09电机学小结1

1电机学小结四川大学电气信息学院曾成碧2009年12月4日2009/12/4zcb2第一部份：变压器第二章至第四章都要求掌握变压器的类型和基本结构变压器运行原理三相变压器第五章要求了解不对称的分析方法之一——对称分量法；掌握变压器的序阻抗第六章理解三种变压器的特点、使用场合以及使用注意事项2009/12/4zcb3第二章变压器的类型和基本结构变压器的用途和分类变压器的基本结构铁芯(core)：构成变压器的磁路,同时又起着器身的骨架作用。带绝缘的绕组(windings)：构成变压器的电路,它是变压器输入和输出电能的电气回路。变压器油：两个作用：①在变压器绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间起绝缘作用。②变压器油受热后产生对流，对变压器铁心和绕组起散热作用。油箱及附件2009/12/4zcb4变压器的额定值值得注意：（1）二次额定电压U2N是当一次绕组外施额定电压而二次侧空载（开路）是的电压。（2）三相变压器：指线值112233NNNNNSUIUI112233NNNNNSUIUI第二章变压器的类型和基本结构2009/12/4zcb5第三章变压器基本运行原理电磁关系1U1I11NI11rI11E1E2E22NI2I22E22rI2009/12/4zcb61.主磁通与漏磁通1的差别：(1)功能不同：同时与原副边交链，1仅与原边交链。当i0变化时，、1均变化，在中产生感应电势，将能量从原边传到付边，1无此功能，仅在中产生感应电势。（2）磁路性质不同均从铁芯中走，磁阻小1从空气中，磁阻大，故mmRiNRiN01101;1电磁关系2009/12/4zcb72.等效参数1）激磁参数0I1F1E激磁（空载）电流i0与主磁通的关系（1）大小关系（磁化曲线）i00（2）波形与相位关系•当磁通为正弦波，由于磁路饱和，激磁电流为尖顶波。•当激磁电流为正弦波，由于磁路饱和，磁通为平顶波。•磁通与激磁电流同相位。•尖顶波激磁电流主要可以分解为基波和三次谐波。电磁关系2009/12/4zcb8磁通与感应电势的关系（1）大小关系（2）波形关系•当主磁通为正弦波，感应电势为正弦波。•当主磁通为平顶波，感应电势为尖顶波。•感应电势滞后磁通90相位。•平顶波激磁电流主要可以分解为基波和三次谐波。mfNEU11144.4当变压器制好了之后，铁芯中取决于外施电压，若U、f不变,大小基本不变；从空载到负载，由于原边漏阻抗压降稍微增加，稍有减小。电磁关系2009/12/4zcb90I1E饱和时正弦波平顶波尖顶波尖顶波正弦波正弦波电磁关系波形关系2009/12/4zcb10i0e1，感应电势看成为空载电流在阻抗上的阻抗压降：)(001mmmjxrIZIExm为励磁电抗，对应于主磁通的电抗；rm为励磁电阻，对应于铁心铁耗的等效电阻：rm与xm均非常数（随铁心饱和而变化）(1)mmfNx212当m越大，铁芯越饱和，xm越小20IPrFem(2)2mFemp，当但铁芯饱和后，m稍一增大，I0便增大很多。故mr电磁关系2009/12/4zcb11（2）漏抗参数0I11E漏磁路大部分由气隙组成，不存在饱和，故而0111IHBE011IxEx1比例系数，称为一次侧漏电抗011ILL1比例系数、漏电感12111NLx=CL1=Cx1=C电磁关系2009/12/4zcb12等效电路1.绕组折算所谓折算，就是把一次和二次绕组的匝数变换成同一匝数的方法，即把实际变压器模拟为变比为1的等效变压器来研究。折算原则：在折算前后，变压器内部的电磁关系一定不能改变，所以折算是在磁势、功率、损耗和漏磁场储能等均保持不变的原则下进行的。折算方法：（比如将付边各量折算到原边）2009/12/4zcb1320121UUEEK用一、二次绕组的电压之比来表示变压器的变比：注意：若为三相变压器，为原边付边相电势（压）之比；若变压器为Y/d（）联结D（）/Y联结213EEK213EEK等效电路变比2009/12/4zcb14折算法只是一种分析的方法(折算到高压边)凡是单位为伏的物理量（电动势、电压）的折算值等于原来数值乘k；单位为欧的物理量（电阻、电抗、阻抗）的折算值等于原来数值乘k2；电流的折算值等于原来的数值乘以1/k。等效电路2009/12/4zcb15r1x１1I1Uxm0Irm'2I'2U'2x'2r等效电路2.等效电路1）.等效电路代表的物理意义x1是原绕组的漏电抗,表征漏磁通对电流的电磁效应,与匝数和几何尺寸有关，均为常数。r1是原绕组的电阻。2009/12/4zcb16rm－激磁电阻,它是反映变压器铁耗大小的等效电阻，不能用伏安法测量。xm－激磁电抗，xm=2fLm=2fN12m，反映了主磁通对电路的电磁效应。rm、xm都随磁路的饱和程度增加而减小。x1是与一次绕组漏磁通对应的电抗；xm是与主磁通对应的电抗。x1是常数，xm与磁路饱和有关，是一个变化量。等效电路2009/12/4zcb17等效电路2).参数大小受哪些因数影响？（1）绕组匝数的影响（2）电源电压变化的影响（3）电源频率变化的影响3）.参数的测定与计算（折算与标么值计算）空载试验可以测出变压器的激磁阻抗参数。为了便于测试和安全，空载试验在低压侧施加电压。短路阻抗参数可通过短路试验测出。为了便于测试与安全，短路试验常在高压侧加电源电压，低压侧直接短路。2009/12/4zcb18等效电路标幺值基准值实际值标么值＝基准值的选取值得注意（1）额定相电压和相电流作为相电压和相电流的基准值；额定电压和电流作为线电压和线电流的基准值；（2）电阻、电抗和阻抗采用同一个基准值，这些参数都是一相的值，所以阻抗基准值是额定相电压与额定相电流的比值；（3）变压器有一、二次侧绕组之分，一、二次侧各物理量的基准值，应选择各自侧的额定值。2009/12/4zcb19等效电路标幺值计算值得注意：（1）额定电压、额定电流和额定视在功率的标幺值为1；（2）标幺值计算时，原副边不必再进行折算。（3）三相变压器的标幺值计算不需要区分相线值。（4）三相功率计算时采用标幺值没有系数3（或）。32009/12/4zcb20短路电压指短路试验时，使短路电流达到额定值时所加的电压。从正常运行角度，希望短路阻抗越小越好，这样内部阻抗压降就小，输出电压随负载变化的波动就小；而从限制短路电流的角度，又希望短路阻抗大一些。%1001NkkUUu*111*kNkNNkkZUZIUUU*111*kNkNNkakarUrIUUU*111*kNkNNkrkrxUxIUUU*1121*kNNNNkkNrIUISpp2009/12/4zcb21第五节变压器的运行特性(1)电压变化率：u)sincos(2*2*kkxru越大，u越大一定时，u受短路阻抗的影响感性负载时，U为正；容性负载，U可正可负。实际运行中一般是感性负载，端电压下降5~8%。*22221UUUUUNN2009/12/4zcb22U2*0cos=0.8(滞后)cos=0.8(超前)cos=111（2）变压器的外特性变压器的运行特性2009/12/4zcb23%100]cos1[20220kNNkNppSpp01.0max0.60.8附加铁耗不变损耗涡流磁滞基本铁耗铁耗附加损耗可变损耗基本铜耗铜耗损耗mckck21rIRIrIrIrI200752122'2121075),(kNpp0当变压器铜耗=铁耗有最大效率（3）变压器的效率特性2009/12/4zcb24第四章三相变压器三相变压器的磁路系统（最简单）三相变压器的电路系统——绕组的联结方式和联结组（最重要）三相变压器绕组联结方式及磁路系统对电动势波形的影响（最难）变压器的并联运行（最易理解）2009/12/4zcb251.三相变压器的磁路系统特点三相变压器组：三相磁路互相完全独立。各相主磁通有各自的铁心磁路，互不影响。若对称电源，三相磁通对称三相心式变压器的磁路特点：各相磁路彼此相关优点：耗材少、价格便宜、占地少、维护简单磁路系统主要影响：三次谐波磁通和零序系统路径2009/12/4zcb262.三相变压器的电路系统1)三相变压器联结方式：星形接法和三角形接法。Y形形(分两种联接顺序)ABCXYZABCXYZABCXYZ2009/12/4zcb272)三相变压器的联接组ABCXYZBXYZCAaybzcx330abcxyz判断连接组号2009/12/4zcb282)三相变压器的联接组ABCXYZxyzAZBCYXaxb/Y-113300abcc根据连接组号判断变压器绕组的连接2009/12/4zcb29联接组的几点认识：（1）当变压器的绕组标志（同名端或首末端）改变时，变压器的联接组号也随着改变。（2）Y/Y联接的三相变压器，其联接组号都是偶数；（3）Y/联接的三相变压器，其联接组号都是奇数；（4）/联接可以得到与Y/Y联接相同的组号；/Y联接也可以得到与Y/联接相同的组号；（5）最常用的联接组是Y/Y－12和Y/－11；2009/12/4zcb303.三相变压器绕组联接法和磁路系统对电势波形的影响Y/Y联接组的电势波形(原副边绕组无3次谐波电流)三相变压器组和三心五柱变压器不能做成Y/Y联接.感应相电势称为尖顶波，最大值升高，影响绝缘。三相心式变压器（主磁路无3次谐波磁通）：主磁通、感应电势接近正弦波，箱壁易引起涡流，有附加损耗。线电势仍为正弦波。容量限制在1800kVA以下2009/12/4zcb31Y/联接或/YY联接侧，空载电流三次谐波不能流通，主磁通和原、副边绕组相电势中出现三次谐波分量。绕组联接侧，三次谐波同相位、同大小，形成三次谐波环流。三次谐波环流作为激磁电流，与Y绕组中的基波电流共同建立主磁场。主磁通接近正弦波，相电势为正弦波，线电势也为正弦波。2009/12/4zcb32结论：在三相变压器中，希望在原边或副边绕组中有一个接成三角形，保证相电势接近正弦波，避免畸变。大容量Y/Y联接，铁心另加绕租接成，为i3提供通路，以改善电势波形。3.三相变压器绕组联接法和磁路系统对电势波形的影响2009/12/4zcb33第四节变压器的并联运行变压器理想的并联条件（1）各变压器的一次和二次额定电压相等，即各变压器变比相等；（2）各变压器一次和二次线电压的相位差相同，即各变压器连接组别相同；（3）各变压器的阻抗电压标幺值相等，短路阻抗角也相等。2009/12/4zcb34组别不等的变压器绝对不允许并联；%5.0*K要求变比不等的变压器并联会引起较大的环流,各变压器负担的电流标幺值与其阻抗标幺值成反比，阻抗标幺值小的变压器先满载。第四节变压器的并联运行2009/12/4zcb35第五章三相变压器的不对称运行了解不对称运行的分析方法之一：对称分量法；熟悉变压器的各序阻抗：零序阻抗受那些因素影响？(1)磁路系统对零序激磁阻抗的影响2009/12/4zcb36(1)磁路系统对零序激磁阻抗的影响三相组式变压器零序电压加于三相变压器组上，等效电路与正序完全相同，零序主磁通与正序主磁通路径完全相同，故三相心式变压器mmZZ0零序无法在其中流通,只有经油、油箱壁及部分铁心闭合，磁阻大，故mmZZ0影响零序磁通，影响零序激磁阻抗2009/12/4zcb37什么情况下Z0≈Zk;什么情况下Z0≈Zm。（2）不同联接组对零序等效阻抗的影响影响零序电流2009/12/4zcb38第六章三绕组变压器和其它用途变压器