電機與電氣控制-——變壓器ppt課件

1、第2章 變壓器v教學重點教學重點v 變壓器任務(wù)原理以及空載運轉(zhuǎn)時的特性。變壓器任務(wù)原理以及空載運轉(zhuǎn)時的特性。v教學難點教學難點v 變壓器電路的等效方法、等效原那么及等變壓器電路的等效方法、等效原那么及等效電路的根本方程式。效電路的根本方程式。第2章 變壓器2.1 變壓器概述變壓器概述2.1.1 變壓器的根本任務(wù)原理變壓器的根本任務(wù)原理 變壓器的根本原理是基于電磁感應(yīng)定律。變壓器的根本原理是基于電磁感應(yīng)定律。 如圖如圖2-1所示為變壓器任務(wù)原理表示圖所示為變壓器任務(wù)原理表示圖 。圖2-1 變壓器任務(wù)原理表示圖 第2章 變壓器2.1.2 變壓器的根本構(gòu)造變壓器的根本構(gòu)造下面以油浸式電力變壓器為例，

2、來闡明下面以油浸式電力變壓器為例，來闡明變壓器的根本構(gòu)造，其構(gòu)造表示圖如圖變壓器的根本構(gòu)造，其構(gòu)造表示圖如圖2-2所示。所示。 第2章 變壓器圖2-2 油浸式電力變壓器的構(gòu)造表示圖 1平安氣道；2氣體繼電器；3高壓套管；4低壓套管；5分接開關(guān)；6油箱；7放油閥門；8器身；9接地板；10銘牌；11溫度計；12吸濕器；13油表；14儲油柜 第2章 變壓器2.1.3 變壓器的分類和額定參數(shù)變壓器的分類和額定參數(shù)變壓器的分類變壓器的分類變壓器按用途可以分為電力變壓器和特種變變壓器按用途可以分為電力變壓器和特種變壓器兩大類。壓器兩大類。變壓器按繞組構(gòu)成可分為雙繞組變壓器、三變壓器按繞組構(gòu)成可分為雙繞組變

3、壓器、三繞組變壓器、多繞組變壓器和自耦變壓器。繞組變壓器、多繞組變壓器和自耦變壓器。第2章 變壓器 變壓器按鐵芯構(gòu)造可分為殼式變壓器和芯式變壓器。 變壓器按相數(shù)可分為單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。 變壓器按冷卻介質(zhì)和冷卻方式可分為干式變壓器、油浸式變壓器油浸自冷式、油浸風冷式和強迫油循環(huán)式等和充氣式變壓器第2章 變壓器v變壓器的額定參數(shù)變壓器的額定參數(shù)v變壓器的額定參數(shù)是制造廠商對變壓器正常變壓器的額定參數(shù)是制造廠商對變壓器正常運用所做的規(guī)定，通常都標注在變壓器的銘牌運用所做的規(guī)定，通常都標注在變壓器的銘牌上。上。v額定電流額定電流INv額定電壓額定電壓UNv額定容量額定容量SN v額定

4、頻率額定頻率fNv額定溫升額定溫升 第2章 變壓器2.2 單相變壓器的空載運轉(zhuǎn)單相變壓器的空載運轉(zhuǎn)變壓器的空載運轉(zhuǎn)是指變壓器的一次繞變壓器的空載運轉(zhuǎn)是指變壓器的一次繞組接在額定電壓的交流電源上，而二次繞組接在額定電壓的交流電源上，而二次繞組開路的運轉(zhuǎn)方式。組開路的運轉(zhuǎn)方式。 2.2.1 空載運轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系空載運轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系參考方向的規(guī)定參考方向的規(guī)定變壓器中的電壓、電流、磁通及電動勢變壓器中的電壓、電流、磁通及電動勢的大小和方向都是時間的變化量，為了能的大小和方向都是時間的變化量，為了能正確闡明各量之間的關(guān)系，需求規(guī)定它們正確闡明各量之間的關(guān)系，需求規(guī)定它們的正方向。的正方向。 第2章 變

5、壓器v空載運轉(zhuǎn)時的物理情況空載運轉(zhuǎn)時的物理情況v如圖如圖2-5所示為單相變壓器空載運轉(zhuǎn)表示圖。所示為單相變壓器空載運轉(zhuǎn)表示圖。圖2-5 變壓器空載運轉(zhuǎn)表示圖第2章 變壓器v感應(yīng)電動勢和空載電流感應(yīng)電動勢和空載電流v主磁通感應(yīng)電動勢主磁通感應(yīng)電動勢v漏磁通感應(yīng)的電動勢漏磁通感應(yīng)的電動勢 v空載電流空載電流 v變壓器空載運轉(zhuǎn)時的空載電流主要有變壓器空載運轉(zhuǎn)時的空載電流主要有兩個作用，一是建立空載時的磁場，另兩個作用，一是建立空載時的磁場，另一個是補償空載時的損耗。一個是補償空載時的損耗。 第2章 變壓器2.2.2 空載時的平衡方程、等效電路和相量圖空載時的平衡方程、等效電路和相量圖 電動勢平衡方程

6、電動勢平衡方程 _2_20EUv等效電路和相量圖等效電路和相量圖 變壓器空載等效電路圖如圖2-6所示。變壓器空載時的相量圖如圖2-7所示。第2章 變壓器圖2-7 變壓器空載時的相量圖圖2-6 變壓器空載等效電路圖 第2章 變壓器2.3 單相變壓器的負載運轉(zhuǎn)單相變壓器的負載運轉(zhuǎn)變壓器的負載運轉(zhuǎn)是指變壓器的一次繞組接變壓器的負載運轉(zhuǎn)是指變壓器的一次繞組接額定交流電壓，而二次繞組接負載阻抗的運轉(zhuǎn)額定交流電壓，而二次繞組接負載阻抗的運轉(zhuǎn)方式。方式。2.3.1 負載運轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系負載運轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系如圖如圖2-8所示為單相變壓器負載運轉(zhuǎn)表示圖。所示為單相變壓器負載運轉(zhuǎn)表示圖。第2章 變壓器圖2-8 變

7、壓器負載運轉(zhuǎn)表示圖 第2章 變壓器2.3.2 負載運轉(zhuǎn)時的根本方程式負載運轉(zhuǎn)時的根本方程式磁動勢平衡方程磁動勢平衡方程變壓器負載運轉(zhuǎn)時經(jīng)過磁動勢平衡，使一、變壓器負載運轉(zhuǎn)時經(jīng)過磁動勢平衡，使一、二次繞組的電流嚴密地聯(lián)絡(luò)在一同，一次繞組二次繞組的電流嚴密地聯(lián)絡(luò)在一同，一次繞組的電流隨二次繞組電流的變化而變化，從而實的電流隨二次繞組電流的變化而變化，從而實現(xiàn)了電能從一次繞組到二次繞組的傳送?，F(xiàn)了電能從一次繞組到二次繞組的傳送。第2章 變壓器v電動勢平衡方程電動勢平衡方程v變壓器負載時的根本方程組為變壓器負載時的根本方程組為 1 01 1221111222210f112222LN IN IN IUE

8、I ZUEI ZEI ZENkENUI Z 第2章 變壓器2.3.3 變壓器的繞組折算、等效電路及相量圖變壓器的繞組折算、等效電路及相量圖繞組折算繞組折算繞組折算就是將變壓器的一次、二次繞組折繞組折算就是將變壓器的一次、二次繞組折算成同樣匝數(shù)，但不改動其電磁效應(yīng)的計算過算成同樣匝數(shù)，但不改動其電磁效應(yīng)的計算過程。通常，用一個假想的繞組來替代其中一個程。通常，用一個假想的繞組來替代其中一個繞組，使之成為電壓比繞組，使之成為電壓比U=的變壓器，假的變壓器，假想繞組的磁動勢與被交換繞組的磁動勢相等。想繞組的磁動勢與被交換繞組的磁動勢相等。 第2章 變壓器圖2-9 變壓器的等效電路 v等效電路等效電路

9、vT形等效電路形等效電路v經(jīng)過對二次繞組進展經(jīng)過對二次繞組進展折算，可得到變壓器負折算，可得到變壓器負載運轉(zhuǎn)時的等效電路，載運轉(zhuǎn)時的等效電路，如圖如圖2-9所示。所示。 其中變其中變壓器一、二次繞組之間壓器一、二次繞組之間電磁耦合的作用，反映電磁耦合的作用，反映在由主磁通在繞組中產(chǎn)在由主磁通在繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢生的感應(yīng)電動勢上。和21EE第2章 變壓器近似等效電路 近似等效電路如圖2-10所示 。圖2-10 變壓器的近似等效電路第2章 變壓器v等效電路的簡化等效電路的簡化v形等效電路雖然正確反映了變壓器內(nèi)部的形等效電路雖然正確反映了變壓器內(nèi)部的電磁關(guān)系，但它屬于混聯(lián)電路，進展復(fù)數(shù)運算電磁關(guān)

10、系，但它屬于混聯(lián)電路，進展復(fù)數(shù)運算比較費事。由于比較費事。由于I1I0，因此完全可以把，因此完全可以把I0略略去不計，更進一步簡化等效電路圖，從而得到去不計，更進一步簡化等效電路圖，從而得到一個更簡單的阻抗串聯(lián)的簡化等效電路，如圖一個更簡單的阻抗串聯(lián)的簡化等效電路，如圖2-11所示。所示。第2章 變壓器圖2-11 變壓器的簡化等效電路 第2章 變壓器v相量圖相量圖v根據(jù)變壓器的根據(jù)變壓器的T形等效電路可以得形等效電路可以得到其對應(yīng)的相量圖。到其對應(yīng)的相量圖。如圖如圖2-12 所示為感所示為感性負載時的相量圖。性負載時的相量圖。v 圖2-12 感性負載時的相量圖 第2章 變壓器2.3.4 變壓器

11、的效率及損耗變壓器的效率及損耗變壓器的效率變壓器的效率變壓器在接入額定負載時，變壓器的輸出功變壓器在接入額定負載時，變壓器的輸出功率率P2與輸入功率與輸入功率P1的比值稱為變壓器的效率。的比值稱為變壓器的效率。用公式表示為用公式表示為%10012PP在實踐情況下，由于變壓器損耗的存在，不能夠到達100%。 第2章 變壓器v變壓器的損耗變壓器的損耗v變壓器的損耗主要由銅損耗和鐵損耗兩部分變壓器的損耗主要由銅損耗和鐵損耗兩部分組成。組成。v銅損耗銅損耗v 變壓器的繞組是用漆包線繞制的，由于導變壓器的繞組是用漆包線繞制的，由于導體存在著電阻，電流經(jīng)過時，就會因發(fā)熱而損體存在著電阻，電流經(jīng)過時，就會因

12、發(fā)熱而損耗一部分能量，這部分損耗的能量即為變壓器耗一部分能量，這部分損耗的能量即為變壓器的銅損耗。的銅損耗。v鐵損耗鐵損耗v 變壓器的鐵損耗包括渦流損耗和磁滯。變壓器的鐵損耗包括渦流損耗和磁滯。第2章 變壓器2.4 三相變壓器三相變壓器目前電力系統(tǒng)均采用三相制，因此三相變壓目前電力系統(tǒng)均采用三相制，因此三相變壓器的運用極為廣泛。三相變壓器對稱運轉(zhuǎn)時，器的運用極為廣泛。三相變壓器對稱運轉(zhuǎn)時，其各相的電壓、電流大小相等，相位互差其各相的電壓、電流大小相等，相位互差120。 2.4.1 三相變壓器組的磁路系統(tǒng)三相變壓器組的磁路系統(tǒng)三相變壓器的磁路系統(tǒng)可分為組式磁路和心三相變壓器的磁路系統(tǒng)可分為組式磁

13、路和心式磁路兩類。式磁路兩類。第2章 變壓器v組式磁路組式磁路v三相組式變壓器是由三個單相變壓器按一定三相組式變壓器是由三個單相變壓器按一定方式銜接起來組成的，如圖方式銜接起來組成的，如圖2-132-13所示。所示。 圖2-13 三相組式變壓器的磁路系統(tǒng)表示圖 第2章 變壓器v心式磁路心式磁路v三相心式變壓器的每相有一個鐵芯柱，三個三相心式變壓器的每相有一個鐵芯柱，三個鐵芯柱銜接起來構(gòu)成三相鐵芯。常用的三相心鐵芯柱銜接起來構(gòu)成三相鐵芯。常用的三相心式變壓器的鐵芯構(gòu)造如圖式變壓器的鐵芯構(gòu)造如圖2-142-14所示所示 圖2-14 三相心式變壓器的磁路系統(tǒng)表示圖 第2章 變壓器2.4.2 三相變壓

14、器的銜接方法三相變壓器的銜接方法銜接組銜接組同名端的判別同名端的判別當磁通當磁通交變時，在任一瞬間，高壓繞組的交變時，在任一瞬間，高壓繞組的某一端點的電位相對為正時，低壓繞組必有一某一端點的電位相對為正時，低壓繞組必有一端點的電位也相對為正，這兩個對應(yīng)的端點就端點的電位也相對為正，這兩個對應(yīng)的端點就稱為同名端，通常在對應(yīng)的端點旁用稱為同名端，通常在對應(yīng)的端點旁用“*或或“表示，如圖表示，如圖2-15所示。在圖所示。在圖(a)中中A與與a為同為同名端，在圖名端，在圖 (b)中中A與與x為同名端。為同名端。第2章 變壓器(a)繞組繞向一樣 (b)繞組繞向不同圖2-15 變壓器繞組的同名端 第2章

15、變壓器v三相變壓器繞組的銜接方法三相變壓器繞組的銜接方法v在三相變壓器中，繞組的銜接主要采用星形在三相變壓器中，繞組的銜接主要采用星形和三角形兩種銜接方法。和三角形兩種銜接方法。 繞組稱號首 端末 端中 點高壓線圈A B CX Y ZN低壓線圈a b cx y zn第2章 變壓器星形結(jié)合是指把三相繞組的三個末端銜接在一同，而把首端引出分別接三相電源，外形像字母“Y，用字母Y或y表示。其銜接方法分為有中線和無中線兩種，如圖2-18所示。(a)無中線的星形銜接 (b)有中線的星形銜接圖2-18 三相繞組星形接法表示圖 第2章 變壓器三角形結(jié)合是指把一相的末端和另一相的首端相連，使其三相繞組首尾相連

16、，頂端接三相電源，構(gòu)成一個“形，用字母D或d表示。其接法分為順序結(jié)合和逆序結(jié)合兩種，如圖2-19所示。(a)逆序銜接 (b)順序銜接圖2-19 三相繞組三角形接法表示圖 第2章 變壓器v三相變壓器的結(jié)合組別三相變壓器的結(jié)合組別v變壓器用不同的接法時，一次繞組和二次繞變壓器用不同的接法時，一次繞組和二次繞組對應(yīng)的線電壓之間可以構(gòu)成不同的相位。為組對應(yīng)的線電壓之間可以構(gòu)成不同的相位。為了簡單明了地表達繞組不同接法與對應(yīng)線電壓了簡單明了地表達繞組不同接法與對應(yīng)線電壓之間的相位關(guān)系，將變壓器一、二次繞組的分之間的相位關(guān)系，將變壓器一、二次繞組的分成的不同組結(jié)合稱為繞組的結(jié)合組。實際和實成的不同組結(jié)合稱

17、為繞組的結(jié)合組。實際和實際證明，不論三相繞組采用什么結(jié)合方法，一、際證明，不論三相繞組采用什么結(jié)合方法，一、二次側(cè)線電壓的相位總是相差二次側(cè)線電壓的相位總是相差30的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。 第2章 變壓器Yy0 如圖2-20所示為三相變壓器Yy0結(jié)合組及相位圖。假設(shè)把低壓邊的非同名端標為首端a、b、c，再把尾端x、y、z銜接在一同，首端a、b、c引出，結(jié)合組將變成Yy6。a (b)圖2-20 三相變壓器Yy0結(jié)合圖及相位圖 第2章 變壓器Yd11如圖2-21所示為三相變壓器Yd11結(jié)合圖及相位圖。此時把一、二次繞組的首端作為同名端，故一、二次繞組對應(yīng)的相電壓為同相位，二次繞組依次結(jié)合成三角形。圖2

18、-21 三相變壓器Yd11結(jié)合圖及相位圖 第2章 變壓器2.5 其他用途的變壓器其他用途的變壓器隨著工業(yè)的不斷開展，除了傳輸能量的雙繞隨著工業(yè)的不斷開展，除了傳輸能量的雙繞組電力變壓器外，尚有多種特殊用途的變壓器，組電力變壓器外，尚有多種特殊用途的變壓器，它們雖然構(gòu)造與外形不盡一樣，但根本原理完它們雖然構(gòu)造與外形不盡一樣，但根本原理完全一樣，本節(jié)簡要引見常用的自耦變壓器和儀全一樣，本節(jié)簡要引見常用的自耦變壓器和儀用互感器。用互感器。 第2章 變壓器2.5.1 自耦變壓器自耦變壓器自耦變壓器也稱為調(diào)壓器，是實驗室常用的自耦變壓器也稱為調(diào)壓器，是實驗室常用的一種變壓器。它只需一個繞組，這個繞組既是

19、一種變壓器。它只需一個繞組，這個繞組既是一次側(cè)，也是二次側(cè)，故稱為公共繞組。一、一次側(cè)，也是二次側(cè)，故稱為公共繞組。一、二次繞組之間既有磁的關(guān)聯(lián)，又有電的直接聯(lián)二次繞組之間既有磁的關(guān)聯(lián)，又有電的直接聯(lián)絡(luò)。由于兩邊有直接的電聯(lián)絡(luò)，故絡(luò)。由于兩邊有直接的電聯(lián)絡(luò)，故36 V以下，以下，也不一定是平安電壓。其原理如圖也不一定是平安電壓。其原理如圖2-22所示。所示。 第2章 變壓器圖2-22 自耦變壓器的原理表示圖 第2章 變壓器2.5.2 儀用互感器儀用互感器電流互感器電流互感器電流互感器類似于電流互感器類似于一個升壓變壓器，它一個升壓變壓器，它的一次繞組匝數(shù)很少，的一次繞組匝數(shù)很少，普通只需一匝到幾匝，普通只需一匝到幾匝，而二次繞組匝數(shù)卻比而二次繞組匝數(shù)卻比較多，如圖較多，如圖2-23所示。所示。 圖2-23