第一節(jié)變壓器的原理及結(jié)構(gòu)

1、周次第6周章節(jié)名稱第三章 變壓器第一節(jié)變壓器的原理及結(jié)構(gòu) 第二節(jié)變壓器的空載運(yùn)行授課方式理論課（）；實(shí)驗(yàn)課（ ）；實(shí)習(xí)（ ）教學(xué)時(shí)數(shù)2學(xué)時(shí)教學(xué)目的及要求要求掌握：1介紹變壓器的工作原理。2介紹變壓器的銘牌數(shù)據(jù)。3空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系。4.空載運(yùn)行時(shí)基本方程式、相量圖。教學(xué)內(nèi)容提要1介紹變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)。2介紹變壓器的銘牌數(shù)據(jù)。3從空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系出發(fā)，導(dǎo)出基本方程式、相量圖。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系出發(fā)，導(dǎo)出基本方程式、等效電路和相量圖。討論練習(xí)和作業(yè)如何看待變壓器工作的電磁變換與直流電機(jī)的電磁變換？教學(xué)手段多媒體與其它方式結(jié)合學(xué)時(shí)分配第一次課：1，2 第二次課：3參考資料

2、1電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ) 劉啟新 中國(guó)電力出版社 2電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ) 宋銀賓 機(jī)械出版社 3電機(jī)與電力拖動(dòng) 顧繩谷 合肥工業(yè)出版社 4電機(jī)原理及拖動(dòng) 彭鴻才 機(jī)械工業(yè)出版社 第三章 變壓器1.變壓器的定義：它是一種靜止的電機(jī)，通過(guò)線圈間的電磁感應(yīng)關(guān)系，將某一等級(jí)的交流電壓轉(zhuǎn)換為同頻率的另一等級(jí)的交流電壓。2.變壓器的用途：3.電力變壓器：用于電力系統(tǒng)升、降電壓的變壓器。第一節(jié) 變壓器的工作原理和基本結(jié)構(gòu)一、 變壓器的工作原理： 基本原理：其中： ； 若 ；可見， 只要改變線圈的匝數(shù)，就能達(dá)到改變電壓的目的。二、基本結(jié)構(gòu)1.鐵心：構(gòu)成主磁路，機(jī)械骨架，由硅鋼片迭成材料：0.35mm厚涂有絕緣漆膜的硅鋼片，

3、導(dǎo)磁性能好，可減少鐵損；鐵心結(jié)構(gòu)：心式和殼式；迭片方式：交迭式迭裝2.線圈：導(dǎo)電部分，銅線或鋁線。*為便于線圈和鐵心絕緣，低壓靠近鐵心柱在里面，高壓在外面；線圈在鐵心上排列方式： 同心式交迭式3.油箱和冷卻裝置：變壓器油的作用：絕緣和冷卻。4.絕緣套管：用于引線。5.保護(hù)裝置和其他：二、變壓器的分類1. 按用途分：升壓變壓器、降壓變壓器；2. 按相數(shù)分：?jiǎn)蜗嘧儔浩骱腿嘧儔浩鳎?. 按線圈數(shù)：雙線圈變壓器、三線圈變壓器和自耦變壓器；4. 按鐵心結(jié)構(gòu)：心式變壓器和組式變壓器；5. 按冷卻介質(zhì)和冷卻方式：油浸式變壓器和干式變壓器等；容量大?。盒⌒妥儔浩鳌⒅行妥儔浩?、大型變壓器和特大型變壓器。三、變

4、壓器的型號(hào)和額定值1. 型號(hào)：表示一臺(tái)變壓器的結(jié)構(gòu)、額定容量、電壓等級(jí)、冷卻方式等內(nèi)容。例如：SL-500/10：表示三相油浸自冷雙線圈鋁線，額定容量為500kVA，高壓側(cè)額定電壓為10kV級(jí)的電力變壓器。2. 額定值：1）：銘牌規(guī)定在額定使用條件下所輸出的視在功率。1）：指變壓器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行所承受的工作電壓。（三相為線電壓）：規(guī)定加在一次側(cè)的電壓；：一次側(cè)加額定電壓，二次側(cè)空載時(shí)的端電壓。3）：變壓器額定容量下允許長(zhǎng)期通過(guò)的電流有和（三相為線電流）。4）：我國(guó)工頻：50Hz。3. 單相變壓器的關(guān)系式：；三相變壓器的關(guān)系式：對(duì)于雙線圈變壓器一、二次側(cè)的額定容量相等。（由于其效率高）第二節(jié) 單相變

5、壓器的空載運(yùn)行從空載和負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系出發(fā)，導(dǎo)出基本方程式和相量圖；本節(jié)的分析適用于三相變壓器的對(duì)稱運(yùn)行。一、一次和二次繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)1. 空載定義：2. 物理過(guò)程：AXu1 i0 e1axe21 0i20 U 20 3 方向的確定：如上圖。4. 主磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)設(shè)，則 同理可得： 結(jié)論： ，在相位上滯后90°。5.漏感電動(dòng)勢(shì)：設(shè)，則 又可得： 式中：=常數(shù)， 為一次繞組的漏電抗。6.電壓平衡方程式：一次側(cè)： 忽略I0Z1，則有： 即 * 結(jié)論：影響主磁通大小的因素是: 電源電壓U1、電源頻率f和一次側(cè)線圈匝數(shù)N1，與鐵心材質(zhì)及幾何尺寸基本無(wú)關(guān)。二次側(cè)：7. 三相變壓器的變比

6、k和電壓比K (1) 變比k:指變壓器一、二次繞組的電勢(shì)之比，對(duì)于三相變壓器為相電勢(shì)之比。 變比k等于匝數(shù)比。 (2)三相變壓器變比K: 三相變壓器：Y，d接線 D，y接線： 周次第7周章節(jié)名稱第二節(jié)變壓器的空載運(yùn)行第三節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行授課方式理論課（）；實(shí)驗(yàn)課（ ）；實(shí)習(xí)（ ）教學(xué)時(shí)數(shù)4學(xué)時(shí)教學(xué)目的及要求要求掌握：1 負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系。2 變壓器的折算。3 變壓器的等效電路、向量圖。4變壓器的參數(shù)測(cè)定方法和實(shí)驗(yàn)電路。教學(xué)內(nèi)容提要1 空載運(yùn)行時(shí)的向量圖。2負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系。3 變壓器的折算。4 變壓器的等效電路、向量圖。5變壓器的參數(shù)測(cè)定方法和實(shí)驗(yàn)電路。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)1.負(fù)載運(yùn)行時(shí)的

7、電磁關(guān)系。2.變壓器的等效電路、向量圖。3.變壓器的參數(shù)測(cè)定方法和實(shí)驗(yàn)電路。討論練習(xí)和作業(yè)由變壓器繞組電動(dòng)勢(shì)平衡方程解釋為什么不能施加直流勵(lì)磁?教學(xué)手段講授學(xué)時(shí)分配第一次課：1，2， 第二次課：3，4，5參考資料1） 電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ) 劉啟新 中國(guó)電力出版社 2） 電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ) 宋銀賓 機(jī)械出版社 3） 電機(jī)與電力拖動(dòng) 顧繩谷 合肥工業(yè)出版社 4） 電機(jī)原理及拖動(dòng) 彭鴻才 機(jī)械工業(yè)出版社二、主磁通與激磁電流：1、 主磁通與漏磁通在性質(zhì)上：0與I0非線性關(guān)系；1與I0線性關(guān)系；在數(shù)量上：0占99%以上；1占1%以下；在作用上：0傳遞能量的媒介；1漏抗壓降。2.激磁電流：作用：一是用來(lái)激磁，產(chǎn)生主

8、磁通；二是供空載損耗。波形：磁路飽和：尖頂波；磁路不飽和：正弦波。實(shí)際需要：將尖頂波的空載電流等效為正弦波?？蛰d損耗： 空載損耗約占（0.21）%，隨容量的增大而減小。變壓器空載運(yùn)行時(shí)，很低，一般在0.10.2之間。第三節(jié) 單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行一、正方向的規(guī)定（同空載運(yùn)行）二、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理情況1. 負(fù)載運(yùn)行定義：在、下，二次線圈接以負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)。2. 負(fù)載時(shí)的電磁過(guò)程0i2i0 aAe2e1u1 u221Xx 單相變壓器負(fù)載運(yùn)行示意圖二、 磁動(dòng)勢(shì)平衡磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式：（1）磁動(dòng)勢(shì)形式： （2）電流形式 ：若忽略I0，則有： 注意大小和相位。三、電動(dòng)勢(shì)平衡方程四、漏磁通和激磁阻抗1.分析：

9、 =2.漏磁電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式：； 五、 變壓器的基本方程1. 磁勢(shì)方程：2. 電流方程：3. 電壓方程：六、 壓器的T型等效電路1. 繞組折算：1）折算方法： 2）折算原則：二次側(cè)的磁勢(shì)和各種功率保持不變。2折算的物理量：二次側(cè)電流：I2=I2/k二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)的折算：； ；。二次側(cè)阻抗的折算： ；,.3. 折算后的方程：八、等效電路和相量圖1.“T”形等效電路和相量圖 “T”形等效電路 R1 X1 R2 X2 Rm Xm ZL 2.近似等效電路: R1 X1 R2 X2 Rm Xm ZL3.簡(jiǎn)化等效電路和相量圖簡(jiǎn)化等效電路：忽略I0 R1 X1 R2 X2 ZL電壓方程式： 其中： 簡(jiǎn)化相量圖：

10、 C B A *說(shuō)明：ABC為阻抗三角形；對(duì)于一臺(tái)已制成的變壓器，其形狀是固定的。*短路阻抗大小的意義：從正常運(yùn)行角度看，希望小些；從短路角度看，希望大些，可限制短路電流。九、 變壓器參數(shù)的測(cè)定：（通過(guò)空載和短路試驗(yàn)測(cè)取變壓器的參數(shù)）一、空載實(shí)驗(yàn)（開路實(shí)驗(yàn)）1.目的：通過(guò)測(cè)量I0，U1，U20及P0來(lái)計(jì)算K, I0（），PFe，Zm=rm+jxm 以及判斷鐵心質(zhì)量和線圈質(zhì)量。2.接線：一般低壓側(cè)加壓，高壓側(cè)開路3.步驟：低壓側(cè)加電壓，高壓側(cè)開路； 電源電壓由01.2UN（或1.2 UN0），測(cè)U1、U20、I0和P0值； 可得I0=f(U1)及P0=f(U1)4.計(jì)算：變比：由空載簡(jiǎn)化等效電路

11、，得：；5.注意：rm和Xm是隨電壓的大小而變化的，故取對(duì)應(yīng)額定電壓時(shí)的值。 空載試驗(yàn)在任何一側(cè)做均可，高壓側(cè)參數(shù)是低壓側(cè)的k2倍。三相變壓器必須使用一相的值。，很低，為減小誤差，利用低功率因數(shù)表。二、短路實(shí)驗(yàn)1.目的：測(cè)，計(jì)算,。2.接線：通常高壓側(cè)加壓，低壓側(cè)短路3.步驟：高壓側(cè)接電源，低壓側(cè)短接； 電壓由0，使IK=01.2IN，分別測(cè)IK、UK及PK； 可得IK=f(UK)，線性；PK=f(UK)，拋物線。4.計(jì)算： pCupK=PK (PK=pCu+pFepCu，電源電壓很低pFe0) 由簡(jiǎn)化等效電路，得 ； ；一般認(rèn)為：； 溫度折算：線圈電阻與溫度有關(guān)，國(guó)標(biāo)規(guī)定向75換算； 對(duì)銅線

12、： 對(duì)鋁線： 三相變壓器必須使用一相的值。短路試驗(yàn)在任何一方做均可，高壓側(cè)參數(shù)是低壓側(cè)的k2倍。5.短路電壓（阻抗電壓）短路試驗(yàn)時(shí)，使短路電流為額定電流時(shí)一次側(cè)所加的電壓，稱為短路電壓UK即UKN=I1NzK75 額定電流在短路阻抗上的壓降，亦稱作阻抗電壓。短路電壓百分值：uK對(duì)變壓器運(yùn)行性能的影響：短路電壓大小反映短路阻抗大小 正常運(yùn)行時(shí)希望小些 ，電壓波動(dòng)小 ； 限制短路電流時(shí)，希望大些。中、小型變壓器：（410.5）%； 大型變壓器： （12.517.5）%。周次第8周 章節(jié)名稱第四節(jié) 變壓器的運(yùn)行特性第五節(jié)三相變壓器授課方式理論課（）；實(shí)驗(yàn)課（ ）；實(shí)習(xí)（ ）教學(xué)時(shí)數(shù)2學(xué)時(shí)教學(xué)目的及要

13、求要求掌握：1 變壓器的外特性和效率特性。2 三相變壓器的系統(tǒng)。3 變壓器的聯(lián)結(jié)組別。教學(xué)內(nèi)容提要1變壓器的外特性和效率特性。2 變壓器的損耗和效率。3 三相變壓器的磁路和電路系統(tǒng)。4 變壓器的聯(lián)結(jié)組別。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)1變壓器的外特性和效率特性。2三相變壓器的磁路和電路系統(tǒng)。3 變壓器的聯(lián)結(jié)組別。討論練習(xí)和作業(yè)為什么三相變壓器需要考慮聯(lián)接組別問題?教學(xué)手段講授學(xué)時(shí)分配第一次課： 第二次課：參考資料1） 電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ) 劉啟新 中國(guó)電力出版社 2） 電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ) 宋銀賓 機(jī)械出版社 3） 電機(jī)與電力拖動(dòng) 顧繩谷 合肥工業(yè)出版社 4） 電機(jī)原理及拖動(dòng) 彭鴻才 機(jī)械工業(yè)出版社 第四節(jié) 變壓器的運(yùn)行

14、性能一、電壓調(diào)整率和外特性1. 電壓調(diào)整率uU1=U1N，cos2等于常數(shù)時(shí)，從空載到負(fù)載，二次側(cè)電壓變化的百分值。定義式：2. 參數(shù)表達(dá)式：由簡(jiǎn)化相量圖，可得：（推導(dǎo)過(guò)程略） 式中： 稱為負(fù)載系數(shù)，直接反應(yīng)負(fù)載的大小，如，表示空載； ，表示滿載；*影響u的因素：負(fù)載大??；短路阻抗標(biāo)么值；負(fù)載性質(zhì)七、 效率和效率特性1變壓器的損耗：損耗*鐵損-不變損耗；銅損-可變損耗。2.效率：*變壓器的效率比較高，一般在（9598）%之間，大型可達(dá)99%以上。 令： *結(jié)論：效率大小與負(fù)載大小、性質(zhì)及空載損耗和短路損耗有關(guān)。 效率特性： 最大效率：令： 得 即（或銅損=鐵損）時(shí)，有*說(shuō)明：變壓器的鐵損總是存

15、在，而負(fù)載是變化的，為了提高變壓器的經(jīng)濟(jì)效益，提高全年效益，設(shè)計(jì)時(shí)，鐵損應(yīng)設(shè)計(jì)得小些，一般取，對(duì)應(yīng)的PKN與P0之比為34。第五節(jié) 三相變壓器一、三相變壓器的磁路系統(tǒng)1.組式變壓器：將三臺(tái)相同的單相變壓器一次、二次側(cè)繞組，按對(duì)稱式做三相聯(lián)結(jié)，可組成三相變壓器組，各相磁路彼此無(wú)關(guān)，即三相磁路是獨(dú)立的； 原邊外施三相對(duì)稱電壓三相對(duì)稱磁通由于磁路對(duì)稱，產(chǎn)生三相對(duì)稱的空載電流2.心式變壓器：各相磁路彼此相關(guān)，有電和磁的聯(lián)系； 原邊外施三相對(duì)稱電壓三相對(duì)稱磁通但由于磁路不對(duì)稱，產(chǎn)生的三相空載電流不對(duì)稱，且中間電流小。*組式和心式變壓器的比較： 組式變壓器：受運(yùn)輸條件或備用容量限制采用 心式變壓器：省材料

16、，效率高，占地少，成本低，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用。二、 三相變壓器的聯(lián)結(jié)（一）、高、低壓繞組相電壓的相位關(guān)系1.變壓器線圈的首、末端標(biāo)志線圈名稱單相變壓器三 相 變 壓 器首端末端首端末端中點(diǎn)高壓線圈AXA B CX Y ZO低壓線圈axa b cx y zo中壓線圈AmXmAm Bm CmXm Ym ZmOm極性：指瞬時(shí)極性同名端 由線圈的繞向和首末端標(biāo)志決定2.單相變壓器的連接組別：I,I0；I,I63.三相變壓器線圈的連接組別1.)連接方式：Y或D；（y,d）2.)定義：反映三相變壓器對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，高、低壓側(cè)對(duì)應(yīng)線電動(dòng)勢(shì)（或線電壓）之間的相位關(guān)系，它與線圈的繞向和首、末端標(biāo)記及高、低壓線圈

17、的連接方式有關(guān)。3.)時(shí)鐘表示法：（相量圖）舉例： 作圖步驟：先畫出高壓線圈的相量圖； 便于比較，將A,a連成等電位點(diǎn)； 畫出低壓側(cè)的相量圖； 將AB,ab連線，得出結(jié)論。4.國(guó)標(biāo)規(guī)定了五種標(biāo)準(zhǔn)連接組：Y,yn0；Y，d11；YN，d11；YN，y0；Y，y0。*凡Y,y或D,d連接均為偶數(shù)；凡Y,d或D,y連接均為奇數(shù)。*本節(jié)課將原理講完后，主要讓學(xué)生自己練習(xí)。習(xí)題課：例3-1 DJL-32010型單相電力變壓器， 2.44歐，=8.24歐，169歐，4460歐，歐，、試用“T”形等 效電路求當(dāng)原邊加額定電壓時(shí)，原邊電流、副邊電流，副邊電壓和原、副邊的功率因數(shù)。 解：根據(jù)題意可畫出“T”形等

18、效電路如圖38所示。其勵(lì)磁阻抗為： 歐副邊漏阻抗和負(fù)載阻抗之和為： 從原邊看進(jìn)去的等效阻抗為： 所以原邊電流為： 安 原邊的功率因數(shù)為： 副邊的折算電流為： 安因?yàn)樽儔浩鞯淖儽葹?，所以副邊電流為?安副邊電壓的折算值為：伏 副邊的電壓值為： 伏副邊的功率因數(shù)為： 例3-2 SJ-100035型三相銅線電力變壓器，1000千伏安，千伏，原、副邊都接成星形，在室溫C時(shí)做空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下：空載試驗(yàn)(低壓邊接電源)：400伏，72.2安，8300瓦。 短路試驗(yàn)(高壓邊接電源)，2270伏，16.5安，24000瓦試求:折算到高壓邊的“T”形等效電路各參數(shù)； 解： 1)變壓器的變比：由于空載試驗(yàn)是在低壓邊進(jìn)行的，故求得的勵(lì)磁參數(shù)必須折算到變壓器的高壓邊。所以： 歐 歐 24200歐 由短路試驗(yàn)可求出短路參數(shù)，因?yàn)槎搪吩囼?yàn)起在高壓邊進(jìn)行的，所以不需要折算。 歐 歐 歐 換算到75時(shí)的各參數(shù)為： 歐 歐一般近似認(rèn)為，所以： 歐； 歐例3-3 用例3-2中的變壓器，原邊外加額定電