電機拖動 第三章 變壓器

1、電機拖動 第三章 變壓器1第1頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五第三章 變壓器2第2頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五 主要內(nèi)容第一節(jié) 變壓器的工作原理、分類及結構第二節(jié) 單相變壓器的空載運行第三節(jié) 單相變壓器的基本方程式第四節(jié) 變壓器的等效電路及相量圖第五節(jié) 等效電路的參數(shù)測定第六節(jié) 三相變壓器第七節(jié) 變壓器的穩(wěn)態(tài)運行第八節(jié) 自耦變壓器與互感器3第3頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五第四節(jié) 變壓器的等效電路及相量圖當k較大時，變壓器原、副邊電壓相差很大，為計算和作圖帶來不便。變壓器原、副邊沒有直接電路聯(lián)系，只有磁路聯(lián)系；副邊的

2、負載通過磁動勢影響原邊；因此只要副邊的磁勢不變，原邊的物理量沒有改變。這為等效提供了依據(jù)。等效后，可以用一個既能正確反映變壓器內(nèi)部電磁過程、又便于工程計算的單純電路，來代替沒有電路聯(lián)系僅有磁路耦合的實際變壓器，這種電路稱為變壓器的等效電路。4第4頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五一 繞組歸算繞組歸算：將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個繞組的匝數(shù)來等效計算，同時不改變歸算前后變壓器兩側電磁關系的一種分析方法。歸算原則：1）保持歸算前后磁動勢不變；2）保持歸算前后各功率或損耗的能量關系不變。5第5頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五歸算后一、二次繞組有相

3、同的匝數(shù)：即：二次側電動勢歸算到一次側，只需乘以電電壓比k。（一）電動勢和電壓的歸算6第6頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五（二）電流的歸算歸算前后二次側磁動勢不變：即：歸算后電流為歸算前的1/k。（三）阻抗的歸算歸算前后電阻銅耗和漏感中無功功率不變：即：歸算后阻抗為歸算前的k2倍。7第7頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五歸算后變壓器負載運行時的基本方程式：8第8頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五二 等效電路將二次繞組各量歸算到一次繞組中，即9第9頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五圖中a、b和c、d是等電位

4、點，可連接起來而不改變運行情況可將兩個并聯(lián)繞組合并為一個繞組，用一個等效阻抗Zm代替作出變壓器負載運行時的T形等效電路（與歸算后的基本方程式是等價的）T形等效電路10第10頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五三 相量圖T形等效電路對應的相量圖：假定感性負載，已知 、 、 ；以 為參考相量，由感性負載性質，畫出 ；在相量 上加上 得 ；由 ，亦得 ；畫出超前 為90o的主磁通 ；畫出滯后 為 的 ；由 畫出 ；在相量 上加上 得 。圖中， 為變壓器原邊的功率因數(shù)角， 為變壓器的功率因數(shù)。11第11頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五四 近似等效電路T形電路

5、包含串聯(lián)、并聯(lián)電路，復數(shù)運算復雜考慮到實際變壓器中，ZmZ1，則：1）可認為一定電源電壓下，勵磁電流Im=常數(shù)；2）并忽略Im在一次繞組中的漏阻抗壓降簡化為形等效電路形等效電路12第12頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五考慮到實際變壓器中，INIm，可忽略勵磁電流Im不計簡化為變壓器的近似等效電路變壓器的近似等效電路二次側短路，即負載阻抗ZF=0時，變壓器阻抗為Zk變壓器的短路參數(shù)：Rk短路電阻Xk短路電抗Zk短路阻抗可用短路試驗測得13第13頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五變壓器基本方法總結分析計算變壓器負載運行有以下三種基本方法：基本方程式是變

6、壓器電磁關系的數(shù)學表達等效電路是基本方程式的模擬電路相量圖是基本方程式的圖示表示三者是統(tǒng)一的，一般說來：定量計算用等效電路，定性分析各物理量的相位關系用相量圖14第14頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五第五節(jié) 等效電路的參數(shù)測定利用等效電路計算時，必須知道變壓器的參數(shù)變壓器的電路參數(shù)在銘牌上沒有標出，一般可通過試驗的方法測定：（一）空載試驗：測勵磁參數(shù)（二）短路試驗：測短路參數(shù)15第15頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五一 空載試驗通過測量空載電流和一、二次電壓及空載功率，來計算電壓變比、鐵耗和勵磁阻抗由空載等效電路得：由ZmZ1、RmR1、XmX1

7、，所以：16第16頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五勵磁參數(shù)鐵耗 電壓變比幾項注意點：Zm與磁路飽和程度相關，應以額定電壓進行測量空載試驗一般在低壓側進行，應注意歸算對于三相變壓器，須采用每相值進行計算17第17頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五二 負載試驗（短路試驗）用于測量變壓器的短路參數(shù)在高壓側進行，以短路電流達到額定電流為止，此時電壓約為額定電壓的5%10%由于外施電壓低，相應的主磁通小，可忽略勵磁電流和鐵損耗，用近似等效電路來分析18第18頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五負載損耗短路參數(shù)折算到75時的數(shù)值19第19頁

8、，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五阻抗電壓（又稱短路電壓）負載試驗時，當繞組中電流達到額定值時，加在一次繞組上的電壓。用一次側額定電壓的百分值表示：阻抗電壓的實際意義：阻抗電壓的大小反映了變壓器在額定負載下運行時，漏阻抗壓降的大??；從運行觀點來看，阻抗電壓小，代表輸出電壓受負載變化的影響小。一般為4%10.5%。20第20頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五標幺值指某一物理量的實際值與選定的同一單位的基準值的比值（通常以額定值為基準值）。阻抗電壓的標幺值：標幺值的優(yōu)點：標幺值都在一定范圍內(nèi)，便于分析和比較；如：標幺值表示的原副邊參數(shù)恒相等，計算時不需歸算

9、；例：某些物理量的標幺值數(shù)值相同，簡化了計算；通過標幺值可迅速判斷運行情況。如：21第21頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五第六節(jié) 三相變壓器電力系統(tǒng)中用的最多的是三相變壓器對稱負載時，三相變壓器的一次和二次繞組是三相對稱電路，各相電壓和電流大小相等、彼此相差120o電角度。求得一相的電壓、電流后，其它兩相可根據(jù)對稱關系得出。共性問題：基本方程式、等效電路、相量圖、運行特性特有問題：1）三相變壓器的電路系統(tǒng)，即繞組的聯(lián)結；2）三相變壓器的磁路系統(tǒng)，即鐵心的結構；3）不同電路磁路系統(tǒng)下的感應電動勢波形。22第22頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五一 三

10、相變壓器的電路系統(tǒng)聯(lián)結組a）星形聯(lián)結b）三角形聯(lián)結1、聯(lián)結法聯(lián)結法表示規(guī)定：高壓繞組符號在前，低壓繞組符號在后星形用符號“Y/y”表示，三角形用符號“D/d”表示，若中性點引出用符號“N/n”表示首端用A/a、B/b、C/c表示，末端用X/x、Y/y、Z/z表示有順、逆之分例：YNd、Yd、Dy23第23頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五聯(lián)結組：指一次、二次繞組線電壓的相位關系對于三相繞組，無論采用什么聯(lián)結法，一次、二次線電壓的相位差總是30o電角度的倍數(shù)。“時鐘表示法”：作出高、低壓繞組的線電壓三角形，將其重心重合；將高壓繞組線電壓三角形的一條中性線作為“長針”，指向1

11、2點；將低壓繞組線電壓三角形的對應中性線作為“短針”，所指向的鐘點即為聯(lián)結組“標號”。聯(lián)結組標號高、低壓繞組線電壓的相位差2、聯(lián)結組24第24頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五單相變壓器：只有兩類a）I/I-0聯(lián)結組；b）I/I-6聯(lián)結組25第25頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五三相變壓器：從011共計12個，通常用a）Yy0聯(lián)結組；b）Yd11（或Dy11）聯(lián)結組Yy0聯(lián)結組Yd11聯(lián)結組26第26頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五三相變壓器聯(lián)結組的幾點結論當變壓器的繞組標志（同名端或首末端）改變時，變壓器的聯(lián)結組標號也隨之

12、改變Y/Y聯(lián)結的三相變壓器，其聯(lián)結組號都是偶數(shù)Y/聯(lián)結的三相變壓器，其聯(lián)結組號都是奇數(shù)/聯(lián)結可以得到與Y/Y聯(lián)結相同的組號，/Y聯(lián)結也可以得到與 Y/聯(lián)結相同的組號27第27頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五二 三相變壓器的磁路系統(tǒng)鐵心結構1、三相組式變壓器由三個容量與結構完全相同的單相變壓器組成特點：三相磁路互相完全獨立，互不影響28第28頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五2、三相芯式變壓器由三個單相變壓器演變而來特點：三相磁路相互關聯(lián)單相芯式鐵心的合并鐵心的演變?nèi)嘈臼借F心中間鐵心柱的總磁通磁路不對稱造成的空載電流不對稱占負載電流很小比例，影響不

13、大29第29頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五三 三相變壓器電路和磁路系統(tǒng)對電動勢波形的影響可簡略認為主磁通與勵磁電流服從磁化曲線；若不考慮鐵耗，可用圖解法確定磁化電流與主磁通對應波形：若主磁通為正弦波，則磁化電流為尖頂波，主要諧波分量為3次諧波；同理，若磁化電流為正弦波，則主磁通為平頂波，主要諧波分量也為3次諧波。30第30頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五3次諧波電流構成零序對稱組：主磁通中3次諧波磁通的影響，取決于磁路系統(tǒng)的結構：1、Yy、Yyn聯(lián)結的三相變壓器電動勢波形結論：3次諧波分量同相位、同大小，在Y形聯(lián)結的原邊繞組中無法存在，故勵磁電

14、流接近正弦波、主磁通為平頂波（1）三相組式變壓器：3次諧波磁通可以存在于各相磁路中，故原副邊繞組相電動勢中3次諧波含量很大，使相電動勢波形嚴重畸變；但線電動勢波形仍為正弦波（2）三相芯式變壓器：3次諧波磁通也是零序對稱組，不能存在于芯式鐵心中，但可經(jīng)過油、油箱壁、鐵軛形成閉路，故相電動勢波形接近正弦波；但在油箱壁中因渦流產(chǎn)生附加損耗，降低變壓器效率；線電動勢波形仍為正弦波31第31頁，共33頁，2022年，5月20日，5點35分，星期五Dy聯(lián)結：Yd聯(lián)結：2、Dy、Yd聯(lián)結的三相變壓器電動勢波形結論：原邊繞組中3次諧波電流可以流通，故勵磁電流為尖頂波，主磁通、相電動勢、線電動勢為正弦波原邊繞組Y聯(lián)結，不存在3次諧波電流，故原邊磁通和原副邊感應電動勢中出現(xiàn)3次諧波分量；副邊繞組聯(lián)結，副邊感應