电机课件 1变压器

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1、重庆电力高等专科学校向文彬,电机学,第三章 变压器,3-1 变压器的原理、结构及额定值 3-2 变压器的空载运行 3-3 变压器的负载运行 3-4 变压器参数的测定 3-5 变压器的运行特性 3-6 三相变压器 3-7 三相变压器的不对称运行 3-8 变压器的并联运行 3-9 自藕变压器和仪用变压器 3-10 变压器的瞬变过程,3-1 变压器的原理、结构及额定值,一、变压器的工作原理,二、变压器的结构,1、铁心 2、绕组 3、油箱4、绝缘套管,三、变压器的额定值,额定容量 单位：KVA 额定电压 单位：KV 额定电流 单位：A 额定频率 单位：HZ对单相变压器：对三相变压器：,3-2 单相变压

2、器的空载运行,Empty Running of Single Transformer,单相变压器的空载运行,一、电磁现象,单相变压器的空载运行,各量的电磁关系：,原边加直流电压是否可以？为什么？,单相变压器的空载运行,1、主、漏磁通的区别：,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。,单相变压器的空载运行,2、正方向：,1、先设定电源电压 的正方向；,2、空载电流 的正方向与 的正方向为关联参考方向；,3、磁通 和 的正方向与 的正 方向符合右手螺旋定则；,4、感应电动势与产生它的磁通的正方向

3、符合右手螺旋定则。,单相变压器的空载运行,3、感应电动势,单相变压器的空载运行,变比,定义：变比为一、二次线圈主电势之比。,或,对三相变压器，变比指一、二次侧相电势之比,Y，D接线,D，Y接线,单相变压器的空载运行,4、空载电流：,1）作用和组成,一方面：用来励磁，建立磁场-无功分量二方面：供变压器空载损耗-有功分量,2）性质和大小,性质：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。,单相变压器的空载运行,3)空载电流波形,磁路饱和时， 正弦， 尖顶， 正弦， 平顶。,单相变压器的空载运行,空载损耗,经验公式：,空载

4、损耗约占额定容量的（0.21）%，随容量的增大而减小。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。,包括：铜损耗铁损耗。,单相变压器的空载运行,为一次侧漏抗，反映漏磁通的作用。,对一切电抗,返回12页,单相变压器的空载运行,5、电动势平衡方程式：,1、电势方程：,忽略漏阻抗压降后有效值：,故：,可知：影响主磁通大小的因素是电源电压、电源频率和一次侧线圈的匝数，与铁芯的材质和几何尺寸无关。,单相变压器的空载运行,6、等效电路,令：,其中：,-励磁阻抗,-励磁电阻，对应铁损耗的等效电阻；,-励磁电抗，对应主磁通的电抗。,一次侧的电势方程为：,单相

5、变压器的空载运行,由于主磁通路径铁心为非线性磁路，故励磁阻抗、励磁电阻和励电抗均不为常数，大小随磁路的饱和而减小。,等值电路图为：,单相变压器的空载运行,7、相量图,空载时的基本方程为,单相变压器的空载运行,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

6、线性电路中，电抗的大小随磁路的饱和而减小。,3-3 变压器的负载运行,一、磁动势平衡关系,负载运行的概念:当变压器的副边接上负载阻抗 在 加上原边电源 时副边就有电流 的流过,这是的运行情况称为变压器的负载运行.,单相变压器的负载运行,磁动势平衡关系为:,整理得:,负载时,由于 可以忽略 则有:,解释方程的物理意义？,二、基本方程式,三、折算法,1、 折算目的：获得等效电路；简化计算；画相量图 2、折算方法： 3、折算原则： 和二次侧的各功率保持不变 4、各物理量的折算：1）二次侧电流：,2）二次侧电动势的折算：,3）二次侧阻抗的折算：,R2=k2R2 X2=k2 X2,RL=k2RL XL=

7、k2XL,4）折算后的方程：,四、等值电路：,“T”形等效电路,近似等效电路 ：,简化等效电路：,电压方程式：其中：,简化相量图：要求掌握,3-4 变压器参数测定,一、空载实验,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压器的变比、空载电流百分数、铁损和励磁阻抗。,接线图：,变压器参数测定,一、空载实验,要求及分析 ：,1）低压侧加电压，高压侧开路；,2）忽略 和 则：,变压器参数测定,一、空载实验,3）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；,4）若要得到高压侧参数 ，须折算；,5）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；,6）由于空载时功率因数很

8、低，为减小误差，应采用低功率因数表测量空载功率。,变压器参数测定,二、短路实验,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。,接线图：,变压器参数测定,二、短路实验,1）高压侧加电压，低压侧短路；,2）忽略 和铁损 ，则：,对T型等效电路：,要求及分析 ：,变压器参数测定,二、短路实验,3）温度折算；,4）若要得到高压侧参数 ，须折算；,5）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；,三、短路电压（阻抗电压）：,短路实验时使短路电流为额定电流时一次所加的电压称为短路电压。记作：,变压器参数测定,三、短路电压,短路电压为额定电流在阻抗上的压降

9、，故也称阻抗电压。,短路电压通常以百分值表示，即：,短路电压（阻抗电压）：,无功分量（电抗电压）：,有功分量（电阻电压）：,变压器参数测定,三、短路电压,短路电压是变压器的重要参数，它的大小直接反映了短路阻抗的大小，而短路阻抗直接影响变压器的运行性能。,从正常运行角度，希望它小些，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。,3-5 变压器的运行特性,表征变压器运行特性的主要指标有：1、电压变化率2、效率,一、电压变化率,1、负载时副边端电压的变化,外特性：原边加上额定电压，负载功率因数 一定时副边端电压随负载电流变化的关系。,电压变化率,原因：内部漏阻抗压降的影响；,定义

10、式：,参数表达式：由简化相量图，可得：（推导过程略）,式中： 称为负载系数，直接反应负载的大小，如， 表示空载； 表示满载；*影响u的因数：负载大小 ；短路阻抗标么值；负载性质,二、效率,1、损耗,2、效率：,变压器的效率比较高，一般在（9598）%之间，大型可达99%以上。,式中：,所以,结论： 效率大小与负载大小、性质及空载损耗和短路损耗有关。效率特性：最大效率：令： 得 即 （或铜损=铁损）时，有,说明：变压器的铁损总是存在，而负载是变化的，为了提高 变压器的经济效益，提高全年效益，设计时，铁损应设计得小 些，一般取，对应的PKN与P0之比为34。,3-6 三相变压器,一、 三相变压器的

11、磁路系统,一、组式变压器,磁路特点：彼此独立，互不关联,2、芯式变压器,三相对称,三相对称,磁路特点：彼此关联，互为通路,三相五铁芯柱变压器的铁芯和绕组 1铁芯柱；2上铁轭；3下铁轭；4旁轭；5低压绕组；6高压绕组,二、 三相变压器的电路系统,一、绕组的端点与标志与极性,变压器同一相的高、低压绕组交链同一磁通所感应的电动势，高压绕组的某一端头的电位若为正(高电位)，低压绕组必有一个端头的电位也为正(高电位)，这两个具有正极性或另两个具有负极性的端头，称为同极性端或称同名端.,绕组的标志、极性和电动势相量图,(b)高、低压绕组绕向相反,(a)高、低压绕组绕向相同,高、低压绕组相电动势之间的相位关

12、系： （1）高、低压绕组首端A与a为同极性端，则高、低压相电动势相位相同；(2)若高、低压绕组首端A与a为异极性端，则高、低压相电动势相位相反。,二、三相绕组的连接方式,1、星形接法,2、三角形接法（1）,2、三角形接法（2）,三、三相变压器的连接组,时钟法,将三相变压器高、低压侧电动势相量图画在一起，,并将相量三角形的重心重合，,低压侧电动势三角形中对应的一条中线相量作短针,选高压侧电动势三角形的一条中线相量作长针，且固定指着时钟盘面上的“12”,它指向时针的点数，即为变压器的连接组别号,1、Y，y接法,连接组别：Y，y0,2、Y，d 接法,连接组别：Y，d11,用相量图判定变压器的连接组别

13、时应注意：,1）绕组的极性只表示绕组的绕法，与绕组的首、末端标志无关； 2）高、低压绕组的相电动势均从首端指向末端，线电动势由A指向B； 3）同一铁心柱上的绕组，首端为同极性时相电动势相位相同，首端为异极性时相电动势相位相反。,四、标准连接组 Y，yn0 ; Y，d11; YN，y0 YN，d11; Y，y0,3-7 三相变压器的不对称运行,前言：三相变压器的外施电压一般是对称的， 其不对称往往是由负载不对称所致。如：变压器二次侧接有较大的单相负载、照明负载三相分配不平衡等分析不对称运行方法：对称分量法,一、对称分量法（以电流为例）,1、定义：实际上是一种线性变换，它是把一组三相不对称的正弦量

14、分解成三组互为独立的三相对称的正弦量，它们分别是：, 零序分量：三相对称的正弦量，大小相等，相位相同，即, 正序分量：三相对称的正弦量，大小相等，相位互差120，相序为 ，即,式中：, 负序分量：三相对称的正弦量，大小相等，相位互差120，相序为,即,2.分解公式：,二、三相变压器的各序阻抗和等效电路,1、正序阻抗和等效电路,正序阻抗：正序电流所遇到的阻抗，,相序为：,等效电路：,2、负序阻抗和等效电路,负序阻抗：负序电流所遇到的阻抗，,相序为：,等效电路：,3、零序阻抗和等效电路, 零序阻抗：零序电流所遇到的阻抗；, 等效电路：由零序电流本身特点，其产生零序磁 通与线圈的连接方式和铁心结构有关,Y：零序无通路，Y侧开路； 线圈连接方式的影响： YN：可以经中性线流通；D：在线圈内流通，从外电路看，开路,例如：,铁心结构影响：,、组式变压器：三相零序磁通与对称运行时的主磁通磁路相同， ，很大；,