电力与拖动第2章变压器.ppt

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－,一次绕组,二次绕组,施加u1→i1→N1i1,1Φ,→e1,e1e2,,u2→i2,→N2i2,,→2,→e2,→L1→L2,,,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,※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,,,2.1变压器的工作原理,,大连理工大学电气工程系,,二次侧电路,※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,忽略Z1和Z2,,,2.1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,N1i1↓↑N2i2,N1i0→Φ,磁通势平衡方程,,,2.1变压器的工作原理,,大连理工大学电气工程系,当I2I2N，I1I1N（满载）在满载或接近满载时，I0可忽略不计。,两边除以得,即,,,,2.1变压器的工作原理,大连理工大学电气工程系,,,大小关系,相位关系,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2,e1e1,,＋u1－,i1,ZL,,,,i2,,,,Φ,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,,忽略Z1、Z2、I0，则,|Ze|,|Ze|k2|ZL|,,,2.1变压器的工作原理,,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,2.1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。,,,2.1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。,,,2.1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DdGBY,yn、Y,d、YN,d、Y,y、YN,y,2三相绕组的联结方式,,,,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U1L66kV，线电流I1L15.76A；二次绕组的线电压U2L10kV，线电流I2L104A。负载的功率因数2cos20.8。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,I1PI1L15.76A,,,2二次绕组的相电压和相电流U1PU1L10kV,2.1变压器的工作原理,,大连理工大学电气工程系,,,3输出的视在功率、有功功率和无功功率,1.73210104kVA1800kVA,1.732101040.8kW1441kW,1.732101040.6kvar1080.8kvar,2.1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。,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,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,,,2.2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U1U1N时,U20U2N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SNU2NI2NU1NI1N※三相变压器,3.额定功率（额定容量）SN,4.额定频率fN一般fN50Hz（工频）,,,2.2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SN500kVA，额定电压U1N/U2N35/11kV。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,,,因高压绕组为Y形联结，额定相电流为I1NPI1NL8.25A,2.2变压器的基本结构,,大连理工大学电气工程系,2低压绕组额定线电流,因低压绕组为△形联结，额定相电流为,,,2.2变压器的基本结构,,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N1I2N2I2,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,匝数相同,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,R2I22R2I22,k2R2,无功功率不变,X2I22X2I22,k2X2,因而,Z2k2Z2ZLk2ZL,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。,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－,,,I1,,R1jX1,E1E2,,,I0,,－U2＋,,jX2R2,,,,I2,,2.3变压器的运行分析,,,R0,jX0,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RSR1R2短路电抗XSX1X2短路阻抗ZSRSjXS,I0很小，I1≈I2,,,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/U2N380/190V，Z10.4＋j0.8，Z20.15＋j0.3，Z0600＋j1200，ZL7.5＋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,Z2k2Z2220.15＋j0.30.6＋j1.2ZLk2ZL227.5＋j4.7530＋j19,,,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,2.3变压器的运行分析,,,,大连理工大学电气工程系,I2kI2210.14A20.28A,U2|ZL|I2,2用简化等效电路ZSZ1＋Z21.0＋j2.0,180.04V,I2kI2210.15A20.3AU2|ZL|I2180.22V,2.3变压器的运行分析,,,,大连理工大学电气工程系,2.基本方程式,,,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,电感性负载,,,2.3变压器的运行分析,,大连理工大学电气工程系,,,2.3变压器的运行分析,,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,测得数据U1、I0、P0、U2。,1.铁损耗PFe≈P02.励磁阻抗模|Z0|,,,,第2章变压器,,求得数值,大连理工大学电气工程系,3.励磁电阻,4.励磁电抗,5.电压比,若要将|Z0|、R0和X0折算至高压侧，则折算至高压侧的参数k2折算至低压侧的参数,,,2.4变压器的参数测定,,大连理工大学电气工程系,二、短路试验,试验在高压侧进行,测得数据US、I1、PS。,U1510U1N,求得数值1.铜损耗PCuPS2.短路阻抗模,,,2.4变压器的参数测定,,大连理工大学电气工程系,3.短路电阻,4.短路电抗,5.阻抗电压,US,铭牌上常用阻抗电压的标么值表示,※电压、电流与阻抗（电阻和电抗）的基值U1N、I1N、U2N、I2N、,,,2.4变压器的参数测定,,大连理工大学电气工程系,阻抗电压的标么值,|ZS|*,※中、小型电力变压器|ZS|*0.040.105※大型电力变压器|ZS|*0.1250.175折算至75℃时的RS值,铜线,铝线,,,2.4变压器的参数测定,,大连理工大学电气工程系,2.4变压器的参数测定,绕阻电抗与温度无关,75℃时的短路阻抗模,若要将|ZS|、RS和XS折算至低压侧，则,,,,大连理工大学电气工程系,三相变压器的空载实验和短路试验,,,2.4变压器的参数测定,,大连理工大学电气工程系,求折算至高压侧的|Z0|、R0、X0和|ZS|、RS、XS。解1由空载试验求得,【例2.4.1】一台三相变压器，SN750kVA，U1N/U2N10000/231V，I1N/I2N43.3/1874A。Y,d联结。室温为20℃，绕组为铜线，试验数据如下表,,,2.4变压器的参数测定,,大连理工大学电气工程系,3.83Ω,折算至高压侧Z02523.85Ω2406ΩR02520.35Ω219ΩX02523.83Ω2394Ω2由短路试验求得,,,2.4变压器的参数测定,,大连理工大学电气工程系,5.54Ω,折算至75℃,XS5.54Ω,,,2.4变压器的参数测定,,大连理工大学电气工程系,2.5变压器的运行特性,运行特性外特性、效率特性。一、外特性当U1、cos2为常数时U2fI2,外特性。,电压调整率,,,第2章变压器,,1.定义公式,大连理工大学电气工程系,2.折算至一次侧的公式,3.利用简化等效电路计算的公式,,,2.5变压器的运行特性,,大连理工大学电气工程系,二、效率特性1.功率变压器由电源输入的有功功率P1U1I1cos1变压器输出的有功功率P2U2I2cos22.损耗1总损耗P1－P2PCu＋PFe2铜损耗PCuR1I12＋R2I22R1I12＋R2I22（用T形等效电路）,,,2.5变压器的运行特性,,大连理工大学电气工程系,I1I1N时的短路损耗,PCuRSI12RSI22（用简化等效电路）2PS（用短路试验）,式中,负载系数。,由于PCu∝I2,可变损耗。,3铁损耗PFeRmI02（用T形等效电路）P0（用空载试验）由于PFe∝Φm、f等，,当U1、f均不变时，,PFe不变（与I2大小无关）不变损耗。,,,2.5变压器的运行特性,,大连理工大学电气工程系,3.效率,因VR不大，则若忽略VR，则U2U2NP2U2I2cos2U2NI2cos2,SNcos2SN2,,,2.5变压器的运行特性,,大连理工大学电气工程系,当U1U1N、cos2为常数时fI2或fβ,4.效率特性,求得P02PS即PCuPFe时，max,效率特性。,令,※小型电力变压器ηN80～90※大型电力变压器ηN98～99,,,2.5变压器的运行特性,,大连理工大学电气工程系,【例2.5.1】用一台例2.4.1中的三相变压器向λ2＝0.8电感性的三相负载供电，求电压调整率和满载时的效率。,解1求电压调整率由例2.4.1已求得75℃时的RS＝2.36Ω,Xs5.54Ω,额定相电流I1NP＝43.3A,额定相电压3VRRScos2XSsin21002.360.85.540.61003.92求满载频率满载时β1,故,U1NP,I1NP,,5780,43.3,,2.5变压器的运行特性,,,,大连理工大学电气工程系,2.5变压器的运行特性,97.6,,,,大连理工大学电气工程系,2.6三相变压器的联结组,一、联结组的表示方式联结组连接形式联结组号。联结组号有0－11十二个数，以表示出高、低压绕组线电动势之间的相位差。1.相电动势的相位关系,相位关系,,,第2章变压器,,,,大连理工大学电气工程系,2.线电动势的相位关系,时钟表示法高压绕组的线电动势任取一个作分针，指向12点；低压绕组对应的线电动势作时针，它们所确定的钟点数即为联结组号。,,,2.6三相变压器的联结组,,高、低压绕组对应的线电动势因连接方式不同会出现30整数倍的相位差。,例如Y,y0连接形式为Y,y。联结组号为0。钟表指在0点,高、低压绕组对应的线电动势的相位差为0。,Y,d11-连接形式为Y,d。联结组号为11。钟表指在11点,高、低压绕组对应的线电动势的相位差为1130＝330。,大连理工大学电气工程系,二、标准联结组,Y，yn0、Y，d11、YN，d11、Y，y0、YN，y0。,※三、联结组的判断方法,例2.6.1,Y,yn6,2.6三相变压器的联结组,,,,大连理工大学电气工程系,2.6三相变压器的联结组,例2.6.2,u1v2,w2u2v2,D,d2,,,,大连理工大学电气工程系,2.7三相变压器的并联运行,负荷容量很大，一台变压器不能满足要求。负荷变化较大，用多台变压器并联运行可以随时调节投入变压器的台数。可以减少变压器的储备容量。,,,第2章变压器,,大连理工大学电气工程系,1.空载时各台变压器的I20，即各台变压器之间无环流。2.负载运行时，各台变压器分担的负载与它们的容量成正比。3.各台变压器同一相上输出的电流同相位，使得总输出电流I2Ii。二、理想并联运行的条件1.电压比相等，以保证二次空载电压相等。规定电压比之差≤0.5平均电压比2.联结组相同，以保证二次空载电压相位相同。,一、并联运行的理想状态,,,2.7三相变压器的并联运行,,大连理工大学电气工程系,3.短路阻抗标么值相等。,1各台变压器承担的负载与其短路阻抗模成反比。,,,2.7三相变压器的并联运行,,大连理工大学电气工程系,希望,负载与容量成正比,即,,,2当ZS模的标么值（或US的标么值）相等时，各台变压器承担的负载与其容量成正比。3当各台变压器的ZS的阻抗角相等时，各台变压器的输出电流同相位。即当SⅠSⅡ有ILILⅠ＋ILⅡSSⅠ＋SⅡ如果SⅠ－SⅡ＜20，则可以不考虑相位。,,,2.7三相变压器的并联运行,,大连理工大学电气工程系,【例2.7.1】两台电压比和联结组相同的变压器并联运行。已知SNⅠ100kVA，SNⅡ100kVA，试求当总负载为200kVA时，两台变压器各自分担的负载是多少为了不使两台变压器过载，最大负载应是多少,解1,SⅠ＋SⅡSL200kVA,SⅠ106kVA，SⅡ94kVA,,2应当使SⅠ100kVA则,89kVA,SLmaxSⅠSⅡ189kVA,,,2.7三相变压器的并联运行,,大连理工大学电气工程系,2.8自耦变压器,1.自耦变压器的基本结构只有一个绕组。,手柄,接线柱,,,第2章变压器,,更多的图片,大连理工大学电气工程系,2.自耦变压器的工作原理,1电压关系忽略漏阻抗，则,,,2.8自耦变压器,,大连理工大学电气工程系,2电流关系,,,2.8自耦变压器,,公共绕组的电流,大连理工大学电气工程系,在降压变压器中，I1I2,3功率关系变压器容量,SNU2NI2NU1NI1N,S2U2I2,在降压变压器中,U2I＋I1U2I＋U2I1Si＋St,,,2.8自耦变压器,,大连理工大学电气工程系,在升压变压器中,S1U1I1,U1I＋I2U1I＋U1I2Si＋St,降压变压器升压变压器感应功率Si传导功率St,U2IU1IU2I1U1I2,在SN一定时，k越接近1，Si越小，St所占比例越大，经济效果越显著。,,,2.8自耦变压器,,大连理工大学电气工程系,2.9三绕组变压器,1.结构有三个绕组和三个电压等级。,,,第2章变压器,,大连理工大学电气工程系,2.工作原理,1空载时，三个绕组的电压关系,,,2.9三绕组变压器,,大连理工大学电气工程系,2负载时，用简化等效电路分析,将两个二次绕组折算至一次侧，则U2k12U2，U3k13U3,,,2.9三绕组变压器,,大连理工大学电气工程系,等效电抗X1、X2、X3与双绕组变压器不同,①自漏磁通②互漏磁通③主磁通,等效电感与自感和互感的关系LL1＋L22M,※式中,Z1R1＋jX1，Z2‘R2’＋jX2‘，Z3’R3‘＋jX3。,,,2.9三绕组变压器,电压关系,,大连理工大学电气工程系,磁通势平衡方程,折算后，由简化等效电路得,3.容量S1NU1NI1NS2NU2NI2NS3NU3NI3NSNmax｛S1N，S2N，S3N｝※工作时，各绕组的视在功率均不得超过其自身的容量。,,,2.9三绕组变压器,,大连理工大学电气工程系,2.10仪用互感器,一、电压互感器,ku,国产互感器U2N100V使用注意①二次绕组禁止短路。②二次绕组与铁心必须接地。,空载运行的降压变压器。,,,第2章变压器,电压互感器,,大连理工大学电气工程系,→E2,二、电流互感器,N1很小。短路运行的升压变压器。,ki,国产互感器I2N5A使用注意①二次绕组禁止开路。开路时I20，I1不变,→Φ,②一次绕组工作电压较高时，二次绕组与铁心必须接地。,,,2.10仪用互感器,,大连理工大学电气工程系,树脂浇注干式变压器,,,第2章变压器,,大连理工大学电气工程系,特种变压器,,,第2章变压器,,大连理工大学电气工程系,隔离变压器,,,第2章变压器,,大连理工大学电气工程系,电源用变压器,单相变压器,,,第2章变压器,更多的图片,,大连理工大学电气工程系,练习题,2.1.12.1.22.1.32.1.42.2.12.2.22.3.12.3.22.3.32.4.12.4.22.5.12.5.22.5.32.6.12.6.22.7.12.7.22.7.32.8.12.8.22.9.12.9.22.10.1*以教师画勾的题为准。,第2章变压器,下一章,,