电机与拖动 教学课件 PPT 作者 刘小春 第1章

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1、学习目标:,第一章 变压器,1掌握变压器的结构。 2掌握变压器的工作原理。 3掌握三相变压器的结构及连接组别。 4能判断变压器故障，对一般故障能进行修理与试验。,案例：电能的产生、输送与分配,第一章 变压器,图1-1 电力输送过程示意图,作用：,变压器是用来改变交流电压大小的电气设备。它是根据电磁感应原理，把某一等级的交流电压变化成频率相同的另一等级的交流电压，以满足不同负载的需要。还可用来改变电流、变换阻抗以及产生脉冲等。,1.1 变压器的用途与结构,1.1.1 变压器的用途及其分类,用途：,主要用于输配电系统，而且还广泛应用于电气 控制领域、电子技术领域，测试技术领域以及 焊接技术领域等。

2、,1按用途分类,（1）电力变压器。 用作电能的输送与分配。 （2）特种变压器。 在特殊场合使用的变压器，如作为焊接 电源的电焊变压器；专供大功率电炉使 用的电炉变压器；将交流电整流成直流 电时使用的整流变压器等。,（3）仪用互感器。 用于电工测量中，如电流 互感器、电 压互感器等。 （4）控制变压器。 容量一般比较小，用于小功率电源系统 和自动控制系统。 （5）其他变压器。 如高压变压器、调压变压器；脉冲变压器,1按用途分类,双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器等。,叠片式铁心、卷制式铁心、非晶合金铁心。,2按绕组构成分类,3按铁心结构分类,有单相变压器、三相变压器、多相变压器

3、。,有干式变压器、油浸自冷变压器、油浸风冷变压器、强迫油循环变压器、充气式变压器等。,4按相数分类,5按冷却方式分类,1.1.2 变压器的结构,根据用途不同，变压器的结构也有所不同，大功率电力变压器的结构比较复杂，而多数电力变压器是油浸式的。油浸式变压器由绕组和铁芯组成器身，为了解决散热、绝缘、密封、安全等问题，还需要油箱、绝缘套管、储油柜、冷却装置、压力释放阀、安全气道、湿度计、气体继电器等附件，其结构如图1-2所示。,图1-2 油浸式电力变压器,1变压器绕组,变压器中的电路部分，小型变压器一般用具有 绝缘的漆包圆铜线绕制而成，对容量稍大的变 压器则用扁铜线或扁铝线绕制。,(1)同心式绕组,

4、高、低压绕组同心地套装在铁心柱上。为了便于与铁心绝缘，把低压绕组套装在里面，高压绕组套装在外面。,按其绕制方法的不同又可分为 圆筒式、螺旋式和连续式,(2)交叠式绕组,将绕组分成若干个线饼交替排列,又称饼式绕组,漏抗小、机械强度高、引线方便。主要用在低电压、大电流的变压器上，如容量较大的电炉变压器、电阻电焊机（如点焊、滚焊和对焊电焊机）变压器等。,优点:,2变压器铁芯,构成变压器磁路系统，并作为变压器的机械骨架,铁心柱,磁轭,0.35 mm厚的硅钢片，减小铁耗。,国产硅钢片 有热轧硅钢 片、冷轧无 取向硅钢片、 冷轧晶粒取 向硅钢片,心式变压器,壳式变压器,单相小容量变压器铁心形式,为了减小铁

5、心 磁路的磁阻以 减小铁心损耗， 要求铁心装配 时，接缝处的 空气隙应越小 越好。,（1）油箱和冷却装置,（2）保护装置,由于三相变压器主要用于电力系统进行电压等级的变换，因此其容量都比较大，电压也比较高。目前，国产的高电压、大容量三相电力变压器OSFPSZ-360 000/500已批量生产（容量为36万kVA，电压为500kV，每台变压器重量达到250t）。为了铁芯和绕组的散热和绝缘，均将其置于绝缘的变压器油内，而油则盛放在油箱内。为了增加散热面积，一般在油箱四周加装散热装置，老型号电力变压器采用在油箱四周加焊扁形散热油管（见图1-2），新型电力变压器以采用片式散热器散热为多。容量大于10

6、000kVA的电力变压器，采用风吹冷却或强迫油循环冷却装置。,（1）油箱和冷却装置,油箱内装变压器油,扁形散热油管 或片式散热器 帮助散热,10 000 kVA的电力变压器，采用风吹冷却或强迫油循环冷却装置。,3变压器的主要附件,储油柜：,通过连接管与油箱相通使变压器油与空气的接触面积大为减小，减缓了变压器油的老化速度,新型的全充油密封式电力变压器则取消了储油柜， 运行时变压器油的体积变化完全由设在侧壁的膨 胀式散热器（金属波纹油箱）来补偿。,（2）保护装置,在油箱和储油柜之间的连接管中装有气体继电器，当变压器发生故障时，内部绝缘物汽化，使气体继电器动作，发出信号或使开关跳闸。,（a）气体继电

7、器。,装在油箱顶部，它是一个长的圆形钢筒，上端用酚醛纸板密封，下端与油箱连通。若变压器发生故障，使油箱内压力骤增时，油流冲破酚醛纸板，以免造成变压器箱体爆裂。近年来，国产电力变压器已广泛采用压力释放阀来取代防爆管。,（b）防爆管（安全气道）。,1.2 变压器的铭牌和额定值,1.2.1 铭 牌,正确地使用变压器的依据,1.2.2 额 定 值,1.型号,2.额定电压U1N和U2N,U1N：,加在一次绕组上的正常工作电压值。根据 变压器的绝缘强度和允许发热等条件规定,U2N：,变压器空载时，高压侧加上额定电压后， 二次绕组两端的电压值。,U2N不等于额定负载时的负载电压。有一个电压 降使空载电压大于

8、负载电压。,额定电压在三相变压器中是指线电压。,3.额定电流I1N和I2N,根据变压器容许发热的条件而规定的满载电流 值。在三相变压器中额定电流是指线电流。,4.额定容量SN,变压器在额定工作状态下，二次绕组的视在 功率，其单位为kVA。,单相变压器的额定容量,三相变压器的额定容量,5.联结组标号,三相变压器一、二次绕组的连接方式,Y（高压绕组作星形联结）、y（低压绕组作 星形联结）； D（高压绕组作三角形联结）、d（低压绕组作 三角形联结）； N（高压绕组作星形联结时的中性线）、 n（低压绕组作星形联结时的中性线）。,6.阻抗电压,又称为短路电压。 它标志在额定电流时变压器阻抗压降的大小。

9、通常用它与额定电压U1N的百分比来表示。,例11：一台三相油浸自冷式铝线变压器， 已知SN560kVA，U1N/U2N=10000V/400V， 试求一次、二次绕组的额定电流I1N 、I2N各 是多大?,解：,互相绝缘且匝数不同 只有磁的耦合而没有 电的联系,1.3 单相变压器的空载运行及负载运行,1.3.1 单相变压器的空载运行,1单相变压器的基本工作原理,根据电磁感应 原理 ：,改变一、二次绕组的匝数，就可达到 改变电压的目的。,1单相变压器的基本工作原理,第四节：单相变压器的空载运行及负载运行,2.空载运行时各物理量正方向的规定,二次绕组开路,按照“电工惯例” 规定参考方向：,（1）电压

10、的参考方向：在同一支路 中，电压的参考方向与电流的参考 方向一致。 （2）磁通的参考方向：磁通的参 考方向与电流的参考方向之间符合 右手螺旋定则。 （3）感应电动势的参考方向：由交 变磁通产生的感应电动势e，其参考 方向与产生该磁通的电流参考方向一 致（即感应电动势e与产生它的磁通 之间符合右手螺旋定则）。,参考方向的规定,按此参考方向列出的电磁感应定律方程：,3.感应电动势和变比,设msint,e滞后于900,结论：,有效值 ：,E1=4.44fN1m,E2=4.44fN2m,略去一次绕组中的阻抗不计,U1E14.44fN1m,U2E2=4.44fN2m,变压比，简称变比,U1恒定时，变压器

11、 铁心中的磁通m 基本上保持不变,4.变压器的空载电流和空载损耗,空载电流 （210）IN,无功分量Iq，用来建立磁场，起励磁作用,有功分量Id，用来供给变压器铁心损耗 10I0,4.变压器的空载电流和空载损耗,空载损耗绝大部分是铁心损耗P0，即磁滞损耗与涡流损耗，只有极少部分是一次绕组电阻上的铜损耗I02R 。 可认为变压器的空载损耗就是变压器的 铁心损耗,5.空载运行时相量图,单相变压器电路原理图,理想变压器空载 运行相量图,例12：如图所示，低压照明变压器一次绕组 匝数N1660匝，一次绕组电压Ul220V，现 要求二次绕组输出电压U236V，求二次绕组 匝数N2及变比Ku,解：,降压变

12、压器： Ku1 升压变压器: Ku1,1.3.2 单相变压器的负载运行,单相变压器负载运行,二次绕组中有电流,一次绕组中电流变为i1,1磁动势平衡方程及变流比,变压器负载运行时的磁通势平衡方程式: 因为电源电压不变，故负载时的磁势和空载时 相同：,N1I1 N2I2,忽略I0:,变压器的变流比,变压器的高压绕组匝数多，而通过的电流小，因此绕组所用的导线细；反之低压绕组匝数少，通过的电流大，所用的导线较粗。,结论：,1磁动势平衡方程及变流比,外特性:,一次绕组电压U1和负载的功率因数cos2一 定时，二次绕组电压U2与负载电流I2的关系.,滞后的无功电流产生去磁作用使电压下降,超前的无功电流产生

13、增磁作用使电压上升,用标么值表示，便于不同变压器之间比较,2变压器的外特性及电压变化率,电压变化率：,用U来表示,二次侧空载电压,额定负载时二次侧电压,U反映供电电压的稳定性。 U越小，说明变压器二次绕组输出的电压 越稳定。 常用变压器U为35,例13：某台供电电力变压器将U1N=10000V的 高压降压后对负载供电，要求该变压器在额定 负载下的输出电压为U2=380V，该变压器的电压 变化率U5，求该变压器二次绕组的额 定电压U2N及变比K。,解：,U2N=400V K=U1N/U2N=10000/400=25,3.变压器的损耗及效率,P1=U1I1COS1 P2=U2I2COS2,损耗P

14、P1-P2=Pcu+PFe,（1）铁损耗PFe,基本铁损耗,附加铁损耗,与U1有关，与负载电流无关，当U1不变时， 铁耗基本不变。故铁耗称为不变损耗。,（2）铜损耗PCu,基本铜损耗,附加铜损耗,电流在一次、二次绕组 电阻上产生的损耗,漏磁通产生的集肤效应 使电流在导体内分布不 均匀而产生的额外损耗,铜损耗与负载电流的平方成正比， 所以铜损耗又称为“可变损耗”,（3）效率,中小型电力变压器效率在95以上， 大型电力变压器效率可达99以上.,例14：S9500/10低损耗三相电力变压器额定 容量500kVA，设功率因素为1,二次电压U2N= 400V，铁损耗PFe=0.98KW，额定负载时铜损耗

15、PCu4.1kW，求二次额定电流I2N及变压器效率。,P2=SNCOS=500kW,解：,（4）效率特性,效率也随负载电流I2的变化而变化的关系,负载系数,不变损耗等于可变 损耗时，变压器的 效率最高。 通常最高效率位于 =0.50.6之间,相当于直接接在 一次绕组上的等 效阻抗,1.3.3 变压器的阻抗变换作用,输出变压器、线间变压器,阻抗匹配作用： 如使音响设备输出的阻抗与扬声器的阻抗尽量相等，以获得最大的输出功率。,例15：某晶体管收音机输出电路的输出阻抗 为Z/=392，接入的扬声器阻抗为Z=8，现 加接一个输出变压器使两者实现阻抗匹配，求 该变压器的变比K；若该变压器一次绕组匝数 N

16、1=560匝，问二次绕组匝数N2为多少?,解：,1.4 三相变压器,三相变压器组,1.4.1 三相变压器磁路结构,三相心式变压器,1.变压器的极性,同极性端或同名端：,变压器的一、二次绕组绕在同一个铁心上，当同时交链的磁通交变时，两个绕组中感应出电动势，当一次绕组的某一端点瞬时电位为正时，二次绕组也必有一电位为正的对应端点。这两个对应的端点，称为同极性端或同名端，通常用符号“ ”表示。,1.4.2 三相变压器的极性与连接组,变压器绕组的正确连接图,绕组的错误连接,绕组电压为110V，电源电压为220V 时的连接方法,绕组电压为110V，电源电压为110V 时的连接方法,无感应电动势，将烧毁绕组,2.变压器极性的判定,(1)对两个绕向已知的绕组,绕向不同时， 同名端不同,2.变压器极性的判定,(