电机学最完整的的课件 经典

本章教学基本要求1.了解变压器的主要结构、基本工作原理及主要额定值的意义；2.通过变压器的负载运行分析，深入理解负载运行时变压器各物理量之间的关系，绕组折算的物理意义及其计算方法，掌握负载运行时的等值电路、相量图、参数测定及求解电压变化率和效率，学会分析变压器的运行性能；3.熟悉三相变压器的联接组别，并能根据绕组接线图判别其联接组别或按照已知的联接组别画出绕组的接线图。第三章变压器本章教学重点和难点重点：1.理解在不同运行状态下I0、I1和I2等参数的物理意义；2.变压器的基本方程式、等值电路、相量图；3.三相变压器的联接组别。难点：负载运行时各量之间的关系。原绕组：原边、初级、一次绕组副绕组：副边、次级、二次绕组铁心电源：交流电源，在铁心中的磁通是交变的，在副边感应出电动势，提供给负载。原绕组副绕组铁心电源负载W1W2第一节变压器的工作原理、分类及结构一、变压器的工作原理工作原理当原绕组外加电压U1时，原边就有电流I1流过，并在铁芯中产生与U1同频率的交变主磁通Φ，主磁通同时链绕原、副绕组，根据电磁感应定律，会在原、副绕组中产生感应电势E1、E2，副边在E2的作用下产生负载电流I2，向负载输出电能。变压器的主要部件——铁心和套在铁心上的两个绕组。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。原理根据电磁感应定律则有：dtdNedtdNe2211kNNEE2121式中k为变压器变比（匝比）。若忽略绕组内阻和漏磁通，原、副绕组端电压近似为：2211EUEUkNNEEUU212121忽略铁心中的损耗，根据能量守恒定律，有：2211IUIU电源变压器电力变压器控制变压器接触调压器三相干式变压器1铁心2绕组3油箱4绝缘套管5其它附件三、变压器的结构简介铁心——变压器中主要的磁路部分，分为铁心柱与铁轭两部分。单相芯式变压器1—铁心柱2—铁轭3—高压线圈4—低压线圈三相芯式变压器1—铁心柱2—铁轭3—高压线圈4—低压线圈单相壳式变压器1—铁心柱2—铁轭3—绕组绕组——变压器中的电路部分。1—低压绕组2—高压绕组交叠式绕组绕组由漆包线或铜条绕制而成，它构成变压器的电路部分。油浸式电力变压器1—信号式温度计2—吸湿器3—储油柜4—油位计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—铁心12—线圈13—放油阀门油箱、绝缘套管、其它附件油箱是装变压器油的，为了便于散热，有的箱壁上焊有散热管。变压器油的作用是绝缘和冷却。不论是Y接还是Δ接。，根据额定容量和额定电压计算出来的线电流。[例3-1]有一台三相油浸自冷式铝线电力变压器，AkV160NS联结yn0Y,kV4.0/kV35/2NN1UU试求一次、二次绕组的额定电流。解：A64.2A10353101603331NNN1USIA9.230A104.03101603332NNN2USI一、空载运行的物理情况i2=0,磁通由i0建立漏磁通的磁路是线性的原边漏磁通Φs1与原边匝链，感应电动势为es1主磁通Φ与原边匝链，感应电动势为e1主磁通Φ与副边匝链，感应电动势为e2主磁通Φ是传递能量的媒介1主磁通和漏磁通第二节单相变压器的空载运行变压器空载运行也称无载运行，它是指原边加电源电压，副边开路的运行状况。单相变压器的空载运行dtdNeudtdNedtdNeFNiium1111202211010012正方向的规定电压的正方向是指电位降低的方向。由电压的正方向决定，为从AX“正电压产生正电流”的正方向：Φ根据电流I1的正方向，用右手螺旋法则规定磁通Φ的正方向。“正电流产生正磁通”的正方向:1I2正方向的规定原边电动势的正方向与电流I1的正方向相同（由上指向下）。原副绕组由同一磁通交链，故电动势E2的正方向亦由上指向下（与原边电动势方向相同）。Ù2正方向与的正方向相反的正方向：2E2E即原边电流方向就是电动势方向(从上而下)一、空载运行时的物理情况一次绕组和二次绕组的电动势平衡方程式tNtNrieeriumdddd)()(1111011101tNeumdd2220其中，i0—空载电流；u20—二次绕组的空载电压；r1—一次绕组的电阻。φm—主磁通；φ1σ—一次绕组漏磁通。1、感应电动势与主磁通空载运行时，忽略i0r1和e1σ11eutmmsin设：)2/πsin()90sin(dd1111tEtNtNemmm)2/πsin()90sin(dd2222tEtNtNemmm感应电动势e1和e2均滞后于φm90°电角度，其有效值为mmmmfNfNNEE1111144.42π222mmmmfNfNNEE2222244.42π222E1和E2的相量表达式mfNE1144.4jmfNE2244.4j2、空载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；另一个是铁耗分量，作用是供变压器铁心损耗——有功分量。性质：由于空载电流的励磁分量远大于铁耗分量，所以空载电流主要是感性无功性质——也称励磁电流；可见，感应电势的大小与匝数和主磁通幅值成正比，相位滞后于主磁通相量90°。空载电流2Fe2μmFeμmIIIIII空载电流磁化电流铁损电流——产生磁通。它与磁通同相位，是无功分量。——产生铁心损耗。它与磁通垂直，是有功分量。在数值上，一般有IμIFe。因此空载电流可以认为是励磁电流用向量表示空载电流空载电流与主磁通的夹角α称为铁损角。mI0IIFeI)2sin()90sin()cos(101111111tEtNtNdtdNemmm11111111222NNNEEmmm0111INL电感定义0101001011j9090IxILjILEE原边漏电抗的大小：3、漏磁通和漏电抗电流空载时Ìm很小，Ù1≈-È1，空载时的功率因数角φ0≈90º，功率因数很低，所以变压器一般不空载运行。二、空载运行时的电动势平衡方程式、相量图及等效电路mII0第三节单相变压器的基本方程式变压器负载运行时电磁关系1111111FNieiu2210ueeFm222222eFNii负载运行时的磁势平衡方程式从负载运行的电磁关系分析可知，由于副边出现了负载电流I2，在副边要产生磁势F2=I2N2，使主磁通发生变化，从而引起E1、E2的变化，E1的变化又使原边从空载电流I0变化为负载电流I1，产生的磁势为F1=I1N1，它一方面要建立主磁通Φm，另一方面要抵消F2对主磁通的影响。由于负载时的I1z1很小，约占6%U1N，忽略I1z1时有Ù1≈-È1，则可认为空载时主磁通与负载时主磁通近似相等。一、负载运行时的物理情况由于电源电压恒定，即U1=常数，则E1≈常数，Фm≈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。02211NINI2121INNI二、负载运行时的基本方程式变压器的基本方程按照方程的类别列原副端磁动势平衡方程原端电压方程式副端电压方程式原端电势方程原副端电势联系负载方程二、负载运行时的基本方程式1、磁动势平衡方程式2、电动势平衡方程式0)(22112211NINIININIm12211NININIm和漏电抗；zL为负载阻抗。分别为一次和二次绕组的漏阻抗、电阻212121xxrrZZ和、、、、mmZIE1111111111jZIExIrIEU222222222jZIExIrIEUKNNEE2121//原端电压方程式副端电压方程式原副端电势联系负载方程LLLzIjxrIU222)(原端电势方程变压器的参数折算折算的目的第四节变压器的等效电路及相量图折算变压器折算原则：折算前后变压器中的主磁通、原、副边的漏磁通的数量和空间分布情况不变，保持输出功率、损耗不变。折算方法：将原、副边绕组匝数变换成相同匝数，一般是副边向原边折算，即用匝数为N1的原绕组匝数，代替副绕组匝数，并保持副边的磁势不变，折算后的各物理量右上角都加“ˊ”。即将具有两个电路和一个磁路的变压器，简化为一个与变压器在电磁关系上等值的线性电路，这就是折算。折算前后变压器的磁势、磁场、功率和损耗都不变。通常将副绕组折算到原绕组。即用一个匝数为N1的与副绕组有相同磁势的新绕组去代替原来的副绕组。折算过程mfNE2244.4222222xIxI22222222xKxIIx将副边各量折算到原边的法则是：电势和电压乘以k，电流除以k，电阻、电抗、阻抗乘以k2(功率因数角不变)折算后负载的6个基本方程式二、等效电路图中，二次绕组各量均已经归算到一次绕组，即12NN12EE图中a、b和c、d分别是等电位点，可连接起来而不改变运行情况。于是作出变压器的T形等效电路。（由前述的基本方程式也可得出该等效电路）二、等效电路T型等效电路其形状像字母T，所以称为T型等效电路1、T型等效电路等值电路“T”型等值电路由原边AX端看存在：FmmmzzzzEIEIzIIEzIzIEIUz2122112111111111111)(zUI11三、相量图T型等值电路相量图2、“Γ”型近似等值电路z1zm，为了简化计算，将励磁支路左移到电源端，使其成为“Γ”等值电路，近似后所引起的误差，工程上允许。四、近似等效电路图变压器的Γ型等值电路简化等值电路由于ImI1，忽略Im不计。3、简化等值电路简化等值电路)()(212121xxjrrzzjxrzkkkrk、xk和Zk分别称为短路电阻、短路电抗和短路阻抗。变压器参数的实验测定变压器的参数有励磁参数和短路参数，只有已知参数，才能运用前面所介绍的基本方程式、等值电路或相量图求解各量。对制造好的变压器，其参数可通过实验测得。第五节等效电路的参数测定一、空载试验通过空载实验可得励磁参数、变比和铁损等数据。说明为了便于测量和安全，空载实验一般在副边做，即在低压绕组ax上加电压U2N，高压绕组AX开路，测量电压U2、空载电流I20、输入功率P0和开路电压U10。因变压器空载时无功率输出，所以输入的功率全部消耗在变压器的内部，为铁芯损耗pFe和空载铜耗I202R2之和，但空载电流I20很小，pFeI202R2，故可忽略空载铜耗，认P0≈pFe=I202Rm。通过测量空载电流和一、二次电压及空载功率来计算变比、铁耗和励磁阻抗。变压器空载运行时，可以认为输入功率p0完全用来抵偿铁耗。Fe0pp实验说明1由于可认为励磁阻抗：励磁电阻：励磁电抗：00mIUzz21000mIPRr2m2mmrzx11;rrzzmm实验说明2由于空载实验在低压侧做，计算所得的励磁参数是低压侧的值，如需折算到高压侧，各计算值应乘k2，还应注意的是，励磁参数随电压的大小而变化，计算时要取额定电压下的数据。对于三相变压器测得的功率是三相的，而励磁参数是指每一相的，故在计算时应将三相功率除以3，即取一相功率计算，同时应将测得的线值数据转换成相值数据。二、负载试验通过测量短路电流、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。