电机学_第2章_变压器PPT课件

E1 I0 Z1
➢ 副方： U20E2
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七、等效电路与相量图
E1 ImZmImrmjxm U1 E1Imr1jx1
ImrmjxmImr1jx1
➢ 等效电路
➢ 相量图（课上演示相量图的画法）
➢
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八、空载损耗（空载功率）
➢ ∵电流小 ➢ ∴空载损耗主要为铁耗
空 载 损 耗p0铁 耗pFe磁 附 涡 滞 加 流 损 损 损 耗 耗 耗 （ （ （ 约 约 约 占 占 占 p pp0 00的 的 的 8 150 0%% %以 下 1855） %%） ） 铜 耗 pCu I02R1,约 占 p0的 2%
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九、励磁电流及其三个分量(了解)
E E 21 jjII2 1x x1 2
x1 v.ixz1 x2 v.ixz2
➢ 电阻压降：I1r1,I2r2
➢ 电磁关系：
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电磁关系
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二、基本方程
U 1 E1 ( E1 ) I1r1 E1 I1 (r1 jx 1 )
U 2 E 2 E 2 I2 r2 E 2 I2 ( r2 jx 2 )
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二、电磁物理现象
➢ 1.交变的：u1
i0
F0
N 1i0
e1 e2
u2
u1
i0
F0
N
1i0
e1 e2
u2
1 e1
i0 r1
➢ 2.因为空载：i1 i0
✓ 所以：i0全部用于激磁: i0 im
➢ 3.主磁通与漏磁通
✓ 主磁通：(同时交链N1和N2)，磁路磁阻小，易饱和 ✓ 漏磁通：(只交链N1或N2(或其部分))，磁路磁阻大，
➢ 原则: 折算前后不改变平衡方程
➢ 方法：一般将副方归算到原方
➢ 1. 电流
✓ 原则：归算前后磁势不变
F 2 F 2 I2 N 1 I2 N 2
➢ 2.电压、电势
I2 N N 1 2I2 I2/k
✓ 电压归算原则：归算前后S（视在功率）不变。
✓ 电势归算原则：归算前后电磁功率不变
U 2 I2 U 2 I2 E 2 I2 E 2 I2
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三、电力变压器的基本结构
2.绕组 ➢ 电路部分 ➢ 分类：按绕组在铁芯中的排列分两大类
✓ 铁芯式、铁壳式
➢ 电力变压器都用铁芯式
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三、电力变压器的基本结构
➢ 2.绕组
✓低压绕组靠近铁芯——为绝缘方便 ✓绕组的基本形式：
▪ 同芯式：高低压绕组均做成圆筒形，同心地套 在铁芯上
✓按相数：
▪ 单相变压器、 ▪ 三相变压器、 ▪ 多相变压器
✓按绕组个数：
▪ 双绕组变压器、 ▪ 三绕组变压器、 ▪ 单绕组变压器（自耦变压器）
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三、电力变压器的基本结构
五大部分：铁心、绕组、变压器油、油箱、绝缘 套管。
➢ 1.铁心（铁芯）
✓ 磁路部分 ✓ 硅钢片叠成（减少涡流损耗），彼此绝缘 ✓ 铁心柱 ✓ 铁轭 ✓ 冲片
第二章 变压器
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第二篇 变压器
2.1 变压器的工作原理、分类和结构 2.2 变压器的空载运行 2.3 变压器的负载运行 2.4 标幺值 2.5 变压器的参数测定 2.6 变压器的运行性能 2.7 三相变压器及其运行 2.8 变压器的并联运行 2.9 特种变压器（三绕组变压器、自耦变压器、互感器） 2.10 变压器的瞬态过程 2.11 三相变压器的不对称运行
E2 N2
➢ 若不计损耗：U 1 E 1,U 2E 2or: U1＝E1，U2＝E2，
✓ 则：k=U1/U20
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四、励磁电路模型
➢
De. f
E 1ImZmImrmjxm
➢ W :r m h ,x m ,Z m e ,I m r m r ,I m x e m ,I m Z m
✓ 尖顶波分解为基波与若干谐波的叠加（主要是三次谐
波）
✓ 磁化电流：尖顶波与正弦波有等效的有效值的电流。I
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图：作图法求励磁电流
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➢ 2. 磁滞影响：励磁电流为不对称尖顶波。 ➢ 含磁滞损耗电流分量为Ih 。 (简称：磁滞电流分
量)
➢ 3.涡流影响
➢ ➢ ➢
I2)
E1 kE2
U2 I2ZL
U1 E1 ( jx1 r1)I1 U2' E2' ( jx2 r2)I2' E1 Im(rm jxm)
不饱和
2➢7.114.2.02i00产生电阻压降：i0r1
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二、电磁物理现象
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三、参考方向
➢ u,i,e等均交变，应规定参考正方向。
➢ 正方向任意假定，但一般约定俗成如下：
➢
U1：参考方向，任意假定，
✓ 注意：电压从高电位指向低电位。
U :
➢ I1（I0）：“负载惯例”，由U1决定
N2 N1
I2
为I初m 级NN电12 I流2 部I分m 的I1负L 载分量。
➢ 结论：变压器负载运行原方电流中包括两个分量
✓ （1）激磁电流分量——产生主磁场
✓ （2）负载电流分量——通过副方提供给负载
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漏电势、漏抗：
➢ 原副方均有电流、有磁势、有漏电势。
➢ 把漏电势写成阻抗压降形式：
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一、电力变压器的基本原理
2. 基本原理：
➢ 一次绕组：外施交流电压→，交变电流→ 铁心： 交变磁通→ 匝链二次绕组→ 二次绕组：感应 电势；
➢ ∵E∝N（匝数），∴改变N2 →E2； ➢ 接上负载→ 电能输出。
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三、变压器的分类
➢分类：
✓按电压升降
▪ 升压变压器；降压变压器
U 2 k2 U E 2 k2E
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三、归算
➢3.电阻: r2
➢原则： pcu2不变（副方绕组的铜耗）
I2 2 r 2 I2 2 r 2
r 2 ' k2 r 2
➢4.漏抗
➢原则：Q2不变
I2 2 x 2 I2 2 x 2 ➢同理 Z2 k2Z2 ➢总结：
x 2 k 2 x 2
➢ ：由I1（I0）根据右手定则
➢ E1,E2 ：与 方向一致：右手螺旋关系（课上画图 讲解） ✓ 注意：电势从低电位指向高电位。E :
➢ U2：由E2决定 ➢ I2：与E2一致或“负载惯例”
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三、感应电势、电压变比
➢ 空载： I0r1,E1 很小，所以：U1E1
If :
➢ 相数：单相、三相
➢ 额定效率
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五、发热、温升与冷却
1. 变压器的发热与温升 ➢损耗(铁心损耗、绕组损耗) →热量→温
度升高 ➢当:产生的热量=散发的热量，温度稳定
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五、发热、温升与冷却
2、变压器的冷却方式
➢ 降低变压器的温升从两方面采取措施：
✓ 降低总损耗、提高效率 ✓ 散热能力
E1 Im Z m
I1 N 1 I1
I2 N 2 Im (
Im N1 ) N2
N1 I2
k E1 E2 U 2 I2 Z L
Z 1 r1 jx 1 Z 2 r2 jx 2
Z m rm jx m
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ZL
rL
jx 38
L
三、归算
➢ 目的:便于利用等效电路计算
2f
E1m N 1 m 2 fN 1 m
2f
E 2 m N 2 m 2 fN 2 m
and RMS is :
E1
E1m 2
4 . 44
f
N 1 m
E2
E2m 2
4 . 44
f
N 2 m
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➢ 结论：
✓ 1.如果磁能为正弦波，则电势也为正弦波 ✓ 2.方向：电势滞后磁通90度。 ✓ 3.变比： E1 N1 k
涡Ie,流IIh损是 称为耗有磁电功流化分电分量流量与为，电不势Ie 包（（括简 E有称1 ）：功同涡分方流量向。电流分量）
➢ 铁耗电流 ➢ 励磁电流
IFeIeIh ImIFeI
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2.3 变压器的负载运行
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2.3 变压器的负载运行
✓电流：除 k
✓电压、电势：乘 k
✓电阻、电抗、阻抗：乘 k2
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四、归算后的方程
➢ 将归算关系代入即可，为便于比较，列出归算 前方程：
✓ 归算前
归算后
U1 E1 ( jx1 r1)I1 U2 E2 ( jx2 r2)I2 E1 Im(rm jxm)
I1
Im
(
N2 N1
组的漏电势、漏电抗、漏电感。 ➢ 空载时： I1ImI0
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六、电压平衡方程
➢ 电磁关系中找所有与“与电压量纲相同的量”。
➢ 注意方向
➢ 原方： U1 E1 E1 I0r1
E1 jI0 x1 x1 viz. x1
U1 E1 jI0 x1 I0r1
E1 I0 r1 jx1
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序
➢ 变压器类型很种，本课程主要分析电力变压器 ➢ 电力变压器的作用：
✓ 直接作用：改变电压等级 ✓ 电力系统用变压器的根本作用：高压输电、减小线
路损耗
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2.1 变压器的工作原理、分类和结构
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一、电力变压器的基本原理
1.基本概念：
➢ 绕组 ➢ 一次绕组（原方绕组） ➢ 二次绕组（副方绕组）
✓ 电磁关系 ✓ 平衡方程 ✓ 等值电路 ✓ 相量图
➢ 述语：初级、次级；原方、副方 ➢ 空载：原方接电源，副方空载
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一、预备知识
➢ 下标约定：
✓ 单相变压器
▪ 单下标：原方：1；副方：2 ▪ 双下标：原方：AX；副方：ax ▪ 空载：下标加0
✓ 三相变压器
▪ 原方：首端 A B C， 末端 X Y Z， 零线 N ▪ 副方：首端 a b c， 末端x y z ， 零线n ▪ 空载：下标加0
➢ 负载运行：I2≠0
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一、负载运行时的物理现象
➢ 1 空载：I2=0 Φ由F1产生 Fm=F1，平衡； ➢ 2 负载 I2≠0 F2=N2I2≠0，打破原来平衡，
迫使I1发生变化。 ➢ 磁势平衡方程：Fm=F1+F2
N1Im N1I1 N2I2
➢
电流平衡方程： I1
✓
式中：I1L
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三、电力变压器的基本结构
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四、额定值
➢ 额定容量：SN
➢ 额定电压：线电压：U1N、U2N
➢ 额定电流：线电流：I1N、I2N
➢ 单相：I1N＝SN／U1N； I2N＝SN／U2N
➢ 三相：
I1N
SN , 3U1N
I2N
SN 3U2N
➢ 定额频率：fN=50Hz
m sin t Then :
e1
d 1 dt
N1
d dt
N 1 m cos t N 1 m sin
t 90
E1m sin
t 90
e2
d dt
2
N2
d dt
N 2 m cos t N 2 m sin
t 90
E 2 m sin
t 90
Def .
➢ 分别为：激磁电阻、激磁电抗、激磁阻抗及对
应的激磁电流压降。
➢ Im 2rm,Im 2xm分别为变压器的铁耗、励磁无功功
率。
➢ 激磁电阻并非实质电阻，是为计算铁耗引入的 模拟电阻。
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五、漏抗
➢ 漏磁通产生漏电势，把漏电势也写成阻抗压降 形式：
De.f
E1 jImx1 jImL1 ➢Wher:eE1 , x1L1 , L1 分别为：初级绕
▪ 交叠式（饼式绕组）：做成线饼，交错排列。
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三、电力变压器的基本结构
➢3. 变压器油
✓ 散热：将热量传递到变压器外壳表面 ✓ 绝缘
➢4. 油箱及附件
✓ 隔离空气：减少氧化 ✓ 油箱的散热 ✓ 油枕（储油器） ✓ 气体继电器 ✓ 安全气道
➢5. 绝缘套管
✓ 油箱内的线圈与外电路连接
(1) If : m sin t , Ir 0 , E1 0
Then :
U 1 E1 4 .44 f N 1 m So
m U1 (2) if U 1 Cont . Then I m I 0 ?
➢ 1. 磁路饱和的影响
✓ 如不计饱和，磁通为正弦波，电流也为正弦波。
✓ 由于B-H关系的非线性，当Φ为正弦波时，I一定为 尖顶波，反之当I为正弦波则Φ为平顶波
➢ 常用的冷却介质：油、空气 ➢ 油浸式变压器：自冷、油浸风冷、强迫油循环
✓ 7500kVA及以下：油浸自冷 ✓ 10000kVA以上：油浸风冷式（风扇） ✓ 大容量变压器：强迫油循环冷却（油泵）
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2.2 变压器的空载运行
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一、预备知识
预备知识 ➢ 分析方法：