电机拖动课件第四章4-12xsb

1、2022/8/161第四章 变压器第一节 变压器的用途、工作原理及结构第二节 变压器空载运行第三节 变压器负载运行第四节 变压器的参数测定第五节 变压器运行特性第六节 三相变压器第七节 特殊变压器2022/8/162一、 变压器的用途变压器：是一种静止的电机，它利用电磁感应原理将一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另一种电压、电流的电能。换句话说，变压器的作用是实现电能在不同等级之间进行转换。发电升压降压用户2022/8/163二、变压器的简单工作原理一次绕组二次绕组铁芯负载2022/8/164 磁路中的两个线圈没有电的直接联系，只有磁的耦合。原绕组：也称一次绕或初级绕组。是变压器的两个线圈

2、中接交流电源的线圈，其匝数为N1副绕组：也称二次绕组或次级绕组。是变压器接到用电设备上的线圈，其匝数为N2 交变磁通同时与原、副绕组交链，在原、副绕组内产生感应电动势。简单的单相变压器2022/8/165三、变压器的分类 变压器的种类很多，可按其用途、结构、相数、冷却方式等不同来进行分类。 1、按用途分类，可分为电力变压器（主要用在输配电系统中，又分为升压变压器、降压变压器、联络变压器和厂用变压器）、仪用互感器（电压互感器和电流互感器）、特种变压器（如调压变压器、试验变压器、电炉变压器、整流变压器、电焊变压器等）。2022/8/166 2、按铁心结构分类，有心式变压器和壳式变压器。 3、按绕组

3、数目分类:可分为双绕组变压器,三绕 组变压器、多绕组变压器和自耦变压器。 4、按相数分类，有单相变压器、三相变压器。 5、按冷却介质和冷却方式分类，可分为油浸式变压器（包括油浸自冷式、油浸风冷式、油浸强迫油循环式）、干式变压器、充气式变压器。 6、电力变压器按容量大小通常分为小型变压器（容量为10630kVA）、中型变压器（容量为8006300kVA）、大型变压器（容量为800063000kVA）和特大型变压器（容量在90000kVA及以上）。2022/8/167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2022/8/1682、其他部件：除器身外，典型的油锓电力变压器中还

4、有油箱、变压器油、绝缘套管及继电保护装置等部件。变压器的主要构成是铁心、绕组和其他附件：1. 铁心和绕组：是构成变压器的主要部件。铁心是变压器的磁路部分；绕组是变压器的电路部分。四、变压器基本结构2022/8/169变压器及其附件1.温度计；2.吸湿器；3.储油柜；4.油表；5.安全气道；6.气体继电器；7.高压套管；8.低压套管；9.分接开关；10.油箱；11.铁芯；12.线圈；13.放油阀2022/8/1610 1.铁心和绕组：是构成变压器的器身的主要部件。 铁心材料：为了提高磁路的导磁性能，减少铁心中的磁滞、涡流损耗，铁心一般用高磁导率的磁性材料硅钢片叠成。硅钢片有热轧和冷轧两种，其厚度

5、为0.350.5mm，两面涂以厚0.020.23mm的漆膜，使片与片之间绝缘。四、变压器基本结构2022/8/1611铁芯绕组单相壳式变压器铁轭铁芯柱1）铁心：构成了变压器的磁路，同时又是套装绕组的骨架。铁心由铁心柱和铁轭两部分构成。铁心柱上套绕组，铁轭将铁心柱连接起来形成闭合磁路。四、变压器基本结构2022/8/1612 2）绕组：绕组是变压器的电路部分，它由铜或 铝绝缘导线绕制而成 。一次绕组（原绕组）：输入电能二次绕组（副绕组）：输出电能绕组通常套装在同一个心柱上，一次和二次绕组具有不同的匝数，通过电磁感应作用，一次绕组的电能就可传递到二次绕组，且使一、二次绕组具有不同的电压和电流。 2

6、022/8/1613 两个绕组中，电压较高的称为高压绕组，相应的电压较低的称为低压绕组。从高、低压绕组的相对位置来看，变压器的绕组可分为同心式、交迭式。由于同心式绕组结构简单，制造方便，所以，国产变压器一般采用同心结构，交迭式主要用于特种变压器中。四、变压器基本结构2022/8/1614同心式绕组和交迭式绕组高压绕组低压绕组高压绕组低压绕组2022/8/1615四、变压器基本结构 除变压器的绕组可分为同心式、交迭式外，变压器铁心的结构有心式、壳式等形式。壳式结构的特点是铁心包围绕组的顶面、底面和侧面，心式结构的特点是铁心柱被绕组包围，壳式结构的机械强度较好，但制造复杂。图4-3心式变压器一般用

7、于高电压电力输配电变压器图4-5壳式变压器用于大电流的特殊变压器-电焊变压器、电炉变压器2022/8/1616四、变压器基本结构 心式结构比较简单，绕组的装配及绝缘比较容易，电力变压器的铁心主要采用心式结构。 铁心叠装 ：变压器的铁心一般是由剪成一定形状的硅钢片叠装而成。为了减小接缝间隙以减小激磁电流，一般采用交错式叠法，使相邻层的接缝错开。 2022/8/1617铁心截面:铁心柱的截面一般作成阶梯形，以充分利用绕组内圆空间。容量较大的变压器，铁心中常设有油道，以改善铁心内部的散热条件。四、变压器基本结构2022/8/1618 额定值是制造厂对变压器在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。额定

8、值通常标注在变压器的铭牌上。变压器的额定值主要有额定容量、额定电压、额定电流、额定频率等。五、变压器额定值2022/8/1619 额定容量SN是指额定运行时的视在功率，表征传输电能的能力。以 VA、kVA或MVA表示。由于变压器的效率很高，通常一、二次侧的额定容量设计成相等。变压器额定容量2022/8/1620变压器的额定电压与所连接的输电线路相符合。规定正常运行时加在一次侧的端电压称为变压器一次侧的额定电压U1N；二次侧的额定电压U2N 是指变压器一次侧加额定电压时二次侧的空载电压。额定电压以V或kV表示。对三相变压器，额定电压是指线电压。变压器额定电压2022/8/1621额定电流I1N和

9、I2N是根据变压器额定容量和额定电压计算出的线电流，称为额定电流，以A表示。对单相变压器对三相变压器 变压器额定电流2022/8/1622额定频率 fN 是变压器设计所依据的运行频率，我国工业标准频率为50Hz 除额定值外，变压器的相数、绕组连接方式及联结组别、短路电压、运行方式和冷却方式等均标注在铭牌上。额定状态是电机的理想工作状态，具有优良的性能，可长期工作。变压器额定频率2022/8/1623一、空载运行时的电磁情况 空载运行：是指变压器原绕组接到额定电压、额定频率的电源上，副绕组开路时的运行状态。第二节、变压器的空载运行2022/8/1624e2e1e1i2i0u1u201变压器空载运

10、行（图4-7）2022/8/1625 从理论上讲，正方向可以任意选择，因各物理量的变化规律是一定的，并不依正方向的选择不同而改变。但正方向规定不同，列出的电磁方程式和绘制的相量图也不同。在电机方向的学科中通常按习惯方式规定正方向，称为惯例。二、变压器中正方向的规定2022/8/1626连接电源支路的一次绕组相当于用电器，按用电惯例规定正方向：电流的正方向与产生它的电压的正方向一致，由电流产生的磁通符合右手螺旋定则，感应电动势的正方向与产生它的磁通的正方向遵循电磁感应定律的规定：二、变压器中正方向的规定2022/8/1627二、变压器中正方向的规定连接负载支路的二次绕组相当于电源，按发电惯例规定

11、正方向：电流的正方向与e2的正方向一致，输出电压u2与电流同向。感应电动势的正方向与产生它的磁通的正方向遵循电磁感应定律的规定；2022/8/1628（一）磁通变压器空载时如果外加电压是正弦波，则磁通也按正弦变化： =msint（由于磁通连接一二次侧的电路，为便于分析问题，往往以磁通为参考相量 ）三、磁通、电动势与空载电流2022/8/1629 如果主磁通按正弦规律变化，根据电磁感应定律和对正方向规定，一、二次绕组中感应电动势的瞬时值为 ： （二）电动势与磁通的关系2022/8/1630式中：2022/8/1631 在变压器中，原、副绕组的感应电动势E1和E2之比称为变压器的变比，用 表示，即

12、： 上式表明，变压器的变比等于原、副绕组的匝数比。当变压器空载运行时，由于U1E1 ，U20=E2，故可近似地用空载运行时原、副方的电压比来作为变压器的变比，即2022/8/1632 变压器空载运行时原绕组中的电流 主要用来产生磁场，又称为励磁电流，分析它的波形： 1）当不考虑铁心损耗时，励磁电流是纯磁化电流，用 来表示。由于磁路有饱和现象，磁化电流 与产生的磁通之间的关系是非线性的。问题：什么形式的励磁电流能够产生正弦磁通？（三）空载电流当磁通按正弦规律变化时，励磁电流为尖顶波2022/8/1633i0i0i0只考虑饱和情况的励磁电流t2022/8/1634i0i0i02)考虑铁心损耗时的励

13、磁电流i励磁电流可分解为两个分量：（1）与同相的磁化电流（2）引前900有功分量IFetiFe2022/8/1635 从上图中，可以看出磁化电流 与磁通是同相位的。 当考虑铁心损耗时，励磁电流 中还应该包含铁耗分量，即 励磁电流 超前磁通一相位角 2022/8/1636 根据对正方向的规定，可得到空载时电动势平衡方程式：将漏感电动势写成压降的形式：令四、电动势平衡方程式、等效电路及相量图漏磁路不具有饱和特性2022/8/1637式中 是原绕组的漏阻抗。对于电力变压器，空载时原绕组的漏阻抗压降 很小，其数值不超过U1的0.2%， 忽略 ，则上式变成：由于副方电流为零，则副方的感应电动势等于副方的空载电压，即： 2022/8/1638空载时的相量图: 已知0空载时的相量图和等效电路考虑铁耗（磁滞、涡流）， 励磁电流不再与主磁通同相， 而是引前一个磁滞角。将上式两边通除以2022/8/1639 变压器空载时从原侧看进去的等效阻抗为 式中 用电路参数来表示 称为变压器的励磁阻抗（励磁电阻励磁电抗）。2022/8/1640 由主磁通产生，在主磁路中的损耗即铁损 所以它不能象漏抗电势那样用单纯的电抗压降来描述。变压器的等效阻抗：变压器原方的电动势方程可写成关系：2022/8/1641变压器等