大学考研-电动与拖动课件-第2章变压器

LFChun制作大连理工大学电气工程系第2章变压器2.1变压器的工作原理2.2变压器的基本结构2.3变压器的运行分析2.4变压器的参数测定2.5变压器的运行特性2.6三相变压器的联结组2.7三相变压器的并联运行2.8自耦变压器2.9三绕组变压器2.10仪用互感器第2章变压器2.1变压器的工作原理2.2变压器的基本结构2.3变压器的运行分析2.4变压器的参数测定2.5变压器的运行特性2.6三相变压器的联结组2.7三相变压器的并联运行2.8自耦变压器2.9三绕组变压器2.10仪用互感器电机与拖动返回主页大连理工大学电气工程系2.1变压器的工作原理一、单相变压器＋u2－＋u1－i1i2Φ12一次绕组二次绕组施加：u1→i1→N1i11Φ→e1e1e2u2→i2→N2i2→2→e2→L1→L2ZL第2章变压器e2e2e1e1大连理工大学电气工程系1.电压变换一次侧电路U1=－E1+(R1+jX1)I1=－E1+Z1I1※R1：一次绕组电阻。X1：一次绕组漏电抗。Z1：一次绕组漏阻抗。忽略Z1，则U1≈－E1图形符号表示的电路图ZL－e1＋＋e2－i1+u1－i2＋u2－2.1变压器的工作原理E1=－j4.44N1fΦm大连理工大学电气工程系二次侧电路E2=－j4.44N2fΦm=E2－Z2I2U2=E2－(R2+jX2)I2U2=ZLI2U2≈E2※R2、X2、Z2：二次绕组的电阻、漏电抗、漏阻抗。忽略Z2，则一、二次绕组的电动势之比称为电压比≈U1U2k=E1E2=N1N2忽略Z1和Z22.1变压器的工作原理大连理工大学电气工程系2.电流变换i2的大小由什么决定？i1的大小由什么决定？I2由|ZL|决定；I1取决于I2。I1随I2变化的原因：①能量守恒。②从电磁关系分析:U1N4.44N1fΦm≈=常数N1i1↓↑N2i2N1i0→Φ磁通势平衡方程：2.1变压器的工作原理F1m+F2m=F0m大连理工大学电气工程系当：I2=I2N，I1=I1N（满载）在满载或接近满载时，I0可忽略不计。N1I1+N2I2=N1I0N1I1m+N2I2m=N1I0m两边除以得2即2.1变压器的工作原理大连理工大学电气工程系I1=－N2N1I2N1I1+N2I2=0I1I2N2N1=1k=大小关系：相位关系：I1与I2相位相反。I2具有去磁性质：I2削弱Φm→Φm不变→I1增加→以维持Φm不变。因此I2↑→I1↑。——电流变换。e2e2e1e1＋u1－i1ZLi2Φ12＋u2－2.1变压器的工作原理大连理工大学电气工程系3.阻抗变换|ZL|N1N2I1+U1－I2＋U2－忽略Z1、Z2、I0，则=U1U2I2I1==kN1N2|Ze|=U1I1=kU2I2/kU2I2=k2|Ze|=k2|ZL|变压器的阻抗变换I1k2|ZL|+U1－2.1变压器的工作原理等效大连理工大学电气工程系【例2.1.1】某半导体收音机的输出需接一只电阻为800的扬声器（喇叭），而目前市场上供应的扬声器电阻只有8。问利用电压比为多少的变压器才能实现这一阻抗匹配？解：ReRLk=8008==102.1变压器的工作原理大连理工大学电气工程系二、三相变压器1.三相变压器的种类三相组式变压器、三相心式变压器。（1）三相组式变压器特点：三相之间只有电的联系，没有磁的联系。U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w22.1变压器的工作原理大连理工大学电气工程系（2）三相心式变压器特点：三相之间既有电的联系，又有磁的联系。U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w22.1变压器的工作原理大连理工大学电气工程系连接方式高压绕组低压绕组星形联结有中性线YNyn星形联结无中性线Yy三角形联结DdGB:Y,yn、Y,d、YN,d、Y,y、YN,y2三相绕组的联结方式最常用的三种2.1变压器的工作原理大连理工大学电气工程系【例2.1.2】某三相变压器，Y,d联结。向某对称三相负载供电。已知一次绕组的线电压U1L=66kV，线电流I1L=15.76A；二次绕组的线电压U2L=10kV，线电流I2L=104A。负载的功率因数2=cos2=0.8。求该变压器一次、二次绕组的相电压和相电流以及变压器输出的视在功率、有功功率和无功功率。解：(1)一次绕组的相电压和相电流U1P=U1L3=kV=38.11kV661.732I1P=I1L=15.76A(2)二次绕组的相电压和相电流U1P=U1L=10kV2.1变压器的工作原理大连理工大学电气工程系I2P=I2L3=A=60.05A1041.732(3)输出的视在功率、有功功率和无功功率S2=3U2LI2L=1.732×10×104kV·A=1800kV·AP2=3U2LI2Lcos2=1.732×10×104×0.8kW=1441kWQ2=3U2LI2Lsin2=1.732×10×104×0.6kvar=1080.8kvar2.1变压器的工作原理大连理工大学电气工程系2.2变压器的基本结构一、主要部件1.铁心由硅钢片叠成或非晶合金制成。12341432奇数层偶数层2.绕组用绝缘圆导线或扁导线绕成。3.其他外壳、油箱、油、油枕、绝缘套管等。第2章变压器大连理工大学电气工程系1.按用途分类电力变压器、电炉变压器、整流变压器、仪用变压器等。2.按相数分类单相变压器、多相变压器。3.按每相绕组的个数分类双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器、自耦变压器等。4.按冷却方式分类干式、油浸式。5.按结构形式分类：心式变压器和壳式变压器。二、主要种类2.2变压器的基本结构大连理工大学电气工程系铁心柱铁心柱铁轭铁轭11112222心式变压器低压绕组高压绕组2.2变压器的基本结构(b)单相心式变压器示意图大连理工大学电气工程系铁铁铁心轭柱轭11222.2变压器的基本结构单相壳式变压器更多的图片大连理工大学电气工程系2.2变压器的基本结构三相油浸式电力变压器大连理工大学电气工程系2.2变压器的基本结构S9型配电变压器（10kV）更多的图片大连理工大学电气工程系2.2变压器的基本结构大型油浸电力变压器更多的图片大连理工大学电气工程系2.2变压器的基本结构大型油浸电力变压器更多的图片大连理工大学电气工程系2.2变压器的基本结构干式变压器更多的图片大连理工大学电气工程系三、额定值1.额定电压U1N/U2N指空载电压的额定值。即当U1=U1N时,U20=U2N如铭牌上标注:电压10000/230V※三相变压器是指线电压。2.额定电流I1N/I2N指满载电流值，即长期工作所允许的最大电流。※三相变压器是指线电流。2.2变压器的基本结构大连理工大学电气工程系指视在功率的额定值。※单相变压器：SN=U2NI2N=U1NI1N※三相变压器：3.额定功率（额定容量）SN4.额定频率fN一般：fN=50Hz（工频）SN=√3U2NI2N=√3U1NI1N2.2变压器的基本结构大连理工大学电气工程系【例2.2.1】某三相变压器，YN,d联结，容量SN=500kV·A，额定电压U1N/U2N=35/11kV。求该变压器在额定状态下运行时，高、低压绕组的线电流和相电流。解：(1)高压绕组的额定线电流I1NL=I1N=SN3U1N因高压绕组为Y形联结，额定相电流为I1NP=I1NL=8.25A2.2变压器的基本结构=A8.25A500×1031.732×35×103大连理工大学电气工程系(2)低压绕组额定线电流I2NL=I2N=SN3U1N因低压绕组为△形联结，额定相电流为I2NP=I2NL32.2变压器的基本结构=A26.24A500×1031.732×11×103=A15.15A26.241.732大连理工大学电气工程系2.3变压器的运行分析一、等效电路将匝数为N2的实际二次绕组用匝数为N1的等效二次绕组来代替。代替时保持磁通势和功率不变。第2章变压器二次绕组的折算公式：1.折算后的二次绕组电流磁通势不变：N1I2'=N2I2I2'=N2N1I2=I2k大连理工大学电气工程系2.3变压器的运行分析2.折算后的二次绕组电压和电动势输出视在功率不变：U2'I2'=U2I2U2'=I2I2'U2=kU2匝数相同：E2'=E1=kE2大连理工大学电气工程系2.3变压器的运行分析3.折算后的二次绕组漏阻抗和负载阻抗有功功率不变R2'I2'2=R2I22R2'=R2I22I2'2=k2R2无功功率不变X2'I2'2=X2I22X2'=X2I22I2'2=k2X2因而Z2'=k2Z2ZL'=k2ZL大连理工大学电气工程系2.3变压器的运行分析折算实质上是在功率和磁通势保持不变的条件下，对绕组的电压、电流所进行的一种线性变换。ZL＋U1－I1R1jX1－E1＋－E2＋jX2R2I2－U2＋提出漏阻抗后的变压器大连理工大学电气工程系T形等效电路ZL'＋U1－I1R1jX1E1=E2'I0'－U2'＋jX2'R2'I2'2.3变压器的运行分析R0jX0大连理工大学电气工程系简化等效电路该电路用于满载或接近满载运行时的分析、计算。短路电阻：RS=R1+R2'短路电抗：XS=X1+X2'短路阻抗：ZS=RS+jXSI0很小，I1≈I2ZL'＋U1－I1＝－I2'RSjXS－U2'＋2.3变压器的运行分析大连理工大学电气工程系【例2.3.1】一台单相变压器，U1N/U2N=380/190V，Z1=(0.4＋j0.8)，Z2=(0.15＋j0.3)，Z0=(600＋j1200)，ZL=(7.5＋j4.75)，当一次绕组加上额定电压380V时，试分别用T形等效电路和简化等效电路求负载电流和电压的实际值。解：(1)用T形等效电路k=U1NU2N==2380190Z2'=k2Z2=22(0.15＋j0.3)=(0.6＋j1.2)ZL'=k2ZL=22(7.5＋j4.75)=(30＋j19)=35.532.35O2.3变压器的运行分析大连理工大学电气工程系电路总阻抗Z=Z1＋Z0(Z2'＋ZL')Z0＋Z2'＋ZL'=36.634.88OI1=U1Z=A36.634.88O3800O=10.38－34.88OAE2'=E1=Z1I1－U1=[(0.4＋j0.8)×－]V10.38－34.88O3800O=371.91180.68OVI2'=E2'Z2'＋ZL'=10.14147.25OA2.3变压器的运行分析大连理工大学电气工程系I2=kI2'=2×10.14A=20.28AU2=|ZL|I2(2)用简化等效电路ZS=Z1＋Z2'=(1.0＋j2.0)=180.04V=7.52＋4.752×20.28V=10.1534.17OAI1=－I2'=U1ZS＋ZL'I2=kI2'=2×10.15A=20.3AU2=|ZL|I2=180.22V2.3变压器的运行分析大连理工大学电气工程系项目折算前折算后一次电压方程二次电压方程电流关系感应电动势感应电动势的关系输出电压2.基本方程式U1=－E1＋Z1I1U1=－E1＋Z1I1U2=E2－Z2I2U2'=E2'－Z2'I2'N1I1＋N2I2=N1I0I1＋I2'=I0E1=－Z0I0E1=－Z0I0E1=kE2E1=E2'U2=ZLI2U2'=ZL'I2'2.3变压器的运行分析大连理工大学电气工程系3.相量图※设：U2=U20°U2'I2'电感性负载2R2'I2'jX2'I2'I0－I2'I1R1I11U12.3变压器的运行分析大连理工大学电气工程系电容性负载U2'I2'R2'I2'jX2'I2'I0－I2'U12I1R1I1jX1I112.3变压器的运行分析电阻性负载U2'I2'R2'I2'jX2'I2'I0－I2'U1R1I11I1大连理工大学电气工程系2.4变压器的参数测定一、空载试验试验在低压侧进行低压侧高压侧＋U1－VAWV测得数据：U1、I0、P0、U2。1.铁损耗PFe≈P02.励磁阻抗模|Z0|=U1I0第2章变压器求得数值：大连理工大