变压器绕组课件1.ppt
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- 变压器 绕组 课件
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1、 变压器变压器是一种静止的电气设备,根据电磁感应原理,将一种形态(电压、电流、相数)的交流电能,转换成另一种形态的交流电能。按用途电力变压器(升压、降压、配电)特种变压器(电炉、整流)仪用互感器(电压、电流互感器、脉冲变压器,阻抗匹配变压器)实验用变压器(高压、调压)也可按线圈数目、铁心结构、相数或变压器冷却方式划分变压器电力变压器电源变压器环形变压器接触调压器控制变压器三相干式变压器简单的单相变压器:两个线圈没有电的直接联系,只有磁的耦合。原绕组(一次绕或初级绕组):两个线圈中接交流电源的线圈,其匝数为N1副绕组(二次绕组或次级绕组):接到用电设备上的线圈,其匝数为N2交变磁通同时与原、副绕
2、组交链,在原、副绕组内感应电动势。dtdNeudtdNeu222111;变压器原、副边电势之比及电压之比等于原、副边匝数之比。单相变压器的基本工作原理单相变压器的基本结构变压器的主要结构:铁心和绕组。铁心是变压器的磁路部分;绕组是变压器的电路部分。铁心通常用0.35mm厚表面涂有绝缘漆的硅钢片冲成一定的形状叠制而成。铁心结构单相壳式变压器心式变压器迭片心式冷轧硅钢片迭片绕组绕组是变压器的电路部分,一般用铜或铝的绝缘导线绕成。绕组有同心式和交叠式两种。变压器其它附件温度计;吸湿器,储油柜;油表;安全气道;气体继电器高压套管;低压套管;分接开关油箱等等额定数据1 额定容量SN:额定工作状态下的视在
3、功率,用伏安(VA)等表示。2 额定电压U1N/U2N:U1N是电源加到原绕组上的额定电压,U2N是原边绕组加上额定电压后副边开路即空载时副绕组的端电压。3 额定电流I1N、I2N:变压器额定容量分别除以原、副边额定电压所计算出来的线电流值。4 额定频率:按我国规定,工业用电50Hz。单相:三相:NNNNNIUIUS221133NNNNNIUIUS2211单相变压器的空载运行变压器的原绕组加上额定电压,副绕组开路,变压器空载运行。几个概念:空载电流、磁势、主磁通、漏磁通、正方向确定AXax空载运行的电动势和电压平衡式根据电磁感应定律,主磁通和漏磁通1在绕组内的感应电动势:dtdNedtdNed
4、tdNe1112211e1:主磁通在原绕组内感应电动势的瞬时值e2:主磁通在副绕组内感应电动势的瞬时值;e1:漏磁通 1在原绕组内感应电动势的瞬时值主磁通按正弦规律,tm sin)90 sin()90 sin(cos)sin(01011111tEtNtNtdtdNdtdNemmmmm:主磁通的幅值;E1m:原绕组感应电动势的幅值。电势分析)90 sin(011tEem当主磁通按正弦规律变化时,原绕组中感应电动势也按正弦规律变化,但相位比主磁通落后900。mmNE 11mmNfEE11m111144.42/Nf 22/mNfjE11144.4原边电动势幅值:有效值:相量表示:空载分析副边绕组链接
5、同一磁链,副边电动势幅值:mmNE 22mmNfEE212244.42/有效值:相量表示:mNfjE1244.4原边漏电势由原边绕组链接漏磁链得到,mNfjEdtdNe110m111111144.4)90-tsin(N 相量表示:漏电势漏磁通1通过的磁路是线性的,漏磁链1 与产生漏磁链的电流i0呈线性关系,dtdLdtddtdNei011111若励磁电流i0按正弦规律变化,即 tsin200Ii 10101L xI jI jE(1)L1为原绕组的漏感系数;x1是原绕组的漏电抗。表征漏磁通对电流的电磁效应。两者与匝数和几何尺寸有关,均为常数。(2)漏电感电动势与电流同频率,相位上落后I0 900
6、。(3)空载时,漏阻抗压降小,(4)主磁通大小,取决于电网电压、频率和匝数。mNfjEU111144.4结论:变压器中,原、副绕组电动势E1和E2之比称为变压器的变比k.21m12m1121 44.4 44.4NNfNfNEEk由于.2211EUEU212121NNUUEEkNN国对于三相变压器,变比指相电势之比。考虑漏磁通,变压器空载运行时相量形式表示的电压平衡方程式:22011011101101011101)()()()()()(EUEZIEjxrIExI jrIEErIUr1:原绕组电阻;Z1r1jx1为原绕组漏阻抗电压平衡式空载电流(1)空载运行时,原边绕组中流过的电流i0,称为空载电
7、流。空载电流Iu 建立空载运行时的磁场iFe 引起损耗变压器中磁性材料的磁化曲线为非线性,在一定电压下,空载电流大小、波形取决于饱和度。忽略空载损耗:(1)当主磁通为正弦波时,磁路越饱和,电流波形畸变严重。(2)空载电流与主磁通同相位。I0空载电流(2)考虑空载损耗时:(1)考虑铁耗(包含磁滞、涡流),将磁化曲线改为磁滞回线。(2)激磁电流不再与主磁通同相,而是导前一个磁滞角m因此,将激磁电流分解为两个分量:(1)与同相的磁化电流iu;(2)导前900有功分量ifeIIIFe0IFeIm0II0根据相量形式的电压平衡式,画出相应的空载运行时的相量图和等值电路。空载运行的相量图和等效电路(1)作
8、为参考相量,和 落后 900。(2)考虑磁滞现象,等值正弦空载电流 超前 一个很小的 角,称为损耗角 。(3)把 和 之间的关系直接用参数形式反映,可把 写出 流过一个阻抗引起的阻抗压降。m m 1E2Em m0I1E0I1E0I)(001mmmjxrIZIErm:变压器的励磁电阻,反映铁耗;xm:变压器的励磁电抗,反映励磁过程;Zm:变压器的励磁阻抗。222001;/;/mmmFemmrZxIprIEZ等值电路mZIZIEZIU0101101)(等值电路综合了空载时变压器内部的物理情况,在等值电路中r1、x1是常量;rm、xm是变量,它们随铁心磁路饱和程度的增加而减少。电压方程:m1E1EI
9、FeI0I10rI10 xI j1U00I0I1U1Emrmxmrmx1x1r1E单相变压器的负载运行变压器原边接在电源上,副边接上负载的运行情况,称为负载运行。AXax单相变压器的负载运行负载运行时,电路、磁路的工作情况1I2I1F2FmF1E2E原边的电势平衡副边的电势平衡忽略了漏阻抗压降,主磁通 不变。从空载到负载,初级绕组电流 增加一个分量 以平衡次级绕组的作用,11EUmLI11I NN 012212211IININILL又121211,NNEEEU22122111)(IENNIEIUL原边绕组从电网吸收的功率传递给副边绕组。副边绕组电流增加或减小的同时,引起原边电流的增加或减小,吸
10、收的功率也增大或减小。负载运行时的基本方程1.磁势平衡mmFFF21LmmmmIINNIIINIFNINI1122112211)(Im是激磁电流,固定不变的量。IL负载分量随负载不同而变化。在额定负载是,I1L比Im大很多,负载分量是I1中的主要部分.2.电动势平衡式:除了主磁通在原、副边绕组中感应电动势E1和E2外,原、副边还有对应于漏磁通产生的漏电势。原边:副边:1111111111111ZIExI jRIERIEEU2222222222222ZIExI jRIERIEEULZIU223.变压器的基本方程综合分析,变压器稳态运行时的六个基本方程式LmmZIUZENININIkEEZIEUZ
11、IEU221122112122221111mI各电磁量之间同时满足这六个方程利用 ,k,Z1,Z2,Zm,ZL求解出 ,。1U1I2I2U1U1I11NI2U2I22NI1NImm211E2E111xI jE222xI jE11rI22rI变压器负载运行时的物理过程和方程式:三、变压器的折算法当k较大时,变压器原、副边电压相差很大,为计算和作图带来不便。变压器原边和副边没有直接电路的联系,只有磁路的联系。副边的负载通过磁势影响原边。因此只有副边的磁势不变,原边的物理量没有改变。这为折算提供了依据。这种保持磁势不变而假想改变它的匝数与电流的方法,称折合算法。实际绕组的各个量,称为实际值;假想绕组
12、的各个量,称为折算值;保持副边绕组的磁势不变进行折算,称为副边向原边折算;保持原边绕组的磁势不变进行折算,称为原边向副边折算。1.副边电流的折算值保持折算前后 不变,则 2F2212NINI221221 IkINNI2.副边电动势的折算值折算前后主磁场、漏磁场不变。mmNfjENfjE21211244.444.4kNNEE2122同理,kNNEE212222122EkEEEkE即3.副边漏电抗的折算值折算前后漏磁场不变,副边绕组匝数从N2折算为N1。漏抗与匝数平方成正比,所以 222xkx4.副边电阻的折算值副边绕组匝数从N2折算为N1,占用原来副绕组同样的空间位置和几何尺寸,铜损耗不变,绕组
13、长度为N1/N2倍,面积小N2/N1倍,所以22212rNNr所以,22222ZkjxrZ5.副边电压的折算值222222222222)(1UkZIEkZkIkEkZIEU6.副边阻抗的折算值LLZkIUkIkUkIUZ222222221能量是否改变?铜耗:有功输出:无功输出:222222rmIrmI222222222coscos1cosImUIkmkUImU222222222sinsin1sinImUIkmkUImU折算法只是一种分析的方法。凡是单位为伏的物理量(电动势、电压)的折算值等于原来数值乘k;单位为欧的物理量(电阻、电抗、阻抗)的折算值等于原来数值乘k2;电流的折算值等于原来的数值
14、乘以1/k.221212122221111LmmmZIUZIEEEIIIZIEUZIEU已没有变比k副边绕组经折算后,原来的基本方程成为:四、等效电路单相变压器负载运行时的电磁关系用等值电路的形式表示,作用变压器模拟仿真的电路模型。2r1I1U1x1r1ELZ2x2I2E2U1I2r1I1U1x1rLZ2x12EE2UmI2ImrmxT型等值电路(1)电路中全部的量和参数都是每一相的值。原边为实际值,副边为折算值。(2)等效的是稳态对称运行状态。2.近似的型等值电路T型电路包含有串联、并联回路。复数运算复杂。实际变压器中,很小。负载变化时 变化不大。因此假定ImZ1 不随负载变化,则将T型等效
15、电路中的激磁支路移出,并联在电源端口,得到型等值电路。111 ,ZIZZIImmmN21EE2r1I1U1x1rLZ2x2UmI2Imrmx3.简化的等值电路负载运行时,Im在I1N中所占的比例很小。在工程实际计算中,忽略Im,将激磁回路去掉,得到更简单的阻抗串联电路。2r1I1U1x1rLZ2x2UmI2ImrmxkkkkkjxrZxkxxxxrkrrrr2212122121rk称为短路电阻;xk称为短路电抗;Zk为短路阻抗。空载运行时,不能用简化的等值电路。五、相量图变压器接感性负载,负载阻抗由电阻和电感组成。为落后;接容性负载,负载阻抗由电阻和电容组成,为超前。相量图的画法,视变压器给定
16、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。基本方程组可以用相量图来表示。2cos2cos相量图的画法(1)画出 ;22,IU假定给定U2、I2、cos2及各个参数(2)在 相量上加上 得到 ;2U2222xjIrI2E(3)12EE(6)画出 与 的相量和 ;2ImI1I(7)画出 ,加 得到1E1111xI jrI1U2U2I22rI22xjI12EEmI2I1Im1E11rI11xI j1U(4)画出领先 的主磁通 ;0190 Em(5)根据 画出 ,领先 一个铁耗角了;mZEI/100Im 从相量图可以看出,变压器原边电压 与电流 的夹角为 ,称为变压器负载运行的功率因数
17、角,称为变压器的功率因数。对于运行的变压器,负载的性质和大小直接影响了变压器功率因数的性质。对应于简化相量图,其等效电路为21II2UkrI1kxI j11U单相变压器基本方法总结分析计算变压器负载运行方法有基本公式、等值电路和相量图。基本方程式:是变压器的电磁关系的数学表达式;等值电路:是基本方程式的模拟电路;相量图:是基本方程的图示表示;三者是统一的,一般定量计算用等效电路,讨论各物理量之间的相位关系用相量图。变压器参数的试验测定 变压器的电路参数在铭牌和产品目录上大都没有标出,可通过试验的方法测定。等值电路是分析和计算变压器的有效工具。励磁参数和短路参数可通过空载试验和短路试验测出。一、
18、空载试验空载试验可以测出变压器的励磁参数。为了便于测试和安全,空载试验在低压侧施加电压。1UVWAV在不同的电压下,分别记录I和P。空载运行时,总阻抗)()(1110mmmjxrjxrZZZ11,xxrrmm所以mZZ 0这样激磁参数:22mm20001Z x;mmmrIprIUZ注意:激磁参数与磁路的饱和度有关,为使测出的参数符合变压器实际运行,额定电压点必测。同时注意折算。二、短路试验为了便于测试,短路试验常在高压侧加电源电压,低压侧直接短路。1UVWA试验电压从零开始逐渐增加,短路电流在01.3倍额定电流范围内变化。短路试验时,外施电压低,相应主磁通铜小,铁耗、激磁电流不计,用简化的等效
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