《电工电子学 教学课件 ppt 作者 林小玲 第8章 变压器和交流电动机（变压器）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工电子学 教学课件 ppt 作者 林小玲 第8章 变压器和交流电动机（变压器）（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、上海大学 自动化系 林小玲,第八章 变压器和交流 电动机（变压器）,第八章 变压器和交流电动机,1.变压器的用途、分类,2. 变压器的主要结构部件,4. 变压器的运行性能,内容提要(Main content)：,8.2 变压器,3. 变压器的工作原理,5. 自耦变压器, 8.2.0 变压器的用途、分类,变压器是静止电器，由铁心(磁路)及两个或两个以上的绕组(电路)组成，绕组之间由铁心中交变磁通联系(磁耦合),实现从一种电压(电流)变为另一种电压(电流)。,一、变压器的用途(Application),按相数分为： 单相变压器 (Single-phase) 三相变压器 (Three phase)
2、多相变压器 (Multiphase),按绕组分为： 双绕组变压器 (Double winding) 三绕组变压器 (Three-winding) 自耦变压器 (Auto-transformer),二、变压器的分类 (Classification),(4)按冷却方式： 油浸自冷变压器,(3)按用途分为：,油浸水冷变压器,干式空气自冷变压器,油浸风冷变压器,升压变压器 (Step-up transformer) 降压变压器 (Step-down transformer) 隔离变压器（Isolation transformer）,8.2.1 变压器的主要结构部件 （Main Components）,
3、2、二次绕组（副绕组）负载侧 （secondary winding Load ）,3、变压器铁心 磁路部分 (Iron core Magnetic circuit),1、一次绕组（原绕组）电源侧 (Primary winding Power）,：它是变压器用作导磁的磁路，也是器身的机械骨架，由铁心柱、铁轭和夹紧装置组成。为了减小铁心中的磁滞和涡流损耗，铁心用0.350.5mm厚的硅钢片叠成，每层钢片接缝错开，从而减小变压器的励磁电流。,铁心,小型变压器铁心,绕组,：它是变压器的电路部分，按照高低电压绕组之间的布置，可以分为同心式和交叠式两种绕组，同心式结构简单，制造方便，交叠式机械强度好，引出
4、线的布置和焊接都较方便，漏电抗小。,叠铁心变压器的特点,变压器的型号及额定数据 (Version and Rating),一、变压器的额定数据 (Rating ),* 一次绕组额定电压,Y接： Y-connection,接： Delta connection,二、变压器额定数据之间的关系,三、额定负载 (Rated load) 当变压器接在电压频率为额定频率 ，大小为额定电压 的电网上，若副边电流为 ，原边电流为 时，称为额定运行状态，此时的负载为额定负载。,8.2.2 变压器的工作原理,* 以双绕组单相变压器为例来介绍变压器的运行分析,主要内容: 分析物理过程,列方程, 化简方程,得到等效电
5、路 (数学模型) 主要分析方法: 主磁通漏磁通分析法,本节内容体现了变压器的基本电磁关系，着重研究变压器空载运行分析方法。, 变压器各电磁量的正方向 (Direction of electromagnetic quantities),2、 和 符合右手螺旋定则,3、 、 和 符合右手螺旋定则,4、 和 符合右手螺旋定则,正方向的规定,电磁量规定正方向惯例总结 (Summary of the electromagnetic quantities direction), 变压器空载运行 (Open circuit operation of transformer),变压器空载运行时基本电磁关系（一
6、）,变压器空载运行时基本电磁关系（二） (Electromagnetic discipline of transformer with open circuit operation),* 、 都是最大值，一般 * 、 都是由励磁磁动势 产生的。,假设主磁通正弦变化为,根据电磁感应定律,一、主磁通感应的电动势 (Electromotive force induced by main magnetic flux),电动势有效值,同理：,得：,结 论：,二、漏磁通感应电动势 (EMF induced by leakage flux),用相量表示：,根据电磁感应定律,对一次漏电抗的总结： （Prima
7、ry leakage reactance）,漏磁通 感应的漏电动势 可以用空载电 流 在一次绕组漏电抗 产生的负压降 表示，在相位上 落后于 电角度。,三、空载运行电压方程式 (Voltage equation for open circuit operation),其中 为一次绕组的电阻;,变比近似表示为： (Transformation ratio),为一次绕组的漏电抗;,为一次绕组的漏阻抗,定义：变压器原边接电源，副边接负载的运行状态 称为负载运行。,8.2.3 变压器的负载运行 (Load operation of transformer ),一、负载时电压与电流的关系,1.原副边的电
8、流关系(磁动势平衡关系),空载时：,空载一次绕组电压平衡方程式：,由于 比较小， 也比较小，所以有：,负载情况下：,负载时的 ，由合成磁动势 产生。,负载时一次绕组：,一次电流从空载到负载 时，由于 比较小， 依然有：,所以：,由于电源电压 不变，所以一次绕组感应电动势 在负载和空载情况下变化不大，因此 基本不变。,改写成电流形式：,2. 副边电压与电流关系,3. 变压器的基本方程式 (Equations),二、 折合算法 (Conversion algorithm), 定义：保持一个绕组的磁动势不变而改变其电流和匝数的算法称为归算法（折合算法）。, 目的: a 、使一、二次绕组“有”电连接的
9、等效电路，这样就可以用电路知识来解题了。 b、画相量图方便（定量画法）。,解决方法（算法根据） 保持 不变，就不会影响 的变化。, 折合值：二次向一次折合为例。,阻抗,负载电压, 定义：如果保持二次绕组磁动势不变，而假想它的匝数与一次绕组匝数相同的折合算法，称为二次向一次折合。,说明：折合算法其结果不改变变压器运行的物理本质，既不改变功率，也不影响阻抗的阻抗角。,* 无论向哪一侧折合，折合前后的损耗值、功率值及功率因数均不变。,1、变压器的外特性,8.2.4 变压器的运行性能 ( Performance of transformer),电源电压与负载功率因数不变情况，U2随负载I2的增大而降低
10、,2. 变压器的效率 (Efficiency of transformer),其中:,变量 P2 代表 副边输出的有功功率；,变量 P1 代表 原边输入的有功功率；,代表 变压器的总损耗。,单相变压器：,三相变压器：,P2的计算:,若忽略副边端电压在负载时的变化，则：,以上两式的结果是一样的,，计算：,变压器的效率公式：, 一定时，, 一定时， 效率特性曲线。,通常， 条件下，中小型变压器的效率约为0.950.98，大型变压器的效率一般在0.99以上。,效率特性曲线是一条有最大值的曲线，最大值出现在：,0,0.2,0.4,0.6,0.8,1,0,20,40,60,80,100,Loading
11、factor,Efficiency %,The Efficiency of Transformer,变压器效率特性,3. 举例,一个40KVA的单相变压器，副边开路，原边侧的输入功率为2KW，当副边短路，满载下的功率为4KW，计算下列条件下变压器的效率。,1) 满载 2) 50%负载，功率因数为0.8 (滞后),解：,PFe=2KW， PCu= 4KW (满负荷),1) cos 2 =1,P2 = 401=40KW,2) cos 2 =0.8,P2 = 400.5 0.8 =16KW,PCu= 0.52 4=1 KW,X2 4=2,X=0.707,当负载为满载的70.7%时，变压器的 max,
12、设 max时的负载为满载的 X,此时PCu=PFe=2KW,?,负载为多大时，变压器的效率最高?,8.2.5 自耦变压器,一、结构特点与用途 自耦变压器实质上是一个单绕组变压器，原、副边之间不仅有磁的联系，而且还有电的直接联系。 自耦变压器每一个铁心柱上套着两个绕组，两绕组串联，绕向一致。,N1,N2,实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(1),仅仅绕组改接法，双绕组变压器可以变为自耦变压器，功率可以增大数倍甚至十倍！,实例：假设图示双绕组变压器,实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(2),分析从双绕组变压器到自耦变压器哪些量改变了，哪些量没有变化? (主要分析原副边电压与电流的变化情况),原
13、副边电流符号相 反：当原边电流在 原绕组中从同名端流向非同名端，则副边电流在副绕组中从非同名端流向同名端！,实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(3),首先分析双绕组 变压器电流方向。,忽略励磁电流则：,实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(4),忽略励磁电流,当原边电流从同名端流向非同名，则副绕组电流从非同名端流向同名端！,原副绕组电流,原副边电流实际方向示意图,副边实际电流则等于 原副绕组电流之和。,实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(5),联结成自耦变压器， 空载时:,如果原边施加 ， 则绕组电势仍为 与 。副边输出电压 。,实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(6),原副边电流实际方
14、向示意图,与双绕组变压器类似，原绕组 ， 时，副绕组 ， 。于是负 载电流 。,原边输入容量 副边输出容量,二、自耦变压器基本方程,1.电压、电流和容量关系,1）原、副边的方程式,自耦变压器变比：（若忽略漏阻抗压降）,根据全电流定律，励磁磁动势 为串联绕组磁动势 与公共绕组磁动势 之和，即：,若忽略励磁电流（ ），则：,2）磁动势平衡及电流关系,结论：自耦变压器负载运行时，原、副边 电压之比近似等于副、原边电流之 比，这点与双绕组变压器一样。,2）磁动势平衡及电流关系,3）容量关系,双绕组变压器原边输入容量,主要用在高压电力系统中两个电压相差不大的电网上，小容量自耦变压器也被用作实验室中的调压设备。,总 结,用途：,缺点：,1）短路阻抗标幺值比双绕组小，短路电流较大。 2）由于自耦变压器原副边有电的直接联系，高压边过电压时，低压边也产生严重的过电压，两边均需要装设避雷器。,谢谢!,郁金香,
