电机及拖动基础课件第三章

1第三章变压器第一节变压器的工作原理、分类及结构一、变压器的工作原理

变压器主要部件——铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没有电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。一次绕组（原绕组或初级绕组）：与电源相连的线圈二次绕组（副绕组或次级绕组）：与负载相连的线圈2按电工惯例规定正方向（习惯正方向）：1）在同一支路内，电压与电流的正方向一致；2）磁通量正方向与电流正方向符合右手螺旋定则；3）由交变磁通量产生的感应电动势正方向与产生该磁通量的电流正方向一致，并符合关系。k——电压比忽略铁心中的损耗，根据能量守恒定律，有：电压、电动势有效值与匝数关系：3二、变压器的分类按用途分：电力变压器和特种变压器。按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。按铁心结构分：芯式变压器和壳式变压器。按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器。

4电源变压器

电力变压器控制变压器接触调压器

三相干式变压器5三、变压器的结构简介铁心绕组其他部件变压器的基本结构变压器的磁路变压器的电路为了减少铁心内的磁滞损耗和涡流损耗，铁心通常用0.35mm或0.5mm厚表面涂有绝缘漆的硅钢片冲成一定形状叠装而成。1、铁心6铁心——变压器主要磁路部分，分铁心柱与铁轭两部分。三相芯式变压器1—铁心柱2—铁轭3—高压线圈4—低压线圈按照铁心的结构，变压器可分为芯式和壳式两种。芯式变压器:结构：心柱被绕组所包围。特点：绕组和绝缘装配比较容易，电力变压器常常采用这种结构。7单相芯式变压器1—铁心柱2—铁轭3—高压线圈4—低压线圈8单相壳式变压器1—铁心柱2—铁轭3—绕组壳式变压器:结构：铁心包围绕组的顶面、底面和侧面。特点：机械强度较好，常用于低电压、大电流的变压器或小容量电讯变压器。92.绕组——变压器中的电路部分，一般用纸包的绝缘扁线或绝缘圆线绕成。1—低压绕组2—高压绕组交叠式绕组高压绕组的匝数多,导线细；低压绕组的匝数少,导线粗。从高、低压绕组的相对位置来看,变压器绕组分为同心式和交叠式。同心式结构高、低压绕组同心地套装在心柱上。特点结构简单、制造方便，国产电力变压器均采用这种结构。交叠式结构高、低压绕组沿心柱高度方向互相交叠地放置。漏电抗小，机械强度高，多用于特种变压器中。特点10油浸式电力变压器1—信号式温度计2—吸湿器3—储油柜4—油位计5—安全气道6—气体继电器7—高压套管8—低压套管9—分接开关10—油箱11—铁心12—线圈13—放油阀门3、其他结构部件114、变压器的额定值额定容量：额定工作状态下的视在功率（用SN表示，单位V.A）三相变压器指三相容量之和。额定电压U1N/U2N:U1N是电源加到一次绕组上的额定电压，U2N是一次绕组加上额定电压后二次绕组开路即空载时二次绕组的端电压。对于三相变压器额定电压指线电压。额定电流I1N、I2N：变压器额定容量分别除以原、副边额定电压计算出来的线电流值。额定频率fN

——我国规定工业用电的频率为50Hz此外还有额定效率、额定温升等。

单相变压器三相变压器12[例3-1]有一台三相油浸自冷式铝线电力变压器，试求一次、二次绕组的额定电流。解：Yy0联结13第二节单相变压器的空载运行一、空载运行时的物理情况变压器匝数为N1的一次绕组加上交流电压，变压器匝数为N2的二次绕组开路，这种情况即为变压器的空载运行。主磁通和漏磁通在性质上的不同：

1）由于铁磁材料有饱和现象，主磁路磁阻不是常数，主磁通与建立它的电流之间呈非线性关系。而漏磁通的磁路大部分是非铁磁材料组成，磁路磁阻基本上是常数，漏磁通与产生它的电流呈线性关系。

2）主磁通在原、副绕组中均感应电动势，当接上负载时就有电功率向负载输出，故主磁通起传递能量的作用。而漏磁通仅在一次或二次绕组中感应电动势，不能传递能量，仅起压降作用。因此，在分析变压器时常将主磁通和漏磁通分开处理。14一次绕组和二次绕组的电动势平衡方程式I0:空载电流；u20:二次绕组的空载电压；R1:一次绕组的电阻。Φ:主磁通；φ1σ:一次绕组漏磁通。```````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````` 151、感应电动势与主磁通空载运行时，忽略i1R1和

。

设：感应电动势e1和e2

均滞后于φ

电角度90°，其有效值为E1和E2的相量表达式162.空载电流由于磁路饱和，空载电流与由它产生的主磁通呈非线性关系。在一定电压下，空载电流大小、波形取决于饱和度。磁通按正弦规律变化，空载电流呈尖顶波形。空载电流按正弦规律变化时，主磁通呈平顶波形。实际空载电流不是正弦波，但为了计算方便，在相量图和计算式中常用正弦的电流代替实际的空载电流。空载电流波形忽略空载损耗：当主磁通为正弦波时，磁路越饱和，电流波形畸变严重。17空载电流空载电流就是励磁电流，包含两个分量，一个是励磁分量，作用是建立磁场，产生主磁通——无功分量；另一个是铁心损耗分量，作用是供变压器铁心损耗——有功分量。

性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电流主要是感性无功性质——也称励磁电流。大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关。励磁电流损耗电流，引起铁心损耗磁化电流，建立空载磁场18空载损耗空载损耗约占额定容量的0.2%～1%，而且随变压器容量的增大而下降。为减少空载损耗，一般采用优质铁磁材料：优质硅钢片、激光化硅钢片或应用非晶态合金。变压器空载时，一次侧从电源吸收少量的有功功率，用来供给铁耗和绕组铜耗。由于和均很小，所以，即空载损耗近似等于铁耗。193、漏磁通和漏电抗漏电动势E1σ—一次绕组漏自感—一次绕组漏电抗20二、空载运行时的电动势平衡方程式、相量图及等效电路其中:Z1—一次绕组漏阻抗

Zm—变压器的励磁阻抗

Xm—

变压器的励磁电抗

Rm—

变压器的励磁电阻21式中—

变压器的励磁电导

—

变压器的励磁电纳在等效电路中R1、X1是常量；Rm、Xm是变量，随铁心磁路饱和程度的增加而减少。Rm是表征铁心损耗的一个参数，Xm是表征铁心磁化性能的一个参数。22小结

（1）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡，若忽略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定。（2）主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。（3）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路磁阻有关，铁心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。（4）电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的电流的比值，线性磁路中，电抗为常数，非线性电路中，电抗的大小随磁路的饱和而减小。23第三节单相变压器的基本方程式

变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次侧接上负载的运行状态，称为负载运行。一、负载运行时的物理情况由于电源电压恒定，即U1=常数，则E1≈常数，Фm≈常数。因此，达到新的电动势平衡的条件是使一次绕组的电流增量所产生的磁动势与二次绕组电流所产生的磁动势相抵消，以维持主磁通基本不变，以及由主磁通所感应产生的电动势基本不变。磁动势平衡关系24二、负载运行时的基本方程式1、磁动势平衡方程式2、电动势平衡方程式25基本方程式26第四节变压器的等效电路及相量图一、绕组归算归算：将变压器的二次（或一次）绕组用另一个绕组来等效，同时，对该绕组的电磁量作相应的变换，以保持两侧的电磁关系不变。归算原则：1）磁动势平衡关系不变；2）各功率和损耗不变。二次绕组归算后，变压器一次和二次绕组具有同样的匝数，即（一）电动势和电压的归算则27（二）电流的归算（三）阻抗的归算阻抗归算的原则：归算前后电阻铜耗及漏感中无功功率不变。归算后变压器负载运行时的基本方程式变为如下形式：28二、等效电路右图中，二次绕组各量均已经归算到一次绕组，即图中a、b和c、d分别是等电位点，可连接起来而不改变运行情况。于是作出变压器的T形等效电路。29三、相量图相量图的画法，视变压器给定的和求解的具体条件。给定量和求解量不同，画图步骤也不一样。根据变压器的T形等效电路，可画出相应的相量图。变压器接感性负载，负载阻抗由电阻和电感组成，为滞后；变压器接容性负载，负载阻抗由电阻和电容组成，