船舶电气设备及系统-大连海事大学第02章变压器ppt课件

1、船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 发电厂发电厂1.05万伏万伏输电线输电线22万伏万伏升压升压变电站变电站1万伏万伏降压降压实验室实验室380 / 220伏伏降压降压仪器仪器36伏伏降压降压变压器应用变压器应用船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室变压器的结构变压器的结构铁芯铁芯原边原边绕组绕组副边副边绕组绕组船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化

2、教研室轮机学院电气及自动化教研室a.心式变压器心式变压器b.壳式变压器壳式变压器三相变压器三相变压器船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 额定容量额定容量 传送功率的最大能力。（额定视在功率）传送功率的最大能力。（额定视在功率）NSNNNNNIUIUS2211（理想单相双绕组）（理想单相双绕组）变压器的铭牌数据变压器的铭牌数据NNNNNIUIUS112233（理想三相双绕组）（理想三相双绕组）船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 额定电压额定电压 变压器副边开路空载时，原、副边绕组允变压器副边开路空载时，原、副

3、边绕组允 许的电压值。许的电压值。NNUU21 、 额定电流额定电流 变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。NNII21 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室变压器几个功率的关系变压器几个功率的关系: :效率效率负载功负载功率因数率因数21PP 原边输入功率：原边输入功率：cos222IUP 输出功率：输出功率： NNNIUS11容量：容量：船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室容量容量 SN 输出功率输出功率 P2 原边输入功率原边输入功率 P1 输出功率输出功

4、率 P2注意：注意： 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室接上交流电源接上交流电源 u1 原边电流原边电流 i1等等 于励于励 磁电流磁电流 i10 i10 产生磁通产生磁通（交变）（交变）1u2e1i1e1N2N船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室dtdNedtdNe2211 产生感应电动势产生感应电动势（ e e 、 方向符合右手定则）方向符合右手定则）1u2e1i1e1N2N船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室mmNfENfE221144. 444. 4根据交流磁

5、路的分析可得：根据交流磁路的分析可得：10i1u20u2i1e2e202uu 02i时时 U1E1 , U2E2船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。uKKNNEEUU212121K为变比为变比,Ku变压比变压比船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 上述分析忽略了次要因素，作定量分析上述分析忽略了次要因素，作定量分析和计算时，还需考虑如下因素：和计算时，还需考虑如下因素：(1) 原副边绕组的导线电阻原副边绕组的导线电阻r1、r2引起的引起的压

6、降。由于其阻值较小，在要求不高压降。由于其阻值较小，在要求不高的场合，可忽略。的场合，可忽略。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室漏磁通的存在。主要穿过空漏磁通的存在。主要穿过空气等，其磁导率为常数。因气等，其磁导率为常数。因而，而，11与空载励磁电流与空载励磁电流I0I0成正比，其比例系数为漏磁成正比，其比例系数为漏磁电感电感L1L1，设其感抗为，设其感抗为X1X1，由于感应电势电流均为正弦由于感应电势电流均为正弦量，以相量表示为：量，以相量表示为：1：主磁通：主磁通：漏磁通：漏磁通u111e1ei011IjXE引入引入X1X1的目的，可把漏磁感应电

7、势的目的，可把漏磁感应电势E1E1用电抗压降得用电抗压降得形式在电路中反映出来。形式在电路中反映出来。iNL船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 铁心的磁滞和涡流损失。铁心的磁滞和涡流损失。为电流为电流I0I0在励磁过程中的在励磁过程中的一部份有功分量。一部份有功分量。E1E1用电用电压降的形式来表示：压降的形式来表示：1：主磁通：主磁通：漏磁通：漏磁通u111e1ei)(01mmjXrIEXm 励磁电抗，表征铁心磁化性能的集中参数励磁电抗，表征铁心磁化性能的集中参数rm 励磁电阻，反映磁滞和涡流引起的有功损耗励磁电阻，反映磁滞和涡流引起的有功损耗船舶

8、电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室由于铁磁材料的饱和特性，其磁导率不为常数，由于铁磁材料的饱和特性，其磁导率不为常数，因此因此XmXm、rmrm不是常数，随饱和程度的增大而减小。一不是常数，随饱和程度的增大而减小。一般情况下，原边电压基本恒定，可以认为般情况下，原边电压基本恒定，可以认为XmXm、rmrm的值的值基本不变。基本不变。综合上述因素，变压器原边的电压方程为：综合上述因素，变压器原边的电压方程为：)()(11101EErIU)(01010mmjXrIXIjrI船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室变压器励

9、磁阻抗，通常变压器励磁阻抗，通常Xm rm 故故Zm主要取决主要取决Xm。)()(0101mZIZIUmmmjXrZ111jXrZ原边绕组的漏阻抗，为一数值原边绕组的漏阻抗，为一数值较小的常数，若忽略则较小的常数，若忽略则E1U1船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室11e1e22e1i2i1u20uLZ原边接电源电压，原边接电源电压，副边接负载时，在副边接负载时，在副边感应电动势的副边感应电动势的作用下，副边绕组作用下，副边绕组中存在负载电流，中存在负载电流，负载电流随负载的负载电流随负载的变化而变化。此时变化而变化。此时称变压器为负载运称变压器为负载

10、运行。行。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室11e1e22e1i2i1u20uLZ变压器运行时，副边变压器运行时，副边电流也产生的磁势，电流也产生的磁势，并作用在同一铁心，并作用在同一铁心，因此在负载运行时，因此在负载运行时，铁心中的磁通由原边铁心中的磁通由原边磁势和副边磁势共同磁势和副边磁势共同产生。产生。 忽略次要因素，忽略次要因素，E1U1，当，当U1不变时，其铁心主磁不变时，其铁心主磁通通m近似为定值。近似为定值。102211NININI空载磁势空载磁势船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室11e1e2

11、2e1i2i1u20uLZ21201INNIII1由两部分组成；由两部分组成；1、维持主磁通的空载电流分量、维持主磁通的空载电流分量I02、(N2/N1)I2，随负载变化，用于抵消副边电流的去，随负载变化，用于抵消副边电流的去磁作用。当副边电流增大时，原边电流也随之增大，磁作用。当副边电流增大时，原边电流也随之增大，通过电磁作用，变压器把功率从原边传递到了副边。通过电磁作用，变压器把功率从原边传递到了副边。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室11e1e22e1i2i1u20uLZ1r2rLZ1X2X1U1E2E1I2I2U综合变压器负载运行的物理过程，

12、可得出变压器负载运行时的一组基本方程及相应的原副边绕组的等效电路。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室)()()(1111111111EXIjrIEErIU)(01mmjXrIE2222222222rIXIjErIEEULZIU22102211NININIKNNEE2121船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 虽然方程组和等效电路综合反映了变压器负载运行时内部的电磁关系。 但是，由于变压器原副边之间没有直接电的联系，因而等效电路是两个独立的电回路，它们之间的各个量是通过磁势平衡方程式联系起来的，这给分析、计算带

13、来了不便。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 变压器的折算就是在保证变压器中磁势平衡关系、能量传递等物理过程不变的前提下对副边各个量进行等效变换(也可将原边各个量变换到副边)到原边，便于分析计算。LZ1r2r1X2X1U21EE1I2I2U0ImrmX22KEE 22KUU 221IKI 222rKr 222XKX LLZKZ2船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室LZkrkX1U1I2U1r2r1X2X1U21EE1I2I2U0ImrmX当I1I0，一般情况下可以忽略I0，即可认为Zm为无穷大而开路，可化为右

14、图。利用该电路进行变压器的运行分析、计算将显得简便和直观。 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室变压器的效率变压器的效率 由于变压器中无转动部分，在能量传递由于变压器中无转动部分，在能量传递过程中的损耗主要为铜损和铁损两部分，过程中的损耗主要为铜损和铁损两部分，一般效率都很高，大多数在一般效率都很高，大多数在95%95%以上，大以上，大型变压器的效率可达型变压器的效率可达9999以上。以上。 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室变压器的外特性变压器的外特性原边加额定电压，原边加额定电压，副边负载功率因数副边负载

15、功率因数cos2cos2一定时，副一定时，副边端电压随负载电边端电压随负载电流变化的关系，即流变化的关系，即U2=(I2) U2=(I2) 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室电压变化率电压变化率%100%222NNUUUU变压器的电压变化率一般很小，为变压器的电压变化率一般很小，为4%4%6%6%左右。左右。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室变压器的短路电压及短路阻抗变压器的短路电压及短路阻抗 22121KKKNKKNKKrzXIUzIPr短路阻抗可通过变压器的短路试验测得短路阻抗可通过变压器的短路试验测得

16、 副边绕组短接，原边绕组副边绕组短接，原边绕组加电压，由零逐渐升高，加电压，由零逐渐升高，直到绕组中的电流达到额直到绕组中的电流达到额定值为止定值为止( (副边电流也达额副边电流也达额定值定值) )。测量各量。测量各量。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 Uk为试验中电流达额定值时原边电压值，称为试验中电流达额定值时原边电压值，称为短路电压。变压器的短路电压是衡量变压器为短路电压。变压器的短路电压是衡量变压器短路特性的一个重要参数。短路特性的一个重要参数。 从运行性能方面考虑，要求短路电压小些，即从运行性能方面考虑，要求短路电压小些，即断路阻抗小，其

17、变压器的电压变化率就小；断路阻抗小，其变压器的电压变化率就小； 但从限制变压器短路电流的角度，希望短路电但从限制变压器短路电流的角度，希望短路电压大，可使变压器在意外短路时，短路电路小。压大，可使变压器在意外短路时，短路电路小。一般为一般为5%-10%U1N。 在变压器并联运行时，为保证各个变压器之间在变压器并联运行时，为保证各个变压器之间不形成环流以及负载合理分配，要求各台变压不形成环流以及负载合理分配，要求各台变压器的短路电压和短路阻抗的相对值相等。器的短路电压和短路阻抗的相对值相等。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室变压器的变流作用及阻抗变换作

18、用变压器的变流作用及阻抗变换作用 变流原理变流原理 结论：原、副边电流与匝数成反比结论：原、副边电流与匝数成反比由于变压器本身功率损耗很小由于变压器本身功率损耗很小, ,原、副边的伏原、副边的伏安功率近似相等。即：安功率近似相等。即：U1I1U2I2U1I1U2I2iKKNNUUII1121221K为变比为变比,Ki变流比变流比船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室变压器的变流作用及阻抗变换作用变压器的变流作用及阻抗变换作用 阻抗变换原理阻抗变换原理 1i1u2u2iLZ1N2N22IUZL从原边等效：从原边等效：22222211KZKIUKIKUIUZ

19、LL船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室LLZKZ2结论：变压器原边的等效负载，为副结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。边所带负载乘以变比的平方。 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室变压器的基本变换功能：变压器的基本变换功能：变阻抗：电子电路中的阻抗匹配变阻抗：电子电路中的阻抗匹配 （如喇叭的输出变压器）（如喇叭的输出变压器） 变电压：电力系统变电压：电力系统 变电流：电流互感器变电流：电流互感器 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室2.3.1

20、2.3.1 三相电压的变换三相电压的变换 三相组合变压器三相组合变压器 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室三相变压器三相变压器 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室“V“V形联接的三相变压器形联接的三相变压器 采用三台单相变压器接采用三台单相变压器接成成/ /连接的三相变连接的三相变压器组。压器组。 当其中某一当其中某一台变压器出现故障或需台变压器出现故障或需要检修时要检修时, , 可将剩下两可将剩下两台变压器构成开口三角台变压器构成开口三角形形( (即即V/V)V/V)连接连接, , 仍可仍可继续向三相负载

21、供电。继续向三相负载供电。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室供给对称三相负载的容许容量为供给对称三相负载的容许容量为nnVLIUS223变压器的利用系数为变压器的利用系数为866. 023232222nnnnVnVLIUIUSSnnVnIUS222两台变压器的额定容量为两台变压器的额定容量为%5831332222nnnnVLIUIUSS最大容许供电容量是最大容许供电容量是/ /额定容量的额定容量的5858船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室（a）（b）（c）2.3.2 2.3.2 变压器原、副边绕组的同名端变

22、压器原、副边绕组的同名端 瞬时极性船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室同极性端标记同极性端标记“ ”船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室同极性端的测定方法同极性端的测定方法船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室同极性端的测定方法同极性端的测定方法船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室1） 交流法交流法AXaxu把两个线圈的任意两端把两个线圈的任意两端 (X - x)连接连接,然后在然后在 AX 上加一小电压上加一小电压 u 。Aaa

23、xAXUUU、丈量：丈量：船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室AXaxu说明说明 A 与与 a 或或 X 与与 x 为同为同 极性端。极性端。 说明说明 A 与与 x 或或 X 与与 a 是同是同 极性端；极性端；axAXAaUUU假假设设axAXAaUUU假假设设船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室2直流法直流法船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室设设K闭合时闭合时 增加。感应电流产生的增加。感应电流产生的,阻止阻止 的增加。的增加。如果当如果当 K 闭合时，闭合时，

24、mA 表正偏，那么表正偏，那么 Aa 为同极性端为同极性端;如果当如果当 K 闭合时，闭合时，mA 表反偏，那么表反偏，那么 Ax 为同极性端为同极性端船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室三相变压器三相变压器( (或组或组) )的三相原、副绕组均可分的三相原、副绕组均可分别连接成星形或三角形别连接成星形或三角形, , 共有共有4 4 种基本连接种基本连接形式形式: :/ /、/ /、/ /和和/ / 。我国。我国只采用只采用/ /和和/ /两种标准形式。两种标准形式。2.2.3 2.2.3 三相变压器的联接组别三相变压器的联接组别 三相变压器的联接三相

25、变压器的联接船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室Y/YY/Y连接的三相变压器连接的三相变压器船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室3031200111.UUUUUUBAAB3031200222.UUUUUUbaabkUUUUabAB2133Y/YY/Y连接的三相变压器连接的三相变压器.AU.BU.CU.aU.bU.cU.bU.ABU船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室/ /连接的三相变压器连接的三相变压器船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自

26、动化教研室3031200111.UUUUUUBAAB6012022.UUUUbabkUUUUabAB3321/ /连接的三相变压器连接的三相变压器.AU.BU.CU.aU.bU.cU.bU.ABU.ABU.BCU.CAU船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室三相变压器的联接组别三相变压器的联接组别 在单相变压器中，如果把原边或副边绕组的首尾端对在单相变压器中，如果把原边或副边绕组的首尾端对调调( (或改变其中一个绕组的绕向或改变其中一个绕组的绕向) )，即改变其同名端的，即改变其同名端的连接，这样在以原边电压为参考相量的情况下，副边连接，这样在以原边电压

27、为参考相量的情况下，副边电压将与原来反相，即旋转电压将与原来反相，即旋转180180。 11e1e22e1i2i1u20uLZ船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室三相变压器的联接组别三相变压器的联接组别 在三相绕组进行联接时可分为星形或在三相绕组进行联接时可分为星形或三角形两种不同接法，因而，对于三三角形两种不同接法，因而，对于三相变压器以及三相组合变压器，由于相变压器以及三相组合变压器，由于首尾端的标志不同和原、副边绕组星首尾端的标志不同和原、副边绕组星形、三角形接法的不同，使得三相变形、三角形接法的不同，使得三相变压器原、副边对应相产生各种不同的压

28、器原、副边对应相产生各种不同的相位差，形成了三相变压器的各种不相位差，形成了三相变压器的各种不同联接组别分别以相应的符号表示。同联接组别分别以相应的符号表示。 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室比如比如Yy0Yy0、Dyn11Dyn11、YNd5YNd5、YNy0YNy0联接等等。符号中大联接等等。符号中大小写字母小写字母Y Y、D Dy y、d d分别表示高低压侧三分别表示高低压侧三相绕组的星形或三角形连相绕组的星形或三角形连接，接，N Nn n表示星形连接表示星形连接有中性线；后续数字有中性线；后续数字0 0、5 5、1111等则表示当高压侧等则

29、表示当高压侧A A相相电压相量指向时钟位置电压相量指向时钟位置1212点时，低压侧对应相电压点时，低压侧对应相电压相量所指的时钟位置。相量所指的时钟位置。图所示为图所示为Dy11Dy11和和YNd5YNd5两种连接组两种连接组别的接线以及对应的向量图。别的接线以及对应的向量图。 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室2.3.2 2.3.2 自耦变压器及仪用互感器自耦变压器及仪用互感器 KNNfNfNEEUUmm2121212144. 444. 4KNNUU21212211UIUIKNNII11221船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机

30、学院电气及自动化教研室使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。作的。注意：注意：原、副边千万不能对调使用，以防变压器损坏。原、副边千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为因为N N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。变小时，磁通增大，电流会迅速增加。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室1) 1) 电压互感器电压互感器2.3.2 2.3.2 仪用互感器仪用互感器使用目的使用目的: (1): (1)扩大测量仪表的量程扩大测量仪表的量程; ; (2) (2)使测量仪表与高压电路绝缘隔离。使测量仪表与高压电路绝缘隔离。电压互感器高压侧电压互感器高压侧的额定电压有多种的额定电压有多种不同规格，而低压不同规格，而低压侧一般均为侧一般均为10