变压器 (2)ppt课件

1、普通高等教育普通高等教育“十二五十二五”电气信息类规划教材电气信息类规划教材北北方方工工业业大大学学电机与拖动基础及MATLAB仿真陈亚爱陈亚爱 周京华编著周京华编著李正熙主审李正熙主审电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 2本课程的章节和内容本课程的章节和内容n绪绪 论论n第第1 1章章 变压器变压器n第第2 2章章 三相交流电动机三相交流电动机n第第3 3章章 三相交流电动机的电力拖动三相交流电动机的电力拖动n第第4 4章章 直流电机直流电机n第第5 5章章 直流电动机的电力拖动直流电动机的电力拖动n第第6 6章章 驱动和控制微电机驱动和控制微电机n第第

2、7 7章章 电动机容量的选择电动机容量的选择电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 3 第第 1 章章 变变 压压 器器电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 4本章内容本章内容1.1 概述概述 1.2 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1.3 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行1.4 变压器参数的试验测定变压器参数的试验测定 1.5 标幺值标幺值 1.6 变压器的运行特性变压器的运行特性 1.7 三相变压器三相变压器 1.8 其他用途的变压器其他用途的变压器 1.9 变压器并联运行变压器并联运行 1.10 实例

3、（应用）实例（应用） 1.11 变压器仿真变压器仿真 电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 5本章教学基本要求本章教学基本要求1.了解变压器的主要结构、基本工作原理及主要额定值的意义。了解变压器的主要结构、基本工作原理及主要额定值的意义。2.通过变压器的负载运行分析，深入理解负载运行时变压器各物理量之间的关系，绕组折通过变压器的负载运行分析，深入理解负载运行时变压器各物理量之间的关系，绕组折算的物理意义及其计算方法，掌握负载运行时的等效电路、相量图、参数测定及求解电算的物理意义及其计算方法，掌握负载运行时的等效电路、相量图、参数测定及求解电压变化率和效率，学

4、会分析变压器的运行性能。压变化率和效率，学会分析变压器的运行性能。3.熟悉三相变压器的联接组标号，并能根据绕组接线图判别其联接组标号或按照已知的联熟悉三相变压器的联接组标号，并能根据绕组接线图判别其联接组标号或按照已知的联接组标号画出绕组的接线图。接组标号画出绕组的接线图。4.了解自耦变压器、仪用互感器的结构特点、基本工作原理和使用注意事项。了解自耦变压器、仪用互感器的结构特点、基本工作原理和使用注意事项。Page 5电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 6本章教学基本要求本章教学基本要求1理解在不同运行状态下理解在不同运行状态下I0、I1和和I2等参数的物

5、理意义。等参数的物理意义。2变压器的基本方程、等效电路、相量图以及运行特性。变压器的基本方程、等效电路、相量图以及运行特性。3三相变压器的联接组标号。三相变压器的联接组标号。重点：重点： Page 6电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 7提问提问变压器是一种变换交流电的静止电气设备。变压器是一种变换交流电的静止电气设备。（注：本书以双绕组电力变压器为研究对象）（注：本书以双绕组电力变压器为研究对象）电力变压器的主要作用是变换电压。电力变压器的主要作用是变换电压。电力降压变压器电力降压变压器电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Pa

6、ge 8Page 81.11.1概述概述1.1.1变压器的用途与分类变压器的用途与分类 变压器按用途可分为输配电用的电力变压器，包括升、降压变压器等；变压器按用途可分为输配电用的电力变压器，包括升、降压变压器等； 供特殊电源用的特种变压器，包括电焊变压器、整流变压器、电炉变压器、中频变压供特殊电源用的特种变压器，包括电焊变压器、整流变压器、电炉变压器、中频变压器等；器等； 供测量用的仪用变压器，包括：电流互感器、电压互感器、自耦变压器（调压器）等供测量用的仪用变压器，包括：电流互感器、电压互感器、自耦变压器（调压器）等 用于自动控制系统的是小功率变压器；用于自动控制系统的是小功率变压器； 用于

7、通信系统的是阻抗变换器等等。用于通信系统的是阻抗变换器等等。 用途用途电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 9Page 91.11.1概述概述1.1.1变压器的用途与分类变压器的用途与分类 按铁心结构分类，变压器有心式和壳式两种。按铁心结构分类，变压器有心式和壳式两种。 分类分类 a）心式变压器）心式变压器 b）壳式变压器）壳式变压器图图1-1 心式变压器和壳式变压器心式变压器和壳式变压器电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 10Page 101.11.1概述概述1.1.1变压器的用途与分类变压器的用途与分类 变压器变压器

8、用用 途途输配电用的电输配电用的电力变压器力变压器供特殊电源用的供特殊电源用的特种变压器特种变压器供测量用的供测量用的 仪仪用变压器用变压器用于自动用于自动 控控制系统制系统用于通用于通 信信系统系统变压器变压器分分 类类升、降压升、降压 变变压器等压器等电焊变压器、整电焊变压器、整流变压器、电炉流变压器、电炉变压器、中频变变压器、中频变压器等压器等电流互感器、电电流互感器、电压互感器、自耦压互感器、自耦变压器（调压器变压器（调压器）等）等小小 功功 率率 变变压器等压器等阻抗变阻抗变 换换器等器等电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 11Page 111.

9、11.1概述概述1.1.2变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理 图图1-2所示为单相变压器基本工作原理示意图，在同一铁心上分别绕有匝数为所示为单相变压器基本工作原理示意图，在同一铁心上分别绕有匝数为N1和和N2的两的两个高、低压绕组，其中接电源的、从电网吸收电能的个高、低压绕组，其中接电源的、从电网吸收电能的AX绕组称为一次绕组，接负载的、向外绕组称为一次绕组，接负载的、向外电路输出电能的电路输出电能的ax绕组称为二次绕组。绕组称为二次绕组。 N1N2zLXAI1U1mE1I2E2U2ax 图图1-2 单相变压器基本工作示意图单相变压器基本工作示意图一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组电机与拖

10、动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 12Page 121.11.1概述概述1.1.2变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理 当一次绕组外加电压当一次绕组外加电压U1时，一次绕组就有电流时，一次绕组就有电流I1流过，并在铁心中产生与流过，并在铁心中产生与U1同频率的交变同频率的交变主磁通主磁通m，主磁通同时链绕一、二次绕组，根据电磁感应定律，会在一、二次绕组中产生感，主磁通同时链绕一、二次绕组，根据电磁感应定律，会在一、二次绕组中产生感应电动势应电动势E1、E2，二次侧在，二次侧在E2的作用下产生负载电流的作用下产生负载电流I2，向负载输出电能。，向负载输出电能。

11、 N1N2zLXAI1U1mE1I2E2U2ax 图图1-2 单相变压器基本工作示意图单相变压器基本工作示意图一次侧一次侧二次侧二次侧电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 13根据电磁感应定律则有：根据电磁感应定律则有：tNetNedddd2211式中式中k为变压器变比。为变压器变比。若忽略绕组内阻和漏磁通，一、二次绕组端电压近似为：若忽略绕组内阻和漏磁通，一、二次绕组端电压近似为：2211EUEUkNNEE2121kNNEEUU2121211.11.1概述概述1.1.2变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理 Page 13（1-1） （1-2） （1-4

12、） 电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 14变压器主要有：变压器主要有： 铁芯、绕组、油箱、铁芯、绕组、油箱、附件等组成。附件等组成。1.11.1概述概述1.1.3变压器主要结构变压器主要结构 Page 14电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 151.11.1概述概述1.1.3变压器主要结构变压器主要结构 铁心是变压器的磁路部分，由铁心柱（柱上套装绕组）、铁轭（连接铁心以形成闭合磁路铁心是变压器的磁路部分，由铁心柱（柱上套装绕组）、铁轭（连接铁心以形成闭合磁路）组成，为减小涡流和磁滞损耗，提高磁路导磁性，铁心通常采用厚

13、度为）组成，为减小涡流和磁滞损耗，提高磁路导磁性，铁心通常采用厚度为0.27mm 0.35mm的的硅钢片涂绝缘漆交错叠成，变压器硅钢片叠法如图硅钢片涂绝缘漆交错叠成，变压器硅钢片叠法如图1-4所示。所示。 铁心铁心 小型变压器铁心截面为矩形或方形，小型变压器铁心截面为矩形或方形，大型变压器铁心截面为阶梯形，这是为了大型变压器铁心截面为阶梯形，这是为了充分利用空间。充分利用空间。 奇奇数数层层偶偶数数层层a）单相）单相 b）三相）三相图图1-4 变压器硅钢片的叠法变压器硅钢片的叠法 Page 15电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 161.11.1概述概述1

14、.1.3变压器主要结构变压器主要结构 绕组是变压器的电路部分，采用铜或铝线绕制而成，一、二次绕组同心套在铁心柱上，为绕组是变压器的电路部分，采用铜或铝线绕制而成，一、二次绕组同心套在铁心柱上，为便于绝缘，一般低压绕组放置在内，高压绕组放置在外，但大容量的低压大电流变压器，考虑便于绝缘，一般低压绕组放置在内，高压绕组放置在外，但大容量的低压大电流变压器，考虑到引出线工艺困难，往往把低压绕组套在高压绕组的外面。到引出线工艺困难，往往把低压绕组套在高压绕组的外面。绕组绕组 器身是指铁心和绕组装在一起的整体。器身是指铁心和绕组装在一起的整体。 器身器身 油箱是装器身和变压器油的，为了便于散热，有的箱壁

15、上焊有散热管。变压器油的作用是油箱是装器身和变压器油的，为了便于散热，有的箱壁上焊有散热管。变压器油的作用是绝缘和冷却。绝缘和冷却。油箱油箱Page 16电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 171.11.1概述概述1.1.3变压器主要结构变压器主要结构 另外，有些场合不宜采用油浸式变压器时，常采用干式变压器，其主要部件是铁心和绕组另外，有些场合不宜采用油浸式变压器时，常采用干式变压器，其主要部件是铁心和绕组，干式与油浸式变压器的铁心和绕组结构基本相同，绕组多采用纱包绝缘扁铜导线绕制，为增，干式与油浸式变压器的铁心和绕组结构基本相同，绕组多采用纱包绝缘扁铜导

16、线绕制，为增强绝缘性能，绕组常采用浇注。强绝缘性能，绕组常采用浇注。 Page 17 10kV级级SC10型环氧树脂浇注干式变压器型环氧树脂浇注干式变压器 电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 18电力变压器电力变压器产品型号产品型号 SL7SL7315/10 315/10 产品编号产品编号 额定容量额定容量 315kV315kVA A 使用条件使用条件 户外式户外式额定电压额定电压 10000/400V 10000/400V 冷却条件冷却条件 ONANONAN额定电流额定电流 18.2/454.7A 18.2/454.7A 短路电压短路电压 4%4%额定频

17、率额定频率 50 Hz 50 Hz 器身吊重器身吊重 765kg765kg相相 数数 三相三相 油油 重重 380kg380kg联接组别联接组别 Yyno Yyno 总总 重重 1525kg1525kg制制 造造 厂厂 生产日期生产日期 电力变压器铭牌示意图电力变压器铭牌示意图1.11.1概述概述1.1.4变压器的铭牌数据和主要系列变压器的铭牌数据和主要系列 1变压器的铭牌数据变压器的铭牌数据 每台变压器都有一铭牌，其示意图如图每台变压器都有一铭牌，其示意图如图1-5所示，上面标注着型号、额定值及其它数据，所示，上面标注着型号、额定值及其它数据，便于用户了解变压器运行性能。便于用户了解变压器运

18、行性能。Page 18电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 19额定容量额定容量SN 额定容量是变压器额定工作条件下输出能力的保证值，指额定视在功率，单位：伏安额定容量是变压器额定工作条件下输出能力的保证值，指额定视在功率，单位：伏安(VA)或千伏安或千伏安(kVA)或兆伏安或兆伏安(MVA)。 一般容量在一般容量在630kVA以下的为小型电力变压器；以下的为小型电力变压器；8006300kVA的为中型电力变压器；的为中型电力变压器；800063000kVA为大型电力变为大型电力变压器；压器；90000kVA及以上的为特大型电力变压器。及以上的为特大型电力变

19、压器。 1.11.1概述概述1.1.4变压器的铭牌数据和主要系列变压器的铭牌数据和主要系列 1变压器的铭牌数据变压器的铭牌数据 Page 19电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 20额定电压额定电压U1N/U2N 额定电压均指线值电压。一次侧额定电压额定电压均指线值电压。一次侧额定电压U1N是指电源加在一次绕组上的额定电压；是指电源加在一次绕组上的额定电压；二次侧额定电压二次侧额定电压U2N是指一次侧加额定电压二次侧空载时二次绕组的端电压，单位：伏（是指一次侧加额定电压二次侧空载时二次绕组的端电压，单位：伏（V）或千伏（或千伏（kV）。）。 1.11.1概

20、述概述1.1.4变压器的铭牌数据和主要系列变压器的铭牌数据和主要系列 1变压器的铭牌数据变压器的铭牌数据 额定电流额定电流I1N/I2N 额定电流均指线值电流。一、二次侧额定电流是指在额定容量和额定电压时长期允许额定电流均指线值电流。一、二次侧额定电流是指在额定容量和额定电压时长期允许通过的电流，单位：安（通过的电流，单位：安（A）额定频率额定频率fN 额定频率指工业用电频率，我国规定为额定频率指工业用电频率，我国规定为50Hz。Page 20电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 21 变压器的额定容量、额定电压、额定电流之间的关系为：变压器的额定容量、额定

21、电压、额定电流之间的关系为：单相变压器：单相变压器：三相变压器：三相变压器：N2N2N1N1NIUIUSN2N2N1N1N33IUIUS1.11.1概述概述1.1.4变压器的铭牌数据和主要系列变压器的铭牌数据和主要系列 1变压器的铭牌数据变压器的铭牌数据 Page 21（1-5） （1-6）电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 22（1）型号说明）型号说明 变压器型号包括：基本代号、额定容量、额定电压及结构性能特点。变压器型号包括：基本代号、额定容量、额定电压及结构性能特点。例如型号为：例如型号为：SL7-630/10“S”代表代表三相三相“L”代表代表铝导

22、线铝导线“7”代表设计序代表设计序号号“630”代表额定容量代表额定容量为为630kVA“10”代表高压绕组代表高压绕组额定电压为额定电压为10kV。1.11.1概述概述1.1.4变压器的铭牌数据和主要系列变压器的铭牌数据和主要系列 2变压器的变压器的主要系列主要系列Page 22电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 23(2)主要系列主要系列 我国生产的各种变压器系列产品我国生产的各种变压器系列产品有：有：S7、SL7、S9、SC8等。其中等。其中SC8型为环氧树脂浇型为环氧树脂浇注干式变压器。注干式变压器。1.11.1概述概述1.1.4变压器的铭牌数据和

23、主要系列变压器的铭牌数据和主要系列 2变压器的变压器的主要系列主要系列Page 23电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 241.11.1概述概述1.1.4变压器的铭牌数据和主要系列变压器的铭牌数据和主要系列 【例题例题1-1】 A5115A10320003N1NN1.USIA82886A403200032NN2N.USI4144031032N1N./U/Uk注意：变压器的电压比是指一、二次侧相电压之比。注意：变压器的电压比是指一、二次侧相电压之比。 有一台三相电力变压器，已知：有一台三相电力变压器，已知：SN=2000kVA，U1N/U2N=10/0.4k

24、V，=50Hz，Yd11联接组联接组标号。试求：（标号。试求：（1）高、低压侧的额定电流；（）高、低压侧的额定电流；（2）电压比。）电压比。 （1 1）高、低压侧的额定电流）高、低压侧的额定电流 （2 2）电压比）电压比注意：变压器的电压比是指一、二次侧相电压之比。注意：变压器的电压比是指一、二次侧相电压之比。 Page 24电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 251.11.1概述概述1.1.4变压器的铭牌数据和主要系列变压器的铭牌数据和主要系列 【补充作业题补充作业题1】 注意：变压器的电压比是指一、二次侧相电压之比。注意：变压器的电压比是指一、二次侧相

25、电压之比。 有一台三相电力变压器，其型号为有一台三相电力变压器，其型号为S9-1000/10，已知，已知U1N/U2N=10/0.4kV，=50Hz，Yd11联联接组别。试求：（接组别。试求：（1）高、低压侧额定电流；（）高、低压侧额定电流；（2）变比。）变比。 Page 25电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 26 变压器空载运行也称无载变压器空载运行也称无载运行，它是指一次侧加电源电运行，它是指一次侧加电源电压，二次侧开路的运行状况。压，二次侧开路的运行状况。1u0i1.21.2单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1.2.1变压器空载运行时的磁场

26、变压器空载运行时的磁场 tNedd112022ddutNetNedd1s11s1s10riPage 26m010FNi图图1-6变压器空载运行原理图变压器空载运行原理图N1N2XAI0U1mE1I2=0E2U20axs1Es1电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 27 N1、N2分别为一、二次绕组匝分别为一、二次绕组匝数；数；U1为电源电压；为电源电压；I0为原边空载电为原边空载电流；流；m、s1分别为主磁通和漏磁通；分别为主磁通和漏磁通； E1、Es1、E2分别为一次侧感应电动分别为一次侧感应电动势、漏感电动势和二次侧感应电动势；势、漏感电动势和二次侧感应

27、电动势；U20为二次侧空载电压。为二次侧空载电压。1.21.2单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1.2.1变压器空载运行时的磁场变压器空载运行时的磁场 Page 27图图1-6变压器空载运行原理图变压器空载运行原理图N1N2XAI0U1mE1I2=0E2U20axs1Es1电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 28 漏磁通漏磁通s1只占主磁通的只占主磁通的(0.10.2)%，主，主磁通磁通m与与i0之间呈非线性关系，向二次侧传之间呈非线性关系，向二次侧传递能量；而漏磁通递能量；而漏磁通s1与与i0之间呈线性关系，之间呈线性关系，不能向二次侧传递能量。

28、不能向二次侧传递能量。m产生产生m0IIIFeI铁损电流铁损电流磁化电流磁化电流起励磁作用无功分起励磁作用无功分量量空载损耗、有功分量空载损耗、有功分量励磁电流励磁电流1.21.2单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1.2.1变压器空载运行时的磁场变压器空载运行时的磁场 N1N2XA I0U1mE1I2=0E2U20axs1Es1图图1-6变压器空载运行原理图变压器空载运行原理图Page 28主磁通主磁通漏磁通漏磁通电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 29问题：如何确定变压器各电磁量正方向？问题：如何确定变压器各电磁量正方向？1.21.2单相变压器的

29、空载运行单相变压器的空载运行 1.2.1变压器空载运行时的磁场变压器空载运行时的磁场 Page 29电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 30 规定各电磁量的正方向原则规定各电磁量的正方向原则为：一次绕组是电源的负载，则一次侧各量按电动机惯例；二次为：一次绕组是电源的负载，则一次侧各量按电动机惯例；二次绕组是电源，则二次侧各量按发电机惯例。具体规定如下：绕组是电源，则二次侧各量按发电机惯例。具体规定如下：1.由于由于u1是交流电，先任意规定是交流电，先任意规定1的正方向；的正方向；2.正方向的正方向的1确定了确定了0的正方向；的正方向；3.m、s1正方向与正

30、方向与0的正方向之间符合右手螺旋定则；的正方向之间符合右手螺旋定则；4.E1、Es1正方向分别与正方向分别与m、s1正方向之间符合右手螺旋定则；正方向之间符合右手螺旋定则；5.E2正方向与正方向与m正方向之间符合右手螺旋定则；正方向之间符合右手螺旋定则；6.E2正方向与正方向与2的正方向相反。的正方向相反。1.21.2单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1.2.2变压器各电磁量正方向变压器各电磁量正方向 Page 30电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 311.21.2单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1.2.2变压器各电磁量正方向变压器各电

31、磁量正方向 1U0ILZAXxa1N2N*1E2E20U02I1U0Im0Im1E2Em2E20U0IPage 31电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 32tsinm)90sin(cosd)sind(dd1mm1m111tEtNttNtNem1m1NE 电源电压为正弦交流量，则主磁通也是正弦交流量，设主磁通瞬时值为：电源电压为正弦交流量，则主磁通也是正弦交流量，设主磁通瞬时值为：式中：式中：根据电磁感应定律，一次侧感应电动势为：根据电磁感应定律，一次侧感应电动势为：1.21.2单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1.2.3空载运行时电压、电动势与主磁

32、通的关系空载运行时电压、电动势与主磁通的关系 1.电动势与主磁通的关系电动势与主磁通的关系Page 32（1-7）（1-9）（1-8）电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 33同理可得二次侧感应电动势为：同理可得二次侧感应电动势为： )90sin(cosdd2mm222tEtNtNem2m22m1m11444 j2j444 j2jfN.NEfN.NE用相量式表示为：用相量式表示为： 可见，感应电动势的大小与匝数和主磁通幅值成正比，相位滞后于主磁通相量可见，感应电动势的大小与匝数和主磁通幅值成正比，相位滞后于主磁通相量9090。1.21.2单相变压器的空载运行

33、单相变压器的空载运行 1.2.3空载运行时电压、电动势与主磁通的关系空载运行时电压、电动势与主磁通的关系 1.电动势与主磁通的关系电动势与主磁通的关系Page 33（1-10） （1-11） 电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 34 设忽略一次绕组内阻设忽略一次绕组内阻r1和一次侧漏磁通和一次侧漏磁通s1，则有：，则有： 220211EUUEUkNNEEUUUU212120121当当k1为降压变压器；为降压变压器；k1为升压变压器。为升压变压器。1.21.2单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1.2.3空载运行时电压、电动势与主磁通的关系空载运行时电

34、压、电动势与主磁通的关系 2.忽略绕组内阻和漏磁通时一、二次电压关系忽略绕组内阻和漏磁通时一、二次电压关系Page 34（1-12） （1-13） 图图1-6变压器空载运行原理图变压器空载运行原理图N1N2XAI0U1mE1I2=0E2U20axs1Es1电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 35忽略绕组内阻和漏磁通时空载运行相量图忽略绕组内阻和漏磁通时空载运行相量图m22m11444 j444 jfN.EfN.E22011EUEUFem0IIII1.21.2单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1.2.3空载运行时电压、电动势与主磁通的关系空载运行时电

35、压、电动势与主磁通的关系 2.忽略绕组内阻和漏磁通时一、二次电压关系忽略绕组内阻和漏磁通时一、二次电压关系*（励磁电流后面介绍）（励磁电流后面介绍）Page 35E2, ,U20E1-E1mIFeImI Fe 0图图1-9空载电流、主磁通空载电流、主磁通和感应电动势之间的相量关系和感应电动势之间的相量关系E2,U20E1U1,-E1m忽略r1,s1时变压器空载运行相量图电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 36 一次组内阻为一次组内阻为r1，当绕组内通过电流时会产生压降，当绕组内通过电流时会产生压降I0r1，同时考虑漏磁通的影响，一次侧电压方程为：，同时考虑

36、漏磁通的影响，一次侧电压方程为：式中，式中，s1为漏感电动势。为漏感电动势。 101s11rIEEU1.21.2单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1.2.3空载运行时电压、电动势与主磁通的关系空载运行时电压、电动势与主磁通的关系 3.考虑绕组内阻和漏磁通时的电压方程式考虑绕组内阻和漏磁通时的电压方程式N1N2XA I0U1mE1I2=0E2U20axs1Es1图图1-6变压器空载运行原理图变压器空载运行原理图Page 36 （1-14） 电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 37电感定义：电感定义：根据根据 代入电感定义式可得：代入电感定义式可得：

37、式中式中Ls1为一次绕组漏电感，由于漏磁路中变压器油和空气这为一次绕组漏电感，由于漏磁路中变压器油和空气这些非导磁物质，所以磁阻基本为常数，即漏磁路为线性磁些非导磁物质，所以磁阻基本为常数，即漏磁路为线性磁路，则漏电感也为常数。路，则漏电感也为常数。 tNedds111ss11s12jNE01s11s2INL010s1s11s1jj2jIxILNE1.21.2单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1.2.3空载运行时电压、电动势与主磁通的关系空载运行时电压、电动势与主磁通的关系 3.考虑绕组内阻和漏磁通时的电压方程式考虑绕组内阻和漏磁通时的电压方程式Page 37（1-15） （1-17）

38、 电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 38问题：根据电压方程式问题：根据电压方程式 如何画相量图呢？如何画相量图呢？式中式中x1= Ls1为一次绕组的漏电抗，它是一个常数。所以，为一次绕组的漏电抗，它是一个常数。所以，z1=r1+jx1为一次侧的漏阻抗，它也是个常数。为一次侧的漏阻抗，它也是个常数。101110110111)(zIEjxrIErIEEUs1.21.2单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1.2.3空载运行时电压、电动势与主磁通的关系空载运行时电压、电动势与主磁通的关系 3.考虑绕组内阻和漏磁通时的电压方程式考虑绕组内阻和漏磁通时的电压方

39、程式首先要搞清变压器的励磁电流。首先要搞清变压器的励磁电流。图图1-6变压器空载运行原理图变压器空载运行原理图N1N2XAI0U1mE1I2=0E2U20axs1Es1Page 38（1-18） 电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 39 由于电源电压由于电源电压1为正弦交流电，所以在单相变压器中为正弦交流电，所以在单相变压器中1和和m也是按正弦规律变化的。但变压器磁路是由铁磁材料也是按正弦规律变化的。但变压器磁路是由铁磁材料组成的，是非线性磁路。在非线性磁路中铁磁材料具有饱和组成的，是非线性磁路。在非线性磁路中铁磁材料具有饱和现象，所以当主磁通为正弦变化，

40、励磁电流应如何变化呢？现象，所以当主磁通为正弦变化，励磁电流应如何变化呢？1.21.2单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1.2.4变压器的励磁电流变压器的励磁电流 产生主磁通所需的电流称为励磁电流，用产生主磁通所需的电流称为励磁电流，用im表示，变压器表示，变压器空载时，铁心上只有一次绕组电流空载时，铁心上只有一次绕组电流i0所形成的励磁磁动势，所所形成的励磁磁动势，所以空载电流就是励磁电流，即以空载电流就是励磁电流，即i0=im。 Page 39电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 40 在交流磁路中由于磁滞和涡流的存在会产生铁心损耗，在一次绕组内

41、阻上会产生铜损在交流磁路中由于磁滞和涡流的存在会产生铁心损耗，在一次绕组内阻上会产生铜损耗，铁损和铜损之和即为变压器空载损耗。耗，铁损和铜损之和即为变压器空载损耗。变压器励磁电流：变压器励磁电流： 如果不考虑空载损耗时，变压器励磁电流如果不考虑空载损耗时，变压器励磁电流I0即为建立空载磁场的磁化电流即为建立空载磁场的磁化电流I，即有，即有 FemIII1.21.2单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1.2.4变压器的励磁电流变压器的励磁电流 1.不考虑空载损耗时的励磁电流不考虑空载损耗时的励磁电流mII 只起励磁作用，不消耗有功功率，它滞后只起励磁作用，不消耗有功功率，它滞后90，与主磁

42、通同方向。，与主磁通同方向。Page 40（1-19） 电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 41 一般变压器铁心工作在具有一定饱和程度的状态下，所一般变压器铁心工作在具有一定饱和程度的状态下，所以当电源电压为正弦波，感应电动势为正弦波，主磁通为正以当电源电压为正弦波，感应电动势为正弦波，主磁通为正弦波时，磁化电流为尖顶波，可通过平均磁化曲线弦波时，磁化电流为尖顶波，可通过平均磁化曲线 ( (i)和和主磁通曲线主磁通曲线 ( ( t)，画出磁化电流曲线画出磁化电流曲线i= ( ( t )，证明证明磁化电流为尖顶波。磁化电流为尖顶波。1.21.2单相变压器的空

43、载运行单相变压器的空载运行 1.2.4变压器的励磁电流变压器的励磁电流 1.不考虑空载损耗时的励磁电流不考虑空载损耗时的励磁电流Page 41电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 42正弦波感应正弦波感应电动势电动势正弦波正弦波主磁通主磁通正弦波正弦波磁化电流磁化电流尖顶波尖顶波磁化电流磁化电流需要需要需要需要磁路不饱和磁路不饱和磁路饱和时磁路饱和时1.21.2单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1.2.4变压器的励磁电流变压器的励磁电流 1.不考虑空载损耗时的励磁电流不考虑空载损耗时的励磁电流Page 42电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLAB

44、MATLAB仿真仿真Page 43 空载损耗中主要是铁损，铜损只占空载损耗的空载损耗中主要是铁损，铜损只占空载损耗的2%。考虑空载损耗时，变压器的。考虑空载损耗时，变压器的励磁电流励磁电流Im包含两个分量包含两个分量：一个是磁化电流：一个是磁化电流I起励磁作用，另一个是铁损电流起励磁作用，另一个是铁损电流IFe，是有，是有功分量，它与功分量，它与1同相位。励磁电流用相量表示为：同相位。励磁电流用相量表示为： 2Fe2mFemIIIIII1.21.2单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1.2.4变压器的励磁电流变压器的励磁电流 2.考虑空载损耗时的励磁电流考虑空载损耗时的励磁电流Page

45、43（1-19） 电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 441.2.5空载运行时的相量图与等效电路空载运行时的相量图与等效电路 114.44mEjfN 1U1Em1E220EU202UE0 因为空载功率因数很小，所以变压器空因为空载功率因数很小，所以变压器空载运行时从电源吸收很大的滞后性无功功率。载运行时从电源吸收很大的滞后性无功功率。IFeIFem0IIIIFe从相量图可知：从相量图可知： 与与( )同相位同相位 从电网吸收有功功从电网吸收有功功率率 供铁耗用；供铁耗用； 落后落后( )90 从电从电网吸收滞后性无功功率网吸收滞后性无功功率 建立磁场；建立

46、磁场；1E1EFeII1.21.2单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1.相量图相量图10rI10jxI)j(11011xrIEUFem0IIIIPage 44电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 45 一般电力变压器中，存一般电力变压器中，存在在I0r1E1，则，则11，在，在研究研究1和和1时，为了分析问时，为了分析问题方便，往往忽略题方便，往往忽略I0z1的影的影响。响。1.21.2单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 变压器空载运行相量图说明变压器空载运行相量图说明1.2.5空载运行时的相量图与等效电路空载运行时的相量图与等效电路 I0r1

47、jI0 x1U1E2, ,U20E1-E1 mIFeIm=I0I 0 Fe图图1-10变压器空载运行时的相量图变压器空载运行时的相量图Page 45电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 46 变压器中既有电路、磁路问题，又有电与磁之间相互联系问题。为了分析问题方便，变压器中既有电路、磁路问题，又有电与磁之间相互联系问题。为了分析问题方便，在不改变变压器电磁关系条件下，工程上常用一个线性电路来代替变压器这种复杂的电在不改变变压器电磁关系条件下，工程上常用一个线性电路来代替变压器这种复杂的电磁关系，这个线性电路就称为等效电路。磁关系，这个线性电路就称为等效电路。

48、1.21.2单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 2 .等效电路等效电路1.2.5空载运行时的相量图与等效电路空载运行时的相量图与等效电路 Page 46电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 47由一次侧由一次侧AX端看存在：端看存在： 其中其中zm称为励磁阻抗；称为励磁阻抗；rm称为励磁电阻，它表示铁心中的损耗；称为励磁电阻，它表示铁心中的损耗；xm称为励磁电抗，表称为励磁电抗，表示铁心中主磁通产生的电抗。示铁心中主磁通产生的电抗。zm、rm、xm统称为变压器的励磁参数。统称为变压器的励磁参数。 11010101010zzzIEIzIEIUzm1.21

49、.2单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 2 .等效电路等效电路1.2.5空载运行时的相量图与等效电路空载运行时的相量图与等效电路 mm01mjxrIEzN1N2XA I0U1mE1I2=0E2U20axs1Es1图图1-6变压器空载运行原理图变压器空载运行原理图 Page 47电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 48mm111m010jjxrxrzzIUzU1I0r1jx1AXE1rmjxm1.21.2单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 2 .等效电路等效电路1.2.5空载运行时的相量图与等效电路空载运行时的相量图与等效电路 N1N2XA I0

50、U1mE1I2=0E2U20axs1Es1Page 48电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 491.21.2单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1.2.5空载运行时的相量图与等效电路空载运行时的相量图与等效电路 U1I0r1jx1AXE1rmjxm图图1-11空载运行时的等效电路空载运行时的等效电路I0r1jI0 x1U1E2, ,U20E1-E1 mIFeIm=I0I 0 Fe图图1-10变压器空载运行时的相量图变压器空载运行时的相量图 Page 49电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 50 【例题例题1-2】

51、 注意：变压器的电压比是指一、二次侧相电压之比。注意：变压器的电压比是指一、二次侧相电压之比。 一台单相电力变压器，一台单相电力变压器，SN=10500kVA，U1N/U2N=35/6.6kV，=50Hz，铁心有效截面积，铁心有效截面积A=0.158m2，铁心磁密幅值，铁心磁密幅值Bm=1.415T。试求：（。试求：（1）高、低压绕组的每匝感应电动势；（）高、低压绕组的每匝感应电动势；（2）高、低压绕组的匝数和电压比；（高、低压绕组的匝数和电压比；（3）高、低压侧的额定电流。）高、低压侧的额定电流。 （1 1）高、低压绕组每匝感应电动势）高、低压绕组每匝感应电动势 （2 2）高、低压绕组的匝数

52、和电压比）高、低压绕组的匝数和电压比（3 3）高、低压侧的额定电流）高、低压侧的额定电流 1.21.2单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1.2.5空载运行时的相量图与等效电路空载运行时的相量图与等效电路 V6491580415150444444444mm.AfB.f.E670564910353N11.EUN113364910663N22.EUN351066103533N2N1.UUkA300A1035101050033N1NN1USIA1591A1066101050033N2NN2.USIPage 50电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 51 变压

53、器负载运行是指一次侧接变压器负载运行是指一次侧接电源，二次侧接负载电源，二次侧接负载zL时的工作状态。时的工作状态。1.31.3单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行 N1N2XA I1U1mE1I2E2U2axs1Es1s2zLEs2图图1-12变压器负载运行原理图变压器负载运行原理图 如下图如下图1-12所示，这时二次侧有负载电流所示，这时二次侧有负载电流I2通过，一次侧电流为通过，一次侧电流为I1，各量正方向，各量正方向规定与空载运行时相同。规定与空载运行时相同。Page 51电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 52LZ1I1UAX1E2Exa1N

54、2N2U2I*m1U1I2U2I1I2I1E2Em1Im2Im1.31.3单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行 Page 52电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 5311iu s11se111FNi2im0F tNedd1122ue 负载运行时的电磁关系示意图负载运行时的电磁关系示意图 1.31.3单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行 11ri222FNi22ris22seN1N2XA I1U1mE1I2E2U2axs1Es1s2zLEs2Page 53电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 54 空载运行到负载运

55、行的主磁通比较：空载运行到负载运行的主磁通比较：设空载运行主磁通为设空载运行主磁通为负载运行主磁通为负载运行主磁通为2I负载运行负载运行产生产生产生产生产生产生m0I产生产生变化为变化为2E变化变化1E变化变化m0I变为变为1I产生产生产生产生抵消抵消m2F影响影响忽略忽略11zImm引起引起NIF22111NIF0Im1Im产生产生1.3.1负载运行时的磁动势平衡方程负载运行时的磁动势平衡方程 1.31.3单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行 Page 54电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 55 从负载运行的电磁关系分析可知，由于二次侧出现了负载电

56、流从负载运行的电磁关系分析可知，由于二次侧出现了负载电流I2，在二次侧要产生磁，在二次侧要产生磁动势动势F2=I2N2，使主磁通发生变化，从而引起，使主磁通发生变化，从而引起E1、E2的变化，的变化，E1的变化又使一次侧从空载电的变化又使一次侧从空载电流流I0变化为负载电流变化为负载电流I1，产生的磁动势为，产生的磁动势为F1=I1N1，它一方面要建立主磁通，它一方面要建立主磁通m，另一方面要，另一方面要抵消抵消F2对主磁通的影响。对主磁通的影响。1.3.1负载运行时的磁动势平衡方程负载运行时的磁动势平衡方程 1.31.3单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行 分析分析 由于负载时的由于负载

57、时的I1z1很小，约占很小，约占6%U1N，忽略，忽略I1z1时有时有11，则可认为空载时主磁通，则可认为空载时主磁通与负载时主磁通近似相等。与负载时主磁通近似相等。Page 55电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 56磁动势方程式：磁动势方程式：将上式两边同除于将上式两边同除于N1，得：，得： 1.3.1负载运行时的磁动势平衡方程负载运行时的磁动势平衡方程 1.31.3单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行 )()(221m11201NININIFFF抵消二次侧磁动势抵消二次侧磁动势产生主磁通产生主磁通)()(2m212m1kIIINNIIPage 5

58、6（1-22） （1-23） 电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 57 负载时负载时一次侧负载电流由两部分组成一次侧负载电流由两部分组成：一部分是励磁分量：一部分是励磁分量m，用以产生负载时的主磁通，用以产生负载时的主磁通，它基本不随负载变化；另一部分是负载分量它基本不随负载变化；另一部分是负载分量2/k，用以抵消二次侧电流，用以抵消二次侧电流2对主磁通产生的影对主磁通产生的影响，它随负载变化而变化。响，它随负载变化而变化。 由于由于m1，忽略时，一、二次侧电流关系为：，忽略时，一、二次侧电流关系为：或用或用有效值有效值表示为：表示为： 上式表明，负载运行

59、时，一、二次侧电流与它们的匝数成反比，说明变压器在变电压的上式表明，负载运行时，一、二次侧电流与它们的匝数成反比，说明变压器在变电压的同时，也能变电流。同时，也能变电流。kII21kNNII11221)()(2m212m1kIIINNII1.3.1负载运行时的磁动势平衡方程负载运行时的磁动势平衡方程 1.31.3单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行 Page 57（1-25） 电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 58一次侧：一次侧：二次侧：二次侧：一、二次侧：一、二次侧：式中式中r2、x2、z2分别为二次绕组分别为二次绕组的内阻、漏电抗和漏阻抗，的内阻

60、、漏电抗和漏阻抗，zL 为负载阻抗。为负载阻抗。11111111)j(zIExrIEU22222222)j(zIExrIEUL2LL22)j(zIxrIU21EkE)(2m1k/IIImmmmm1)j(zIxrIE1.3.2负载运行时的基本方程负载运行时的基本方程 1.31.3单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行 N1N2XA I1U1mE1I2E2U2axs1Es1s2zLEs2Page 586个基本方程式个基本方程式电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 59 在对变压器进行定量计算时可用上述在对变压器进行定量计算时可用上述6个方程联立求个方程联立求