第三章变压器
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第三章变压器第一节变压器的用途、分类与结构内容提要:1. 变压器的用途、分类2. 变压器的主要结构部件3. 变压器的发热温升4. 变压器的额定数据一、变压器的用途、分类1、变压器的用途:变压器是静止电器,由铁心(磁路)及两个或两个以上的绕组(电路)组成,绕组之间由铁心中交变磁通联系(磁耦合)实现从一种电压(电流)变为另一种电压(电流)。
升压变压器 降压变压器●隔离变压器(4)按冷却方式: 油浸自冷变压器(3)按用途分为:❍油浸水冷变压器干式空气自冷变压器●油浸风冷变压器二、变压器的主要结构部件1、一次绕组(原绕组)-电源侧2、二次绕组(副绕组)-负载侧3、变压器铁心-磁路部分3.1 非晶合金铁心变压器的特点非晶合金与硅钢片变压器相比,空载损耗下降70%至80%,空载电流下降80%,节能效果显著。
非晶合金片厚度极薄,填充系数较低,采用磁密低,产品的设计受材料限限制程度较高,非晶合金对机械应力非常敏感,张引力和弯曲应力都会影响磁性能,结构设计特殊。
3.2 立体卷铁心变压器的特点铁心和线圈需在专用设备上卷制,减少了由人工制造造成的质量波动,质量稳定可靠;卷铁心与叠铁心相比可减少工序,生产效率高,自动化程度高;立体卷铁心的退火效果更好,能更有效降低空载损耗和空载电流。
铁轭的截面积为心柱截面积的一半,即节能又省材。
卷铁心是连续绕制而成,可使噪声降低。
3.3 叠铁心变压器的特点铁心制造工艺简单,制造工时短,降低了制造成本变压器制造厂具有成熟的叠铁心工艺,成熟的质量控制管理体系不需要卷制铁心和线圈的专用设备,降低了产产品的制造成本铁心材料较“R型”卷铁心利用率高,能降低产品的制造成本。
3.4 平面卷铁心变压器的特点铁心和线圈需在专用设备上卷制,减少了由人工制造造成的质量波动,质量稳定可靠;卷铁心在经过退火处理后,空载损耗和空载电流可大幅度下降;卷铁心与叠铁心相比可减少工序,生产效率较高,自动化程度较高;卷铁心是连续绕制而成,可使噪声降低。
三、变压器的发热温升由于绕组里有铜耗、铁耗及各种附加损耗,一方面影响效率;一方面转变为热能,因此导致变压器的温度升高,并使绝缘材料老化。
四、变压器的额定数据2、额定电压(线电压)1、额定容量(视在功率)3、额定电流(线电流)1N NU U =*一次绕组额定电压N S ,单位为VA 或kVA 12/N N U U ,单位为V 或kV 二次绕组额定电压是当1N N U U =202NU U =时,二次绕组开路电压112233NN N N NS U I U I ==112233N N N N N S U I U I ΦΦΦΦ==,单位A 12/N N I I 3N N N N U U I I ΦΦ==Y 接:A B CX Y ZYZ3N N N N U U I I ΦΦ==接:∆ABCX第二节变压器的运行分析本节内容体现了变压器的基本电磁关系,着重研究变压器稳态运行的数学模型。
主要内容:1. 基本方程式、相量图和等效电路图2. 变压器的折合算法3. 标么值4. 运行性能*以单相变压器为例来介绍变压器的运行分析及数学模型等,这些结果同样适用于三相变压器对称稳态运行分析LZ +-1I 1UA X 1E +-+-2E xa1N 2N 2U 2I **mΦ 变压器各物理量的参考方向按电动机惯例,吸收电功1U 1I 和1、按发电机惯例,发出电功2U 2I 和5、均由同名端流入1I 2I和6、3、、和符合右手螺旋定则1E 2E m Φ 2、和符合右手螺旋定则1I mΦ 4、和符合右手螺旋定则2I m Φ一、变压器空载运行*、都是最大值,一般*、都是由励磁磁动势产生的。
m Φ1S Φ1(0.1%0.2%)S m Φ=-Φm Φ1S Φ1. 主磁通、漏磁通010f N i =0I 1s E 1U +-AX1E +-+-2E 20U xamΦ 1s Φ 1N 2N变压器正常运行时,设电源电压为正弦变化,则主磁通的瞬时值为sin m tφω=Φ根据电磁感应定律111sin(90)m d e N N t dt φωω=-=Φ-2.主磁通感应电动势11114.4422m m mE N E fN ωΦ===Φ则电动势的有效值为224.44mE j fN =-Φ 同理:取参考向量,因落后主磁通,0m m Φ=Φ∠ m Φ 1E 090114.44mE j fN =-Φ 则:其中R m -励磁电阻;X m -励磁电抗Z m -励磁阻抗00001001()()ara r I I I I G E I jB E =+=-=-- G 0-励磁电导B 0-励磁导纳8.变压器空载运行的等效电路0100010000()()m m m I E G jB I E R jX I I Z G jB =---==+=- 所以8.变压器空载运行的等效电路R m -励磁电阻,它是反映变压器铁耗大小的等效电阻,不能用伏安法测量。
X m -励磁电抗,反映了主磁通对电路的电磁效应。
2m m X N ω=Λ0I m R mjX 1U 1R 1jX 1E 结论:1I 1s Φ 1s E 1U +-2U 2I +-2E 2s E LZ 2s Φ mΦ 1N 2N AXxa**1E +-二、变压器的负载运行2. 负载时二次电压、电流的关系22222S U E E I R =+- 222S E jI X =- 22222()U E I R jX =-+ 22LU I Z =3. 变压器的基本方程式1111U E I Z =-+ 12E k E =10mE I Z -= 2222U E I Z =- 210I I I k+= 22LU I Z = 1I 1s E 1U +-AX 1E +-+-2E 2U x a1s Φ 1N 2N 2I 2s E 2s Φ **mΦ LZ4. 折合算法①目的: a 、使一、二次绕组“有”电的连接等效电路,这样就用电路知识来解题了。
b 、画相量图方便(定量画法)。
2F 1F ②解决方法(算法根据)保持不变,就不会影响的变化。
③定义:保持一个绕组的磁动势不变而改变其电流和匝数的算法称为归算法(折合算法)。
1111222222L U E I Z U E I Z U I Z =-+''''=-'''= ()121102mE E E I ZI I I '==-'=+- 5. 等效电路㈠折合后的六个基本方程式:6、相量图'2U '2I 2ϕ''22I R ''22jI X '12E E = 0I 1I '2I - 1E - 11I R 11jI X 1U ϕ1ϕ1111U E I Z =-+ ''2222E U I Z ''=+ 22LU I Z '''= 12E E '= 01/m I E Z =- ()102I I I '=+- 已知:、、、2U 2I 2cos ϕk mΦkV A , V,Y ,y0联接,,,副边Y 接,750N S =12/10000/400N N U U =1.4K r =Ω 6.48K x =Ω0.200.07L Z j =+Ω求:已知:例2-1 (p30)12,I I ①;2U ②;1212,,,P P Q Q ③;η④一个物理量的=该物理量的实际值标幺值该物理量的基本值1、电机学中基值的选择(一)以额定值为基值相(线)电压(流)的基值分别是相(线)电压(流)的额定值。
三相(单相)功率的基值分别是三相(单相)的额定功率。
(二)视在(有功、无功)功率的基值是一样的第三节标幺值[P,U]∴可以忽略Z 1;1、空载试验第四节参数测定忽略Z 10110.0020.01N mI I Z Z = 10N m U Z I ϕϕ=020m P R Iϕϕ=22m m mX Z R=-220100m FeI R I R P P ∴≈2、短路试验1k N m U U ⇒Φ⇒ Fe 比正常运行小P 很小1k k N U Z I ϕϕ=21kN k N P R Iϕϕ=22k k kX Z R=-75234.575234.5Kk CR R θ+=+ 7522575225Kk CR R θ+=+ 227575k k C k C Z R X =+ kU 1k NI I = k CuP P ∴≈。