第二章变压器船舶电气武汉理工轮机工程PPT课件02.ppt

第二章第二章 变压器变压器§§2—1．．变压器的应用与结构变压器的应用与结构§§2—2．．变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理§§2—3．．三相电压的变换三相电压的变换§§2—4．．特殊变压器特殊变压器变压器: 是利用电磁感应原理进行工作的，所以将它划在电机的范畴内由于它没有转动部件，是静止的，因而有人称之为“静止电机” 学习本章目的：—— 学习变压器结构原理，平衡方程，运行特性及参数；学习三相变压器极性和判别方法；学习自耦变压器结构原理和互感器使用注意事项能够进行变压器的基本计算V/V连接是本章的难点§§2—1．变压器的应用与结构．变压器的应用与结构l变压器的应用变压器的应用l变压器的种类变压器的种类l变压器的结构变压器的结构l变压器的铭牌数据变压器的铭牌数据l变压器的维护管理变压器的维护管理q在陆上： 变压器广泛应用于电力传输、电气控制、电气检测等方面q电力传输： 升、降压原因减小损耗电气控制：提供合适的电源电气检测：得到所需的信号q在船上： 主要有：照明变压器和控制变压器要求安全、可靠分类的方法： 按用途、按相数、连接方式、按结构形式等分类。

此外，还可按冷却方式进行分类Ø按用途分： 电力（包括照明）、电源、控制、仪用、特殊（电解、电焊等）Ø按相数分： 单相、三相Ø按连接方式分：/、/、/、/等Ø按结构形式分：线圈：——筒式、盘式， 铁心：——心式、壳式Ø按冷却方式分：自冷、它冷，风冷、油冷等各种不同的分类注意：船用变压器为B级绝缘 见——P.251.表16-1-3船用变压器应该采用干式组成：变压器由铁心和绕组组成铁心：构成磁路绕组：构成电路位置：低压在里、在边 绕组——按一定规律连接的线圈变压器的结构Ø铭牌数据主要有：Sn、U1n/U2n、I1n/I2n、fn等Ø额定容量Sn：注意：因为没有气隙，励磁功率小，没有机械损耗(不动)所以总损耗小，效率高，输出与输入功率相差较小因此，Sn既是输入额定值，也是输出额定值Ø三相额定电压/电流：注意：额定值都是“线”的量 Ø三相功率计算：不论是三角形还是星形，“线”量与“相”量关系是电压或电流总有一个相等，一个相差√3Ø所以不论是三角形还是星形其三相功率计算：用线电压和线电流的乘积再在前面乘√3。

维护管理：v外部保持清洁和干燥，防止漏电；v注意日常检查：温度、电流值、三相平衡情况；v大修过后投入运行前应做检查：绝缘、状态是否良好（有无短路、断路）[第一节要点]： 要求（绕组位置，船用B级）；铭牌数据；冷却方式；维护管理 §§2—2.变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理 本节的主要内容有三大点：l 变压器的基本变换功能：l 电压和磁势平衡方程：l 变压器的等效电路（补充）：—— 实际是归纳后的补充变压器原理： 原边绕组N1通入交流电，有电流流过原绕组，在磁路中产生交变磁通交变磁通分别在原、副绕组感应电势e1和e2感应电势公式： E1 = 4.44 f N1Φ1m；（公式） E2 = 4.44 f N2Φ1m 因原绕组导线电阻很小，且漏感电势e σ1很小（∵漏磁磁路磁阻大，Φσ1很小），∴ U1 ≈E1 ， U2 = E2根据公式，空载（或副边开路）时有： U1 / U2 ≈E1 / E2 = N1 / N2 = k 在U1相同时，选择不同的k，就可得到不同的U2 。

—— k 称为变压器的变压比简称变比当İ2≠0，则原、副绕组产生磁势的矢量和为励磁磁势，共同在磁路中产生磁通 İ0N1= İ1N1+ İ2N2 —— 矢量和∵İ0很小，∴İ1N1 ≈ - İ2N2 ，也就是： İ1 ≈ - İ2N2 / N1 = - İ2k I，其中，k I = N2 / N1 ，称为变压器的变流比 变压器带负载后，设负载阻抗为Z这个负载是从变压器的副边看的实际值，但是对于原边变压器的电源，它的阻抗相当于Z′其关系为： ∴变压器具有阻抗变换作用，常用在电子线路中进行阻抗匹配 通常可令：kZ=k2 ， kZ称为变压器阻抗变比 变压器功能有四个，书上只讲三个： ①. 电压变换的功能； ②. 电流变换的功能； ③. 阻抗变换的功能；此外（双绕组变压器）还有： ④. 电气隔离的功能电气隔离功能，可保证必要的安全电磁物理量的正方向 首先必须清楚：交流电量的方向与直流电量方向的区别： 正方向只是一种参考方向，实际上是有相位差的。

惯例正方向：原边以电压为参考，电流与电压相同，磁通与电流符合右螺旋定则，电势与磁通满足电磁感应定律——注意电势方向为：从低电位指向高电位由于电磁感应定律中有个负号，所以变成从高电位指向低电位副边则以电势为参考电压平衡方程 原边电压平衡方程根据基尔霍夫电压定律直接列出——P.14.式（2-2-6），其中： Ėσ1 = - j İ1Xσ1 —— 满足电磁感应定律 绕组电势Ė1不采用电抗表示是因为带铁心线圈的电抗为非线性的，不是常数，只有进行小范围线性处理后才能采用电抗X1表示 小范围线性处理：在工作点附近进行注意：电势此时的性质是被当作电压降处理(电抗压降)磁势平衡方程 İ′1是副边电流等效到原边时的等效电流可以理解为：副边带负载后对原边电流的影响注意：因为变压器对电流的变换作用，磁势平衡方程实际上就是电流平衡方程—— P.14.式（2-2-8）若令电流İ′1= -（N1/N2）İ2，则：İ1=İ0+İ′1 —— 就是电流的平衡方程平衡方程归纳根据电路和磁路基尔霍夫定律可以得到电压和磁势平衡方程原边电压平衡方程：Ù1= (R1+jX1)İ1－Ė1=İ1Z1－Ė1副边电压平衡方程：Ù2=Ė2－İ2(R2+jX2)=Ė2－İ2Z2磁势平衡方程： F0 = F1 + F2 或 İ1 = İ0 + İ′1 ∵漏磁通的路径是空气，磁路不饱和。

∴漏磁通产生的感应电势大小与产生漏磁电流大小成正比，可用电抗与电流乘积表示： Ėσ1 = - j İ1Xσ1 和 Ėσ2 = - j İ2Xσ2 而主磁通的路径是铁心，磁路易饱和，通常不用电抗表示注意： 平衡方程是分析、计算变压器的工具变压器负载后对原边的影响 变压器副边接上负载后，副边绕组有电流流过负载电流是由穿过副绕组交变磁通感应副边电势产生的，根据电磁感应定律负载电流也会建立负载磁势，具有去磁性质（阻碍穿过副边绕组磁通变化） [结论]：虽然正方向已经设定，但是负载磁势与励磁磁势的实际方向相反 ∵负载磁势具有去磁性质，为了保证磁路中的磁通不变（才能平衡电源电压），原绕组中将增大电流（电流从I0变化到I1）变压器工作过程 原边接u1后，原绕组有 i0流过，在铁心中产生Φ并与原、副绕组交链，副绕组将感应e2，产生u2 接上负载后，副边绕组有i2 流过i2 建立负载磁势F2 ，对磁路中Φ有去磁性质为了保证Φ不变（才能平衡u1 ），原边电流将增大（从i0变化到i1），i2 越大，i1增加越多变压器就是这样通过磁路磁通将原边的电能传输到副边而工作的。

l P.14.复习与思考题（2-2-4）：副边电流增大时，副边磁势的去磁作用增大；这将使主磁通出现减少的趋势但主磁通的这一趋势，立即引起原边电势的减少，立即使其电流增加，从而使主磁通保持基本不变，反之亦然（若副边电流减小，原边电流也会减小）也就是说，只要原边电压不变，主磁通是基本不变的正是主磁通能保持基本不变，原边电流才能随副边电流的增减而增减 补充的内容理解即可 变压器的等效电路可以通过平衡方程式得到，设：Z为从变压器原边绕组两端看到的整个等效阻抗Z|=U1/I1，∵U1=I1Z1+E1，∴|Z|=(I1Z1+E1)/I1=Z1+E1/I1， ∵I1=I0+I1′，∴|Z|=Z1+E1/(I0+I1′)=Z1+1/(I0/E1+I1′/E1)；令：Zm=E1/I0为励磁阻抗，∵ E1=kE2，数值上I1′=I2 /k, 所以：E1/I1′=kE2/I1′=E2/I2=U2/I2+Z2=ZL+Z2因此，Z=Z1+1/[1/Zm+1/( ZL+Z2)]=Z1+Zm//(ZL+Z2)这就是“变压器的等效电路” 观看电路图继续其它内容采用电路图表示为：|Z|=U1/I1, U1=I1Z1+E1, |Z|=(I1Z1+E1)/I1=Z1+E1/I1,I1=I0+I1′, E1/I0 =Zm, E1/I1=1/(I0/E1+I1′/E1), E1/I1′=E2/I2=U2/I2+Z2=ZL+Z2, E2=U2+I2Z2, U2/I2=ZL返回说明继续等效电路的种类：T形等效电路Γ形近似1.T形等效电路： 比较精确，但运算较复杂，形状象T。

2.Γ形等效电路：运算较简单，但较不精确，形状象Γ3.近似等效电路：运算最为简单，但也是最不精确的，主要用来估算变压器的参数及定性分析变压器[第二节要点]： 工作原理；作用（变压、流、阻抗和隔离）；平衡方程 §§2—3. 三相电压的变换三相电压的变换本节的主要内容有三大点：l 变压器绕组的极性：l 三相变压器的连接：l 变压器的运行：变压器的极性：—— 介绍极性正确连接的意义，及如何判断三相变压器的连接： —— 介绍三相连接的种类和电量的相位关系V/V连接是一种特殊的连接方式，是船用照明变压器的一种应急工作方式变压器的运行：—— 介绍变压器的主要运行特性 概念：所谓极性是指不同绕组工作时其端部的相位关系相位相同的端称为同极性端，或同名端；相位相反的端称为异极性端，或异名端 要求：两个以上绕组的变压器，连接（并联运行）时都应该按照正确极性进行连接 极性错误的危害：—— 一般将造成短路从而烧毁变压器极性接错的危害串联连接并联连接串联短路并联短路 将两个线圈反向串联或者并联，如果两个线圈的匝数相等，接上电源后，在铁心磁路中产生的磁通大小相等方向相反，总体磁通Φ =0。

因此两个线圈不会感应电势，电源电压在没有电势平衡的情况下，将造成短路 极性与线圈的绕向有关，但一台造好的变压器，线圈外面包有绝缘层，实际使用时不可能拆开绝缘层来查看其绕向为此，就必须采用记号来表示 当两个线圈在1和3两端通入同相位的电流时，在铁心中各自产生的磁通相位相同，感应的电势的相位也一样这两个线圈的极性，称1、3为“同名端”或者“同极性端”并用“•”或“” 作为标记因此，线圈1、2和线圈3、4，在电气原理图上就不需要再画出铁心了 两个线圈中有两个端子为同名端，则另外两个端子之间也是同名端；而1-4或2-3则称为“异名端”或“异极性端”所以说，线圈同名端的标记不是唯一的极性的标记同名端的判别(交流法)主要判别方法有：交流法和直流法l交流法： 交流法接线如右图所示电压表两端电压 V = U1 －U2 若1、3为同名端，因为U1、U2 同相位，则V ＜ U1 ； 若1、3为异名端，因为U1、U2 反向，则V ＞U1 l直流法：直流法接线如右图所示 若1、3为同名端，开关S闭合时，毫安表正偏；若为异名端，则反偏。

因闭合时，感应电势要阻碍电流流入，方向为1＋、2－ ) ；断开时指针偏转方向正好相反同名端的判别(直流法) 注意：S断开时，1-2之间可能感应较高的电压l连接方法：星形或三角形，即：Yy, Yd, Dy 和Ddl连接组别：—— 连接组别的表示法了解即可 不同的连接副绕组电势相位不同, 副绕组与原绕组相位上的不同关系可用连接组别表示连接组别以“时钟表示法”表示 时钟表示法：—— 分针为原绕组线电势EABAB向量，时针为副绕组线电势Eab向量Y/y连接：Y/d连接： 连接组别是用来表示三/单相变压器连接的标准形式的，原副边连接符号之间用“/”号隔开，然后用“-”号引出表示原副边线电势的相位角的“时钟点数”长针，即分针表示原边线电势相量——恒为“12”的位置；短针，即时针表示副边线电势Eab 位置如：Y/d-11表示，副边线电势Eab滞后原边线电势EABAB 30度电角度 连接组别说明（了解即可）船用照明变压器及V/V连接l船用照明变压器：船舶照明变压器是重要的设备，有两种配置方案： 1.两台三相变压器：—— 互为备用 2.三台单相变压器：—— 组成△/△连接的三相组式变压器。

应急时可由两台单相变压器连接成V/V连接继续使用注意：必须是三相组式(三台单相)变压器，变压器三相的磁路才是独立的，才不会相互影响lV/V连接时容量的计算： 每台单相变压器电流额定值不能超过设，单相变压器额定值：I2n、U2nV/V连接最大容量为SVL，则△和V连接容量分别为： Sn=√3×U2△I2△=3U2nI2n SVL=√3×U2I2=√3×U2nI2n因此， V/V连接容量是△连接时容量的1/√3： SVL/ Sn=1/√3利用系数：SVL/ SVn=√3/2V/V连接 运行特性是维护管理变压器的主要依据，是变压器性能的一种体现变压器的运行特性主要有： 1.外特性：—— 作为电源都需要考察的重要特性 2.效率特性： —— 任何设备都需要考察的重要特性l外特性： 外特性(条件)：cosφ2 不变，U2=f(I2)是一条下降的曲线cosφ2变化，i2的去磁程度不同，外特性形状也不同 下降原因：阻抗(主要是电抗)压降 电压变化率：△u2%，是作为电源的重要指标△u2%的计算公式：——书式(2-3-3)。

恒压源都需要考察外特性，都以电压变化率作为其性能指标l效率特性： 效率特性(条件)：cosφ2 不变，η2=f(P2) ∵没有机械损耗，∴变压器的效率比较高 铁损等于铜损(60%～80%P2n)时效率最高一般变压器或电机，都有铁损等于铜损时效率最高电机的效率特性的形状基本相同l要求：l基本条件：1. 不应有环流；2. 按容量比例分配负荷1. 原副边额定电压分别相等；2. 连接组别相同；3. 具有相同的阻抗标幺值变压器的并联运行[注意]：书遗漏，应该补上“标幺值”三个字§§2—4．特殊变压器．特殊变压器本节的主要内容有两大点：l自耦变压器：l仪用互感器： 主要掌握结构原理 主要掌握使用注意事项l结构： 一个有中间抽头的绕组，绕组的两个端子接电源作为原边，中间抽头和其中一个端子作为副边，如图所示总匝数N1，副边匝数N2自耦” —— 自己耦合，即有磁耦合，也有电的直接耦合l原理： 原理：原边接电源绕组有电流I1流进绕组，一部分电流I2通过中间抽头流出经过负载，另一部分电流 I 则通过公共部分铁心中将产生磁通，并圈绕组上感应电势，由于感应电势正比于绕组的匝数，其它情况与双绕组变压器相似。

用途：用在变比k接近于1的场合变比越接近于1，公共部分的电流 I 就越小—— ∵大部分电流直接经过中间抽头输出 [注意]：自耦变压器没有电气隔离作用l种类与用途： 用途：用来测量交流电压和电流将高电压或大电流变换成低电压或小电流 种类：电压互感器和电流互感器两种l原理：电压互感器：相当于工作在空载状态的降压变压器电流互感器：相当于工作在短路状态的升压变压器（电流由被测电路决定）l使用注意： 电压互感器：使用时不能短路，所带负载阻抗不能太小 电流互感器：使用时绝对不能开路，所带负载阻抗不能太大 此外：电压、电流互感器的铁心和副绕组的一端都应可靠接地 注意：电压互感器副边标准额定电压为100V，电流互感器副边标准额定电流为5A第二章第二章 小小 结结l l各节要点各节要点：：第一节：第一节：要求（绕组位置，船用要求（绕组位置，船用B级）；铭牌数据；冷却级）；铭牌数据；冷却方式（干式）；维护管理方式（干式）；维护管理 第二节：第二节：工作原理；作用（变压、流、阻抗和隔离）；工作原理；作用（变压、流、阻抗和隔离）；平衡方程。

平衡方程 第三节：第三节：极性（交流法、直流法）；连接（四种标准接极性（交流法、直流法）；连接（四种标准接法）；运行特性法）；运行特性 第四节：第四节：自耦变压器（原理，特点）；互感器（使用注自耦变压器（原理，特点）；互感器（使用注意事项，标准输出）意事项，标准输出） 主要内容主要内容(归纳归纳) 第二章的主要内容是：变压器的结构原理，平衡方程式，运行特性及参数；三相变压器的极性和判别方法；自耦变压器的结构原理和互感器的使用注意事项V/V连接是本章的难点（难在单相/三相的功率计算易混淆） 第二章 变压器 也有计算任务，是“第三章 异步电动机”的计算基础 主要内容主要内容(要点要点)l变压器的结构原理；变压器的结构原理；l平衡方程式，运行特性及参数；平衡方程式，运行特性及参数；l三相变压器的极性和判别方法；三相变压器的极性和判别方法；l自耦变压器的结构原理和互感器的使用注意事项；自耦变压器的结构原理和互感器的使用注意事项；lV/V连接是本章的难点（难在单相连接是本章的难点（难在单相/三相的功率计算三相的功率计算易混淆）易混淆）l第二章第二章 变压器变压器 也有计算任务，是也有计算任务，是“第三章第三章 异步电异步电动机动机”的计算基础。