电机与拖动基础4章...ppt

1、第4章 变压器,一、用途 变压器是一种静止的电气设备，它利用电磁感应原理，将一种电压等级的交流电能变换成同频率的另一种交流电压等级的电能。,二、工作原理 一次绕组（原边绕组）电源侧 二次绕组（副边绕组）负载侧 铁心磁路部分,第4章 变压器,三、分类,变压器的结构,变压器的主要结构部件有：铁心和绕组两个基本部分组成的器身，以及放置器身且盛满变压器油的油箱。此外，还有一些为确保变压器运行安全的辅助器件。图4.2为一台油浸式电力变压器外形图。,1放油阀门 2绕组 3铁心 4油箱 5分接开关 6低压套管 7高压套管 8气体继电器 9安全气道 10油表 11储油柜 12吸湿器 13湿度计,变压器的结构,

2、(1) 铁心。构成变压器磁路的主要部分。为了减小交变磁通在铁心中引起的损耗，铁心通常用厚度为0.3 mm0.5mm、表面具有绝缘膜的硅钢片叠装而成，分为铁心柱和铁轭两部分。图4.3所示的变压器，从外面看，线圈包围铁心柱，称为心式结构；,5.2 铁心柱式变压器,变压器的结构,(2) 绕组。构成变压器电路的主要部分。原、副边绕组一般用铜或铝的绝缘导线缠绕在铁心柱上。高压绕组电压高，为了绝缘方便，低压绕组紧靠着铁心，高压绕组则套装在低压绕组的外面。 只有绕组和铁心的变压器称为干式变压器。大容量变压器的器身放在盛有绝缘油的油箱中，这样的变压器称为油浸式变压器。,变压器的额定数据,按照国家标准规定，标注

3、在铭牌上的，代表变压器在规定使用环境和运行条件下的主要技术数据，称为变压器的额定值(或称为铭牌数据)，主要有： (1) 额定容量是变压器在正常运行时的视在功率，通常以SN来表示，单位为伏安(VA)或千伏安(kVA)。对于一般的变压器，原、副边的额定容量都设计成相等。 (2) 额定电压：在正常运行时，规定加在原边绕组上的电压，称为原边的额定电压，以U1N来表示；当副边绕组开路(即空载)，原边绕组加额定电压时，副边绕组的测量电压，即为副边额定电压，以U2N来表示。在三相变压器中，额定电压系指线电压，单位为伏(V)或千伏(kV)。,变压器的额定数据,(3) 额定电流：是指根据额定容量和额定电压计算出

4、来的电流值。原、副边的额定电流分别用I1N、I2N来表示，单位为安(A)。 额定容量、额定电压和额定电流之间的关系为 单相变压器： SN = U1NI1N = U2NI2N ； 三相变压器： SN = 3U1NI1N = 3 U2NI2N (4) 额定频率：我国以及大多数国家都规定fN=50Hz。 此外，变压器的铭牌上还一般会标注效率、温升、绝缘等级等。,变压器的空载运行,一、空载运行时的电磁状况、各量正方向规定 (1) 一次侧相当于用电器。i0正方向与产生它的电压方向一致。 (2)磁通正方向与产生它们的电流符合右手螺旋定则。 (3)电动势正方向与产生它们的磁通符合右手螺旋定则，即e1与i0的

5、正方向一致。 (4)二次侧相当于电源。,变压器的空载运行,变压器的空载运行,(1)磁通,(2)电动势,铁磁材料的磁化特性,铁磁材料（铁、镍、钴等）的比0大几千到几万倍。不是一个常数，用B-H曲线描述。 B-H曲线的特点： 1.具有磁滞特性 2.具有饱和性,空载（励磁）电流,1 饱和对励磁电流的影响,磁化电流I，I与同相位。 I滞后于-E1 90，I具有无功电流性质，它是激磁电流的主要成分。,空载（励磁）电流,2 磁滞对励磁电流的影响,磁化电流不对称尖顶波。 Ih磁滞电流分量，Ih与-E1同相位，是有功分量电流。,空载（励磁）电流,交变磁通在铁芯中感应电势，在铁芯中产生涡流及涡流损耗。涡流电流分

6、量Ie由涡流引起的，与涡流损耗对应，Ie与-E1同相位。 由于磁路饱和、磁滞和涡流三者同时存在，激磁电流实际包含I、Ih和Ie三个分量；又由于Ih和Ie同相位，合并称为铁耗电流分量，用IFe表示。,变压器的空载运行,电动势平衡方程式,变压器的空载运行,变压器的负载运行,一、负载运行时的电磁状况 (1)负载运行时，主磁路上存在两个磁动势，合成磁动势产生磁通。,变压器的负载运行,二、基本方程式 (1) 磁动势平衡方程式,只要原边绕组所加电压U1不变，就可以认为变压器由空载到负载时E1保持不变。,这就是变压器恒磁通原理。即无论变压器工作在空载状态还是负载状态，其主磁通近似保持不变。因此负载与空载时，

7、产生主磁通的总磁动势应该相同。,将一次侧电功率传给二次侧,产生主磁通,变压器的负载运行,(2) 电动势平衡方程式,三、折算,折算为电压比为1的变压器,保证二次侧磁动势、功率关系不变,(1) 二次侧电流,(2)二次侧电动势、电压,(3)二次侧电阻、电抗及阻抗,变压器的负载运行,四、等效电路及相量图,变压器的负载运行,形等效电路,简化等效电路,变压器参数的试验测定,励磁阻抗Zm与铁心的饱和程度有关，电压超过额定值越多，饱和程度越高，Zm越小。常用的励磁阻抗为对应于额定电压下所测的Zm。,图4.18 空载试验接线图,空载试验等效电路图,一、空载试验,变压器参数的试验测定,短路试验中，短路电压很小，励

8、磁电流很小。,图4.19 短路试验接线图,二、短路试验,变压器参数的试验测定,短路试验中，把绕组电流达到额定值时，加在原边绕组两端的电压称为额定短路电压，UkN=I1NZk。一般用标幺值来表示。,标幺值是指某一物理量的实际值与所选基值之间的比值。 标幺值=实际值/基值。 基值一般选择为额定值。,变压器参数的试验测定,额定短路电压，UkN=I1NZk75C。标幺值来表示为：,额定短路电压的标幺值与短路阻抗的标幺值相等。 从正常运行角度看，希望它小些，这样可使副边电压随负载波动小些；从限制短路电流角度，希望它大些,相应的短路电流就小些。,变压器的运行特性,当所带负载呈容性时 外特性呈上翘的特性。,

9、图4.20变压器在不同负载时的端电压调整率,一、外特性与电压调整率,电压调整率（电压变化率）：,电压调整率折算到一次侧：,变压器的运行特性,外特性便会呈上翘的特性。,当所带负载呈容性时：,变压器的运行特性,二、变压器的效率与效率特性,铁损耗：磁滞、涡流和附加铁损 不变损耗：不随负载变化,铜损耗 可变损耗：随负载变化,变压器的运行特性,三相变压器,三相组式变压器三相磁路彼此无关联,一、三相变压器的磁路系统,三相心式变压器三相磁路彼此有关联,三相变压器,二、三相变压器的电路系统绕组联结组,1、变压器的端头标号,一、二侧电动势相位关系,三相变压器,2、三相绕组的联结法,三相绕组的联结法 a)星形联结

10、 b)三角形联结,三相变压器,3、单相变压器联结组,一、二次绕组的同极性端同标志时，一、二次绕组的电动势同相位。,一、二次绕组的同极性端异标志时，一、二次绕组的电动势反相位。,联结组I，I0,联结组I，I6,与绕组绕制方向、首尾端标号有关,三相变压器,4、三相变压器联结组,联结组Yy0,与绕组绕制方向、首尾端标号及三相之间联结方法有关,2)、Yy联结,一、二侧线电动势相位关系,三相变压器,2)、Yd联结,联结组Yd11,三相变压器,2)、Yd联结,联结组Yd1,自耦变压器,自耦变压器也有单相和多相之分，但与普通双绕组变压器的区别在于：只有一个绕组，副边绕组是原边绕组的一部分，因此，原边、副边绕

11、组之间不但有磁的耦合，还有电的联系。,串联部分,公共部分,自耦变压器,在自耦变压器的从原边传递到副边的能量中，一部分是由于电磁感应作用，一部分是由于直接传导作用。而对普通变压器而言，输出功率只有电磁功率。所以，在同样容量的前提下，自耦变压器所用材料要比普通变压器少、体积小、重量轻，效率也要高一些。从而可以降低成本，提高经济效益。 由于副边绕组为原边绕组的一部分，两绕组之间存在着电的联系，低压侧容易受到高压侧过电压的影响。所以绝缘和过电压保护要加强。,电磁容量（电磁感应）,传导容量（电路传导）,仪用互感器,仪用互感器是配电系统中供测量和保护用的设备，分为电流互感器和电压互感器两类。,一、电压互感

12、器,电压互感器工作原理、结构和接线方式都与普通变压器相同。其接线图如图所示。电压互感器原边绕组并接于被测量线路。副边接有电压表，相当于一个副边开路的变压器。 为安全起见，副边绕组必须有一点可靠接地，并且副边绕组绝对不能短路。,仪用互感器,二、电流互感器,电流互感器，其原边绕组串接于被测线路中，副边绕组与测量仪表或继电器的电流线圈串连，副边绕组的电流按一定的变比反应原边电路的电流。电流互感器的副边绕组必须有一点接地。 电流互感器的特点是： (1) 原边绕组串联在被测线路中，并且匝数很少，因此，原边绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与副边电流无关恒电流器件。 (2) 电流互感器副边绕组所接电流表或继电器的电流线圈阻抗都很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。 为安全起见，电流互感器