第二讲变压器.docx
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第二讲变压器
第二章变压器
1.变压器的概念:
它是一种静止的电机,通过线圈间的电磁感应关系,将某一品级的交流电压转换为同频率的另一品级的交流电压。
2.变压器的用途:
3.电力变压器:
用于电力系统升、降电压的变压器。
变压器的大体结构和额定值
一、大体结构
1.铁心:
组成主磁路,机械骨架,由硅钢片迭成
①材料:
厚涂有绝缘漆膜的硅钢片,导磁性能好,可减少铁损;
②铁心结构:
心式和壳式;
③迭片方式:
交迭式迭装
2.线圈:
导电部份,铜线或铝线
*为便于线圈和铁心绝缘,低压靠近铁心柱在里面,高压在外面;
线圈在铁心上排列方式:
同心式
交迭式
3.油箱和冷却装置:
变压器油的作用:
绝缘和冷却
4.绝缘套管:
用于引线
5.爱惜装置和其他
二、变压器的分类
1.用途分:
升压变压器、降压变压器;
2.相数分:
单相变压器和三相变压器;
3.线圈数:
双线圈变压器、三线圈变压器和自耦变压器;
4.铁心结构:
心式变压器和组式变压器;
5.冷却介质和冷却方式:
油浸式变压器和干式变压器等;
容量大小:
小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器。
三、变压器的型号和额定值
1.型号:
表示一台变压器的结构、额定容量、电压品级、冷却方式等内容。
例如:
SL-500/10:
表示三相油浸自冷双线圈铝线,额定容量为500kVA,高压侧额定电压为10kV级的电力变压器。
2.额定值:
:
铭牌规定在额定利用条件下所输出的视在功率。
:
指变压器长时刻运行所经受的工作电压。
(三相为线电压)
:
规定加在一次侧的电压;
:
一次侧加额定电压,二次侧空载时的端电压。
:
变压器额定容量下许诺长期通过的电流有
和
(三相为线电流)。
:
我国工频:
50Hz;
还有额定效率、温升等额定值。
3.单相变压器的关系式:
三相变压器的关系式:
关于双线圈变压器一、二次侧的额定容量相等。
(由于其效率高)
四、大体工作原理
大体原理:
其中:
;
假设
可见,
只要改变线圈的匝数,就能够达到改变电压的目的。
单相变压器的空载运行
1.从空载和负载运行时的电磁关系动身,导出大体方程式、等效电路和相量图;
2.分析稳态运行性能(电压转变率、损耗和效率)
适用于三相变压器的对称运行。
一、一次和二次绕组的感应电动势
1.空载概念:
Φ0
2.物理进程:
3.正方向的确信:
4.主磁通感应的电动势
设
,那么
同理可得:
结论:
,在相位上滞后
90°。
5.一次漏感电动势
:
设
,那么
又可得:
式中:
=常数,为一次绕组的漏电抗。
6.电动势平稳方程:
①一次侧:
忽略I0Z1,那么有:
即
*结论:
阻碍主磁通大小的因素是:
电源电压U1、电源频率f和一次侧线圈匝数N1,与铁心材质及几何尺寸大体无关。
②二次侧:
7.变压器的变比k和电压比K
(1)变比k:
指变压器一、二次绕组的电势之比
k=E1/E2=Φm)/Φm)=N1/N2
变比k等于匝数比。
1次绕组的匝数必需符合必然条件:
U1≈Φm≈
N1≈U1/
Bm的取值与变压器性能有紧密相关。
Bm≈热轧硅钢片∽;冷轧硅钢片∽
(2)电压比K:
指三相变压器的线电压之比
在做三相变压器联结绕组实验时用到电压比K进行计算。
K=(UAB/uab+UBC/ubc+UCA/uca)/3
三相变压器:
Y,d接线:
D,y接线:
Y,y和D,d接线:
二、主磁通与激磁电流
1、主磁通与漏磁通
①在性质上:
Φ0与I0非线性关系;Φ1σ与I0线性关系;
②在数量上:
Φ0占99%以上;Φ1σ占1%以下;
③在作用上:
Φ0传递能量的媒介;Φ1σ漏抗压降。
2.激磁电流
:
作用:
一是用来激磁,产生主磁通;二是供空载损耗。
波形:
磁路饱和:
尖顶波;磁路不饱和:
正弦波。
实际需要:
将尖顶波的空载电流等效为正弦波。
空载损耗
空载损耗约占(~1)%,随容量的增大而减小。
变压器空载运行时,
很低,一样在~之间。
单相变压器的负载运行
一、正方向的规定(同空载运行)
二、负载运行时的物理情形
1.负载运行概念:
在
、
下,二次线圈接以负载的运行状态。
2.负载时的电磁进程
单相变压器负载运行示用意
二、磁动势平稳
磁动势平稳方程式:
(1)磁动势形式:
(2)电流形式:
假设忽略I0,那么有:
注意大小和相位。
二、电动势平稳方程
三、漏磁通和激磁阻抗
1.分析:
(以φ1a为例)
φ1σ=F1/Rm=N1Λmi1
∴e1σ=-N1dφ1a/dt=-N12Λmdi1/dt
∵漏电感L1σ=N12Λm
∴e1σ=L1σdi1/dt
那么:
e1σ=E1σmsin(ωt-90。
)
E1σ=-jωL1σI1
2.漏磁电动势的表达式
E1σ=-jX1σI1
E2σ=-jX1σI2
即漏磁电动势能够表示成电流流过漏电抗产生的压降,因为电动势与电压方向相反,故上式中取负号。
四、主磁通和激磁电抗
1.分析
(1)不考虑铁耗时:
E1=-jXmIm
(2)考虑铁耗时:
E1=-(jXm+Rm)Im=-jZmIm
2.铁心线圈的等效电路
变压器的大体方程、等效电路图和向量图
一、变压器的大体方程
1.磁动势方程:
2.电流方程:
3.电压方程:
二、变压器的T型等效电路
1.绕组折算
折算方式:
N2’=N1
折算原那么:
和二次侧的各功率维持不变
折算的物理量:
①二次侧电流:
I2’=I2/k
②二次侧电动势的折算:
E2’=kE2
E2σ’=kE2
U2’=kU2
③二次侧阻抗的折算:
R2’=k2R2
X2σ’=k2X2σ
RL’=k2RL
XL’=k2XL
3.折算后的方程:
三、等效电路和相量图
1.“T”形等效电路和相量图
①“T”形等效电路
R1X1σR2’X2σ’
Rm
Xm
ZL’
②相量图
2.近似等效电路
一样I1NZ1<时采纳
R1X1σR2’X2σ’
Rm
ZL’
Xm
3.简化等效电路和相量图
①简化等效电路:
忽略I0
R1X1σR2’X2σ’
ZL’
②电压方程式:
其中:
3简化相量图:
C
B
A
φ
*说明:
ΔABC为阻抗三角形;关于一台已制成的变压器,其形状是固定的。
**短路阻抗大小的意义:
①从正常运行角度看,希望小些;
②从短路角度看,希望大些,可限制短路电流。
变压器参数的测定
通过空载和短路实验测取变压器的参数。
一、空载实验(开路实验)
1.目的:
通过测量I0,U1,U20及P0来计算K,I0(﹪),PFe,Zm=rm+jxm和判定铁心质量和线圈质量。
2.接线:
一样低压侧加压,高压侧开路
3.步骤:
①低压侧加电压,高压侧开路;
②电源电压由0~(或UN~0),测U1、U20、I0和P0值;
③可得I0=f(U1)及P0=f(U1)
4.计算:
①变比:
②
③
④由空载简化等效电路,得:
;
;
5.注意:
①rm和Xm是随电压的大小而转变的,故取对应额定电压时的值。
②空载实验在任何一侧做都可,高压侧参数是低压侧的k2倍。
③三相变压器必需利用一相的值。
④
,很低,为减小误差,利用低功率因数表。
二、短路实验
1.目的:
测IK、UK及PK,计算UK(﹪),pCu,ZK=RK+jXK。
2.接线:
通常高压侧加压,低压侧短路
3.步骤:
①高压侧接电源,低压侧短接;
②电压由0~↑,使IK=0~,别离测IK、UK及PK;
③可得IK=f(UK),线性;PK=f(UK),抛物线。
4.计算:
①pCu≈pK=PK(PK=pCu+pFe≈pCu,∵电源电压很低pFe≈0)
②由简化等效电路,得
;
;
一样以为:
;
③温度折算:
线圈电阻与温度有关,国标规定向75℃换算;
对铜线:
对铝线:
∴
①三相变压器必需利用一相的值。
②短路实验在任何一方做都可,高压侧参数是低压侧的k2倍。
5.短路电压(阻抗电压)
短路实验时,使短路电流为额定电流时一次侧所加的电压,称为短路电压UK即UKN=I1NzK75℃额定电流在短路阻抗上的压降,亦称作阻抗电压。
短路电压百分值:
uK对变压器运行性能的阻碍:
短路电压大小反映短路阻抗大小
①正常运行时希望小些,电压波动小;
②限制短路电流时,希望大些。
中、小型变压器:
(4~)%;大型变压器:
(~)%。
三相变压器
一、三相变压器的磁路系统
1.组式变压器:
将三台相同的单相变压器一次、二次侧绕组,按对称式做三相联结,可组成三相变压器组,各相磁路彼此无关,即三相磁路是独立的;
原边外施三相对称电压→三相对称磁通→由于磁路对称,产生三相对称的空载电流
2.心式变压器:
各相磁路彼此相关,有电和磁的联系;
原边外施三相对称电压→三相对称磁通→但由于磁路不对称,产生的三相空载电流不对称,且中间电流小。
*组式和心式变压器的比较:
1组式变压器:
受运输条件或备用容量限制采纳
2心式变压器:
省材料,效率高,占地少,本钱低,运行保护简单,普遍应用。
二、三相变压器的联结
(一)、高、低压绕组相电压的相位关系
1.变压器线圈的首、结尾标志
线圈名称
单相变压器
三相变压器
首端
末端
首端
末端
中点
高压线圈
A
X
ABC
XYZ
O
低压线圈
a
x
abc
xyz
o
中压线圈
Am
Xm
AmBmCm
XmYmZm
Om
极性:
指瞬时极性——同名端
由线圈的绕向和首结尾标志决定
2.单相变压器的连接组别:
I,I0;I,I6
3.三相变压器线圈的连接组别
1.)连接方式:
Y或D;(y,d)
2.)概念:
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,它与线圈的绕向和首、结尾标记及高、低压线圈的连接方式有关。
3.)时钟表示法:
(相量图)
举例:
作图步骤:
①先画出高压线圈的相量图;
②便于比较,将A,a连成等电位点;
③画出低压侧的相量图;
④将AB,ab连线,得出结论。
4.国标规定了五种标准连接组:
Y,yn0;Y,d11;YN,d11;YN,y0;Y,y0。
**①凡Y,y或D,d连接均为偶数;②凡Y,d或D,y连接均为奇数。
**本节课将原理讲完后,要紧让学生自己练习。
标么值
一、标么值的概念
即某一物理量实际值与选定值之比。
*实际值与基准值必需具有相同的单位。
二、基值的选取
1.通常以额定值为基准值,各侧的物理量以各自侧的额定值为基准
例如:
变压器一次侧选
;
变压器二次侧选
;
由于变压器一、二次侧容量相等,均选
**①额定值的标么值为1;②标么值的表示为在原符号右上角加“*”表示;
③利用标么值表示的大体方程式与采纳实际值时的方程式在形式上一致。
举例:
;
;
;
;
;
;
2.实际值、标么值和百分值的关系
1实际值=标么值×基准值
2百分值=标么值×100%
三、优缺点
1.优势:
①便于分析比较;
②直观反映变压器运行情形,如:
③物理意义不同的物理量,具有相同的数值;
④采纳标么值后,没必要折算了;
⑤采纳标么值后,三相变压器的计算公式与单相变压器的计算公式完全相同。
1.缺点:
①没有单位;②物理概念比较模糊。
变压器的运行性能
一、电压调整率和外特性
1.电压调整率△u—U1=U1N,cosψ2等于常数时,从空载到负载,二次侧电压转变的百分值。
概念式:
2.参数表达式:
由简化相量图,可得:
(推导进程略)
式中:
称为负载系数,直接反映负载的大小,如
,表示空载;
,表示满载;
**阻碍Δu的因素:
①负载大小
;②短路阻抗标么值;③负载性质
三、效率和效率特性
1.变压器的损耗:
损耗
**铁损---------不变损耗;铜损---------可变损耗。
2.效率:
*变压器的效率比较高,一样在(95~98)%之间,大型可达99%以上。
令:
∴
**结论:
①效率大小与负载大小、性质及空载损耗和短路损耗有关。
②效率特性:
③最大效率:
令:
得
即
(或铜损==铁损)时,有
**说明:
变压器的铁损老是存在,而负载是转变的,为了提高变压器的经济效益,提高全年效益,设计时,铁损应设计得小些,一样取
,对应的PKN与P0之比为3~4。
变压器的并联运行
1.概念:
几台变压器的原、副线圈别离连接到原、副边的公共母线上,一起向负载供电。
2.优势:
①靠得住性;②经济性。
一、理想并联运行的条件
1.理想条件:
①空载时副边无环流;
②负载后负载系数相等;
③各变压器的电流与总电流同相位。
2.应知足的要求:
①各变压器的原、副边的额定电压别离相等,即变比相等;
②各变压器的连接组号相同;
③各变压器的短路阻抗(短路电压)标么值相等,且短路阻抗角也相等。
二、变比不等时变压器的并联运行,设
①空载运行时的环流(原边向副边折算)
空载时有环流:
②负载运行:
*结论:
变比大的变压器承担的电流小,变比小的变压器承担的电流大。
三、组别不同时变压器的并联运行
组别不同时,副边线电动势最少差300,由于短路阻抗很小,产生的环流专门大。
**结论:
组别不同,绝对不许诺并联。
四、短路阻抗标么值不等时的并联运行
结论:
各变压器所分担的负载大小与其短路阻抗标么值成反比,短路阻抗标么值大的变压器分担的负载小,短路阻抗标么值小的变压器分担的负载大。
总结:
①变比不同和短路阻抗标么值不等的变压器,在任何一台变压器都可不能过载的情形下,能够并联运行。
②短路阻抗标么值不等的变压器并联运行时,应适当提高短路阻抗标么值大的变压器的二次电压(即适当减小其电压变比),以使并联运行的变压器的容量均能得以充分利用。
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