电动拖动基础第四章

电动拖动基础第四章第一页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第一节概述变压器的结构三.关于变压器运行分析的说明四.变压器中的磁通及绕组感应电势二.变压器的额定数据第二页，共七十九页，编辑于2023年，星期一

第四章变压器第一节概述

变压器--利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器。第三页，共七十九页，编辑于2023年，星期一种类:按用途分:电力变压器电炉变压器整流变压器电焊变压器电压互感器电流互感器脉冲变压器隔离变压器同步变压器等按相数分:单相变压器三相变压器等按每相绕组数分:双绕组变压器三绕组变压器多绕组变压器自耦变压器第一节概述第四页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第一节概述常见变压器第五页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第一节概述常见变压器第六页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第一节概述常见变压器电炉变压器(专用)给电炉(如炼钢炉)供电电焊变压器(专用)给电焊机供电第七页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第一节概述常见变压器整流变压器(专用)：给直流电力机车供电第八页，共七十九页，编辑于2023年，星期一仪用变压器：用在测量设备中第一节概述常见变压器第九页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第一节概述常见变压器电子变压器：用在电子线路中第十页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第一节概述常见变压器控制变压器第十一页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第一节概述常见变压器第十二页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第一节概述常见变压器第十三页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第一节概述常见变压器第十四页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第一节概述常见变压器第十五页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第一节概述常见变压器第十六页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第一节概述常见变压器第十七页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第一节概述常见变压器第十八页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第一节概述常见变压器新S9型低耗配电变压器

第十九页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第一节概述常见变压器HZD电渣炉变压器第二十页，共七十九页，编辑于2023年，星期一变压器与电源相接的绕组叫原绕组或原边或初级变压器与负载相接的绕组叫副绕组或副边或次级原边以大写字母标记,副边以小写字母标记,如:第一节概述第二十一页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第一节概述三相芯式变压器(Y/Y0)第二十二页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第一节概述三相组式变压器(Y/△)第二十三页，共七十九页，编辑于2023年，星期一变压器的结构铁心和绕组是变压器最主要的部分第一节概述第二十四页，共七十九页，编辑于2023年，星期一铁心交叠：相邻层按不同方式交错叠放，将接缝错开。偶数层刚好压着奇数层的接缝，从而减少了磁阻，便于磁通流通。变压器的结构第一节概述第二十五页，共七十九页，编辑于2023年，星期一二.变压器的额定数据额定容量SN:

视在功率(VA,kVA),双绕组变压器原副绕组容量相同额定电压U1N/U2N:

指线电压(V,kV)

U1N是电源加到原绕组上的额定电压

U2N是原绕组加上额定电压时的副边开路电压额定电流I1N/I2N:

指线电流(A)额定频率fN:

工业标准用电频率50HZ

单相双绕组变压器:SN=U1NI1N=U2NI2N

三相双绕组变压器:SN=√3U1NI1N=√3U2NI2N已知SNU1NU2N时,可求

I1NI2N第一节概述第二十六页，共七十九页，编辑于2023年，星期一三.关于变压器运行分析的说明三相电力变压器正常运行时基本为对称运行对单相变压器的分析结果,适用于三相变压器只讨论稳态运行,不考虑过渡过程四.变压器中的磁通及绕组感应电势eΦW参考方向(惯例)Φ与e符合右手螺旋关系2.Φ与e关系e=-W×dΦ/dtΦe<0Φe>0第一节概述第二十七页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第二节变压器的空载运行一.忽略绕组电阻及漏磁通时的电压与电势关系二.励磁电流三.原绕组电阻和漏磁通的影响四.空载运行向量图五.空载运行的等值电路第二十八页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第二节变压器的空载运行Φs1为Φm的千分之几空载时的各电磁量什么是空载运行？变压器一次绕组加上交流电压，二次绕组开路的运行情况。第二十九页，共七十九页，编辑于2023年，星期一一.忽略绕组电阻及漏磁通时的电压与电势关系U1为正弦交变量,主磁通也为正弦交变量

设主磁通瞬时表达式为:Φ=Φmsinωt则e1=-W1dΦ/dt=-ωW1Φmcosωt=ωW1Φmsin(ωt-90º)同理e2=ωW2Φmsin(ωt-90º)向量形式:E1=-jωW1Φm/√2=-j2πfW1Φm/√2

=-j4.44fW1Φm同理E2=-j4.44fW2Φm

有效值:E1=4.44fW1Φm

E2=4.44fW2Φm感应电势大小正比于频率、匝数、主磁通最大值相位落后于主磁通90º第二节变压器的空载运行第三十页，共七十九页，编辑于2023年，星期一U1=-E1U20=E2变比:k=E1/E2=W1/W2=U1/U20

相电势之比考虑绕组电阻及漏磁通时:k=W1/W2=E1/E2≈U1/U20≈U1/U2K>1,降压变压器K<1,升压变压器K=1,隔离变压器第二节变压器的空载运行一.忽略绕组电阻及漏磁通时的电压与电势关系第三十一页，共七十九页，编辑于2023年，星期一二.励磁电流空载电流I0也称励磁电流

励磁电流I0有两个分量,无功分量I0r和有功分量I0aI0=

I0r+

I0a∵I0r>>

I0a∴I0≈

I0rI0与Φm接近同相位I0=(0.02----0.1)I1NIorΦm0第二节变压器的空载运行第三十二页，共七十九页，编辑于2023年，星期一三.原绕组电阻和漏磁通的影响电压电势关系:U1=I0r1+jI0X1-E1=I0(r1+jX1)-E1=I0Z1-E1Z1=r1+jX1

原绕组漏阻抗实际上I0Z1<<E1所以

U1≈

-E1第二节变压器的空载运行第三十三页，共七十九页，编辑于2023年，星期一四.空载运行向量图第二节变压器的空载运行第三十四页，共七十九页，编辑于2023年，星期一五.空载运行的等值电路励磁电阻I02rm反映磁滞和涡流损耗励磁电抗I02xm反映主磁通激磁功率励磁阻抗xm与磁路饱和程度有关,饱和程度上升,xm下降根据向量图,-E1可看成I0流过一个感性阻抗的结果-E1=I0(rm+jxm)=I0Zm电压方程:U1=I0(r1+jX1)-E1

=I0(r1+jX1)+I0(rm+jxm)=I0Z1+I0Zm第二节变压器的空载运行第三十五页，共七十九页，编辑于2023年，星期一空载等值电路:五.空载运行的等值电路第二节变压器的空载运行第三十六页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第三节变压器的负载运行一.负载时的磁势关系及原、副边电流的关系二.负载时副边电压电流关系三.变压器的基本方程五.功率关系四.折合算法、等值电路第三十七页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第三节变压器的负载运行第三十八页，共七十九页，编辑于2023年，星期一一.负载时的磁势关系及原、副边电流的关系作用在磁路上的磁势：

F1=I1W1

，F2=I2W2合成磁势：

F0=F1+F2F0大小取决于Φm大小，Φm大小取决于E1大小（E1=4.44fW1Φm）∵U1=-E1+I1Z1I1Z1<<E1∴U1≈-E1∴空载与负载时，E1≈U1

U1不变E1不变Φm不变F0不变（I0W1)第三节变压器的负载运行第三十九页，共七十九页，编辑于2023年，星期一∴负载与空载时的磁势近似一样

F0=F1+F2I1W1+I2W2=

I0W1变形:

I1=I0+(-I2W2/W1)(∵I0<<I2)≈-I2W2/W1=-I2/k∴I1≈I2/k额定负载时,原副边电流同时为额定值二.负载时副边电压电流关系U2=E2-I2r2+Es2=E2-I2r2-jI2x2=E2-I2Z2Z2=r2+jx2副边漏阻抗U2=I2ZL第三节变压器的负载运行第四十页，共七十九页，编辑于2023年，星期一三.变压器的基本方程(一相)U1=-E1+I1Z1U2=E2-I2Z2

E1/E2=k

I1W1+I2W2=

I0W1-E1=I0ZmU2=I2ZL第三节变压器的负载运行第四十一页，共七十九页，编辑于2023年，星期一四.折合算法、等值电路用匝数为W1的线圈代替匝数为W2的副边线圈,可使E1与E2相同,得等位点,将原副边联系起来.折合副边对原边的影响是I2W2,只要保证I2W2不变,副边对原边的影响就不变.折算原则:折算前后磁势不变折算后的值用I2′E2′r2′X2′Z2′U2′表示设用匝数为W1的线圈代替匝数为W2的副边线圈,则

I1+I2′

=

I0I2′

W1=I2W2=F2I2′=I2W2/W1=I2/k

I1W1+I2W2=

I0W1

I1W1+I2′

W1=

I0W1第三节变压器的负载运行第四十二页，共七十九页，编辑于2023年，星期一E2=4.44fW2ΦmE2′=4.44fW1ΦmE2′=E2W1/W2=kE2=E1Z2′=k2Z2ZL′=k2ZLr2′=k2r2x2′=k2x2U2′=kU2折合关系,只改变大小,不改变相位折合前后,功率关系不变第三节变压器的负载运行第四十三页，共七十九页，编辑于2023年，星期一2.等值电路折算后的基本方程:U1=-E1+I1Z1U2′

=E2′

-I2′

Z2′

E1=E2′

I1+I2′

=

I0-E1=I0ZmU2′

=I2′

ZL′第三节变压器的负载运行第四十四页，共七十九页，编辑于2023年，星期一T型等值电路:第三节变压器的负载运行第四十五页，共七十九页，编辑于2023年，星期一简化等值电路:第三节变压器的负载运行第四十六页，共七十九页，编辑于2023年，星期一五.功率关系(一相)jXLRL′X′输入功率:P1=I1U1cosΦ1原边铜耗:pcu1=I12r1铁耗:pFe=I12rm副边铜耗:pcu2=I2′2r2′输出功率:P2=I2′U2′CosΦ2=I2′2RL′P1=pcu1+

pFe+

pcu2+

P2

效率:η=P2/

P1第三节变压器的负载运行第四十七页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第四节标幺值标幺值=实际值/基值基值一般取额定值如:变压器原边电流为10A,I1N=20A

则I1=10/20=0.5半载再如I1=1满载

U1=0.5所加电压为半压

I1=I2=β负载系数第四十八页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第五节变压器参数的测定一.空载实验二.短路试验第四十九页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第五节变压器参数的测定空载实验目的:测定k、Zm、xm、rm

实验线路:第五十页，共七十九页，编辑于2023年，星期一方法:原边加U1N,测定I0、U1、p0、U20第五节变压器参数的测定一.空载实验第五十一页，共七十九页，编辑于2023年，星期一计算:

k=U1N/U20r0=p0/I02Z0=U1N/I0r0=r1+rm≈rm(rm>>r1)Z0=Z1+Zm≈Zm(Zm>>Z1)∴rm≈r0=p0/I02(空载损耗近似为铁损耗)Zm≈Z0=U1N/I0xm=√Zm2-rm2第五节变压器参数的测定一.空载实验第五十二页，共七十九页，编辑于2023年，星期一二.短路试验目的:

测定Zk、xk、rk(x1、r1、x2′

、r2′、

Z1

、

Z2′

)实验线路:第五节变压器参数的测定第五十三页，共七十九页，编辑于2023年，星期一方法:

副边短路,调U1,使Ik=I1N,测定Ik、Uk、pk,记录室温θ第五节变压器参数的测定二.短路试验第五十四页，共七十九页，编辑于2023年，星期一计算:

∵Zm>>Z2′∴Zk=Uk/Ikrk=pk/Ik2

(短路损耗近似为铜损耗)

xk=√Zk2-rk2第五节变压器参数的测定二.短路试验第五十五页，共七十九页，编辑于2023年，星期一按规定,计算变压器性能时,绕组电阻要折算到75℃时对铜线变压器:

rk75℃=rk(234.5+75)/(234.5+θ)对铝线变压器:rk75℃=rk(228+75)/(228+θ)如需求分电阻电抗:Z1≈Z2′=Zk75℃/2r1≈r2′

=rk75℃/2x1≈x2′=xk/2Zk75℃=√xk2+rk75℃2第五节变压器参数的测定二.短路试验第五十六页，共七十九页，编辑于2023年，星期一

第六节变压器的运行特性一.变压器负载时端电压的变化二.变压器的效率第五十七页，共七十九页，编辑于2023年，星期一

第六节变压器的运行特性一.变压器负载时端电压的变化(原边加U1N)电压变化率:

△U=(U2N-U2)

/U2N△U=I1(rkcosΦ2+

xksinΦ2)/U1N

=βI1N(rkcosΦ2+

xksinΦ2)/U1NcosΦ2

是负载的功率因数,β是负载系数I1=I1N时的△U称为额定电压变化率适用于各种负载第五十八页，共七十九页，编辑于2023年，星期一外特性曲线:感性容性阻性

第六节变压器的运行特性一.变压器负载时端电压的变化(原边加U1N)第五十九页，共七十九页，编辑于2023年，星期一二.变压器的效率η=1-(p0+β2pkN)/(βSNcosΦ2+

p0+β2pkN)即βm=√p0/

pkN时βm2pkN=p0时(可变损耗=不变损耗)η=ηMaxβmηMax

第六节变压器的运行特性第六十页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第七节变压器的联结组别单相变压器的联结组别二.三相变压器的联结组别第六十一页，共七十九页，编辑于2023年，星期一第七节变压器的联结组别单相变压器的联结组别

1.绕组的同极性端(同名端)第六十二页，共七十九页，编辑于2023年，星期一2.

单相变压器的联结组别联结组别以时钟法表示:EA指向0(12)点,Ea指向几点,标号为几(a)联结组别的标号为:I/I-0或I,I0(b)联结组别的标号为:I/I-6或I,I6第七节变压器的联结组别电势参考方向电势向量图电势参考方向电势向量图第六十三页，共七十九页，编辑于2023年，星期一二.三相变压器的联结组别1.标记、参考方向及接法Y/Y接法Y/△接法另外还有Y/YNYN/Y△/Y△/△等接法第七节变压器的联结组别第六十四页，共七十九页，编辑于2023年，星期一2.Y/Y联结组别例:EABCZECBYEBAXEAEabaEaxbEbycEcz联结组标号:Y/Y-0或Y,y0a.由联结组判出标号(EAB指向0(12)点,Eab指向几点,标号为几)第七节变压器的联结组别第六十五页，共七十九页，编辑于2023年，星期一EABCZECBYEBAXEAEababc联结组标号:Y/Y-8或Y,y8第七节变压器的联结组别2.Y/Y联结组别例:第六十六页，共七十九页，编辑于2023年，星期一例:EABCZECBYEBAXEAEababc联结组标号:Y/Y-10或Y,y10第七节变压器的联结组别2.Y/Y联结组别第六十七页，共七十九页，编辑于2023年，星期一b.由标号画出联结组例:Y/Y-2EABCZECBYEBAXEAEababc第七节变压器的联结组别第六十八页，共七十九页，编辑于2023年，星期一3.Y/△联结组别a.由联结组判出标号例:

EABCZECBYEBAXEAaxbyczEab联结组标号:Y/△-11或Y,d11第七节变压器