电机拖动变压器唐介第二版.ppt

1、计算机与信息工程学院,2.1 变压器的工作原理,一、单相变压器,u2,一次绕组,二次绕组,施加：u1i1 N1 i1,1,e1,e1e2,u2i2,N2 i2,2,e 2,L1 L2,第 2 章 变压器,e2,e2,e1e1,计算机与信息工程学院,1.电压变换,一次侧电路,R1：一次绕组电阻。X1：一次绕组漏电抗。Z1：一次绕组漏阻抗。忽略 Z1，则,2.1 变压器的工作原理,计算机与信息工程学院,二次侧电路,R2、X2、Z2：二次绕组的电阻、漏电抗、漏阻抗。忽略 Z2，则,一、二次绕组的电动势之比称为电压比,忽略 Z1 和 Z2,2.1 变压器的工作原理,计算机与信息工程学院,2.电流变换,

2、i2 的大小由什么决定？i1 的大小由什么决定？I2 由|ZL|决定；I1 取决于 I2。I1 随 I2 变化的原因：能量守恒。从电磁关系分析:,N1i1N2i2,N1i0,磁通势平衡方程：,2.1 变压器的工作原理,计算机与信息工程学院,当：I2=I2N，I1=I1N（满载）在满载或接近满载时，I0 可忽略不计。,两边除以 得,即,2.1 变压器的工作原理,计算机与信息工程学院,大小关系：,相位关系：,I2 具有去磁性质：I2 削弱m m 不变 I1 增加 以维持m 不变。因此 I2I1。,电流变换。,e2e2,e1e1,u1,i1,ZL,i2,1,2,u2,2.1 变压器的工作原理,计算机

3、与信息工程学院,3.阻抗变换,忽略 Z1、Z2、I0，则,|Ze|=,|Ze|=k2|ZL|,2.1 变压器的工作原理,计算机与信息工程学院,【例 2.1.1】某半导体收音机的输出需接一只电阻为 800 的扬声器（喇叭），而目前市场上供应的扬声器电阻只有 8。问利用电压比为多少的变压器才能实现这一阻抗匹配？,解：,2.1 变压器的工作原理,计算机与信息工程学院,二、三相变压器,1.三相变压器的种类 三相组式变压器、三相心式变压器。（1）三相组式变压器特点：三相之间只有电的联系，没有磁的联系。,2.1 变压器的工作原理,计算机与信息工程学院,（2）三相心式变压器 特点：三相之间既有电的联系，又有

4、磁的联系。,2.1 变压器的工作原理,计算机与信息工程学院,连接方式 高压绕组 低压绕组 星形联结有中性线 YN yn 星形联结无中性线 Y y 三角形联结 D dGB:Y,yn、Y,d、YN,d、Y,y、YN,y,2 三相绕组的联结方式,最常用的三种,2.1 变压器的工作原理,计算机与信息工程学院,【例 2.1.2】某三相变压器，Y,d 联结。向某对称三相负载供电。已知一次绕组的线电压 U1L=66 kV，线电流 I1L=15.76 A；二次绕组的线电压 U2L=10 kV，线电流 I2L=104 A。负载的功率因数 2=cos2=0.8。求该变压器一次、二次绕组的相电压和相电流以及变压器输

5、出的视在功率、有功功率和无功功率。,解：(1)一次绕组的相电压和相电流,I1P=I1L=15.76 A,(2)二次绕组的相电压和相电流 U1P=U1L=10 kV,2.1 变压器的工作原理,计算机与信息工程学院,(3)输出的视在功率、有功功率和无功功率,=1.73210104 kVA=1 800 kVA,=1.732101040.8 kW=1 441 kW,=1.732101040.6 kvar=1 080.8 kvar,2.1 变压器的工作原理,计算机与信息工程学院,2.2 变压器的基本结构,一、主要部件,1.铁心 由硅钢片叠成或非晶合金制成。,奇数层,偶数层,2.绕组 用绝缘圆导线或扁导线

6、绕成。3.其他 外壳、油箱、油、油枕、绝缘套管等。,第 2 章 变压器,计算机与信息工程学院,1.按用途分类 电力变压器、电炉变压器、整流变压器、仪用变压器等。2.按相数分类 单相变压器、多相变压器。3.按每相绕组的个数分类 双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器、自耦变压器等。4.按冷却方式分类 干式、油浸式。5.按结构形式分类：心式变压器和壳式变压器。,二、主要种类,2.2 变压器的基本结构,计算机与信息工程学院,心式变压器,低压绕组,高压绕组,2.2 变压器的基本结构,(b)单相心式变压器示意图,计算机与信息工程学院,2.2 变压器的基本结构,单相壳式变压器,更多的图片,计算机与信息工

7、程学院,2.2 变压器的基本结构,三相油浸式电力变压器,计算机与信息工程学院,2.2 变压器的基本结构,S9 型配电变压器（10 kV）,更多的图片,计算机与信息工程学院,2.2 变压器的基本结构,大型油浸电力变压器,更多的图片,计算机与信息工程学院,2.2 变压器的基本结构,大型油浸电力变压器,更多的图片,计算机与信息工程学院,2.2 变压器的基本结构,干式变压器,更多的图片,计算机与信息工程学院,三、额定值,1.额定电压 U1N/U2N 指空载电压的额定值。即当 U1=U1N 时,U20=U2N 如铭牌上标注:电压 10 000/230 V 三相变压器是指线电压。2.额定电流 I1N/I2

8、N 指满载电流值，即长期工作所允许的最大电流。三相变压器是指线电流。,2.2 变压器的基本结构,计算机与信息工程学院,指视在功率的额定值。单相变压器：SN=U2N I2N=U1N I1N 三相变压器：,3.额定功率（额定容量）SN,4.额定频率 fN 一般：fN=50Hz（工频）,2.2 变压器的基本结构,计算机与信息工程学院,【例 2.2.1】某三相变压器，YN,d 联结，容量SN=500 kVA，额定电压 U1N/U2N=35/11 kV。求该变压器在额定状态下运行时，高、低压绕组的线电流和相电流。,解：(1)高压绕组的额定线电流,因高压绕组为 Y 形联结，额定相电流为 I1NP=I1NL

9、=8.25 A,2.2 变压器的基本结构,计算机与信息工程学院,(2)低压绕组额定线电流,因低压绕组为形联结，额定相电流为,2.2 变压器的基本结构,计算机与信息工程学院,2.3 变压器的运行分析,一、等效电路,将匝数为N2的实际二次绕组用匝数为N1的等效二次绕组来代替。代替时保持磁通势和功率不变。,第 2 章 变压器,二次绕组的折算公式：,1.折算后的二次绕组电流 磁通势不变：N1I2=N2I2,计算机与信息工程学院,2.3 变压器的运行分析,2.折算后的二次绕组电压和电动势,匝数相同：,计算机与信息工程学院,2.3 变压器的运行分析,3.折算后的二次绕组漏阻抗和负载阻抗,有功功率不变,R2

10、 I22=R2 I22,=k2 R2,无功功率不变,X2I22=X2 I22,=k2 X2,因而,Z2=k2 Z2ZL=k2 ZL,计算机与信息工程学院,2.3 变压器的运行分析,折算实质上是在功率和磁通势保持不变的条件下，对绕组的电压、电流所进行的一种线性变换。,提出漏阻抗后的变压器,计算机与信息工程学院,T 形等效电路,ZL,U1,I1,R1 jX1,E1=E2,I0,U2,jX2 R2,I2,2.3 变压器的运行分析,R0,jX0,计算机与信息工程学院,简化等效电路,该电路用于满载 或接近满载运行 时的分析、计算。短路电阻：RS=R1+R2 短路电抗：XS=X1+X2 短路阻抗：ZS=R

11、S+j XS,I0 很小，I1 I2,2.3 变压器的运行分析,计算机与信息工程学院,【例 2.3.1】一台单相变压器，U1N/U2N=380/190 V，Z1=(0.4j0.8)，Z2=(0.15j0.3)，Z0=(600j1 200)，ZL=(7.5j4.75)，当一次绕组加上额定电压 380 V 时，试分别用T 形等效电路和简化等效电路求负载电流和电压的实际值。,解：(1)用T形等效电路,Z2=k2Z2=22(0.15j0.3)=(0.6j1.2)ZL=k2ZL=22(7.5j4.75)=(30j19),2.3 变压器的运行分析,计算机与信息工程学院,电路总阻抗,2.3 变压器的运行分析

12、,计算机与信息工程学院,I2=kI2=210.14 A=20.28 A,U2=|ZL|I2,(2)用简化等效电路 ZS=Z1Z2=(1.0j2.0),=180.04 V,I2=kI2=210.15 A=20.3 AU2=|ZL|I2=180.22 V,2.3 变压器的运行分析,计算机与信息工程学院,2.基本方程式,2.3 变压器的运行分析,计算机与信息工程学院,3.相量图,电感性负载,2.3 变压器的运行分析,计算机与信息工程学院,2.3 变压器的运行分析,计算机与信息工程学院,2.4 变压器的参数测定,一、空载试验 试验在低压侧进行,测得数据：U1、I0、P0、U2。,1.铁损耗 PFeP0

13、 2.励磁阻抗模|Z0|,第 2 章 变压器,求得数值：,计算机与信息工程学院,3.励磁电阻,4.励磁电抗,5.电压比,若要将|Z0|、R0和X0折算至高压侧，则 折算至高压侧的参数=k2 折算至低压侧的参数,2.4 变压器的参数测定,计算机与信息工程学院,二、短路试验,试验在高压侧进行,测得数据：US、I1、PS。,U1=(5%10%)U1N,求得数值：1.铜损耗 PCu=PS 2.短路阻抗模,2.4 变压器的参数测定,计算机与信息工程学院,3.短路电阻,4.短路电抗,5.阻抗电压,US,铭牌上常用阻抗电压的标么值表示：,电压、电流与阻抗（电阻和电抗）的基值:U1N、I1N、U2N、I2N、

14、,2.4 变压器的参数测定,计算机与信息工程学院,阻抗电压的标么值：,=|ZS|*,中、小型电力变压器：|ZS|*=0.04 0.105 大型电力变压器：|ZS|*=0.125 0.175折算至75时的RS值：,铜线：,铝线：,2.4 变压器的参数测定,计算机与信息工程学院,2.4 变压器的参数测定,绕阻电抗与温度无关：,75时的短路阻抗模：,若要将|ZS|、RS和XS折算至低压侧，则,计算机与信息工程学院,三相变压器的空载实验和短路试验,2.4 变压器的参数测定,计算机与信息工程学院,求折算至高压侧的|Z0|、R0、X0 和|ZS|、RS、XS。解：(1)由空载试验求得,【例2.4.1】一台

15、三相变压器，SN=750 kVA，U1N/U2N=10 000/231 V，I1N/I2N=43.3/1 874 A。Y,d 联结。室温为 20，绕组为铜线，试验数据如下表：,2.4 变压器的参数测定,计算机与信息工程学院,=3.83,折算至高压侧 Z0=2523.85=2 406 R0=2520.35=219 X0=2523.83=2 394(2)由短路试验求得,2.4 变压器的参数测定,计算机与信息工程学院,=5.54,折算至75,XS=5.54,2.4 变压器的参数测定,计算机与信息工程学院,2.5 变压器的运行特性,运行特性：外特性、效率特性。一、外特性 当 U1、cos2 为常数时

16、U2=f(I2),外特性。,电压调整率：,第 2 章 变压器,1.定义公式,计算机与信息工程学院,2.折算至一次侧的公式,3.利用简化等效电路计算的公式,2.5 变压器的运行特性,计算机与信息工程学院,二、效率特性1.功率变压器由电源输入的有功功率 P1=U1I1cos1变压器输出的有功功率 P2=U2I2cos22.损耗(1)总损耗 P1P2=PCuPFe(2)铜损耗 PCu=R1I12R2I22=R1I12R2I22（用 T 形等效电路）,2.5 变压器的运行特性,计算机与信息工程学院,I1=I1N 时 的短路损耗,PCu=RS I12=RS I22（用简化等效电路）=2 PS（用短路试验）,式中:,负载系数。,由于:PCu I 2,可变损耗。,(3)铁损耗 PFe=Rm I02（用 T 形等效电路）=P0（用空载试验）由于 PFe m、f 等，,当 U1、f 均不变时，,PFe 不变（与 I2 大小无关）不变损耗。,2.5 变压器的运行特性,计算机与信息工程学院,3.效率,因 VR 不大，则若忽略 VR，则 U2=U2N P2=U2I2cos2=U2NI2cos2,=SN cos