变压器空载短路2.ppt

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1、第一章 变压器1.1.2 变压器的工作原理一、基本工作原理 变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在原绕组中加上交变电压，产生交链原、副绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。只要原、副绕组的匝数不同，就能达到改变电压的目的。第一章 变压器空载运行：是指当变压器原绕组接交流电源，副绕组开路，即i2=0时的状态。空载时原绕组中的交变电流称为空载电流 单相变压器的空载运行第一章 变压器 单相变压器的空载运行电磁关系第一章 变压器主磁通和漏磁通在性质上的不同：主磁通和漏磁通在性质上的不同：1 1）由由于于铁铁磁磁材材料料有有饱饱和和现现象象，所所以以主主磁磁路路的

2、的磁磁阻阻不不是是常常数数，主主磁磁通通与与建建立立它它的的电电流流之之间间呈呈非非线线性性关关系系。而而漏漏磁磁通通的的磁磁路路大大部部分分是是非非铁铁磁磁材材料料组组成成，所所以以漏漏磁磁路路的的磁磁阻阻基基本本上上是是常常数数，漏漏磁磁通通与与产生它的电流呈线性关系产生它的电流呈线性关系 2 2）主主磁磁通通在在原原、副副绕绕组组中中均均感感应应电电动动势势，当当副副方方接接上上负负载载时时便便有有电电功功率率向向负负载载输输出出，故故主主磁磁通通起起传传递递能能量量的的作作用用。而而漏漏磁磁通通仅仅在在原原绕绕组组中中感感应应电电动动势势，不不能能传传递递能能量量，仅仅起起压压降降作作

3、用用。因因此此，在在分分析析变变压压器器和和交交流流电电机机时时常常将将主主磁磁通通和和漏漏磁磁通通分开处理。分开处理。第一章 变压器 单相变压器的空载运行讨论：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？第一章 变压器变压器的感应电动势和变比1、正方向的规定：、正方向的规定：1）在负载支路，电流的正方向与电压降的正方向一致，而在）在负载支路，电流的正方向与电压降的正方向一致，而在电源支路，电流的正方向与电动势的正方向一致电源支路，电流的正方向与电动势的正方向一致2）磁通的正方向与产生

4、它的电流的正方向符合右手螺旋定则）磁通的正方向与产生它的电流的正方向符合右手螺旋定则3）感应电动势的正方向与产生它的磁通的正方向符合右手螺）感应电动势的正方向与产生它的磁通的正方向符合右手螺旋定则旋定则电压电压u1,u2的正方向表示电位降低，的正方向表示电位降低，电动势电动势e1,e2的正方向表示电位升高。的正方向表示电位升高。在原方，在原方，u1由首端指向末端，由首端指向末端，1从首端流入。当从首端流入。当u1与与1同时为正或同时为负同时为正或同时为负时，表示电功率从原方输入，称为电动机惯例。在副方，时，表示电功率从原方输入，称为电动机惯例。在副方，u2和和2的正方向的正方向是由是由e2的正

5、方向决定的，即的正方向决定的，即2沿沿e2的正方向流出。当的正方向流出。当u2和和2同时为正或同时同时为正或同时为负时，电功率从副方输出，称为发电机惯例为负时，电功率从副方输出，称为发电机惯例第一章 变压器 变压器的感应电动势和变比2、感应电动势分析1)、主磁通感应的电动势主电动势设则有效值相量同理，副边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，所产生的原边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。第一章 变压器2、感应电动势分析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

6、法，同样有由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.第一章 变压器3、电压平衡方程式（1）一次侧电动势平衡方程忽略很小的漏阻抗压降，则可见，影响主磁通 大小的因素有电源电压 、电源频率 和原边线圈匝数 。并写成有效值形式，有在副边，由于电流为零，则副边的感应电动势等于副方的空载电压，即：重要公式第一章 变压器4、变压器的变比定义对三相变压器，变比为原、副边的相电动势之比，近似为额定相电压之比。定义：在变压器中，原、副绕组的感应电动势E1和E2之比称为变压器的变比，用 K 表示变压器的变比等于原、副绕组的匝数比。当变压器空

7、载运行时，由于U1E1，U20E2，故可近似地用空载运行时原、副边的电压比来作为变压器的变比是变压器中一个很重要的参数，若NlN2，则U1U2，是降压变压器；若N1N2，则U1U2，是升压变压器 第一章 变压器讨论：一台220/110伏的变压器，变比，能否原边线圈用2匝，副边线圈用1匝，为什么？答：不能。由可知，由于匝数太少，主磁通将剧增，磁密过大,磁路过于饱和，磁导率降低，磁阻 增大。于是，根据磁路欧姆定律可知,产生该磁通的激磁电流必将大增。再由可知，磁密过大,导致铁耗大增，铜损耗也显著增大，变压器发热严重，可能损坏变压器。第一章 变压器讨论：一一台台结结构构已已定定的的变变压压器器当当外外

8、施施电电压压为为已已知知，需需要要电电源源提提供供多多大大的的激激磁磁电电流流呢呢?激激磁磁电电流流包括哪些成分呢包括哪些成分呢?答：答：决定于变压器的铁芯材料及铁芯几何尺寸决定于变压器的铁芯材料及铁芯几何尺寸。因为铁芯材料是磁性物质，激磁电流的大小和波形将受磁路饱和、磁滞及涡流的影响。第一章 变压器补充：高低压绕组的判别用万用表的电阻档测量变压器的四个端子，相通的端子间对应一个绕组。其中电阻大的对应高压绕组，电阻小的对应低压绕组。第一章 变压器 变压器的空载电流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I0Q=I0P；空

9、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,它不消耗有功功率无功分量 ；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：第一章 变压器空载时相量图和等效电路1、空载时的相量图（1）以 为参考相量（3）与 同相，超前 ，（2）滞后 ，且空载时 (4)根据电压平衡方程式，在 的末端作 ，再在相量 的末端作相量 ，连结 始端和 的末端的相量，即为电压 的相量。与 的夹角为 。为了清楚起见，把 和两相量画得比实际比例放大了。第一章 变压器讨论:1、变压器空载运行时功率因数？接近900 ，因此变压器空载运行时功率因数很低，一般COS 0 0.10.2故应避免变压器空载运行第

10、一章 变压器3空载时的相量图和等效电路1、等值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一章 变压器励磁电阻、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。第一章 变压器第一章 变压器例：低压照明变压器一次绕组匝数N1=660匝，一次绕组电压U1=220V，现

11、要求二次绕组输出电压U2=36V，求二次绕组匝数N2及变比K。由公式由公式可得可得 N2=N2=K=K=匝匝=108=108匝匝第一章 变压器1、有一台D-50/10单相变压器，试求变压器原、副线圈的额定电流？解：一次绕组的额定电流补充习题：补充习题：二次绕组的额定电流第一章 变压器2、有一台SSP-125000/220三相电力变压器，YN，d接线，求变压器额定电压和额定电流；变压器原、副线圈的额定电流和额定电流。解：.原、副边额定电压 原线圈额定电流（线电流）副线圈额定电流（线电流）（2）由于YN，d接线原绕组的额定电压 U1N=原绕组的额定电流 副绕组的额定电压副绕组的额定电流I2N=第一

12、章 变压器 单相变压器的空载运行小结（1）原边主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡,若忽略漏阻抗压降，则原边主电势的大小由外施电压决定.（2）主磁通大小由电源电压、电源频率和原线圈匝数决定，与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。（3）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。（4）电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的电流的比值，线性磁路中，电抗为常数，非线性电路中，电抗的大小随磁路的饱和而减小。第一章 变压器讨论：1、变压器原绕组的电阻一般很小，为什么在原绕组上加额定的交流电压，线圈不会烧毁？若在原绕组加上与交流电压数值相同的直流电压，会产

13、生什么后果？这时副绕组有无电压输出？答：当变压器原边加额定交流电压时，原绕组内将感应有较高的反电势，尽管变压器原绕组电阻较小，线圈不会烧毁。当原绕组加相同的直流电时，因电压不会交变，因而绕组内没有感应电势，副边无电压输出。时间较长变压器将发热烧毁 第一章 变压器2、变压器绕组匝间短路，会出现什么现象？产生的原因？处理方案？变压器绕组匝间短路，会出现电流增大、发热、压力增大。原因:绝缘损坏、短路、雷击过电压等。处理方案:通过瓦斯保护动作与跳闸，再检查、修复。第一章 变压器变压器原绕组接在额定频率、额定电压的交流电源上，副绕组接上负载的运行状态，称为负载运行。变压器的负载运行负载运行原理图第一章

14、变压器如图所示，副绕组中有电流I2通过，由于该电流是依据电磁感应原理由原绕组感应而产生，因此原绕组中的电流也由空载电流I0变为负载电流I1，变压器的负载电流分成两个分量变压器的负载电流分成两个分量,一个是励磁电流一个是励磁电流 ,用来用来产生主磁通产生主磁通,另一个是负载分量另一个是负载分量 ,用来抵消副边用来抵消副边磁动势的作用。电磁关系将原、副边联系起来磁动势的作用。电磁关系将原、副边联系起来,副边电流增副边电流增加或减少必然引起原边电流的增加或减少加或减少必然引起原边电流的增加或减少.可见，负载后副可见，负载后副边得到的能量其实还是由原边提供的。边得到的能量其实还是由原边提供的。l负载后

15、，副边产生电流负载后，副边产生电流I I2 2，其大小随负载变化其大小随负载变化l负载前后，励磁电流负载前后，励磁电流I I0 0几乎不变几乎不变第一章 变压器变压器效率一般都很高，因此可以近似认为，变压器的输入变压器效率一般都很高，因此可以近似认为，变压器的输入功率与输出功率相等，即功率与输出功率相等，即U1I1=U2I2，则则式中表明：式中表明：l变压器原、副绕组中的电流与原、副绕组的匝数成正比，变压器原、副绕组中的电流与原、副绕组的匝数成正比，即变压器即变压器不仅能变电压，同时也能变电流，且电流的大不仅能变电压，同时也能变电流，且电流的大小与匝数成反比。小与匝数成反比。l变压器的高压绕组

16、匝数多，而通过的电流小，因此绕组变压器的高压绕组匝数多，而通过的电流小，因此绕组所用的导线细；反之低压绕组匝数烧，通过的电流大，所所用的导线细；反之低压绕组匝数烧，通过的电流大，所以的导线较粗。以的导线较粗。第一章 变压器讨论：变压器铁心中的磁动势，在空载和负载时比较，有哪些不同？答：空载时的励磁磁动势只有原边磁动势 ，负载时的励磁磁动势是一次侧和副边的合成磁动势，即 ,也就是 。第一章 变压器变压器负载时电动势平衡方程式（略）第一章 变压器2.等效电路及相量图(略）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

17、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)第一章 变压器2、等效电路及相量图（略）一、折算折算后的方程式为第一章 变压器二、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（略）（略）第一章 变压器（略）二、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。第一章 变压器负载运行相量图（略）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。第

18、一章 变压器负载运行相量图（略）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第一章 变压器变压器的阻抗变比变压器不但具有电压变换和电流变换的作用，还具有阻抗变换的作用，当变压器副绕组接上阻抗为Z的负载后，则式中 相当于直接接在原绕组上的等效阻抗，故接在变压器副绕组上的负载Z与不经过变压器直接接在电源上的负载 相比小了 1/K2 倍，第一章 变压器讨论：生活中有没有类似的变压器？l为了能在扬声器中获得最好的音响效果（或得最大得功率为了能在扬声器中获得最好的音响效果（或得最大得功率输出），要求音响设备输出得阻抗与扬声器得阻抗尽量相输出），要求音响设

19、备输出得阻抗与扬声器得阻抗尽量相等。但实际上扬声器得阻抗往往只有几欧到几十欧，而音等。但实际上扬声器得阻抗往往只有几欧到几十欧，而音响设备等信号得输出阻抗恰恰很大，在几百欧、几千欧以响设备等信号得输出阻抗恰恰很大，在几百欧、几千欧以上，为此通常在两者之间加接一个变压器（称输出变压器、上，为此通常在两者之间加接一个变压器（称输出变压器、线间变压器）来达到阻抗匹配得目的。线间变压器）来达到阻抗匹配得目的。音响设备：音响设备：第一章 变压器补充例题：例：某晶体管扩音机输出电路得输出阻抗为 ，接入得扬声器阻抗为Z8，现加接一个输出变压器使两者实现阻抗匹配，求该变压器得变比K;若该变压器原绕组匝数N15

20、60匝，问副绕组匝数N2为多少？解：解：第一章 变压器1、型号 型号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。变压器的铭牌数据变压器的铭牌数据第一章 变压器2、额定值此外，额定值还有额定频率f=50HZ、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第一章 变压器三者关系：接：接：Y Y接：接：U UN N为相电压为相

21、电压I IN N为相电流为相电流第一章 变压器1.1.5 变压器的外特性和额定值1.001.0U2020U2 2当电源电压U1不变时，对电阻性和电感性负载而言，副绕组上的端电压U2随着负载电流I2的增加而下降。对感性负载而言，功率因数COS2越低，U2下降得越快。第一章 变压器电压变化率定义：是指原绕组加50Hz额定电压、变压器从空载到额定负载，副绕组电压U2的变换程度，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。在一般变压器中，由于其电阻和漏磁感抗均很小，电压变化率不大，约5%左右，故变压器上装有调压分接开关，可在（-5%+5%）范围内调压调压分接开关调压

22、分接开关第一章 变压器变压器的损耗、效率 铁损耗与外加电压大小有关，而与负载大小基本无关，又因外加电压U1不变，故也称为不变损耗。1、变压器的损耗 铜损耗是是电流在一、二次绕组电阻上产生的损耗之后。变压器的损耗主要是铁损耗PFe和铜损耗PCu两种。铁损耗是主磁通在铁芯中产生的磁滞损耗和涡流损耗之和。铜损耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。变压器从电源输入的有功功率P1和向负载输出的有功功率P2之差为变压器的损耗P第一章 变压器 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。2、效率效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。其中第一章 变压器1.1.6 变

23、压器的参数测定1 空载实验1、目的：通过测量空载电流I0和原、副绕组电压及空载功率P0来计算变比K、励磁参数rm、Xm、Zm。2、接线图3、试验方法1）低压侧加电压，高压侧开路；WAVV*第一章 变压器由于外加电压U20=U2N，则磁通达到正常工作值，铁损PFE也为正常工作值，变压器空载电流I20很小，则绕组铜耗PCU=I202R2 PFE，那么PCU可忽略不计，因此，副边从电网吸收来的功率P0=PFE第一章 变压器4、励磁参数得计算2）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；3）空载试验是在低压边加压进行，若要得到高压侧参数，须把求出得励磁参数值乘以K2；4）对三相变压器

24、，各公式中的电压、电流和功率均为相值；1）求出参数第一章 变压器2 短路实验1、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。2、接线图3、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 。第一章 变压器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；第一章 变压器4、短路参数：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

25、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。短路时，当短路电流为额定值时原绕组所加的电压，称为短路电压，记作 ,短路电压也称为阻抗电压。第一章 变压器补充：三相变压器1、组式磁路变压器特点是：三相磁路彼此无关联。第一章 变压器2、心式磁路变压器特点是：三相磁路彼此有关联。将三个单相铁心并成一体，如图所示。当三相变压器外加三相对称交流将三个单相铁心并成一体，如图所示。当三相变压器外加三相对称交流电压时，三相主磁通之和为零，因此中间的铁心无磁通流过，故可取消电压时，三相主磁通之和为零，因此中间的铁心无磁

26、通流过，故可取消中间铁心，于是就成了目前广泛使用的三相心式变压器中间铁心，于是就成了目前广泛使用的三相心式变压器.第一章 变压器实例分析：某居民小区共有居民300户，小区电网进线10KV，选择合适的供电变压器？变压器分类变压器分类l考虑到居民生活水平的提高，各种家电产品应用广泛，考虑到居民生活水平的提高，各种家电产品应用广泛，综合考虑同时使用率以及今后的发展，该小区按照综合考虑同时使用率以及今后的发展，该小区按照2KVA/2KVA/户的用电负荷进行测算，同时为了便于维护，拟使用可户的用电负荷进行测算，同时为了便于维护，拟使用可移动组合型干式变压器，型号为移动组合型干式变压器，型号为ZB-F-630/10,ZB-F-630/10,额定容量额定容量630KVA630KVA，额定电压额定电压10000/380V,10000/380V,均匀分相后给居民供电。均匀分相后给居民供电。