电工电子技术 课件 3任务二、基于Multisim的输配电系统的仿真

任务二、简单输配电系统的仿真电工电子技术

黄燕华任务导学生活生产中所需的电压等级是各不相同的，有些场合需要高压甚至特高压，比如输电系统中的电压高达几百千伏，有些场合的电压又是低压，比如生活中常用的电压为２２０Ｖ，这些不同等级的电压变换是通过什么设备完成的?基于什么原理实现变电压的呢?

任务导学生产生活中电压的变换是通过变压器完成的，变压器的原理是基于电磁感应原理实现的。任务情境常用高压配电中的电压为６~１０ｋＶ，而常用低压设备的电压为３８０Ｖ/２２０Ｖ，简述实现高低压变换的方法，分析三相变压器常见的联结方式，基于Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真软件完成相应电压之间的变换。任务实施１)现有三相交流电压源，线电压为１０ｋＶ，如何将其变换为线电压为４００Ｖ的电压?２)简述变压器的工作原理、用途，说明变压器如何实现电压的变换作用?３)从１０ｋＶ(线电压)电压变换为４００Ｖ(线电压)，则所需的变压器的电压比为多少?４)三相变压器常见的联结方式有哪些?５)基于Ｍｕｌｔｉｓｉｍ绘制仿真模型实现从１０ｋＶ电压变换为４００Ｖ的三相变压器的电路图，并用必要的仪表测出变换后的电压。知识链接一、变压器的工作原理二、三相变压器

一、变压器的工作原理电工电子技术

黄燕华空载运行状态---变电压作用一次绕组——空载电流，用i0表示。此时的变压器就相当于是一个交流铁心线圈。变压器的工作原理-+i0-+-+-+u1e2φu20i2=0ZLe1以电磁感应定律为基础,通过磁路(磁场)将两个(或以上)的绕组耦合起来,进行交流电能的传送与转换。一次绕组外加额定电压，二次绕组开路,i2=0。u1i0N1i0主磁通φ电磁量之间的关系二次绕组E2=4.44fN2Φm-+i0-+-+-+u1e2φu20i2=0ZLe1一次绕组u1≈-e1E1=4.44fN1ΦmU1≈E1=4.44fN1Φm一次绕组U1≈E1=4.44fN1Φm二次绕组E2=4.44fN2Φm变比K-+i0-+-+-+u1e2φu20i2=0ZLe1空载状态u20≈e2U20≈E2=4.44fN2Φm变电压作用电源电压U1固定,改变一、二次绕组的匝数N1和N2，即可得到不同数值的二次绕组电压U2，实现变换电压的目的。变压器铭牌上的额定电压用分数表示的一、二次绕组的电压数值U1N和U2N

。其中U2N即为一次绕组加入额定电压U1N后，二次绕组的空载（开路）电压。例如：6000／400V（K=15）变压器在负载状态下运行，且达到满载时，二次绕组的电压U2较U2N通常降低（3～5）%。升压变压器U1＜U2降压变压器U1＞

U2（二）负载运行状态---变电流作用φu1ZL-+-+e1i1i2e2-+u2-+

二次绕组接入负载,产生二次绕组电流i2,向负载输出电功率。

空载电流i0的作用只是产生主磁通，又称励磁电流，数值很小，只占额定电流的百分之几。1.变压器的变电流作用此时，一次绕组电流必定增加，由空载电流i0增加为i1。

负载运行时，主磁通φ由一、二次绕组的磁通势N1i1和N2i2共同作用产生(N1i1+N2i2)。φu1ZL-+-+e1i1i2e2-+u2-+根据公式（3-12）U1≈E1=4.44fN1Φm当U1、

f、

N1固定不变时，Φm也将固定不变。由于空载运行和负载运行时主磁通基本不变，所以产生它们的激励N1i0和（

N1i1+N2i2）应该近似相等N1i1+N2i2≈

N1i0N1i1+N2i2≈

N1i0相量表示式磁通式平衡方程变换可得瞬时值表示式负载运行时一次绕组电流由两部分组成。励磁分量与负载电流成正比,但相位相反。数值很小,可以近似略去。负载分量有效值表示式或变电流作用在额定工作状态下,一、二次绕组额定电流之比等于其变比K的倒数。U2I2U20I2N0U22.变压器的外特性和电压调整率外特性U2=f(I2)条件保持电源电压U1、负载的功率因数λ2=cosφ2不变。感性负载的外特性。△U%表示供电电压的稳定性。一般电力变压器的△U%在3%～5%之间。电压调整率变压器从空载（I2=0）到额定工作状态（I2N），二次绕组电压变化量与空载电压U20之比。U2I2U20I2N0U2等效负载阻抗（三）变压器的变换阻抗作用ZL-++-+-U1≈

E1=4.44fN1ΦmU2≈

E2=4.44fN2Φm负载阻抗一次侧等效负载阻抗变换化简公式(3-18)ZL-++-+-阻抗匹配在电子电路中,为了使负载得到最大功率输出,要求负载的阻抗与信号源的阻抗之间满足确定的要求。变压器变换阻抗作用的应用阻抗匹配。二、三相变压器电工电子技术

黄燕华（一）三相变压器的结构和原理三相变压器可以由三个相同容量的单相变压器一次侧、二次侧分别相连组成（图3-22）,或用一台三相变压器来实现，它有三个铁心柱,每个铁心柱都绕着同一相的两个绕组，一个是一次绕组，另一个是二次绕组，如图3-23所示。三台单相变压器组成的星形联结的三相变压器组三相变压器示意图及其外形图（二）三相变压器的型号和额定值1.型号型号表示的含义是一台变压器的结构(相数)、设计序号、额定容量、电压等级、冷却方式等内容。例如：型号S11-10000/60-10中，S为三相(相数，D表示单相)；11为设计序号；10000为额定容量(kV・A)；60为高压侧额定电压等级(kV)；10为低压侧额定电压等级(kV)。2.额定值额定值是正确使用变压器的依据，在额定状态下运行，可保证变压器使用期限内长期安全有效地工作。(1)额定容量SN，指变压器的视在功率。对三相变压器而言指三相容量之和，单位为伏安(V•A)，常用的还有千伏安(kV•A)。(2)额定电压UN，指线电压。U1N指电源加到一次绕组上的电压，U2N是二次侧开路电压，即空载运行时二次绕组的端电压。(3)额定电流IN，由SN和UN计算出来的电流。对于单相变压器：

对于三相变压器：

(4)额定频率fN，我国规定标准工业用电频率为50Hz，有些国家采用60Hz。此外，额定工作状态下变压器的效率、温升等数据均属于额定值。任务实施１)现有三相交流电压源，线电压为１０ｋＶ，如何将其变换为线电压为４００Ｖ的电压?电力中采用高压输电，低压配电，可以实现节能并保证用电安全，所以10KV的高压交流电压要转变为400V的低压交流电应该采用降压变压器来实现。２)简述变压器的工作原理、用途，说明变压器如何实现电压的变换作用?变压器是一种静止的电气设备，它能将某一电压数值的交流电变换为同频率的另一电压数值的交流电，变压器的工作原理是基于电磁感应原理。变压器的用途很多，主要有以下几种：（1）作为电能传输设备，用在输电、配电领域。（2）