第4章变压器(电机原理与电力拖动).pptx

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第4章变压器,变压器是通过电磁感应原理，把某一种电压等级的交流电能转换成频率相同的另一种电压等级的静止的能量变换设备。

41概述,变压器分,其它用途变压器,发电厂（10kv）火力,水力,核能,远距离传输电网220500kv,用户地配电10kv380v,电力变压器（用于电力传输的升、降压）其它用途变压器（特殊用途变压器）电力变压器的用途：

经济地输送电能；合理地分配电能；安全地使用电能。

特殊变压器（电炉、电焊、电热）控制变压器（脉冲、电源、整流）测量变压器（电压、电流互感器）,一、变压器的简单工作原理,下图为双绕组变压器，AX端与ax端分别为套在铁心上的两线圈,2a,2,通过电磁感应实现两个电路之间的能量传递x当原边绕组接交流电源时，有交变电流流通而建立磁势。

在此磁势作用下,铁心中便产生交变的磁通,由电磁感应定律：

eNd/dt可知，在副边绕组中会感应同频率的交变电势e2。

副边绕组感应电势与其匝数成正比，所以，改变副边绕组的匝数就改变了副边绕组的电压，去满足各种不同用电的需要。

A1电源X1,i1,e,1,e2,N1N2,i,2,负载,原边一次侧电源侧初级,副边二次侧负载侧次级,理想变压器,首先看简化的变压器理想变压器条件：

绕组电阻r0铁损pFe0,耦合系数k1这样变压器原边加u1i1,在理想变压器中忽略了r和pFe后,u1e1,1,一般变压器空载时,i很小忽略漏阻抗压降后,22,可认为：

ue,11,eNd/dt,e2N2d/dt,*变比,二、变压器的分类,电力变压器,双线圈单线圈多线圈,其它用途变压器（特殊、控制、测量）三、变压器的结构电力变压器由铁心、线圈、油箱和绝缘套管等部分组成。

铁心：

是变压器的主磁路，通过交变磁通，传递能量。

为了提高导磁性能和降低涡流损耗，采用0.350.5mm涂有绝缘漆的硅钢片叠成（有的脉冲变压器用导磁性能更高、磁损失更低的铁粉芯软磁材料）为了减少缝隙，减少磁阻和励磁电流，增大强度，铁心片采取交叉叠放；为了方便绕制，减少截面，铁心采用方形和圆形相结合。

升压变压器降压变压器,壳式芯式,三、变压器的结构,绕组（线圈）是变压器的电路,由绝缘扁导线或圆导线绕成。

同心式高低压绕组同心地套装在铁心上。

交叠式高低压绕组互相交叠放置在铁心上。

油箱：

用钢板焊接成，内放置变压器铁心绕组，并充满变压器冷却油。

循环强迫冷却，确保变压器温升不超过许可值。

其它构件：

瓦斯继电器（气体继电器），储油柜（膨胀器），测温器和绝缘管套等。

四、变压器的额定值（铭牌数据）,额定容量SN（视在功率）【KVA】,对于单相变压器：

SNU1NI1NU2NI2N,对于三相变压器：

SN3U1NI1N3U2NI2N额定电压U1N，U2N为线间一次侧或二次测电压；额定电流I1N，I2N为一次侧或二次测线电流。

空载电流I0%短路电压（阻抗电压）Uk表示绕组在额定运行情况下的电压降落。

空载损耗：

p0铁损短路损耗：

px铜损另外还有额定频率、连接组标号、相数m、运行方式、冷却方式、额定温升,42变压器的空载运行,变压器原边接到UN（fN）电网上，副边绕组开路运行，称变压器空载运行。

这是变压器运行的一种极限状态，二次侧没电流，运行情况比较简单，便于分析研究。

因此讲授过程为：

先空载再负载单相三相。

由简到繁，由特殊到一般的研究方法，便于大家理解变压器的本质电磁间关系。

一、空载时的电磁状况,电磁关系,i0r1,u1i0N1i0,主磁通：

交链原副边绕组的磁通,起传递电能量的作用,占总磁通量99以上；漏磁通1：

只交链副边绕组的磁通,占量不到1。

漏磁通不能传递能量，只在原边感应电势e1，起电压降的作用。

1e1e1,e2,A1,X1,2,N2,2,i0,eu,20,u,1,i01,N1,e1e1,二、各电磁量正方向的规定,为表达各电量的相量关系,便于分析计算,必须先定正方向.原边（电动机惯例）将变压器视为电网的负载，相当用电器按用电惯例规定各量的正方向。

将U1的正方向从A到X，电流i0亦从A流向X，功率由电网流入变压器这就是电动机惯例。

副边（发电机惯例）对外负载相当一个电源。

电流i2与电动势e2正方向一致；加在外负载的电压u2与i2正方向相同。

A1,X1,e,2,N2,i,2,u,20,u1,i01,N1,e1e1,三、磁通、电动势与空载电流,磁通设：

msint为参考相量（能联系原副方的电压,流关系）电势（根据电磁感应定律和上面规定的正方向）,e1E1msin（t90）（V）其中：

最大值E1mN1m2f1N1m有效值E1E1m/24.44f1N1m类似有e2E2msin（t90）（V）E2mN2m2f1N2mE2E2m/24.44f1N2m原方漏电势e1E1msin（t90）,E1mN11m2f1N11m,E1E1m/24.44f1N11m,E1可表示为一个电抗压降E1jI0L1jI0X1反映漏磁通的电感系数X1简称漏感抗,空载电流i0的波形,忽略空载损失,i0纯粹为建立磁场的无功电流称磁化电流。

当外加电压是正弦时，磁通波形基本上是正弦的，而磁通是空载电流i0产生的，那么空载电流是什么样的波形？

与i0关系由变压器铁心的磁化曲线决定的。

只考虑磁饱和作用（基本磁化曲线）不考虑空载损失：

既考虑磁饱和，又考虑磁滞损失（磁滞回线）,四、电势平衡方程,等效电路及相量图,原方：

U1（E1+E1）+I0r1,10101,EIr-（-Ijx）,1011,EI（rjx）,E1I0Z1,式中Z1r1jX1原绕组漏阻抗副方：

U20E2,若将E1也用电路参数表示：

则E1I0ZmI0（rmjxm）U1I0ZmI0Z1,其中：

Zm励磁阻抗xm励磁电抗rm励磁电阻,反映铁心损耗的一个等效电阻（虚拟电阻）,变比KE1,N1,N2,U1,E2U2,I0,U1,E1,r1x1,I0,I0jX1,数量上ZmZ1对应于主磁通的电抗E1,E2,-E1,U1I0r1,m,43变压器的负载运行,最明显是副方的变化副方：

电流从0I,2,磁势从0I2N2原方：

电流从I0I1（I1I0）磁势从I0N1I1N1由于u1不变u1E14.44f1N1m因此m不变,101,I1N1I2N2,一、物理状况变压器从空载负载A1,2a,2x,i,1,ee,12,i2,2,e11,e,2,u1X1,u,2,III,二、变压器的基本方程式,空载时I0N1m,负载时I1N1+I2N2m,考虑m不变，于是有：

I1N1+I2N2I0N1或写成：

I1N1I0N1（I2N2）为抵消副方磁势对主磁通的影响,应用以上方程联立求解，可对变压器进行定量计算；但求解的六个方程组为复数方程，计算十分复杂。

三、折算（引入新的方法）,折算的原理是:

将二次侧磁的影响,折算到一次侧,用电路元件等效。

这样使两个电路一个磁路的变压器化为单纯的等效电路，计算变压器的电量变为解简单的电路。

折算是一种不改变变压器电磁过程的方法,在折算前后变压器的磁势、磁场、功率、损耗均不变。

绕组折算（由副方向原方折算N2N1）亦可N1N2,电压和电势折算,原则：

m不变,须将二次侧E2折算到一次侧记为E2且等于E1，E2E2E1须将二次侧U2折算到一次侧记为U2U2U2,K,E2KE2,同理：

E2KE2,U2KU2,E2E2,E2E1N1,N2,变压器的折算,阻抗折算（原则：

功率不变）折算到一次侧的损耗不变,2,r,2,rr2k2r2,同理：

X2k2X2，Z2k2Z2，,Zfzk2Zfz,电流折算（原则：

磁势不变）I2N1I2N2I2N1I21I2,N2K,2,I2,2,2,I2I2,2,I2/k2,变压器折算的归纳,原方折算到副方单位为“伏”除单位为“伏”乘单位为“欧”除以,归纳：

副方折算到原方单位为“伏”乘以K以K单位为“安”除以K以K单位为“欧”乘以K2K2,折算前后的变压器电路,未折算前的变压器电路,为两个电路和一个磁路,将副方的电势和阻抗参数,E1I0（rmjxm）,I1,U1,E1,x1,r,1,I2,U2,2,2,rx,Zfz,I1,U1,12,E=E,x1,1,I2,U2,2,2,rx,Zfz,折算到原方的“T”型等值电路。

r,E2,rmx,m,且,简化的变压器等值电路,0,将I忽略不计，即去掉励磁,支路，将变压器简单为阻抗串联电路。

其中：

rk=r1+r2,短路电阻,k1k,Z=r+jx短路阻抗,在漏阻抗上压降很小，忽略I0Z1后为型等值电路I1,U1实际运行时I0I1，可,x,1,r,1,I2,U2,2,2,rx,Zfz,x,m,I1,U1,xk=x1+x2,rk=r1+r2,xk=x1+x2短路电抗,I2,U2,Zfz,rm,I0,四、变压器负载时相量图,基本方程有：

U2E2I2Z2,2,E1I0Zm,U2I2Zfz,fz,画相量图的步骤：

（设Z为感性负载）,画出参考相量,主要画“T”型等值电路的相量图I1,U1,12,E=E,x1,r1,2,I,U2,r2x2,fz,Z,rmx,m,I0r1,I0,I0jX1,12,U1,m,-I2I1,I2,2,I2rE=E,jI2X2,-E1,U,1E1I1Z1,I,I（I）,10,根据E1=E2=-j4.44f1N1m画出E1=E2,根据E2U2I2Z2画出I2、U2U2,由I0E1/Zm画出I0由I1I0（I2）画出I1由U1E1I1Z1画出U1,44变压器参数的测定,由变压器等值电路，便可对变压器运行性能进行具体的分析和计算，但必须知道等效电路中的各个参数；这些参数在变压器设计时可用计算的方法得到,但生产厂家并不在铭牌中标出，用户需用试验的方法来测定这些参数。

试验的方法,空载试验短路试验,一、空载试验可测定k,I0,p0,rm,xm,Zm,一般电力变压器常用降压变压器，,一次侧电压很高，为了安全起见，常在低压侧进行空载试验。

方法：

副方调节电压从0至原方,电压U1U1e时记录U1,P0,I0,U20,目的：

由测得数据计算：

Z0U1/I0z1zmzm,r0P0/I0r1rmrmx0z02r02x1xmxmKU1/U20,注意：

电源一般接低压侧；画原边看的等值电路rm,Xm需折算到高压侧；读取P0,I0值应在U1为额定值时；三相变压器测出的P0应除的3方得单相的。

v1,u,v2,w,A,*,*,Aa,Xx,二、短路试验可测定铜耗pk,短路阻抗zk,将副边绕组短路,使U20,在原边绕组上加短路电压。

方法：

电源加在高压侧,调节,输入电压U1使得I1从01.3I1e（而不能使U1U1e）测记Pk,Ik,Uk目的：

由测得数据计算：

ZkUk/Ikrkpk/Ik2可近似分出xkzk2rk2,Z1Z2Zk/2r1r2rK/2x1x2xk/2,注意：

电源加在高压测；取IkI1e电阻rk、Zk折算至75,一般电力变压器在额定电流下的短路损耗pk为额定容量的0.44,并随变压器容量的增大而下降。

v,u,A*w,*,Aa,Xx,234.5+75,rk75=rk=-234.5+,三、短路电压与变压器的标幺值,在短路试验时：

Ik=I1N短路电压uk=I1NZk75标幺值的表示方法：

k,百分值：

U,100%,100%,相对值：

也即：

短路电压的标幺值短路阻抗的标幺值,U1N,UkIZ,1Nk75,U1N,Uk*Uk,U1N,标幺值绝对值基值Zk75,U1NI1N,Zk75Zk*ZN,变压器的标幺值,标幺值为某一物理量的实际值（随意值）比上基准值优点：

某一量的标幺值无论从原方还是副方看相同；便于比较变压器间的特