电机拖动 第三章 变压器

电机拖动第三章变压器1第1页，课件共33页，创作于2023年2月第三章变压器2第2页，课件共33页，创作于2023年2月

主要内容第一节变压器的工作原理、分类及结构第二节单相变压器的空载运行第三节单相变压器的基本方程式第四节变压器的等效电路及相量图第五节等效电路的参数测定第六节三相变压器第七节变压器的稳态运行第八节自耦变压器与互感器3第3页，课件共33页，创作于2023年2月第四节变压器的等效电路及相量图当k较大时，变压器原、副边电压相差很大，为计算和作图带来不便。变压器原、副边没有直接电路联系，只有磁路联系；副边的负载通过磁动势影响原边；因此只要副边的磁势不变，原边的物理量没有改变。这为等效提供了依据。等效后，可以用一个既能正确反映变压器内部电磁过程、又便于工程计算的单纯电路，来代替没有电路联系仅有磁路耦合的实际变压器，这种电路称为变压器的等效电路。4第4页，课件共33页，创作于2023年2月一绕组归算绕组归算：将变压器的二次（或一次）绕组用另一个绕组的匝数来等效计算，同时不改变归算前后变压器两侧电磁关系的一种分析方法。归算原则：1）保持归算前后磁动势不变；2）保持归算前后各功率或损耗的能量关系不变。5第5页，课件共33页，创作于2023年2月归算后一、二次绕组有相同的匝数：

即：二次侧电动势归算到一次侧，只需乘以电电压比k。（一）电动势和电压的归算6第6页，课件共33页，创作于2023年2月（二）电流的归算归算前后二次侧磁动势不变：

即：归算后电流为归算前的1/k。（三）阻抗的归算归算前后电阻铜耗和漏感中无功功率不变：

即：归算后阻抗为归算前的k2倍。7第7页，课件共33页，创作于2023年2月归算后变压器负载运行时的基本方程式：8第8页，课件共33页，创作于2023年2月二等效电路 将二次绕组各量归算到一次绕组中，即9第9页，课件共33页，创作于2023年2月图中a、b和c、d是等电位点，可连接起来而不改变运行情况可将两个并联绕组合并为一个绕组，用一个等效阻抗Zm代替

——作出变压器负载运行时的T形等效电路（与归算后的基本方程式是等价的）T形等效电路10第10页，课件共33页，创作于2023年2月三相量图T形等效电路对应的相量图：假定感性负载，已知、、；以为参考相量，由感性负载性质，画出；在相量上加上得；由，亦得；画出超前为90o的主磁通；画出滞后为的；由画出；在相量上加上得。 图中，为变压器原边的功率因数角，为变压器的功率因数。11第11页，课件共33页，创作于2023年2月四近似等效电路T形电路包含串联、并联电路，复数运算复杂考虑到实际变压器中，Zm>>Z1，则： 1）可认为一定电源电压下，励磁电流Im=常数； 2）并忽略Im在一次绕组中的漏阻抗压降

——简化为Γ形等效电路Γ形等效电路12第12页，课件共33页，创作于2023年2月考虑到实际变压器中，IN>>Im，可忽略励磁电流Im不计

——简化为变压器的近似等效电路变压器的近似等效电路二次侧短路，即负载阻抗ZF=0时，变压器阻抗为Zk变压器的短路参数： Rk——短路电阻 Xk——短路电抗 Zk——短路阻抗可用短路试验测得13第13页，课件共33页，创作于2023年2月变压器基本方法总结分析计算变压器负载运行有以下三种基本方法：基本方程式——是变压器电磁关系的数学表达等效电路——是基本方程式的模拟电路相量图——是基本方程式的图示表示三者是统一的，一般说来：定量计算用等效电路，定性分析各物理量的相位关系用相量图14第14页，课件共33页，创作于2023年2月第五节等效电路的参数测定利用等效电路计算时，必须知道变压器的参数变压器的电路参数在铭牌上没有标出，一般可通过试验的方法测定：（一）空载试验：测励磁参数（二）短路试验：测短路参数15第15页，课件共33页，创作于2023年2月一空载试验通过测量空载电流和一、二次电压及空载功率，来计算电压变比、铁耗和励磁阻抗由空载等效电路得：由Zm>>Z1、Rm>>R1、Xm>>X1，所以：16第16页，课件共33页，创作于2023年2月励磁参数——铁耗——电压变比——几项注意点：Zm与磁路饱和程度相关，应以额定电压进行测量空载试验一般在低压侧进行，应注意归算对于三相变压器，须采用每相值进行计算17第17页，课件共33页，创作于2023年2月二负载试验（短路试验）用于测量变压器的短路参数在高压侧进行，以短路电流达到额定电流为止，此时电压约为额定电压的5%～10%由于外施电压低，相应的主磁通小，可忽略励磁电流和铁损耗，用近似等效电路来分析18第18页，课件共33页，创作于2023年2月负载损耗——短路参数——折算到75℃时的数值——19第19页，课件共33页，创作于2023年2月阻抗电压（又称短路电压）——负载试验时，当绕组中电流达到额定值时，加在一次绕组上的电压。用一次侧额定电压的百分值表示：阻抗电压的实际意义：阻抗电压的大小反映了变压器在额定负载下运行时，漏阻抗压降的大小；从运行观点来看，阻抗电压小，代表输出电压受负载变化的影响小。一般为4%～10.5%。20第20页，课件共33页，创作于2023年2月标幺值——指某一物理量的实际值与选定的同一单位的基准值的比值（通常以额定值为基准值）。阻抗电压的标幺值：标幺值的优点：标幺值都在一定范围内，便于分析和比较； 如：标幺值表示的原副边参数恒相等，计算时不需归算； 例：某些物理量的标幺值数值相同，简化了计算；通过标幺值可迅速判断运行情况。 如：21第21页，课件共33页，创作于2023年2月第六节三相变压器电力系统中用的最多的是三相变压器对称负载时，三相变压器的一次和二次绕组是三相对称电路，各相电压和电流大小相等、彼此相差120o电角度。求得一相的电压、电流后，其它两相可根据对称关系得出。共性问题：基本方程式、等效电路、相量图、运行特性特有问题：

1）三相变压器的电路系统，即绕组的联结；

2）三相变压器的磁路系统，即铁心的结构；

3）不同电路磁路系统下的感应电动势波形。22第22页，课件共33页，创作于2023年2月一三相变压器的电路系统——联结组a）星形联结b）三角形联结1、联结法联结法表示规定：高压绕组符号在前，低压绕组符号在后星形用符号“Y/y”表示，三角形用符号“D/d”表示，若中性点引出用符号“N/n”表示首端用A/a、B/b、C/c表示，末端用X/x、Y/y、Z/z表示有顺、逆之分例：YNd、Yd、Dy23第23页，课件共33页，创作于2023年2月联结组：指一次、二次绕组线电压的相位关系对于三相绕组，无论采用什么联结法，一次、二次线电压的相位差总是30o电角度的倍数。“时钟表示法”：作出高、低压绕组的线电压三角形，将其重心重合；将高压绕组线电压三角形的一条中性线作为“长针”，指向12点；将低压绕组线电压三角形的对应中性线作为“短针”，所指向的钟点即为联结组“标号”。联结组标号——高、低压绕组线电压的相位差2、联结组24第24页，课件共33页，创作于2023年2月单相变压器：只有两类

a）I/I-0联结组；b）I/I-6联结组25第25页，课件共33页，创作于2023年2月三相变压器：从0～11共计12个，通常用 a）Yy0联结组；b）Yd11（或Dy11）联结组Yy0联结组Yd11联结组26第26页，课件共33页，创作于2023年2月三相变压器联结组的几点结论当变压器的绕组标志（同名端或首末端）改变时，变压器的联结组标号也随之改变Y/Y联结的三相变压器，其联结组号都是偶数Y/Δ联结的三相变压器，其联结组号都是奇数Δ/Δ联结可以得到与Y/Y联结相同的组号，Δ/Y联结也可以得到与Y/Δ联结相同的组号27第27页，课件共33页，创作于2023年2月二三相变压器的磁路系统——铁心结构1、三相组式变压器由三个容量与结构完全相同的单相变压器组成特点：三相磁路互相完全独立，互不影响28第28页，课件共33页，创作于2023年2月2、三相芯式变压器由三个单相变压器演变而来特点：三相磁路相互关联单相芯式铁心的合并铁心的演变三相芯式铁心中间铁心柱的总磁通磁路不对称造成的空载电流不对称占负载电流很小比例，影响不大29第29页，课件共33页，创作于2023年2月三三相变压器电路和磁路系统对电动势波形的影响可简略认为主磁通与励磁电流服从磁化曲线；若不考虑铁耗，可用图解法确定磁化电流与主磁通对应波形：若主磁通为正弦波，则磁化电流为尖顶波，主要谐波分量为3次谐波；同理，若磁化电流为正弦波，则主磁通为平顶波，主要谐波分量也为3次谐波。30第30页，课件共33页，创作于2023年2月3次谐波电流构成零序对称组：主磁通中3次谐波磁通的影响，取决于磁路系统的结构：1、Yy、Yyn联结的三相变压器电动势波形结论：3次谐波分量同相位、同大小，在Y形联结的原边绕组中无法存在，故励磁电流接近正弦波、主磁通为平顶波（1）三相组式变压器：3次谐波磁通可以存在于各相磁路中，故原副边绕组相电动势中3次谐波含量很大，使相电动势波形严重畸变；但线电动势波形仍为正弦波（2）三相芯式变压器：3次谐波磁通也是零序对称组，不能存在于芯式铁心中，但可经过油、油箱壁、铁轭形成闭路，故相电动势波形接近正弦波；但在油箱壁中因涡流产生附加损耗，降低变压器效率；线电动势波形仍为正弦波31第31页，课件共33页，创作于2023年2月Dy联结：Yd联结：2、Dy、Yd联结的三相变压器电动势波形结论：原边绕组中3次谐波电流可以流通，故励磁电流为尖顶波，主磁通、相电动势、线电动势为正弦波原边绕组Y联结，不存在3次谐波电流，故原边磁通和原副边感应电