电机及拖动变压器

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1、3.4 标幺值 3.9 特殊变压器 3.8 三相变压器的并联运行 3.7 三相变压器的联结组 3.6 变压器的运行特性 3.5 变压器的参数测定 3.2 变压器的工作原理 3.1 变压器的基本结构、分类与额定值 第第 3 3 章章 变变 压压 器器 3.3 变压器的等效电路与相量图 电机与拖动 3.1 变压器的基本结构、分类和额定值 变压器的主要部件铁心和套在铁心上的绕组。 其他部件如器身、散热器等 三相干式变压器 油浸式电力变压器 一、 主要部件 (1) 铁心: 由硅钢片叠成或非晶合金制成。 1 2 3 4 1 4 3 2 奇数层偶数层 (2) 绕组 用绝缘圆导线或扁导线绕成。 (3) 其他

2、 外壳、油箱、油、油枕、绝缘套管等。 (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 铁 心 柱 铁 心 柱 铁 轭 铁 轭 11112222 心式变压器 低压绕组高压绕组 单相壳式变压器 单相壳式变压器 铁 铁 铁 心 轭 柱 轭 11 22 油浸式电力变压器 S9 型配电变压器（10 kV） 大型电力油浸变压器 大型电力油浸变

3、压器 干式变压器 自耦变压器 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 / I2N 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。 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） SN =3 U2N I2N =3 U1N I1N 【例 31】 某三相

4、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 I1N = SN 3 U1N = kV = 8.25 A 500103 1.73235103 因高压绕组为 Y 形联结，额定相电流为 I1NP = I1N = 8.25 A (2) 低压绕组额定线电流 I2N = SN 3 U1N = A = 26.24 A 500103 1.73211103 因高压绕组为形联结，额定相电流为 I2NP = I2N 3 = A = 15.15 A 26.

5、24 1.732 3.2 变压器的工作原理 一、变压器各电磁量的参考方向 u2 e2 e2 e1 e1 u1 i1i2 1 2 一次 绕组 二次 绕组 施加：u1 i1 N1 i1 1 e1 e1 e2 u2 i2 N2 i2 2 e2 L1 L2 ZL 变压器各物理量的参考方向变压器各物理量的参考方向 u u 1 1 和和i i 1 1 按电动机惯例，吸收按电动机惯例，吸收 电功电功 e e 1 1 、e e 2 2 和和 符合右手符合右手 螺旋定则螺旋定则 i i 1 1 和和 符合右手螺旋符合右手螺旋 定则定则 u u 2 2 和和i i 2 2 符合欧姆定律符合欧姆定律( (Z Z L

6、 L 为负载为负载) ) e e 2 2 和和i i 2 2 按发电机惯例，发出电功；按发电机惯例，发出电功；i i 2 2 和和 右手螺旋右手螺旋 二、变压器的空载运行二、变压器的空载运行 1. 主磁通、感应电动势 E1 =j4.44 f N1m u20 e2 e1 e1 u1 i0 1 m sint 主磁通同时交 链一、二次绕组 e1=E1m sin(t-90 ) E2 =j4.44 f N2m e2=E2m sin(t-90 ) 一次绕组二次绕组 2. 漏磁通、漏电抗 1 1m sint 漏磁通1只交 链一次绕组，漏磁 路不饱和 漏电感 L1 N1 i0 漏电抗 X12f L1 漏电动势

7、E1 = =jX1I0 d(N1) dt e2 e1 e1 u1 i0 1 漏磁通产生的漏电动势 可用漏抗压降表示 u20 3. 电压方程 一次侧电路 U1 =E1 + (R1 + jX1) I1 = E1 + Z1I1 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： U1E1 e2 e1 e1 u1 i0 1 u20 空载电流即励磁电流，决 定于一次绕组的电压U1 U1N 4.44 f N1 m 3. 电压方程 U20E2 一、二次绕组的电动势之比称为电压比: U1 U20 k = E1 E2 = N1 N2 e2 e1 e1 u1 i0 1 二

8、次侧电路 u20 4. 空载运行等效电路 空载时 对电路的作用: 产生感应电动势，形成绕组电感。 因为m常数，可用一个等效的线性电感 L来 代替，即 励磁电抗： Xm =L PFe I02 Rm = 产生铁损耗 该损耗可以用等效电阻 Rm 来代替，即 励磁电阻： 励磁阻抗： Zm = Rm + j Xm 一次绕组的电动势用励磁阻抗压降来表示 ，即 E1 =ZmI0 空载等效电路 U1 I0 R1 jX1 E1 Rm Xm 三、变压器的负载运行三、变压器的负载运行 1. 电压平衡方程式 二次绕组 u2 e2 e2 e1 e1 u1 i1i2 1 2 ZL = E2 Z2I2U2 = E2(R2

9、+ jX2) I2 U2 = ZLI2 R2、X2、Z2 ：二次绕组的电阻 、漏电抗、漏阻抗。 N1i1 N2i2 u2 e2 e2 e1 e1 u1 i1i2 1 2 ZL U1N 4.44 f N1 m = 常数 N1I1 + N2I2 = N1I0 2. 磁动势平衡方程： 一次绕组 U1 = E1 + (R1 + jX1) I1= E1 + Z1I1 励磁电流im基本 不变(i0) u2 e2 e2 e1 e1 u1 i1i2 1 2 ZL N1I1 + N2I2 = N1I0 I1 =I0+ N2 N1 I2 I0I1L i2 的大小由什么决定？ i1 的大小由什么决定？ I2 由 |

10、ZL | 决定； I1 取决于 I2 。 I1 随 I2 变化的原因：能量守恒。 电流变化关系： 励 磁 分 量 负 载 分 量 ZL 3.3 变压器的等效电路和相量图 等效电路 U1 I1 R1 jX1 E1 E2 jX2 R2 I2 U2 一、二次绕组只有磁联系，无电联系 一、 二次绕组的折算 E2 = E1 折算条件： N2I2 不变、P2 不变。 用一个匝数为 N1 的假想绕组代替 N2， 使： 折算后的二次绕组电流 N1I2 = N2I2 I2 = N2 N1 I2= I2 k 折算后的二次绕组电动势和电压 匝数相同: E2= E1= kE2 输出视在功率不变: U2I2 = U2

11、I2 U2= I2 I2 U2 = kU2 折算后二次绕组的阻抗 有功功率不变:R2 I22 = R2 I22 R2 = R2 I22 I22 = k2 R2 无功功率不变:X2I2 2 = X2 I22 X2 = X2 I22 I22 = k2 X2 因而Z2 = k2 Z2 ZL = k2 ZL 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。 变压器的 T 型等效电路 ZL U1 I1 R1 jX1 E1 = E2 Im U2 jX2 R2 I2 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

12、路电抗： XS = X1 + X2 短路阻抗： ZS = RS + j XS I0 很小，I1 I2 ZL U1 I1 I2 RS jXS U2 【例3 2】 一台单相变压器，U1N /U2N = 380/190 V，Z1 = ( 0.4j0.8 ) ，Z2 = ( 0.15j0.3 ) ， Zm = ( 600j1 200 ) ，ZL = ( 7.5j4.75 ) ，当一次绕 组加上额定电压线 380 V 时，试分别用T 型等效电路和简 化等效电路求负载电流和电压的实际值。 解：(1) 用T 型等效电路 k = U1N U2N = = 2 380 190 Z2 = k2Z2 = 22 (0.

13、15j0.3) = (0.6j1.2) ZL = k2ZL = 22 (7.5j4.75) = (30j19) = 35.5 32.35O 电路总阻抗 Ze = Z1 Zm (Z2 ZL) Zm Z2 ZL = 36.6 34.88O I1 = U1 Ze = A 36.6 34.88O 380 0O = 10.38 34.88O A E2 = E1 = Z1I1U1 = ( 0.4j0.8 ) V10.38 34.88 O 380 0O = 376.62 180.72O V I2 = E2 Z2 ZL = 10.27 147.3O A I2 = kI2 = 210.27 A = 20.54 A U2 = |Z2| I2 (2) 用简化等效电路 ZS = Z1Z2 = (1.0j2.0) = 182.35 V= 7.524.752 20.54 V = 10.15 34.1O AI1 =I2 = U1 ZS ZL I2 = kI2 = 210.15 A = 20.3 A U2 = |Z2| I2 = 180.22 V 项目 折算前 折算后 一次