第二章-变压器的基本作用原理与理论分析课件

单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,大家好,大家好,1,第一篇 变压器,2,第一篇 变压器2,第二章变压器的基本作用原理与理论分析,3,第二章变压器的基本作用原理与理论分析3,2-1,电力变压器的基本结构和额定值,一、电力变压器的基本结构,变压器是一种静止的电气设备，它利用电磁感应作用，将一种电压、电流的交流电能变换为相同频率的另一种电压、电流的交流电能。,4,2-1电力变压器的基本结构和额定值一、电力变压器的基本结构,变压器的用途,主要用于电力系统：,升压变压器、降压变压器、联络变压器、配电变压器。,其他用途：,整流设备、电炉、高压试验、矿井配电、交通运输等特殊用电场合的专用变压器,交流电能测量的仪用互感器,实验设备、电子仪器和控制装置等的小容量控制变压器,5,变压器的用途主要用于电力系统：升压变压器、降压变压器、,变压器的分类,按用途分：,电力变压器：升压变压器、降压变压器、联络变压器、配电变压器等,特种变压器：整流变压器、电炉变压器等,仪用变压器：电压互感器、电流互感器,按铁心结构分：,心式变压器:工艺简单，易绝缘,壳式变压器,电力系统中各种变压器都用铁心式。,6,变压器的分类按用途分：按铁心结构分：电力系统中各种变压器都用,按绕组数目分,双绕组变压器：一个初级绕组，一个次级绕组,三绕组变压器：容量较大，三种不同电压,自耦变压器：初次级绕组合二为一,所有变压器的基本原理都是相同的,按冷却方式分,油浸式变压器：采用变压器油用于加强绝缘和散热,干式变压器：在不允许用油处使用，容量相对较小,7,按绕组数目分所有变压器的基本原理都是相同的按冷却方式分7,8,8,电力变压器基本结构,铁心，带有绝缘的绕组，变压器油，油箱，绝缘套管,变压器必须具有电路和磁路部分，,电路部分由绕组构成，磁路部分由铁心构成,，绕组套装在铁心上，构成器身，器身是变压器的核心部分。,9,电力变压器基本结构 变压器必须具有电路和磁路部分，电路部分,10,10,铁芯,：,铁芯即为磁路，通过交变磁通；,电工钢片迭成，0.35mm，之间涂有绝缘漆；,绕组：,单相：高低压绕组分成两部分分别套在两边的铁芯柱上；,三相：每个柱上有一相高低压绕组；,低压绕组靠近铁芯，高压绕组套在低压外面,变压器油,增强绝缘：介电常数大；,散热：比空气导热系数大；,防潮：水分的存在使绝缘性能降低,11,铁芯：变压器油11,12,12,油箱,储油器：常为椭圆形，底部有沉积器（排水和排污）；,油：需防潮，但不得不透气；,呼吸作用：热胀冷缩；,油枕：减小空气与油的接触面，上有通气管道；,排气管：保护变压器油箱；,气体继电器：故障时报警或自动切断变压器电源；,形状：容量很小平滑，,容量大管形，,容量很大装散热器,13,油箱13,绝缘套管,中心导电杆+瓷套,低电压等级瓷质套管，,较高电压充油瓷套，,高电压导电杆上包表面附有铝箔的绝缘纸筒，,铝 箔间构成电容器，使之承受高电压,14,绝缘套管14,二、额定值,（一）额定容量,S,N,（VA，KVA）,（二）额定电压,U,N,（V，KV）,（三）额定电流,I,N,（A）,（四）额定频率,f,N,（Hz）,额定值是制造厂对变压器在指定工作条件下运行时所规定的一些量值，通常标在,铭牌,上,在额定状态下，变压器可以长期可靠运行，并具有优良的性能,15,二、额定值（一）额定容量SN （VA，KVA）额定值是,额定值的关系,单相变压器：,三相变压器：,16,额定值的关系单相变压器：三相变压器：16,例2-1,一台,DJ-240/6,型单相油浸自冷式变压器的额定容量,S,N,=240 kVA,，额定电压,U,1N,/,U,2N,=6.3 kV/0.23 kV,。求变压器一、二次绕组的额定电流。,17,例2-1 一台DJ-240/6型单相油浸自冷,例,2-2,一台,SCL-800/10,型环氧树脂浇注三相铝线干式变压器的额定容量,S,N,=800 kVA,，额定电压,U,1N,/,U,2N,=10 kV/0.4 kV,。求变压器一、二次绕组的额定电流。,18,例2-2 一台SCL-800/10型环氧树脂,19,19,2-2,变压器的空载运行,20,2-2 变压器的空载运行20,一、变压器空载运行时的电磁物理现象,21,一、变压器空载运行时的电磁物理现象21,22,22,23,23,二、电磁量的正方向,1)首先规定,电源电压,u,1,的正方向,方向是由上向下。,2)根据电源电压的正方向确定初级绕组的,电流,i,0的方向,;,3)根据初级绕组的电流方向和初级绕组的绕向确定铁心中,主磁通,的方向,符合右手螺旋法则;,4)根据主磁通方向和初级绕组的绕向确定初级绕组中,感应电动势,e,1的方向,符合右手螺旋法则,;,5)根据主磁通方向和次级绕组的绕向确定次级绕组中,感应电动势,e,2的方向,;,6)最后根据次级绕组的感应电动势确定次级绕组的,端电压,u,20和电流,i,2的方向,.,24,二、电磁量的正方向1)首先规定电源电压u1的正方向,方向是,三、感应电动势、电压变比,变压器在额定电压下空载运行时，因此，很小，且 也很小，若略去不计，则,当外施电压,u,1是正弦交变电压时，,和,e,1,、e,2,也都是按正弦规律变化，设,25,三、感应电动势、电压变比 变压器在额定电压下空载运行时，,26,26,变比关系：,27,变比关系：27,四、励磁电流,28,四、励磁电流28,（一）磁路饱和对励磁电流,大小,的影响（二）磁路材料性质对励磁电流,大小,的影响,29,（一）磁路饱和对励磁电流大小的影响（二）磁路材料性质对励磁,（三）磁路饱和对励磁电流,波形,的影响,30,（三）磁路饱和对励磁电流波形的影响30,31,31,32,32,（四）磁滞现象对励磁电流的影响,33,（四）磁滞现象对励磁电流的影响33,34,34,i,0,为一不对称的尖顶波，可分解为；对称尖顶波+正弦波,励磁电流,i,0,的基波不再与主磁通,同相，而是超前一个小角度,，再考虑涡流损耗，则,i,0,超前,的角度要更大一些。,i,0,不是正弦的，不能用相量表示，为了工程计算和测量方便，通常用,等效正弦波电流,来替代，故可用正弦量或相量表示。,等效原则：频率相同；,相位相同，超前磁通；,有效值相同,励磁电流分解,：,磁化电流（无功分量），与 同相，滞后,90,0,；,磁滞电流（有功分量），超前,90,0,，与 同相；,35,i0为一不对称的尖顶波，可分解为；对称尖顶波+正弦波励磁,（五）涡流对励磁电流的影响,交变磁通在铁芯中感应电势，产生涡流及涡流损耗。,涡流电流,（有功分量），与 同相位。,由于磁路饱和、磁滞和涡流三者同时存在，激磁电流实际包含 、和 三个分量；又由于 和 同相位，合并称为铁耗电流分量，用 表示。,36,（五）涡流对励磁电流的影响交变磁通在铁芯中感应电势，产生涡流,五、励磁特性的电路模型,37,五、励磁特性的电路模型37,38,38,六、漏磁通与漏电抗,X,1,反映了,I,0,产生漏磁通并感应电动势 的作用，由于漏磁路是线性的，所以,x,1,是常数。,39,六、漏磁通与漏电抗X1 反映了I0产生漏磁通并感应电动势,七、电路方程、等效电路和相量图,考虑变压器初级绕组的电阻,r,1和漏磁通的影响,40,七、电路方程、等效电路和相量图考虑变压器初级绕组的电阻r1和,41,41,例,2-3,一台三相电力变压器，,Y,y0,接法，额定容量,S,N,=100 kVA,，额定电压,U,1N,/,U,2N,=6 kV/0.4 kV,，每相参数：一次绕组漏阻抗,Z,1,=,r,1,+j,x,1,=(4.2+j9),，励磁阻抗,Z,m,=,r,m,+j,x,m,=(514+j5526),。试计算：,（1）,励磁电流及其与额定电流的比值；,（2）,空载损耗；,（3）,一次绕组相电压、相感应电动势及漏阻抗压降。,42,例2-3 一台三相电力变压器，Y,y0接法,43,43,44,44,（一）分析方法,首先是“先简后繁”，即先将变压器看作是一台理想的变压器，然后再逐步考虑铁耗、漏磁通和一次绕组电阻。,二是“非线性问题线性化”。,三是“电磁现象电路化”，即用电路参数来表征电磁现象。,（二）重点,本节的重点是变压器空载运行时的电路方程、相量图和等效电路。这三者的关键是电路方程。,45,（一）分析方法 首先是“先简后繁”，即先将变压器看作是一台,2-3,变压器负载运行,46,2-3 变压器负载运行46,一、负载运行时的电磁物理现象,47,一、负载运行时的电磁物理现象47,48,48,二、基本方程式,（一）磁动势平衡方程式,（二）电压平衡方程式,49,二、基本方程式（一）磁动势平衡方程式（二）电压平衡方程式49,三、绕组归算,绕组,归算,用一假想的绕组替代其中一个绕组使成为k1的变压器。,归算量在原符号加上标号,区别，归算后的值称为归算值或折算值。,原则：,归算不改变实际变压器内部的电磁平衡关系,以次级绕组归算到初级为例，即,50,三、绕组归算绕组归算用一假想的绕组替代其中一个绕组使成为,（一）次级电流的归算值,原则：归算前后磁势应保持不变,（二）次级电动势和电压的归算值,原则：归算前后次级电磁功率平衡,51,（一）次级电流的归算值原则：归算前后磁势应保持不变（二）次级,（三）次级电阻的归算值,（四）次级漏抗的归算值（包括负载阻抗）,原则：归算前后铜耗不变,原则：归算前后漏电抗上无功损耗不变,52,（三）次级电阻的归算值（四）次级漏抗的归算值（包括负载阻抗）,四、归算后的基本方程式、等效电路和相量图,53,四、归算后的基本方程式、等效电路和相量图53,54,54,55,55,五、近似等效电路和简化等效电路,56,五、近似等效电路和简化等效电路56,57,57,例2-4 一台三相电力变压器的额定容量,S,N,=800 kVA,，额定电压,U,1N,/,U,2N,=10/0.4 kV,，已知初级绕组每相电阻,r,1,=0.73,，漏电抗,x,1,=3.5,，次级绕组每相电阻,r,2,=0.0013,，漏电抗,x,2,=0.0062,，励磁支路,r,m,=81.2,，,x,m,=2505,。变压器,Yy0,联接，次级侧接三相对称负载运行，每相负载阻抗,Z,L,=0.17+j 0.08,。试计算：,(1),变压器初、次级侧电流和励磁电流；,(2),负载端电压；,(3),输入及输出的有功功率和无功功率。,58,例2-4 一台三相电力变压器的额定容量SN,2-4,标幺值,一、标幺值的定义,二、基值,基值采用下标“,b,”表示,标幺值均用下标“,*,”表示,初级、次级应采用不同的基值,一般取额定值做基值,59,2-4 标幺值一、标幺值的定义二、基值 基值采用下标“b,基值选取：,标幺值：,60,基值选取：标幺值：60,1,计算方便，容易判断计算错误,2,采用标么值计算同时也起到了归算作用,3,采用标么值更能说明问题实质,三、标幺值的优点,61,1计算方便，容易判断计算错误三、标幺值的优点61,例,2-5,一台三相电力变压器的额定容量,S,N,=800 kVA,，额定电压,U,1N,/,U,2N,=10/0.4 kV,，已知初级绕组每相电阻,r,1,=0.73,，漏电抗,x,1,=3.5,，次级绕组每相电阻,r,2,=0.0013,，漏电抗,x,2,=0.0062,，励磁支路,r,m,=81.2,，,x,m,=2505,。变压器,Y,y0,联接，次级侧接三相对称负载运行，每相负载阻抗,Z,L,=0.17+j 0.08,。试用标幺值计算：,(1),变压器初、次级侧电流和励磁电流；,(2),负载端电压；,(3),输入及输出的有功功率。,62,例2-5 一台三相电力变压器的额定容量SN,2-5,等效电路参数的测定,63,2-5 等效电路参数的测定63,一、空载试验,64,一、空载试验64,65,65,可测量变比、励磁阻抗、励磁电阻、励磁电抗和空载损耗,为了试验方便和安全，空载试验通常在低压侧做，即在低压侧加额定电压。,对三相变压器，计算时电压、电流和空载损耗均要用一相的值。,66,可测量变比、励磁阻抗、励磁电阻、励磁电抗和空载损耗66,二、短路试验,67,二、短路试验67,68,68,可测量短路阻抗、短路电阻、短路电抗和负载损耗,为了试验方便，短路试验通常在高压侧做，即在高压侧加电压。,对三相变压器，计算时电压、电流和短路损耗均要用一相的值。,分离初、次级电阻；,通常假定,国标规定，短路电阻应归算到75度时的值。,69,可测量短路阻抗、短路电阻、短路电抗和负载损耗 分离初、次级,短路电压,短路电流等于额定电流时的外施电压,以额定电压百分数表示,70,短路电压 短路电流等于额定电流时的外施电压 以额定电压百分数,以标幺值表示,短路电阻标幺值,71,以标幺值表示 短路电阻标幺值71,例,2-6,SCL-1000/10,型干式铝线电力变压器的额定数据为：,S,N,=1000 kVA,，,U,1N,/,U,2N,=10/0.4 kV,，,D,y,联接。在低压侧进行空载试验，测得,U,0,=400 V,，,I,0,=36 A,，,P,0,=2800 W,；在高压侧进行短路试验，测得,U,k,=600 V,，,I,k,=,I,1N,，,P,k,=7530 W,，环境温度为,20,C,。试求变压器的参数。,72,例2-6 SCL-1000/10型干式铝线,2-6,变压器的运行特性,变压器运行性能的主要指标：,电压变化率（又称电压调整率）,效率,73,2-6 变压器的运行特性变压器运行性能的主要指标：73,一、次级端电压的变化,1.变压器外特性,74,一、次级端电压的变化1.变压器外特性74,2.电压变化率,75,2.电压变化率75,由于后一项很小，所以计算时可略去，简化成,76,由于后一项很小，所以计算时可略去，简化成 76,二、变压器的效率,77,二、变压器的效率77,认为负载运行时铁耗不变，近似等于空载损耗，即,认为负载运行时铜耗与负载电流的平方成正比，且额定负载时的铜耗等于负载损耗,或,78,认为负载运行时铁耗不变，近似等于空载损耗，即 认为负载,79,79,80,80,