船舶电气设备及系统大连海事大学变压器.pptx
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1、船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 发电厂发电厂1.05万伏万伏输电线输电线22万伏万伏升压升压变电站变电站1万伏万伏降压降压实验室实验室380/220伏伏降压降压仪器仪器36伏伏降压降压变压器应用变压器应用2.1 2.1 变压器的基本结构和铭牌数据变压器的基本结构和铭牌数据第1页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室变压器的结构变压器的结构铁芯铁芯原边原边绕组绕组副边副边绕组绕组第2页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室a.心式变压器心式变压器b.
2、壳式变压器壳式变压器三相变压器三相变压器第3页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 额定容量额定容量 传送功率的最大能力。(额定视在功率)传送功率的最大能力。(额定视在功率)(理想单相双绕组)(理想单相双绕组)变压器的铭牌数据变压器的铭牌数据(理想三相双绕组)(理想三相双绕组)第4页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 额定电压额定电压 变压器副边开路(空载)时,原、副边绕组允变压器副边开路(空载)时,原、副边绕组允 许的电压值。许的电压值。额定电流额定电流 变压器满载运行时,原、副边绕组允
3、许的电流值。变压器满载运行时,原、副边绕组允许的电流值。第5页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室变压器几个功率的关系变压器几个功率的关系:效率效率负载功负载功率因数率因数原边输入功率:原边输入功率:输出功率:输出功率:容量:容量:第6页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室容量容量 SN 输出功率输出功率 P2 原边输入功率原边输入功率 P1 输出功率输出功率 P2注意:注意:第7页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室接上交流电源接上交流电
4、源 u1 原边电流原边电流 i1等等 于励于励 磁电流磁电流 i10 i10 产生磁通产生磁通(交变)(交变)2.2 2.2 变压器的工作原理及运行特性变压器的工作原理及运行特性变压器的空载运行及变压原理变压器的空载运行及变压原理变压器的空载运行及变压原理变压器的空载运行及变压原理第8页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 产生感应电动势产生感应电动势(e e 、方向符合右手定则)方向符合右手定则)第9页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室根据交流磁路的分析可得:根据交流磁路的分析可得:时时
5、 U1E1 ,U2E2第10页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室结论:改变匝数比,就能改变输出电压。结论:改变匝数比,就能改变输出电压。K为为变比变比,Ku变压比变压比第11页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 上述分析忽略了次要因素,作定量分析和上述分析忽略了次要因素,作定量分析和计算时,还需考虑如下因素:计算时,还需考虑如下因素:(1)原副边绕组的导线电阻原副边绕组的导线电阻r1、r2引起的压引起的压降。由于其阻值较小,在要求不高的场降。由于其阻值较小,在要求不高的场合,可忽略。合,
6、可忽略。第12页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室(2)(2)漏磁通的存在。主要穿过空漏磁通的存在。主要穿过空气等,其磁导率为常数。因气等,其磁导率为常数。因而,而,1 1与空载励磁电流与空载励磁电流I I0 0成成正比,其比例系数为漏磁电正比,其比例系数为漏磁电感感L L1 1,设其感抗为,设其感抗为X1,由于,由于感应电势电流均为正弦量,感应电势电流均为正弦量,以相量表示为:以相量表示为:主磁通:主磁通:漏磁通:漏磁通u1i引入引入X1的目的,可把漏磁感应电势的目的,可把漏磁感应电势E1用电抗压降得用电抗压降得形式在电路中反映出来。形式
7、在电路中反映出来。第13页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室(3)(3)铁心的磁滞和涡流损失。铁心的磁滞和涡流损失。为电流为电流I0在励磁过程中的一在励磁过程中的一部份有功分量。部份有功分量。E E1 1用电压降用电压降的形式来表示:的形式来表示:主磁通:主磁通:漏磁通:漏磁通u1iXm 励磁电抗,表征铁心磁化性能的集中参数励磁电抗,表征铁心磁化性能的集中参数rm 励磁电阻,反映磁滞和涡流引起的有功损耗励磁电阻,反映磁滞和涡流引起的有功损耗第14页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室由于铁
8、磁材料的饱和特性,其磁导率不为常数,由于铁磁材料的饱和特性,其磁导率不为常数,因此因此X Xm m、r rm m不是常数,随饱和程度的增大而减小。一不是常数,随饱和程度的增大而减小。一般情况下,原边电压基本恒定,可以认为般情况下,原边电压基本恒定,可以认为Xm、rm的值的值基本不变。基本不变。综合上述因素,变压器原边的电压方程为:综合上述因素,变压器原边的电压方程为:第15页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室变压器励磁阻抗,通常变压器励磁阻抗,通常Xm rm 故故Zm主要取决主要取决Xm。原边绕组的漏阻抗,为一数值原边绕组的漏阻抗,为一数值
9、较小的常数,若忽略则较小的常数,若忽略则E1U1第16页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室变压器的负载运行及磁势平衡关系变压器的负载运行及磁势平衡关系变压器的负载运行及磁势平衡关系变压器的负载运行及磁势平衡关系原边接电源电压,原边接电源电压,副边接负载时,在副边接负载时,在副边感应电动势的副边感应电动势的作用下,副边绕组作用下,副边绕组中存在负载电流,中存在负载电流,负载电流随负载的负载电流随负载的变化而变化。此时变化而变化。此时称变压器为负载运称变压器为负载运行。行。第17页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮
10、机学院电气及自动化教研室1 1 1 1)磁势平衡关系)磁势平衡关系)磁势平衡关系)磁势平衡关系变压器运行时,副边变压器运行时,副边电流也产生的磁势,电流也产生的磁势,并作用在同一铁心,并作用在同一铁心,因此在负载运行时,因此在负载运行时,铁心中的磁通由原边铁心中的磁通由原边磁势和副边磁势共同磁势和副边磁势共同产生。产生。忽略次要因素,忽略次要因素,E1U1,当,当U1不变时,其铁心主磁不变时,其铁心主磁通通m m近似为定值。近似为定值。空载磁势空载磁势第18页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室I1由两部分组成;由两部分组成;1、维持主磁通的
11、空载电流分量、维持主磁通的空载电流分量I02、(N2/N1)I2,随负载变化,用于抵消副边电流的去磁,随负载变化,用于抵消副边电流的去磁作用。当副边电流增大时,原边电流也随之增大,通作用。当副边电流增大时,原边电流也随之增大,通过电磁作用,变压器把功率从原边传递到了副边。过电磁作用,变压器把功率从原边传递到了副边。第19页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室2 2 2 2)等效电路及电压平衡关系)等效电路及电压平衡关系)等效电路及电压平衡关系)等效电路及电压平衡关系综合变压器负载运行的物理过程,可得出变压器负载运行时的一组基本方程及相应的原副
12、边绕组的等效电路。第20页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室2 2 2 2)等效电路及电压平衡关系)等效电路及电压平衡关系)等效电路及电压平衡关系)等效电路及电压平衡关系第21页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 虽然方程组和等效电路综合反映了变压器负载运行时内部的电磁关系。但是,由于变压器原副边之间没有直接电的联系,因而等效电路是两个独立的电回路,它们之间的各个量是通过磁势平衡方程式联系起来的,这给分析、计算带来了不便。第22页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教
13、研室轮机学院电气及自动化教研室2 2 2 2)变压器的折算及简化等效电路)变压器的折算及简化等效电路)变压器的折算及简化等效电路)变压器的折算及简化等效电路 变压器的折算就是在保证变压器中磁势平衡关系、能量传递等物理过程不变的前提下对副边各个量进行等效变换(也可将原边各个量变换到副边)到原边,便于分析计算。第23页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室2 2 2 2)变压器的折算及简化等效电路)变压器的折算及简化等效电路)变压器的折算及简化等效电路)变压器的折算及简化等效电路当I1I0,一般情况下可以忽略I0,即可认为Zm为无穷大而开路,可化为
14、右图。利用该电路进行变压器的运行分析、计算将显得简便和直观。第24页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室变压器的运行特性变压器的运行特性变压器的运行特性变压器的运行特性变压器的效率变压器的效率 由于变压器中无转动部分,在能量传递由于变压器中无转动部分,在能量传递过程中的损耗主要为铜损和铁损两部分,过程中的损耗主要为铜损和铁损两部分,一般效率都很高,大多数在一般效率都很高,大多数在95%95%以上,大以上,大型变压器的效率可达型变压器的效率可达9999以上。以上。第25页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气
15、及自动化教研室变压器的外特性变压器的外特性原边加额定电压,原边加额定电压,副边负载功率因数副边负载功率因数cos2cos2一定时,副一定时,副边端电压随负载电边端电压随负载电流变化的关系,即流变化的关系,即U2=(I2)U2=(I2)第26页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室电压变化率电压变化率变压器的电压变化率一般很小,为变压器的电压变化率一般很小,为4%4%6%6%左右。左右。第27页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室变压器的短路电压及短路阻抗变压器的短路电压及短路阻抗 短路阻抗可通
16、过变压器的短路试验测得短路阻抗可通过变压器的短路试验测得 副边绕组短接,原边绕组副边绕组短接,原边绕组加电压,由零逐渐升高,加电压,由零逐渐升高,直到绕组中的电流达到额直到绕组中的电流达到额定值为止定值为止(副边电流也达额副边电流也达额定值定值)。测量各量。测量各量。第28页/共62页船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 Uk为试验中电流达额定值时原边电压值,称为试验中电流达额定值时原边电压值,称为短路电压。变压器的短路电压是衡量变压器为短路电压。变压器的短路电压是衡量变压器短路特性的一个重要参数。短路特性的一个重要参数。从运行性能方面考虑,要求短路电
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