3变压器

普通高等教育“十二五”电气信息类规划教材北方工业大学电机与拖动基础及MATLAB仿真陈亚爱周京华编著李正熙主审电机与拖动基础及MATLAB仿真Page2本课程的章节和内容绪论第1章变压器第2章三相交流电动机第3章三相交流电动机的电力拖动第4章直流电机第5章直流电动机的电力拖动第6章驱动和控制微电机第7章电动机容量的选择电机与拖动基础及MATLAB仿真Page3第1章变压器电机与拖动基础及MATLAB仿真Page4本章内容1.1概述1.2单相变压器的空载运行1.3单相变压器的负载运行1.4变压器参数的试验测定1.5标幺值1.6变压器的运行特性1.7三相变压器1.8其他用途的变压器1.9变压器并联运行1.10实例（应用）1.11变压器仿真电机与拖动基础及MATLAB仿真本章教学基本要求1.了解变压器的主要结构、基本工作原理及主要额定值的意义。2.通过变压器的负载运行分析，深入理解负载运行时变压器各物理量之间的关系，绕组折算的物理意义及其计算方法，掌握负载运行时的等效电路、相量图、参数测定及求解电压变化率和效率，学会分析变压器的运行性能。3.熟悉三相变压器的联接组标号，并能根据绕组接线图判别其联接组标号或按照已知的联接组标号画出绕组的接线图。4.了解自耦变压器、仪用互感器的结构特点、基本工作原理和使用注意事项。Page5电机与拖动基础及MATLAB仿真本章教学基本要求1．理解在不同运行状态下I0、I1和I2等参数的物理意义。2．变压器的基本方程、等效电路、相量图以及运行特性。3．三相变压器的联接组标号。重点：Page6电机与拖动基础及MATLAB仿真Page7提问变压器是一种变换交流电的静止电气设备。（注：本书以双绕组电力变压器为研究对象）电力变压器的主要作用是变换电压。电力降压变压器电机与拖动基础及MATLAB仿真Page81.1概述1.1.1变压器的用途与分类变压器按用途可分为输配电用的电力变压器，包括升、降压变压器等；供特殊电源用的特种变压器，包括电焊变压器、整流变压器、电炉变压器、中频变压器等；供测量用的仪用变压器，包括：电流互感器、电压互感器、自耦变压器（调压器）等用于自动控制系统的是小功率变压器；用于通信系统的是阻抗变换器等等。用途电机与拖动基础及MATLAB仿真Page91.1概述1.1.1变压器的用途与分类按铁心结构分类，变压器有心式和壳式两种。分类a）心式变压器b）壳式变压器图1-1心式变压器和壳式变压器电机与拖动基础及MATLAB仿真Page101.1概述1.1.1变压器的用途与分类变压器用途输配电用的电力变压器供特殊电源用的特种变压器供测量用的仪用变压器用于自动控制系统用于通信系统变压器分类升、降压变压器等电焊变压器、整流变压器、电炉变压器、中频变压器等电流互感器、电压互感器、自耦变压器（调压器）等小功率变压器等阻抗变换器等电机与拖动基础及MATLAB仿真Page111.1概述1.1.2变压器的基本工作原理图1-2所示为单相变压器基本工作原理示意图，在同一铁心上分别绕有匝数为N1和N2的两个高、低压绕组，其中接电源的、从电网吸收电能的AX绕组称为一次绕组，接负载的、向外电路输出电能的ax绕组称为二次绕组。N1N2zLXAI1U1mE1I2E2U2ax图1-2单相变压器基本工作示意图一次绕组二次绕组电机与拖动基础及MATLAB仿真Page121.1概述1.1.2变压器的基本工作原理当一次绕组外加电压U1时，一次绕组就有电流I1流过，并在铁心中产生与U1同频率的交变主磁通Φm，主磁通同时链绕一、二次绕组，根据电磁感应定律，会在一、二次绕组中产生感应电动势E1、E2，二次侧在E2的作用下产生负载电流I2，向负载输出电能。N1N2zLXAI1U1mE1I2E2U2ax图1-2单相变压器基本工作示意图一次侧二次侧电机与拖动基础及MATLAB仿真根据电磁感应定律则有：tNetNedddd2211式中k为变压器变比。若忽略绕组内阻和漏磁通，一、二次绕组端电压近似为：2211EUEUkNNEE2121kNNEEUU2121211.1概述1.1.2变压器的基本工作原理Page13（1-1）（1-2）（1-4）电机与拖动基础及MATLAB仿真变压器主要有：铁芯、绕组、油箱、附件等组成。1.1概述1.1.3变压器主要结构Page14电机与拖动基础及MATLAB仿真1.1概述1.1.3变压器主要结构铁心是变压器的磁路部分，由铁心柱（柱上套装绕组）、铁轭（连接铁心以形成闭合磁路）组成，为减小涡流和磁滞损耗，提高磁路导磁性，铁心通常采用厚度为0.27mm~0.35mm的硅钢片涂绝缘漆交错叠成，变压器硅钢片叠法如图1-4所示。铁心小型变压器铁心截面为矩形或方形，大型变压器铁心截面为阶梯形，这是为了充分利用空间。奇数层偶数层a）单相b）三相图1-4变压器硅钢片的叠法Page15电机与拖动基础及MATLAB仿真1.1概述1.1.3变压器主要结构绕组是变压器的电路部分，采用铜或铝线绕制而成，一、二次绕组同心套在铁心柱上，为便于绝缘，一般低压绕组放置在内，高压绕组放置在外，但大容量的低压大电流变压器，考虑到引出线工艺困难，往往把低压绕组套在高压绕组的外面。绕组器身是指铁心和绕组装在一起的整体。器身油箱是装器身和变压器油的，为了便于散热，有的箱壁上焊有散热管。变压器油的作用是绝缘和冷却。油箱Page16电机与拖动基础及MATLAB仿真1.1概述1.1.3变压器主要结构另外，有些场合不宜采用油浸式变压器时，常采用干式变压器，其主要部件是铁心和绕组，干式与油浸式变压器的铁心和绕组结构基本相同，绕组多采用纱包绝缘扁铜导线绕制，为增强绝缘性能，绕组常采用浇注。Page1710kV级SC10型环氧树脂浇注干式变压器电机与拖动基础及MATLAB仿真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1.1概述1.1.4变压器的铭牌数据和主要系列1．变压器的铭牌数据每台变压器都有一铭牌，其示意图如图1-5所示，上面标注着型号、额定值及其它数据，便于用户了解变压器运行性能。Page18电机与拖动基础及MATLAB仿真额定容量SN额定容量是变压器额定工作条件下输出能力的保证值，指额定视在功率，单位：伏安(VA)或千伏安(kVA)或兆伏安(MVA)。一般容量在630kVA以下的为小型电力变压器；800~6300kVA的为中型电力变压器；8000~63000kVA为大型电力变压器；90000kVA及以上的为特大型电力变压器。1.1概述1.1.4变压器的铭牌数据和主要系列1．变压器的铭牌数据Page19电机与拖动基础及MATLAB仿真额定电压U1N/U2N额定电压均指线值电压。一次侧额定电压U1N是指电源加在一次绕组上的额定电压；二次侧额定电压U2N是指一次侧加额定电压二次侧空载时二次绕组的端电压，单位：伏（V）或千伏（kV）。1.1概述1.1.4变压器的铭牌数据和主要系列1．变压器的铭牌数据额定电流I1N/I2N额定电流均指线值电流。一、二次侧额定电流是指在额定容量和额定电压时长期允许通过的电流，单位：安（A）额定频率fN额定频率指工业用电频率，我国规定为50Hz。Page20电机与拖动基础及MATLAB仿真变压器的额定容量、额定电压、额定电流之间的关系为：单相变压器：三相变压器：N2N2N1N1NIUIUSN2N2N1N1N33IUIUS1.1概述1.1.4变压器的铭牌数据和主要系列1．变压器的铭牌数据Page21（1-5）（1-6）电机与拖动基础及MATLAB仿真（1）型号说明变压器型号包括：基本代号、额定容量、额定电压及结构性能特点。例如型号为：SL7-630/10“S”代表三相“L”代表铝导线“7”代表设计序号“630”代表额定容量为630kVA“10”代表高压绕组额定电压为10kV。1.1概述1.1.4变压器的铭牌数据和主要系列2．变压器的主要系列Page22电机与拖动基础及MATLAB仿真(2)主要系列我国生产的各种变压器系列产品有：S7、SL7、S9、SC8等。其中SC8型为环氧树脂浇注干式变压器。1.1概述1.1.4变压器的铭牌数据和主要系列2．变压器的主要系列Page23电机与拖动基础及MATLAB仿真1.1概述1.1.4变压器的铭牌数据和主要系列【例题1-1】A5115A10320003N1NN1.USIA82886A403200032NN2N..USI4144031032N1N../U/Uk注意：变压器的电压比是指一、二次侧相电压之比。有一台三相电力变压器，已知：SN=2000kVA，U1N/U2N=10/0.4kV，ƒ=50Hz，Yd11联接组标号。试求：（1）高、低压侧的额定电流；（2）电压比。（1）高、低压侧的额定电流（2）电压比注意：变压器的电压比是指一、二次侧相电压之比。Page24电机与拖动基础及MATLAB仿真1.1概述1.1.4变压器的铭牌数据和主要系列【补充作业题1】注意：变压器的电压比是指一、二次侧相电压之比。有一台三相电力变压器，其型号为S9-1000/10，已知U1N/U2N=10/0.4kV，ƒ=50Hz，Yd11联接组别。试求：（1）高、低压侧额定电流；（2）变比。Page25电机与拖动基础及MATLAB仿真变压器空载运行也称无载运行，它是指一次侧加电源电压，二次侧开路的运行状况。1u0i1.2单相变压器的空载运行1.2.1变压器空载运行时的磁场tNedd112022ddutNetNeΦdd1s11s1s10riPage26m010ΦFNi图1-6变压器空载运行原理图N1N2XAI0U1mE1I2=0E2U20axs1Es1电机与拖动基础及MATLAB仿真N1、N2分别为一、二次绕组匝数；U1为电源电压；I0为原边空载电流；Φm、Φs1分别为主磁通和漏磁通；E1、Es1、E2分别为一次侧感应电动势、漏感电动势和二次侧感应电动势；U20为二次侧空载电压。1.2单相变压器的空载运行1.2.1变压器空载运行时的磁场Page27图1-6变压器空载运行原理图N1N2XAI0U1mE1I2=0E2U20axs1Es1电机与拖动基础及MATLAB仿真漏磁通Φs1只占主磁通的(0.1~0.2)%，主磁通Φm与i0之间呈非线性关系，向二次侧传递能量；而漏磁通Φs1与i0之间呈线性关系，不能向二次侧传递能量。mΦ产生m0IIμIFeI铁损电流磁化电流起励磁作用无功分量空载损耗、有功分量励磁电流1.2单相变压器的空载运行1.2.1变压器空载运行时的磁场N1N2XAI0U1mE1I2=0E2U20axs1Es1图1-6变压器空载运行原理图Page28主磁通漏磁通电机与拖动基础及MATLAB仿真问题：如何确定变压器各电磁量正方向？1.2单相变压器的空载运行1.2.1变压器空载运行时的磁场Page29电机与拖动基础及MATLAB仿真规定各电磁量的正方向原则为：一次绕组是电源的负载，则一次侧各量按电动机惯例；二次绕组是电源，则二次侧各量按发电机惯例。具体规定如下：1.由于u1是交流电，先任意规定Ù1的正方向；2.正方向的Ù1确定了Ì0的正方向；3.Φm、Φs1正方向与Ì0的正方向之间符合右手螺旋定则；4.E1、Es1正方向分别与Φm、Φs1正方向之间符合右手螺旋定则；5.E2正方向与Φm正方向之间符合右手螺旋定则；6.E2正方向与Ù2的正方向相反。1.2单相变压器的空载运行1.2.2变压器各电磁量正方向Page30电机与拖动基础及MATLAB仿真1.2单相变压器的空载运行1.2.2变压器各电磁量正方向1.和按电动机惯例，吸收电功率1U0I