可认为则可认为22020IpKr 20200rZx2220IUKZ二、负载试验二、负载试验 (短路试验）短路试验）短路试验可以测定短路阻抗短路试验可以测定短路阻抗Zk短路试验的试验步骤：在高压侧加电压，从短路试验的试验步骤：在高压侧加电压，从0开始上升，直到开始上升，直到IkI1N(A表），表），测读此时的测读此时的pk（W表），表），Uk（V表）表）则有：则有：Avw低压侧低压侧高压侧高压侧2221212rIrIprIpCukkkkkkIUZ2kkkIpr 22kkkrZx阻抗电压（短路电压）：阻抗电压（短

18、路电压）：CkNkZIU0751%1001NkkUUu用百分比表示：用百分比表示：短路电压常用百分值表示短路电压常用百分值表示%URI%)(NCSN0100u :1751sa 分量百分值分量百分值有功有功短路电压电阻短路电压电阻%UXI%)(NSN100u :11sa 分量百分值分量百分值无功无功抗抗短路电压电短路电压电 短路电压的大小直接短路电压的大小直接反映短路阻抗的大小，而反映短路阻抗的大小，而短路阻抗又直接影响变压短路阻抗又直接影响变压器的运行性能。器的运行性能。 从正常运行角度看，从正常运行角度看，希望短路电压小些，这样希望短路电压小些，这样可使副边电压随负载波动可使副边电压随负载波

19、动小些；从限制短路电流角小些；从限制短路电流角度，希望它大些，相应的度，希望它大些，相应的短路电流就小些。短路电流就小些。%UZI%NCSN0100u :1751s 短短路路电电压压百百分分值值1.3.3 短路电压短路电压1.3.4 标么值 标么值标么值, ,就是指某一物理量的实际值与选定的同一单位的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基准值的比值, ,即即一、定义二、基准值的确定1 1、通常以、通常以额定值额定值为基准值。为基准值。 2 2、各侧的物理量以各自侧的额定值为基准；、各侧的物理量以各自侧的额定值为基准； 一次侧取一次侧的额定值作为基值，二次侧取二次侧的额定值作为

20、基值，一次侧取一次侧的额定值作为基值，二次侧取二次侧的额定值作为基值，原边阻抗取原边的额定电压（电压基值）除以原边的额定电流（电流基值）原边阻抗取原边的额定电压（电压基值）除以原边的额定电流（电流基值）作为基值。副边则取副边的。作为基值。副边则取副边的。标么值标么值= =实际值实际值基准值基准值三、特点01*mZI020*mPRI*sSNZU*sSNRP*NPcosN*NQsinN四、优、缺点优点：优点： 缺点：标么值没有单位，物理意义不明确。缺点：标么值没有单位，物理意义不明确。3 3、折算前、后的标么值相等。线值的标么值、折算前、后的标么值相等。线值的标么值= =相值的标么值；相值的标么值

21、； 单相值的标么值单相值的标么值= =三相值的标么值；三相值的标么值； 1 1、额定值的标么值为、额定值的标么值为1 1。 使用标么值的基本方程式与采用实际使用标么值的基本方程式与采用实际值的方程式在形式上一致。值的方程式在形式上一致。2 2、百分值、百分值= =标么值标么值100% 100% ；4 4、某些意义不同的物理量标么值相等、某些意义不同的物理量标么值相等三、标么值三、标么值 （便于直观的了解设备的运行情况） 所谓标么值，就是某个物理量，它的实际值与选定的所谓标么值，就是某个物理量，它的实际值与选定的同单位的固定数值进行比较，他们的比值就是这个物同单位的固定数值进行比较，他们的比值就

22、是这个物理量的标么值。把选定的同单位的固定数值叫基值。理量的标么值。把选定的同单位的固定数值叫基值。）基值（与实际单位相同实际值（任意单位）标么值如：U199kV，U2110kV，若取U2为基值，9.01109921*1UUU0.111011022*2UUU变压器的基值选取：变压器的基值选取：一次侧取一次侧的额定值作为基值，二一次侧取一次侧的额定值作为基值，二次侧取二次侧的额定值作为基值，原边阻抗取原边的额定电次侧取二次侧的额定值作为基值，原边阻抗取原边的额定电压（电压基值）除以原边的额定电流（电流基值）作为基值。压（电压基值）除以原边的额定电流（电流基值）作为基值。副边则取副边的。副边则取副

23、边的。1.5 变压器的运行特性变压器的运行特性v 本节只探讨单台变压器的运行特性本节只探讨单台变压器的运行特性一、电压变化率：变压器负载时的二次侧电压变化一、电压变化率：变压器负载时的二次侧电压变化变压器的外特性图变压器的外特性图 %100%100%1001212222220NNNNNUUUUUUUUUu%100sincos%10012121121NkkNNUxIrIUUUu%100sincos12121NkNkNUxIrIuNII11负载系数负载系数二、效率二、效率若作一些假定：则 所以有 变压器的铜耗等于铁耗时，有最大效率变压器的铜耗等于铁耗时，有最大效率变压器的效率特性图变压器的效率特性

24、图 例题例题（1-1、1-2、1-3）%100)1(%100%10021112pPpPpPPPFeCupppuPppppkcuFe忽略计算取取20,%100)cos1(20220kNkppSpp0),(maxddf：令求kFermIp22maxHZKVKVUUKVASNNN50,11/127,2000021C15一台单相变压器一台单相变压器，在在 时开路和短路试验数据如下：时开路和短路试验数据如下：【例题例题 1-1】试验名称电压电流功率备注开路试验11KV45.5A47KW电 压 加 在低压侧短路试验9.24KV 157.5A129KW电 压 加 在高压侧试求：(1)折算到高压侧时励磁阻抗和

25、等效漏阻抗的值(2)已知设21)175(,9 . 3XXRC，画出T形等效电路。 解 ： 一次和二次绕组的额定电流为AAUSINNN7 .1571272000011AAUSINNN2 .1818112000022 电压比： 55.111112721NNUUk折算到高压侧时的励磁阻抗和等效漏阻抗322575 .45101155.11322022(2）（）（低压）IUkZkZmm30285 .45104755.11232220202(2）（）（低压）IPkRkRmm321103028322572222mmmRZX 7 .585 .157924011KKKIUZ 2 . 55 .1571012923

26、211KKKIPR5 .582 . 57 .582222KKKRZX换算到C7545. 6155 .234755 .2342 . 5)75(CKR9 .585 .5845. 62222)75()75(KCKCKXRZ9 . 3)75(1R55. 2)75(1)75()75(2RRRK25.292121KXXX（2）T形等效电路图如图（看图）（看图）所示，图中 对于例1-1的单相20000KVA变压器，试求出励磁阻抗和漏阻抗的标幺值。从【例题 1-1】可知，一次和二次绕组电压分别为127KV和11KV， 额定电流分别为157.5A和1818.2A。由此可得：励磁阻抗标幺值折算到低压侧时 4010

27、11824121818322.(*NmNmUZIZ低低压压）83101172221818322.(*NmNmURIR低低压压）8 .3910117 .2402 .181832(2*NmNmUXIX低压） 解【例题例题 1-2】 折算到高压侧时 4010127322575157311.(*NmNmUZIZ高压）高压）831012730285157311.(*NmNmURIR高压）高压）83910127321105157311.(*NmNmUXIX高高压压）由于折算到低压侧的励磁阻抗是折算到高压侧的k的平方倍低压）(2mmZkZ而高压侧的阻抗基值亦是低压侧的k的平方倍，所以从高压侧或低压侧算出的励

28、磁阻抗标幺值恰好相等；故用标幺值计算时，可以不再进行折算。 （2）漏阻抗的标幺值073. 0101279 .585 .15731)75(1*)75(NkNkUZIZ008. 01012745. 65 .15731)75(1*)75(NkNkURIR0725. 0101275 .585 .157311*NkNkUXIX 若短路试验在额定电流) 1(*1I下进行，亦可以把实试验数据化成标幺值来计算，即0727. 012724. 9*KKKIUZ000645. 020000129*2*KKKKPIPR725. 000645. 00727. 0222*2*KKKRZX %99. 4%100)60. 0

29、0725. 08 . 008. 0(%100)sincos(2*2*KKXRIu%75.98160478 . 02000160471cos1020KNNKNnPPSPP（2）最大效率和达到最大效率时的负载%92.984728 . 02000542. 047212cos2102*0maxPSIPNN【例题例题 1-3】已知例1-1中变压器的参数和损耗为 求此变压器带上额定负载, (滞后)时的额定电压调整率和额定效率，并确定最大效率和达到最大效率时的负载电流.kwpkwpXRkNkk160,47,0725. 0,008. 0)75(0*)75(008 . 0cos2解：（1）额定电压调整率和额定效

30、率： 1.6 三相变压器三相变压器一、一、 三相变压器的磁路系统三相变压器的磁路系统1.6 三相变压器三相变压器BCabcAXYZxyz三相变压器组（Y，d1)AXBYCZaxbycz二、三相变压器的联结法二、三相变压器的联结法绕组用大写字母绕组用大写字母表示高压绕组，表示高压绕组，为：为：AX，BY，CZ。小写字母。小写字母表示低压绕组。表示低压绕组。为为ax、by、cz。且绕组的电压都且绕组的电压都是从首端指向末是从首端指向末端。如：端。如：Uax三、三相变压器的联结组别三、三相变压器的联结组别1)通常采用通常采用“时钟表示法时钟表示法”：把高、低压侧的两个线电压三角：把高、低压侧的两个线

31、电压三角形的中心重合，在把高压侧线电压三角形的一条中线指向形的中心重合，在把高压侧线电压三角形的一条中线指向12点方向。而低压侧线电压三角形中对应的中线作为短针，它点方向。而低压侧线电压三角形中对应的中线作为短针，它指向的钟点就是组别的标号。指向的钟点就是组别的标号。2)同名端的概念同名端的概念 高压绕组的某一端为高压绕组的某一端为“”时，低压端的某一端也为时，低压端的某一端也为“”，则称高、低压对应的这两个端子为同名端。用，则称高、低压对应的这两个端子为同名端。用“*”或或“ ”标识，那么另外两个对应端也是同名端。标识，那么另外两个对应端也是同名端。xxAXaAXa联结组0/II联结组6/I

32、Iv判定三相绕组的联结组别判定三相绕组的联结组别 1)Y,y0联结组联结组2）根据同名端确定高低压侧同相位）根据同名端确定高低压侧同相位的相电压，此处可知的相电压，此处可知Ea与与EA同相位同相位1）画出高压绕组的线电压的相量图）画出高压绕组的线电压的相量图3）画出低压绕组的线电压的相量图）画出低压绕组的线电压的相量图4）将两个三角形的重心重合）将两个三角形的重心重合 2）Y，d11联结组联结组2）根据同名端确定高低压侧同相位根据同名端确定高低压侧同相位的相电压（此处可知的相电压（此处可知Ea与与EA同相）同相）1）画出高压绕组的线电压的相量图）画出高压绕组的线电压的相量图3）画出低压绕组的线电压的相量图）画出低压绕组的线电压的相量图4）将两个三角形的重心重合）将两个三角形的重心重合分析：分析：请判定下面变压器的联结组别请判定下面变压器的联结组别四、三相变压器的磁路系统四、三相变压器的磁路系统 略v三相变压器电路系统和磁路系统对电动