电机拖动第2章变压器唐介第二版.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 1 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 能量守恒 从电磁关系分析 N1i1 N2i2 N1i0 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 I2 I2N I1 I1N 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 m m不变 I1增加 以维持 m不变 因此I2 I1 电流变换 e2e 2 e1e 1 u1 i1 ZL i2 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DdGB Y 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 I1P I1L 15 76A 2 二次绕组的相电压和相电流U1P U1L 10kV 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 1 732 10 104kV A 1800kV A 1 732 10 104 0 8kW 1441kW 1 732 10 104 0 6kvar 1080 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 SN 4 额定频率fN一般 fN 50Hz 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 因高压绕组为Y形联结 额定相电流为I1NP I1NL 8 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 N1I2 N2I2 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 R2 I2 2 R2I22 k2R2 无功功率不变 X2 I2 2 X2I22 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 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 E1 E2 I0 U2 jX2 R2 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 RS R1 R2 短路电抗 XS X1 X2 短路阻抗 ZS RS jXS 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 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 Z2 k2Z2 22 0 15 j0 3 0 6 j1 2 ZL k2ZL 22 7 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 I2 kI2 2 10 14A 20 28A U2 ZL I2 2 用简化等效电路ZS Z1 Z2 1 0 j2 0 180 04V I2 kI2 2 10 15A 20 3AU2 ZL I2 180 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 U1 5 10 U1N 求得数值 1 铜损耗PCu PS2 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 04 0 105 大型电力变压器 ZS 0 125 0 175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 SN 750kV A U1N U2N 10000 231V I1N I2N 43 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 83 折算至高压侧Z0 252 3 85 2406 R0 252 0 35 219 X0 252 3 83 2394 2 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 54 折算至75 XS 5 54 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U2 f I2 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P1 U1I1cos 1变压器输出的有功功率P2 U2I2cos 22 损耗 1 总损耗P1 P2 PCu PFe 2 铜损耗PCu R1I12 R2I22 R1I12 R2 I2 2 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 I1 I1N时的短路损耗 PCu RSI12 RSI2 2 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PFe RmI02 用T形等效电路 P0 用空载试验 由于PFe m 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U2 U2NP2 U2I2cos 2 U2NI2cos 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U1 U1N cos 2为常数时 f I2 或 f 4 效率特性 求得P0 2PS即PCu PFe时 max 效率特性 令 小型电力变压器 N 80 90 大型电力变压器 N 98 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 2 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 36 Xs 5 54 额定相电流I1NP 43 3A 额定相电压3VR RScos 2 XSsin 2 100 2 36 0 8 5 54 0 6 100 3 9 2 求满载频率满载时 1 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11 30 330 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 u1 v2 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I2 0 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 S S 有IL IL IL S S S 如果 S S 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SN 100kV A SN 100kV A 试求当总负载为200kV A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 S S SL 200kV A S 106kV A S 94kV A 2 应当使S 100kV A则 89kV A SLmax S S 189kV A 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 I1 I2 在升压变压器中 I1 I2 3 功率关系变压器容量 SN U2NI2N U1NI1N S2 U2I2 在降压变压器中 U2 I I1 U2I U2I1 Si 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 S1 U1I1 U1 I I2 U1I U1I2 Si 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U2 k12U2 U3 k13U3 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 自漏磁通 互漏磁通 主磁通 等效电感与自感和互感的关系L L1 L2 2M 式中 Z1 R1 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S1N U1NI1NS2N U2NI2NS3N U3NI3NSN max 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 U2N 100V使用注意 二次绕组禁止短路 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 I2N 5A使用注意 二次绕组禁止开路 开路时 I2 0 I1不变 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