变压器课件精华版.ppt
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1、第一章 变压器,3.1 变压器的工作原理3.2 变压器的结构和铭牌数据3.3 变压器的空载运行3.4 变压器的负载运行3.5 用实验方法测定变压器的参数3.6 变压器的运行特性3.7 三相变压器3.8 三相变压器的并联运行3.9 特种变压器,第三章 变压器,变压器是应用电磁感应原理工作的电磁设备,是一种静止的电气设备,根据电磁感应原理,将一种形态(电压、电流、相数)的交流电能,转换成另一种形态(同频率)的交流电能。,电力变压器用途:经济的输送电能:高压输电减少输电线路上电能损耗;合理的分配电能:按用户区域电压等级和负荷需求供电;安全的使用电能:变压器配备多种保护措施。,电力系统示意图:,安装容
2、量约为发电机的装机容量的57倍。,第三章 变压器,变压器的分类,电力变压器,在电力系统中使用的用于升高电压 或降低电压的变压器。,特种变压器,根据冶金、矿山、化工、交通等 部门的具体要求而设计制造的专 用变压器。,按用途分:,仪用变压器,电压、电流互感器,旋转变压器。,按相数分:,单相变压器,三相变压器,按绕组分:,双绕组变压器,三绕组变压器,多绕组变压器,变压器的分类,按冷却条件分:,油浸式变压器,变压器的铁心和绕组浸在变压器油中。,空冷式变压器,铁心和绕组通过空气进行冷却。,按铁心结构分:,心式变压器,壳式变压器,电源变压器,电力变压器,环形变压器,接触调压器,控制变压器,三相干式变压器,
3、变压器,公共铁心:由高磁导率的电工硅钢片叠压而成,加强初、次级绕组间的电磁耦合,3.1 变压器的工作原理,只须改变N1,N2的值,便可达到变换电压的目的。,实际情况:,两个线圈没有电的直接联系,只有磁的耦合。,3.1 变压器的工作原理,1铭牌 标额定值、运行条件、使用环境等。,5储油柜(或油枕)避免油与空气直接接触,减缓变压器油受潮及老化速度,并使油有热胀冷缩的空间。,7气体继电器(或瓦斯继电器)在储油柜和油箱的连接通道里,是变压器内部故障的信号装置。,变压器的结构,10分接开关 为稳定副边输出电压,改变高压绕匝数从而改变变比。,11油箱 放置铁心、绕组,充满变压器油。变压器油起绝缘和冷却作用
4、(矿物油)。,变压器的结构,变压器的主要结构:铁心和绕组。铁心是变压器的磁路部分;绕组是变压器的电路部分。,为了提高磁路的导磁性能和降低铁心的涡流及磁滞损耗,铁心通常用0.35mm0.5mm厚表面涂有绝缘漆的硅钢片冲成一定的形状叠制而成。,变压器的结构铁心,单相壳式变压器,铁芯由铁芯柱和铁轭组成。,变压器的结构铁心,绕组是变压器的电路部分,一般为绝缘扁铜线或绝缘圆铜线在绕线模上绕制而成。,变压器的结构绕组,绕组包括高压绕组和低压绕组。高、低压绕组同心套装在铁芯柱上。低压绕组在里,高压绕组在外。三相变压器的高、低压绕组存在相间联结问题。,变压器其它附件,变压器的铭牌数据,型号表示一台变压器的结构
5、、额定容量、电压等级、冷却方式等内容,表示方法为:,如:SL-1000/10表明三相油浸自冷式双绕组铝线变压器,额定容量1000kVA,高压额定电压10kV电力变压器。,电力变压器产品型号 SL7315/10 产品编号 额定容量 315kVA 使用条件 户外式额定电压 10000/400V 冷却条件 ONAN额定电流 18.2/454.7A 短路电压 4%额定频率 50 Hz 器身吊重 765kg相 数 三相 油 重 380kg联接组别 Y yno 总 重 1525kg制 造 厂 生产日期 电力变压器铭牌示意图,额定容量SN:变压器输出的额定视在功率。单位:VA或KVA,额定电压U1N/U2N
6、:U1N是变压器原边的额定电压,U1N且空载时的副边电压=U2N。单位:V或KV,注意:三相变压器的额定电压是指 线电压。不论是Y接还是接。,效率很高,初、次级绕组的容量设计相当。,变压器的铭牌数据,额定电流I1N/I2N:根据额定容量和额定电压计算 出来的线电流。单位:A,注意:单相变压器与三相变压器的计算公式有所不同。,三相变压器,单相变压器,单相:三相:,变压器的铭牌数据,额定频率fN:原边所接交流电源的频率。单位:Hz我国电网频率规定为50Hz。,例 三相变压器,SN=200kVA,U1N/U2N=10/0.4kV,求:I1N/I2N,解:三相变压器,变压器的铭牌数据,3.3 单相变压
7、器的空载运行,变压器空载运行:变压器的原绕组加上额定电压,副绕组开路(不接负载)。,电力系统三相电压是对称的;频率相同;大小相等;相位互差120度;只需分析一相即可,本章分析的变压器运行的基本原理和运行性能等,均针对单相变压器进行,所涉及的参数和物理量均指一相的值;只分析稳定运行状态;先分析空载从简单开始;,i2=0,磁通由i0建立。漏磁通的磁路是线性的。原边漏磁通 1与原边交链,感应电动势为e1。主磁通与原边交链,感应电动势为e1。主磁通与副边交链,感应电动势为e2。主磁通是传递能量的媒介。,3.3 单相变压器的空载运行物理状况,沿铁心闭合,与初、次级交链,参与能量传递,沿非铁磁材料的空气和
8、T而闭合,仅与初级交链,不参与能量传递,只在初级绕组中感应漏电动势,引起漏抗压降,3.3 单相变压器的空载运行物理状况,参考方向的规定,电压的正方向是指电位降低的方向。,一次绕组接电源,是接收电能,电动机惯例。,电动势的正方向是指电位升高的方向。,电动势E1的正方向:与电流I1的正方向相同(由上指向下)。,参考方向的规定,由电动势E2的正方向确定,电压U2的正方向应由下指向上(即由x指向a)。,参考方向的规定,二次绕组接负载,是输出电能,发电机惯例。,主磁通和漏磁通 1在绕组内产生的感应电动势:,e1:主磁通在原绕组内感应电动势的瞬时值;e2:主磁通在副绕组内感应电动势的瞬时值;e1:漏磁通
9、1在原绕组内感应电动势的瞬时值。,主磁通按正弦规律,,m:主磁通的幅值;E1m:原绕组感应电动势的幅值。,绕组的感应电动势,原边电动势幅值:,有效值:,相量表示:,当主磁通按正弦规律变化时,原绕组中感应电动势也按正弦规律变化,但相位比主磁通落后900。,绕组的感应电动势,副边绕组链接同一磁链,副边电动势e2:,有效值:,相量表示:,绕组的感应电动势,变比K,忽略绕组电阻和漏磁通,相量图,绕组的感应电动势,空载运行时,原边绕组中流过的电流i0,称为空载电流(励磁电流)。,励磁电流,空载电流i0,磁化电流i0r,铁损电流i0a,产生磁通。,它与磁通同相位,是无功分量。,产生铁心损耗。,它与磁通垂直
10、,是有功分量。,在数值上,一般有i0r i0a。,一般,,相量图,相量关系,有效值关系,励磁电流,变压器的空载运行,电压平衡方程式,电压平衡方程式,考虑漏磁通,变压器空载运行时相量形式表示的电压平衡方程式:,原边漏电势由原边绕组链接漏磁链得到:,相量表示:,漏电势分析,漏磁通 1通过的磁路是线性的,漏磁链 1与产生漏磁链的电流i0呈线性关系,漏电势可表示为:,若励磁电流i0按正弦规律变化,即,(1)L1为原绕组的漏感系数;X1是原绕组的漏电抗。表征漏磁通对电流的电磁效应。两者与匝数和几何尺寸有关,均为常数。(2)漏电感电动势与电流同频率,相位上落后I0 900。,结论:,(3)空载时,漏阻抗压
11、降小,,(4)主磁通大小,取决于电网电压、频率和匝数。,电压平衡方程式,考虑漏磁通,变压器空载运行时相量形式表示的电压平衡方程式:,原边漏阻抗,电压平衡方程式,空载运行时的相量图,步骤:,相量图,根据相量形式的电压平衡式,,Rm:变压器的励磁电阻,反映铁耗;Xm:变压器的励磁电抗,反映励磁过程;XmRmZm=Rm+jXm:变压器的励磁阻抗。,把 和 之间的关系直接用参数形式反映,可把 写成 流过一个阻抗引起的阻抗压降。,空载运行时的等值电路,等值电路综合了空载时变压器内部的物理情况,在等值电路中R1、X1是常量;Rm、Xm是变量,它们随铁心磁路饱和程度的增加而减少。,一次侧的电动势平衡方程为,
12、空载时等效电路为,空载运行时的等值电路,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。,R1、X1是常量;Rm、Xm是变量,空载运行时的等值电路,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阻有关,铁心所用材料的导磁性能越好,空载电流越小。,(4
13、)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。,综合分析,变压器空载运行时的4个基本方程式,小结,P70例2.2题分析,变压器原边接在电源上,副边接上负载的运行情况,称为负载运行。,3.4 变压器的负载运行,磁动势平衡方程,空载时,由一次磁动势 产生主磁通,负载时,产生 的磁动势为一、二次的合成磁动势。由于 的大小取决于,只要 保持不变,由空载到负载,基本不变,因此有磁动势平衡方程,或,用电流形式表示,表明:变压器的负载电流分成两个分量,一个是励磁电流,用来产生主磁通,另一个是负载分量,用来抵消二次磁动势的作用。电磁
14、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.,3.4 变压器的负载运行,电动势平衡式,除了主磁通在原、副边绕组中感应电动势E1和E2外,原、副边还有对应于漏磁通产生的漏电势。,原边:,副边:,原边漏阻抗,副边漏阻抗,3.4 变压器的负载运行,综合分析,变压器稳态运行时的六个基本方程式,各电磁量之间同时满足这六个方程,利用,k,Z1,Z2,Zm,ZL求解出,。,3.4 变压器的负载运行,变压器负载运行时的物理过程和方程式:,3.4 变压器的负载运行,当K较大时,变压器原、副边电压相差很大,为计算和作图带来不便。,变压器原边和副边没有直接电路的联系,只有磁路的联系。副边
15、的负载通过磁势影响原边。因此只有副边的磁势不变,原边的物理量没有改变。这为折算提供了依据。,这种保持磁势不变而假想改变它的匝数与电流的方法,称折合算法。,实际绕组的各个量,称为实际值;假想绕组的各个量,称为折算值;保持副边绕组的磁势不变进行折算,称为副边向原边折算;保持原边绕组的磁势不变进行折算,称为原边向副边折算。,3.4 变压器的折算法,3.4 变压器的折算法,目的:用一个等效的电路代替实际的变压器。,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),1.副边电流的折算值,2.副边电动势的折算值,折算前后主磁场、漏磁场不变。,同理,,即,
16、3.4 变压器的折算法,3.副边电阻的折算值,3.4 变压器的折算法,4.副边电抗的折算值,3.4 变压器的折算法,5.副边电压的折算值,折算法只是一种分析的方法。凡是单位为伏的物理量(电动势、电压)的折算值等于原来数值乘k;单位为欧的物理量(电阻、电抗、阻抗)的折算值等于原来数值乘k2;电流的折算值等于原来的数值乘以1/k。,(已没有变比k),副边绕组经折算后,原来的基本方程成为:,3.4 变压器的折算法,单相变压器负载运行时的电磁关系用等值电路的形式表示,作为变压器模拟仿真的电路模型。,T型等值电路,(1)电路中全部的量和参数都是每一相的值。原边为实际值,副边为折算值。(2)等效的是稳态对
17、称运行状态。,变压器负载时的等值电路,近似的型等值电路,T型电路包含有串联、并联回路。复数运算复杂。,实际变压器中,很小。负载变化时 变化不大。因此假定I0Z1 不随负载变化,则将T型等效电路中的激磁支路移出,并联在电源端口,得到型等值电路。,变压器负载时的等值电路,负载运行时,I0在I1中所占的比例很小。在工程实际计算中,忽略I0,将激磁回路去掉,得到更简单的阻抗串联电路。,Rk 为短路电阻;Xk 为短路电抗;Zk 为短路阻抗。,变压器负载时的等值电路,相量图的画法,视变压器给定的和求解的具体条件。给定量和求解量不同,画图步骤也不一样。,基本方程组可以用相量图来表示。,变压器接感性负载,负载
18、阻抗由电阻和电感组成。为落后;接容性负载,负载阻抗由电阻和电容组成,为超前。,变压器负载时的相量图,步骤:,电感性负载相量图,假定给定U2、I2、cos2及各个参数,变压器负载时的相量图,变压器原边电压 U1 与电流I1 的夹角为1,称为变压器负载运行的功率因数角,cos 1 称为变压器的功率因数。,对于运行的变压器,负载的性质和大小直接影响了变压器功率因数的性质。,对应于简化等效电路,其相量图为,变压器负载时的相量图,单相变压器基本方法总结,分析计算变压器负载运行方法有基本公式、等值电路和相量图。,基本方程式:是变压器的电磁关系的数学表达式;等值电路:是基本方程式的模拟电路;相量图:是基本方
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