第1章变压器

LFChun制作第2章变压器2.1变压器的工作原理2.2变压器的基本结构2.3变压器的运行分析2.4变压器的参数测定2.5变压器的运行特性2.6三相变压器的联结组2.7三相变压器的并联运行2.8自耦变压器2.9三绕组变压器2.10仪用互感器第2章变压器2.1变压器的工作原理2.2变压器的基本结构2.3变压器的运行分析2.4变压器的参数测定2.5变压器的运行特性2.6三相变压器的联结组2.7三相变压器的并联运行2.8自耦变压器2.9三绕组变压器2.10仪用互感器返回主页电机与拖动2.1变压器的工作原理1.单相变压器＋u2－e2e2e1e1＋u1－i1i2Φ12一次绕组二次绕组施加：u1→i1→N1i11Φ→e1e1e2u2→i2→N2i2→2→e2→L1→L2ZL第2章变压器(1)电压变换一次侧电路E1=－j4.44fN1ΦmU1=－E1+(R1+jX1)I1=－E1+Z1I1※R1：一次绕组电阻。X1：一次绕组漏电抗。Z1：一次绕组漏阻抗。忽略Z1，则U1≈－E1图形符号表示的电路图ZL－e1＋＋e2－i1+u1－i2＋u2－2.1变压器的工作原理二次侧电路E2=－j4.44fN2Φm=E2－Z2I2U2=E2－(R2+jX2)I2U2=ZLI2U2≈E2※R2、X2、Z2：二次绕组的电阻、漏电抗、漏阻抗。忽略Z2，则一、二次绕组的电动势之比称为电压比≈U1U2k=E1E2=N1N2忽略Z1和Z22.1变压器的工作原理(2)电流变换i2的大小由什么决定？i1的大小由什么决定？I2由|ZL|决定；I1取决于I2。I1随I2变化的原因：①能量守恒。②从电磁关系分析:U1N4.44fN1Φm≈=常数N1i1↓↑N2i2N1i0→ΦN1I1+N2I2=N1I0磁通势平衡方程：当：I2=I2N，I1=I1N（满载）在满载或接近满载时，I0可忽略不计。2.1变压器的工作原理I1=－N2N1I2N1I1+N2I2=0I1I2N2N1=1k=大小关系：相位关系：I1与I2相位相反。I2具有去磁性质：I2削弱Φm→Φm不变→I1增加→以维持Φm不变。因此I2↑→I1↑。——电流变换。e2e2e1e1＋u1－i1ZLi2Φ12＋u2－2.1变压器的工作原理(3)阻抗变换|ZL|N1N2I1+U1－I2＋U2－忽略Z1、Z2、I0，则=U1U2I2I1==kN1N2|Ze|=U1I1=kU2I2/kU2I2=k2|Ze|=k2|ZL|等效变压器的阻抗变换I1k2|ZL|+U1－2.1变压器的工作原理【例2.1.1】某半导体收音机的输出需接一只电阻为800的扬声器（喇叭），而目前市场上供应的扬声器电阻只有8。问利用电压比为多少的变压器才能实现这一阻抗匹配？解：ReRLk=8008==102.1变压器的工作原理2.三相变压器(1)三相变压器的种类三相组式变压器、三相心式变压器。①三相组式变压器特点：三相之间只有电的联系，没有磁的联系。U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w22.1变压器的工作原理②三相心式变压器特点：三相之间既有电的联系，又有磁的联系。U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w22.1变压器的工作原理联结方式高压绕组低压绕组星形有中性线YNyn星形无中性线Yy三角形DdGB:Y,yn、Y,d、YN,d、Y,y、YN,y(2)三相绕组的联结方式最常用的三种2.1变压器的工作原理【例2.1.2】某三相变压器，Y,d联结。向某对称三相负载供电。已知一次绕组的线电压U1L=66kV，线电流I1L=15.76A；二次绕组的线电压U2L=10kV，线电流I2L=104A。负载的功率因数2=cos2=0.8。求该变压器一、二次绕组的相电压和相电流以及变压器输出的视在功率、有功功率和无功功率。解：(1)一次绕组的相电压和相电流U1P=U1L3=kV=38.11kV661.732I1P=I1L=15.76A(2)二次绕组的相电压和相电流U1P=U1L=10kV2.1变压器的工作原理I2P=I2L3=A=60.05A1041.732(3)输出的视在功率、有功功率和无功功率S2=3U2LI2L=1.732×10×104kV·A=1800kV·AP2=3U2LI2Lcos2=1.732×10×104×0.8kW=1441kWQ2=3U2LI2Lsin2=1.732×10×104×0.6kvar=1080.8kvar2.1变压器的工作原理2.2变压器的基本结构1.主要部件(1)铁心由硅钢片叠成或非晶合金制成。12341432奇数层偶数层(2)绕组用绝缘圆导线或扁导线绕成。(3)其他外壳、油箱、油、油枕、绝缘导管等。第2章变压器(1)按用途分类电力变压器、电炉变压器、整流变压器、仪用变压器等。(2)按相数分类单相变压器、多相变压器。(3)按每相绕组的个数分类双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器、自耦变压器等。(4)按冷却方式分类干式、油浸式。(5)按结构形式分类：心式变压器和壳式变压器。2.主要种类2.2变压器的基本结构铁心柱铁心柱铁轭铁轭11112222心式变压器低压绕组高压绕组2.2变压器的基本结构(b)单相心式变压器示意图2.2变压器的基本结构铁轭铁轭壳式变压器铁铁铁心轭柱轭11222.2变压器的基本结构单相壳式变压器更多的图片2.2变压器的基本结构三相油浸式电力变压器2.2变压器的基本结构S9型配电变压器（10kV）更多的图片2.2变压器的基本结构大型油浸电力变压器更多的图片2.2变压器的基本结构大型油浸电力变压器更多的图片2.2变压器的基本结构干式变压器更多的图片3.额定值(1)额定电压U1N/U2N指空载电压的额定值。即当U1=U1N时,U20=U2N如铭牌上标注:电压10000/230V※三相变压器是指线电压。(2)额定电流I1N/I2N指满载电流值，即长期工作所允许的最大电流。※三相变压器是指线电流。2.2变压器的基本结构指视在功率的额定值。※单相变压器：SN=U2NI2N=U1NI1N※三相变压器：(3)额定功率（额定容量）SN(4)额定频率fN一般：fN=50Hz（工频）SN=√3U2NI2N=√3U1NI1N2.2变压器的基本结构【例2.2.1】某三相变压器，YN,d联结，容量SN=500kV·A，额定电压U1N/U2N=35/11kV。求该变压器在额定状态下运行时，高、低压绕组的线电流和相电流。解：(1)高压绕组的额定线电流I1NL=I1N=SN3U1N=A=8.25A500×1031.732×35×103因高压绕组为Y形联结，额定相电流为I1NP=I1NL=8.25A2.2变压器的基本结构(2)低压绕组额定线电流I2NL=I2N=SN3U1N=A=26.24A500×1031.732×11×103因低压绕组为△形联结，额定相电流为I2NP=I2NL3=A=15.15A26.241.7322.2变压器的基本结构2.3变压器的运行分析1.等效电路ZL＋U1－I1R1jX1－E1＋－E2＋jX2R2I2－U2＋空载时Φ对电路的作用:①产生感应电动势，形成绕组电感。因为Φm≈常数，可用一个等效的线性电感L来代替，即(1)E1的处理问题第2章变压器PFeI02Rm=励磁电抗：Xm=ωL②产生铁损耗该损耗可以用等效电阻Rm来代替，即励磁电阻：励磁阻抗：Zm=Rm+jXm励磁电抗：Xm=√|Zm|2－Rm2E1=－ZmI02.3变压器的运行分析(2)二次绕组的折算E2'=E1①折算条件N2I2不变、P2不变。②用一个匝数为N1的假想绕组代替N2，使③折算后的二次绕组电流N1I2'=N2I2I2'=N2N1I2=I2k2.3变压器的运行分析④折算后的二次绕组电动势和电压匝数相同E2'=E1=kE2输出视在功率不变U2'I2'=U2I2U2'=I2I2'U2=kU22.3变压器的运行分析⑤折算后二次绕组的阻抗有功功率不变R2'I2'2=R2I22R2'=R2I22I2'2=k2R2无功功率不变X2'I2'2=X2I22X2'=X2I22I2'2=k2X2因而Z2'=k2Z2ZL'=k2ZL折算实质上是在功率和磁通势保持不变的条件下，对绕组的电压、电流所进行的一种线性变换。2.3变压器的运行分析(3)T型等效电路ZL'＋U1－I1R1jX1－E1=E2'＋I0'－U2'＋jX2'R2'I2'2.3变压器的运行分析(4)简化等效电路该电路用于满载或接近满载运行时的分析、计算。短路电阻：RS=R1+R2'短路电抗：XS=X1+X2'短路阻抗：ZS=RS+jXSI0很小，I1≈I2ZL'＋U1－I1＝－I2'RSjXS－U2'＋2.3变压器的运行分析【例2.3.1】一台单相变压器，U1N/U2N=380/190V，Z1=(0.4＋j0.8)，Z2=(0.15＋j0.3)，Zm=(600＋j1200)，ZL=(7.5＋j4.75)，当一次绕组加上额定电压380V时，试分别用T型等效电路和简化等效电路求负载电流和电压的实际值。解：(1)用T型等效电路k=U1NU2N==2380190Z2'=k2Z2=22(0.15＋j0.3)=(0.6＋j1.2)ZL'=k2ZL=22(7.5＋j4.75)=(30＋j19)=35.532.35O2.3变压器的运行分析电路总阻抗Ze=Z1＋Zm(Z2'＋ZL')Zm＋Z2'＋ZL'=36.634.88OI1=U1Ze=A36.634.88O3800O=10.38－34.88OAE2'=E1=Z1I1－U1=[(0.4＋j0.8)×－]V10.38－34.88O3800O=376.62180.72OVI2'=E2'Z2'＋ZL'=10.27147.3OA2.3变压器的运行分析I2=kI2'=2×10.27A=20.54AU2=|ZL|I2(2)用简化等效电路ZS=Z1＋Z2'=(1.0＋j2.0)=182.35V=7.52＋4.752×20.54V=10.1534.1OAI1=－I2'=U1ZS＋ZL'I2=kI2'=2×10.15A=20.3AU2=|ZL|I2=180.22V2.3变压器的运行分析项目折算前折算后一次侧电压方程二次侧电压方程电流关系感应电动势感应电动势的关系输出电压2.基本方程式U1=－E1＋Z1I1U1=－E1＋Z1I1U2=E2－Z2I2U2'=E2'－Z2'I2'N1I1＋N2I2=N1I0I1＋I2'=I0E1=－ZmI0E1=－ZmI0E1=kE2E1=E2'U2=ZLI2U2'=ZL'I2'2.3变压器的运行分析3.相量图※设：U2=U20°U2'I2'电感性负载2R2'I2'jX2'I2'I0－I2'I1R1I11U12.3变压器的运行分析电容性负载U2'I2'R2'I2'jX2'I2'I0－I2'U12I1R1I1jX1I112.3变压器的运行分析电阻性负载U2'I2'R2'I2'jX2'I2'I0－I2'U1R1I11I12.4变压器的参数测定1.空载试验测量:k、PFe、Zm低压侧高压侧＋U1－VAWV实验数据：U1N、I0、P0、U20。(1)铁损耗P0=PFe＋PCu=RmI02＋R1I02PFe≈P0(2)励磁阻抗模|Zm|≈|Z1+Zm|=U1NI0第2章变压器(3)励磁电阻Rm≈R1＋Rm=P0I02(4)励磁电抗Xm=√|Zm|2－Rm2(5)电压比U20U1Nk=(6)折算对于降压变压器，Rm、Xm和Zm需要折算。实际值为|Zm|=k2U1NI0Rm=k2P0I02Xm=√|Zm|2－Rm22.4变压器的参数测定2.短路试验测量：PCu、短路参数。实验方法：逐渐增加U1，使电流达到额定值：I1=I1N。U1=(5%~10%)U1N高压侧低压侧＋U1－AVW实验数据：US=U1、IS=I1N、PS。(1)铜损耗PCu≈PFe+PCu=PS(2)短路阻抗模|ZS|=USIS2.4变压器的参数测定(3)短路电阻|RS|=PSIS2(4)短路电抗XS=√|ZS|2－RS2(5