电机学_第2章_变压器
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用一台副绕组匝数等于原绕组匝数的假想变压器来模拟实际变压器,假想变压器与实际变压器在物理情况上是等效的。
2)3) 有功和无功损耗不变。
2I实际上的二次侧绕组各物理量称为实际值或折合前的值。
折合后,二次侧各物理量的值称为其折合到一次绕组的折合值。
当把副边各物理量归算到原边时,凡是单位为伏的物理量(电动势、电压等)的归算值等于其原来的数值乘以k;凡是单位为欧姆的物理量(电阻、电抗、阻抗等)的归算值等于其原来的数值乘以k2;电流的归算值等于原来数值乘以1/k。
参数意义220/110V,1R m E 0I 2I ′ U 2I简化等效电路R k 、X k 、Z k 分别称为短路电阻、短路电抗和短路阻抗,是二次侧短路时从简化等效电路一次侧端口看进去的电阻、电抗和阻抗。
R k =R 1+2R ′, X k =X 1+2X ′ Z k =R k +j X k应用基本方程式作出的相量图在理论上是有意义的,但实际应用较为困难。
因为,对已经制造好的变压器,很难用实验方法把原、副绕组的漏电抗x 1和x 2分开。
因此,在分析负载方面的问题时,常根据简化等效电路来画相量图。
短路阻抗的电压降落一个三角形ABC ,称为漏阻抗三角形。
对于给定的一台变压器,不同负载下的这个三角形,它的形状是相似的,三角形的大小与负载电流成正比。
在额定电流时三角形,叫做短路三角形。
讨论:变压器的运行分析感性负载时的简化相量图2U ′− 21I I ′−= 2ϕ 1kI r kx I j 1 1U ABC()()1111111121111210211220m2211P U I E I R jX I E I I RE I I I R I R E I I R =⎡⎤=−++⎣⎦=−+′=−−+′′=++ i i i i i()em 222222222222P E I U I R jX I U I I R ′′=′′′′′⎡⎤=++⎣⎦′′′′=+ i i i 有功功率平衡关系,无功功率平衡关系例题一台额定频率为60Hz的电力变压器,接于频率等于50Hz,电压等于变压器5/6倍额定电压的电网上运行,试分析此时变压器的磁路饱和程度、励磁电抗、励磁电流、漏电抗以及铁耗的变化趋势。
第二章习题解答(Page 39~42)2-1变压器主磁通和漏磁通有何不同?在等效电路中如何体现它们的区别?【解】区别有:①磁通路径不同。
主磁路是闭合的铁心,漏磁路主要由非磁性介质构成,因此,主磁路导磁性能好,主磁通占总磁通的绝大部分,通常在90%左右,故被称为主磁通;漏磁路导磁性能差,漏磁通幅值小,它占总磁通的份额一般不到10%。
②匝链的绕组不同。
主磁通同时匝链(即穿越绕组的线匝)一、二次绕组,而某侧漏磁通仅与该侧绕组自身匝链,这是二者的本质区别。
③受负载影响不同。
主磁通幅值几乎不随负载变化,而漏磁通幅值随负载增加而增大。
在变压器等效电路中,第一个区别用电抗大小来表示,主磁通对应的激磁电抗x m 数值大,漏磁通Φ1σ、Φ2σ对应的一、二次漏抗x 1σ、x 2σ数值较小;第二个区别用电抗位置来表示,x 1σ、x 2σ分别处在一次绕组回路和二次绕组回路中,x m 则处在一、二次绕组的公共回路中;第三个区别表现在电动势大小(图中实际为电抗电压)是否受负载影响,其中,由于I 0基本不随负载变,故电抗压降E 1≈I 0x m 也就不变;I 1和I 2随负载增大而增大,故电抗压降E 1σ=I 1x 1σ和E 2σ=I 2x 2σ就随之增大。
2-2某台单相变压器,220/110V ,若错把二次侧(110V 侧)当成一次侧接到220V 交流电源上,主磁通和激磁电流将如何变化?若将直流电源220V 接在一次侧,会出现什么问题?典型分析过程如下:⑴首先用式分析铁心中主磁通Φm 变化情况。
可见,影响Φm 大小的因素有m 111fN 44.4E U Φ=≈一次绕组匝数N 1、电源的电压U 1和频率f 。
其中,频率,k 为常数。
3.⑵再用式分析磁密B m p Fe 。
A B m m =Φ⑶然后用式和变压器空载特性(也称磁化曲线)分析磁路中磁场强度H m 和导磁率μm m H B µ=变化情况。
三者关系为:若B m 增大,则H m 增大而μ减小;若B m 减小(↓),则H m 减小而μ增大(↑)。
第二章:变压器主要内容:变压器的工作原理,运行特性,基本方程式等效电路相量土,变压器的并联运行及三相变压器的特有问题。
2-1变压器的工作原理本节以普通双绕组变压器为例介绍变压器的工作原理,基本结构和额定值。
一、 基本结构变压器的主要部件是铁心和绕组,它们构成了变压器的器身。
除此之外,还有放置器身的盛有变压器油的油箱、绝缘套管、分接开关、安全气道等部件。
主要介绍铁心和绕组的结构。
1、铁心变压器的铁心既是磁路,也是套装绕组的骨架。
铁心分:心柱:心柱上套装有绕组。
铁轭:形成闭合磁路为了减少铁心损耗,通常采用含硅量较高,厚度为0.33mm 表面涂有绝缘漆的硅钢片叠装而成。
铁心结构的基本形式分心式和壳式两种心式:铁轭靠着绕组的顶面和底面。
而不包围绕组侧面,见图2-2特结构较为简单,绕组的装配及绝缘也较为容易,所以国产变压器大多采用心式结构。
(电力变压器常采用的结构)壳式:铁轭不仅包围顶面和底面,也包围绕组的侧面。
见图2-3,这种结构机械强度较好,但制造工艺复杂,用材料较多。
铁心的叠装分为对接和叠接两种对接:将心柱和铁轭分别叠装和夹紧,然后再把它们拼在一起。
工艺简单。
迭接:把心柱和铁轭一层一层的交错重叠,工艺复杂。
由于叠接式铁心使叠片接缝错开,减小接缝处的气隙,从而减小了励磁电流,同时这种结构夹紧装置简单经济可靠性高,多采用叠接式。
缺点:工艺上费时2、绕组绕组是变压器的电路部分,用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成。
接入电能的一端称为原绕组(或一次绕组)输出电能的一端称为付绕组(或二次绕组)一、二次绕组中电压高的一端称高电压绕组,低的一端称低电压绕组高压绕组匝数多,导线细;低压绕组匝数少,导线粗。
因为不计铁心的损耗,根据能量的守恒原理S I U I U ==2211 (s 原付绕组的视在功率)电压高的一端电流小所以导线细从高低压绕组的相对位置来看,变压器绕组可以分为同心式和交叠式两类同心式:高低压绕组同心的套在铁心柱上。
电机学Electric Machinery电气工程教研室11.三相变压器的概述1)三相变压器对称运行的分析方法三相变压器对称运行时,各相电压、电流大小相等,相位彼此相差120 ,故可以任取一相进行分析。
单相变压器所述的方法及其结论完全适用于三相变压器在对称负载下的运行情况。
2)三相变压器的特殊问题(1)三相变压器的磁路系统;(2)绕组联结组;(3)不同联结组与不同磁路系统组合对三相变压器空载运行电动势波形的影响。
42.三相变压器的磁路系统三相变压器按磁路可分为组式变压器(三相变压器组)和心式变压器(三铁心柱变压器)两类。
三相组式变压器由三台单相变压器组成,各相主磁通都有自己独立的磁路,互不相关联。
三相心式变压器的铁心结构是从三相组式变压器铁心演变过来的,各相磁路是彼此关联的。
59如果把三台单相变压器的铁心拼成星形磁路,则当三相绕组外施三相对称电压时,由于三相主磁通也对称,故三相磁通之和将等于零,即这样,中间心柱将无磁通通过,可省略。
进而把三个心柱安排在同一平面内,可得三相心式变压器。
=++∙∙∙C B A φφφ在三相心式变压器磁路中,磁路是彼此关联的。
三相磁路长度不相等,中间B相磁路较短,两边A、C相磁路较长,磁阻也较B相大。
当外施三相对称电压时,三相空载电流不相等,B相较小,A、C相较大。
由于变压器的空载电流百分值很小(额定电流的0.6%~2.5%),它的不对称对变压器负载运行影响极小,可以忽略。
11组式变压器和心式变压器比较三相心式变压器只用一套油箱、冷却保护装置、材料消耗较少、成本较低、占地面积小、维护比较简单。
三相变压器组常常应用于大型和超大型变压器,便于制造和运输,减少电站的备用容量。
123.三相变压器绕组的联结和组号三相变压器绕组的联结不但是构成电路的需要,还关系到一次侧、二次侧绕组电动势谐波的大小以及并联运行等问题,下面就这些问题加以分析。
13三相心式变压器的三个心柱上分别套有A Array相、B相和C相的高压和低压绕组,三相共六个绕组,如右图所示。
第二章 变压器2-1 什么叫变压器的主磁通,什么叫漏磁通?空载和负载时,主磁通的大小取决于哪些因素?答:变压器工作过程中,与原、副边同时交链的磁通叫主磁通,只与原边或副边绕组交链的磁通叫漏磁通。
由感应电动势公式Φ=1144.4fN E 可知,空载或负载情况下11E U ≈,主磁通的大小取决于外加电压1U 、频率f和绕组匝数1N 。
2-2 一台50Hz 的变压器接到60Hz 的电源上运行时,若额定电压不变,问激磁电流、铁耗、漏抗会怎样变化答:(1)额定电压不变,则'1'11144.444.4Φ=Φ=≈N f fN E U N又5060'=f f ⇒6050'=ΦΦ, 即Φ=Φ65'磁通降低,此时可认为磁路为线性的,磁阻s l R m μ=不变,励磁磁势m m R N I Φ=⋅1,∴m m I I 65'=;(2βα(3)'1x 2-3 电路;2-4 利用T 2-5 2-14 ,Y ,d 联结,试求:(1)一次、 解:(1)A A U S I N N N68.2881035000311=⨯==A A U S I N N N 21.4583.635000322=⨯==(2)原边Y 联结:kV kV U U N N 77.5310311===ΦA I I N N 68.28811==Φ副边∆联结:kV U U N N 3.611==ΦA A I I N N 55.264321.458311===Φ 2-16 有一台单相变压器,已知参数为:Ω=19.21R ,Ω=4.151σX ,Ω=15.02R ,Ω=964.02σX ,Ω=1250m R ,Ω=12600m X ,26087621=N N 。
当二次侧电压VU 60002=,电流A I 1802=,且8.0cos 2=ϕ(滞后)时:(1)画出归算到高压侧的T 型等效电路;(2)用T 型等效电路和简化等效电路求1∙U 和1∙I ,并比较其结果。