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❖ 3.熟悉三相变压器的联接组别,并能根据绕组接线 图判别其联接组别或按照已知的联接组别画出绕组 的接线图。
本章教学重点和难点
❖ 重点: ❖ 1.理解在不同运行状态下I0、I1和I2等参数的物理
意义; ❖ 2.变压器的基本方程式、等值电路、相量图; ❖ 3.三相变压器的联接组别。 ❖ 难点:负载运行时各量之间的关系。
1、感应电动势与主磁通
空载运行时,忽略i0r1和e1σ u1 e1 设: m m sin t
e1
N1
dm
dt
N1m sin(90
t )
E1m sin(t
π / 2)
e2
N2
dm
dt
N2m sin(90
t )
E2m sin(t
π / 2)
感应电动势e1 和e2 均滞后于φm 90°电角度,其有效值为
z1
Im
E1 (I2 )
z1
1 IEm1 EI22
z1
1 zm
1 1
z2 zF
I1
U1 z
三 、相量图
T型等值电路相量图
四 、近似等效电路图
2、“Γ”型近似等值电路
z1<<zm,为了简化计算,将励磁支路左移到电源端,使其
成为“Γ”等值电路,近似后所引起的误差,工程上允许。
第一节 变压器的工作原理、分类及结构
一、变压器的工作原理
❖ 原绕组:原边、初级、 一次绕组
❖ 副绕组:副边、次级、
原绕组 铁心
W1
二次绕组
❖ 铁心
❖ 电源:交流电源,在铁 电源 心中的磁通是交变的, 在副边感应出电动势,
提供给负载。
负载
W2 副绕组
工作原理
当原绕组外加电压U1时,原边就有电流I1流 过,并在铁芯中产生与U1同频率的交变主磁通Φ ,主磁通同时链绕原、副绕组,根据电磁感应定 律,会在原、副绕组中产生感应电势E1、E2,副 边在E2的作用下产生负载电流I2,向负载输出电 能。
N11m cos(t) N11m sin(t 900 )
E1m
sin(t
2
)
E1
E1m 2
N11m
2
N11m
2
N11
电感定义
L1
N11
I0
电流
E1 E1 90 0 L1 I0 900 jL1 I0 jx1I0
二、空载运行时的电动势平衡方程式、相量图 及等效电路

空载时Ìm很小,Ù1≈-È1,空载时的功
变压器折算原则:折算前后变压器中的主磁通、原、副边 的漏磁通的数量和空间分布情况不变,保持输出功率、损耗 不变。
即将具有两个电路和一个磁路的变压器,简化为一个与 变压器在电磁关系上等值的线性电路,这就是折算。
折算前后变压器的磁势、磁场、功率和损耗都不变。 通常将副绕组折算到原绕组。
即用一个匝数为N1的与副绕组有相同磁势的新绕组 去代替原来的副绕组。
Z1、Z2、r1、r2、x1和x2 分别为一次和二次绕组的漏阻抗、电阻
和漏电抗;zL为负载阻抗。
第四节 变压器的等效电路及相量图
变压器的参数折算
折算的目的
折算
折算方法:将原、副边绕组匝数变换成相同匝数,一般 是副边向原边折算,即用匝数为N1的原绕组匝数,代替副 绕组匝数,并保持副边的磁势不变,折算后的各物理量右 上角都加“ˊ”。
油箱、绝缘套管、其它附件
1—信号式温度计 2—吸湿器 3—储油柜 4—油位计 5—安全气道 6—气体继电器 7—高压套管 8—低压套管 9—分接开关 10—油箱 11—铁心 12—线圈 13—放油阀门
油箱 是装变压器油的,为了便于散热,有的箱壁
上焊有散热管。 变压器油的作用是绝缘和冷却。
不论是Y接还是Δ接。
,根据额定容量和额定电压计算出来的线电流。
[例3-1] 有一台三相油浸自冷式铝线电力变压器,
SN 160 kV A
Y, yn0联结 U1N /U2N 35kV / 0.4kV
试求一次、二次绕组的额定电流。
解:
I1N
SN 3U1N
160103 A 2.64A
3 35103
I2N
SN 3U 2N
E1
E1m 2
N1 m
2
2πfN 1 m
2
4.44
fN 1 m
E2
E2m 2
N2m
2
2πfN 2m
2
4.44
fN 2m
E1和E2的相量表达式 E1 j4.44 fN1m
E2 j4.44 fN 2m
可见,感应电势的大小与匝数和主磁通幅值成正比,相 位滞后于主磁通相量90°。
2、空载电流
E2 E1
图中a、b和c、d分别是等电位点,可连接起来而不改变运行情况。 于是作出变压器的T形等效电路。(由前述的基本方程式也可得 出该等效电路)
二 、等效电路 1、T型等效电路
T型等效电路 其形状像字母T,所以称为T型等效电路
等值电路
❖ “T”型等值电路
❖ 由原边AX端看存在:
z
U1 I1
E1 I1z1 I1
电动势为e1
主磁通Φ与副边匝链,感应
电动势为e2
主磁通Φ是传递能量的媒介
单相变压器的空载运行
u1
i0
i0 N1
F0
m
e1 e2
N1
d dt
d N2 dt
u20
1
e1
N1
d1 dt
2 正方向的规定
电压的正方向是指电位降低的方向。 I1 的正方向:
由电压的正方向决定,为从AX “正电压产生正电流”
实验说明2
由于空载实验在低压侧做,计算所得的励 磁参数是低压侧的值,如需折算到高压侧,各 计算值应乘k2,还应注意的是,励磁参数随电 压的大小而变化,计算时要取额定电压下的数 据。对于三相变压器测得的功率是三相的,而 励磁参数是指每一相的,故在计算时应将三相 功率除以3,即取一相功率计算,同时应将测得 的线值数据转换成相值数据。
二、负载运行时的基本方程式
变压器的基本方程
按照方程的类别列
原副端磁动势平衡方程 原端电压方程式 副端电压方程式 原端电势方程 原副端电势联系 负载方程
二、负载运行时的基本方程式
1、磁动势平衡方程式
I1N1 I2 N2 (I1 Im )N1 I2 N2 0 I1N1 I2 N2 Im N1
160103 A 230.9A
3 0.4103
第二节 单相变压器的空载运行
变压器空载运行也称无载运行,它是指原边加电源
一电压、,空副载边开运路行的的运行物状理况情。况
i2=0,磁通由i0建立
漏磁通的磁路是线性的
原边漏磁通Φs1与原边匝链 ,感应电动势为es1
1 主磁通和漏磁通
主磁通Φ与原边匝链,感应
折算过程
E2 4.44 fN 2m
I
2
2
x2
I
2 2
x2
x2
I
2 2
I 22
x2
K 2 x2
将副边各量折算到原边的法则是:
电势和电压乘以k,电流除以k,电阻、电 抗、阻抗乘以k2(功率因数角不变)
折算后负载的6个基本方程式
二 、等效电路
图中,二次绕组各量均已经归算到一次绕组,即
N2 N1
一、空载试验
通过空载实验可得励磁参数、变比和铁损等数据。
说明
为了便于测量和安全,空载实验一般在副边做,
即在低压绕组ax上加电压U2N,高压绕组AX开路, 测量电压U2、空载电流I20、输入功率P0和开路电压 U10。因变压器空载时无功率输出,所以输入的功 率全部消耗在变压器的内部,为铁芯损耗pFe和空载 铜耗I202R2之和,但空载电流I20很小,pFe>>I202R2 ,故可忽略空载铜耗,认P0≈pFe=I202Rm。
铁损电流 IFe ——产生铁心损耗。 它与磁通垂直,是有功分量。
在数值上,一般有Iμ >> IFe 。因此空载电流可以认为是励磁电流 Im
用向量表示空载电流 Im Iμ IFe
Im
Iμ2
I F2 e
空载电流与主磁通的夹角α称为铁损角。
3、漏磁通和漏电抗
原边漏电抗的大小:
e1
N1
d1
dt
Φ 的正方向: 根据电流I1的正方向,用右手螺旋法则规定
磁通Φ的正方向。“正电流产生正磁通”
2 正方向的规定
原边电动势的正方向与电 流I1的正方向相同(由上 指向下)。
E 2的正方向: 原副绕组由同一磁通交链,故电动势E2的正方向
亦由上指向下(与原边电动势方向相同)。
Ù2正方向与 E 2 的正方向相反
率因数角φ 0 ≈90º,功率因数很低,所以变
压器一般不空载运行。
I0 Im
第三节 单相变压器的基本方程式
变压器负载运行时电磁关系
u1
i1
1 i1N1
e1 F1
i2
i2 N22
F2 e2
F0 m ee12 u2
负载运行时的磁势平衡方程式
从负载运行的电磁关系分析可知,由于副边出 现了负载电流I2,在副边要产生磁势F2=I2N2,使主 磁通发生变化,从而引起E1、E2的变化,E1的变化 又使原边从空载电流I0变化为负载电流I1,产生的磁 势为F1=I1N1,它一方面要建立主磁通Φm,另一方面 要抵消F2对主磁通的影响。由于负载时的I1z1很小, 约占6%U1N,忽略I1z1时有Ù1≈-È1,则可认为 空载时主磁通与负载时主磁通近似相等。
即原边电流方向就是电动势方向(从上而下)
一、空载运行时的物理情况
一次绕组和二次绕组的电动势
平衡方程式
u1 i0r1 (e1 ) (e1)
i0r1
N1
d1
dt
N1
dm
dt
u20
e2
N2
dm
dt
其中,i0— 空载电流;u20— 二次绕组的空载电压;r1— 一次绕组 的电阻。φm— 主磁通;φ1σ — 一次绕组漏磁通。
U1 U2
E1 E2
U1 E1 N1 k U2 E2 N2
忽略铁心中的损耗,根据能量守恒定律,有: U1I1 U 2 I 2
电力变压器
控制变压器
电源变压器
三相干式变压器
接触调压器
三、变压器的结构简介
1 铁心 2 绕组 3 油箱 4 绝缘套管 5 其它附件
铁心——变压器中主要的磁路部分, 分为铁心柱与铁轭两部分。
空载电流包含两个分量,一个是励磁分量,作用是建立 磁场,产生主磁通——无功分量;另一个是铁耗分量,作用 是供变压器铁心损耗——有功分量。
性质:由于空载电流的励磁分量远大于铁耗分量,所以空载 电流主要是感性无功性质——也称励磁电流;
空载电流
空载电流 I 0
磁化电流 I ——产生磁通。 它与磁通同相位,是无功分量。
2、电动势平衡方程式
原端电压方程式
U1 E1 I1r1 jI1x1 E1 I1Z1
副端电压方程式
U 2 E2 I2r2 jI2 x2 E2 I2Z2
原端电势方程
E1 ImZm
原副端电势联系
E1 / E2 N1 / N2 K
负载方程
U 2 I2 (rL jxL ) I2 zL
通过测量空载电流和一、二次电压及空载功率来计算变比、 铁耗和励磁阻抗。
变压器空载运行时,可以认为输入功率p0完全用来抵偿铁耗。
p0 pFe
实验说明1
❖由于 zm z1; rm r1 可认为
❖ 励磁阻抗:
U zm z0 I0
❖ 励磁电阻:
rm
R0
P0 I 120
❖励磁电抗: xm zm2 rm2
三相芯式变压器
1—铁心柱 2—铁轭 3—高压线圈 4—低压线圈
单相芯式变压器
1—铁心柱 2—铁轭
3—高压线圈 4—低压线圈
绕组——变压器中的电路部分。
交叠式绕组
1—低压绕组 2—高压绕组
单相壳式变压器
1—铁心柱 2—铁轭 3—绕组
绕组
由漆包线或铜条绕制而wk.baidu.com, 它构成变压器的电路部分。
油浸式电力变压器
第三章 变压器
本章教学基本要求 ❖ 1.了解变压器的主要结构、基本工作原理及主要额
定值的意义;
❖ 2.通过变压器的负载运行分析,深入理解负载运行 时变压器各物理量之间的关系,绕组折算的物理意 义及其计算方法,掌握负载运行时的等值电路、相 量图、参数测定及求解电压变化率和效率,学会分 析变压器的运行性能;
变压器的Γ型等值电路
简化等值电路
3、简化等值电路
❖ 由于Im<<I1,忽略Im不计。
简化等值电路
zk rk jxk z1 z2 (r1 r2) j(x1 x2)
rk、xk和Zk分别称为短路电阻、短路电抗和短路阻抗。
第五节 等效电路的参数测定
变压器参数的实验测定
变压器的参数有励磁参数和短路参数,只有已 知参数,才能运用前面所介绍的基本方程式、等值 电路或相量图求解各量。对制造好的变压器,其参 数可通过实验测得。
变压器的主要部件—— 铁心和套在铁心上的两个绕 组。两绕组只有磁耦合没电 联系。在一次绕组中加上交 变电压,产生交链一、二次 绕组的交变磁通,在两绕组 中分别感应电动势。
原理
根据电磁感应定律则有:
e1
N1
d
dt
e2
N2
d
dt
E1 N1 k E2 N2
式中k为变压器变比(匝比)。
若忽略绕组内阻和漏磁通,原、副绕组端电压近似为:
一、负载运行时的物理情况
由于电源电压恒定,即U1=常数,则E1≈常数,Фm≈常数。因此, 达到新的电动势平衡的条件是使一次绕组的电流增量所产生的磁动 势与二次绕组电流所产生的磁动势相抵消,以维持主磁通基本不变, 以及由主磁通所感应产生的电动势基本不变。
I1N1 I2 N2 0
I1
N2 N1
I2
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