第8章变压器和交流电机(2)

1、121.1.变压器的用途、分类变压器的用途、分类2. 2. 变压器的主要结构部件变压器的主要结构部件4. 4. 变压器的运行性能变压器的运行性能内容提要内容提要(Main content)：3. 3. 变压器的工作原理变压器的工作原理5. 5. 自耦变压器自耦变压器3 变压器是静止电器，由铁心变压器是静止电器，由铁心( (磁路磁路) )及两个或及两个或两个以上的绕组两个以上的绕组( (电路电路) )组成，绕组之间由铁心中组成，绕组之间由铁心中交变磁通联系交变磁通联系( (磁耦合磁耦合),),实现从一种电压实现从一种电压( (电流电流) )变变为另一种电压为另一种电压( (电流电流) )。一、变

2、压器的用途一、变压器的用途(Application)4按相数分为：按相数分为： 单相变压器单相变压器 (Single-phase) 三相变压器三相变压器 (Three phase) 多相变压器多相变压器 (Multiphase)1U1U2U2U2I1I0I按绕组分为：按绕组分为： 双绕组变压器双绕组变压器 (Double winding) 三绕组变压器三绕组变压器 (Three-winding) 自耦变压器自耦变压器 (Auto-transformer)5(4)(4)按冷却方式：按冷却方式： 油浸自冷变压器油浸自冷变压器 (3)(3)按用途分为：按用途分为： 油浸水冷变压器油浸水冷变压器干式空

3、气自冷变压器干式空气自冷变压器油浸风冷变压器油浸风冷变压器升压变压器升压变压器 (Step-up transformer) 降压变压器降压变压器 (Step-down transformer) 隔离隔离变压器（变压器（Isolation transformer） 62 2、二次绕组（副绕组）负载侧、二次绕组（副绕组）负载侧 （secondary winding Load ）3 3、变压器铁心、变压器铁心 磁路部分磁路部分( (Iron core Magnetic circuit)1 1、一次绕组（原绕组）电源侧、一次绕组（原绕组）电源侧 ( (Primary winding Power）7 ：

4、它是变压器用作导磁的磁路，也是器：它是变压器用作导磁的磁路，也是器身的机械骨架，由铁心柱、铁轭和夹紧装置组身的机械骨架，由铁心柱、铁轭和夹紧装置组成。为了减小铁心中的磁滞和涡流损耗，铁心成。为了减小铁心中的磁滞和涡流损耗，铁心用用0.350.5mm0.350.5mm厚的硅钢片叠成，每层钢片接缝厚的硅钢片叠成，每层钢片接缝错开，从而减小变压器的励磁电流。错开，从而减小变压器的励磁电流。相邻两层铁心叠片相邻两层铁心叠片铁心柱截面铁心柱截面8小型变压器铁心小型变压器铁心910 ：它是变压器的电路部分，按照高低电压绕：它是变压器的电路部分，按照高低电压绕组之间的布置，可以分为同心式和交叠式两种绕组之间

5、的布置，可以分为同心式和交叠式两种绕组，同心式结构简单，制造方便，交叠式机械强组，同心式结构简单，制造方便，交叠式机械强度好，引出线的布置和焊接都较方便，漏电抗小。度好，引出线的布置和焊接都较方便，漏电抗小。高压高压低压低压高压高压低压低压高压高压低压低压高压高压低压低压交叠式绕组交叠式绕组同心式绕组同心式绕组11 铁心制造工艺简单，制造工时短，降低了铁心制造工艺简单，制造工时短，降低了制造成本变压器制造厂具有成熟的叠铁心工艺，制造成本变压器制造厂具有成熟的叠铁心工艺，成熟的质量控制管理体系不需要卷制铁心和线成熟的质量控制管理体系不需要卷制铁心和线圈的专用设备，降低了圈的专用设备，降低了产品的

6、制造成本产品的制造成本. .铁心材料较铁心材料较 “ “R R型型” ” 卷铁心利用率高，能卷铁心利用率高，能降低产品的制造成本。降低产品的制造成本。121 1、额定容量、额定容量（视在功率）（视在功率）(Rated capacity/Nominal capacity) (Apparent capacity)NS，单位为单位为VAVA或或kVAkVA12/NNUU，单位为单位为V V或或kVkV2 2、额定电压、额定电压（线电压）（线电压） (Rated voltage (Line voltage)一、变压器的额定数据一、变压器的额定数据 (131NNUU* * 一次绕组额定电压一次绕组额定电

7、压 3 3、额定电流、额定电流（线电流）（线电流） (Rated current (Line current), ,单位单位A A12/NNII二次绕组额定电压是当二次绕组额定电压是当1NNUU202NUU 时，二次绕时，二次绕组开路电压组开路电压(Open-circuit voltage/Off load voltage)12/NNUU，单位为单位为V V或或kVkV2 2、额定电压、额定电压（线电压）（线电压） (Rated voltage (Line voltage)14112233NNNNNSUIUI112233NNNNNSUIUI3NNNNUUIIY Y接：接：Y-Y-connect

8、ionABCXYZYZ3NNNNUUII接：接：Delta connectionDelta connectionABCX15三、额定负载三、额定负载 (Rated load) 当变压器接在电压频率为额定频率当变压器接在电压频率为额定频率 ，大，大小为额定电压小为额定电压 的电网上，若副边电流为的电网上，若副边电流为 ，原边电流为原边电流为 时，称为额定运行状态，此时的时，称为额定运行状态，此时的负载为额定负载。负载为额定负载。Nf1NU2NI1NI16* * 以双绕组单相变压器为例来介绍变压器的运行分析以双绕组单相变压器为例来介绍变压器的运行分析主要内容主要内容: : 分析物理过程分析物理过程

9、, ,列方程列方程, , 化简方程化简方程, ,得到等效电路得到等效电路 ( (数学模型数学模型) ) 主要分析方法主要分析方法: : 主磁通漏磁通分析法主磁通漏磁通分析法 本节内容体现了变压器的基本电磁关系，本节内容体现了变压器的基本电磁关系，着重研究变压器空载运行分析方法。着重研究变压器空载运行分析方法。171U1ILZ1I1UAX1E2Exa2U2I*m2N1N1Im1E2Em2Im2U2I1I2I18AXax1U2U1E1sE2sE2Em1s2s1N2N1I2I191U&1I&2I2U&m&1I&2I1E&2E&m&2sE

10、1sE1s2s20AX1U1E1sE0I1smxa2E20U21 1U0I01 0FN Im1E2E1s1sE20U101UI R与m1S1(0.1%0.2%)Smm1S01 0fN i22sinmt 111sin(90 )mdeNNtdt 11114.4422mmmENEfN224.44mEjfN 114.44mEjfN 2311,mENf、22mENf、1122ENkENm1E90m1E2411011 00102SSSNIEjj L IjI XI 111114.442SSSNEjjfN 1s1111sin(90 )ssdeNNtdt 25211101111100( 2)22SssNNI N

11、XNII1S1sE0I1X1sE0I9001jI X2611011111202()UEIRjXZRjXUE 11122 02NNUEUkEUUAX1U1E1sE0I1smxa2E20U1R1X1Z27定义：变压器原边接电源，副边接负载的运行状态定义：变压器原边接电源，副边接负载的运行状态 称为负载运行。称为负载运行。1s1sE1U2U2I2E2sELZ2sm1N2NAXxa*1E1I281.1.原副边的电流关系原副边的电流关系( (磁动势平衡关系磁动势平衡关系) )空载时：空载时：1100110011()UEI ZEI RjX空载一次绕组电压平衡方程式：1 0N I0m10E由于 比较小， 也

12、比较小，所以有：0I1Z110UE291s1sE1U2U2I2E2sELZ2sm1N2NAXxa*1E1I负载情况下：负载情况下：30负载时的 ，由合成磁动势 产生。m0F0121 122FFFN IN I111110UEI ZII 负载时一次绕组：0Fm1E一次电流从空载到负载 时，由于 比较小，依然有：111I ZE11NII1Z所以：11UE311201201I NII NFN110122()I NI NI N 由于电源电压 不变，所以一次绕组感应电动势 在负载和空载情况下变化不大，因此 基本不变。1E1Um 由两部分组成：1 11FN I1）励磁磁动势 01 0FN I222FN I

13、2）与副边磁动势大小相等、方向相反的负载磁动势 32改写成电流形式：21021()NIIIN 1）产生主磁通的励磁电流0I2）随副边电流增大而相应增大的负载分量221()NIN110122()I NI NI N 33222()LLLUI ZIRjX22222sUEEI R1sE1I1U2U2I2E2sELZ1N2NAXxa1E2s22222222()UEIRjXEI Z222sEjI X 2I2s2sE2. 2. 副边电压与电流关系副边电压与电流关系341111UEI Z 1122ENkEN10mEI Z2222UEI Z22LUI Z112201I NI NI N1I1sE1UAX1E2E2

14、Uxa1s1N2N2I2sE2s*mLZ35 定义：保持一个绕组的磁动势不变而改变其电流定义：保持一个绕组的磁动势不变而改变其电流和匝数的算法称为归算法（折合算法）。和匝数的算法称为归算法（折合算法）。 目的目的: a : a 、使一、二次绕组、使一、二次绕组“有有”电连接的电连接的等效电路，这样就可以用电路知识来解题了。等效电路，这样就可以用电路知识来解题了。 b b、画相量图方便（定量画法）。、画相量图方便（定量画法）。解决方法（算法根据）解决方法（算法根据） 保持保持 不变，就不会影响不变，就不会影响 的变化。的变化。2F1F36 折合值：二次向一次折合为例。22EkE 224.44mE

15、jfN 214.44mEjfN 电动势222Zk Z 2LLZk Z 阻抗22UkU 负载电压2221I NI N222211NIIINk 定义：如果保持二次绕组磁动势不变，而假想它的匝数与一次绕组匝数相同的折合算法，称为二次向一次折合。37说明：折合算法其结果不改变变压器运行的物理本质，既不改变功率，也不影响阻抗的阻抗角。* 无论向哪一侧折合，折合前后的损耗值、功率值及功率因数均不变。38电源电压与负载功电源电压与负载功率因数不变情况，率因数不变情况，U2随负载随负载I2的增大的增大而降低而降低392. 2. 变压器的效率变压器的效率 (Efficiency of transformer)2

16、1PP12PPPP21PPP 11PPP其中:21PPP变量 P2 代表 副边输出的有功功率；变量 P1 代表 原边输入的有功功率； 代表 变压器的总损耗。40单相变压器：222 2222222222coscoscoscosNNNNNNNIPU IUIUISI222 22222222223cos3cos3coscosNNNNNNNIPUIUIUISI三相变压器：P2的计算:22NUU若忽略副边端电压在负载时的变化，则：以上两式的结果是一样的,22cosNPS41FeCuPPP可变损耗CuP2CukNPP21PPP 代入22cosNPS2CukNPP0PePP，不变损耗0PePP21PPP ，计

17、算：，计算：42变压器的效率公式：变压器的效率公式：202201coskNNkNPPSPP 一定时，2cos 一定时， 效率特性曲线。2cos f43200mmkNCuFekNPPPPPP即时通常， 条件下，中小型变压器的效率约为0.950.98，大型变压器的效率一般在0.99以上。2cos1,m 效率特性曲线是一条有最大值的曲线，最大值出现在：0dd4400.20.40.60.81020406080100Loading factorEfficiency %The Efficiency of Transformer变压器效率特性453. 举例举例 一个一个40KVA的单相变压器，副边开路，原边

18、侧的输入功率为的单相变压器，副边开路，原边侧的输入功率为2KW，当副边短路，满载下的功率为当副边短路，满载下的功率为4KW，计算下列条件下变压器的效率。，计算下列条件下变压器的效率。1) 满载满载 2) 50%负载，功率因数为负载，功率因数为0.8 (滞后滞后)解：解： PFe=2KW， PCu= 4KW (满负荷满负荷) 1) cos 2 =1 P2 = 40 1=40KW 12PP %87424040 2) cos 2 =0.8 P2 = 40 0.5 0.8 =16KW12PP %2 .84121616 PCu= 0.52 4=1 KW X2 4=2X=0.707当负载为满载的当负载为满载的70.7%时，变压器的时，变压器的 max设设 max时的负载为满载的时的负载为满载的 X此时此时PCu=PFe=2KW ? 负载为多大时，变压器的效率最高负载为多大时，变压器的效率最高?46471U2UAXax1I2IN1N1N2N2120NUV2200NUV110NIA21NIA200NSVA48AXaxAax1U2U1UX1N2N49AXax1I2I1 1220N IN I50AXax1U1 120N IN I1I2II1,II511EAXax2E1U1