机械工业出版社-电机学(变压器部分)

1、电电 机机 学学国产国产200MW200MW汽轮发电机汽轮发电机 国产国产330MW330MW汽轮发电机定子汽轮发电机定子国产国产330MW330MW汽轮发电机定子铁心汽轮发电机定子铁心现场运行的水轮发电机现场运行的水轮发电机连接发电机与电网的升压变压器连接发电机与电网的升压变压器( (检修中检修中) )与电网相连与电网相连的高压出线端的高压出线端配电变压器配电变压器实验室小型变压器实验室小型变压器40MVA 500kV 40MVA 500kV 超高压变压器超高压变压器各行业广泛使用的鼠笼异步电动机各行业广泛使用的鼠笼异步电动机电磁调速电动机电磁调速电动机新型稀土永磁节能电机新型稀土永磁节能电

2、机变频调速专用电机变频调速专用电机高速异步电机高速异步电机用于电动汽车的永磁无刷直流电机用于电动汽车的永磁无刷直流电机 心式变压器心式变压器 壳式变压器壳式变压器心式变压器心式变压器壳式变压器平面示意图壳式变压器平面示意图定子铁心定子铁心定子绕组定子绕组转子铁心转子铁心转子绕组转子绕组机械端口机械端口转子转子定子绕组定子绕组定子铁心定子铁心电端口电端口ABC磁磁场场电能电能电能电能电能电能电能电能B7041000H2FeFeIHrH0BH002IHrFelH dli123()iii Hliill1i2i3i4iHdl螺管线圈线圈螺管线圈线圈HlNiNi1liFNiHlF 单线圈铁心磁路单线圈铁

3、心磁路FNiHl1l2li 带气隙的铁心磁路带气隙的铁心磁路 Fe FeFNiH lHFe FeH lH1N2N1i2i1 12 2FN iN iHl 多线圈铁心磁路多线圈铁心磁路BA mFRFeFeBlNiFlA BH1limFelRA1FemmARlmFRFeFeBlNiFlA mF /A Wb/Wb A0FemFemFelFRRAAmFeRmRmRmFeR2mN imF Li2mLNN22mAXLNNlmf2NXFe0.6 0.6 铁磁材料及其特性铁磁材料及其特性Fe000(2000 6000)Fe40410/H mBH0()Bf H0BH()Fef Habc/FeB HFeBBHBBH

4、0mBmHmBmHcHB0.6.3 0.6.3 铁磁材料具有磁滞特性铁磁材料具有磁滞特性BH0mBmHmBmHcHBfV思考：如何尽量减小涡流损耗？思考：如何尽量减小涡流损耗？215050FemfPPBG1.2 1.6硅钢俗称矽钢片或硅钢片，是电力、电子和硅钢俗称矽钢片或硅钢片，是电力、电子和军事工业不可缺少的含碳极低的硅铁软磁合军事工业不可缺少的含碳极低的硅铁软磁合金，亦是产量最大的金属功能材料，其产量金，亦是产量最大的金属功能材料，其产量约占世界钢材产量的约占世界钢材产量的1%，它是含硅，它是含硅0.8-4.8的硅铁合金，经热、冷轧成厚度在的硅铁合金，经热、冷轧成厚度在1mm以下的硅钢薄板

5、。加入硅可提高铁的以下的硅钢薄板。加入硅可提高铁的电阻率和最大磁导率电阻率和最大磁导率,降低矫顽力、铁芯损降低矫顽力、铁芯损耗（铁损）和磁时效，主要用作各种电机、耗（铁损）和磁时效，主要用作各种电机、发电机和变压器的铁芯。发电机和变压器的铁芯。与冷轧无取向硅钢相比，取向硅钢要比无取与冷轧无取向硅钢相比，取向硅钢要比无取向硅钢铁损低很多，磁性具有强烈的方向性向硅钢铁损低很多，磁性具有强烈的方向性；在易磁化的轧制方向上具有优越的高磁导；在易磁化的轧制方向上具有优越的高磁导率与低损冷轧无取向硅钢片最主要的用途是率与低损冷轧无取向硅钢片最主要的用途是用于发电机制造，故又称冷轧电机硅钢。冷用于发电机制造

6、，故又称冷轧电机硅钢。冷轧取向硅钢带最主要的用途是用于变压器制轧取向硅钢带最主要的用途是用于变压器制造，所以又称冷轧变压器硅钢耗特性。造，所以又称冷轧变压器硅钢耗特性。变压器的主要结构部件变压器的主要结构部件（2 2）二次绕组（副绕组）负载侧）二次绕组（副绕组）负载侧（3 3）变压器铁心）变压器铁心 磁路部分磁路部分（1 1）一次绕组（原绕组）电源侧）一次绕组（原绕组）电源侧变压器的主要结构部件变压器的主要结构部件变压器的主要结构部件变压器的主要结构部件同心式绕组同心式绕组高压高压低压低压高压高压低压低压高压高压低压低压高压高压低压低压交叠式绕组交叠式绕组2IAX1U1E1E1I1mxa2E2

7、U2I22E1U&1I&2I1E&2E&m&m&1I&2U&2I2E1E12绪论部分绪论部分AX1U1E1E10I1mxa2E20U1N2N1U10I01 10FN Im1E2E11E20U1011UI R与m1(0.1%0.2%)mm101 10fN i1sinmt 111sin(90 )mdeNNtdt 11114.4422mmmENEfN224.44mEjfN 114.44mEjfN 11101110101102NIEjj L IjI XI 111114.442NEjjfN 11111sin(90 )deNNtdt 1110

8、11110111ddUI REEI RNNdtdt2022dUENdt 11011110110111UI REEI RjI XEE 202UE1112220ENUkENU10miiiFeimimFeiiiiFeiFeI1EmFeIII11dieLdt 11Ej L IjI X X1FeFeEI R FeR2FeFeFepI R1UmI1E1R1jXIFeIFeRX1UmI1E1R1jXmRmjXmZ1()mmmmmEI ZIRjX mmmZRjXmRmjX()FemmmFeRjXZRjXRjX1U10()mII1E1R1jXmRmjXmmI1E2EFeII1E1U1mI R1mjI X1N2I

9、AX1U1E1E11()mLIII1mxa2E2U2I22E2NLZ1U1I11 1FN Im1E2E11E222UI R与平衡111UI R与平衡2I222FN ImF22ELZ12mFFF1 1221 mN IN IN I1 1220LN IN I11mLIII1LI1 1LN I2I22N I2222222222NIEjj L IjI XI 222224.442NEjjfN 22222sin(90 )deNNtdt 11111111()UI RjXEI ZE22222222()EI RjXUI ZU1111UI ZE ，2222EI ZU ，12EkE1 1221mN IN IN I ，

10、1mmEI Z 22N I221 2N IN I221 2N IN I222211NIIINk22214.444.44mEEjfNjfN12222NEEkEN222222I RI R22222222IRRk RI22222222IXXk XI22222LLLIZZk ZI2222()kUk EI Z=2222222221kUkEI k ZEI ZUkk1111UI ZE ，2222EI ZU,12mIII ，12mmEEI Z 1U1I2I1E1R1jXmRmjX2R2jXmI2U2U2E1U1I1R1jX2jX2R2I1E1EmRmjXmILZ1U1I2U2I1N2N12m1U1I2U2I1

11、N2Nm2E1E1R1jXmRmjX2R2jX1LI1U1I2U2I1N1N2E1E1R1jXmRmjX2R2jX2ImI1U1I2U2I2E1E1R1jXmRmjX2R2jXmI1U1I2U2I12kRRRmRmjXmI12kjXjXjX1U12II 2UkRkjXkkkZRjXkjXkR2U2I222I R22jI X12EEmI1I2I1E11I R11jI X1m1U1111UEI Z 2222EUI Z 22LUI Z 1214.44 NmEEjf 1/mmIEZ 12mIII 2U2I2coskmZkFepkFepmZ11NUU10I0P1011(0.002 0.01)NmIIZZ

12、110NmUZI22101100mFeI RI RPp0210mPRI22mmmXZRkmZFep110020UIPU、 、120NUkUkNPkNPkZkZkU1kNIIkkNPp1kNmUUp Fe比正常运行小很多很小1kkNUZI21kNkNPRI22kkkXZR75234.575234.5KkCRR7522575225KkCRR227575kkCkCZRX kCuPp1212kRRR1212kXXXkU1kNII112kEU1R1jX2R2jXkru*kZku*kRkau*kXkkNkkkkkNNNNNZZI ZUZUuUZUUIAiBiABC0ABC 13t0018003600003

13、A3B3C1A1B1C01800360ttt0333cos3(120 )cos3BBtt 0333cos3(240 )cos3CCtt 333cos3cos3AAtt ABC1A3A1B3B3C1C0Ai0Bi0Ci3A3B3CABCXYZyzabCxabCxyzABCXYZm0itt0i00( )i t( ) t05i07i0i03i01i0it01i03i0i00103050103iiiiii030300303030030303sin3sin3(120 )sin3sin3(240 )sin3AmBmmCmmiItiItItiItItt0i0t0i13绕组接法决定绕组接法决定磁路饱和决定磁路

14、饱和决定数学分解数学分解0i133e1eett00ee1e133e由于由于 很弱，很弱， 也很小也很小 接近正弦。接近正弦。33e13eee1800KVA1800KVA及以下容量的变压器可采用此接法。及以下容量的变压器可采用此接法。一次一次23e23i23e0()i 正弦波()平顶波1()正弦波3()正弦波绕组绕组1()e正弦波13()e正弦波23()e正弦波23i23相互削弱相互削弱励磁电流励磁电流三次谐波三次谐波主磁通主磁通三次谐波三次谐波相电动势相电动势应用应用YyYy心式心式无无弱弱( (走漏磁路走漏磁路) )正弦正弦1800KVA1800KVA以上不用以上不用YyYy组式组式无无 强

15、强( (走主磁路走主磁路) )尖峰尖峰不用不用YNyYNy有有( (经中线经中线) )无无正弦正弦可用可用YynYyn有有( (经中线经中线) )无无正弦正弦可用可用Yd (Dy)Yd (Dy)有有( (中有中有) )可略去可略去接近正弦接近正弦可用可用AUaUAXaxAUaUAXaxAUaUAXaxAUaUAUaU0II0IIXxAaAUaU6IIAUaUAXaxAUaU6IIAUaUAXaxAXax0()XYZxyz、abCxyzABCXYZAUaU*ABCabC0ABUabUBCUbcUCAUcaUoa OA OA oa OA oa ABUabUabAUbUCABCCABCab0ABUa

16、bUabCxyzABCXYZAUaUcbaCBA0AUaUabcxyzaCxyzABCXYZAUcUbbABCaC0abCxyzaUAUbABCaC0aCxyzaUAUbaCxyzABCXYZAUaUb=该物理量的实际值标幺值该物理量的基准值1U*1U1111NbNNUZZI2222NbNNUZZI有功、无功或容量线电压相电压线电流相电流电阻、电抗或阻抗NSNS1NU2NU1NU2NU1NI2NI1NI2NI111NNNUZI222NNNUZI2*22222211122NNNNRk RRRRRZZZZk*33llNNNUUUUUUUU*cos33cos3llNNNU IU IPPPSSS*2*

17、kkNkkkNNNkNNNkkkNNNNZZ IUZUZUUZ IIIZSSUISS*0.040.14kZ *00.0020.01I *111NIII*11I *11I *11I 20000NSkVA50Hz1212711NNUUkVkV015 C试验名称电压电流功率备注开路试验短路试验11kV9.24kV45.5A157.5A47kW129kW电压加在低压侧电压加在高压侧12XX01(75)3.9CR1120000157.5127NNNSIAU22200001818.211NNNSIAU1212711.54511NNUkU32222()20322220()22202222311221111

18、1011.5453222345.547 1011.545302645.5322233026320819240129 1058.675.2157.5157.5mmmmmmmkkkkkkUZk ZkIPRk RkIXZRUPZRIIX低压低压222258.675.258.44kkkZR075 C000(75)2222(75)(75)234.5755.26.451234.5156.45158.4458.79kCkkCkCRZRX00001(75)2(75)(75)1(75)123.92.551129.223026320812CCkCCkmmRRRRXXXRX1U1I2U2I01(75)3.9CR12

19、9.22jXj3026mR 32081mjXj229.22jXjmI02(75)2.551CR33333311112()*22()*2112()*21818.2 241.7639.9611 1018157.5 32223127 10157.5 3026127 10157.5 3218.2 22.73.75211 101818.2 240.081127 10711 10NmmNNmmNNmmNNmNNmNNmNIZUIRUIZZUIIXRRUIXXUU低压低压低压39.7900300331(75)*(75)11(75)*(75)1*11157.5 58.790.0729127 10157.5 6

20、.4510.008127 10157.5 58.440.0725127 10NkCkCNNkCkCNNkkNIZZUIRRUIXXU*11I *kZ3333*22*2229.24 100.0727127 10129 100.0064520000 100.07270.006450.0725kkkkkkkkkkkUZUIPRPIXZR*kR0*(75)kCR00*(75)(75)0.0080.0729kCkCRZ1000NSkVA12106.3NNUUkVkV04.9PkW15kPkW075 C11100057.73533 10NNNSIAU03111013022102222311111132(7

21、5)110 10200035%35%57.7354.9 1019633(5%57.735)200019619905.5%5.5% 10 105.53357.73515 1033 57NNmNmmmmkkNkkNNkkCNUUZIIPRIXZRUUUZIIIPRI022222(75)1.5.7355.51.55.29kkkCXZR311110 101003357.735NbNUZI00*1*11*1(75)*(75)1120002010019619901.9619.91001005.50.0551001.55.290.0150.0529100100mmbmmmmbbkkbkCkkkCbbZZZR

22、XRXZZZZZRXRXZZ00*001*2*22101010*2*222*1*2(75)11*2*222(75)14.9201.960.051000 0.05201.9619.90.055150.0550.0151110000.0550.0150.0529NmmmmmkkkNkkkCkkNkkkCPP SUZRIIIXZRUPP SPZRIISXZR1.000.750500.25*2U*2I2cos0.8()超前2cos12cos0.8()滞后0.250500.751.00011222,cos,()NUUUf I常数2022212221100%100%100%NNNNNUUUUUUuUUU

23、*2211uUU u1NU2NU2NU2U22()NUU2NU2U*121NkUUI Z *1221NUUABABU uAB 12*12II K*2U*11NU*1kI R*1kjI X2ABCD*1NU*2U*LZ*12II *kR*kjX*12*122*22cos() 100%(coscossinsin) 100%(cossin) 100%kkkkkkkuABI ZI ZIRX 22U2I2020kkZu*kZ*121IIIu2 2.5% *Iu2FepCup22CukpmI RmkR2mB21U11NUU22FeCuFekppppmI R 21PP21PPP 11PPP2202222*2

24、2022222220220cos1coscos1cosFekFekNFekkNNkNmU IpmI RmU IpmI RS IpmI RpPSPP *12III11NUUcos( )f0ddmaxFeCuppNmax0FepP2CukNpP000.20.40.60.81020406080100Load factor BataEfficiency Yeta %The Efficiency of Transformer20000NSkVA047PkW0*(75)0.008kCR*0.0725kX 0(75)160kNCPkW2cos0.8*22(cossin) 100%(0.008 0.80.07

25、25 0.6) 100%4.99%NNkkuIRX202201cos47 16010.98798.7%20000 0.847 160NkNNNNNkNpPSPP *0470.542160mmkNPIP0max2021cos22 4710.989298.92%0.542 20000 0.82 47mNpSP ACBBBCc2c1b2b1a2a1AA111UUUkk1U1UcI2U2U1U2U负负载载AXaxk1k2U1I1I2I2I2I1)1)刀闸刀闸 和和 都断开：都断开：k1k112202011UUUUUUUkk112020UUUUkk2121211222kkZZZZk ZZZZZZk11C

26、kkUUIZZ2)2)刀闸刀闸 闭合，产生环流：闭合，产生环流：k1U1UcI2U2U1U2U负负载载AXaxk1k2U1I1I2I2I2I3)3)刀闸刀闸 闭合，副边端电压变化不大，循环电流和空载运行闭合，副边端电压变化不大，循环电流和空载运行时差不多一样大。时差不多一样大。1k负载时各二次电流负载分量分别为负载时各二次电流负载分量分别为 和和 ，则各二次电流，则各二次电流为：为：LILI22LCLCIIIIII因为因为 ，该变压器负，该变压器负荷加重，实际可输出容量荷加重，实际可输出容量减小。减小。2LII结论：要求变比结论：要求变比 相差小于相差小于0.5%0.5%k1U1UcI2U2U

27、1U2U负负载载AXaxk1k2U1I1I2I2I2I2UA(a)A(a)B B2NU2NU1NU222*2*2sin150.5185.18NNCkkUUUUIZZ*0.1kkZZ1UkZkZ2U2I2LII2LIILZ2222,kkkkkkZZIIIIZZZZ22kkIZIZ2222kkkkZZIIIZIZ11kkkkkkXXtgtgRR2222222222*2*2*22()()kkkkNNNkkNNNkkZIZIUIIIIZZIUZIIZIZIIZ*2*2kkZIIZ*22()II*kkZZ*:NNNkkkSSSIIISSSZZZ111:kkkIIIZZZ2*111NkNkSZUZLSSS

28、S2*11113(= ) 33NNNNkkkkNNNUUUUYZZZZSSI接 ：5000NSkVA6300NSkVA*0.07kZ*0.075kZ1I2I3I113322N N1 1N N2 2N N3 3m1223311122331 1223 30mN IN IN IF111112222233333EjI XEjI XEjI X 、 、 123EEE 、 、2122131331EjI XEjI X 、 1211232332EjI XEjI X 、 1311323223EjI XEjI X 、 212I11223321E21E2I2121221EjI X 2121,XM1 212112212

29、NMN Ni2222221123322UI RjI XjI XjI XE+3333331132233UI RjI XjI XjI XE+11111121311111112213311UI RjI XEEEI RjI XjI XjI XE+1U2U3U111222NUkNU222333NUkNU111333NUkNU2233121311,IIIIkk21223133,Uk UUk U22221222331333,XkXXkX121212Xk X131313312312 132332,Xk XXXk k XX2221223133,RkRRkR2121,sXM1 212112212NMN Ni111

30、1112213311UI RjI XjI XjI XE+2222221123322UI RjI XjI XjI XE+3333331132233UI RjI XjI XjI XE+1230III312III 213III 121111123123122222312312()()()UUI RjIXXXXI RjIXXXX +-+-131111123123133333123123()()()UUI RjIXXXXI RjIXXXX +-+-122211UUI ZI Z +133311UUI ZI Z +111222333ZRjXZRjXZRjX111231231XXXXX+-222312312X

31、XXXX+-333122331XXXXX+-1U1jX1R2R2jX3jX3R2U3U1I2I3I1U2U1I2IAXax1U2U1I2IAXax120NUV2200NUV110NIA21NIA200NSVA1U2U1I2I1U2U1I2I1U2U1I2II1 1220N IN I1U2U1I2IAXax112UEE220V20V200V200V1U2U1I2I1E2E1 120N IN I1II1U2U1I2II220V10A200V1A11A220 102200VA200 112200VA1U2U1I2II200NSVA1U2U1I2I2200ANSVA1U2U1I2II1U2U1I2II

32、1U2U1IIAX2Iax1E2E111222AaaxaxUI ZIZEEUEIZ11212222()1AUEENNkUEN1U2U1IIAX2Iax1E2E11212()mI NININN1120I NIN0mImF11I N2IN1U2U1IIAX2Iax1E2E211AIIII k 1112(1)AI NII kN 1U2U1IIAX2Iax1E2E124.55 9.1NNIIA1NSkVA12220/110NNUUV11222()2AUNNkUN114.55IIA双1 12112 1() NAAaAaSU IUUIUIU ISS电磁传导221222 1() NASU III UU IU

33、 ISS电磁传导11(1)AII kI 21122 4.55AIk IIA 1U2U1IIAX2Iax1E2Exyk1 12 11 111xyAU IU IkU Ik 从原边看：=22212211xyAU IU IkU Ik从副边看：=22axUEIZ22AAAaxk Uk Ek IZ221212(1)AaxAaxaxAaxUEk IZEEk IZEEIZkIZ1112AaaxUI ZIZEE121(1)AaaxAUUI ZIZk 1(1)AII k 2121122121(1) (1) AaaxAAaaxAkAUUI ZI ZkUI ZZkUI Z 2(1)kAAaaxAZZZk1U1I2ULZxyk*1(1)kAxykkAZk ZZk5kVA220/110VV2