第五章 变压器.ppt

1、1.第5章：电压互感器；2.变压器是一种静态交流电机，它将一级交流电压转换成另一级交流电压，对电能传输的经济性、运行的安全性和使用的方便性起着重要的作用。第一节：变压器的工作原理、分类和结构；3:电力变压器、电力变压器、控制变压器、接触式调压器、三相干式变压器；4、5、1:变压器的工作原理、概念和物理量；初级绕组(初级绕组或初级绕组):与电源相连以接收交流电。U1、I1、E1、N1，二次绕组(二次绕组或二次绕组):与负载相连并送出交流电源。U2，I2，E2，N2，主磁通：m，实现电能转换的介质。变压器的两个绕组只是磁耦合，而不是电连接。6、各物理量的正方向的规定：(根据电气惯例)，1)在同一支

2、路中，电压和电流的正方向是一致的。2)磁通量的正方向和电流的正方向之间的关系符合右手螺旋关系。3)交变磁通产生的感应电动势的正方向与产生磁通的电流的正方向一致，e=-nd/dt，7。(2)根据计算结果确定实际方向：如果计算结果为正，则实际方向与参考方向一致；如果计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。从理论上讲，正方向可以任意选择，因为每个物理量的变化规律是确定的，不会随着正方向的选择而变化。(1)根据电路定律和定理，列出了物理量之间关系的代数表达式；为什么要指明积极的方向？8。在初级侧，u1从首端指向末端，i1(i0)从首端流入。当u1和i1同时为正或负时，意味着电力从初级侧输入，这称为电机

3、惯例。在次级侧，u2和i2的正方向由e2的正方向决定，即i2沿着u2的正方向流出。当u2和i2同时为正或负时，电力从次级侧输出，这称为发电机惯例。9，10，假设变压器是理想的变压器，即不考虑初级绕组和次级绕组的电、电阻和铁损，并且两个绕组紧密耦合而没有漏磁通，并且系数kc=1，则初级绕组和次级绕组之间的物理量的关系。根据电磁感应定律，一次绕组和二次绕组之间的有效值关系为：11，不包括铁芯中磁通交替引起的损耗。根据能量守恒定律，U1I1=U2I2，理想变压器的初级和次级绕组的视在功率(变压器容量)相等。一、二次绕组电压与电流有效值之间的关系是：让k=N1/N2，这叫做匝数比，这也是电压比(可变比

4、)，那么，一次侧匝数、二次侧匝数、注意：三相变压器中同相电压比与一、二次相电动势的比值。12，13，电力变压器的应用，14，变压器结构简介，1。变压器铁芯，功能：主磁路机械骨架，材料：(冷轧/热轧)硅钢片，0.350.5毫米0.010.13毫米漆膜。类型：铁心型(绕组覆盖铁心)、壳型(铁心覆盖绕组顶部、底部和侧面)、铁心重叠：相邻层以不同方式堆叠，接头交错。偶数层只是挤压奇数层的接合处，降低磁阻以减少激励电流。15，铁轭靠在绕组的顶面和底面上，而不包围绕组的侧面，这种结构简单，易于装配和绝缘绕组。大多数家用变压器都采用它。16，铁轭不仅包围绕组的顶面和底面，还包围绕组的侧面，这在制造过程中是复

5、杂的，并且使用更多的材料，并且用于小容量电力变压器。17，2。变压器绕组，功能：电路部分，完整enU1N，U2N，单相变压器一次绕组和二次绕组的额定值满足关系：三相变压器一次绕组和二次绕组的额定值满足关系：19，(4)额定频率fN:中国的标准工业电源频率是50HZ。例1:一台三相油浸自冷铝线电力变压器，SN=160kVA，Yy0连接，u1n/u2试着找出初级和次级绕组的额定电流。解决方案：在额定运行期间，变压器效率和温升等数据均为的额定值。20。在第二部分，单相变压器空载运行，变压器空载运行：额定交流电压施加到初级绕组，次级绕组开路，负载电流为零。变压器磁路：1的主磁通量m和漏磁通量1、21。

6、空载运行时的物理条件，一次绕组和二次绕组的电动势平衡方程，u20 -二次绕组的空载电压R1-一次绕组的电阻，i0R1和e1在空载运行时很小，可以近似认为是： u1-e1，22，1忽略i0R1和e1，如果=msint，则有：从上述表达式中，感应电动势e1和E2滞后于90的电气相位角，它们的有效值分别为： 并且可以看出，由：在变压器绕组中感应的电动势与频率、绕组匝数和与绕组交叉的主磁通量的幅度成比例。 23、E1、E2的矢量表达式为：空载时：U1 -E1=常数，U2=U20，结论：影响主磁通大小的因素有电源电压U1、电源频率F和初级线圈匝数N1，与铁芯材料和几何尺寸无关。24，2。空载电流和空载损

7、耗，二次侧：无功率输出，主要功能是建立核心的磁性和群体的电磁性。磁场，产生主磁通量。空载电流Im(I0)，励磁分量I的无功分量，铁损分量IFe的有功分量，不包括初级绕组电阻R1和漏磁通)，25，损耗电流IFe和铁损PFe之间的关系可以表示为：通常，LifE、U1和Im之间的相角为0接近90，磁化电流I是励磁电流Im的主要分量。26，1。发生空载损耗时，忽略空载电流。如果初级侧连接到正弦电压，主磁通量是正弦的，对吗？当主磁通为正弦时，激励电流为锐波。它不能用相量来表示。在工程中，实际空载电流通常由等效正弦波代替。等效条件是等频率和等有效值。空载电流与主磁通的关系，27、2。考虑空载损耗时的空载电

8、流，空载电流不仅要建立空载磁场，还要为空载损耗提供能量，如磁滞和涡流。因此，考虑到空载损耗，空载电流应该在主磁通之前。从另一个角度也可以理解，由于磁滞和涡流，磁通量的变化滞后于激励电流的变化。从相量图可以看出，磁化电流是用来建立磁场的电抗分量，而铁损是一个有源分量。28，3。漏磁通和漏抗，漏磁通1由油或空气封闭，不通过铁芯，与时间交替，磁路不饱和，与im成正比，漏电动势E1滞后于漏磁通1和Im 90同相，即E1=-jx1im，x1-初级绕组的漏抗，29，主磁通和漏磁通之差，1与I0有线性关系；2) : m在数量上占99%以上，但仅不到1 %, 3):m起到了能量传递和降低泄漏压力的作用。30，

9、2。空载运行时的电动势平衡方程、相量图和等效电路。如果考虑变压器一次绕组的电阻R1和漏磁通1的影响，变压器空载运行时相量形式的电动势平衡方程为：Z1一次绕组的漏磁阻抗。可以看出，空载运行的变压器实际上是一个带铁芯和开路绕组的线圈。，U20=E2，1。电动势平衡方程，31，2。相量图，m，E1=-j4.44fN1m，m=N1I/Rm，32，3。等效电路。为了便于分析，E1和Im之间的关系以电路参数的形式表示。如果Im中有主动和被动成分，那么-E1就是Im流。-E1=imzm=im (rmjxm)，u1=im (r1jx1) (-E1)=imz1 (-E1)，u1=imz1izm，其中zm-变压器

10、励磁阻抗XM-变压器励磁电抗RM-变压器励磁电阻RM这些参数之间的关系为：和33。在引入泄漏阻抗Z1和励磁阻抗Zm后，变压器空载时的等效电路是由两个串联线圈组成的电路。漏抗线圈Z1:无铁芯，R1和X1为常数，励磁线圈Zm:有铁芯。由于铁芯中的加热和饱和，Rm和Zm是变量和虚拟值。Xm:是表征磁芯磁化性能的综合参数，随着磁芯饱和度的增加而降低。Rm:是表征堆芯加热和消耗有功功率的参数。当电源电压在小范围内变化时，Zm的值基本上可以认为没有变化。示例2是一台单相变压器，额定容量SN=210kVA，额定电压UN1/UN26000/230V，初级绕组泄漏阻抗Z1=R1 jX1=(2.1j9)，激励阻抗

11、Zm=Rm jXm(720j7200)。计算：(1)变压器一次额定电流IN1和空载电流I0与额定电流之比；(2)初级空载感应电势E1和漏极阻抗压降I0Z1，35；第3节，负荷运行：中单相变压器的基本方程；变压器在初级侧连接到额定频率和电压的交流电源，在次级侧连接到负载。36，1。负载运行的物理条件，空载时I2=0，磁通量M由空载电流Im决定，即F0=N1Im=m Rm，当施加负载时，施加到初级侧的电压为额定值，并且泄漏阻抗Z1非常小，那么U1=-E1 I1Z1-E1=4.44N1 f=m，这表明负载和空载时的主磁通量。如果一次侧电流的变化是负载下的I1，那么就有。该公式表明，当次级绕组电流增加

12、时，初级绕组电流也相应增加。通过电磁感应，变压器可以将电能从一次侧传输到二次侧。37，2。负荷运行的基本方程，1。磁动势平衡方程。负载下主磁路的磁心上有两个： F1和F2磁动势，磁心中的主磁通由这两个磁动势的复合磁动势激发，即主磁通的激发分量3360和一次电流增量。该方程表明负载下初级绕组的电流由两部分组成。3336 .电动势平衡方程事实上，变压器的初级绕组和次级绕组不能完全耦合，还会产生泄漏电动势。右侧显示了变压器加载时各种磁通量和感应电动势之间的关系。根据基尔霍夫第二定律，Z1，Z2-初级和次级绕组的泄漏阻抗；R2 R1-初级和次级绕组的电阻；X1，x2-初级和次级绕组的漏抗。39岁。综上

13、所述，可以得出变压器空载运行的基本方程为、40，U1=imz1(-E1)=imz1 zm，U2=U20=E2，空载运行和负载运行的基本方程。1)初级绕组和次级绕组的匝数不相等；解决方案：通过减少绕组，初级和次级绕组被改变成具有电连接的等效电路。42，1。绕组减少，减少：将变压器的次级(或初级)绕组等效为另一个绕组，同时，相应地改变绕组的电磁量，以保持两侧之间的电磁关系不变。次级绕组被转换成初级绕组，并且具有N2匝数的实际次级绕组被具有N1匝数的等效绕组代替。转换后的物理量通过添加来表示。43，N2，N1，还原原理：1)保持次级磁动势不变；2)保持二次侧的功率和损耗不变。44，次级绕组(次级侧)

14、的电势和电压被转换。转换后，初级绕组和次级绕组的匝数相同，即N2=N1，电动势的大小与绕组的匝数成正比。然后，以同样的方式，U2=kU2，二次绕组的电流被转换，根据二次侧磁动势减小前后不变，有45，二次绕组的阻抗被转换，根据转换前后的电阻。电流降低到1/k倍；阻抗扩展到k2倍。电压和电势降低到1/k倍；电流扩大到k倍；阻抗降低到1/k2倍。还原后，变压器负荷运行的基本方程如下：47，例3单相变压器，UN1/UN2220/110千伏，高压侧漏抗为0.3，转换为低压侧后，其幅值为0.3A 0.3B 0.6 C 1.2D 0.075，48，2。等效电路，变压器在负载下运行。简化的基本方程是N2=N1，E2=E1，a，b和c，d是等电位。它可以通过电线连接，而不会破坏初级和次级电路的独立性。可以得到变压器的t型等效电路。49，50，电流关系： I1 I2=Im，电压关系：U1=I1Z1 (-E1)初级侧，E2=I2Z2 U2次级侧，E1=E2转换关系，E1=-ImZm感应电动势等效关系，51，可从变压器负载的基本