《电机及拖动基础》第三章-变压器课件.ppt

1、2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础1/46变压器：变换电压、交换电变压器：变换电压、交换电能，实现电能传输和电信号能，实现电能传输和电信号处理。一次侧处理。一次侧 二次侧，高压输电、配电、，二次侧，高压输电、配电、，10kV、35kV、110kV、220kV、500kV 380/220V、3kV、6kV。第三章第三章 变压器变压器12N N 磁磁路路耦耦合合 第一节第一节 变压器的工作原理及结构变压器的工作原理及结构 变压器的主要部变压器的主要部件件铁心和套在铁心铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕上的两个绕组。两绕组只有磁路耦合没电组只有磁路耦合没电气联系。在

2、一次绕组气联系。在一次绕组111ddueNt 222ddueNt 一、变压器的工作原理一、变压器的工作原理1U1E2E2I2U 中加上交变电压，产中加上交变电压，产生交链一、二次绕组生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。组中分别感应电动势。Xax1I 2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础3/46111222UENkUENk匝比，变比。匝比，变比。所以，改变所以，改变N1、N2之比，就可以达到改变电压的之比，就可以达到改变电压的目的。目的。N1N2为降压变压器，为降压变压器，N1有功分量，所有功分量，所以空载电流主要是感性无功

3、性质，也称励磁电流。以空载电流主要是感性无功性质，也称励磁电流。三、空载电流和空载损耗三、空载电流和空载损耗 空载电流包含两个分量，一个是励磁分量，作用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，是建立磁场，产生主磁通，无功分量，；另一个是；另一个是铁损耗分量，对应变压器铁心损耗，有功分量铁损耗分量，对应变压器铁心损耗，有功分量 。I FeI 0FeIII 220FeIII 2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础19/4600N%100%III 大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及

4、几何尺寸有关，用空载电流百分数及几何尺寸有关，用空载电流百分数I0%来表示：来表示：1E FeI I 0I 1E 220EU ，变压器空载运行时的励磁电流、主磁通、感应电动势变压器空载运行时的励磁电流、主磁通、感应电动势 2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础20/46其中，其中，Z 1 一次绕组漏阻抗；一次绕组漏阻抗；Zm 变压器的励磁阻抗；变压器的励磁阻抗；Xm 变压器的励磁电抗；变压器的励磁电抗；Rm 变压器的励磁电阻。变压器的励磁电阻。10111010110111011(-)(-)()(j)()()U=I R+E+E=I R+jI X+-EIRXEI Z

5、E 四、空载运行时的相量图及等效电路四、空载运行时的相量图及等效电路1E FeI I 0I 1E 220EU ，10R I 10jX I 1U 0 202UE 10m0mm(j)EI ZIRX 2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础21/461R1jXmjXmR0I 1011010m()UI ZEI ZI Z 并且有并且有:1m0EZ=IFem20pR=I22mmmX=Z-R 书书P92，【例例3-1】，改动。，改动。变压器空载运行相量图变压器空载运行相量图2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础22/46第三节第三节 单相变压器的

6、负载运行单相变压器的负载运行 变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次侧接上负载的运行状态，称为负载运行。源上，二次侧接上负载的运行状态，称为负载运行。一、负载运行时的物理情况一、负载运行时的物理情况2E20U2I=01I1I2E2U2I2 1 1 2 Xax变压器负载运行原理接线图变压器负载运行原理接线图2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础23/4611N I 22N I 1 2 1mN I 1 1 2 2 在一次绕组内在一次绕组内在二次绕组内在二次绕组内磁通量磁通量磁动势磁动势 基本电磁关系：基本电磁关

7、系：2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础24/46 由于电源电压恒定，即由于电源电压恒定，即U1=常数，则常数，则E1常数，常数，常数。因此，达到新的电动势平衡的条件是使一次绕常数。因此，达到新的电动势平衡的条件是使一次绕组的电流增量所产生的磁动势与二次绕组电流所产生组的电流增量所产生的磁动势与二次绕组电流所产生的磁动势相抵消，以维持主磁通基本不变，以及由主的磁动势相抵消，以维持主磁通基本不变，以及由主磁通所感应产生的电动势基本不变磁通所感应产生的电动势基本不变。磁动势平衡方程式：磁动势平衡方程式：112210122()0I NI NIINI N 112201

8、110122I NI NI NI NI NI N 21020211NIIIIINk 上式同除以上式同除以N1：2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础25/46 原边：原边：10mEIZ 111111111-j-U=E+I R+I X=E+I Z1212E/E=N/N=k 二、负载运行时的基本方程式二、负载运行时的基本方程式 副边：副边：22LUI Z 或或222222222-j-U=E I RI X=E I Z 变压器负载运行时的六个基本方程式：变压器负载运行时的六个基本方程式：1111-U=E+I Z2222-U=E I Z112201I NI NI N102

9、1IIIk 或或22LUI Z 2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础26/46 三、绕组的折算三、绕组的折算 为了得到表示为了得到表示T内部电磁关系的等效电路，以简内部电磁关系的等效电路，以简化分析计算，如将变压器的二次绕组匝数化分析计算，如将变压器的二次绕组匝数N2用一次绕用一次绕组匝数组匝数N1来等效。来等效。折算原则折算原则：将副边：将副边N2折算折算N1成时，保持副绕组磁成时，保持副绕组磁动势及功率传递关系不变。动势及功率传递关系不变。折算后，各量折算值用上标折算后，各量折算值用上标“”表示。表示。2222222IFI NI NIk，1.电流的折算（磁

10、动势不变），电流的折算（磁动势不变），1k2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础27/46 3.阻抗的归算（功率损耗不变），阻抗的归算（功率损耗不变），k2 2.电动势和电压的折算（功率不变），电动势和电压的折算（功率不变），k k222122222222EINNE IE IkEINN 22202022EkEEkEUkU，22222222222222II RI RRRk RI 22222222222222II XI XXXk XI 22222LLLL2LXk XRk RXk XZZ，2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础28/46

11、 折算后的变压器负载运行时的六个基本方程式折算后的变压器负载运行时的六个基本方程式（形式不变）：（形式不变）：10mEIZ 1211m-j4.44E=E=f N 1111-U=E+I Z2222-U=E I Z 120III 22LUI Z 2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础29/461jX2jX 图中图中a、b和和c、d分分别是等电位点，可连接别是等电位点，可连接起来而不改变运行情况。起来而不改变运行情况。于是作出变压器的于是作出变压器的T形等形等效电路。（由前述的基效电路。（由前述的基本方程式也可得出该等本方程式也可得出该等效电路）。效电路）。四四、变压

12、器负载时的等效电路和相量图、变压器负载时的等效电路和相量图21NN 21EE 1jX2jX mjX0I LZ 2E （一）等效电路（一）等效电路2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础30/46 Rsh、Xsh和和Zsh分别称为短路电阻、短路电抗和短分别称为短路电阻、短路电抗和短路阻抗。只适用于路阻抗。只适用于T稳态负载运行（特别是负载较大稳态负载运行（特别是负载较大时）和短路工况。时）和短路工况。1jXmjX0I LZ mjXsh12XXX sh12RRR I0I1，将励磁支路移去，将励磁支路移去Z1Zm，将励磁支路左移，将励磁支路左移2023年年2月月11日日

13、23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础31/46 （二）相量图（二）相量图 阻感负载：阻感负载：（另，阻容负（另，阻容负载。）载。）122023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础32/46 四、等效电路参数测定四、等效电路参数测定 （一）空载试验（一）空载试验 通过测量空载电流和一、二次电压及空载功率来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、铁耗和励磁阻抗。计算变比、空载电流百分数、铁耗和励磁阻抗。变压器空载运行时，可以认为输入功率变压器空载运行时，可以认为输入功率p0完全用完全用来抵偿铁耗。来抵偿铁耗。0Fepp ax A X 2

14、023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础33/46 从空载运行的等效电路得出从空载运行的等效电路得出100m0m0m2UZZRRXXkU，（二）短路试验（二）短路试验 通过测量短路电流、通过测量短路电流、短路电压及短路功率来计短路电压及短路功率来计算变压器的短路电压百分算变压器的短路电压百分数、铜损和短路阻抗。数、铜损和短路阻抗。22101m1m0()()UZRRXXI ax A X 折算到高压侧，阻抗乘以折算到高压侧，阻抗乘以k2。2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础34/46 高压侧加电压，低压侧短路；由于外加电压很小，高压侧加

15、电压，低压侧短路；由于外加电压很小，主磁通很少，铁损耗很少，忽略铁损。主磁通很少，铁损耗很少，忽略铁损。22shshCushshshshshsh22shN1shN1UUppZRXZRIIII ，折算到折算到75的换算公式为：的换算公式为：铜线：铜线：铝线：铝线：shsh75 C234.575234.5RR shsh75 C22875228RR 22shsh75 Csh75 CZRX 2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础35/46 阻抗电压阻抗电压 负载试验时，当绕组中电流达到额负载试验时，当绕组中电流达到额定值，加在一次绕组上的短路电压。用一次侧额定电定值，加

16、在一次绕组上的短路电压。用一次侧额定电压的百分值表示。压的百分值表示。shN75 CshN1100%UuU 2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础36/46第四节第四节 变压器的运行特性变压器的运行特性 一、电压调整率和外特性一、电压调整率和外特性202N222NN2N12N1100%100%100%UUUUuUUUUU 变压器二次侧的端电压随负载变化的程度用电压变压器二次侧的端电压随负载变化的程度用电压调整率调整率u来表示。来表示。2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础37/46 变压器的近似等效电路相量图变压器的近似等效电路相

17、量图外特性曲线外特性曲线 2N2=1-Uu UshRN1U 1shjI X N2I2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础38/46 二、电压变化率的计算二、电压变化率的计算 电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之一，它大小反映了供电电压的稳定性。一，它大小反映了供电电压的稳定性。式中式中 1N1/II 为负载系数。为负载系数。可见，电压变化率的大小与负载大小、性质及变可见，电压变化率的大小与负载大小、性质及变压器的本身参数有关。压器的本身参数有关。N1sh2sh2N1%(cossin)100%IURXU 2023年年

18、2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础39/46 三、变压器的效率和损耗三、变压器的效率和损耗 变压器的损耗主要是变压器的损耗主要是铁耗和铜耗铁耗和铜耗两种：两种：铁耗铁耗包括基本铁耗和附加铁耗。基本铁耗为磁滞包括基本铁耗和附加铁耗。基本铁耗为磁滞损耗和涡流损耗。附加损耗包括由铁心叠片间绝缘损损耗和涡流损耗。附加损耗包括由铁心叠片间绝缘损伤引起的局部涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的伤引起的局部涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。铁耗与外加电压大小有关，而与负载大涡流损耗等。铁耗与外加电压大小有关，而与负载大小基本无关，故也称为小基本无关，故也称为不变损耗，不变损

19、耗，pFe=p0=常值常值。铜耗铜耗也分基本铜耗和附加铜耗。基本铜耗是在电也分基本铜耗和附加铜耗。基本铜耗是在电流在一、二次绕组直流电阻上的损耗；附加损耗包括流在一、二次绕组直流电阻上的损耗；附加损耗包括因集肤效应引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引起因集肤效应引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引起2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础40/4622222Cu2shN2shshNN2()IpI RIRpI 的涡流损耗等。铜耗大小与负载电流平方成正比，故的涡流损耗等。铜耗大小与负载电流平方成正比，故也称为也称为可变损耗可变损耗。变压器的效率也是指其输出的有功功率与输入

20、的变压器的效率也是指其输出的有功功率与输入的有功功率之比，用百分值表示有功功率之比，用百分值表示。2FeCu0shNppppp 2112100%1100%1100%ppPPPPp 2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础41/46 即铜损耗等于铁损耗时即铜损耗等于铁损耗时，变压器效率最高，为：，变压器效率最高，为：2222N222N2N22N2coscoscoscosPU IUIUIS 20shN2N20shN1100%cosppSpp 200shNmshN22d0dd0dpppp 2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础42/460

21、maxmN2021100%cos2pSp 效率既与变压器自身参数（内因）有关，效率既与变压器自身参数（内因）有关，又与负载大小、性质（外因）有关又与负载大小、性质（外因）有关。2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础43/46第五节第五节 三相变压器三相变压器一、三相变压器的磁路系统一、三相变压器的磁路系统1.1.组式变压器组式变压器2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础44/462.2.芯式变压器芯式变压器2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础45/46二、三相变压器的电路系统二、三相变压器的电路系

22、统联结组联结组1 1、联结法、联结法 a)星形联结星形联结 b)三角形联结三角形联结2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础46/462 2、单相变压器联结组、单相变压器联结组a)I/I-0联结组联结组 b)I/I-6联结组联结组2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础47/46三相变压器线圈的连接组别三相变压器线圈的连接组别1)连接方式：连接方式：Y或或D；（；（y,d）2)定义：反映三相变压器对称运行时，高、低压侧对定义：反映三相变压器对称运行时，高、低压侧对应线电动势（或线电压）之间的相位关系，它与线圈应线电动势（或线电压）之间

23、的相位关系，它与线圈的绕向和首、末端标记及高、低压线圈的连接方式有的绕向和首、末端标记及高、低压线圈的连接方式有关。关。3)时钟表示法：（相量图）时钟表示法：（相量图）举例：作图步骤举例：作图步骤3.3.三相变压器连接组三相变压器连接组2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础48/46A、B、C正相序：按顺时针方向旋转。正相序：按顺时针方向旋转。1）A、B、C相序画出高压绕组相电动势相序画出高压绕组相电动势 相量图，相量图，与水平面成与水平面成30；2）按线电动势与相电动势关系画出线电动势）按线电动势与相电动势关系画出线电动势 ；3）将）将a与与A重合，分别画出重

24、合，分别画出 ，相序为，相序为a-b-c（根据同（根据同名端）。名端）。4）指向指向12点，点，即为该联结组的标号（就是几点钟）即为该联结组的标号（就是几点钟）。根据联结组的标号以及一个钟点数对应根据联结组的标号以及一个钟点数对应30角，即角，即可确定高、低压侧对应线电动势（或线电压）之间的相可确定高、低压侧对应线电动势（或线电压）之间的相位移。位移。AXBYCZEEE 、ABBCCAEEE 、axbyczEEE 、abABEE ，abE AXE 2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础49/46ABCXYZEabEABaxbcY/Y-0ABCXYZabcxyzE

25、AXEaxY，y接法的连接组号接法的连接组号2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础50/46Y/Y-2EaxABCXYZabcxyzEAXaxbcABCXYZEABEab2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础51/46Y，d接法的连接组号接法的连接组号ABCXY ZabcxyzEAXEaxacxbzEabY,d-11ABCXYZEAB2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础52/46D，d接法的连接组号接法的连接组号BCEABaybzcxEabD，d-8ABCXY ZcabzxyEAXEaxXYAZ2023年年2月月11日日23时时50分分电机及拖动基础电机及拖动基础53/46Y Y，y4y4联接组联接组