第4章变压器(电机原理与电力拖动)优质PPT.pptx

1、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：u e,11,e N d/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

2、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：

3、SN3 U1NI1N 3 U2NI2N 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

4、本质电磁间关系。,一、空载时的电磁状况,电磁关系,i0 r1,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。,1 e1e1,e2,A 1,X1,2,N2,2,i 0,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

5、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。,A 1,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E1m N1m2f1 N1m有效值 E1 E1m/24.44 f1 N1m类似有 e2E2msin（t90）（V）E2m N2m2f1 N2mE2 E2m/24.44 f1 N2m原方漏电势e1E 1 msin（t90）,E1 m

6、N11m2f1 N11m,E1 E1 m/24.44 f1 N11m,E1可表示为一个电抗压降E1j I0L1 j I0 X1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）+I0 r1,10 101,E I r-（-Ij x）,1011,

7、E I（r j x）,E1 I0 Z1,式中Z1r1j X1 原绕组漏阻抗副方：U20 E2,若将E1也用电路参数表示：则E1 I0 Zm I0（rm j xm）U1 I0 Zm I0 Z1,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,I0 jX1,数量上 Zm Z1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0 I,2,磁势从0 I2N2原方：,电流从I0 I1（I1 I0）磁势从I0N1 I1N1由于u

8、1不变 u1E14.44 f1N1m因此m不变,101,I1N1 I2N2,一、物理状况变压器从空载负载 A 1,2a,2x,i,1,ee,12,i2,2,e11,e,2,u1X1,u,2,I I I,二、变压器的基本方程式,空载时 I0N1 m,负载时 I1N1+I2N2 m,考虑m不变，于是有：I1N1+I2N2 I 0 N1或写成：I1N1 I 0 N1（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

9、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N2 N1）亦可N1 N2,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，E2 E2 E1须将二次侧U2折算到一次侧记为U2U2 U2,K,E2 K E2,同理：E2 K E2,U2 K U2,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,r r2 k2r2,同理：X2 k2X2，Z2 k2Z2，,Zfz k2Zfz,电

10、流折算（原则：磁势不变）I2 N1 I2 N2I2 N1 I2 1I2,N2K,2,I2,2,2,I 2I 2,2,I 2/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,E1 I0（rmj xm）,I1,U1,E1,x1,r,1,I2,U2,2,2,r x,Zfz,I1,U1,12,E=E,x1,1,I2,U2,2,2,r x,Zfz,折算到原方的“T”型等值电路。r,E

11、2,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+j x 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 I0 I1，可,x,1,r,1,I2,U2,2,2,r x,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：,U2 E2 I2Z2,2,E1 I0Zm,U2 I2Zfz,fz,画相量图的步骤：（设Z 为感性负载）,画出参考相量,主要画“

12、T”型等值电路的相量图I1,U1,12,E=E,x1,r1,2,I,U2,r2 x2,fz,Z,rm x,m,I0r1,I0,I0 jX1,12,U1,m,-I2I1,I2,2,I2r E=E,jI2X2,-E1,U,1 E1 I1Z1,I,I（I）,1 0,根据E 1=E 2=-j4.44f1N1m画出E1=E2,根据E 2 U2I2Z2画出 I2、U2U2,由 I0E 1/Zm画出 I0由 I1 I 0（I2）画出 I1由 U 1 E 1I1Z1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

13、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：,Z0 U1/I0 z1 zm zm,r0 P0/I0 r1 rm rmx0 z02 r02 x1 xm xmK U1/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；

14、三相变压器测出的 P0应除的3方得单相的。,v1,u,v2,w,A,*,*,A a,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。电源加在高压侧,调节,输入电压U1使得 I1从01.3 I1e（而不能使U1U1e）测记Pk,Ik,Uk目的：Zk Uk/Ikrk pk/Ik2可近似分出xk zk2 rk2,Z1 Z2 Zk/2 r1 r 2 rK/2x1 x2 xk/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,*,A a,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=I1N Zk75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,Zk75 Zk*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