控制电机-变压器-课件

变压器控制电机2.1变压器的基本工作原理和结构、额定值2.4

单相压器的等值电路及向量图2.5变压器的参数测定2.6

变压器的运行特性2.2单相变压器的空载运行

变压器是一种静止电器,它以磁场为媒介，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同频率的另一种电压等级的交流电能.2.7变压器的其它问题2.3单相变压器的负载运行

2.1变压器的基本工作原理和结构、额定值2.1.1基本工作原理和分类一、基本工作原理主要部件：铁心和两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。只要两个绕组匝数不同，就可以变压。接电源原边（一次，初级）绕组接负载副边（二次，次级）绕组二、分类2.1.2基本结构一、铁心——磁路部分电工钢片叠压而成闭合磁路用的最多的是冷轧硅钢片0.35-0.5mm片之间涂绝缘漆，减少损耗

常用形状有山、C、U型二、绕组——电路部分铜或铝的绝缘线包原端线圈

＊接到电源电压上

＊符号：AX

＊一次线圈，一次绕组

副端线圈

＊接到负载上

＊符号：ax

＊二次绕组，二次线圈单相芯式变压器1—铁心柱2—铁轭3—高压线圈4—低压线圈

油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷却介质，又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。

将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘，担负着固定的作用。四、油箱三、绝缘套管三相干式变压器接触调压器电源变压器环形变压器控制变压器连接发电机与电网的升压变压器连接发电机的封闭母线

与电网相连的高压出线端1—信号式温度计2—吸湿器3—储油柜4—油位计5—安全气道6—气体继电器7—高压套管8—低压套管9—分接开关10—油箱11—铁心12—线圈13—放油阀门此外，额定值还有额定频率（中国50Hz）、效率、温升等。视在功率UN×INSN原副边相等（η很高）额定容量指长期运行时所能承受的工作电压额定电压

是指一次侧所加的额定电压，是指一次侧加额定电压时二次侧的开路电压。在三相变压器中额定电压为线电压。三者关系：单相：三相：由SN,UN求得在三相变压器中指线电流额定电流三变压器的额定值电压源方向→电流方向电流方向→磁通方向（右手螺旋定则）磁通方向→感应电势方向一、各电磁量正方向原则4.3单相变压器的空载运行最终的由共同产生；在电流→磁通→电势的情况下，电流方向即电势方向电压指电压降的方向，电势指电势升的方向

注意！问题U1和E1反方向了；（原边电动机）E2和I2同方向了。（副边发电机）二、理想变压器——去掉不理想因素变压器运行过程中的无用因素：1）铜损——绕组有电阻2）铁损——铁心有磁阻3）漏磁——绕组的耦合程度不够高1）性质上：与成非线性关系（B～H）；与成近似线性关系；2）数量上：占99%以上，仅占1%以下；3）作用上：起传递能量的作用，起漏抗压降作用。主磁通与漏磁通的区别：理想变压器条件无铜损

绕组电阻为0无铁损

铁心磁阻为0，磁导率为无穷大无漏磁通

磁路耦合系数为1√超导材料几乎做不到×根本做不到

1.电压平衡方程

∑电势升=∑电压降原边电压瞬时值三、变压器空载运行——副边开路XAxaW1W2原边电压平衡方程2.空载电流

一个是励磁分量，作用是建立磁场，产生主磁通——无功分量；另一个是铁损耗分量。作用是供变压器铁心损耗——有功分量空载电流包含两个分量

性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电流主要是感性无功性质——也称励磁电流；2.空载运行电动势假设主磁通按正弦规律变化则有效值相量形式

同理，二次主电动势也有同样的结论。相量1）主磁通感应的电动势——主电动势2）漏磁通感应的电动势——漏电动势漏电动势也可以用漏抗压降来表示根据主电动势的分析方法，同样有假设i0按正弦规律变化漏电势相当于漏电抗产生的压降！空载运行变压器电势平衡（1）一次侧电动势平衡方程忽略很小的漏阻抗压降和铜损，并写成有效值形式，有则恒磁通原理：变压器主磁通大小主要取决于电源电压和频率，以及一次线圈的匝数。与负载基本无关。重要公式（2）二次侧电动势平衡方程2、电势与变比定义对单相变压器空载运行时结论

原、副边电势与主磁通的关系(2)原、副边漏电势由漏磁通产生，通常比较小，可以忽略。原边空载电流很小，I0=(2%~10%)I1N。想要原副边电压不同，只需匝数不同四、空载时的等效电路一次侧的电动势平衡方程为空载时等效电路为励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。由于磁路具有饱和特性，所以不是常数，随磁路饱和程度增大而减小。由于，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只是一个元件的电路。在一定的情况下，大小取决于的大小。从运行角度讲，希望越小越好，所以变压器常采用高导磁材料，增大，减小，提高运行效率和功率因数。

2.3单相变压器的负载运行一、负载运行时的电磁关系变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次接上负载的运行状态，称为负载运行。负载运行时的电磁过程电路、磁路工作情况（稳态）空载时，磁势平衡原边电流包括两个分量：1)i0—励磁分量，建立主磁场，(0.02-0.1)I1N；2)i1L—负载分量，平衡副边电流电磁关系将一、二次联系起来,二次电流增加或减少必然引起一次电流的增加或减少.说明负载时，额定负载以后，原端电流大大增加了！二、电压平衡方程根据基尔霍夫电压定律可写出一、二次侧电动势平衡方程负载运行时,忽略空载电流有:表明，一、二次电流比近似与匝数成反比。可见，匝数不同，不仅能改变电压，同时也能改变电流。原边副边MIT24三、阻抗变换信号电路中，什么情况下负载得到的功率最大？

负载为纯阻性且R0=RLR0,RL不变

R0=RL’=k2RL

例4.3某交流信号源U＝120V,内阻Ｒ0=800Ω,负载电阻ＲL＝８Ω。试求:

（1）若将负载与信号源直接相连，负载上得到的功率有多大？（2）若要信号源输给负载的功率达到最大,负载电阻应等于信号源内阻。今用变压器进行阻抗变换,则变压器的匝数比应选多少？阻抗变换后信号源的输出功率有多大？

解(1)由图(ａ)可知,若将负载直接与信号源连接,信号源的输出功率为

(2)如图(b)所示,用变压器把负载ＲＬ变换为等效电阻,使其阻值与电源内阻相等。则变压器变比为负载上得到的功率为思考问题：1、变压器空载的等效电路如何？各参数的物理意义是什么？2、变压器空载和负载时候主磁通变化多少？原端电流变化多少？•基本方程式组按照方程的类别列

•原端电压方程式

•

副端电压方程式

•

原副端电势联系

•

原副端磁势联系

•

激磁方程

•

负载方程2.4变压器的等值电路及相量图一、变压器基本方程•已知：U1，Z1，Z2，k，Zm，ZL•求解：I1,I2,E1,E2,Im,U2•正好可以求出来唯一解目的:去掉变压器，变为纯电路问题原则:电磁本质不变（磁势，磁通，功率）方法：线性变换，用一个假想的和原边匝数W1一样的绕组W’2代替W2，即将副边折算到原边（W1=W’2

）1.电流原则：归算前后磁势不变2.电压、电势电压归算原则：归算前后S（视在功率）不变。电势归算原则：归算前后电磁功率不变二、折算3.电阻:R2原则：有功功率不变4.漏抗原则：Q2不变同理总结：电流：除k电压、电势：乘k电阻、电抗、阻抗：乘k2三、变压器的等效电路K=1的理想变压器1.T型等效电路：注意正方向的调整验证了副端感性负载的去磁效应，即有负载后必须增大电流才能维持磁通不变从能量上讲，验证了副边能量来自原边型等效电路Z1很小，可以移出励磁回路，误差在允许范围内1U&最简化等效电路（电力变压器I1很大很大，Im

可以忽略，作定性分析）：其中分别称为短路电阻、短路电抗和短路阻抗。

由简化等效电路可知，短路阻抗起限制短路电流的作用，由于短路阻抗值很小，所以变压器的短路电流值较大，一般可达额定电流的10~20倍。短路阻抗的物理意义：1.由于Zs很小，变压器稳定短路时电流↑↑2.短路阻抗对负载而言，相当于变压器的内阻

1.画向量图的依据——折算后的等值电路四、相量图基本方程组不同量之间的相位关系，（如电势和磁通的关系）不同元件（R,L,C）上的电压、电流、相位角关系基本向量关系（如I与jI、-jI，E与-E）作相量图的步骤——对应T型等效电路，假定变压器带感性负载。已知I2,U2,1.按比例画2.画3.画4.求5.求6.求五、变压器的分析方法比较基本方程式组

-

原始；准确

-定量计算等值电路

-简化；场→路，

-定量计算、定性分析相量图

-

对应于等值电路

-定性分析在上面的各种分析中都要用变压器参数(电阻、漏抗)，何处来？

-没造的：设计计算

-造好的：算起来麻烦，测量要测的参数：电阻、漏抗、激磁参数、变比(匝比)

短路实验

空载实验假定变压器：高压方：A—X

低压方：a—x2.5变压器的参数测定降压变压器一、空载试验_激磁参数、变比(匝比)1.实验线路为了实验的方便和安全，选择在低压方ax处

-因为高压方电压太高电流太小电流尽量测准确

-电流表最靠近绕组2.实验曲线（空载特性）空载实验看电压,使U2：(0~1.2)U2N有饱和问题，必须作出额定点曲线：主要是铁心的磁化曲线3.参数计算※空载时的等值电路※空载时的等效阻抗：铁心有磁滞性，故U2只能单向变化对应额定点处，有:3.参数计算显然，变压器空载损耗就是铁损二、短路试验_电阻、漏抗1.实验线路在高压方AX做，即大电压小电流

-因为短路时低压方电流太大电压较小，必须测准

-电压表靠近绕组2.实验曲线（短路特性）短路实验看电流,使

Ik=(0~1.2)I1N短路特性：直线

Zk=常数降压测量，实验时，高压侧电压由0慢慢升高至Ik=I1N,此时电压为UkUk约为5%U1N，因此Im很小，可忽略激磁阻抗

1U&3.参数计算※用最简化等效电路，等效阻抗Zk※一般地，为了方便，取：显然，变压器短路损耗就是铜损4、注意问题（1）短路计算时等值电路为何用最简化等值电路？准吗？因为短路时Ik很大很大，所以降压了，减小了Ik

，也大大减小了Im，比例不变（2）电阻是不是可以用万用表测量？不行，电桥测的是直流电阻，此处要的是交流电阻，有集肤效应产生的附加损耗，数值要稍大点（3）电阻要进行换算，有温度特性，一般要换算到标准工作温度（75º）下（4）“阻抗电压”的概念

-阻抗电压：短路电流等于额定电流时的外加电压值即

U1k=I1NZk定值（不变的）

-很多时候用百分比来表示，即：

-铭牌上有时候标注阻抗电压问题的由来各种物理量用实际值进行比较时很麻烦，因为单位不同，可不可以用同一单位？

-U，I

相比较同一单位即无单位，不能用绝对值，就用相对值，即标么值2.6变压器的运行特性

一、标么值1.定义定义：用某一物理量的实际值与基准值之比表示方法：右上角加“*”，即

2.计算方法

＊基准值一般都选额定值，即铭牌值1.电压：2.电流

3、其他的量原则上，U,I,Z,S

四个量中只有两个的基值可以任选，另外两个则要用这两个推导，已经选择了Ub，Ib，则必须阻抗二、采用标么值的好处1、不同容量变压器的标么值是接近的，可以比较如：I*0

：0.05-0.1，U*1N=12、采用标么值时，省去了原副方参数的归算

-如阻抗，基值相差k2

倍，不必归算

-如电流：3、不同的物理量可有相同的标么值，简化运算

-简化：所有的标么值是0~1，方便运算

-阻抗电压（副边短路，原边加额定电流时的原边电压值）

Uk=I1NZk变压器可以等效为一个电源（电压源）→向负载提供电功率（负载：电流I2）运行特性：1.外特性（从负载端看）U2=f（I2）2.效率η=f（I2）三、变压器的运行特性（一）外特性1定义：原边加额定条件下U2=f（I2）特性即原边U1=U1N，f=fN

副边负载性质一定，即不变注意！不是分压的关系！I2为什么会增大？

Zk,U1一定，要使I2增大，必须ZL减小2、电压变化率（△u）U2的大小跟I2有关I2=0时，U20=U2N，空载一般的，I2↑→U2<U2N定义电压变化率I2N0U20

△u描述实际变压器带载运行与空载运行的电压差，一般<5%

电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之一,它大小反映了供电电压的稳定性。3、表达式用最简化电路对应的相量图标么值作辅助线图中OC≈OD,Δu=1-U2*=OC-OA≈OD-OA=ADBEDG是矩形Δu=AD4、说明问题

（1）数值有正负感性负载阻性负载容性负载（2）一般定义I2*=1时为额定Δu

：（3）结果的证明方法有很多种

-傅立叶级数展开

-解析几何（4）对应不同的负载性质，数值有特点

-数值上Δu有最小值，0-数值上Δu有最大值，Zk*(二).效率特性1、能量传输数值上

P1=Pcu+PFe+P2=△P+P2其中的损耗即铜损和铁损铜损∝I12

—可变损耗铁损∝φ2—不变损耗效率η=P2/P1输入P1电磁Pem副方负载P2Pcu1Pcu2(二).效率特性1、能量传输PFeT型等效电路上的功率和损耗：(二).效率特性1、能量传输2.效率其中结果空载实验短路实验3.效率曲线I2*=0,没有输出P2=0，η=0I2*↑→P2↑→η↑I2*↑↑→Pcu↑↑↑↑-分母是I2*的二次式

→η↓极限I2*→∞，η=0曲线特点：存在最大值对应于I2*=1的额定效率一般在95%以上不变损耗不变，可变损耗从小到大效率从小到大，又逐渐变小；经过极限点4、最大效率不变损耗=可变损耗时，产生最大效率数学上令条件：最大效率数值上，变压器效率最高，最大效率可达99%设计上不能使I2*=1时产生ηmax-兼顾空载和半载，一般为0.5~0.6三、特种变压器

1.自耦变压器实质上是一个单绕组变压器，原、副边有电的直接联系经常使用的形式--自耦调压器2.电流互感器用途：大电流测量原理：降电流电流互感器是一个近似短路运行的升压变压器注意事项：（1）副边绝对不允许开路

-铁损耗急剧上升，过热

-副边出现极高的电压（2）副边可靠接地3.电压互感器用途：大电压测量原理：降电压电压互感器是一个近似开路运行的降压变压器注意事项：（1）副边绝对不允许短路

-铁损耗急剧上升，过热（2）副边可靠接地1变压器的工作原理1