單相變壓器課件

1、電機的分類變壓器是一種靜止的電器。變壓器的功能：把一種電壓等級的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等級的交流電能。變壓器在電力系統(tǒng)的重要作用：使電能經(jīng)濟的傳輸、合理的分配和安全的使用。（高壓輸電、低壓用電）電力系統(tǒng)的升、降壓變壓器叫做電力變壓器。 1.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)、用途及分類1.2變壓器的工作原理1.3單相變壓器的運行原理1.4變壓器的空載和短路試驗（實驗一）1.5變壓器的運行特性1.6變壓器的極性及三相變壓器的聯(lián)結(jié)組1.7三相變壓器的并聯(lián)運行1.8其他用途變壓器鐵心副繞組原繞組負載電源原邊一次繞組副邊二次繞組一、變壓器的基本結(jié)構(gòu):鐵心、繞組1.1變壓器的基本結(jié)構(gòu)、用途及分類結(jié)構(gòu)：鐵心柱、

2、鐵軛；材料： 0.35mm厚、表面涂絕緣漆的硅鋼片疊成；冷軋、熱軋硅鋼片；心式結(jié)構(gòu)和殼式結(jié)構(gòu)；鐵心柱截面和磁軛的截面；冷卻油道。1.鐵心 鐵心是變壓器的磁路，它分為心柱和鐵軛兩部分。心柱上套繞組，鐵軛將心柱連接起構(gòu)成閉合磁路。為了減少交變磁通在鐵心中產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗，變壓器鐵心由厚度為 0.27mm、0.3mm、0.35mm 的冷軋高硅鋼片疊裝而成心柱和鐵軛截面 單相鐵心疊片三相鐵心疊片為了進一步降低空載電流、空載損耗，鐵心疊片采用全斜接縫，上層(每層 2 片3 片疊片)與下層疊片接縫錯開，如圖 所示。 作用:變壓器的電路 材料:絕緣銅線或鋁線繞制； 結(jié)構(gòu):同心式和交疊式兩種； 排列位置

3、:同心式-低壓繞組在內(nèi)、高壓繞組在外（多用于電力變壓器）。 交疊式高、低壓繞組交替放置在鐵心柱上（多用于低電壓、大電流的電焊、電爐變壓器）2.繞組（線圈）單相變壓器電源變壓器環(huán)形變壓器控制變壓器1.鐵心磁路 交疊式 變壓器的電路，一般用絕緣扁銅線或扁鋁線繞制而成。 2.繞組二、三相變壓器的基本結(jié)構(gòu)三相變壓器1濕度計 2 吸濕器 3儲油柜 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鐵心 12繞組 13放油閥門 油浸式變壓器 與電網(wǎng)相連的高壓出線端連接發(fā)電機的封閉母線連接發(fā)電機與電網(wǎng)的升壓變壓器三相干式變壓器接觸調(diào)壓器3.油箱和冷卻裝置變壓器油作用：冷卻、

4、絕緣介質(zhì)；油箱作用：散熱氣體繼電器：變壓器內(nèi)部故障時，發(fā)信號或使斷路器跳閘， 保護變壓器。防爆管道：防止故障時油箱體破裂。4.保護裝置（1）型號（1）型號-選擇變壓器的主要依據(jù)相數(shù)代號：S-三相，D-單相結(jié)構(gòu)特征代號，表3.1設(shè)計序號額定容量（KVA）高壓繞組電壓等級（KV）例：SL7 500/35三相油浸自冷式鋁線電力變壓器，額定容量500KVA，高壓側(cè)電壓35KV5.銘牌（2）額定值 額定容量SN：額定使用條件下，輸出的視在功率。 額定電壓U1N：規(guī)定加在原繞組的電壓。U2N：原邊加額定電壓時副邊的開路電壓。 額定電流 I1N：I2N：額定容量下，允許長期通過的電流。額定頻率fN：我國標準

5、工頻為50Hz。5.銘牌額定容量、額定電壓、額定電流之間的關(guān)系三相變壓器：單相變壓器：（3）聯(lián)結(jié)組別 Y,y D,d N,n（4）阻抗電壓三、變壓器的用途輸配電技術(shù)試驗、控制用變壓器的三大作用 改變電壓、改變電流、變換阻抗四、變壓器的分類1.按用途分：電力、特種、儀用變壓器 、控制變壓器；試驗、調(diào)壓、產(chǎn)生脈沖變壓器2.按繞組數(shù)目分：雙、三、多和自耦變壓器3.按鐵心結(jié)構(gòu)分：心式、殼式4.按相數(shù)分：單、三相5.按冷卻方式分：油浸式、干式（空氣冷卻）1.2 變壓器的基本工作原理 變壓器的主要部件是鐵心和繞在鐵心上的兩個繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。在一次繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈一、二次繞組的交

6、變磁通，在兩繞組中分別感應(yīng)電動勢。 只要(1)磁通有變化量;(2)一、二次繞組的匝數(shù)不同，就能達到改變壓的目的。一、變壓器的空載運行- 一次繞組接額定電壓、額定頻率的交流 電源，二次繞組開路的運行情況。 1 .原理圖及正方向的規(guī)定N1N21.3 單相變壓器的運行原理 1）在負載支路（變壓器的原繞組對電源而言相當于負載），電流的正方向與電壓的正方向一致；在電源支路（變壓器的副繞組對電源而言相當于電源），電流的正方向與電動勢的正方向一致。2）磁通的正方向與產(chǎn)生它的電流的正方向符合右手螺旋定則。3）感應(yīng)電動勢的正方向與產(chǎn)生它的磁通的正方向符合右手螺旋定則。1 .原理圖及正方向的規(guī)定2.理想變壓器（空

7、載運行時的電磁關(guān)系） 一、變壓器的空載運行（1）感應(yīng)電動勢設(shè): 感應(yīng)電動勢有效值為：2.理想變壓器（空載運行時的電磁關(guān)系）原繞組漏感應(yīng)電動勢有效值為：感應(yīng)電動勢有效值為：副繞組感應(yīng)電動勢有效值為：(2)變比變比的定義:一、二次繞組主電動勢之比。三相變壓器變比指額定相電壓之比。 （1）主磁通和漏磁通性質(zhì)：主磁通磁路由鐵磁材料組成，具有飽和特性；漏磁通磁路由非鐵磁材料組成，磁路不飽和。數(shù)量：鐵心磁導(dǎo)率大，磁阻小，主磁通（99 % ）遠大于漏磁通（1%）。作用：主磁通在二次繞組感應(yīng)電動勢，起傳遞能量的媒介作用；漏磁通僅在一次繞組中感應(yīng)漏磁電動勢， 僅起漏抗壓降的作用。 3. 實際變壓器 3. 實際變

8、壓器 一次側(cè)二次側(cè)(2)電動勢（3）空載時的基本方程式 （4）空載時的等效電路rm為勵磁電阻，對應(yīng)鐵損耗的等效電阻；xm為勵磁電抗，對應(yīng)主磁通的等效電抗。 相當于空心線圈和鐵心線圈串聯(lián)（5）空載運行的相量圖 以 為參考相量作 作作作一次繞組接額定電壓、額定頻率的交流電源，二次繞組接負載的運行狀態(tài)。與空載運行不同：二次繞組有電流流向負載，電能從變壓器的一次側(cè)傳遞到二次側(cè)，負載獲得電能。 二、 單相變壓器的負載運行1.負載運行的電磁關(guān)系 2.磁通勢平衡方程式 由于電源電壓不變，變壓器由空載到負載主磁通基本不變，產(chǎn)生磁通的磁動勢不變，即空載時的磁動勢等于負載時的磁通勢。上式說明：一次電流由兩個分量組

9、成：勵磁電流分量I0，用于建立主磁通；負載電流分量- I2/k，用于抵消二次磁動勢的作用。 變壓器負載運行時， , 可以忽略不計。一、二次電流關(guān)系為： 3.電流變換關(guān)系4.電動勢平衡方程式 一次側(cè)（原繞組）： 二次側(cè)（副繞組）： 負載側(cè)： 5.變壓器負載運行時的基本方程式組 為了便于對變壓器進行分析計算，用一個純電路代替變壓器，要求這個等效電路即能反映變壓器內(nèi)部的電磁過程，又能保證工程計算精度。 變壓器等效電路通過折算獲得。 補充內(nèi)容： 變壓器參數(shù)折算折算的方法：用一個假想的二次繞組代替實際繞組。折算的目的：將兩個獨立電路連在一起；將鐵心磁路的工作狀況用電路來等效代替。折算的原則：保持二次側(cè)的

10、磁通勢作用不變；二次側(cè)的各功率不變。折算的步驟：將繞組內(nèi)阻和漏電抗作用以集中參數(shù)表示，并放在變壓器外電路，得到變比為k的理想變壓器；用匝數(shù)為N1的假想的二次繞組代替實際繞組，計算二次繞組的折算值。折算后的值在原符號右上角加“”表示。1）電動勢、電壓的折算：折算前后磁通不變，電動勢與匝數(shù)成正比， （1）變壓器的參數(shù)折算2）二次電流的折算：折算前后磁勢不變， 3）阻抗的折算：折算前后變壓器的銅損耗不變，無功損耗也不變， 折算后變壓器的基本方程式組為 2）變壓器的等效電路2）變壓器的等效電路 （“T”型） 變壓器一、二次側(cè)可以連在一起，得“T”型等效電路。 3）等效電路的簡化I0很小，可以略去不計，

11、 勵磁電路視為開路，得簡化等效電路 。其中： 三、變壓器的阻抗變換變壓器參數(shù)： 勵磁參數(shù)(Zm、rm、xm ) ； 短路參數(shù)( Zk、rk、xk ) ； 1.4變壓器的空載試驗和短路試驗一、 空載試驗空載實驗?zāi)康臏y取空載電流、空載電壓、空載損耗；計算變壓器的變比、鐵心損耗和勵磁參數(shù)。 合上電源開關(guān)K后，調(diào)節(jié)調(diào)壓器將低壓側(cè)外施電壓調(diào)U2N，每次記錄空載電壓U10(原方電壓)、空載電流I0和空載損耗P0，將各次數(shù)據(jù)記錄于表。 空載實驗操作 一、 空載試驗單相變壓器空載試驗接線圖 萬用表 u1u2U1U2參數(shù)計算： 空載試驗注意事項：（1）計算取額定電壓時測得的值。（2）在低壓側(cè)測得的參數(shù)，必須歸算

12、到高壓側(cè)，所得參數(shù)乘以K的平方。（3）三相變壓器要用相值計算。（4）應(yīng)采用低功率因數(shù)表測空載損耗。 思考：（1）為什么空載試驗一般在低壓側(cè)做?（2）空載試驗時，電流表為何接在瓦特表之后?瓦特表的電壓線圈為何采用”前接”？（3）為什么變壓器在額定電壓時所測得的空載損耗P0可作為鐵芯損耗PFe？（4）為什么采用低功率因數(shù)表測空載損耗？ 一、空載試驗二、 短路試驗 短路實驗?zāi)康模簻y取短路電流Ik、短路電壓Uk、短路損耗Pk；計算變壓器的變壓器的短路參數(shù)和短路電壓百分數(shù)。 單相變壓器短路試驗接線圖 *U1U2u1u2 實驗操作：接通電源前先將調(diào)壓器調(diào)至輸出電壓為零，以避免過大的短路電流損壞設(shè)備儀表。合

13、上電源開關(guān)K，逐漸升高電壓，使短路電流升至I1N，測量短路電流I1k、短路功率p1k和短路電壓U1k，記于表中二、 短路試驗 參數(shù)計算：折算到750C：銅線變壓器：鋁線變壓器： 室溫 二、 短路試驗 75C0時,短路阻抗: 二、 短路試驗 短路電壓百分值的計算有功分量無功分量 二、 短路試驗 思考：（1）短路試驗為什么一般在高壓側(cè)做？（2）短路試驗時，為何電壓表接在瓦特表之后?瓦特表的電壓線圈為何采用”后接”？（3）為什么短路試驗在額定電流時測得的短路損耗pk可看作為變壓器的銅耗pcu？（4）為什么正常運行時希望短路阻抗小些，而短路故障時希望短路阻抗大些？二、 短路試驗 1.5 變壓器的運行特

14、性 外特性變壓器的運行特性： 效率特性 電壓變化率變壓器的運行性能指標： 效率U2I2U20一、變壓器的外特性及電壓變化率當原繞組加額定電壓U1N ，負載的功率因數(shù)一定時，副繞組輸出電壓U2隨負載電流I2變化的規(guī)律，稱為變壓器的外特性。 1.電壓變化率 指變壓器原邊加額定電壓，負載功率因數(shù)一定，二次繞組輸出電壓的變化值與空載電壓之比的百分值。電壓變化率的大小反映了變壓器供電電壓的穩(wěn)定性。電壓變化率的大小與負載的大?。ǎ?、負載的性質(zhì)及變壓器本身的參數(shù)有關(guān)。 一般額定狀態(tài)下（=1，cos=0.8滯后），電壓變化率為5%。變壓器的損耗分為鐵損耗和銅損耗兩部分。鐵損耗包括基本鐵損（鐵心的渦流和磁滯損耗

15、）和附加鐵損。電源電壓一定時，鐵心損耗不變，所以鐵損耗也稱為不變損耗。銅損耗包括基本銅損（原、副繞組通過電流時的直流電阻損耗）和附加銅損。銅損耗的大小與負載電流的平方成正比，所以銅損耗也稱為可變損耗。 二、變壓器的損耗及效率變壓器的效率 效率的定義：變壓器輸出功率與輸入功率之比的百分數(shù)例題1-4效率特性當功率因數(shù)一定時，效率與負載系數(shù)的關(guān)系。產(chǎn)生最大效率的條件： (不變損耗=可變損耗） 繞組的端點標志 單相變壓器的同名端取決于線圈的繞向。 單相變壓器高、低壓繞組均為單相繞組，高壓繞組首端用U1、末端用U2表示；低壓繞組首端用u1表示，末端用u2表示。繞組的極性 單相變壓器的原副繞組套在同一鐵心

16、柱上，被同一磁通交鏈，在兩個繞組中感應(yīng)出的電動勢的電位極性相同的端點稱為同名端。用“”或“*”標記，反之稱為異名端。1.6 變壓器的極性及三相變壓器的聯(lián)結(jié)組原副繞組的電動勢同相，聯(lián)結(jié)組別為，0。 1.分析法-單相變壓器的連接組別 AXaxAXaxEAEBEAEAEBEB原副繞組的電動勢反相，聯(lián)結(jié)組別為，6。 AXaxAXaxEBEBEBEAEAEA2.實驗法直流法（電池法）交流法AXaxmV三、 三相變壓器的聯(lián)結(jié)組 變壓器的端點標志繞組名稱單相變壓器三相變壓器中性點首端末端首端末端高壓繞組U1U2U1、V2、W1U2、V2、W2N低壓繞組u1u2u1、v1、w1u2、v2、w2n中壓繞組U1m

17、U2mU1m、V1m、W1mU2m、V2m、W2mNm1.三相變壓器繞組的連接方法連接組別：反映三相變壓器連接方式及原、副繞組線電動勢（或線電壓）的相位關(guān)系。 三相變壓器的連接組別不僅與繞組的繞向和首末端標志有關(guān)，而且還與三相繞組的連接方式有關(guān)。理論和實踐證明，無論采用怎樣的連接方式，原、副繞組線電動勢（線電壓）的相位差總是300的整數(shù)倍。因此可以采用時鐘表示法 作為時鐘的分針，指向12點， 作為時鐘的時針，其指向的數(shù)字就是三相變壓器的組別號。組別號的數(shù)字乘以300，就是二次繞組的線電動勢滯后于一次側(cè)電動勢的相位角。若高壓繞組三相標志不變，低壓繞組三相標志依次后移，可以得到Y(jié),y4、Y,y8連

18、接組別。2.Y，y聯(lián)結(jié)組 同名端在對應(yīng)端，對應(yīng)的相電動勢同相位，線電動勢 和 也同相位，連接組別為Y，y0。同理，若異名端在對應(yīng)端，可得到Y(jié)，y6、Y,y10和Y,y2連接組別。若高壓繞組三相標志不變，低壓繞組三相標志依次后移，可以得到Y(jié),d3、Y,d7連接組別。3.Y，d11聯(lián)結(jié)組 同名端在對應(yīng)端，對應(yīng)的相電動勢同相位，線電動勢 和 相差3300，連接組別為Y，d11。同理，若異名端在對應(yīng)端，可得到Y(jié)，d5、Y,d9和Y,d1連接組別。若高壓繞組三相標志不變，低壓繞組三相標志依次后移，可以得到Y(jié),d5、Y,d9連接組別。4.Y，d1聯(lián)結(jié)組同名端在對應(yīng)端，對應(yīng)的相電動勢同相位，線電動勢 和 相

19、差300，連接組別為Y，d1。同理，若異名端在對應(yīng)端，可得到Y(jié)，d7、Y,d11和Y,d3連接組別。P17圖1-38 Y，d11聯(lián)結(jié)組 總之，對于Y，y（或D，d）連接，可以得到0、2、4、6、8、10等六個偶數(shù)組別；而Y，d（或D，y）連接，可以得到1、3、5、7、9、11等六個奇數(shù)組別。 變壓器的連接組別很多，為了便于制造和并聯(lián)運行，國家標準規(guī)定，Y，yn0、Y，d11、YN，d11、YN，y0和Y，y0連接組為三相雙繞組電力變壓器的標準連接組別。 其中前三種最為常用：Y,yn0 連接的二次繞組可以引出中線，成為三相四線制，用作配電變壓器時可兼供動力和照明負載。Y,d11連接用于低壓側(cè)電壓

20、超過400V的線路中。YN,d11連接主要用于高壓輸電線路中，使電力系統(tǒng)的高壓側(cè)可以接地。1.7 三相變壓器的并聯(lián)運行1.并聯(lián)運行的意義： 并聯(lián)運行是指將幾臺變壓器的一、二次繞組分別接在一、二次側(cè)的公共母線上，共同向負載供電的運行方式。1.提高供電的可靠性；2.提高供電效率。3.減小備用容量和初期投資。2. 并聯(lián)運行的變壓器需滿足的條件（1）各變壓器一、二次側(cè)的額定電壓分別相等，即變比相同；（2）各變壓器的連接組別相同；（3）各變壓器的短路阻抗（短路電壓）的相對值相等，且短路阻抗角也相等。其中，第二條必須絕對滿足。1. 結(jié)構(gòu)特點及用途 用途：作聯(lián)絡(luò)變壓器用，用來連接兩個電壓等級相近的電力網(wǎng)；實

21、驗室常采用自耦調(diào)壓器得到可變電壓；自耦變壓器還作為異步電動機的起動補償器。 結(jié)構(gòu)特點：一、二次繞組之間不但有磁的聯(lián)系，還有電的聯(lián)系。 1.8 其他用途變壓器一、自耦變壓器2.電壓、電流及容量關(guān)系 （1）電壓關(guān)系 U1E1=4.44fN1m，U2E2=4.44fN2m變比 kA=E1/E2 =N1/N2U1/U21 1-42（2）電流關(guān)系 忽略I0，得磁勢平衡關(guān)系輸出容量S2=U2I2 S2=U2 （I+ I1）=U2I+U2I1 =S+S自耦變壓器的輸出容量由兩部分構(gòu)成 一是繞組容量，二是傳導(dǎo)容量(3)容量關(guān)系 3.自耦變壓器的主要優(yōu)、缺點 優(yōu)點：（1）因繞組容量小于額定容量，所以省材料、成本低。（2）銅耗、鐵耗相對少，運行效率高。（3）體積小、重量輕，方便運輸、安裝。 缺點： （1）短路阻抗標幺值大，短路電流較大。 （2） 由于一、二次側(cè)有電的聯(lián)系，一、二次側(cè)都需裝設(shè)避雷器。 （3） 中性點必須可靠接地。 二、 儀用互感器 儀用互感器分電流互感器和電壓互感器兩種。1.使用互感器的目的：將高電壓、大電流變換成低電壓、小電流，供測量和繼電保護用。2.規(guī)格規(guī)定：電流互感器I2N=5A或1A；電壓互感器U