各变压器的短路阻抗

电机与变压器第一章：变压器1.变压器的基本工作原理和结构2.单相变压器的空、负载运行3.单相变压器的空载、短路实验4.变压器的极性及三相变压器的联结组6.三相变压器的并联运行及其他用途变压器变压器是一种静止电器,它通过线圈间的电磁感应,将一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能.课程安排（12课时）：5.三相变压器联结组别实验第一章：变压器？问题思考日常生活中的电能是怎样来的？为什么要高压输电？变压器可以传输直流电能吗？第一章：变压器日常生活中的电能是怎样来的？从发电厂到用户的送电过程示意图6.3—27KV升压变压器发电机组降压变压器配电变压器10KV35KV66KV110KV220KV500KV10KV/0.4KV第一章：变压器为什么要高压输电？电能从发电厂输送到用户。输电线路电阻RX的损耗ΔpX取决于通过输电线上的电流I的大小及输送到用户的功率P=UIcosф输出电线上的功率损耗：ΔpX=I2RX=（P/Ucosφ）2ρL/S=C*1/U2Sρ-输电线材料的电阻系数S-输电线的截面积U-输电线路负载端电压C=P2ρL/cos2ф为常数说明：若S一定.U升高，损耗ΔPX减少若ΔPX一定.U升高，S减小，故可节省材料，则提高送电电压U，可达到减少投资和降低运行费用的目的。第一章：变压器问题:为什么将变压器的原边接到交流电源上，灯泡就会发光呢？1.1变压器的基本工作原理和结构1.1变压器的基本工作原理和结构1.1.1基本工作原理和分类一、基本工作原理变压器的主要部件是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。1u1e2e2u1i2iΦ1U2U1u2uLZ1212dΦe=-NdtdΦe=-Ndt只要(1)磁通有变化量;(2)一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变电压的目的。知识点：楞次定律思考：直流？磁路与电路对应关系磁路电路磁通电流I磁通势IN电动势E磁阻RM电阻R磁路欧姆定律电路欧姆定律I=E/RMRINE+-RIN-+UI1.1变压器的基本工作原理和结构二、分类按用途分：电力变压器和特种变压器。按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。按铁心结构分：心式变压器和壳式变压器。按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器。1.1变压器的基本工作原理和结构变压器的外型和器身图1.1变压器的基本工作原理和结构二、分类配电变压器升压变压器降压变压器（一）电力变压器二、分类——按用途分1.1变压器的基本工作原理和结构试验、仪用等变压器(二)特种变压器电炉、整流变压器1.1变压器的基本工作原理和结构二、分类——按用途分双绕组变压器，在铁芯中有两个绕组，一个为初级绕组，一个为次级绕组自耦变压器，初级、次级绕组合为一个三绕组变压器，三个绕组连接三种不同电压的线路多绕组变压器，如分裂变压器1.1变压器的基本工作原理和结构二、分类——按线圈数目分油浸式变压器——铁芯和绕组都一起浸入灌满了变压器油的油箱中，可以加强绝缘和改善冷却散热条件（大容量）干式变压器——能满足特殊要求，如安全（小容量变压器）充气式变压器——绝缘性能优于油浸式（大容量）SF61.1变压器的基本工作原理和结构二、分类——按冷却方式分干式变压器油浸式变压器强迫油循环电力变压器1.1变压器的基本工作原理和结构二、分类——按冷却方式分单相变压器三相变压器二、分类——按相数分1.1变压器的基本工作原理和结构有载调压变压器无载调压变压器二、分类——按调压方式分1.1变压器的基本工作原理和结构变压器是由铁心和线圈（绕组）组成的。铁心线圈铁心线圈1.铁心：硅钢片（导磁性能好，损耗小）叠压而成。小变压器也有用铁氧体或坡莫合金替代硅钢片。变压器铁心一般分为心式（绕组包围铁芯）和壳式（铁芯包围绕组）两大类。心式壳式三、变压器的基本结构1.1变压器的基本工作原理和结构2.线圈(绕组)：小容量多用高强度漆包线绕制而成。一般有两个或以上绕组。接电源的绕组称为一次绕组，接负载的绕组称为二次绕组。视频演示变压器结构1.1变压器的基本工作原理和结构电力系统一般采用三相制供电，变压器均系三相变压器。其工作原理与单相变压器相同。三相变压器的结构三套高压绕组U1U2、V1V2、W1W2(一次绕组)。三套低压绕组u1u2、v1v2、w1w2(二次绕组)。高压绕组低压绕组1.1变压器的基本工作原理和结构连接发电机与电网的升压变压器连接发电机的封闭母线与电网相连的高压出线端1.1变压器的基本工作原理和结构三相干式变压器接触调压器1.1变压器的基本工作原理和结构电源变压器环形变压器控制变压器1.1变压器的基本工作原理和结构四、变压器的型号与额定值1.1变压器的基本工作原理和结构型号——可反映出变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容例一：SL7—500/10低损耗三相油浸自冷双绕组铝线，额定容量500KVA，高压侧额定电压10KV级电力变压器例二：SFPL——63000/110三相强迫油循环风冷双绕组铝线，额定容量63000KVA，高压侧额定电压110KV级电力变压器此外，铭牌上还会给出三相联结组以及相数m、阻抗电压Uk、型号、运行方式、冷却方式和重量等数据。此外，额定值还有额定频率、效率、温升等。指铭牌规定的额定使用条件下所能输出(二次绕组)的视在功率。额定容量NS(kVA)指长期运行时所能承受的工作电压额定电压12NNU/U(kV)是指一次侧所加的额定电压，是指一次侧加额定电压时二次侧的开路电压。在三相变压器中额定电压为线电压。1NU2NU三者关系：1122112233NNNNNNNNNNSUIUISUIUI单相：三相：指在额定容量下，允许长期通过的额定电流。在三相变压器中指的是线电流额定电流12NNI/I(A)四、变压器的型号与额定值1.2单相变压器的空载运行1.2.1电磁关系一、物理情况1U1EσE120U0I2(I)11U2U1u2u02E10RI1U0I100NIFσ1E0Φ1σΦ1E2E二、各电磁量参考方向的规定1）性质上：与成非线性关系；与成线性关系；2）数量上：占99%以上，仅占1%以下；3）作用上：起传递能量的作用，起漏抗压降作用。0000I0I111主磁通与漏磁通的区别强调：磁通与产生它的电流之间符合右手螺旋定则；在线圈里感应出的电势，相当一个电源，其方向类似一个直流电源内部，方向是从负指向正，而直流电源的外部则不同。（举例）1.2单相变压器的空载运行三、感应电动势分析1.主磁通感应的电动势——主电动势ωtsinΦΦm设0011112-9090mmdΦeNπfNΦsin(ωt)Esin(ω)dtt--则114.44mEfNΦ有效值114.44mEjfNΦ-相量同理，二次主电动势也有同样的结论。可见，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通。主电动势的大小与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。0901.2单相变压器的空载运行2.漏磁通感应的电动势——漏电动势漏电动势也可以用漏抗压降来表示，即根据主电动势的分析方法，同样有1114.44σσmEjfNΦ-1114.44σσEfNΦ11001σσEjωLIjIX--由于漏磁通主要经过非铁磁路径,磁路不饱和,故磁阻很大且为常数,所以漏电抗很小且为常数,它不随电源电压负载情况而变.1X1.2单相变压器的空载运行1.2.2空载电流和空载损耗一、空载电流1.作用与组成2、性质和大小性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电流主要是感性无功性质——也称励磁电流；大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关，用空载电流百分数I0%来表示：00N100II%%I空载电流包含两个分量，一个是励磁分量，作用是建立磁场，另一个是铁芯损耗分量，主要作用是供铁芯损耗。0IaI0rI01.2单相变压器的空载运行3、空载电流波形当磁通按正弦规律变化时，空载电流呈尖顶波形。实际空载电流为非正弦波，但为了分析、计算和测量的方便，在相量图和计算式中常用正弦的电流代替实际的空载电流。视频演示单相变压器空载电流波形1.2单相变压器的空载运行二、空载损耗对于已制成变压器，铁损与磁通密度幅值的平方成正比，与电流频率的1.3次方成正比，即空载损耗约占额定容量的0.2%~1%，而且随变压器容量的增大而下降。为减少空载损耗，改进设计结构的方向是采用优质铁磁材料：优质硅钢片、激光化硅钢片或应用非晶态合金。21.3mFePBf。，PP，RI。RIP,PFeFe耗即空载损耗近似为铁损所以均很小和由于和绕组铜损耗耗供给铁损电源吸收少量有功功率变压器空载时一次侧从01012001.2单相变压器的空载运行1.2.3空载时的电动势方程、等效电路和相量图一、电动势平衡方程和变比1、电动势平衡平衡方程（1）一次侧电动势平衡方程1110110101110σUEEIREIRjIXEZI----1114.44mUEfNΦ忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有11114.444.44mEUΦfNfN则可见，影响主磁通大小的因素有电源电压和频率，以及一次线圈的匝数。重要公式1.2单相变压器的空载运行（2）二次侧电动势平衡方程220EU2、变比定义112112022NNUUENkENUU对三相变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近似为额定相电压之比，具体为Y，d接线NNU3Uk21NNUU3k21D，y接线1.2单相变压器的空载运行二、空载时的等效电路和相量图1、等效电路一次侧的电动势平衡方程为01101011I)jX(RI)jX(RZIEUmm-空载时等效电路为即等效用电阻所以还要引入一个在铁心中引起铁损由于降表示也用电抗压感应的电动势表示法基于,PRI,R,P,E,XIjEFemmFe201101--100mmmEI(RjX)IZ1.2单相变压器的空载运行-mmmZ,X,R励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。由于磁路具有饱和特性，所以不是常数，随磁路饱和程度增大而减小。mmmjXRZ11XX,RRmm由于，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只是一个元件的电路。在一定的情况下，大小取决于的大小。从运行角度讲，希望越小越好，所以变压器常采用高导磁材料，增大，减小，提高运行效率和功率因数。mZmZ0I0ImZ1U0I1.2单相变压器的空载运行2、相量图根据前面所学的方程，可作出变压器空载时的相量图：（1）以为参考相量mΦ（2）与同相，滞后，mΦar0III00090aI0rI01E-（3）滞后，；090mΦ21E,E1001XIj,IR（4）1U（5）mΦaI0rI00I1E-1E2E10XIj01IR1U1.2单相变压器的空载运行空载运行小结（1）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡,若忽略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定.（2）主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。（3）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。（4）电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的电流的比值，线性磁路中，电抗为常数，非线性电路中，电抗的大小随磁路的饱和而减小。1.2单相变压器的空载运行1.3.1负载运行时的电磁关系变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次接上负载的运行状态，称为负载运行。1U1Eσ1E2U1I2I1m2EAXaxLZ22E1.3单相变压器