電機(jī)學(xué)_第2章_變壓器

1、第二章變壓器1主要內(nèi)容2.1 2.1 變壓器的工作變壓器的工作原理、分類和結(jié)構(gòu)原理、分類和結(jié)構(gòu)2.2 2.2 變壓器的變壓器的空載運(yùn)行空載運(yùn)行2.3 2.3 變壓器的變壓器的負(fù)載運(yùn)行負(fù)載運(yùn)行2.4 2.4 標(biāo)幺值標(biāo)幺值2.5 2.5 變壓器的變壓器的參數(shù)測(cè)定參數(shù)測(cè)定2.6 2.6 變壓器的變壓器的運(yùn)行性能運(yùn)行性能23序本課程主要分析電力變壓器電力變壓器的作用：直接作用：改變電壓等級(jí)電力系統(tǒng)用變壓器的根本作用：高壓輸電、減小線路損耗2.1 2.1 變壓器的工作變壓器的工作原理、分類和結(jié)構(gòu)原理、分類和結(jié)構(gòu)45一、變壓器的基本原理原理1.基本概念：基本概念：繞組一次繞組一次繞組（原方繞組原方繞組）二

2、次繞組二次繞組（副方繞組副方繞組）6一、變壓器的基本原理原理2. 基本原理：基本原理：一次繞組：外施交流電壓，交變電流 鐵心：交變磁通 匝鏈二次繞組 二次繞組：感應(yīng)電勢(shì)；EN（匝數(shù)），改變N2 E2；接上負(fù)載 電能輸出。78二、變壓器的二、變壓器的分類：按電壓升降電壓升降 升壓變壓器；降壓變壓器按相數(shù)相數(shù)： 單相變壓器、 三相變壓器、 多相變壓器按繞組個(gè)數(shù)繞組個(gè)數(shù)： 雙繞組變壓器、 三繞組變壓器、 單繞組變壓器（自耦變壓器）9三、變壓器的基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)五大部分：鐵心、繞組、變壓器油、油箱、絕緣套管。1.鐵心（鐵芯）鐵心（鐵芯）磁路部分硅鋼片疊成（減少渦流損耗），彼此絕緣鐵心柱鐵軛沖片10三、

3、變壓器的基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)2.繞組繞組電路部分分類：按繞組在鐵芯中的排列分兩大類鐵芯式、鐵殼式電力變壓器都用鐵芯式11三、變壓器的基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)2.繞組繞組低壓繞組靠近鐵芯為絕緣方便繞組的基本形式： 同芯式：高低壓繞組均做成圓筒形，同心地套在鐵芯上 交疊式（餅式繞組）：做成線餅，交錯(cuò)排列。12三、變壓器的基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)3. 變壓器油散熱：將熱量傳遞到變壓器外殼表面絕緣4. 油箱及附件隔離空氣：減少氧化油箱的散熱油枕（儲(chǔ)油器）氣體繼電器安全氣道5. 絕緣套管油箱內(nèi)的線圈與外電路連接13三、變壓器的基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 14四、額定值額定容量：SN額定電壓：線線電壓：U1N、U2N額定電流：線線電流

4、：I1N、I2N單相：I1NSNU1N； I2NSNU2N三相：額定頻率：fN=50Hz相數(shù)：?jiǎn)蜗?、三相額定效率NNNNNNUSIUSI22113,315五、發(fā)熱、溫升與冷卻1. 變壓器的發(fā)熱與溫升變壓器的發(fā)熱與溫升損耗(鐵心損耗、繞組損耗) 熱量溫度升高當(dāng):產(chǎn)生的熱量=散發(fā)的熱量，溫度穩(wěn)定16五、發(fā)熱、溫升與冷卻2、變壓器的冷卻方式、變壓器的冷卻方式降低變壓器的溫升從兩方面采取措施措施：降低總損耗、提高效率散熱能力常用的冷卻介質(zhì)冷卻介質(zhì)：油、空氣油浸式變壓器油浸式變壓器：自冷、油浸風(fēng)冷、強(qiáng)迫油循環(huán)7500kVA及以下：油浸自冷10000kVA以上：油浸風(fēng)冷式（風(fēng)扇）大容量變壓器：強(qiáng)迫油循環(huán)冷

5、卻（油泵）變壓器的運(yùn)行分析172.2 變壓器的空載運(yùn)行空載運(yùn)行1819預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)分析方法：電磁關(guān)系平衡方程等值電路相量圖術(shù)語(yǔ)：初級(jí)、次級(jí)；原方、副方空載：原方接電源，副方空載20預(yù)備知識(shí)下標(biāo)約定：?jiǎn)蜗嘧儔浩?單下標(biāo)：原方：1；副方：2 雙下標(biāo)：原方：AX；副方：ax 空載：下標(biāo)加0三相變壓器 原方：首端 A B C， 末端 X Y Z， 零線 N 副方：首端 a b c， 末端x y z ， 零線n 空載：下標(biāo)加0 212223參考方向u,i,e等均交變，應(yīng)規(guī)定參考正方向。正方向任意假定，但一般約定俗成如下：U1：參考方向，任意假定，注意：電壓從高電位指向低電位。I1（I0）：“負(fù)載慣例

6、”，由U1決定：由I1（I0）根據(jù)右手定則：與方向一致：右手螺旋關(guān)系注意：電勢(shì)從低電位指向高電位。U2：由E2決定I2：與E2一致或“負(fù)載慣例”21,EE:U:E24參考方向規(guī)定252627282930電流-磁動(dòng)勢(shì)-磁通-感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)31323334353637383940414243444546474849505152535455565758592.3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行負(fù)載運(yùn)行606162636465666768697071727374757677787980828384858688892021-7-9河海大學(xué)電氣學(xué)院902.3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行負(fù)載運(yùn)行負(fù)載運(yùn)行：I209091一、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的

7、物理現(xiàn)象1 空載：I2=0 由F1產(chǎn)生 Fm=F1，平衡；2 負(fù)載 I20 F2=N2I20，打破原來(lái)平衡， 迫使I1發(fā)生變化。磁勢(shì)平衡方程：Fm=F1+F2 電流平衡方程：式中：為初級(jí)電流部分的負(fù)載分量。 結(jié)論：變壓器負(fù)載運(yùn)行原方電流中包括兩個(gè)分量（1）激磁電流分量產(chǎn)生主磁場(chǎng)（2）負(fù)載電流分量通過(guò)副方提供給負(fù)載 LmmmIIINNIIINININ12121221112121INNIL92漏電勢(shì)、漏抗：原副方均有電流、有磁勢(shì)、有漏電勢(shì)。把漏電勢(shì)寫成阻抗壓降形式：電阻壓降：電磁關(guān)系：2222211111.xvizxxI jExvizxxI jE2211,rIrI93電磁關(guān)系94二、基本方程Lmm

8、mmZIUEEkINNIINININIZIEjxrIErIEEUjxrIErIEEU22212211122111222222222111111111)()()()(LLLmmmjxrZjxrZjxrZjxrZ22211195三、歸算目的:便于利用等效電路計(jì)算 原則: 折算前后不改變平衡方程方法：一般將副方歸算到原方1. 電流原則：歸算前后磁勢(shì)不變2.電壓、電勢(shì)電壓歸算原則：歸算前后S（視在功率）不變。電勢(shì)歸算原則：歸算前后電磁功率不變kIINNININIFF/22122221222222222kUUIUIU222222kEEIEIE96三、歸算3.電阻: r2原則： pcu2不變（副方繞組的銅

9、耗）4.漏抗 原則：Q2不變同理總結(jié)：電流：除 k電壓、電勢(shì)：乘 k電阻、電抗、阻抗：乘 k2222222222rkrrIrI222222222xkxxIxI222ZkZ 97四、歸算后的方程將歸算關(guān)系代入即可，為便于比較，列出歸算前方程：歸算前歸算后222221212121211122222222221111111111)()()()()()()(LLmmmmmmmmZIUZIUEEEkEIIIINNIIjxrIEjxrIEIrx jEUIrjxEUIrjxEUIrjxEU98五、T形等效電路99六、相量圖 表示變壓器各參量（相量）之間相位關(guān)系 步驟：等選參考方向，一般選U211111119

10、01222222212122222UxI jrIIIEExI jrIIUEIIImmZIUELoadmFe100七、近似電路與簡(jiǎn)化電路近似電路：簡(jiǎn)化計(jì)算，勵(lì)磁支路移到前面。簡(jiǎn)化電路：進(jìn)一步簡(jiǎn)化，不計(jì)勵(lì)磁支路影響。短路電阻與短路電抗近似電路與簡(jiǎn)化電路均有誤差，簡(jiǎn)化電路誤差更大。212121ZZZxxxrrrkkk2.4 標(biāo)么值標(biāo)么值1011021031041051061071081091101111121131141151161172.4標(biāo)么值 1. 定義 標(biāo)么值實(shí)際值基值 右上角“*”表示 2. 基值 即基準(zhǔn)值，下標(biāo)“b”表示。 一般取額定量作基值 原副方有不同的基值 線電壓(流)、相電壓(流

11、)均有對(duì)應(yīng)的基值。 UN作電壓基值： U1b=U1N, U2b=U2N SN作容量基值；Sb = SN 電流、阻擊基值通過(guò)計(jì)算求得： I1b=S1b/U1b ； I2b=S2b/U2b Z1b=U1b/I1b ； Z2b=U2b/I2b 三相系統(tǒng)有相電壓、相電流基值和線電壓、線電流基基值。1183. 標(biāo)么值：下標(biāo)用“”表示，如 U1*=U1/U1b4.優(yōu)點(diǎn)計(jì)算方便且易判斷計(jì)算錯(cuò)誤起到歸算的作用更能說(shuō)明問(wèn)題實(shí)質(zhì)，如反應(yīng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。2.5 變壓器參數(shù)測(cè)定參數(shù)測(cè)定1191202.5等效電路參數(shù)測(cè)定測(cè)哪些參數(shù)：rm、xm、k、r1、r2、x1、x2 (Zm、Z1、Z2)兩種試驗(yàn)：空載試驗(yàn)短路試驗(yàn)12

12、1一、空載試驗(yàn)1、目的：測(cè)： rm、 xm 、k2、方法：一般在低壓側(cè)進(jìn)行測(cè)量：U1、U2I0、p0計(jì)算：因空載，I0很小， 不計(jì)3、接線圖120rIU1VAWV122123124125一、空載試驗(yàn)4、計(jì)算方法注意：電壓下標(biāo)的實(shí)際意義5.在低壓側(cè)進(jìn)行時(shí)阻抗應(yīng)折算方法：乘 k22012020020001010UUkxrzxrIprZZZIUZmmmm126二、短路試驗(yàn)二、短路試驗(yàn)1、目的：測(cè)： r1、 x1 、 r2、 x22、方法：一般在高壓側(cè)進(jìn)行副方短路，U1逐步增加，直接到I1I1N。測(cè)量：Uk、Ik、pk計(jì)算：因短路，電壓很低， 不計(jì)（這時(shí)的Im不是上面的Im，其值很小(因電壓很低)3、

13、接線圖mmrI2高壓側(cè)高壓側(cè)低壓側(cè)低壓側(cè)U1AVW127128129130131132133212221221xxrzxrrrIpZZZIUkkkkkkkkk二、短路試驗(yàn)二、短路試驗(yàn)4、計(jì)算方法下標(biāo)k或s均可rk、xk、Zk分別稱短路電阻、短路電抗、短路阻抗。134二、短路試驗(yàn)二、短路試驗(yàn)5、溫度折算繞組的電阻與溫度有關(guān)，應(yīng)折算到一個(gè)統(tǒng)一的溫度。)(228);(2357502275750075AlCuTxrZTTrrkCkCkkCk135三、阻抗電壓、短路電壓 I1I1N時(shí)的U1稱 UKN=IIN Zk 短路電壓百分?jǐn)?shù)： uk = UkN/U1N=(I1N Zk75)/U1N 100% 短路電

14、壓百分?jǐn)?shù)（去掉百分號(hào)）就是短路阻抗標(biāo)么值,因?yàn)椋?uk* = (I1N ZK75)/U1N (I1N Zk75)/ (I1N ZN) Zk75ZNZk* 有功分量、無(wú)功分量 額定銅耗 當(dāng)短路試驗(yàn)時(shí)I1不等于I1N時(shí):kkNkNpIIp21krIp21NcuN2.6 變壓器的運(yùn)行性能運(yùn)行性能1361372.6變壓器的運(yùn)行性能反映變壓器性能的指標(biāo)：電壓變化率(電壓調(diào)整率)效率138139140141142143144145二、效率1. 兩種損耗：鐵(損)耗基本鐵耗主磁通引起：磁滯損耗、渦流損耗附加鐵耗油箱、其它構(gòu)件中渦流損耗等銅(損)耗基本銅耗電阻損耗附加銅耗漏磁場(chǎng)集膚效應(yīng)等效電阻增加等?？倱p耗：cuF eppp1461471481491501