变压器绕组PPT演示文稿.ppt

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,,2,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,3,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、副绕组交链，在原、副绕组内感应电动势变压器原、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,4,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5,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,6,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7,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,8,额定数据,1 额定容量SN：额定工作状态下的视在功率，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：,9,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,A,X,a,x,10,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：,e1：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，,m：主磁通的幅值；E1m：原绕组感应电动势的幅值11,电势分析,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。

原边电动势幅值：,有效值：,,相量表示：,12,空载分析,副边绕组链接同一磁链，副边电动势幅值：,有效值：,相量表示：,原边漏电势由原边绕组链接漏磁链得到，,相量表示：,13,,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，,若励磁电流i0按正弦规律变化， 即,（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 （3）空载时，漏阻抗压降小， （4）主磁通大小， 取决于电网电压、频率和匝数结论：,14,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.,由于.,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：,r1：原绕组电阻；Z1r1jx1为原绕组漏阻抗,电压平衡式,15,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16,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,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ife,17,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rm：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18,等值电路,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：,19,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20,单相变压器的负载运行,负载运行时，电路、磁路的工作情况,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，,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，吸收的功率也增大或减小21,负载运行时的基本方程,1. 磁势平衡,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：,22,3.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,,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 ， ， 23,变压器负载运行时的物理过程和方程式：,24,三、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。

25,1. 副边电流的折算值,保持折算前后 不变，则,2. 副边电动势的折算值,折算前后主磁场、漏磁场不变同理，,即,26,3. 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,4. 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， 绕组长度为N1/N2倍，面积小N2/N1倍，所以,所以，,27,5. 副边电压的折算值,6. 副边阻抗的折算值,能量是否改变？,铜耗： 有功输出： 无功输出：,28,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乘以1/k.,已没有变比k,副边绕组经折算后，原来的基本方程成为：,,29,四、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T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30,2.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型等效电路中的激磁支路移出，并联在电源端口,得到型等值电路31,3.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rk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32,五、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33,相量图的画法,（1）画出 ；,假定给定U2、I2、cos2及各个参数,（2）在 相量上加上 得到 ；,（3）,（6）画出 与 的相量和 ；,（7）画出 ，加 得到,,,,,,,,,,,,,,,,（4）画出领先 的主磁通 ；,（5）根据 画出 ， 领先 一个铁耗角了；,,,34,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,35,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36,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37,一、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在不同的电压下， 分别记录I和P空载运行时，总阻抗,所以,这样激磁参数：,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38,二、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， 用简化的等效电路来分析。

参数计算：,参数与温度有关，短路试验时温度与实际运行时不同， 需折算铜线：,39,三、变压器的阻抗电压,短路试验时， 绕组电流达到额定值时， 加于原绕组的电压为UkI1NZk， 此电压称为变压器的阻抗电压或短路电压阻抗电压的大小用百分比来表示：,阻抗电压的大小反映了变压器在额定负载下运行时漏阻抗压降的大小 从运行观点来看， 阻抗电压小， 代表输出电压受负载变化的影响小 一般为410.5%.,40,$ 变压器的标么值,在工程计算中， 各物理量（电压、电流、功率等）除采用实际值来表示和计算外， 有时用这些物理量与所选定的同单位的基值之比，即所谓的标么值表示用“*”表示标么值的认识：,（1）标么值是两个具有相同单位的物理量（实际值和选定的固定值）之比， 没有量纲2）选定基值时， 对于电路计算U、I、Z和S中， 两个量的基值是任意选定， 其余两个量的基值根据电路的基本定律计算3）功率的基值是指视在功率的基值， 同时也是有功和无功功率的基值 阻抗基值也是电阻和电抗的基值4）计算单台变压器时， 通常以变压器的额定值作为基值41,标么值的优点,（1）不论变压器的容量大小， 标么值表示的各参数和典型的性能数据， 通常都在一定的范围， 便于比较和分析； 如,（2）用标么值表示，归算到原边和副边的变压器。