控制電機(jī)-變壓器-課件

變壓器控制電機(jī)2.1變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)、額定值2.4

單相壓器的等值電路及向量圖2.5變壓器的參數(shù)測(cè)定2.6

變壓器的運(yùn)行特性2.2單相變壓器的空載運(yùn)行

變壓器是一種靜止電器,它以磁場(chǎng)為媒介，通過(guò)線圈間的電磁感應(yīng),將一種電壓等級(jí)的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等級(jí)的交流電能.2.7變壓器的其它問(wèn)題2.3單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行

2.1變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)、額定值2.1.1基本工作原理和分類一、基本工作原理主要部件：鐵心和兩個(gè)繞組。兩繞組只有磁耦合沒(méi)電聯(lián)系。只要兩個(gè)繞組匝數(shù)不同，就可以變壓。接電源原邊（一次，初級(jí)）繞組接負(fù)載副邊（二次，次級(jí)）繞組二、分類2.1.2基本結(jié)構(gòu)一、鐵心——磁路部分電工鋼片疊壓而成閉合磁路用的最多的是冷軋硅鋼片0.35-0.5mm片之間涂絕緣漆，減少損耗

常用形狀有山、C、U型二、繞組——電路部分銅或鋁的絕緣線包原端線圈

＊接到電源電壓上

＊符號(hào)：AX

＊一次線圈，一次繞組

副端線圈

＊接到負(fù)載上

＊符號(hào)：ax

＊二次繞組，二次線圈單相芯式變壓器1—鐵心柱2—鐵軛3—高壓線圈4—低壓線圈

油浸式變壓器的器身浸在變壓器油的油箱中。油是冷卻介質(zhì)，又是絕緣介質(zhì)。油箱側(cè)壁有冷卻用的管子（散熱器或冷卻器）。

將線圈的高、低壓引線引到箱外，是引線對(duì)地的絕緣，擔(dān)負(fù)著固定的作用。四、油箱三、絕緣套管三相干式變壓器接觸調(diào)壓器電源變壓器環(huán)形變壓器控制變壓器連接發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的升壓變壓器連接發(fā)電機(jī)的封閉母線

與電網(wǎng)相連的高壓出線端1—信號(hào)式溫度計(jì)2—吸濕器3—儲(chǔ)油柜4—油位計(jì)5—安全氣道6—?dú)怏w繼電器7—高壓套管8—低壓套管9—分接開(kāi)關(guān)10—油箱11—鐵心12—線圈13—放油閥門此外，額定值還有額定頻率（中國(guó)50Hz）、效率、溫升等。視在功率UN×INSN原副邊相等（η很高）額定容量指長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)所能承受的工作電壓額定電壓

是指一次側(cè)所加的額定電壓，是指一次側(cè)加額定電壓時(shí)二次側(cè)的開(kāi)路電壓。在三相變壓器中額定電壓為線電壓。三者關(guān)系：?jiǎn)蜗啵喝啵河蒘N,UN求得在三相變壓器中指線電流額定電流三變壓器的額定值電壓源方向→電流方向電流方向→磁通方向（右手螺旋定則）磁通方向→感應(yīng)電勢(shì)方向一、各電磁量正方向原則4.3單相變壓器的空載運(yùn)行最終的由共同產(chǎn)生；在電流→磁通→電勢(shì)的情況下，電流方向即電勢(shì)方向電壓指電壓降的方向，電勢(shì)指電勢(shì)升的方向

注意！問(wèn)題U1和E1反方向了；（原邊電動(dòng)機(jī)）E2和I2同方向了。（副邊發(fā)電機(jī)）二、理想變壓器——去掉不理想因素變壓器運(yùn)行過(guò)程中的無(wú)用因素：1）銅損——繞組有電阻2）鐵損——鐵心有磁阻3）漏磁——繞組的耦合程度不夠高1）性質(zhì)上：與成非線性關(guān)系（B～H）；與成近似線性關(guān)系；2）數(shù)量上：占99%以上，僅占1%以下；3）作用上：起傳遞能量的作用，起漏抗壓降作用。主磁通與漏磁通的區(qū)別：理想變壓器條件無(wú)銅損

繞組電阻為0無(wú)鐵損

鐵心磁阻為0，磁導(dǎo)率為無(wú)窮大無(wú)漏磁通

磁路耦合系數(shù)為1√超導(dǎo)材料幾乎做不到×根本做不到

1.電壓平衡方程

∑電勢(shì)升=∑電壓降原邊電壓瞬時(shí)值三、變壓器空載運(yùn)行——副邊開(kāi)路XAxaW1W2原邊電壓平衡方程2.空載電流

一個(gè)是勵(lì)磁分量，作用是建立磁場(chǎng)，產(chǎn)生主磁通——無(wú)功分量；另一個(gè)是鐵損耗分量。作用是供變壓器鐵心損耗——有功分量空載電流包含兩個(gè)分量

性質(zhì)：由于空載電流的無(wú)功分量遠(yuǎn)大于有功分量，所以空載電流主要是感性無(wú)功性質(zhì)——也稱勵(lì)磁電流；2.空載運(yùn)行電動(dòng)勢(shì)假設(shè)主磁通按正弦規(guī)律變化則有效值相量形式

同理，二次主電動(dòng)勢(shì)也有同樣的結(jié)論。相量1）主磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)——主電動(dòng)勢(shì)2）漏磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)——漏電動(dòng)勢(shì)漏電動(dòng)勢(shì)也可以用漏抗壓降來(lái)表示根據(jù)主電動(dòng)勢(shì)的分析方法，同樣有假設(shè)i0按正弦規(guī)律變化漏電勢(shì)相當(dāng)于漏電抗產(chǎn)生的壓降！空載運(yùn)行變壓器電勢(shì)平衡（1）一次側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程忽略很小的漏阻抗壓降和銅損，并寫成有效值形式，有則恒磁通原理：變壓器主磁通大小主要取決于電源電壓和頻率，以及一次線圈的匝數(shù)。與負(fù)載基本無(wú)關(guān)。重要公式（2）二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程2、電勢(shì)與變比定義對(duì)單相變壓器空載運(yùn)行時(shí)結(jié)論

原、副邊電勢(shì)與主磁通的關(guān)系(2)原、副邊漏電勢(shì)由漏磁通產(chǎn)生，通常比較小，可以忽略。原邊空載電流很小，I0=(2%~10%)I1N。想要原副邊電壓不同，只需匝數(shù)不同四、空載時(shí)的等效電路一次側(cè)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程為空載時(shí)等效電路為勵(lì)磁電阻、勵(lì)磁電抗、勵(lì)磁阻抗。由于磁路具有飽和特性，所以不是常數(shù)，隨磁路飽和程度增大而減小。由于，所以有時(shí)忽略漏阻抗，空載等效電路只是一個(gè)元件的電路。在一定的情況下，大小取決于的大小。從運(yùn)行角度講，希望越小越好，所以變壓器常采用高導(dǎo)磁材料，增大，減小，提高運(yùn)行效率和功率因數(shù)。

2.3單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行一、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系變壓器一次側(cè)接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次接上負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，稱為負(fù)載運(yùn)行。負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁過(guò)程電路、磁路工作情況（穩(wěn)態(tài)）空載時(shí)，磁勢(shì)平衡原邊電流包括兩個(gè)分量：1)i0—?jiǎng)?lì)磁分量，建立主磁場(chǎng)，(0.02-0.1)I1N；2)i1L—負(fù)載分量，平衡副邊電流電磁關(guān)系將一、二次聯(lián)系起來(lái),二次電流增加或減少必然引起一次電流的增加或減少.說(shuō)明負(fù)載時(shí)，額定負(fù)載以后，原端電流大大增加了！二、電壓平衡方程根據(jù)基爾霍夫電壓定律可寫出一、二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程負(fù)載運(yùn)行時(shí),忽略空載電流有:表明，一、二次電流比近似與匝數(shù)成反比?？梢?jiàn)，匝數(shù)不同，不僅能改變電壓，同時(shí)也能改變電流。原邊副邊MIT24三、阻抗變換信號(hào)電路中，什么情況下負(fù)載得到的功率最大？

負(fù)載為純阻性且R0=RLR0,RL不變

R0=RL’=k2RL

例4.3某交流信號(hào)源U＝120V,內(nèi)阻Ｒ0=800Ω,負(fù)載電阻ＲL＝８Ω。試求:

（1）若將負(fù)載與信號(hào)源直接相連，負(fù)載上得到的功率有多大？（2）若要信號(hào)源輸給負(fù)載的功率達(dá)到最大,負(fù)載電阻應(yīng)等于信號(hào)源內(nèi)阻。今用變壓器進(jìn)行阻抗變換,則變壓器的匝數(shù)比應(yīng)選多少？阻抗變換后信號(hào)源的輸出功率有多大？

解(1)由圖(ａ)可知,若將負(fù)載直接與信號(hào)源連接,信號(hào)源的輸出功率為

(2)如圖(b)所示,用變壓器把負(fù)載ＲＬ變換為等效電阻,使其阻值與電源內(nèi)阻相等。則變壓器變比為負(fù)載上得到的功率為思考問(wèn)題：1、變壓器空載的等效電路如何？各參數(shù)的物理意義是什么？2、變壓器空載和負(fù)載時(shí)候主磁通變化多少？原端電流變化多少？?基本方程式組按照方程的類別列

?原端電壓方程式

?

副端電壓方程式

?

原副端電勢(shì)聯(lián)系

?

原副端磁勢(shì)聯(lián)系

?

激磁方程

?

負(fù)載方程2.4變壓器的等值電路及相量圖一、變壓器基本方程?已知：U1，Z1，Z2，k，Zm，ZL?求解：I1,I2,E1,E2,Im,U2?正好可以求出來(lái)唯一解目的:去掉變壓器，變?yōu)榧冸娐穯?wèn)題原則:電磁本質(zhì)不變（磁勢(shì)，磁通，功率）方法：線性變換，用一個(gè)假想的和原邊匝數(shù)W1一樣的繞組W’2代替W2，即將副邊折算到原邊（W1=W’2

）1.電流原則：歸算前后磁勢(shì)不變2.電壓、電勢(shì)電壓歸算原則：歸算前后S（視在功率）不變。電勢(shì)歸算原則：歸算前后電磁功率不變二、折算3.電阻:R2原則：有功功率不變4.漏抗原則：Q2不變同理總結(jié)：電流：除k電壓、電勢(shì)：乘k電阻、電抗、阻抗：乘k2三、變壓器的等效電路K=1的理想變壓器1.T型等效電路：注意正方向的調(diào)整驗(yàn)證了副端感性負(fù)載的去磁效應(yīng)，即有負(fù)載后必須增大電流才能維持磁通不變從能量上講，驗(yàn)證了副邊能量來(lái)自原邊型等效電路Z1很小，可以移出勵(lì)磁回路，誤差在允許范圍內(nèi)1U&最簡(jiǎn)化等效電路（電力變壓器I1很大很大，Im

可以忽略，作定性分析）：其中分別稱為短路電阻、短路電抗和短路阻抗。

由簡(jiǎn)化等效電路可知，短路阻抗起限制短路電流的作用，由于短路阻抗值很小，所以變壓器的短路電流值較大，一般可達(dá)額定電流的10~20倍。短路阻抗的物理意義：1.由于Zs很小，變壓器穩(wěn)定短路時(shí)電流↑↑2.短路阻抗對(duì)負(fù)載而言，相當(dāng)于變壓器的內(nèi)阻

1.畫向量圖的依據(jù)——折算后的等值電路四、相量圖基本方程組不同量之間的相位關(guān)系，（如電勢(shì)和磁通的關(guān)系）不同元件（R,L,C）上的電壓、電流、相位角關(guān)系基本向量關(guān)系（如I與jI、-jI，E與-E）作相量圖的步驟——對(duì)應(yīng)T型等效電路，假定變壓器帶感性負(fù)載。已知I2,U2,1.按比例畫2.畫3.畫4.求5.求6.求五、變壓器的分析方法比較基本方程式組

-

原始；準(zhǔn)確

-定量計(jì)算等值電路

-簡(jiǎn)化；場(chǎng)→路，

-定量計(jì)算、定性分析相量圖

-

對(duì)應(yīng)于等值電路

-定性分析在上面的各種分析中都要用變壓器參數(shù)(電阻、漏抗)，何處來(lái)？

-沒(méi)造的：設(shè)計(jì)計(jì)算

-造好的：算起來(lái)麻煩，測(cè)量要測(cè)的參數(shù)：電阻、漏抗、激磁參數(shù)、變比(匝比)

短路實(shí)驗(yàn)

空載實(shí)驗(yàn)假定變壓器：高壓方：A—X

低壓方：a—x2.5變壓器的參數(shù)測(cè)定降壓變壓器一、空載試驗(yàn)_激磁參數(shù)、變比(匝比)1.實(shí)驗(yàn)線路為了實(shí)驗(yàn)的方便和安全，選擇在低壓方ax處

-因?yàn)楦邏悍诫妷禾唠娏魈‰娏鞅M量測(cè)準(zhǔn)確

-電流表最靠近繞組2.實(shí)驗(yàn)曲線（空載特性）空載實(shí)驗(yàn)看電壓,使U2：(0~1.2)U2N有飽和問(wèn)題，必須作出額定點(diǎn)曲線：主要是鐵心的磁化曲線3.參數(shù)計(jì)算※空載時(shí)的等值電路※空載時(shí)的等效阻抗：鐵心有磁滯性，故U2只能單向變化對(duì)應(yīng)額定點(diǎn)處，有:3.參數(shù)計(jì)算顯然，變壓器空載損耗就是鐵損二、短路試驗(yàn)_電阻、漏抗1.實(shí)驗(yàn)線路在高壓方AX做，即大電壓小電流

-因?yàn)槎搪窌r(shí)低壓方電流太大電壓較小，必須測(cè)準(zhǔn)

-電壓表靠近繞組2.實(shí)驗(yàn)曲線（短路特性）短路實(shí)驗(yàn)看電流,使

Ik=(0~1.2)I1N短路特性：直線

Zk=常數(shù)降壓測(cè)量，實(shí)驗(yàn)時(shí)，高壓側(cè)電壓由0慢慢升高至Ik=I1N,此時(shí)電壓為UkUk約為5%U1N，因此Im很小，可忽略激磁阻抗

1U&3.參數(shù)計(jì)算※用最簡(jiǎn)化等效電路，等效阻抗Zk※一般地，為了方便，?。猴@然，變壓器短路損耗就是銅損4、注意問(wèn)題（1）短路計(jì)算時(shí)等值電路為何用最簡(jiǎn)化等值電路？準(zhǔn)嗎？因?yàn)槎搪窌r(shí)Ik很大很大，所以降壓了，減小了Ik

，也大大減小了Im，比例不變（2）電阻是不是可以用萬(wàn)用表測(cè)量？不行，電橋測(cè)的是直流電阻，此處要的是交流電阻，有集膚效應(yīng)產(chǎn)生的附加損耗，數(shù)值要稍大點(diǎn)（3）電阻要進(jìn)行換算，有溫度特性，一般要換算到標(biāo)準(zhǔn)工作溫度（75o）下（4）“阻抗電壓”的概念

-阻抗電壓：短路電流等于額定電流時(shí)的外加電壓值即

U1k=I1NZk定值（不變的）

-很多時(shí)候用百分比來(lái)表示，即：

-銘牌上有時(shí)候標(biāo)注阻抗電壓?jiǎn)栴}的由來(lái)各種物理量用實(shí)際值進(jìn)行比較時(shí)很麻煩，因?yàn)閱挝徊煌?，可不可以用同一單位?/p>

-U，I

相比較同一單位即無(wú)單位，不能用絕對(duì)值，就用相對(duì)值，即標(biāo)么值2.6變壓器的運(yùn)行特性

一、標(biāo)么值1.定義定義：用某一物理量的實(shí)際值與基準(zhǔn)值之比表示方法：右上角加“*”，即

2.計(jì)算方法

＊基準(zhǔn)值一般都選額定值，即銘牌值1.電壓：2.電流

3、其他的量原則上，U,I,Z,S

四個(gè)量中只有兩個(gè)的基值可以任選，另外兩個(gè)則要用這兩個(gè)推導(dǎo)，已經(jīng)選擇了Ub，Ib，則必須阻抗二、采用標(biāo)么值的好處1、不同容量變壓器的標(biāo)么值是接近的，可以比較如：I*0

：0.05-0.1，U*1N=12、采用標(biāo)么值時(shí)，省去了原副方參數(shù)的歸算

-如阻抗，基值相差k2

倍，不必歸算

-如電流：3、不同的物理量可有相同的標(biāo)么值，簡(jiǎn)化運(yùn)算

-簡(jiǎn)化：所有的標(biāo)么值是0~1，方便運(yùn)算

-阻抗電壓（副邊短路，原邊加額定電流時(shí)的原邊電壓值）

Uk=I1NZk變壓器可以等效為一個(gè)電源（電壓源）→向負(fù)載提供電功率（負(fù)載：電流I2）運(yùn)行特性：1.外特性（從負(fù)載端看）U2=f（I2）2.效率η=f（I2）三、變壓器的運(yùn)行特性（一）外特性1定義：原邊加額定條件下U2=f（I2）特性即原邊U1=U1N，f=fN

副邊負(fù)載性質(zhì)一定，即不變注意！不是分壓的關(guān)系！I2為什么會(huì)增大？

Zk,U1一定，要使I2增大，必須ZL減小2、電壓變化率（△u）U2的大小跟I2有關(guān)I2=0時(shí)，U20=U2N，空載一般的，I2↑→U2<U2N定義電壓變化率I2N0U20

△u描述實(shí)際變壓器帶載運(yùn)行與空載運(yùn)行的電壓差，一般<5%

電壓變化率是表征變壓器運(yùn)行性能的重要指標(biāo)之一,它大小反映了供電電壓的穩(wěn)定性。3、表達(dá)式用最簡(jiǎn)化電路對(duì)應(yīng)的相量圖標(biāo)么值作輔助線圖中OC≈OD,Δu=1-U2*=OC-OA≈OD-OA=ADBEDG是矩形Δu=AD4、說(shuō)明問(wèn)題

（1）數(shù)值有正負(fù)感性負(fù)載阻性負(fù)載容性負(fù)載（2）一般定義I2*=1時(shí)為額定Δu

：（3）結(jié)果的證明方法有很多種

-傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)

-解析幾何（4）對(duì)應(yīng)不同的負(fù)載性質(zhì)，數(shù)值有特點(diǎn)

-數(shù)值上Δu有最小值，0-數(shù)值上Δu有最大值，Zk*(二).效率特性1、能量傳輸數(shù)值上

P1=Pcu+PFe+P2=△P+P2其中的損耗即銅損和鐵損銅損∝I12

—可變損耗鐵損∝φ2—不變損耗效率η=P2/P1輸入P1電磁Pem副方負(fù)載P2Pcu1Pcu2(二).效率特性1、能量傳輸PFeT型等效電路上的功率和損耗：(二).效率特性1、能量傳輸2.效率其中結(jié)果空載實(shí)驗(yàn)短路實(shí)驗(yàn)3.效率曲線I2*=0,沒(méi)有輸出P2=0，η=0I2*↑→P2↑→η↑I2*↑↑→Pcu↑↑↑↑-分母是I2*的二次式

→η↓極限I2*→∞，η=0曲線特點(diǎn)：存在最大值對(duì)應(yīng)于I2*=1的額定效率一般在95%以上不變損耗不變，可變損耗從小到大效率從小到大，又逐漸變?。唤?jīng)過(guò)極限點(diǎn)4、最大效率不變損耗=可變損耗時(shí)，產(chǎn)生最大效率數(shù)學(xué)上令條件：最大效率數(shù)值上，變壓器效率最高，最大效率可達(dá)99%設(shè)計(jì)上不能使I2*=1時(shí)產(chǎn)生ηmax-兼顧空載和半載，一般為0.5~0.6三、特種變壓器

1.自耦變壓器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)單繞組變壓器，原、副邊有電的直接聯(lián)系經(jīng)常使用的形式--自耦調(diào)壓器2.電流互感器用途：大電流測(cè)量原理：降電流電流互感器是一個(gè)近似短路運(yùn)行的升壓變壓器注意事項(xiàng)：（1）副邊絕對(duì)不允許開(kāi)路

-鐵損耗急劇上升，過(guò)熱

-副邊出現(xiàn)極高的電壓（2）副邊可靠接地3.電壓互感器用途：大電壓測(cè)量原理：降電壓電壓互感器是一個(gè)近似開(kāi)路運(yùn)行的降壓變壓器注意事項(xiàng)：（1）副邊絕對(duì)不允許短路

-鐵損耗急劇上升，過(guò)熱（2）副邊可靠接地1變壓器的工作原理1