电机学课件-变压器基础知识

电机学课件--变压器基础知识1第1页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器23-6标么值在电力工程中，对电压、电流、阻抗和功率等物理量的计算，常常采用其标么值。所谓标么值就是先选定一个物理量的同单位某一数值作为基准值（简称基值）然后取该物理量的实际值与该基准值相比所得的比值即称为该物理量的标么值，即一、定义标幺值在其原符号右上角加“*”号表示。基值采用下标“b”。实际值：有名值第2页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器3二、基值的确定基值的选取是任意的，通常以额定值为基准值。各侧的物理量以各自侧的额定值为基准；线值以额定线值为基准值，相值以额定相值为基准值；单相值以额定单相值为基准值，三相值以额定三相值为基准值；例如：变压器一、二次侧：S1b=S2b=SN、U1b=U1N、U2b=U2N三相变压器基值：Sb=SN=3UNΦINΦ=√3UNIN第3页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器4存在有相互关系的四个物理量（U、I、Z、S）中，所选基值的个数并不是任意的，当某两个物理量的基值已被确定，其余物理量的基值跟着确定。例如单相变压器，选定一次侧的额定电压U1N和额定电流I1N作为电压和电流的基值：一次侧阻抗的基值即：Z1b=Z1N=U1N/I1N一次侧功率的基值即：S1b=S1N=U1NI1N第4页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器53.U和E的基准值为UB；R、X、Z的基准值为ZB；P、Q和S的基准值为SB。4.系统装有多台变压器（电机），选择某一特定的Sb作为整个系统的功率基值。系统中各变压器标幺值均换算到以Sb作为功率基值时的标幺值。5.百分值=标么值×100%第5页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器6四、应用标幺值的优缺点额定值的标幺值等于1。采用标幺值时，不论变压器的容量大小，变压器的参数和性能指标总在一定的范围内，便于分析和比较。如电力变压器的短路阻抗标幺值zk*=0.03~0.10，如果求出的短路阻抗标幺值不在此范围内，就应核查一下是否存在计算或设计错误。例如p138I0*、

zk*的范围1、应用标幺值的优点第6页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器7采用标幺值时，原、副边各物理量不需进行折算，便于计算。如副边电压向原边折算，采用标幺值：注意基值选择，应选一次侧基值采用标幺值能直观地表示变压器的运行情况。如已知一台运行着的变压器端电压和电流为35kV、20A，从这些实际数据上判断不出什么问题，但如果已知它的标幺值为Uk*=1.0、Ik*=0.6，说明这台变压器欠载运行。第7页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器8相电压和线电压标幺值恒相等，相电流和线电流标幺值恒相等；某些意义不同的物理量标么值相等第8页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器9采用标幺值时，变压器的短路阻抗标幺值与额定电流下的短路电压标幺值相等，即有：短路阻抗电压的电阻分量短路阻抗电压的电抗分量短路阻抗电压第9页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器102、缺点

标么值没有单位，物理意义不明确。第10页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器113-7变压器的运行特性

电压变化程度——由于变压器内部存在着电阻和漏抗，负载时产生电阻压降和漏抗压降，导致次级侧电压随负载电流变化而变化。电压变化率定义：一次侧加50Hz额定电压、二次空载电压与带负载后在某功率因数下的二次电压之差，与二次额定电压的比值。一、电压变化率用副边量表示用原边量表示第11页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器12※分析

U公式1、电压调整率随着负载电流的增加而正比增大。I22、电压调整率与负载的性质有关。3、与漏阻抗值有关a、2=0:cos

2=1；sin

2=0电阻性负载∴I2↑→

U很小Rk*《Xk*b、2>0:cos

2>0；sin

2>0电阻电感性负载∵Rk*cos

2>0，Xk*sin

2>0∴

U>0，说明：1）负载后U2<U20=U2N；2）随着I2↑→U↑，U2↓。第12页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器13c、2<0:cos

2>0；sin

2<0电阻电容性负载∵Rk*cos

2>0，Xk*sin

2<0；│Rk*cos

2│<│Xk*sin

2│,∴

U<0,说明：1）负载后U2>U20=U2N；2)随着I2↑→│

U│>0↑,U2↑。1.001.0超前滞后图变压器的外特性第13页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器14由外特性图，负载功率因数性质不同，对主磁通的影响不同，变压器的端电压变化亦不同。纯电阻负载，端电压变化较小；感性负载时主磁通Φ呈去磁作用，为了维持Φ不变，必须使原边电流增加，同时短路阻抗压降也增加，其结果造成副边电压下降；容性负载对主磁通Φ呈增磁作用，为了维持Φ不变，必须减小原边电流，除了补偿短路阻抗压降外，其余部分使副边电压增高。1.001.0第14页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器151、损耗变压器运行中有两种损耗：铜耗pCu；铁耗pFe（每一类包括基本损耗和杂散损耗）pCu：指电流流过绕组时所产生的直流电阻损耗基本铜耗:一次绕组铜耗pcu1=I12R1；二次绕组铜耗pcu2=I22R2附加损耗:因集肤效应引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等铜损耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。二、效率

第15页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器16基本铁耗pFe:磁滞损耗和涡流损耗。附加损耗:由铁心叠片间绝缘损伤引起的局部涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。铁损耗与外加电压(Bm)大小有关，U1一般不变，称为不变损耗。p19～p20铁耗公式第16页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器172、效率的定义效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。效率大小反映变压器运行的经济性能的好坏，是表征变压器运行性能的重要指标之一。一般小型变压器的效率95％大型变压器的效率高达99％第17页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器18假定：3、间接法求效率第18页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器19变压器效率的大小与负载的大小、功率因数及变压器本身参数有关。效率特性：在功率因数一定时，变压器的效率与负载电流之间的关系η=f(β),称为变压器的效率特性。轻载负载较大第19页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器20当铜损耗=铁损耗(可变损耗=不变损耗)时,变压器效率最大：或为了提高变压器的运行效益，设计时应使变压器的铁耗小些。变压器长期工作在额定电压下，但不可能长期满载运行，为了提高运行效率,设计时取βm=0.4～0.6→P0/PkN=3～6；我国新S9系列配电变压器pkN/P0=6～7.5第20页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器213-8三相变压器磁路、联结组、电动势波形一、三相变压器磁路系统1、组式磁路变压器特点：三相磁路彼此无关联，各相的励磁电流在数值上完全相等第21页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器222、心式磁路变压器

特点：三相磁路彼此有关联，磁路长度不等，当外加三相对称电压时，三相磁通对称，三相磁通之和等于零。第22页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器23二、联接组别

（一）联结法绕组标记绕组名称单相变压器三相变压器中性点首端末端首端末端高压绕组AXA、B、CX、Y、ZN低压绕组axa、b、cx、y、zn第23页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器24两种三相绕组接线:星形联结、三角形联结1、星形联结把三相绕组的三个末端连在一起，而把它们的首端引出三个末端连接在一起形成中性点，如果将中性点引出，就形成了三相四线制了，表示为YN或yn。顺时针方向：A超前B超前C各120º第24页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器252、三角形联结把一相的末端和另一相的首端连接起来，顺序连接成一闭合电路。两种接法：AX-BY-CZAX-CZ-BY第25页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器26（二）联结组变压器的同一相高、低压绕组都是绕在同一铁芯柱上，并被同一主磁通链绕，当主磁通交变时，在高、低压绕组中感应的电势之间存在一定的极性关系。1、高低压绕组中电势的相位同名端决于绕组的绕制方向第26页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器272、同名端在任一瞬间，高压绕组的某一端的电位为正时，低压绕组也有一端的电位为正，这两个绕组间同极性的一端称为同名端，记作“˙”。第27页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器28一、二次绕组的同极性端同标志时，一、二次绕组的电动势同相位。一、二次绕组的同极性端异标志时，一、二次绕组的电动势反相位。第28页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器293、时钟表示法高压绕组线电势——长针，永远指向“12”点钟低压绕组线电势——短针，根据高、低压绕组线电势之间的相位指向不同的钟点。第29页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器30例如单相变压器I,I表示初级、次级都是单相绕组0和6表示联结组号。单相变压器的标准连接组I,I0第30页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器31（三）、三相变压器的连接组别联结组别：反映三相变压器连接方式及一、二次线电动势（或线电压）的相位关系。三相变压器的连接组别不仅与绕组的绕向和首末端标志有关，而且还与三相绕组的连接方式有关。理论和实践证明，无论采用怎样的连接方式，一、二次侧线电动势（电压）的相位差总是30º的整数倍。第31页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器32CBA1、Yy0CBAX、Y、Zabcx、y、zÉABÉab第32页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器332、Yy6180º第33页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器343、Yy4注意abc顺序错过一个铁心柱120º第34页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器354、Yd130º第35页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器365、Yd5ACBcxzbay150º第36页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器376、Yd11330ºACBcba第37页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器38例1：将变压器接成联接组标号Dy1，并画电动势相量图

●●●ABCXYZ●●●初级△接AX－CZ－BY联结初级△接AX－BY－CZ联结第38页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器39●●●ABCXYZ●●●例1：将变压器接成联接组标号Dy1，并画电动势相量图b.画出高压侧电势相量△，并标上AX，CZ，BYA(Y)B(Z)C(X)ÉABÉBY第39页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器40c.画出低压侧电势相量△，并使Éab滞后EAB30º，同时画出Éax，Éby，Écz。(相序原则顺时针a-b-c)d.由相量图知：Éax与ÉAX同向，表明次级ax绕组与初级AX绕组在同一铁心柱上，且a与A为同极性端。同理by与BY同相；cz与CZ同相。A(Y)abcB(Z)C(X)ÉABÉab30ºe.将次级x,y,z连在一起，接成Y形。●●●●●●AXaxbyczÉaxÉAX第40页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器41例2将变压器接成联接组标号为Dy1,画电动势相量图

a.初级△接AX-BY-CZ联结●●●ABCXYZ●●●b.画初级电势相量△，并标上AX，BY，CZÉABA(Z)B(X)C(Y)ÉABÉAX第41页，课件共44页，创作于2023年2月《电机学》第三章变压器