第1章变压器精选PPT.ppt

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1、第1章变压器第1页，此课件共58页哦 变压器是一种静止电器,它通过线圈间的电磁感应,将一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能.1.1.2 1.1.2 变压器的用途变压器的用途1.1 变压器的基本工作原理、用途及结构第2页，此课件共58页哦1.1.3 变压器的分类分类 按用途分：电力变压器和特种变压器。按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。按铁心结构分：心式变压器和壳式变压器。按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器。1

2、.1 变压器的基本工作原理、用途及结构第3页，此课件共58页哦1.1.4 变压器的基本结构一、铁心 变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用0.35mm厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷却介质，又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘，担负着固定的作用。二、绕组三、油箱四、绝缘套管此外，还有储油柜、吸湿器、安全气道、净油器和气体继电器。1.1 变压器的基本工作原理、用途及结构第4页，此课件共58页哦1.1.5 变压器的铭牌及额定值一、铭牌

3、铭牌表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容，表示方法为如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压，额定容量250000kVA，高压额定电压220kV电力变压器。1.1 变压器的基本工作原理、用途及结构第5页，此课件共58页哦1.1.5 变压器的铭牌及额定值二、额定值三者关系：此外，额定值还有额定频率、效率、温升等。指长期运行时所能承受的工作电压指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率。指在额定容量下，允许长期通过的额定电流。在三相变压器中指的是线电流1.1 变压器的基本工作原理、用途及结构第6页，此课件共58页哦1.2 单相变压器的空

4、载运行1.2.1 空载运行时的电磁关系一、空载运行时的物理情况第7页，此课件共58页哦1.2.1 空载运行时的电磁关系一、空载运行时的物理情况1）性质上：与 成非线性关系；与 成线性关系；2）数量上：占99%以上，仅占1%以下；3）作用上：起传递能量的作用，起漏抗压降作用。主磁通与漏磁通的区别二、各电磁量参考方向的规定一次侧遵循电动机惯例，二次侧遵循发电机惯例。强调强调：磁通与产生它的电流之间符合右手螺旋定则；电动势与感应它的磁通之间符合右手螺旋定则。1.2 单相变压器的空载运行第8页，此课件共58页哦1.2.1 空载运行时的电磁关系三、感应电动势分析主磁通感应的电动势主电动势设则有效值相量同

5、理，二次主电动势也有同样的结论。可见，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通 。主电动势的大小与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。1.2 单相变压器的空载运行第9页，此课件共58页哦1.2 单相变压器的空载运行1.2.2 空载电流与漏磁电动势一、空载电流1、作用与组成2、性质和大小性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电流主要是感性无功性质也称励磁电流；空载电流 包含两个分量，一个是励磁分量，作用是建立磁场，产生主磁通无功分量 ；另一个是铁损耗分量，作用是供变压器铁心损耗有功分量 。大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及

6、几何尺寸有关，用空载电流百分数I0%来表示：第10页，此课件共58页哦一、空载电流3、波形由于磁路饱和，空载电流 与由它产生的主磁通 呈非线性关系。当磁通按正弦规律变化时，空载电流呈尖顶波形。当空载电流按正弦规律变化时，主磁通呈尖顶波形。实际空载电流为是正弦波，但为了分析、计算和测量的方便，在相量图和计算式中常用正弦的电流代替实际的空载电流。1.2 单相变压器的空载运行1.2.2 空载电流与漏磁电动势第11页，此课件共58页哦1.2 单相变压器的空载运行1.2.2 空载电流与漏磁电动势二、漏磁电动势2、漏磁通感应的电动势漏电动势漏电动势也可以用漏抗压降来表示，即根据主电动势的分析方法，同样有由

7、于漏磁通主要经过非铁磁路径,磁路不饱和,故磁阻很大且为常数,所以漏电抗 很小且为常数,它不随电源电压负载情况而变.第12页，此课件共58页哦1.2 单相变压器的空载运行1.2.3 空载变压器的电动势方程、等效电路和相量图一、电动势平衡方程和变比1、电动势平衡平衡方程（1）一次侧电动势平衡方程忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有则可见，影响主磁通 大小的因素有电源电压 、电源频率 和一次侧线圈匝数 。第13页，此课件共58页哦1.2 单相变压器的空载运行1.2.3 空载时的电动势方程、等效电路和相量图一、电动势平衡方程和变比1、电动势平衡平衡方程（2）二次侧电动势平衡方程2、变比定义对三相

8、变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近似为额定相电压之比，具体为Y，d接线D，y接线第14页，此课件共58页哦1.2 单相变压器的空载运行1.2.3 空载时的电动势方程、等效电路和相量图二、空载时的等效电路和相量图1、等效电路一次侧的电动势平衡方程为基于 表示法，感应的 也用电抗压降表示，由于 在铁心中引起 ，所以还要引入一个电阻 ，用 等效 ，即空载时等效电路为第15页，此课件共58页哦1.2 单相变压器的空载运行1.2.3 空载时的电动势方程、等效电路和相量图二、空载时的等效电路和相量图1、等效电路励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。由于磁路具有饱和特性，所以 不是常数，随磁路饱和程度增大而

9、减小。由于 ，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只是一个 元件的电路。在 一定的情况下，大小取决于 的大小。从运行角度讲，希望 越小越好，所以变压器常采用高导磁材料，增大 ，减小 ，提高运行效率和功率因数。第16页，此课件共58页哦1.2 单相变压器的空载运行1.2.3 空载时的电动势方程、等效电路和相量图二、空载时的等效电路和相量图2、相量图根据前面所学的方程，可作出变压器空载时的相量图：（1）以 为参考相量（2）与 同相，滞后 ，（3）滞后 ，；（4）（5）第17页，此课件共58页哦1.3 变压器的负载运行1.3.1 变压器负载运行时的电磁关系变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，

10、二次接上负载的运行状态，称为负载运行。第18页，此课件共58页哦1.3 变压器的负载运行1.3.2 基本方程一、磁动势平衡方程空载时,由一次磁动势 产生主磁通 ,负载时,产生 的磁动势为一、二次的合成磁动势 。由于 的大小取决于 ，只要 保持不变，由空载到负载，基本不变，因此有磁动势平衡方程或用电流形式表示表明:变压器的负载电流分成两个分量,一个是励磁电流 ,用来产生主磁通,另一个是负载分量 ,用来抵消二次磁动势的作用。电磁关系将一、二次联系起来,二次电流增加或减少必然引起一次电流的增加或减少.第19页，此课件共58页哦1.3.2 基本方程一、磁动势平衡方程负载运行时,忽略空载电流有:表明，一

11、、二次电流比近似与匝数成反比。可见，匝数不同，不仅能变电压，同时也能变电流。二、电动势平衡方程根据基尔霍夫电压定律可写出一二次侧电动势平衡方程1.3 变压器的负载运行第20页，此课件共58页哦1.3.3 变压器的折算一、折算折算：将变压器的二次（或一次）绕组用另一个绕组来等效，同时对该绕组的电磁量作相应的变换，以保持两侧的电磁关系不变。目的：用一个等效的电路代替实际的变压器。折算原则：1）保持二次侧磁动势不变；2）保持二次侧各功率或损耗不变。方法：（将二次侧折算到一次侧)1.3 变压器的负载运行第21页，此课件共58页哦1.3.3 变压器的折算一、折算折算后的方程式为1.3 变压器的负载运行第

12、22页，此课件共58页哦1.3.4 变压器的等效电路及相量图一、等效电路根据折算后的方程，可以作出变压器的等效电路。T型等效电路：近似等效电路1.3 变压器的负载运行第23页，此课件共58页哦1.3.4 变压器的等效电路及相量图一、等效电路简化等效电路：其中分别为短路电阻、短路电抗和短路阻抗。由简化等效电路可知，短路阻抗起限制短路电流的作用，由于短路阻抗值很小，所以变压器的短路电流值较大，一般可达额定电流的1020倍。1.3 变压器的负载运行第24页，此课件共58页哦1.3.4 变压器的等效电路及相量图二、相量图作相量图的步骤对应T型等效电路，假定变压器带感性负载。1.3 变压器的负载运行第2

13、5页，此课件共58页哦1.3.4 变压器的等效电路及相量图二、相量图作相量图的步骤（假定变压器带感性负载）-对应简化等效电路由等效电路可知根据方程可作出简化相量图1.3 变压器的负载运行第26页，此课件共58页哦1.4 变压器的参数测定1.4.1 空载实验一、目的：通过测量空载电流和一、二次电压及空载功率来计算变比、空载电流百分数、铁损和励磁阻抗。二、接线图三、要求及分析1）低压侧加电压，高压侧开路；WAVV*第27页，此课件共58页哦1.4.1 空载实验三、要求及分析5）空载电流和空载功率必须是额定电压时的值，并以此求取励磁参数；6）若要得到高压侧参数，须折算；7）对三相变压器，各公式中的电

14、压、电流和功率均为相值；4）求出参数1.4 变压器的参数测定第28页，此课件共58页哦1.4.2 短路实验一、目的：通过测量短路电流、短路电压及短路功率来计算变压器的短路电压百分数、铜损和短路阻抗。二、接线图三、要求及分析1）高压侧加电压，低压侧短路；WAV*3）同时记录实验室的室温；4）由于外加电压很小，主磁通很少，铁损耗很少，忽略铁损，认为 。1.4 变压器的参数测定第29页，此课件共58页哦1.4.2 短路实验5）参数计算对T型等效电路：6）温度折算：电阻应换算到基准工作温度时的数值。8）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；7）若要得到低压侧参数，须折算；四、短路电压：短路

15、时，当短路电流为额定值时一次所加的电压，称为短路电压，记作短路电压也称为阻抗电压。1.4 变压器的参数测定第30页，此课件共58页哦1.4.2 短路实验四、短路电压：短路电压常用百分值表示。短路电压的大小直接反映短路阻抗的大小，而短路阻抗又直接影响变压器的运行性能。从正常运行角度看，希望它小些，这样可使副边电压随负载波动小些；从限制短路电流角度，希望它大些,相应的短路电流就小些。1.4 变压器的参数测定第31页，此课件共58页哦1.5 变压器的运行特性1.5.1 电压变化率用相量图可以推导出电压变化率的表达式：定义：是指一次侧加50Hz额定电压、二次空载电压与带负载后在某功率因数下的二次电压之

16、差，与二次额定电压的比值，即 电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之一,它大小反映了供电电压的稳定性。式中称为负载系数 由表达式可知，电压变化率的大小与负载大小、性质及变压器的本身参数有关。第32页，此课件共58页哦1.5.1 电压变化率1.001.01.5 变压器的运行特性第33页，此课件共58页哦1.5.2 变压器的效率 效率大小反映变压器运行的经济性能的好坏，是表征变压器运行性能的重要指标之一。效率及效率特性效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。其中1.5 变压器的运行特性第34页，此课件共58页哦1.5.2 变压器的效率二、效率及效率特性变压器效率的大小与负载的大小、功率因数及

17、变压器本身参数有关。效率特性：在功率因数一定时，变压器的效率与负载电流之间的关系=f(),称为变压器的效率特性。1.5 变压器的运行特性第35页，此课件共58页哦1.5.2 变压器的效率效率及效率特性 即当铜损耗等于铁损耗(可变损耗等于不变损耗)时,变压器效率最大：或为了提高变压器的运行效益，设计时应使变压器的铁损耗小些。1.5 变压器的运行特性第36页，此课件共58页哦1.6 三相变压器1.6.1 三相变压器的磁路系统一、组式磁路变压器二、心式磁路变压器特点是：三相磁路彼此无关联。特点是：三相磁路彼此有关联。第37页，此课件共58页哦1.6 三相变压器1.6.1 三相变压器的电路连接组别一、

18、变压器的端头标号绕组绕组名称名称单相变压器三相变压器中性点首端首端末端末端首端首端末端末端高压高压绕组绕组U1U2U1、V2、W1U2、V2、W2N低压低压绕组绕组u1u2u1、v1、w1u2、v2、w2n中压中压绕组绕组U1mU2mU1m、V1m、W1mU2m、V2m、W2mNm第38页，此课件共58页哦二、单相变压器的极性*一、二次绕组的同极性端同标志时，一、二次绕组的电动势同相位。*一、二次绕组的同极性端异标志时，一、二次绕组的电动势反相位。1.6 三相变压器1.6.1 三相变压器的电路连接组别第39页，此课件共58页哦三、三相变压器的连接组别连接组别：反映三相变压器连接方式及一、二次线

19、电动势（或线电压）的相位关系。三相变压器的连接组别不仅与绕组的绕向和首末端标志有关，而且还与三相绕组的连接方式有关。理论和实践证明，无论采用怎样的连接方式，一、二次侧线电动势（可电压）的相位差总是300的整数倍。因此可以采用时钟表示法 作为时钟的分针，指向12点，作为时钟的时针，其指向的数字就是三相变压器的组别号。组别号的数字乘以300，就是二次绕组的线电动势滞后于一次侧电动势的相位角。1.6 三相变压器1.6.1 三相变压器的电路连接组别第40页，此课件共58页哦三、三相变压器的连接组别连接组别可以用相量图来判断：若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可以得到Y,y4、Y,y8连

20、接组别。1、Y，y连接同名端在对应端，对应的相电动势同相位，线电动势 和 也同相位，连接组别为Y，y0。同理，若异名端在对应端，可得到Y，y6、Y,y10和Y,y2连接组别。1.6 三相变压器1.6.1 三相变压器的电路连接组别第41页，此课件共58页哦三、三相变压器的连接组别若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可以得到Y,d3、Y,d7连接组别。2、Y，d连接1 同名端在对应端，对应的相电动势同相位，线电动势 和 相差3300，连接组别为Y，d11。同理，若异名端在对应端，可得到Y，d5、Y,d9和Y,d1连接组别。1.6 三相变压器1.6.1 三相变压器的电路连接组别第42页

21、，此课件共58页哦三、三相变压器的连接组别若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可以得到Y,d5、Y,d9连接组别。2、Y，d连接2同名端在对应端，对应的相电动势同相位，线电动势 和 相差300，连接组别为Y，d1。同理，若异名端在对应端，可得到Y，d7、Y,d11和Y,d3连接组别。1.6 三相变压器1.6.1 三相变压器的电路连接组别第43页，此课件共58页哦三、三相变压器的连接组别 总之，对于Y，y（或D，d）连接，可以得到0、2、4、6、8、10等六个偶数组别；而Y，d（或D，y）连接，可以得到1、3、5、7、9、11等六个奇数组别。变压器的连接组别很多，为了便于制造和并联

22、运行，国家标准规定，Y，yn0、Y，d11、YN，d11、YN，y0和Y，y0连接组为三相双绕组电力变压器的标准连接组别。其中前三种最为常用：Y,yn0 连接的二次绕组可以引出中线，成为三相四线制，用作配电变压器时可兼供动力和照明负载。Y,d11连接用于低压侧电压超过400V的线路中。YN,d11连接主要用于高压输电线路中，使电力系统的高压侧可以接地。1.6 三相变压器1.6.1 三相变压器的电路连接组别第44页，此课件共58页哦1.7 变压器的并联运行1.7.1 并联运行的条件并联运行的优点：1、提高供电的可靠性；2、提高供电的经济性。并联运行是指将几台变压器的一、二次绕组分别接在一、二次侧

23、的公共母线上，共同向负载供电的运行方式。并联运行的理想情况是：1、空载时各变压器绕组之间无环流；2、负载后，各变压器的负载系数相等；3、负载后，各变压器的负载电流与总的负载电流同相位。为了达到上述理想运行情况，并联运行的变压器需满足以下条件：1、各变压器一、二次侧的额定电压分别相等，即变比相同；2、各变压器的连接组别相同；3、各变压器的短路阻抗（短路电压）的标么值相等，且短路阻抗角也相等。第45页，此课件共58页哦1.7.2 并联运行条件不满足时的运行分析一、变比不等时并联运行 为了保证空载时环流不超过额定电流的10%，通常规定并联运行的变压器的变比差不大于1%。当变压器的变比不等时，在空载时

24、，环流 就存在。变比差越大，环流越大。由于变压器的短路阻抗很小，即使变比差很小，也会产生很大的环流。环流的存在，既占用了变压器的容量，又增加了变压器的损耗，这是很不利的。二、连接组别不同时并联运行 连接组别不同时，二次侧线电压之间至少相差300，则二次线电压差为线电压的51.8%，由于变压器的短路阻抗很小,这么大的电压差将产生几倍于额定电流的空载环流，会烧毁绕组，所连接 组别不同绝不允许并联。1.7 变压器的并联运行第46页，此课件共58页哦三、短路阻抗标么值不等时并联运行由等效电路可知：等效电路如图所示。可见，各台变压器所分担的负载大小与其短路阻抗标么值成反比。为了充分变压器的容量，理想的负

25、载分配，应使各台变压器的负载系数相等，而且短路阻抗标值相等。1.7.2 并联运行条件不满足时的运行分析1.7 变压器的并联运行第47页，此课件共58页哦 变压器运行规程规定：在任何一台变压器不过负荷的情况下，变比不同和短路阻抗标么值不等的变压器可以并联运行。又规定：阻抗标么值不等的变压器并联运行时，应适当提高短路阻抗标么值大的变压器的二次电压，以使并联运行的变压器的容量均能充分利用。为了使各台变压器所承担的电流同相位，要求各变压器的短路阻抗角相等。一般来说，变压器容量相差越大，短路阻抗角相差也越大，因此要求并联运行的变压器的最大容量之比不超过3：1。1.7.2 并联运行条件不满足时的运行分析1

26、.7 变压器的并联运行第48页，此课件共58页哦1.8 1.8 其他变压器简介其他变压器简介1.8.1 1.8.1 自耦变压器自耦变压器自耦变压器自耦变压器一次侧、二次侧具有部分公共绕组的变压器叫自耦变压器。一次侧、二次侧具有部分公共绕组的变压器叫自耦变压器。双绕组变压器的每一相一次绕组和二次绕组独立分开，一次绕组与二次绕组之间只有磁的联系，而无电的直接联系，自耦变压器一次、二次绕组之间不仅有磁的联系，而且还有电的直接联系。第49页，此课件共58页哦大连理工大学电气工程系2.自耦变压器的工作原理(1)电压关系 忽略漏阻抗，则=U1 U2E1 E2=N1 N2=k 2.8 自耦变压器自耦变压器

27、I 降压自耦变压器 N1N2+U1I1E1E2 U2I2 I+U2I1E1E2 U1I2 升压自耦变压器 第50页，此课件共58页哦大连理工大学电气工程系(2)电流关系 N1I1N2I2=N1I0 N1I1N2I2=0 I1=I2 N2N1I1 I2 N2 N1=I1与 I2 相位相反。1 k=I=I1I2 2.8 自耦变压器自耦变压器公共绕组的电流忽略 I0，则第51页，此课件共58页哦大连理工大学电气工程系 在降压变压器中，I1 I2(3)功率关系 变压器容量 SN=U2NI2N=U1NI1N S2=U2I2在降压变压器中 =U2(II1)=U2IU2I1=SiSt2.8 自耦变压器自耦变

28、压器I=I1 I2 第52页，此课件共58页哦大连理工大学电气工程系在升压变压器中S1=U1I1=U1(II2)=U1IU1I2=SiSt 降压变压器 升压变压器 感应功率 Si传导功率 StU2I U1IU2I1 U1I2 在 SN 一定时，k 越接近 1，Si 越小，St 所占 比例越大，经济效果越显著。2.8 自耦变压器自耦变压器第53页，此课件共58页哦大连理工大学电气工程系一、电压互感器U1 U2=N1 N2=ku 国产互感器：U2N=100 V 使用注意：二次绕组禁止短路。二次绕组与铁心必须接地。空载运行的降压变压器。u1 Vu1u2电压互感器电压互感器 1.8.2 1.8.2 仪

29、用互感器仪用互感器第54页，此课件共58页哦大连理工大学电气工程系二、电流互感器 N1很小。短路运行的升压变压器。I1 I2=N2 N1=ki 国产互感器：I2N=5 A 使用注意：二次绕组禁止开路。开路时：I2=0，I1 不变 一次绕组工作电压较高时，二次绕组与铁心必须接地。Ai2i12.10 仪用互感器仪用互感器第55页，此课件共58页哦一、磁分路动铁心电焊变压器一、磁分路动铁心电焊变压器 1.结构 如图6.6所示，原、副绕组分装于两铁心柱上在两铁心性之间有一磁分路，即动铁，动铁心通过一螺杆可以移动调节，以改变漏磁通的大小，从而达到改变电抗的大小。1.8.3 1.8.3 电焊机变压器电焊机变压器第56页，此课件共58页哦如图所示，在普通变压器副绕组中串联一可变电抗器，电抗器的气隙通过一螺杆调节其大小1.8.3 1.8.3 电焊机变压器电焊机变压器磁分路动铁心电焊机在生产中的应用非常广泛，它是利用变压器的特殊外特性的性能而工作的，实际上是一台降压变压器。二、可变电抗器的电焊机变压器二、可变电抗器的电焊机变压器第57页，此课件共58页哦 串联可变电抗器的电焊变压器 1.8.3 1.8.3 电焊机变压器电焊机变压器第58页，此课件共58页哦