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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 1 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 2 电力系统示意图 安装容量约为发电机的装机容
2、量的5 7倍 第三章变压器 3 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 4 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 5 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 变压器 6 公共铁心 由高磁导率的电
3、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 7 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 8 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 3 2 1变压器的结构 9 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 矿物油 3 2 1变压
4、器的结构 10 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 35mm 0 5mm厚表面涂有绝缘漆的硅钢片冲成一定的形状叠制而成 3 2 1变压器的结构 铁心 11 单相壳式变压器 铁芯由铁芯柱和铁轭组成 3 2 1变压器的结构 铁心 12 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 3 2 1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 13 变压器其它附件 14 3
5、 2 2变压器的铭牌数据 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 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SL7 315 10产品编号额定容量315kV A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50Hz器身吊重765kg相数三相油重380kg联接组别Yyno总重1525kg制造厂生产日期电力变压器铭牌示意图 15 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 U
6、1N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 3 2 2变压器的铭牌数据 16 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 3 2 2变压器的铭牌数据 17 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 3 2 2变压器的铭
7、牌数据 18 3 3单相变压器的空载运行 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 19 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e 1 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 20 沿铁心闭合 与初 次级
8、交链 参与能量传递 沿非铁磁材料的空气和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 21 3 3 2参考方向的规定 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 22 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 3 3 2参考方向的规定 23 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 3 3 2参考方向的规定 二次绕组接负载 是输出电能 发电机惯例 24 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
9、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 e 1 漏磁通 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 3 3 3绕组的感应电动势 25 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 3 3 3绕组的感应电动势 26 副边绕组链接同一磁链 副边电动势e2 有效值 相量表示 3 3 3绕组的感应电动势 27 变比K 忽略绕组电阻和漏磁通 相量图 3 3 3绕组的感应电动势 28 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 3
10、3 4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 是有功分量 在数值上 一般有i0r i0a 一般 29 相量图 相量关系 有效值关系 3 3 4励磁电流 30 变压器的空载运行 3 3 5电压平衡方程式 31 3 3 5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 32 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 L 1为原绕组的漏感系数 X1是原
11、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I0900 结论 3 空载时 漏阻抗压降小 4 主磁通大小 取决于电网电压 频率和匝数 3 3 5电压平衡方程式 33 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 3 3 5电压平衡方程式 34 3 3 6 1空载运行时的相量图 步骤 相量图 35 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 Xm RmZm 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
12、阻抗压降 3 3 6 2空载运行时的等值电路 36 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 空载时等效电路为 3 3 6 2空载运行时的等值电路 37 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 3 3 6 2空载运行时的等值电路 38 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
13、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 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 39 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 40 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 41 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
14、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 42 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 43 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 Z
15、L求解出 3 4变压器的负载运行 44 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 45 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 46 3 4变压器的折算法 目的 用一个
16、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 47 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 3 4变压器的折算法 48 3 副边电阻的折算值 3 4变压器的折算法 49 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 50 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 51 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 等效的是稳态对称运行状态 3 4 4变压器负载时的等值电路 52 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
