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简介
这是电机学变压器ppt，包括了变压器的结构和额定值，变压器空载运行，变压器的负载运行，变压器的基本方程和等效电路，等效电路参数的测定，三相变压器，标幺值，变压器运行性能等内容，欢迎点击下载。
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第三章 变压器 3.1 变压器的基本结构和额定值 （一）变压器用途 电力系统中实现电能的远距离高效输送、合理配电、安全用电。如：电力变压器、配电变压器。 供给特殊电源用的专用变压器。如：炼钢炉供电 的电炉变压器、大型电解电镀、直流电力机车供电的整流变压器， 测量用的仪用变压器。 控制系统实现信号的传输——控制变压器，直到仅传输信号的非常小的无线电变压器。 （二）变压器分类 按功能分：电力变压器?、特殊功能变压器（电炉变压器?、整流变压器?、电焊变压器）、仪用变压器（电压互感器、电流互感器） 、控制变压器及无线电变压器 按使用绕组数目：双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器。 按铁心结构：芯式变压器、壳式变压器。 按冷却方式：干式变压器、油浸式变压器。 按调压方式：无载调压变压器、有载调压变压器。 变压器 （三）变压器基本结构 由铁心、绕组及附件组成。 （一）铁心 1、作用：构成变压器的磁路系统，且固定绕组。 2、构成：由0.35mm或0.5mm厚的冷轧硅钢片叠成 ，每片硅钢片的两面涂绝缘漆膜，且冲压成一定形状。 铁心分铁心柱、铁轭两部分 3、装叠工艺：采用交叠式，主要使叠缝相互交叠，以减少接逢间隙，从而减少磁路的磁阻。 三相芯式变压器示意图 铁心结构示意图 铁心结构示意图 铁心结构示意图 （二）绕组 1、作用：构成变压器的电路系统。 2、构成：绝缘铜线或铝线在绕线模上绕制而成。3、结构形式：同心式、交叠式。 （三）附件（电力变压器） 包括油箱、气体继电器等。示意图如下： 变压器额定容量、电压、电流的关系 单相变压器的一次、二次绕组的额定电流为 SN = U1N.I1N = U2N.I2N I1N = SN/ U1N I2N = SN/ U2N 三相变压器的一次、二次绕组的额定电流为 SN = √3 U1NI1N = √3 U2NI2N (线值） SN = 3U1N∅.I1N∅ =3U2N∅.I2N∅ (相值） I1N = S N/ √3 U1N (线值） I2N = S N/ √3 U2N 分析思路： 工作原理 说明： 一次侧（又称原方、原边）：吸受电能的一方，各量下标加“1”； 二次侧（又称副方、副边）：输出电能的一方，各量下标加“2”。 高压侧、低压侧：按线电压大小而定。线路最多是三相，存在线、相值之分。大型输电线路为三相三线制，终端一般为三相四线制；家用电器一般为单相，有零、火线之分。 3．2 变压器的空载运行 四、磁通与感应电动势关系 1.主磁通与感应电动势 若 u1 随时间按正弦规律变化，则 Øm 也按正弦规律变化，设 则对 e1 有： e1(t) = -N1 d Øm/dt = -wN1 Øm cos wt = wN1 Øm sin(wt-90°) = E1m sin(wt-90°) 而对 e2 有： e2(t) = -N2 d Øm/dt = -wN2 Øm cos wt = wN2 Øm sin(wt-90°) = E2m sin(wt-90°) 所以 e1 和 e2 也按正弦规律变化 磁通与电势的关系(图2-tem1) 主磁通与感与应电动势 e1、e2关系 时间相位上：滞后于 Øm 的电角度是 90° 有效值大小: 相量表达式： 2.漏磁通与漏电动势、漏电抗 漏电动势：e1s (t) = -N1 dØ1s/dt 有效值： 漏磁通与漏电抗 由于漏磁通所通过的途径是非磁性物质，其磁导率是常数，所以漏磁通的大小与产生此漏磁通的绕组中的电流成正比关系为：用漏感系数L1s表示二者关系： N1Ø1s∝ Im 即： L1s= N1Ø1s/√ 2 Im 五、 空载电流 空载运行时变压器实际上就是一个含铁心的电感器线圈，即非线性电抗器。 从能量传递看作为电源的负载，空载运行时变压器： （1）一方面从电源吸收无功功率，在铁心中建立磁场，产生主磁通。 （2）另一方面从电源吸收有功功率，供铁心损耗（磁滞、涡流）、绕组铜损使用。由于是不带负载，所以电源输入少量电功率 p0 空载电流成分：空载电流可认为是励磁电流，用 Im表示。 Im 中含有有功分量 IFe(损耗电流）和用以建立磁场的无功 Iu 分量(磁化电流） ，Iu >> IFe im 、iu 、iFe的时间相位关系 六、励磁阻抗 Zm 主磁通对变压器的影响： 由产生的电势 E1 与产生的励磁电流 Im 之间存在关系 可以直接用参数形式来表示，故 -E1 可表示为 Im 流过一个阻抗时所引起的阻抗压降，即 励磁阻抗 Zm =rm + jxm 励磁电抗 xm 励磁电阻 rm 变压器空载运行时原边电动势平衡方程式如下 其中原边漏电抗 Z1 = r1 + jx1 七、空载运行时等值电路 变压器空载等值电路（图2-9） 应注意的问题 注意 r1、x1 是常量 而励磁阻抗的大小和变压器工作点有关，因铁心中存在饱和现象，rm、xm 随着饱和程度的增加而减小，但当电源电压的变化范围不大，对应铁心中磁通的变化为也不是很大时，Zm 的值基本上可视为不变。 3．3变压器的负载运行 3．4 变压器的基本方程和等效电路 变压器的基本方程为 变压器的基本方程： 通常是把二次绕组归算到一次绕组，也就是假想把二次绕组的匝数变换成一次绕组的匝数，而不改变一次和二次绕组原有的电磁关系。 （3）阻抗的折算： 将二次侧电压方程式乘K得： 注意： 1）折算前后阻抗角、功率因素不变 2）折算前后二次侧铜耗不变 3）折算前后的输出功率不变 归算后，变压器的基本方程变为 : 3．5 等效电路参数的测定 3．6 标幺值 标幺值： 计算变压器或电机的稳态问题时，常用额定值作为相应的基值。此时一次和二次电压的标幺值为 （3）uk*=Zk*；ukr*=Rk*=pk* ukx*=Xk* （4）相值标幺值=线值标幺值 （5）额定值的标幺值=1. （6）标幺值的缺点是没有量纲，无法用量纲关系来检查。 标幺值计算 3．7 变压器的运行性能 3．7 变压器的运行性能 3.电压调整率间接计算 采用简化等值电路的相量图分析（图2-31） 由（图2-31）可以看出：0C≈Ob `ab =I1rs cos j2 +I1xs sin j2 可见: DU % = (U1N-U2’)/U1N 100% @ ``ab/U1N · 100% = (I1rs cos j2 +I1xs sin j2)/U1N · 100% = b(I1Nrs cos j2 +I1Nxs sin j2)/U1N · 100% = b(rs* cos j2 +xs* sin j2) · 100% 其中: b=I1/I1N 间接法测定变压器的效率 3.8 三相变压器磁路/联结组/电动势波形 二 、 三相变压器的电路系统--连接组 （一）绕组联结法 绕组的首端和末端的标志规定 绕组名称 首端 末端 中性点 高压绕组 A ， B ， C X ， Y， Z O，N 低压绕组 a ， b ， c x， y ， z o，n （二）联结组 三相绕组无论采用什么联结法，一、二次侧线电动势的相位差总是30°的倍数，因此采用钟表面上12个数字来表示。 1.时钟表示法 2.单相变压器的联结组 单相变压器或三相变压器中某相高、低压绕组的联结组问题，其实质为电路理论中互感线圈的同名端问题。 原、副绕组被同一主磁通交链， 感应电动势在任一瞬间原边绕组一端点为高电位，副边绕组也有一端点为高电位。 这两个端点为“同名端” 单相变压器的四种联结如图F-20 高低压绕组间相电压的相位关系? 结论? (1) 高低压两绕组的同名端为同标记（同为首端或末端），则相电动势EA、Ea同相位。 （2）高低压两绕组的同名端为异标记（一个为首端另一个为末端），则相电动势EA、Ea反相位。 1)根据三相变压器具体连接确定连接组标号 由高、低侧线电势的相位差确定连接组标号 用电势相量确定变压器的联结组(图2-tem9) 2)由给定的连接组标号确定变压器原副边接法 * 由给定的连接组标号确定高、低侧线电势相位关系 * 确定高压边绕组的接法Y或D * 根据高、低压线电动势相位关系，确定连接方式 (图2-tem10) (图2-tem11) (图2-tem12) 3)变压器的各种连接组 Y/Y或D/d：Y，y0 Y，y2 Y，y4 Y，y6 Y，y8 Y，y10 ； Y/d或D/y : Y，d1 Y，d3 Y，d5 Y，d7 Y，d9 Y，d11 4）标准联接组：Y，yn0 、 YN，y0、 Y，y0、 Y，d11、 YN，d11 三、磁路结构和绕组联结方法对电势波形的影响 对单相变压器磁路饱合时情况有2： （1）?若Φ为正弦波形时，则i0为尖顶波，即有三次谐波电流i03 ； （2）若i0是正弦波时，则Φ为平顶波，即有三次谐波磁通Φ03 。 （3）对单相变压器：i03(三次谐波空载电流)和i01(基波空载电流)可自由流通。 对三相变压器： i03A=I03sin3ωt?? i03B=I03sin3(ωt-120°)=I03sin3ωt? i03C=I03sin3(ωt-240°)=I03sin3ωt?? 在三相绕组中，三次谐波电流各相具有大小相同，相位也相同的特点。 思考方法： 1?连接方面：若三相绕组接成Y型则i03无法流通；若接成YN或D型则i03可以流通。? 2?铁心结构影响：分组式和芯式思考。? （一）、“Y，y”联结 一次侧为Y接的三相绕组中，i03三次谐波电流不能流通，故励磁电流i0接近正弦波，此时铁心中磁通波形取决于磁路结构。 1、三相组式变压器——各相磁路独立 励磁电流i0接近正弦波，此时铁心中磁通波形为平顶波。 Φ= Φ1 +Φ3，Φ3(三次谐波磁通)可以沿铁心闭合流通，铁心磁阻小， Φ3含量较大。 一、二侧感应电动势为：e1=e11+e13 e2=e21+e23 一次谐波感应相电势有效值 ：E11=4.44fN1Φm1 三次谐波感应相电势有效值： E13=4.44(3f)N1 Φm3 故E13/ E11 =3 Φm1 /Φm3 三次谐波感应电势的合成幅值可达基波值的45%～60%。会引起过电压，危及绕组绝缘，故国家规定不允许使用“Y，y”联结的组式变压器。 线电动势EL中不存在三次谐波感应电势， EL= 2?三相芯式变压器? 三相磁路互相关联，三次谐波磁通各相相位相同， 大小相同相互抵消，不能沿铁心闭合。 只有从铁轭处散出经变压器油箱壁和空气而闭合，非铁磁材料磁路的磁阻大，三次谐波磁通不易流通。磁通基本接近正弦，从而每相电势也接近正弦波。 三次谐波磁通通过油箱以3倍频率脉振在油箱壁中产生涡流损耗，会引起效率下降。当变压器容量不大于1600KVA时，我国配电变压器采用心式铁心结构Y，yn0联接组。 （二）、“YN，y”联结 3次谐波电流均可在原绕组畅通。因此即使在磁路饱和的情况下 ，铁心中的磁通呈正弦波形，从而每相电势接近正弦波而且不论是线电势，相电势，不论是原边，还是副边电势，其波形均呈正弦形。? （三）、“D，y”联结和“Y，D”联结 1?“D，y”联结 3次谐波电流可流通，磁通呈正弦波形，从而每相电势接近正弦波。 2? “Y，D”联结 原边接通三相交流电源后， 一次侧3次谐波电流均不能在原绕组畅通，因而Φ、e1、e2中出现3次谐波。但副边为D联接，故三相3次谐波电势将在闭合的三角形中产生3次谐波环流。 一 、变压器并联运行 将两台或多台变压器的一、二次绕组分别接在各自的公共母线上，同时对负载供电。 两台单相变压器A、B并联运行 如图所示： 二 、并联运行的必要性（优点) 1?提高供电可靠性? 若某台变压器发生故障或需要检修时，可切除该变压器，另几台变压器照常供电可减少停电事故。 2?能适应用电量的增多? 分期安装变压器，减少备用容量。? 3?可提高运行效率 根据负载的大小调整投入运行变压器的台数。 4 减少初投资。 三 、变压器理想并联运行的要求 在并联组空载时各变压器之间无环流； *负载时，各变压器能合理分担负载； *输出电流同相位。 ?只有如此，才能使整个并联组可以得到最大的输出电流。 四、变压器并联运行的条件 1. 变比相等，且原、副方UN分别相等? 目的是避免在并联变压器所构成的回路中产生环流。环流大，导致Σp增大，效率下降。 2. 联结组别相同? 联结组别一致，保证了副边电压的相位一致。 回路不产生环流。 3. 各变压器的短路阻抗标幺值都相同 则变压器的负载分配与额定容量成正比?? 上述三个条件中，第二个要求必须严格保证，否则两台变压器构成的回路产生极大环流，烧毁变压器线圈。 变压器变比不同对变压器并联运行的影响 短路阻抗标幺值不同时负载分配
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