第三章变压器ppt课件.ppt

《第三章变压器ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章变压器ppt课件.ppt（70页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、3.1 变压器的基本工作原理和结构,3.2 单相变压器的空载运行,3.3 单相变压器的负载运行,3.4 变压器的参数测定,3.5 标么值,3.6 变压器的运行特性,3.7 三相变压器,变压器是一种静止电器,它通过线圈间的电磁感应,将一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能.,3.8变压器的并联运行,3.9特种变压器,变压器的基本共组原理和变压器的分类变压器的结构变压器的型号和额定值,3.1 变压器的工作原理和结构,3.1.1 基本工作原理和分类,一、基本工作原理How does a Transformer work 标清(270P).qlv,变压器的主要部件是铁心和套在铁心

2、上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。,只要(1)磁通有变化量;(2)一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变压的目的。,二、分类,按用途分：电力变压器和特种变压器。,按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。,按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。,按铁心结构分：心式变压器和壳式变压器。,按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。,按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器。(ABB瑞士苏黎世, SIEMENS西门子，SCHEINEADIN施

3、耐德法国吕埃),3.1.2 基本结构,一、铁心,变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用厚为0.35-0.5mm、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。,变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。,油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷却介质，又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。,将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘，担负着固定的作用。,二、绕组,四、油箱,三、绝缘套管,此外，还有储油柜、吸湿器、安全气道、净油器和气体继电器。,连接发电机与电网的升压变压器,返回,三相干式变压器,接触调压器,电源变压器,环形变压器,控制变压器,3.1.3 型号与额定值,一、型

4、号,型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容，表示方法为,如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压，额定容量250000kVA，高压额定电压220kV电力变压器,额定容量SN：指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率（KVA）。额定电压U1N /U2N ： U1N是指变压器正常运行时一次侧所加的额定电压， U2N是指一次侧加额定电压时二次侧的开路电压。在三相变压器中额定电压为线电压。额定电流I1N /I2N ：指在额定容量下，允许长期通过的电流。在三相变压器中指的是线电流,额定值,此外，额定值还有额定频率、效率、温升等。,课堂训练

5、一台S11-630/10油浸式电力变压器，已知额定容量SN=630KVA， U1N /U2N =10/0.4KV, Y,yn0连接，求（1）变压器的额定电流；（2）变压器一、二次侧绕组的额定电压和额定电流。思考: 若变压器的接法改为D,yn11接法，结果又怎样呢？,(1) 36.37A/909.33A;(2) 5773/220V, 36.37A/909.33A,思考(1) 36.37A/909.33A;(2) 10，000/220V, 21A/909.33A,小结（1）变压器一次和二次绕组之间没有电的联系（特殊的自偶变压器除外）通过此耦合传递能量。（2）对三相变压器而言，变压器名牌上标注的额定

6、电压与额定电流为线电压和线电流，变压器绕组的电流（相电流）与绕组接法有关,空载运行时的电磁关系空载电流和空载损耗空载运行时的电动势方程式等值电路和相量图,3.2 单相变压器的空载运行,3.2.1 空载运行时电磁关系,一、物理情况,二、各电磁量参考方向的规定,1）性质上： 与 成非线性关系； 与 成线性关系；2）数量上： 占99%以上， 仅占1%以下；3）作用上： 起传递能量的作用， 起漏抗压降作用。,主磁通与漏磁通的区别,一次侧遵循负载惯例，二次侧遵循电源惯例。,强调：磁通与产生它的电流之间符合右手螺旋定则；电动势与感应它的磁通之间符合右手螺旋定则。,3.2.2 空载电流和空载损耗,一、空载电

7、流,1. 作用与组成,2、性质和大小,性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电流主要是感性无功性质也称励磁电流；,大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关，用空载电流百分数I0%来表示：,空载电流 包含两个分量，一个是励磁分量 ，也称无功分量作用是建立磁场，相位与主磁通相同；另一个是铁损耗分量 ，也称有功分量，主要作用是提供铁损耗。,3、空载电流波形,根据磁路饱和特性，空载电流与由它产生的主磁通呈非线性关系。,当磁通按正弦规律变化时，空载电流呈尖顶波形。,当空载电流按正弦规律变化时，主磁通呈平顶波形。,实际空载电流为非正弦波，但为了分析、计算和测量的方便，在相量图

8、和计算式中常用正弦的电流代替实际的空载电流。,二、空载损耗,对于已制成变压器，铁损与磁通密度幅值的平方成正比，与电流频率的1.3次方成正比，即,空载损耗约占额定容量的0.2%1%，而且随变压器容量的增大而下降。为减少空载损耗，改进设计结构的方向是采用优质铁磁材料：优质硅钢片、激光化硅钢片或应用非晶态合金。,三、感应电动势分析,1.主磁通感应的电动势主电动势,设,则,有效值,相量,类似的，二次主电动势为,可见，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通 。主电动势的大小与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。,2.漏磁通感应的电动势漏电动势,漏电动势

9、也可以用漏抗压降来表示，即,根据主电动势的分析方法，同样有,由于漏磁通主要经过非铁磁路径,磁路不饱和,故磁阻很大且为常数,所以漏电抗 很小且为常数,它不随电源电压负载情况而变.,3.2.3 空载时的电动势方程、等效电路和相量图,一、电动势平衡方程和变比,1、电动势平衡平衡方程,（1）一次侧电动势平衡方程,忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有,则,可见，影响主磁通大小的因素有电源电压和频率，以及一次线圈的匝数。,重要公式,（2）二次侧电动势平衡方程,2、变比,定义,对三相变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近似为额定相电压之比，具体为,Y，d接线,D，y接线,课堂讨论 如果感应电动势的

10、正方向规定与按右手定则规定的方向相反，则感应电动势的表达式和上面讲的会有怎样的区别？,二、空载时的等效电路和相量图,1、等效电路,一次侧的电动势平衡方程为,空载时等效电路为,由于 ，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只是一个 元件的电路。在 一定的情况下， 大小取决于 的大小。从运行角度讲，希望 越小越好，所以变压器常采用高导磁材料，增大 ，减小 ，提高运行效率和功率因数。,（1）以 为参考相量,（3） 滞后 ， ；,（4）,（5）,（2） 与 同相， 超前 ，,2. 根据前面所列的方程，可作出变压器空载时的相量图,课堂训练一台S11-125/6型三相电力变压器，已知额定容量SN=125KVA，

11、 U1N /U2N =6/0.4KV, Y,yn0连接，每相参数R1=2.09， X1=5.39， Rm=1386.8， Xm=14361.39求（1）变压器的一次绕组的额定电流I1N 及空载电流百分比；(2)一次绕组每相的额定相电压U1Np及每相电动势E1Np,12A，0.24/12=2%, 6/sqrt(3)=3464，3462.8,空载运行小结,（1）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡,若忽略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定.,（2）主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。,（3）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁

12、阻有关，铁心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。,（4）电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的电流的比值，线性磁路中，电抗为常数，非线性电路中，电抗的大小随磁路的饱和而减小。,负载运行时的电磁关系负载运行时的基本方程式负载运行时的等值电路和相量图,3.3 单相变压器的负载运行,3.3.1 负载运行时的电磁关系,变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次接上负载的运行状态，称为负载运行。,用图示负载运行时的电磁过程,3.3.2 基本方程,一、磁动势平衡方程,或,电磁关系将一、二次联系起来,二次电流增加或减少必然引起一次电流的增加或减少.,用电流形式表示,二、电动势平衡方程,根据基

13、尔霍夫电压定律可写出一、二次侧电动势平衡方程,负载运行时,忽略空载电流有:,表明，一、二次电流比近似与匝数成反比。可见，匝数不同，不仅能改变电压，同时也能改变电流。,3.3.3 等效电路,一、折算,折算原则：1）保持二次侧磁动势不变；2）保持二次侧各功率或损耗不变。,方法：（将二次侧折算到一次侧),折算：将变压器的二次（或一次）绕组用另一个绕组(N2=N1)来等效，同时对该绕组的电磁量作相应的变换，以保持两侧的电磁关系不变,用一个等效的电路代替实际的变压器。,（1）电流折算磁动势保持不变,（2）电动势折算 视在功率保持不变,（3）电阻折算 损耗保持不变,副边绕组电阻,副边负载电阻,（4）阻抗折

14、算无功功率保持不变,副边绕组阻抗,负载阻抗,折算后的方程式为,-等效电路,T型等效电路：,近似等效电路,简化等效电路：,由简化等效电路可知，短路阻抗起限制短路电流的作用，由于短路阻抗值很小，所以变压器的短路电流值较大，一般可达额定电流的1020倍。,3.4 变压器的参数测定(课堂自学)问题：1.空载试验和短路试验各自的目的？2.空载试验和短路试验的电路接法有何不同？为什么？2.空载试验和短路试验各自能够测定哪些参数？如何计算？,3.4 变压器的参数测定,3.4.1 空载实验,一、目的：通过测量空载电流和一、二次电压及空载功率来计算变比、空载电流百分数、铁损和励磁阻抗。,二、接线图,三、要求及分

15、析,1）低压侧加电压，高压侧开路；,4）求出参数,5）空载电流和空载功率必须是额定电压时的值，并以此求取励磁参数；,6）若要得到高压侧参数，须折算；如何折算？,7）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；,3.4.2 短路实验,1.目的：通过测量短路电流、短路电压及短路功率来计算变压器的短路电压百分数、铜损和短路阻抗。,2. 接线图,3. 要求及分析,1）高压侧加电压，低压侧短路；,3）同时记录实验室的室温；,4）由于外加电压很小，主磁通很少，铁损耗很少，忽略铁损，认为 。,5）参数计算,对T型等效电路：,四、短路电压,短路时，当短路电流为额定值时一次所加的电压，称为短路电压，记作,

16、短路电压也称为阻抗电压。,6）温度折算：电阻应换算到基准工作温度时的数值。,8）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；,7）若要得到低压侧参数，须折算；,短路电压常用百分值表示,短路电压的大小直接反映短路阻抗的大小，而短路阻抗又直接影响变压器的运行性能。,从正常运行角度看，希望短路电压小些，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。,3.5 标么值,标么值,就是指某一物理量的实际值与选定的同一单位的基准值的比值,即,一、定义,二、基准值的确定,1、通常以额定值为基准值。,2、各侧的物理量以各自侧的额定值为基准； 线值以额定线值为基准值，相

17、值以额定相值为基准值；单相值以额定单相值为基准值，三相值以额定三相值为基准值；,3、,三、优点,四、缺点,标么值没有单位，物理意义不明确。,3、折算前、后的标么值相等。线值的标么值=相值的标么值； 单相值的标么值=三相值的标么值；,1、额定值的标么值为1。,2、百分值=标么值100% ；,4、用标幺值表示的参数和性能数据的变化范围很小，便于分析比较；5、采用标幺值时，原边、副边各物理量不再需要进行折算。,3.6 变压器的运行特性,3.6.1 电压变化率,用相量图可以推导出电压变化率的表达式(书本图3-19)：,定义：是指一次侧加额定频率(50Hz)的额定电压、二次空载电压与带负载后在某功率因数

18、下的二次电压之差，与二次额定电压的比值，即,电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之一,它的大小反映了供电电压的稳定性。,由表达式可知，电压变化率的大小与负载大小、性质及变压器的本身参数有关。,-变压器的效率特性,1、变压器的损耗,变压器的损耗主要是铁耗和铜耗两种。,-变压器的效率特性,变压器效率的大小与负载的大小、功率因数及变压器本身参数有关。,效率特性：在功率因数一定时，变压器的效率与负载电流之间的关系=f(),称为变压器的效率特性。,当铜损耗等于铁损耗(可变损耗等于不变损耗)时,变压器效率最大。,例1 Page 94 3-1例2 Page 95 3-2,课堂练习,一台单相变压器，额定值

19、为SN50KVA，U1N/U2N=7200/480V，f=50Hz，其空载、短路实验数据见下表：试求（1）短路参数Rk，Xk，ZK； （2）空载和满载时的铜耗、铁耗； （3）额定负载电流、功率因数 （滞后）时的电压变化率、副边电压及效率。,晶体管功率放大器对负载来说相当于一个交流信号电压源，若其等效电动势为Es=5.2V,等效内阻为Rs=150,现将阻值为8 的扬声器按下述两种方式与放大器相连，试求扬声器所获得的功率。（1）扬声器直接与放大器连接；（2）扬声器通过一台电压比为5的单相降压变压器与放大器连接；（3）若要使扬声器获得最大功率，应采用多大变比的变压器？,37 三相变压器,三相变压器在

20、对称三相负载下运行时，可使用单相变压器的基本方程、等效电路和相量图进行分析。,一 三相变压器的绕组联接法和联接组电路系统,1 原边/副边 绕组联接法,有中线,一、变压器的端头标号,变压器的端头标号,二、单相变压器的极性,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。,三、三相变压器的连接组别,连接组别：反映三相变压器连接方式及一、二次线电动势（或线电压）的相位关系。,三相变压器的连接组别不仅与绕组的绕向和首末端标志有关，而且还与三相绕组的连接方式有关。,理论和实践证明，无论采用怎样的连接方式，一、二次侧线电动势（可电压

21、）的相位差总是300的整数倍。因此可以采用时钟表示法 作为时钟的分针，指向12点， 作为时钟的时针，其指向的数字就是三相变压器的组别号。组别号的数字乘以300，就是二次绕组的线电动势滞后于一次侧电动势的相位角。教材上并不标定12点的参考向量。,连接组别可以用相量图来判断：,若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可以得到Y,y4、Y,y8连接组别。,1、Y，y连接,同名端在对应端，对应的相电动势同相位，线电动势 和 也同相位，连接组别为Y，y0。,同理，若异名端在对应端，可得到Y，y6、Y,y10和Y,y2连接组别。,若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可以得到Y,d3

22、、Y,d7连接组别。,2、Y，d连接-11,同名端在对应端，对应的相电动势同相位，线电动势 和 相差3300，连接组别为Y，d11。,同理，若异名端在对应端，可得到Y，d5、Y,d9和Y,d1连接组别。,若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可以得到Y,d5、Y,d9连接组别。,3、Y，d连接-1,同名端在对应端，对应的相电动势同相位，线电动势 和 相差300，连接组别为Y，d1。,同理，若异名端在对应端，可得到Y，d7、Y,d11和Y,d3连接组别。,联接组：反映三相变压器连接方式及原、副边线电动势（或线电压）的相位关系。例如：Y/Y-12,对于Y/Y（或D/D）连接，可以得到0

23、、2、4、6、8、10等六个偶数组别；Y/d（或D/ Y ）连接，可以得到1、3、5、7、9、11等六个奇数组别。,国家标准规定，Y/ Y 12、Y/ D 11、Y0/ D 11、Y0/Y12和Y/ Y 12连接组为三相双绕组电力变压器的标准连接组别。,二 三相变压器的磁路系统,1 组式磁路变压器,特点：三相磁路彼此无关联。,2 芯式磁路变压器,特点：三相磁路彼此有关联。,三 三相变压器绕组联接法和磁路系统对电动势波形的影响,若励磁电流按正弦变化则磁通为平顶波,若磁通按正弦变化则励磁电流为尖顶波,三 三相变压器绕组联接法和磁路系统对电动势波形的影响,1 Y/Y联接的三相变压器,相电动势的最大值升高很多，可能击穿绕组绝缘，线电动势为正弦波。因此，三相组式变压器不采用Y/Y连接。,1 Y/Y联接的三相变压器,三相变压器绕组联接法和磁路系统对电动势波形的影响,3不能在铁心中流过，只能借助油和油箱壁等形成回路，磁路磁阻很大， 3很小， 基本为正弦波，感应电动势 e 也基本为正弦波 。但通过油箱壁时将产生涡流损耗，造成局部过热，降低变压器的效率，因此，容量大于1800kVA时，不宜采用心式Y，y连接。,三相变压器绕组联接法和磁路系统对电动势波形的影响,2 D/Y或Y / D联接的三相变压器,（2） Y / D联接的三相变压器,结论：变压器有一侧是D连接时，主磁通和电动势波接近正弦。,