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1、,第2章变压器,1,第2章 变压器,第2章变压器,2,变压器的工作原理与结构单相变压器的空载运行单相变压器的负载运行变压器的运行特性三相变压器自耦变压器和仪用互感器,2.2,2.3,2.4,2.5,2.6,2.1,3,第2章变压器变压器是一种将一个等级的交流电压变换成另一个等级的交流,电压的静止交流电机。,第2章变压器,4,变压器在电力系统中起着重要作用,变压器(transformer，Tr),5,2.1.1 变压器工作原理,N1,N2,+,-,u1,第2章变压器2.1 变压器的工作原理与结构,i1,e1,e2,i2,-,+,Z L u2,ddt,e1 N1,ddt,e2 N2,N1N2降压变
2、压器N1N2升压变压器,第2章变压器,6,按用途分类,2.1.2 变压器的分类 电力变压器, 仪用互感器,按绕组数目分类, 特种变压器 双绕组变压器, 三绕组变压器 多绕组变压器 自耦变压器, 芯式变压器,按铁心结构分类,第2章变压器,按相数分类, 单相变压器 三相变压器,按冷却方式分类, 油浸式变压器, 干式变压器,按容量大小分类, 充气式变压器 小容量：10630kVA, 中容量：8006300kVA 大容量：800063000kVA, 壳式变压器,7,第2章变压器,9,2.1.3 变压器基本结构,铁心：硅钢片叠成的铁心构成变压器磁路,绕组：用铜线或铝线组成的线圈构成绕组绕在铁芯上,构成变
3、压器电路,绝缘套管：引出线由绕组到箱外的绝缘体油箱及附件：油箱、储油柜、安全气道,第2章变压器,10,第2章变压器1. 变压器铁心,作用：主磁路+机械骨架,材料：(冷/热轧)硅钢片，0.350.5mm+0.010.13mm漆膜。,型式：心式（绕组包铁心）、壳式（铁心包绕组的顶、底和,侧面）11,第2章变压器,12,心式变压器,1铁心柱2铁轭,3高压绕组4低压绕组,第2章变压器,13,壳式变压器,1铁心柱2铁轭3绕组,第2章变压器,14,2. 变压器绕组,作用：电路部分，完成能量转换材料：铜或铝绝缘导线型式：同心式、交叠式,第2章变压器,2.1.4 额定值,主要有：SN, U1N, U2N, I
4、1N, I2N, fN等,额定电压,变压器在空载运行时，高、低压绕组电压的额定值(V、kV)。,额定电流,变压器在满载运行时，允许的电流(A、kA),三相变压器中 U1N, U2N, I1N, I2N都为线值,额定容量,变压器视在功率的额定值(VA、kVA),单相双绕组变压器： SN U1 N I1 N U2 N I2 N,3U2 N I2 N,三相双绕组变压器：SN ,3U1 N I1 N ,型号、相数、温升、组号、效率等15,第2章变压器,16,例21 三相变压器Y，y接， SN=180kVA， U1N/ U2N=10/0.4kV,求I1N、 I2N。,I1 N,S N3U1 N,3, 1
5、0.4A,180 1033 10 10,I2 N,SN3U2 N,3, 259 .8A ,180 10330.410,17,流为零的工作状态称为空载运行。,第2章变压器2.2 单相变压器的空载运行分析步骤：电磁关系基本方程等效电路相量图变压器原绕组接交流电源，副绕组开路，负载电,2.2.1 空载运行电磁关系,N1,- X,+ Au1,i0,N2, 1,e1,e 1,e2,x +,a -u20,第2章变压器,i 10,N1,N2, m,e 2 u 2,u 1,e 1 e 1, 1,漏磁通：仅与绕组,自身交链,注意：空载时的磁场仅由一次电流确定思考：主磁通与漏磁通的区别？考虑三方面：作用、数量、性
6、质18,主磁通:通过铁心同时与原、副绕组交链,第2章变压器,19,主磁通和漏磁通性质：主磁通磁路由铁磁材料组成，具有饱和特性，m与I0呈非线性关系；漏磁通磁路由非铁磁材料组成，磁路不饱和，1与I0呈线性关系。,数量：铁心磁导率大，磁阻小，主磁通远大于漏磁通,漏磁通仅占总磁通的0.1%0.2%。作用：主磁通在二次绕组感应电动势，起传递能量的媒介作用；漏磁通仅在一次绕组中感应漏磁电动势， 仅起漏抗压降的作用。,第2章变压器,正方向规定,i10,N1,N2, m,e 2 u 2,u1,e1e 1, 1,1)原绕组按电动机惯例,2)副绕组按发电机惯例,3)磁通正方向与产生它的电流的正方向符合右手关系4
7、)感应电动势与产生它的磁通的正方向符合右手关系20,U1 N1i10,dm,u20 e2 N2,第4章变压器,21,i10,N1,N2, m,e 2 u 2,u1,e1e 1, 1, N1,u1 i10R1 e1 e1 i10R1 N1,dt,i10 R1e1e1e2, 1 mdmdt,N 1N 2,F0d1dt,第2章变压器,2.2.2 电压、电动势和磁通的关系,23,第2章变压器2. 分析漏磁通的影响由于漏磁通的路径主要是空气，磁路不饱和，因此漏磁通,第2章变压器,U1 E1,第2章变压器,4.变压器的变比,变压器原副边相电势之比称为变比,N 1N 2,k U 20 E2U1 E1,影响主
8、磁通大小的因素是电源电压U1、电源频率f和原方线圈匝数N1，与铁心材质及几何尺寸基本无关。25,变比又称匝数比U1 E1 4.44 fN1m,U 14.44 fN 1, m ,. .,i0 ,第2章变压器,26,2.2.3 空载电流和空载损耗1. 忽略铁耗,0,i0,0,t,当为正弦波时i0为尖顶波,用一等效正弦波代替i0，与同相位，为纯无功电流。,i0,第2章变压器,27,2. 考虑铁耗,0,i0 0,i0 ,用一等效正弦波i0代替尖顶波i0，并超前，这个正弦波电流含无功电流分量i0r和有功电流分量ioa。,与i0按磁滞回线变化i0变化比快。t,当为正弦时i0为畸形尖顶波,ioa,ior,i
9、0,第2章变压器,2.2.4 空载运行时的相量图和等效电路,第2章变压器,第2章变压器,30,例22一台单相变压器，额定容量SN=210kVA，额定电压UN1/UN26000/230V，原绕组漏阻抗Z1=R1+jX1=(2.1j9)，励磁阻抗Zm=Rm+jXm(720j7200)。计算：,(1)变压器原边额定电流IN1及空载电流I0所占额定电流的百分比,(2)原边空载感应电势E1及漏阻抗压降I0Z1,首先计算原边额定电流：计算空载电流原边空载电势近似为额定电压计算漏阻抗压降空载电流占额定电流的百分比为,第2章变压器,2.3 单相变压器的负载运行 ,第2章变压器,N2,N1,ZL,+,.U 1,
10、2.3.1 磁势平衡关系,变压器原绕组接通电源, 副绕组接负载的工作状态称为负载运行。,-空载运行时原边电流I1I0很小,副边I2=0。负载运行时,原副边都有电流。负载时副边回路电流I2的数值反映了负载ZL的大小，称为负载电流。原边电流I1随I2的变化而变化。32,第2章变压器,34,2.3.2 基本方程式原边漏磁通的影响,d1dt,e1 N1,X1 L 1 2fL 1,E 1 jX 1 I1,副边漏磁通的影响,e2,d2dt, N2 ,X2 L2 2fL2,E 2 jX 2 I2,第2章变压器,第2章变压器,2.3.3 绕组折算,第2章变压器,第2章变压器折算原则：保持能量传递不变(不变),
11、即折算前后绕组产生的磁势不变。折算后的物理量用“”来表示,第2章变压器,第2章变压器,2.3.4. 等效电路和相量图,第2章变压器,I1,-,+U 1,+,I 2-U 2 ZL,jX 2,jX 1,R1,R2,由于I0很小，所以励磁支路可以忽略不计。,I1,+U1,+-41,I2-U2 Z L,jX sh,Rsh,Rsh R1 R2,X sh X1 X 2Z sh Z1 Z 2 Rsh jX sh,第2章变压器,第2章变压器,第2章变压器,44,例2-3单相变压器， UN1/UN2220/110kV，高压侧漏电抗为0.3，折算到低压侧后大小为,A. 0.3,B. 0.6,C. 0.15 ,D.
12、 0.075,例2-4单相变压器,UN1/UN2220/110kV,短路阻抗Zsh=0.01+j0.05负载阻抗为0.6+j0.12，从一次侧看进去的总阻抗为：,A. 0.61j0.17,B. 0.16j0.08,C. 2.41j0.53,D. 0.64j0.32,解：【例2-3】根据已知条件可得单相变压器变比k=2,由变压器折算规律高压侧向低压侧折算阻抗降低k2倍，因此答案为D。【例2-4】短路阻抗为Z1+Z2，显然这是在折算到高压侧之后的结果，负载阻抗属于低压侧未折算部分，因此应该是负载阻抗乘以变比的平方加上短路阻抗。即4* (0.6+j0.12)+Zsh=2.41+j0.53,显然答案为
13、C。,45,第2章变压器2.3.5 变压器的参数测定及标么值,1. 参数测定,(1)空载实验,实验目的：计算k，pFe，Zm,实验条件 低压侧加额定电压，高压侧开路,实验线路,表中读数分别为U0、I0、p0和U20,W,A,*,*,V,K,UN1,N1,N 2,a,x,A,X,V U20,第2章变压器,46,计算,-,I0+U1,E1,R1,jX 1,RmjX m,-,+U1,I0,E1,RmjXm,p0 pFe,p0(I0)2,Rm ,Zm,U0I0,2 2,Xm Zm Rm,U0U20,k ,注意,以上参数均为在低压侧的参数，主要考虑在低压侧测量比较安全，因此测量的参数要归算到高压侧，比如Xm和Rm都要乘以变比的平方,R1和X1都远小于Rm和Xm,第2章变压器,47,1）等效电路中的参数是单相值；对于三相变压器实验所测的,U0，I0是线值，功率是三相总功率，需将其化为相值，再计,算参数。,2）该线路测得的Rm，Xm是低压侧值，折算到高压侧，要乘,以k2 。,3）Rm，Xm与铁芯饱和程度有关，所以空载实验时要加额定,电压。,总结,第2章变压器(2)短路实验,实验目的实验条件,计算pCu，Zsh高压侧加低压，一般为额定电压的5%10%,低压侧短路， 且使I1 =I1N,实验线路,A,* W,*,V,N1,N2,Ush,a,
