电机学第二章课件

电机学
尖顶波不能用相量表示，所以用等效的正弦波来替代实际 的尖顶波。 等效的原则是两者有相同的有效值、相同的基波频率且同 表示，称为磁化电流。 相位。等效的正弦量用 I
同相位，而 E 与 滞 由于 I m 1 滞后 E 90˚ ， 90˚ ，所以 I 后 1 m 具有无功电流的性质。
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电机学
• 型号：
▪ 例如： SL-500/10 ：额定容量为 500kVA ，高 压侧额定电压为10kV级的电力变压器。
• 举例：一台 Yd11 联接的三相变压器，额定容 量为3150kVA，U1N/U2N=35/6.3kV
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电机学
• 作业：第二章习题2-1，2-3(1)
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电机学
• rm 并非实质电阻，是为了计算铁耗而引进的模拟电阻。
2 2 I r I • m m 表示铁耗， m x m 表示励磁无功损耗。
• rm ， xm 都不是常数，随着铁芯饱和程度的增加而减小。 • 但是，变压器正常工作时，电源电压变化范围小，故 铁芯中主磁通的变化范围不大，可认为励磁阻抗Zm也 基本不变。
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电机学
• 其有效值为
E1m 2fN 1 m E1 2fN 1 m 4.44 fN 1 m 2 2 E1 N 1 k E 2 m 2fN 2 m E2 N 2 E2 2fN 2 m 4.44 fN 2 m 2 2
e1 d 1 L1 2 I 1 cos t L1 2 I 1 sin(t 90) dt
用相量的形式表示为
j L I E 1 1 1 jx 1 I 1
漏电感为常数
空载时的漏抗压降
jx I E 1 1 1 jx 1 I m jx 1 I 0
• 绕组Y接法：
I1 N I1 NP , I 2 N I 2 NP ;U1 N 3U1 NP , U 2 N 3U 2 NP
• 绕组Δ接法：
I1 N 3 I1 NP , I 2 N 3 I 2 NP ;U1 N U1 NP , U 2 N U 2 NP
▪ 对于双绕组变压器一、二次侧的额定容量相等。
1N
SN SN ，I 2 N U1N U2N
SN SN ，I 2 N 3U 1 N 3U 2 N
对于三相变压器：I1 N
注意！对于三相系统，额定值一般都指线间值。
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• 额定容量、额定电压、额定电流之间的关系：
▪ 单相变压器：S1N=I1NU1N =S2N= I2NU2N=SN ▪ 三相变压器： S N 3 I1 N U1 N 3 I 2 N U 2 N SN为三相容量之和

m
1 )
( g jb )( E ) I m m m 1
化成阻抗形式为： 其中： rm
I ( r jx ) I Z E 1 m m m m m
gm bm ，x m 2 2 2 2 g m bm g m bm
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第三节 变压器负载运行
• 负载运行的定义：一次绕组接至交流电源，二次绕组接负 载的运行方式。 • 一次侧接电源U1，二次侧接负载ZL，此时二次侧流过电流 I2，一次侧电流不再是I0，变为I1。
略去电阻压降和漏电势，则
U 1 E1 4.44 fN 1 m
当频率f 和一次绕组匝数N1一定时，空载运行主磁通Φm的大 小和波形取决于外施电压的大小和波形。 现在的问题是，要产生一定值的主磁通 Φm ，需要多大的 励磁电流 Im ？ 励磁电流包括哪些成分，取决于变压器的铁芯材料和铁 芯的几何尺寸。而铁芯材料是磁性物质，励磁电流的大小 和波形将受磁路饱和、磁滞及涡流的影响。
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变压器示意图
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电机学
3、变压器油
起绝缘和冷却的作用。
4、油箱
起储油的作用。
5、绝缘套管
由导电杆和瓷套等组成。起绝缘和支撑 的作用。
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二、变压器的额定值
1. 额定容量SN ：额定条件下使用时输出能力的保证值。 SN1=SN2=SN(VA, kVA, MVA) 2. 额定电压：空载时额定分接头上的电压保证值。 U1N，U2N (V, kV) 3. 额定电流：由额定容量和额定电压计算所得。 (A, kA) 对于单相变压器：I
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油 浸 式 电 力 变 压 器
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油 浸 式 电 力 变 压 器
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三 相 电 力 变 压 器 的 器 身
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一、电力变压器的基本结构 1、铁芯：0.35mm硅钢片叠压而成 装配方式：交叠装配 铁芯柱：用于套线圈的部分 铁轭：用于闭合磁路的部分
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一、电磁物理现象
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• 主磁通和漏磁通的区别：
▪ （1）磁路不同，所以磁阻不同。
• 主磁通同时交链一、二次绕组，又称为互磁通，所 走路径为沿铁芯闭合的磁路，磁阻较小； • 漏磁通只交链一次绕组，称一次侧漏磁通，其路径 大部分为非磁性物质，磁阻较大，占总磁通的 0.1%~0.2%。
:34
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• 变压器空载运行小结：
▪ （1）一次侧电势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡，若忽 略漏阻抗压降，则一次侧电势的大小由外施电压决定。 ▪ （2）主磁通大小由电源电压、电源频率和一次绕组匝数决 定，与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。 ▪ （3）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关， 铁芯所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。|Zm|大、I0 小是电力变压器的要求，这样可以减小变压器的损耗和电 网的无功负担。 ▪ （4）电抗是交变磁通所感应的电势与产生该磁通的电流的 比值，线性磁路中，电抗为常数，非线性磁路中，电抗的 大小随磁路的饱和而减小。
思考： rm 和 xm 大一点好还是小一点好？ rm 和 xm 的大小与哪些因素有关？
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六、漏抗
描述漏磁电动势的电路参数
i1 2 I 1 sin t
设一次侧漏电感为 L1σ，一次侧电流为 则一次侧漏磁链为 1 L1 i1 L1 2 I1 sin t 漏磁感应电势
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第二章 变压器的基本作用原理与理论分析
• 第一节 电力变压器的基本结构和额定值 • 第二节 变压器空载运行 • 第三节 变压器负载运行 • 第四节 标 幺 值 • 第五节 参数测定方法 • 第六节 变压器的运行性能
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电机学
第一节 电力变压器的基本结构和额定值
• 油浸式变压器：铁芯和绕组浸放在盛满变压器油的油 箱之中，各绕组的端点通过绝缘套管引至油箱的外面， 与外线路连接。 • 电力变压器主要由五个部分组成：铁芯、绕组、绝缘 套管、油箱、变压器油及其他附件 • 电路部分由绕组构成； • 磁路部分由铁芯构成； • 绕组套装在铁芯上，构成器身，器身是变压器的核心 部分——电磁部分。
m Fe

cos 0 很低，一般在0.1～0.2之间。 变压器空载运行时，
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电机学
五、励磁特性的电路模型
从以上分析可以得出两个结论：
与E 同相位 I Fe 1 滞后 E 90˚ I 1
令 则
g ( E ) I Fe m 1 jb ( E I
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1、磁路饱和对励磁电流的影响
磁路不饱和时，由Φ ∝ B ∝ H ∝ F ∝Im 知，励磁电流与 主磁通成正比，其波形为正弦波。
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电机学
磁路饱和时，由于B与H不成正比， Φ越大，μ越小，励 磁电流的波形为尖顶波。
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交变磁通也会在铁芯中感应电动势，从而在铁芯中产生涡 流及涡流损耗。与涡流损耗对应的电流分量称为涡流电流分 同相位，也是有功电流分量。 量，也与 E 1 由于磁滞电流分量和涡流电流分量同相位，统称为铁耗电流 分量：
I I I Fe h e
这样，励磁电流可以表示为铁耗电流和磁化电流两个分量： I I I
变压器空载时的 电压平衡式
u1 i0 r1 e1 e1
u20 e 2
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• 三、感应电势、电压变比
u1 i0 r1 e1 e1
▪ 电力变压器空载时 i0r1 和 e1σ 都很小，略去 不计，则 u1 = - e1 。设外施电压 u1 按正弦规 律变化 u1 U1 cos t ，则Φ 和 e1 、 e2 也都按正 弦规律变化。
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电机学
• 思路：由简单到复杂（空载到负载，线性到非线 性，单相到三相） • 方法：由电磁感应定律入手（从空载和负载运行 时的电磁关系出发），建立描述变压器电磁关系 的基本方程式、相量图和等效电路，对变压器的 稳态性能进行分析。 • 以单相双绕组电力变压器为例。 • 适用于三相变压器的对称运行。分析其中一相， 根据相位关系可推算出其它两相。
1、避免涡流在 钢片之间流动。 2、减少紧固件 的使用。
铁轭 铁芯
奇数层
偶数层
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2、绕组
同心式：高低压绕组同心，低压绕组靠近铁芯。 交叠式：高低压绕组交叠，低压绕组靠近铁轭。
高压 绕组 低压 绕组 高压 绕组 低压 绕组
铁芯式变压器
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铁壳式变压器
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▪ （2）功能不同：
• 主磁通通过互感作用传递功率 • 漏磁通不传递功率。
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电机学
二、正方向的规定
电流的正方向与该电流所产生的磁通正方向符合右手螺旋 定则。 磁通的正方向与其感应电动势的正方向也符合右手螺旋定 则。 由以上两规定得：电流的正方向与电动势的正方向一致。
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电机学
七、电路方程、等效电路和相量图
变压器空载运行的电路方程
I Z E m m 1 E I ( r jx ) E I Z U 1 1 0 1 1 1 0 1 E U 20 2 I I I I m Fe 0
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电机学
第二节 变压器空载运行
• 接电源的绕组叫一次侧绕组，其匝数为 N1 ，另 一个绕组接负载，叫二次侧绕组，其匝数为 N2 。 • 一次侧绕组又叫原边绕组、初级侧绕组；二次侧 绕组又叫副边绕组、次级侧绕组。用下标“1”， “2”表示。 • 空载运行：一次侧绕组接额定电压 u1N ，二次侧 绕组开路的运行状态。
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2、磁滞现象对励磁电流的影响
由于磁滞效应，磁化曲线的上升段和下降段不一致，使励 磁电流波形不对称，可分解为一个尖顶波和一个超前 90˚ 的 同相位，是有 正弦波。正弦分量称为磁滞电流分量，与 E 1 功电流分量。
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3、涡流对励磁电流的影响
E1 ( E 2 ) f N 1 ( N 2 ) m
• 略去电阻压降和漏电势，则
E U 1 1 U 20 E 2
在相位上滞后 m 90°

U1 U1 N 变比又可写成 k U 20 U 2 N
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四、励磁电流
设主磁通 m sin t，则：
d N 1 m cos t E1m sin(t 90 ) e1 N 1 dt d N 2 m cos t E 2 m sin(t 90 ) e2 N 2 dt
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