变压器的基本理论ppt课件

2.1 单相变压器的空载运行,2.2 单相变压器的负载运行,2.3 变压器参数的测定,内容,掌握变压器空载和负载运行时的电磁过程；,要求,2.4 标么值及其应用,掌握变压器的基本方程式、等效电路和相量图；,掌握变压器绕组折算的目的和方法；,掌握变压器空载试验和负载试验的方法；,掌握标么值的概念，理解采用标么值的优点。,2.1 单相变压器的空载运行,一、空载时的电磁过程,与 平衡,1.电磁过程,空载运行：二次侧不带负载，,2.主磁通和漏磁通比较,主磁路磁阻小， 多；漏磁路磁阻大， 很少。,磁路不同：,数量不同：,作用不同：,沿铁心闭合， 与 成非线性。,沿空气闭合， 与 成线性。,性质不同：,起传递能量作用， 只在绕组上产生漏抗压降。,是互感磁通；同时交链一、二此绕组。,是自感磁通；只交链自身绕组。, 一次侧遵循电动机惯例， 二次侧遵循发电机惯例；, 磁通与产生它的电流之 间符合右手螺旋定则；,3.各电磁量参考方向的规定, 电动势与感应它的磁通之间符合右手螺旋定则。,二、感应电动势与变比,1.主磁通感应电动势,设,则,有效值,相量,结论：主电动势大小与匝数、频率、 主磁通成正比，相位滞后主磁通900。,同理,2.漏磁通感应电动势,与主电动势推导相同，漏电动势相量为,为一次绕组的漏感系数；,为一次绕组漏电抗。,变比 k的定义是：一、二次绕组的主电动势之比，即,3.变比,注意：三相变压器的变比等于一、二次绕组额定相电压之比。,变比等于一、二次绕组匝数比，近似等于一、二次额定电压比。,三、空载电流和空载损耗,1.空载电流,无功分量，用来建立磁场，称为励磁电流；,性质：,空载时，一次绕组就是一个 带铁心的电感线圈，故 滞后于 近90o，所以空载电流主要是 感性无功性质的电流。,组成：,有功分量，用来供给铁耗，称为铁耗电流。,故常把空载电流直接称为励磁电流。,大小：,变压器的空载电流通常为额定电流的210。,2.空载损耗,空载时电源输入的功率为空载损耗，包括：,空载损耗为,对于已制成变压器：,空载损耗占额定容量的0.2%1%，随变压器容量增大而下降。,一次绕组铜耗,铁 心 损 耗,四、空载时的电动势方程、等效电路和相量图,1电动势平衡方程式,为一次绕组漏阻抗.,一次:,二次：,可见，主磁通大小与电源电压、频率、一次匝数有关，对于制成的变压器，当电压不变时，主磁通大小是不变的。,2等效电路和相量图,，称为励磁阻抗。,称为励磁电阻，反映铁心损耗的等效电阻，即,称为励磁电抗，是反映主磁通大小的电抗。,一次电动势方程式变为,于是可得出空载时的等效电路：,根据空载时的方程式，可以画出相量图。,一、负载时的电磁过程,负载运行：变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流 电源上，二次侧接上负载的运行状态。,2.2 单相变压器的负载运行,关系图：,与 平衡,与 平衡,二、负载时的基本方程式,电动势平衡方程式,一 次 侧,二 次 侧,漏磁通感应电动势 用漏电抗压降表示,一、二次绕组漏阻抗,2.磁动势平衡方程式,因此可得磁动势平衡方程式,可见，电磁关系将一、二次联系起来,二次电流（或功率） 增加或减少必然引起一次电流（或功率）的增加或减少.从而 实现了电能由一次侧向二次侧的传递。,磁动势平衡方程式可用电流表达为,一个是用来建立负载主磁通的励磁电流,一个是与二次绕组电流相平衡的负载分量电流,综合空载和负载电磁过程分析，可归纳出变压器负载运行时的基本方程式,基本方程式综合地反映了变压器内部的电磁关系，利用它可以 对变压器进行定量计算。但是求解复数方程组是相当困难和繁琐的， 对变压器进行定量计算，通常采用变压器的等效电路。,三、负载时的等效电路,一次电路 二次电路,根据方程式可以画出变压器的一、二次等效电路,1.绕组折算,折算目的：将变比为k 的变压器等效成变比为 1 的变压器， 从而可以把一、二次两个分离的电路画在一起。,通常是把二次绕组折算成一次绕组。,(1) 折算的物理解释,折算原则：保持折算前、后二次绕组产生的电磁作用不变，即保持变压器内部 的电磁关系不变。就是二次绕组产生的磁动势、有功损 耗、无功损 耗、视在功率以及变压器的主磁通等均保持不变。,折算的概念可从物理意义和数学变换解释。,根据折算前、后磁动势不变，可得,根据折算前、后二次绕组有功、无功损耗不变，可得,根据折算前、后主磁通不变，可得,二次绕组向一次绕组折算有如下规律： 单位为 V 的物理量，其折算值等于实际值乘以k； 单位为 A 的物理量，其折算值等于实际值除以k； 单位为 的物理量，其折算值等于实际值乘以 。,(2) 绕组折算的数学解释,从数学意义上来说，将二次绕组折算成一次 绕组，就是对二次侧方程式进行变量替换。 将二次侧方程式两边同时乘以k:,作 变 量 替 换,与折算关系相同,对二次绕组折算后， 变压器的基本方程式为：,根据这组方程式，可以地画出 变压器的等效电路。,T型等效电路,近似等效电路,简化等效电路,短路阻抗是变压器的重要参数：,大，稳态短路电流 小，,小，内阻抗压降 小， 输出电压稳定。,由于短路阻抗值很小，所以变压器的短路电流较大，一般可达额定电流的1020倍。,四、负载时的相量图,简化相量图（感性负载）,思考题,作出变压器带电阻性和电容性负载时的简化相量图。,2.3 变压器的参数测定,短路参数,励磁参数,变压器的参数：,可用空载试验测得,可用短路试验测得,一、空载实验,1.目的 求取变比 、空载电流百分数 、铁耗 和励磁阻抗,2.接线图 为安全和仪表选择方便，空载试验通常在低压侧进行； 为减小功率的测量误差，应选用低功率因数瓦特表来测量空载损耗； 为减小电流的测量误差，应把电流表串联在变压器线圈侧。,电流表读数,功率表读数,3.测数据,电压表读数 、,4.计算参数,若要得到高压侧参数，须折算：即将励磁参数再乘以k2。,对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率要用一相值来计算。,5.注意,二、短路实验,1.目的,2.接线图,求取短路电压百分数 、铜损耗 和短路阻抗 。,为了安全和仪表选择方便，短路试验通常在高压侧进行,为了避免过大的短路电流损坏绕组，外加电压必须很低,为减小电压测量误差，电压表和功率表电压线圈应并联在变压器线圈侧,接线图 等效电路,3.测数据,电流表读数,功率表读数,电压表读数,称为短路电压，又称为阻抗电压,称为短路损耗，又称为负载损耗,4.计算参数,5.注意,对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率要用一相值来计算。,6.短路电压,短路电压常用百分值表示,短路电压,有功分量,无功分量,短路电压大小反映了变压器额定运行时内部阻抗压降的大小，对变压器运行性能有很大影响。 从正常运行角度，希望它小些，负载变化时二次电压波动小些； 从限制短路电流角度，希望它大些，相应的短路电流就小些。,一般电力变压器,（讲解例题【2.4.1】）,2.4 标么值及其应用,一、定义,二、基值的选取,所谓标么值是指某一物理量的 实际值与该物理量的基值之比：,变压器等效电路中，有四个基本物理量：电压、电流、阻抗和功率。 当电压和电流的基值选定后，阻抗和功率的基值可根据电路定律来确定。 由于等效电路为一相电路，其中的电压、电流、阻抗和功率均为一相值，所以 取相额定值作为它们的基值。,线电压和线电流的基值取额定线电压和额定线电流 三相功率的基值取三相额定容量 已知标么值和基值，很容易求得实际值：实际值=标么值基值,三、采用表么值的优点,采用标么值表示时，各参数及性能数据通常都在一定范围内，便于比较和分析。例如，电力变压器的,=0.040.175,=0.020.1,2.由于折算前、后的标么值相等，所以采用标么值表示参数 时，不必进行绕组折算。例如,3.采用标么值可使计算得到简化。例如：,线电压与相电压、线电流与相电流的标么值分别相等； 单相功率与三相功率的标么值相等。,额定值的标么值等于1:,短路电阻与短路损耗的标么值相等：,短路阻抗与短路电压的标么值相等：,有功功率和无功功率的标么值：,4. 采用标么值表示电压和电流，可以直观地反映变压器的运行状况。,表示变压器二次电压低于额定值；,表示变压器已过载10%。,采用标么值的缺点：因为标么值没有量纲，物理概念不够清晰， 也无法用量纲来检查计算结果是否正确。,讲解 【例2.4.2】,例如,本章结束,