电机与电力电子技术-变压器-电子课件.ppt

1、变变 压压 器器 3.1 变压器的工作原理与结构变压器的工作原理与结构3.2 变压器的空载运行变压器的空载运行 3.3 变压器的负载运行变压器的负载运行 3.4 变压器的参数测定变压器的参数测定3.5 变压器的运行特性变压器的运行特性3.6 三相变压器三相变压器3.7 特殊变压器特殊变压器 变压器是一种静止的电气设备，变压器是一种静止的电气设备，根据电根据电磁感应原理，将一种形态（电压、电流）的磁感应原理，将一种形态（电压、电流）的交交流流电能，电能，转换成另一种形态的转换成另一种形态的交流交流电能。电能。具体点，变压器是一种具体点，变压器是一种静止的电机静止的电机，它利，它利用电磁感应原理将

2、一种电压、电流的交流电能用电磁感应原理将一种电压、电流的交流电能转换成转换成同频率同频率的另一种电压、电流的电能。的另一种电压、电流的电能。3.1 变压器的工作原理与结构变压器的工作原理与结构3.1.1 变压器的工作原理变压器的工作原理 变压器(单相)的主要部件是铁心铁心和套在铁心上的套在铁心上的两个绕组绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。只要一、二次绕组的匝数不匝数不同同，就能达到改变电压的目的。dtdNedtdNe22113.1 变压器的工作原理与结构变压器的工作原理与结构名称？3.1 变压器的工作原理与结构变

3、压器的工作原理与结构问题：铁芯为何采用硅钢片叠压而成？问题：铁芯为何采用硅钢片叠压而成？3.1 变压器的工作原理与结构变压器的工作原理与结构3.1.2 变压器的基本结构变压器的基本结构一、铁心 变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用0.35mm-0.5mm厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。二、绕组 变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。三、油箱 油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷却介质，油是冷却介质，又是绝缘介质又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。四、绝缘套管 将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘，担负着固定的作用。3.1 变压器的工作原理

4、与结构变压器的工作原理与结构3.1 变压器的工作原理与结构变压器的工作原理与结构3.1.3 变压器的主要种类变压器的主要种类 按绕组数目分按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。按相数分按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。按冷却介质和冷却方式分按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器。按用途分按用途分电力变压器（升压、降压、配电变压器）特种变压器（电炉、整流变压器）仪用互感器（电压、电流互感器等）实验用变压器（高压、调压、自耦变压器）3.1 变压器的工作原理与结构变压器的工作原理与结构 按结构型式即磁路结构分按结构型式即磁路

5、结构分：芯式和壳式变压器。电力变压器电源变压器环形变压器接触调压器控制变压器三相干式变压器3.1 变压器的工作原理与结构变压器的工作原理与结构3.1 变压器的工作原理与结构变压器的工作原理与结构3.1.3 变压器的额定值变压器的额定值)kVA(SN额定容量指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率。)A(IINN21和额定电流指在额定容量下，允许长期通过的额定电流。在三相变压器中指的是线电流)kV(UUNN21和额定电压指长期运行时所能承受的工作电压.,U21N线电压对三相变压器均指的是是指二次侧额定电压。电压是指加在一次侧的额定NU三者关系：NNNNNNNNNNIUIUS:IUIUS:22

6、11221133三相单相此外，额定值还有额定频率、效率、温升等。3.2 变压器的空载运行变压器的空载运行 1、主磁通感应的电动势主电动势tmsin0设)90sin()90sin(20101011tEtfNdtdNemm则mfNE1144.4有效值mfNjE1144.4相量同理，二次主电动势也有同样的结论。可见，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通 。主电动势的大小与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。0903.2 变压器的空载运行变压器的空载运行 一、电动势一、电动势2、漏磁通感应的电动势漏电动势漏电动势也可以用漏抗压降来表示，即根据主电动

7、势的分析方法，同样有mfNjE11144.411144.4fNE10011xI jILjE由于漏磁通主要经过非铁磁路径,磁路不饱和,故磁阻很大且为常数,所以漏电抗 很小且为常数,它不随电源电压负载情况而变.1x3.2 变压器的空载运行变压器的空载运行 二、空载电流1、作用与组成2、性质和大小性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电流主要是感性无功性质也称励磁电流；空载电流 包含两个分量，一个是励磁分量，作用是建立磁场，产生主磁通无功分量 ；另一个是铁损耗分量，作用是供变压器铁心损耗 有功分量 。0IIFeI3.2 变压器的空载运行变压器的空载运行 对于已制成变压器，铁损与磁通密度

8、幅值的平方成正比，与电流频率的1.3次方成正比，即空载损耗约占额定容量的空载损耗约占额定容量的0.2%1%，而且随变压器容量的增大而下降。为减少空载损耗，改进设计结构的方向是采用优质铁磁材料：优质硅钢片、激光化硅钢片或应用非晶态合金。变压器空载时，一次侧从电源吸收少量的有功功率 ，用来供给铁损 和绕组铜损 。由于 和 均很小，所以 ，即空载损耗近似等于铁损。0pFepp 00I1rFep120rI3.12fBpmFe三、空载损耗3.2 变压器的空载运行变压器的空载运行 四、电动势平衡方程和变比1、电动势平衡平衡方程（1）一次侧电动势平衡方程0111010110111IZExI jrIErIEE

9、UmfNEU11144.4忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有1111444444fN.UfN.Em则可见，影响主磁通 大小的因素有电源电压 、电源频率 和一次侧线圈匝数 。m1U1f1N3.2 变压器的空载运行变压器的空载运行（2）二次侧电动势平衡方程220EU2、变比变比定义NNUUUUNNEEk2120121213.2 变压器的空载运行变压器的空载运行 五、空载时的等效电路和相量图1、等效电路3.2 变压器的空载运行变压器的空载运行 10111rIEEU01011IjxILjE101101011ZIExI jrIEU111jxrZ，为一次绕组的漏阻抗)(001mmmjxrIZIE)

10、()(110101011jxrjxrIZZIZIEUmmmmZ称为励磁阻抗 3.2 变压器的空载运行变压器的空载运行 2、相量图根据前面所学的方程，可作出变压器空载时的相量图：以 为参考相量m3.2 变压器的空载运行变压器的空载运行 3.3 变压器的负载运行变压器的负载运行3.3 变压器的负载运行变压器的负载运行3.3.1 电磁关系电磁关系3.3 变压器的负载运行变压器的负载运行3.3 变压器的负载运行变压器的负载运行3.3.2 变压器绕组的折算变压器绕组的折算折算总结折算总结：将变压器的二次（一次）绕组用另一个绕组来等效，同时对该绕组的电磁量作相应变换，以保持两侧电磁关系不变。目的目的：产生

11、一个等效的电路代替实际的变压器，利于分析。3.3 变压器的负载运行变压器的负载运行kIINNI22122根据折算前后二次侧磁动势不变的原则，可得2212NINI 由于折算前后主磁通未改变，根据电动势与匝数成正比的关系，可得122212EkEENNE 3.3 变压器的负载运行变压器的负载运行222222rIrI2222222)(rkrIIr为了保持折算前、后二次绕组的铜损耗不变，则有即 22222222)(Zkjxrkx jrZ同理可得：3.3 变压器的负载运行变压器的负载运行经过折算，变压器负载运行的基本方程如下LmZIUZIEEEIIIZIEx jrIEUZIEjxrIEU220112201

12、2222222211111111)()()(3.3 变压器的负载运行变压器的负载运行3.3.2 等效电路和相量图等效电路和相量图3.3 变压器的负载运行变压器的负载运行3.3 变压器的负载运行变压器的负载运行3.3 变压器的负载运行变压器的负载运行3.4 变压器的参数测定变压器的参数测定3.4.1 空载实验一、目的：通过测量空载电流和一、二次电压及空载功率来计算变比、空载电流百分数、铁损和励磁阻抗。二、接线图三、要求及分析1）低压侧加电压，高压侧开路；Feppxr011,)3即和忽略WAVV*曲线和画出和测出向调节范围内单方在电压)()(,2.10)2101000201UfpUfIpIUUUN

13、3.4 变压器的参数测定变压器的参数测定空载特性3.4 变压器的参数测定变压器的参数测定3.4.2 短路实验一、目的：通过测量短路电流、短路电压及短路功率来计算变压器的短路电压百分数、铜损和短路阻抗。二、接线图三、要求及分析WAV*;)()(,2.10,)21曲线和画出和测出对应的范围内变化在让电流通过调节电压kkkkkkkNkUfPUfIPIUII3）同时记录实验室的室温；1）高压侧加电压，低压侧短路；4）由于外加电压很小，主磁通很少，铁损耗很少，忽略铁损，认为 。CukPP 3.4 变压器的参数测定变压器的参数测定短路特性3.4.3 3.4.3 标么值标么值 标么值,就是指某一物理量的实际

14、值与选定的同一单位的基准值的比值,即基准值实际值标么值 一、定义二、基准值的确定1、通常以额定值为基准值。2、各侧的物理量以各自侧的额定值为基准；线值以额定线值为基准值，相值以额定相值为基准值；单相值以额定单相值为基准值，三相值以额定三相值为基准值；3.4 变压器的参数测定变压器的参数测定三、优点3、折算前、后的标么值相等。线值的标么值=相值的标么值；单相值的标么值=三相值的标么值；1、额定值的标么值为1。2、百分值=标么值100%；4、某些意义不同的物理量标么值相等（如线值与相值）四、缺点标么值没有单位，物理意义不明确。3.4 变压器的参数测定变压器的参数测定3.5 变压器的运行特性变压器的

15、运行特性3.5.1 变压器的外特性变压器的外特性3.5 变压器的运行特性变压器的运行特性3.5.2 变压器的效率特性变压器的效率特性%100coscos2022kNNppSS 为负载系数，等于负载电流除以额定负载电流。电力系统普遍采用三相供电制，电力系统用的最多的是三相变压器。当三相变压器的原边和副边绕组均以一定的接法衔接，当三相变压器的原边和副边绕组均以一定的接法衔接，带上三相带上三相对称对称负载，负载，原边加上原边加上对称对称的三相电压时的三相电压时 ，因为三，因为三相对称电压本身大小相等、相位互差相对称电压本身大小相等、相位互差1201200 0，因此求得一相的，因此求得一相的电压、电流

16、，电压、电流，其它两相按对称关系即可求出。其它两相按对称关系即可求出。3.6 三相变压器三相变压器三相变压器连接法：ABCXYZAXEBXECXE星形连接ABCXYZAXEBXECXE三角形连接高压绕组首端由A、B、C表示，末端由X、Y、Z表示；低压绕组首端由a、b、c表示，末端由x、y、z表示。末端连在一起，首端引出，为星形连接“Y”，中点引出Yo；一相绕组末端与另一相绕组首端相连，依次得到一闭合回路，为三角形连接“”。3.6 三相变压器三相变压器3.7.1 自耦变压器自耦变压器原副边共用一套绕组的变压器。212121NNEEUUaa电压比：3.7 特殊变压器特殊变压器自耦变压器总结自耦变压

17、器总结:优点：与额定容量相同的普通变压器比，消耗的材料少、体积小、造价低，同时效率高。缺点：原、副边电路有直接的联系，变压器内部绝缘和防过电压的措施要加强。3.7 特殊变压器特殊变压器 原边由多匝导线构成，接到被测的高电压上。利用原、副边匝数不同，把原边高电压 变成副边的低电压，送仪表电流线圈测量或控制。电压互感器线圈阻抗大，近似开路，近似一个开路运行的单相变压器。3.7 特殊变压器特殊变压器3.7.3 电压互感器电压互感器电压互感器注意事项：电压互感器注意事项：（1）副边绝对不允许短路。正常运行时，接近空载。短路时，电流将变得很大，引起绕组 过热而烧毁。（2）副边可靠接地；（3）串入阻抗值不能太小；副边阻抗小后，原、副边电流增大，原、副边漏阻抗压降增加，误差增加。3.7 特殊变压器特殊变压器 原边由1匝和几匝截面较大的导线构成。利用原、副边匝数不同，变成副边的小电流，送仪表电流线圈测量或控制。电流互感器是一个近似短路运行的单相变压器。3.7.2 电流互感器电流互感器3.7 特殊变压器特殊变压器电流互感器注意事项：电流互感器注意事项：（1）副边绝对不允许开路。开路时，原边电流将成为励磁电流，造成铁损耗急剧上升，过热，烧毁绝缘，并在副边出现极高的电压。（2）副边可靠接地；（3）串入阻抗值不能超过规定值；副边阻抗大后，副边电流减小，励磁电流增大，误差增加。3.7 特殊变压器特殊变压器