电机学：ch3 变压器

1、变压器Transformer电能转换器：电磁感应将一种电压、电流的交流电能变换为相同频率的另一种电压、电流的交变电能信号传输研究交流异步电机的理论基础2目录1 变压器的工作原理、分类及结构2 单相变压器的运行分析3 三相变压器的运行分析4 自耦变压器和互感器本章小结341 变压器工作原理、分类及结构工作原理-电磁感应交变磁通产生交变感应电动势正方向：电压与电流方向一致；磁通与电流方向满足右螺旋；感应电动势与电流流入方向相同一次绕组二次绕组铁心变压器分类按用途分：电力变压器、特种变压器(专用变压器）、仪用变压器、电子变压器等按绕组数目分：单绕组变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器按相

2、数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器按铁心结构分：芯式变压器和壳式变压器按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器等56电源变压器电力变压器控制变压器接触调压器三相干式变压器变压器结构铁心：变压器的主磁路部分，分为铁心柱与铁轭绕组：变压器的电路部分，包有绝缘材料7单相芯式(1铁心柱，2铁轭，3高压线圈，4低压线圈)三相芯式单相壳式4变压器额定值额定容量：变压器的视在功率(SN)，kVA ，VA三相变压器：三相总容量额定频率：50Hz(中国、英法德俄)，60Hz(美、韩、加拿大)额定电压、额定电流、额定效率等8单相变压器三相变压器2 单相变

3、压器的运行分析空载运行：定义：一次绕组加交流电压，二次绕组开路主磁通和漏磁通99感应电动势同理：一次绕组漏电抗励磁电流单相变压器的运行分析-空载特性电压方程和相量图10励磁电流励磁分量I0r，建立磁场，产生主磁通无功分量铁损耗分量I0a，供变压器铁心损耗有功分量单相变压器的运行分析-空载特性等效电路11 Z1 一次绕组漏阻抗 Zm 变压器的励磁阻抗 Xm 变压器的励磁电抗 Rm 变压器的励磁电阻单相变压器的运行分析-负载特性定义：一次侧接交流电源，二次侧接负载磁动势平衡方程电动势平衡方程12单相变压器的运行分析-负载特性等效电路和折合关系折合：保持变压器二次绕组磁动势不变，各功率或损耗不变，把

4、其各种电量换算到匝数等于一次绕组的方法13单相变压器的运行分析-负载特性例1 单相变压器U1N /U2N =380/190 V，Z1 = (0.4j0.8) ，Z2 = (0.15j0.3 ) ，Zm = (600j1200 ) ，ZL = (7.5j4.75 ) ，当一次绕组加上额定电压 380V 时，试用T 型等效电路求负载电流和电压。14解：用T 型等效电路k =U1NU2NZ2 = k2Z2 = 22 (0.15j0.3) = (0.6j1.2) ZL = k2ZL = 22 (7.5j4.75) = (30j19) = 35.5 32.35O 电路总阻抗Ze = Z1 Zm (Z2

5、ZL) Zm Z2 ZL = 36.6 34.88O 15I1 =U1Ze= A36.6 34.88O 380 0O= 10.38 34.88O AE2 = E1 = Z1I1U1 = ( 0.4j0.8 ) V10.38 34.88O 380 0O= 376.62 180.72O V I2 = E2 Z2ZL = 10.27 147.3O A U2 = |ZL| I2 = 182.35 V= 7.524.752 20.54 VI2 = kI2 = 210.27 A = 20.54 A单相变压器的运行分析-参数测定稳态试验方法空载试验16基本方程输入功率 = 铁损单相变压器的运行分析-参数测定

6、负载试验(短路试验)17一次侧电压降低，以两侧电流达到额定为准功率基本方程单相变压器的运行分析-特殊参数标幺值定义：一个物理量与一个选定的同单位固定数值的比值。固定数值称基值(常取额定时的值)18 例：过载系数1.52.0阻抗电压定义：短路试验时，当绕组中电流达到额定值时，加在一次绕组上的短路电压，用一次侧额定电压的百分值表示阻抗电压标幺值单相变压器的运行分析-U2 = f(I2)电压调整特性(外特性)定义：变压器负载时二次侧端电压的变化(一次侧额定，负载功率因数不变)19U2 I2 OU2N2=1 2= 0.8(电感性)2= 0.8(电容性) I2N U2额定电压调整率(5%)：负载额定，功

7、率因数0.8ZLU1I1I2Rk jXk U2 单相变压器的运行分析-效率特性U1= U1N、cos2 为常数时， = f (b)，b=I1/I1N=I2/I2N损耗分析铜损： PCu = R1I12R2I22 = R1I12R2I22 = 2 PS (短路试验)铁损： PFe = Rm I02 = P0 (空载试验)效率：20P1P2 = 100% SN 2 SN 2P0 2PS 100% = I2O(0.40.6) I2N最大效率d d = 0 PCu= PFe 时， = max3 三相变压器的运行分析21联结组：联结方式 + 联结组号联结组时钟表示法：高压绕组电动势作分针，指向12点；低

8、压绕组对应的线电动势作时针，对应的钟点数即为联结组号EAEa*U1U2u1u2EAEa*相位关系:EAEaEAEaU1U2u1u2Yy0Yy6同名端三相变压器的运行分析联结组三相变压器联结方式星形联结(Y联结)角形联结(联结或D联结)22EA EB ECA B C X Y Z顺接逆接A B C X Y ZA B C X Y Z三相变压器的运行分析联结组例3 判断联结组23EA EB ECA B C X Y Za b c n x y zEa Eb Ec联结组: Y,yn6Step1 作高压绕组线电动势相量ABC(顺时针) Step2 作低压绕组线电动势相量abc：根据高低压绕组相电动势关系，顺时

9、针排列顶点 A B COab cStep3 根据对应高低压绕组相位差，判断时钟序数 EA Ea三相变压器的运行分析联结组24EA EB EC Eb Ec Ea A B C X Y Zb c a y z x例4 判断联结组联结组号: D,d6A B COab c三相变压器的运行分析并联运行25并联运行的理想状态空载时各台变压器I2=0，即各台变压器间无环流负载时各台变压器分担的负载与容量成正比各台变压器同一相上的输出电流同相位，使得总输出电流： I2 = Ii 理想并联运行的条件电压比相等，以保证二次侧的空载电压相等，一般规定：电压比之差0.5%(平均电压比)联结组相同，以保证二次侧空载电压相位相同短路阻抗标幺值相等， 10%4 自耦变压器和互感器自耦变压器：一个绕组26手柄接线柱 I 降压自耦变压器 N1N2+U1I1E1E2 U2I2 I+U2I1E1E2 U1I2 升压自耦变压器 互感器电压互感器空载运行的降压变压器二次绕组禁止短路二次绕组与铁芯必须接地