第5章变压器.doc

1、第 5 章 变压器本章主要内容及要求：一、了解变压器的结构及工作原理二、掌握变压器空载运行与负载运行三、熟知标幺值四、掌握变压器参数测定方法及运行特性五、熟悉变压器的并联运行六、熟知自耦变压器和仪用互感器的结构和工作原理教学目的：了解变压器分类、结构，熟悉工作原理，掌握空载运行原理；重点难点：空载运行原理分析；教学时数：4 学时5.1 概述变压器的工作原理绕制在闭合铁心上的原、副绕组通过闭合磁路相交链，通过电磁感应实现能量传递，通过改变绕组匝数改变输出电压。变压器的分类1按用途分电力（升压、降压） 、特殊（电焊、整流、电炉） ；2按绕组分双绕组、三绕组、自耦；3按相数分单相、三相；一、变压器的

2、结构1器身铁心、绕组、绝缘、引线及分接开关；2油箱3附属装置散热器、储油柜、安全气道、吸湿器、测温元件、气体继电器、高低压套管。二、变压器的型号和额定数据1额定容量 SN:视在功率，kVA、VA；2额定电压 UN：线值，V、kV；3额定电流 IN：线值，A；单相变压器：I 1N=SN/U1N，I 2N=SN/U2N；三相变压器：I 1N=SN/ U1N，I 2N=SN/ U2N；334额定频率 fN：50Hz。5.2 单相变压器的空载运行变压器一次绕组加上交流电压，二次绕组开路的运行情况，叫空载运行。一、空载时的电磁状况i0r1 1 e1u1i 0N 1i0 e1 me2图 5.1 变压器空载

3、运行各电磁量正方向规定二、变压器中各量正方向规定1E 表示电压升，U 表示电压降；2电流与电压正方向一致；3磁通与电流正方向符合右手螺旋关系；4感应电动势与磁通正方向符合右手螺旋关系。三、物理情况1.感应电动势与主磁通若 u 1 随时间按正弦规律变化，则 m也按正弦规律变化，设则对 e 1 有：e 1(t) = -N1 dm/dt = -m cost= E1m sin(t-90)而对 e 2 有：e 2(t) = -N2 dm/dt = -m cost= E2m sin(t-90)所以 e 1 和 e 2 也按正弦规律变化，在相位上滞后于 m 的电角度是 90。有效值:相量表达式：变压器变比：

4、当一次绕组上加上额定电压 U 1N 时，一般规定此时二次绕组开路电压将是额定电压 U 2N ，因此可以认为，变压器的电压比就是匝数比；在三相变压器中，电压比规定为高压绕组的线电压与低压绕组的线电压之比。2空载电流（1）空载电流主要作用是在铁心中建立磁场，产生主磁通，又称励磁电流 Im；（2）磁通量与电流的关系，服从与铁磁材料的磁化曲线 m=f(i)；（3）当主磁通为正弦波时，空载电流为尖顶波；（4）I m 中含有有功 I Fe(损耗电流）和用以建立磁场的无功 I u (磁化电流）关系：I m2 = IFe， IFe = pFe/E1 pFe/U1通常，I u IFe ，U 1 与 I m 之间

5、相位角 0 接近 903漏磁通与漏电抗设漏磁通所经磁场磁阻 R m1，则由于漏磁通所通过的途径是非磁性物质，其磁导率是常数，所以漏磁通的大小与产生此漏磁通的绕组中的电流成正比，所以可以认为漏电动势 E1 的有效值是电流 I m 在一个电抗上的压降，即：式中 x1为一次绕组的漏电抗 四、空载运行时电势平衡方程式、相量图及等效电路1空载运行时电势平衡方程 E1 与 Im 之间存在关系，可以直接用参数形式来表示，由于 Im 中有有功分量与无功分量，故-E 1 可表示为 Im 流过一个阻抗时所引起的阻抗压降，即变压器空载运行时原边电动势平衡方程式如下其中 Z1 = r1 + jx1 2.空载运行时等值

6、电路图 5.2 变压器空载运行时的等效电路 图 5.3 变压器的空载相量图 3相量图4.应注意的问题注意 r1、x 1 是常量 ，而励磁阻抗的大小和变压器工作点有关，因铁心中存在饱和现象，r m、x m 随着饱和程度的增加而减小，但当电源电压的变化范围不大，应铁心中磁通的变化为也不是很大时，Z m 的值基本上可视为不变。思考题：1变压器空载运行时，原边加额定电压，已知 r1很小，为什么电流并不大？答：因为变压器的励磁电抗 Xm 很大，所以空载电流很小。2变压器空载运行时，电源送入什么性质功率？消耗在哪里？答：有功功率：绕组、铁心发热；无功功率：产生磁通。教学目的：熟知变压器负载运行时的物理情况

7、，掌握基本方程式；重点难点：基本方程式；教学时数：2 学时5.3 变压器的负载运行变压器原边接电源，副边接负载的运行情况，叫负载运行。一、负载运行时的电磁状况图 5.4 单相变压器负载运行示意图二、负载运行时的基本方程式1磁动势平衡方程式负载时的电流平衡关系： 负载时，一次电流由两个分量组成： 励磁电流分量，用于建立主磁通； 负载电流分量，用于抵消二次磁通势的作用。 2电动势平衡方程式1.U.I1.INF0.2.E1.2.2. 10.I.IR.IR02. FF0121 . INIIN0.2.1. II LIIkN1.02.0.20. )1()( 1.1.11.1.1.1. )(IZEIjXRE

8、IREU 1.0.I. 2.E.ULZ1.2.0. I1.U一次侧： 二次侧： 负载侧：3基本方程式思考题：1为什么可以把变压器的 Zm 当作常数？2变压器原、副边电路没有连接，但负载运行时，原边电流为什么随副边电流变化而变化？1.11.1. )(IjXREU22.2.2. Ij)(.0.1. kI2.2ZL0.1. IEmk.2. 2.22.22. .2222.2. 22.2. IZEIRIjXEIREEU .IZL教学目的：掌握折合算法，会画等效电路和相量图，了解标幺值；重点难点：等效电路；教学时数：2 学时四、变压器的等效电路及相量图问题的提出：为了便于对变压器进行分析计算，可用一个等效

9、电路来代替变压器，并能保证工程计算精度。归算的方法：用一个假想的二次绕组代替实际绕组。归算的目的：将两个独立电路连在一起；将铁心磁路的工作状况用电路来等效代替。归算的原则：保持二次侧的磁通势作用不变；二次侧的各功率不变。表示方法：用原符号加“ ”表示归算值。1二次电流的归算归算前后磁通势不变，则：2二次电动势的归算归算前后磁通势不变，则：同理，二次电压的归算值为：3二次漏阻抗的归算值根据归算前后损耗不变的原则，则有：同理，负载阻抗的归算值：22 INI22 1kkNE2222 IrIr 22 IxIx2222)(rkI 2222 xk)I( 22UkLLZk2五、等效电路归算后变压器的基本方程

10、式为：1 “T”型等效电路因为所以变压器一、二次侧可以连在一起，得“T”型等效电路如图 3-5 所示：图 5.5 变压器负载运行时的“T”型等效电路2简化等效电路图 5.6 变压器的简化等效电路其中：三、相量图步骤： 以 为参考相量，根据负载条件作 ； 作 ；0.11. IZEU)(22.2. jxrj().0.0.1. IIkI.2. ZEm.IUL0.2.1. IZm21rrsxx,.U2 ,.I212.,.,.,. ErIE0.1作 超前 90 0；作 ；作 作相量图如图 5.7 所示。 说明：相量图不仅表明了变压器的电磁关系，而且能较直观看出变压器各电磁量的大小和相位关系。5.4 标幺

11、值定义：实际值与基值的比值； 图 5.7 感性负载时变压器的相量图采用标幺值的优点：（1）便于直观表示变压器的运行情况；（2）计算时不必指出是线值还是相值；（3）表示电压、电流和阻抗时，不必考虑是折合哪一侧；1.1.1. )(IjXREU)20. IIra0. ,2,.XIj0.I1.U1.,.E1.XIj.RE2.,.I2,2.RU)(2.0.I。教学目的：掌握参数测定及计算方法；重点难点：参数测定；教学时数：2 学时5.5 等效电路的参数测定一、空载试验1试验目的（1）测取空载电流、空载电压、空载损耗； （2）计算变压器的变比、铁心损耗和励磁参数。2接线图图 5.8 变压器空载试验接线图3参数计算 120Uk0IZm0PFe2mmRZX200IPRm