電機(jī)拖動(dòng)課件第四章4-12xsb

1、2022/8/161第四章 變壓器第一節(jié) 變壓器的用途、工作原理及結(jié)構(gòu)第二節(jié) 變壓器空載運(yùn)行第三節(jié) 變壓器負(fù)載運(yùn)行第四節(jié) 變壓器的參數(shù)測定第五節(jié) 變壓器運(yùn)行特性第六節(jié) 三相變壓器第七節(jié) 特殊變壓器2022/8/162一、 變壓器的用途變壓器：是一種靜止的電機(jī)，它利用電磁感應(yīng)原理將一種電壓、電流的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓、電流的電能。換句話說，變壓器的作用是實(shí)現(xiàn)電能在不同等級(jí)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。發(fā)電升壓降壓用戶2022/8/163二、變壓器的簡單工作原理一次繞組二次繞組鐵芯負(fù)載2022/8/164 磁路中的兩個(gè)線圈沒有電的直接聯(lián)系，只有磁的耦合。原繞組：也稱一次繞或初級(jí)繞組。是變壓器的兩個(gè)線圈

2、中接交流電源的線圈，其匝數(shù)為N1副繞組：也稱二次繞組或次級(jí)繞組。是變壓器接到用電設(shè)備上的線圈，其匝數(shù)為N2 交變磁通同時(shí)與原、副繞組交鏈，在原、副繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。簡單的單相變壓器2022/8/165三、變壓器的分類 變壓器的種類很多，可按其用途、結(jié)構(gòu)、相數(shù)、冷卻方式等不同來進(jìn)行分類。 1、按用途分類，可分為電力變壓器（主要用在輸配電系統(tǒng)中，又分為升壓變壓器、降壓變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器和廠用變壓器）、儀用互感器（電壓互感器和電流互感器）、特種變壓器（如調(diào)壓變壓器、試驗(yàn)變壓器、電爐變壓器、整流變壓器、電焊變壓器等）。2022/8/166 2、按鐵心結(jié)構(gòu)分類，有心式變壓器和殼式變壓器。 3、按繞組

3、數(shù)目分類:可分為雙繞組變壓器,三繞 組變壓器、多繞組變壓器和自耦變壓器。 4、按相數(shù)分類，有單相變壓器、三相變壓器。 5、按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分類，可分為油浸式變壓器（包括油浸自冷式、油浸風(fēng)冷式、油浸強(qiáng)迫油循環(huán)式）、干式變壓器、充氣式變壓器。 6、電力變壓器按容量大小通常分為小型變壓器（容量為10630kVA）、中型變壓器（容量為8006300kVA）、大型變壓器（容量為800063000kVA）和特大型變壓器（容量在90000kVA及以上）。2022/8/167電力變壓器電源變壓器環(huán)形變壓器接觸調(diào)壓器控制變壓器三相干式變壓器2022/8/1682、其他部件：除器身外，典型的油鋟電力變壓器中還

4、有油箱、變壓器油、絕緣套管及繼電保護(hù)裝置等部件。變壓器的主要構(gòu)成是鐵心、繞組和其他附件：1. 鐵心和繞組：是構(gòu)成變壓器的主要部件。鐵心是變壓器的磁路部分；繞組是變壓器的電路部分。四、變壓器基本結(jié)構(gòu)2022/8/169變壓器及其附件1.溫度計(jì)；2.吸濕器；3.儲(chǔ)油柜；4.油表；5.安全氣道；6.氣體繼電器；7.高壓套管；8.低壓套管；9.分接開關(guān)；10.油箱；11.鐵芯；12.線圈；13.放油閥2022/8/1610 1.鐵心和繞組：是構(gòu)成變壓器的器身的主要部件。 鐵心材料：為了提高磁路的導(dǎo)磁性能，減少鐵心中的磁滯、渦流損耗，鐵心一般用高磁導(dǎo)率的磁性材料硅鋼片疊成。硅鋼片有熱軋和冷軋兩種，其厚度

5、為0.350.5mm，兩面涂以厚0.020.23mm的漆膜，使片與片之間絕緣。四、變壓器基本結(jié)構(gòu)2022/8/1611鐵芯繞組單相殼式變壓器鐵軛鐵芯柱1）鐵心：構(gòu)成了變壓器的磁路，同時(shí)又是套裝繞組的骨架。鐵心由鐵心柱和鐵軛兩部分構(gòu)成。鐵心柱上套繞組，鐵軛將鐵心柱連接起來形成閉合磁路。四、變壓器基本結(jié)構(gòu)2022/8/1612 2）繞組：繞組是變壓器的電路部分，它由銅或 鋁絕緣導(dǎo)線繞制而成 。一次繞組（原繞組）：輸入電能二次繞組（副繞組）：輸出電能繞組通常套裝在同一個(gè)心柱上，一次和二次繞組具有不同的匝數(shù)，通過電磁感應(yīng)作用，一次繞組的電能就可傳遞到二次繞組，且使一、二次繞組具有不同的電壓和電流。 2

6、022/8/1613 兩個(gè)繞組中，電壓較高的稱為高壓繞組，相應(yīng)的電壓較低的稱為低壓繞組。從高、低壓繞組的相對(duì)位置來看，變壓器的繞組可分為同心式、交迭式。由于同心式繞組結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，所以，國產(chǎn)變壓器一般采用同心結(jié)構(gòu)，交迭式主要用于特種變壓器中。四、變壓器基本結(jié)構(gòu)2022/8/1614同心式繞組和交迭式繞組高壓繞組低壓繞組高壓繞組低壓繞組2022/8/1615四、變壓器基本結(jié)構(gòu) 除變壓器的繞組可分為同心式、交迭式外，變壓器鐵心的結(jié)構(gòu)有心式、殼式等形式。殼式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是鐵心包圍繞組的頂面、底面和側(cè)面，心式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是鐵心柱被繞組包圍，殼式結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度較好，但制造復(fù)雜。圖4-3心式變壓器一般用

7、于高電壓電力輸配電變壓器圖4-5殼式變壓器用于大電流的特殊變壓器-電焊變壓器、電爐變壓器2022/8/1616四、變壓器基本結(jié)構(gòu) 心式結(jié)構(gòu)比較簡單，繞組的裝配及絕緣比較容易，電力變壓器的鐵心主要采用心式結(jié)構(gòu)。 鐵心疊裝 ：變壓器的鐵心一般是由剪成一定形狀的硅鋼片疊裝而成。為了減小接縫間隙以減小激磁電流，一般采用交錯(cuò)式疊法，使相鄰層的接縫錯(cuò)開。 2022/8/1617鐵心截面:鐵心柱的截面一般作成階梯形，以充分利用繞組內(nèi)圓空間。容量較大的變壓器，鐵心中常設(shè)有油道，以改善鐵心內(nèi)部的散熱條件。四、變壓器基本結(jié)構(gòu)2022/8/1618 額定值是制造廠對(duì)變壓器在指定工作條件下運(yùn)行時(shí)所規(guī)定的一些量值。額定

8、值通常標(biāo)注在變壓器的銘牌上。變壓器的額定值主要有額定容量、額定電壓、額定電流、額定頻率等。五、變壓器額定值2022/8/1619 額定容量SN是指額定運(yùn)行時(shí)的視在功率，表征傳輸電能的能力。以 VA、kVA或MVA表示。由于變壓器的效率很高，通常一、二次側(cè)的額定容量設(shè)計(jì)成相等。變壓器額定容量2022/8/1620變壓器的額定電壓與所連接的輸電線路相符合。規(guī)定正常運(yùn)行時(shí)加在一次側(cè)的端電壓稱為變壓器一次側(cè)的額定電壓U1N；二次側(cè)的額定電壓U2N 是指變壓器一次側(cè)加額定電壓時(shí)二次側(cè)的空載電壓。額定電壓以V或kV表示。對(duì)三相變壓器，額定電壓是指線電壓。變壓器額定電壓2022/8/1621額定電流I1N和

9、I2N是根據(jù)變壓器額定容量和額定電壓計(jì)算出的線電流，稱為額定電流，以A表示。對(duì)單相變壓器對(duì)三相變壓器 變壓器額定電流2022/8/1622額定頻率 fN 是變壓器設(shè)計(jì)所依據(jù)的運(yùn)行頻率，我國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz 除額定值外，變壓器的相數(shù)、繞組連接方式及聯(lián)結(jié)組別、短路電壓、運(yùn)行方式和冷卻方式等均標(biāo)注在銘牌上。額定狀態(tài)是電機(jī)的理想工作狀態(tài)，具有優(yōu)良的性能，可長期工作。變壓器額定頻率2022/8/1623一、空載運(yùn)行時(shí)的電磁情況 空載運(yùn)行：是指變壓器原繞組接到額定電壓、額定頻率的電源上，副繞組開路時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。第二節(jié)、變壓器的空載運(yùn)行2022/8/1624e2e1e1i2i0u1u201變壓器空載運(yùn)

10、行（圖4-7）2022/8/1625 從理論上講，正方向可以任意選擇，因各物理量的變化規(guī)律是一定的，并不依正方向的選擇不同而改變。但正方向規(guī)定不同，列出的電磁方程式和繪制的相量圖也不同。在電機(jī)方向的學(xué)科中通常按習(xí)慣方式規(guī)定正方向，稱為慣例。二、變壓器中正方向的規(guī)定2022/8/1626連接電源支路的一次繞組相當(dāng)于用電器，按用電慣例規(guī)定正方向：電流的正方向與產(chǎn)生它的電壓的正方向一致，由電流產(chǎn)生的磁通符合右手螺旋定則，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向與產(chǎn)生它的磁通的正方向遵循電磁感應(yīng)定律的規(guī)定：二、變壓器中正方向的規(guī)定2022/8/1627二、變壓器中正方向的規(guī)定連接負(fù)載支路的二次繞組相當(dāng)于電源，按發(fā)電慣例規(guī)定

11、正方向：電流的正方向與e2的正方向一致，輸出電壓u2與電流同向。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向與產(chǎn)生它的磁通的正方向遵循電磁感應(yīng)定律的規(guī)定；2022/8/1628（一）磁通變壓器空載時(shí)如果外加電壓是正弦波，則磁通也按正弦變化： =msint（由于磁通連接一二次側(cè)的電路，為便于分析問題，往往以磁通為參考相量 ）三、磁通、電動(dòng)勢(shì)與空載電流2022/8/1629 如果主磁通按正弦規(guī)律變化，根據(jù)電磁感應(yīng)定律和對(duì)正方向規(guī)定，一、二次繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為 ： （二）電動(dòng)勢(shì)與磁通的關(guān)系2022/8/1630式中：2022/8/1631 在變壓器中，原、副繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1和E2之比稱為變壓器的變比，用 表示，即

12、： 上式表明，變壓器的變比等于原、副繞組的匝數(shù)比。當(dāng)變壓器空載運(yùn)行時(shí)，由于U1E1 ，U20=E2，故可近似地用空載運(yùn)行時(shí)原、副方的電壓比來作為變壓器的變比，即2022/8/1632 變壓器空載運(yùn)行時(shí)原繞組中的電流 主要用來產(chǎn)生磁場，又稱為勵(lì)磁電流，分析它的波形： 1）當(dāng)不考慮鐵心損耗時(shí)，勵(lì)磁電流是純磁化電流，用 來表示。由于磁路有飽和現(xiàn)象，磁化電流 與產(chǎn)生的磁通之間的關(guān)系是非線性的。問題：什么形式的勵(lì)磁電流能夠產(chǎn)生正弦磁通？（三）空載電流當(dāng)磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，勵(lì)磁電流為尖頂波2022/8/1633i0i0i0只考慮飽和情況的勵(lì)磁電流t2022/8/1634i0i0i02)考慮鐵心損耗時(shí)的勵(lì)

13、磁電流i勵(lì)磁電流可分解為兩個(gè)分量：（1）與同相的磁化電流（2）引前900有功分量IFetiFe2022/8/1635 從上圖中，可以看出磁化電流 與磁通是同相位的。 當(dāng)考慮鐵心損耗時(shí)，勵(lì)磁電流 中還應(yīng)該包含鐵耗分量，即 勵(lì)磁電流 超前磁通一相位角 2022/8/1636 根據(jù)對(duì)正方向的規(guī)定，可得到空載時(shí)電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：將漏感電動(dòng)勢(shì)寫成壓降的形式：令四、電動(dòng)勢(shì)平衡方程式、等效電路及相量圖漏磁路不具有飽和特性2022/8/1637式中 是原繞組的漏阻抗。對(duì)于電力變壓器，空載時(shí)原繞組的漏阻抗壓降 很小，其數(shù)值不超過U1的0.2%， 忽略 ，則上式變成：由于副方電流為零，則副方的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于副方的空載電壓，即： 2022/8/1638空載時(shí)的相量圖: 已知0空載時(shí)的相量圖和等效電路考慮鐵耗（磁滯、渦流）， 勵(lì)磁電流不再與主磁通同相， 而是引前一個(gè)磁滯角。將上式兩邊通除以2022/8/1639 變壓器空載時(shí)從原側(cè)看進(jìn)去的等效阻抗為 式中 用電路參數(shù)來表示 稱為變壓器的勵(lì)磁阻抗（勵(lì)磁電阻勵(lì)磁電抗）。2022/8/1640 由主磁通產(chǎn)生，在主磁路中的損耗即鐵損 所以它不能象漏抗電勢(shì)那樣用單純的電抗壓降來描述。變壓器的等效阻抗：變壓器原方的電動(dòng)勢(shì)方程可寫成關(guān)系：2022/8/1641變壓器等