第四章---变压器.ppt
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1、第一节第一节 概述概述1、变压器的用途、变压器的用途 变压器是一种为了实现电能根据输送距离所需的不变压器是一种为了实现电能根据输送距离所需的不同电压等级合理输送而专门改变电压的设备。同电压等级合理输送而专门改变电压的设备。2、变压器的简单工作原理变压器的简单工作原理3、变压器的分类:、变压器的分类:本章所介绍的变压器是电力变压器,本章所介绍的变压器是电力变压器,多为三相变压器、双绕组变压器。多为三相变压器、双绕组变压器。4、变压器的结构:、变压器的结构:主要由铁芯、线圈、油箱和绝缘套管主要由铁芯、线圈、油箱和绝缘套管等部分组成,其中铁芯构成磁路,线圈构成电路。等部分组成,其中铁芯构成磁路,线圈
2、构成电路。5、变压器的额定数据变压器的额定数据6、思考题:变压器能否改变直流电压?为什么?、思考题:变压器能否改变直流电压?为什么?返回总目录 本章目录 下一节 下一章变压器的简单工作原理变压器的简单工作原理 变压器是通过电磁感应原理,把某一种电压等级的交流变压器是通过电磁感应原理,把某一种电压等级的交流电能转换成频率相同的另一种电压等级的交流电能的。它是电能转换成频率相同的另一种电压等级的交流电能的。它是一种静止的能量变换器。一种静止的能量变换器。AXaxu1i1u2e1e2W1W2i2当原绕组接通交流电源时,当原绕组接通交流电源时,在电源电压作用下,原绕组在电源电压作用下,原绕组中流过交流
3、电流,并在铁芯中流过交流电流,并在铁芯中产生交变磁通,同时交链中产生交变磁通,同时交链原、副绕组,从而在原、副原、副绕组,从而在原、副绕组中感应出电势。绕组中感应出电势。u1e1=W1dd tu2e2=W1dd t =u1u2e1e2W1W2变压器原、副绕组电势之比以及电压变压器原、副绕组电势之比以及电压之比都等于原、副绕组匝数之比,只之比都等于原、副绕组匝数之比,只要改变原、副绕组的匝数,便可到达要改变原、副绕组的匝数,便可到达改变副绕组输出电压的目的。改变副绕组输出电压的目的。返回变压器的额定数据变压器的额定数据1、额定电压额定电压U1e/U2e:U1e为原绕组额定电压,是指在正常运行时原
4、绕为原绕组额定电压,是指在正常运行时原绕组接线端点间应该接入的电压;组接线端点间应该接入的电压;U2e为副绕组额定电压,是指原绕组接入为副绕组额定电压,是指原绕组接入U1e时副绕组端点间的空载电压。时副绕组端点间的空载电压。对于三相变压器,上述电压均指对于三相变压器,上述电压均指线电压线电压。2、额定电流额定电流I1e/I2e:I1e为原绕组额定电流,为原绕组额定电流,I2e为副绕组额定电流。为副绕组额定电流。对于三相变压器,上述电流均指对于三相变压器,上述电流均指线电流线电流。3、额定容量额定容量Se:单相变压器的额定容量为单相变压器的额定容量为 Se=U1eI1e=U2eI2e 三相变压器
5、的额定容量为三相变压器的额定容量为 Se=3 U1eI1e=3 U2eI2e4、短路电压(也称阻抗电压)短路电压(也称阻抗电压)uK%5、空载电流空载电流 I0%6、空载损耗空载损耗 p0,也称铜耗,也称铜耗,是变压器在空载状态(原绕组加额定电是变压器在空载状态(原绕组加额定电压而副绕组开路)时产生的损耗。压而副绕组开路)时产生的损耗。7、短路损耗短路损耗 pK,也称铁耗,也称铁耗,是指一个绕组通过额定电流而另一个绕是指一个绕组通过额定电流而另一个绕组短路时所产生的损耗。组短路时所产生的损耗。返回第二节第二节 变压器的空载运行变压器的空载运行1、变压器空载运行时的物理状况变压器空载运行时的物理
6、状况2、变压器空载运行时的基本电磁关系变压器空载运行时的基本电磁关系3、变压器的空载电流变压器的空载电流4、变压器空载时的相量图变压器空载时的相量图5、变压器空载时的等值电路图和励磁参数变压器空载时的等值电路图和励磁参数返回总目录 本章目录下一节 下一章上一节变压器空载运行时的物理状况变压器空载运行时的物理状况 将变压器的原绕组接到交流电源上而副绕组开路,这时在原绕组将变压器的原绕组接到交流电源上而副绕组开路,这时在原绕组里就有电流流过,同时在变压器的铁芯中产生了磁通,从而在副绕组的里就有电流流过,同时在变压器的铁芯中产生了磁通,从而在副绕组的端点间产生了电压。这种运行状态就叫做变压器的空载运
7、行状态。端点间产生了电压。这种运行状态就叫做变压器的空载运行状态。I0.m.AXaxW1W2I2=0.U1.E1.E1.E2.U2.1.E2.U1.I0.F0.m.1.E1.E1.返回变压器空载运行时的基本电磁关系变压器空载运行时的基本电磁关系E1=-j4.44 f W1 m.E2=-j4.44 f W2m.E1=-j4.44 f W1 1m=-j I0 x1.原绕组电势平衡方程式:原绕组电势平衡方程式:U1=-(E1+E1)+I0 r1=-E1+I0(r1+j x1)=-E1+I0 Z1.副绕组电势平衡方程式:副绕组电势平衡方程式:U2=E2.变压器的变压比(简称变比):变压器的变压比(简称
8、变比):U1U2E1E2W1W2k=可将漏阻抗压降可将漏阻抗压降 I0Z1忽略不计,则:忽略不计,则:U1-E1.返回变压器中各电磁量假设正方向的惯例变压器中各电磁量假设正方向的惯例思考:一台变压器,若误把原边接到直流电源上,其电压思考:一台变压器,若误把原边接到直流电源上,其电压大小与额定电压相同,电流大小将会怎样?大小与额定电压相同,电流大小将会怎样?变压器的空载电流变压器的空载电流 变压器空载运行时,流经原绕组的空载电流变压器空载运行时,流经原绕组的空载电流 i0有两个作用:一是有两个作用:一是用来建立空载时的主磁通,它不消耗有功功率,仅仅起磁化铁芯的作用,用来建立空载时的主磁通,它不消
9、耗有功功率,仅仅起磁化铁芯的作用,将此空载电流分量称为磁化电流(又称励磁电流),以将此空载电流分量称为磁化电流(又称励磁电流),以im表示;二是用表示;二是用来克服空载时的变压器损耗,它消耗有功功率,我们认为变压器空载时来克服空载时的变压器损耗,它消耗有功功率,我们认为变压器空载时的有功损耗就是其铁芯损耗,将此空载电流分量称为铁耗电流,以的有功损耗就是其铁芯损耗,将此空载电流分量称为铁耗电流,以iFe表示。故表示。故 i0=im+iFe 1、忽略铁芯损耗时的空载电流(、忽略铁芯损耗时的空载电流(i0=im)铁芯不饱和时:空载电流与主磁通变化规律一致,且相位一致。铁芯不饱和时:空载电流与主磁通变
10、化规律一致,且相位一致。铁芯饱和时:空载电流变化规律为尖顶波,含有高次谐波分量,而铁芯饱和时:空载电流变化规律为尖顶波,含有高次谐波分量,而基波分量与主磁通同相位。基波分量与主磁通同相位。2、考虑铁芯损耗时的空载电流(、考虑铁芯损耗时的空载电流(i0=im+iFe)空载电流仍为尖顶波,超前主磁通空载电流仍为尖顶波,超前主磁通m角,此角,此m角称为磁滞角。角称为磁滞角。3、一般,铁耗电流很小,可将空载电流近似认为是励磁电流。、一般,铁耗电流很小,可将空载电流近似认为是励磁电流。思考:思考:1、变压器空载运行时,电源送入什么性质、变压器空载运行时,电源送入什么性质的功率,消耗在哪里?的功率,消耗在
11、哪里?2、变压器空载运行时,为什么功率因数很、变压器空载运行时,为什么功率因数很低?低?返回变压器空载时的相量图变压器空载时的相量图E1.E2.U1.I0.I0 r1.Im.m.IFe.j I0 x1.0-E1.根据:U1=-E1+I0 r1+j I0 x1.E1=-j4.44 f W1 m.E2=-j4.44 f W2m.U2=E2.返回变压器空载时的等值电路图和励磁参数变压器空载时的等值电路图和励磁参数所谓等值电路就是把变压器用一个线性电路来代替。所谓等值电路就是把变压器用一个线性电路来代替。U1=-E1+I0 r1+j I0 x1.引入:-E1=I0 Zm=I0(rm+j xm).则:U
12、1=-E1+I0Z1=I0Zm+I0Z1=I0(Zm+Z1).r1x1rmxmU1.I0.E1.参数参数r1 和和x1是常数,而是常数,而rm和和xm却不是常数,是随电压却不是常数,是随电压而变化的。而变化的。返回第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行1、变压器负载运行时的物理状况变压器负载运行时的物理状况2、变压器负载时原绕组产生变压器负载时原绕组产生的磁势平衡方程式的磁势平衡方程式3、变压器负载时的电势平衡方程式变压器负载时的电势平衡方程式4、变压器参数的折算变压器参数的折算5、变压器负载时的等值电路变压器负载时的等值电路返回总目录 本章目录下一节 下一章上一节变压器负载运行时的物
13、理状况变压器负载运行时的物理状况 将变压器的原绕组接到交流电源上而副绕组端接上负载时的工作情况,称为变压器的负载运行。I1.m.AXaxW1W2I2.U1.E1.E1.E2.U2.1.E2.2.ZfzE2.U1.I1.F1.m.1.E1.E1.I2.F2.F0.2.E2.返回变压器负载时原绕组产生的磁势平衡方程式变压器负载时原绕组产生的磁势平衡方程式F1=F0+F2.I1W1=I0W1+(-I2W2).I1=I0+(-I2)=I0+I1.W2W1.原绕组磁势原绕组磁势F1=I1W1可分解为两部分:一部分是产生变压器负载时主可分解为两部分:一部分是产生变压器负载时主磁通磁通m的励磁分量的励磁分量
14、F0=I0W1,另一部分则抵消副绕组磁势,另一部分则抵消副绕组磁势F2=I2W2对原绕对原绕组磁势的影响,故这部分在数值上应和组磁势的影响,故这部分在数值上应和F2相等,但相位与相等,但相位与F2相反,即:相反,即:.上式说明,原绕组的电流可认为由两个分量组成:一个分量上式说明,原绕组的电流可认为由两个分量组成:一个分量I0 用来在变用来在变压器铁芯中产生主磁通压器铁芯中产生主磁通m,它是,它是I1的励磁分量;另一个分量是借助电磁的励磁分量;另一个分量是借助电磁耦合提供给负载的,称为原绕组电流的负载分量(即原绕组电流的增量耦合提供给负载的,称为原绕组电流的负载分量(即原绕组电流的增量I1).返
15、回变压器负载时的电势平衡方程式变压器负载时的电势平衡方程式原绕组电势平衡方程式:原绕组电势平衡方程式:U1=-(E1+E1)+I1 r1=-E1+I1(r1+j x1)=-E1+I1 Z1.副绕组电势平衡方程式:副绕组电势平衡方程式:U2=I2Zfz.变压器的变压比(简称变比):变压器的变压比(简称变比):U1U2E1E2W1W2k=可将漏阻抗压降可将漏阻抗压降 I1Z1忽略不计,则:忽略不计,则:U1-E1.U2=E2+E2-I2 r2=E2-I2(r2+j x2)=E2-I2 Z2.U2 E2.可将副绕组漏阻抗压降可将副绕组漏阻抗压降 I2Z2忽略不计,则:忽略不计,则:.从负载阻抗从负载
16、阻抗Zfz上来看,显然有:上来看,显然有:返回变压器参数的折算变压器参数的折算 所谓变压器参数的折算,是指在进行定量计算时,将副绕组的匝数所谓变压器参数的折算,是指在进行定量计算时,将副绕组的匝数变换成原绕组的匝数,而不改变其电磁本质。折算后,由于原、副绕组变换成原绕组的匝数,而不改变其电磁本质。折算后,由于原、副绕组匝数相等,所以主磁通在原、副绕组中的感应电势也相等。这样可将原、匝数相等,所以主磁通在原、副绕组中的感应电势也相等。这样可将原、副绕组联成一个等值电路,利用电路的基本定律,可以大大简化变压器副绕组联成一个等值电路,利用电路的基本定律,可以大大简化变压器的分析计算。一般都是将副绕组
17、的参数折算到原绕组边。的分析计算。一般都是将副绕组的参数折算到原绕组边。具体折算公式为:具体折算公式为:I2=I2k1.E2=k E2.E2=k E2.r2=k2 r2x2=k2 x2Z2=k2 Z2U2=k U2.Zfz=k2 Zfz折算后变压器负载运行折算后变压器负载运行的基本方程组为:的基本方程组为:U2=I2 Zfz.E1=E2.U2=E2-I2 Z2.U1=-E1+I1 Z1.I0=I1+I2.-E1=I0 Zm.返回变压器负载时的等值电路变压器负载时的等值电路r1x1rmxmU1.I1.U2.I0.r2x2E1=E2.Zfz-I2.I1.r1x1rmxmU1.U2.I0.r2x2Z
18、fz-I2.变压器“T”型等值电路变压器的近似“”型等值电路变压器的简化等值电路I1=.r1x1U1.U2.r2x2Zfz-I2.令:rk=r1+r2 为短路电阻 xk=x1+x2 为短路电抗 Zk=Z1+Z2=rk+jxk 为短 路阻抗返回第四节第四节 变压器参数的试验测定变压器参数的试验测定通常变压器的参数可以通过空载和短路两个试验测出。通常变压器的参数可以通过空载和短路两个试验测出。1、空载试验空载试验 2、短路试验短路试验 3、例题、例题返回总目录 本章目录下一节 下一章上一节空载试验空载试验 通过变压器的空载试验,可以测定出变压器的变比通过变压器的空载试验,可以测定出变压器的变比k,
19、空载电流,空载电流I0,空载损耗,空载损耗p0,以及励磁阻抗,以及励磁阻抗Zm。空载试验一般在低压边做,将高压。空载试验一般在低压边做,将高压绕组开路,在低压绕组加入额定频率的低压绕组的额定电压绕组开路,在低压绕组加入额定频率的低压绕组的额定电压U2e,测量,测量U2(U2=U2e),),U10(高压绕组的开路电压),(高压绕组的开路电压),I20及及p0。(以单相为例)。(以单相为例)返回AWAXaxW1W2U10U2eU2p0I20r2x2rmxmU2.I20.Z0=U2I20r0=p0I202Z0=Z2+Zmr0=r2+rm由于r2rm,Z2Zm,则:rm r0=p0I202Zm Z0=
20、U2I20 xm=Zm2-rm2W1W2k=U10U2需要折算需要折算短路试验短路试验返回 通过变压器的短路试验,可以测定出变压器绕组的铜耗通过变压器的短路试验,可以测定出变压器绕组的铜耗pk和短路和短路阻抗阻抗Zk。短路试验一般在高压边做,将高压绕组接入电源,而低压绕。短路试验一般在高压边做,将高压绕组接入电源,而低压绕组直接短路,测量组直接短路,测量Ik(Ik=I1e),),Uk,pk。(以单相为例)。(以单相为例)Zk=UkIk1Z1 Z2=Zk2AWaxAXW2W1UKpkIkIkr1x1Ukr2x2rk=pkIk2xk=Zk2-rk21r1 r2=rk21x1 x2=xk2rk75=
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