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1、电机学课件第2章现在学习的是第1页，共105页BJ1.TIF现在学习的是第2页，共105页第2章2.1变压器的工作原理和基本结构2.2变压器的空载运行2.3变压器的负载运行和基本方程2.4变压器的等效电路2.5等效电路参数的测定2.6三相变压器2.7标幺值2.8变压器的运行特性2.9变压器的并联运行2.10三绕组变压器、自耦变压器和仪用互感器现在学习的是第3页，共105页2.1变压器的工作原理和基本结构1.变压器的工作原理2.变压器的基本结构3.额定值现在学习的是第4页，共105页1.变压器的工作原理(1)一次绕组和二次绕组为完全耦合，即链过一次和二次绕组的磁通为同一磁通。(2)铁心磁路的磁阻
2、为零，铁心损耗也等于零。(3)一次和二次绕组的电阻都等于零。满足这三个条件的变压器，称为理想变压器。现在学习的是第5页，共105页图2-1理想变压器现在学习的是第6页，共105页现在学习的是第7页，共105页现在学习的是第8页，共105页现在学习的是第9页，共105页2.变压器的基本结构变压器中最主要的部件是铁心和绕组，它们构成了变压器的器身。铁心变压器的铁心既是磁路，又是套装绕组的骨架。铁心由心柱和铁轭两部分组成。心柱上套装着绕组，铁轭将心柱连接起来，使之形成闭合磁路。绕组绕组是变压器的电路部分，绕组用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成，其中输入电能的绕组称为一次绕组，输出电能的绕组称为二次绕组
3、，它们通常套装在同一心柱上。现在学习的是第10页，共105页2.变压器的基本结构图2-2单相心式变压器现在学习的是第11页，共105页2.变压器的基本结构图2-3单相壳式变压器现在学习的是第12页，共105页2.变压器的基本结构图2-4三相油浸电力变压器a)外形图b)器身装配图现在学习的是第13页，共105页3.额定值(1)额定容量SN在铭牌规定的额定状态下，变压器输出视在功率的保证值称为额定容量。(2)额定电压UN铭牌规定的各个绕组在空载、指定分接开关位置下的端电压称为额定电压。(3)额定电流IN根据额定容量和额定电压算出的电流称为额定电流，以安(A)表示。(4)额定频率fN我国的标准工频规
4、定为50赫(Hz)。现在学习的是第14页，共105页2.2变压器的空载运行1.空载运行时的物理情况2.主磁通和激磁电流3.激磁阻抗和激磁方程现在学习的是第15页，共105页1.空载运行时的物理情况图2-5变压器的空载运行现在学习的是第16页，共105页1.空载运行时的物理情况现在学习的是第17页，共105页2.主磁通和激磁电流现在学习的是第18页，共105页2.主磁通和激磁电流现在学习的是第19页，共105页2.主磁通和激磁电流图2-6变压器的空载相量图现在学习的是第20页，共105页2.主磁通和激磁电流2z6.tif现在学习的是第21页，共105页3.激磁阻抗和激磁方程现在学习的是第22页，
5、共105页3.激磁阻抗和激磁方程现在学习的是第23页，共105页3.激磁阻抗和激磁方程图2-8铁心绕组的等效电路a)并联电路b)串联电路现在学习的是第24页，共105页2.3变压器的负载运行和基本方程1.负载运行时的磁动势方程2.漏磁通和漏磁电抗3.电压方程现在学习的是第25页，共105页2.3变压器的负载运行和基本方程图2-9变压器的负载运行变压器的一次绕组接到交流电源，二次绕组接到负载阻抗ZL时，二次绕组中便有电流流过，这种情况称为变压器的负载运行，如图2-9所示现在学习的是第26页，共105页1.负载运行时的磁动势方程现在学习的是第27页，共105页2.漏磁通和漏磁电抗图2-10变压器中
6、漏磁场的分布实际变压器的一次和二次绕组不可能完全耦合，所以除了通过铁心、并与一次和二次绕组相交链的主磁通之外，还有少量仅与一个绕组交链且主要通过空气或油而闭合的漏磁通。现在学习的是第28页，共105页2.漏磁通和漏磁电抗现在学习的是第29页，共105页3.电压方程29A.TIF现在学习的是第30页，共105页3.电压方程负载运行时，变压器内部的磁动势、磁通和感应电动势，可归纳如下：此外，一次和二次绕组内还有电阻压降i1R1和i2R2。这样，根据基尔霍夫电压定律和图2-9中所示的正方向，即可列出一次和二次绕组的电压方程为现在学习的是第31页，共105页3.电压方程若一次和二次的电压、电流均随时间
7、正弦变化，则相应的相量形式为现在学习的是第32页，共105页3.电压方程电压方程和磁动势方程、激磁方程合在一起，统称为变压器的基本方程：现在学习的是第33页，共105页2.4变压器的等效电路1.绕组归算2.T形等效电路3.近似和简化等效电路现在学习的是第34页，共105页1.绕组归算为建立等效电路，除了需要把一次侧和二次侧漏磁通的效果作为漏抗压降，主磁通和铁心线圈的效果作为激磁阻抗来处理之外，还要解决如何把两个具有不同电动势和电流、在电的方面没有直接联系的一次和二次绕组连接在一起的问题。为此需要进行绕组归算。现在学习的是第35页，共105页1.绕组归算现在学习的是第36页，共105页1.绕组归
8、算现在学习的是第37页，共105页1.绕组归算现在学习的是第38页，共105页2.T形等效电路图2-11根据归算后的基本方程画出的部分等效电路现在学习的是第39页，共105页2.T形等效电路图2-12变压器的T形等效电路现在学习的是第40页，共105页2.T形等效电路图2-13T形等效电路的形成过程a)实际变压器b)把绕组的电阻和漏磁、铁心的磁阻和铁耗分离出来，使变压器成为理想变压器c)绕组归算(把二次绕组的匝数从变换为)d)抽去/的理想变压器，得到T形等效电路现在学习的是第41页，共105页3.近似和简化等效电路图2-14变压器的近似和简化等效电路a)近似等效电路b)简化等效电路现在学习的是
9、第42页，共105页2.5等效电路参数的测定1.开路试验开路试验也称空载试验，试验的接线图如图2-15所示。试验时，二次绕组开路，一次绕组加上额定电压，测量此时的输入功率P0、一次电压U1和电流I0，即可算出激磁阻抗。2.短路试验短路试验亦称为负载试验，图2-16表示试验时的接线图。试验时，把二次绕组短路，一次绕组上加一可调的低电压。调节外加的低电压，使短路电流达到额定电流，测量此时的一次电压Uk、输入功率Pk和电流Ik，即可确定漏阻抗。现在学习的是第43页，共105页1.开路试验图2-15开路试验的接线图现在学习的是第44页，共105页1.开路试验现在学习的是第45页，共105页2.短路试验
10、(1)开路试验时，由于电压加在低压侧，所以测出的激磁阻抗为归算到低压侧的值(2)归算到高压侧时的T形等效电路如图2-17所示，图中R1(75)=3.90，R2(75)=Rk(75)-R1(75)=2.551;X1=X2=1/2Xk=29.22，Rm=3026,Xm=32082。现在学习的是第46页，共105页2.短路试验图2-16短路试验的接线图现在学习的是第47页，共105页2.短路试验现在学习的是第48页，共105页2.短路试验表格试验名称电压电流功率备注开路试验11kV455A47kW电压加在低压侧短路试验924kV1575A129kW电压加在高压侧现在学习的是第49页，共105页图2-
11、17例2-1变压器的T形等效电路现在学习的是第50页，共105页2.6三相变压器1.三相变压器的磁路2.三相变压器绕组的联结和组号3.绕组接法和磁路结构对二次电压波形的影响现在学习的是第51页，共105页1.三相变压器的磁路图2-18三相变压器组及其磁路现在学习的是第52页，共105页1.三相变压器的磁路现在学习的是第53页，共105页1.三相变压器的磁路图2-19三相心式变压器的磁路a)三相星形磁路b)三相主磁通的相量图c)实际心式变压器的磁路现在学习的是第54页，共105页2.三相变压器绕组的联结和组号图2-20三相心式变压器的绕组现在学习的是第55页，共105页2.三相变压器绕组的联结和
12、组号图2-21三相绕组的联结法a)星形联结b)三角形联结现在学习的是第56页，共105页2.三相变压器绕组的联结和组号图2-22高、低压绕组的同名端和相电压的相位关系a)和b)首端为同名端，与同相c)和d)首端为非同名端，和反相现在学习的是第57页，共105页2.三相变压器绕组的联结和组号图2-23Yy0联结组a)绕组联结图b)高、低压电压相量图现在学习的是第58页，共105页2.三相变压器绕组的联结和组号图2-24Yd11联结组a)绕组连接图b)低压侧电压的相量图c)由高、低压线电压三角形确定组号现在学习的是第59页，共105页3.绕组接法和磁路结构对二次电压波形的影响现在学习的是第60页，
13、共105页3.绕组接法和磁路结构对二次电压波形的影响图2-25主磁路饱和时，正弦激磁电流产生的主磁通波形现在学习的是第61页，共105页3.绕组接法和磁路结构对二次电压波形的影响图2-26三相变压器组连接成Yy联结组时和的波形现在学习的是第62页，共105页3.绕组接法和磁路结构对二次电压波形的影响图2-27三相心式变压器中三次谐波磁通的路径现在学习的是第63页，共105页3.绕组接法和磁路结构对二次电压波形的影响图2-28Yd联结组中三角形内部的三次谐波环流现在学习的是第64页，共105页2.7标幺值应用标幺值的优点为：(1)不论变压器或电机容量的大小，用标幺值表示时，各个参数和典型的性能数
14、据通常都在一定的范围内，因此便于比较和分析。(2)用标幺值表示时，归算到高压侧或低压侧时变压器的参数恒相等，故用标幺值计算时不必再进行归算。现在学习的是第65页，共105页2.7标幺值现在学习的是第66页，共105页2.7标幺值现在学习的是第67页，共105页2.7标幺值现在学习的是第68页，共105页2.8变压器的运行特性1.外特性和电压调整率2.效率和效率特性现在学习的是第69页，共105页2.8变压器的运行特性图2-29变压器的外特性外特性外特性是指变压器的一次绕组接至额定电压、二次侧负载的功率因数保持一定时，二次绕组的端电压与负载电流之间的关系，即U1=U1N，cos2=常值，U2f(
15、I2)。外特性是一条反映变压器二次侧供电质量的特性。现在学习的是第70页，共105页1.外特性和电压调整率现在学习的是第71页，共105页1.外特性和电压调整率现在学习的是第72页，共105页1.外特性和电压调整率图2-30用简化等效电路及其相量图求ua)简化等效电路b)相量图现在学习的是第73页，共105页2.效率和效率特性损耗和效率变压器运行时将产生损耗。变压器的损耗分为铜耗pCu和铁耗pFe两类，每一类又包括基本损耗和杂散损耗。现在学习的是第74页，共105页2.效率和效率特性现在学习的是第75页，共105页2.效率和效率特性图2-31变压器的效率特性现在学习的是第76页，共105页2.
16、效率和效率特性现在学习的是第77页，共105页2.9变压器的并联运行1.变压器的理想并联运行2.并联运行时变压器的负载分配现在学习的是第78页，共105页2.9变压器的并联运行图2-32两台变压器的并联运行a)单线图b)等效电路图现在学习的是第79页，共105页1.变压器的理想并联运行变压器的理想并联运行是指：(1)空载时并联的变压器之间没有环流。(2)负载时能够按照各台变压器的额定容量来合理地分担负载。(3)负载时各变压器所分担的电流应为同相。为达到理想并联运行，分析表明，各变压器应满足下列条件：(1)各变压器的额定电压和电压比应当相等。(2)各变压器的联结组号必须相同。(3)各变压器的短路
17、阻抗标幺值要相等，阻抗角要相同。现在学习的是第80页，共105页2.并联运行时变压器的负载分配为简单计，以两台变压器的并联运行为例来说明。设两台变压器的联结组号相同但电压比不相等，第一台为k，第二台为k，且kk，其中下标和分别表示变压器和。现在学习的是第81页，共105页2.并联运行时变压器的负载分配现在学习的是第82页，共105页2.并联运行时变压器的负载分配现在学习的是第83页，共105页2.并联运行时变压器的负载分配现在学习的是第84页，共105页2.并联运行时变压器的负载分配现在学习的是第85页，共105页(1)设以第一台变压器的额定容量SN I作为基值。现在学习的是第86页，共105
18、页(1)设以第一台变压器的额定容量SN I作为基值。图2-33Yy0与Yd11的三相变压器并联时，二次空载电压的电压差(标幺值)现在学习的是第87页，共105页2.10三绕组变压器、自耦变压器和仪用互感器1.三绕组变压器2.自耦变压器3.仪用互感器现在学习的是第88页，共105页1.三绕组变压器图2-34三绕组变压器的磁通示意图现在学习的是第89页，共105页1.三绕组变压器三绕组变压器的磁通示意图三绕组变压器的主磁通由三个绕组的磁动势共同激励所产生，按照图2-34所示正方向，并将二次绕组和第三绕组归算到一次绕组，可得三绕组变压器的磁动势方程为现在学习的是第90页，共105页1.三绕组变压器现
19、在学习的是第91页，共105页1.三绕组变压器图2-35三绕组变压器的T形等效电路现在学习的是第92页，共105页1.三绕组变压器图2-36三绕组变压器的简化等效电路a)把有互感的星形电抗化成无互感的等效星形电抗b)简化等效电路现在学习的是第93页，共105页1.三绕组变压器现在学习的是第94页，共105页1.三绕组变压器现在学习的是第95页，共105页图2-37把两绕组变压器连接成降压自耦变压器a)接线图b)绕组布置现在学习的是第96页，共105页2.自耦变压器变压器的一次和二次绕组中有一部分绕组是公共绕组的，称为自耦变压器。如图2-37所示，把一台两绕组变压器的一次和二次绕组串联起来，把二
20、次绕组作为公共绕组，一次绕组作为串联绕组，公共绕组加上串联绕组作为新的一次绕组，公共绕组兼作新的二次绕组，这样就构成了一台降压自耦变压器。现在学习的是第97页，共105页2.自耦变压器现在学习的是第98页，共105页2.自耦变压器图2-38例2-7的升压自耦变压器现在学习的是第99页，共105页3.仪用互感器图2-39电压互感器的接线图电压互感器图2-39是电压互感器的接线图，它的一次绕组接到被测的高压线路，二次绕组接到电压表。电压互感器的一次绕组匝数很多，二次绕组匝数很少。现在学习的是第100页，共105页3.仪用互感器图2-40电流互感器的接线图电流互感器图2-40是电流互感器的接线图，它
21、的一次绕组串联在被测线路中，二次绕组接到电流表。电流互感器的一次绕组匝数很少，有时只有一匝，二次绕组匝数很多。现在学习的是第101页，共105页3.仪用互感器图2-41题2-18的绕组现在学习的是第102页，共105页3.仪用互感器图2-42题2-20的绕组现在学习的是第103页，共105页3.仪用互感器表格试验名称线电压/V线电流/A三相功率/W备注开路试验6300746800电压加在低压侧短路试验55032318000电压加在高压侧现在学习的是第104页，共105页3.仪用互感器表格试验绕组短路损耗/kW短路电压(%)高中11121695高低1487101中低827606现在学习的是第105页，共105页