电力变压器的基本工作原理和结构.ppt
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1、第三章 变压器3.1 3.1 变压器的基本工作原理和器的基本工作原理和结构构3.2 3.2 单相相变压器的空器的空载运行运行 3.3 3.3 单相相变压器的器的负载运行运行3.4 3.4 变压器的参数器的参数测定定3.5 3.5 标么么值3.6 3.6 变压器的运行特性器的运行特性3.7 3.7 三相三相变压器器3.8 3.8 变压器的并器的并联特性特性 变压器是一种静止器是一种静止电器器,它通它通过线圈圈间的的电磁感磁感应,将一种将一种电压等等级的交流的交流电能能转换成同成同频率的另一种率的另一种电压等等级的交流的交流电能能.第三章 变压器3.1 变压器的基本工作原理和结构3.1.1 3.1
2、.1 基本工作原理和分基本工作原理和分类一、基本工作原理 变压器的主要部件是器的主要部件是铁心和套在心和套在铁心上的心上的两个两个绕组。两。两绕组只有磁耦合没只有磁耦合没电联系。在一系。在一次次绕组中加上交中加上交变电压,产生交生交链一、二次一、二次绕组的交的交变磁通,在两磁通,在两绕组中分中分别感感应电动势。只要只要(1)磁通有磁通有变化量化量;(2)一、二一、二次次绕组的匝数不同,的匝数不同,就能达到改就能达到改变压的的目的。目的。第三章 变压器二、分类按用途分:按用途分:电电力力变压变压器和特种器和特种变压变压器。器。按按绕组绕组数目分:数目分:单绕组单绕组(自耦)(自耦)变压变压器、双
3、器、双绕组变压绕组变压器、三器、三绕组变压绕组变压器和多器和多绕组变压绕组变压器。器。按相数分:按相数分:单单相相变压变压器、三相器、三相变压变压器和多相器和多相变压变压器。器。按按铁铁心心结结构分:心式构分:心式变压变压器和壳式器和壳式变压变压器。器。按按调压调压方式分:无励磁方式分:无励磁调压变压调压变压器和有器和有载调压变压载调压变压器器。按冷却介按冷却介质质和冷却方式分:干式和冷却方式分:干式变压变压器、油浸式器、油浸式变压变压器和器和充气式充气式变压变压器。器。第三章 变压器3.1.23.1.2 基本基本结结构构一、铁心 变压变压器的主磁路,器的主磁路,为为了提高了提高导导磁性能和减
4、少磁性能和减少铁损铁损,用厚,用厚为为0.35-0.5mm0.35-0.5mm、表面涂有、表面涂有绝缘绝缘漆的硅漆的硅钢钢片叠成。片叠成。变压变压器的器的电电路,一般用路,一般用绝缘铜线绝缘铜线或或铝线绕铝线绕制而成。制而成。油浸式油浸式变压变压器的器身浸在器的器身浸在变压变压器油的油箱中。油是冷却介器油的油箱中。油是冷却介质质,又是又是绝缘绝缘介介质质。油箱。油箱侧侧壁有冷却用的管子(散壁有冷却用的管子(散热热器或冷却器)。器或冷却器)。将将线线圈的高、低圈的高、低压压引引线线引到箱外,是引引到箱外,是引线对线对地的地的绝缘绝缘,担,担负负着固定的作用。着固定的作用。二、绕组四、油箱三、绝缘
5、套管此外,此外,还还有有储储油柜油柜、吸湿器吸湿器、安全气道安全气道、净净油器油器和和气体气体继电继电器器。第三章 变压器连连接接发电发电机与机与电电网的升网的升压变压压变压器器连连接接发电发电机的机的封封闭闭母母线线 与与电电网相网相连连的高的高压压出出线线端端返回第三章 变压器三相干式变压器接触调压器第三章 变压器电源变压器环形变压器控制变压器第三章 变压器3.1.33.1.3 型号与型号与额额定定值值一、型号 型号表示一台型号表示一台变压变压器的器的结结构、构、额额定容量、定容量、电压电压等等级级、冷却方、冷却方式等内容,表示方法式等内容,表示方法为为如如OSFPSZ-250000/22
6、0OSFPSZ-250000/220表明自耦三相表明自耦三相强强迫油循迫油循环风环风冷三冷三绕组铜线绕组铜线有有载调压载调压,额额定容量定容量250000kVA250000kVA,高,高压额压额定定电压电压220kV220kV电电力力变压变压器器第三章 变压器二、额定值此外,此外,额额定定值还值还有有额额定定频频率率、效率、温升效率、温升等。等。指指铭铭牌牌规规定的定的额额定使用条件定使用条件下所能下所能输输出的出的视视在功率。在功率。额额定容量定容量指指长长期运行期运行时时所能承受的工作所能承受的工作电压电压额额定定电压电压 是指一次是指一次侧侧所加的所加的额额定定电压电压,是指一次是指一次
7、侧侧加加额额定定电压时电压时二二次次侧侧的开路的开路电压电压。在三相。在三相变压变压器中器中额额定定电压为线电压电压为线电压。三者关系三者关系:单单相:相:三相:三相:指在指在额额定容量下,允定容量下,允许长许长期通期通过过的的额额定定电电流。在三相流。在三相变压变压器中指的是器中指的是线电线电流流额额定定电电流流第三章 变压器3.2 单相变压器的空载运行3.2.1 电磁关系一、物理情况第三章 变压器二、各电磁量参考方向的规定1 1)性)性质质上:上:与与 成非成非线线性关系;性关系;与与 成成线线性关系性关系;2 2)数量上:)数量上:占占99%99%以上,以上,仅仅占占1%1%以下以下;3
8、 3)作用上:)作用上:起起传递传递能量的作用,能量的作用,起漏抗起漏抗压压降作用。降作用。主磁通与漏磁通的区主磁通与漏磁通的区别别一次一次侧侧遵循遵循电动电动机机惯惯例,二次例,二次侧侧遵循遵循发电发电机机惯惯例。例。强强调调:磁通与磁通与产产生它的生它的电电流之流之间间符合右手螺旋定符合右手螺旋定则则;电动势电动势与感与感应应它的磁通之它的磁通之间间符合右手螺旋定符合右手螺旋定则则。第三章 变压器三、感应电动势分析 1.主磁通感主磁通感应应的的电动势电动势主主电动势电动势设则有效值相量同理,二次主同理,二次主电动势电动势也有同也有同样样的的结论结论。可可见见,当主磁通按正弦,当主磁通按正弦
9、规规律律变变化化时时,所,所产产生的一次主生的一次主电动电动势势也按正弦也按正弦规规律律变变化,化,时间时间相位上滞后主磁通相位上滞后主磁通 。主。主电动势电动势的的大小与大小与电电源源频频率、率、绕组绕组匝数及主磁通的最大匝数及主磁通的最大值值成正比。成正比。第三章 变压器2.漏磁通感漏磁通感应应的的电动势电动势漏漏电动势电动势漏漏电动势电动势也可以用漏抗也可以用漏抗压压降来表示,即降来表示,即根据主根据主电动势电动势的分析方法,同的分析方法,同样样有有由于漏磁通主要由于漏磁通主要经过经过非非铁铁磁路径磁路径,磁路不磁路不饱饱和和,故磁阻很大且故磁阻很大且为为常数常数,所以漏所以漏电电抗抗
10、很小且很小且为为常数常数,它不随它不随电电源源电压负载电压负载情况情况而而变变.第三章 变压器3.2.2 3.2.2 空空载电载电流和空流和空载损载损耗耗一、空载电流1.作用与组成2、性质和大小 性性质质:由于空由于空载电载电流的无功分量流的无功分量远远大于有功分量,所以空大于有功分量,所以空载电载电流主要是感性无功性流主要是感性无功性质质也称励磁也称励磁电电流;流;大小大小:与与电电源源电压电压和和频频率、率、线线圈匝数、磁路材圈匝数、磁路材质质及几何尺寸有及几何尺寸有关,用空关,用空载电载电流百分数流百分数I I0 0%来表示来表示:空空载电载电流流 包含两个分量,一个是励磁分量包含两个分
11、量,一个是励磁分量 ,作用是建立磁,作用是建立磁场场,另一个是,另一个是铁损铁损耗分量耗分量 ,主要作用是供,主要作用是供铁损铁损耗。耗。第三章 变压器3、空载电流波形由于磁路由于磁路饱饱和,空和,空载电载电流流与由它与由它产产生的主磁通生的主磁通呈非呈非线线性关系。性关系。当磁通按正弦当磁通按正弦规规律律变变化化时时,空,空载电载电流呈尖流呈尖顶顶波形。波形。当空当空载电载电流按正弦流按正弦规规律律变变化化时时,主磁通呈尖,主磁通呈尖顶顶波形。波形。实际实际空空载电载电流流为为非正弦波,但非正弦波,但为为了分析、了分析、计计算和算和测测量的方便,在量的方便,在相量相量图图和和计计算式中常用正
12、弦的算式中常用正弦的电电流代替流代替实际实际的空的空载电载电流。流。第三章 变压器二、空载损耗 对对于已制成于已制成变压变压器,器,铁损铁损与磁通密度幅与磁通密度幅值值的平方成正比,的平方成正比,与与电电流流频频率的率的1.31.3次方成正比,即次方成正比,即 空空载损载损耗耗约约占占额额定容量的定容量的0.2%0.2%1%1%,而且随,而且随变压变压器容量的器容量的增大而下降。增大而下降。为为减少空减少空载损载损耗,改耗,改进设计结进设计结构的方向是采用构的方向是采用优优质铁质铁磁材料:磁材料:优质优质硅硅钢钢片、激光化硅片、激光化硅钢钢片或片或应应用非晶用非晶态态合金。合金。第三章 变压器
13、3.2.3 3.2.3 空空载时载时的的电动势电动势方程、等效方程、等效电电路和相量路和相量图图一、电动势平衡方程和变比1 1、电动势电动势平衡平衡方程平衡平衡方程(1 1)一次)一次侧电动势侧电动势平衡方程平衡方程忽略很小的漏阻抗忽略很小的漏阻抗压压降,并写成有效降,并写成有效值值形式,有形式,有则 可可见见,影响主磁通大小的因素有,影响主磁通大小的因素有电电源源电压电压和和频频率率,以及,以及一一次次线线圈的匝数圈的匝数。重要公式第三章 变压器(2 2)二次)二次侧电动势侧电动势平衡方程平衡方程2 2、变变比比定定义义 对对三相三相变压变压器,器,变变比比为为一、二次一、二次侧侧的相的相电
14、动势电动势之比,近似之比,近似为额为额定相定相电压电压之比,具体之比,具体为为Y,d接接线线D,y接接线线第三章 变压器二、空二、空载时载时的等效的等效电电路和相量路和相量图图1 1、等效、等效电电路路一次一次侧侧的的电动势电动势平衡方程平衡方程为为空空载时载时等效等效电电路路为为第三章 变压器励磁励磁电电阻、励磁阻、励磁电电抗、励磁阻抗。由于磁路具有抗、励磁阻抗。由于磁路具有饱饱和特性,所以和特性,所以 不是常数,随磁路不是常数,随磁路饱饱和程度增大而减小。和程度增大而减小。由于由于 ,所以有,所以有时时忽略漏阻抗,空忽略漏阻抗,空载载等效等效电电路只路只是一个是一个 元件的元件的电电路。在
15、路。在 一定的情况下,一定的情况下,大小取决于大小取决于 的大小。从运行角度的大小。从运行角度讲讲,希望,希望 越小越好,所以越小越好,所以变压变压器常采用器常采用高高导导磁材料,增大磁材料,增大 ,减小,减小 ,提高运行效率和功率因数。,提高运行效率和功率因数。第三章 变压器2 2、相量、相量图图根据前面所学的方程,可作根据前面所学的方程,可作出出变压变压器空器空载时载时的相量的相量图图:(1)以 为参考相量(2)与 同相,滞后 ,(3)滞后 ,;(4)(5)第三章 变压器空空载载运行小运行小结结(1 1)一次)一次侧侧主主电动势电动势与漏阻抗与漏阻抗压压降降总总是与外施是与外施电压电压平衡
16、平衡,若忽若忽略漏阻抗略漏阻抗压压降,降,则则一次主一次主电势电势的大小由外施的大小由外施电压电压决定决定.(2 2)主磁通大小由)主磁通大小由电电源源电压电压、电电源源频频率和一次率和一次线线圈匝数决定,圈匝数决定,与磁路所用的材与磁路所用的材质质及几何尺寸基本无关及几何尺寸基本无关。(3 3)空)空载电载电流大小与主磁通、流大小与主磁通、线线圈匝数及磁路的磁阻有关,圈匝数及磁路的磁阻有关,铁铁心所用材料的心所用材料的导导磁性能越好,空磁性能越好,空载电载电流越小。流越小。(4 4)电电抗是交抗是交变变磁通所感磁通所感应应的的电动势电动势与与产产生生该该磁通的磁通的电电流的比流的比值值,线线
17、性磁路中,性磁路中,电电抗抗为为常数,非常数,非线线性性电电路中,路中,电电抗的大小随抗的大小随磁路的磁路的饱饱和而减小。和而减小。第三章 变压器3.3 单相变压器的负载运行3.3.13.3.1 负载负载运行运行时时的的电电磁关系磁关系变压变压器一次器一次侧侧接在接在额额定定频频率、率、额额定定电压电压的交流的交流电电源上,二次接源上,二次接上上负载负载的运行状的运行状态态,称,称为为负载负载运行运行。第三章 变压器用用图图示示负载负载运行运行时时的的电电磁磁过过程程第三章 变压器3.3.23.3.2 基本方程基本方程一、磁动势平衡方程或 电电磁关系将一、二次磁关系将一、二次联联系起来系起来,
18、二次二次电电流增加或减少必然引起流增加或减少必然引起一次一次电电流的增加或减少流的增加或减少.用用电电流形式表示流形式表示。,I;,I:L作用作用它起平衡二次磁它起平衡二次磁动势动势的的另一个是另一个是负载负载分量分量产产生主磁通生主磁通它用来它用来一个是励磁一个是励磁电电流流两个分量两个分量变压变压器的器的负载电负载电流包括流包括表明表明10&第三章 变压器二、电动势平衡方程根据基根据基尔尔霍夫霍夫电压电压定律可写出一、二次定律可写出一、二次侧电动势侧电动势平衡方程平衡方程负载负载运行运行时时,忽略空忽略空载电载电流有流有:表明,一、二次表明,一、二次电电流比近似与匝数成反比。可流比近似与匝
19、数成反比。可见见,匝数不,匝数不同,不同,不仅仅能改能改变电压变电压,同,同时时也能改也能改变电变电流。流。第三章 变压器3.3.33.3.3 等效等效电电路及相量路及相量图图一、折算折算原折算原则则:1 1)保持二次保持二次侧侧磁磁动势动势不不变变;2 2)保持二次)保持二次侧侧各功率各功率或或损损耗不耗不变变。方法方法:(将二次(将二次侧侧折算到一次折算到一次侧侧)折算:折算:将将变压变压器的二次(或一次)器的二次(或一次)绕组绕组用另一个用另一个绕组绕组(N(N2 2=N=N1 1)来等来等效,同效,同时对该绕组时对该绕组的的电电磁量作相磁量作相应应的的变换变换,以保持两,以保持两侧侧的
20、的电电磁关磁关系不系不变变,用一个等效的用一个等效的电电路代替路代替实际实际的的变压变压器。器。第三章 变压器折算后的方程式折算后的方程式为为第三章 变压器二、等效电路根据折算后的方程,可以作出根据折算后的方程,可以作出变压变压器的等效器的等效电电路。路。T T型等效型等效电电路路:近似等效近似等效电电路路第三章 变压器简简化等效化等效电电路:路:其中分分别别称称为为短路短路电电阻阻、短路短路电电抗抗和和短路阻抗短路阻抗。由由简简化等效化等效电电路可知,短路阻抗起限制短路路可知,短路阻抗起限制短路电电流的作用,流的作用,由于短路阻抗由于短路阻抗值值很小,所以很小,所以变压变压器的短路器的短路电
21、电流流值较值较大,一般大,一般可达可达额额定定电电流的流的1010 2020倍。倍。第三章 变压器三、相量图作相量作相量图图的步的步骤骤对对应应T T型等效型等效电电路,路,假定假定变压变压器器带带感性感性负载负载。第三章 变压器作相量作相量图图的步的步骤骤(假定(假定带带感性感性负载负载)对应简对应简化等效化等效电电路路由等效由等效电电路可知路可知根据方程可作出根据方程可作出简简化相量化相量图图思考思考题题 作出作出变压变压器器带带上不同性上不同性质质负载时负载时的的简简化相量化相量图图?第三章 变压器3.4 变压器的参数测定3.4.13.4.1 空空载实验载实验一、目的:通通过测过测量空量
22、空载电载电流和一、二次流和一、二次电压电压及空及空载载功率来功率来计计算算变变比、空比、空载电载电流百分数、流百分数、铁损铁损和励磁阻抗和励磁阻抗。二、接二、接线图线图三、要求及分析WAVV*1 1)低)低压侧压侧加加电压电压,高,高压侧压侧开路;开路;第三章 变压器4 4)求出参数)求出参数5 5)空)空载电载电流和空流和空载载功率必功率必须须是是额额定定电压时电压时的的值值,并以此求取,并以此求取励磁参数;励磁参数;6 6)若要得到高)若要得到高压侧压侧参数,参数,须须折算折算;7 7)对对三相三相变压变压器,各公式中的器,各公式中的电压电压、电电流和功率均流和功率均为为相相值值;第三章
23、变压器3.4.23.4.2 短路短路实验实验1.目的:通通过测过测量短路量短路电电流、短路流、短路电压电压及短路功率来及短路功率来计计算算变压变压器器的短路的短路电压电压百分数、百分数、铜损铜损和短路阻抗。和短路阻抗。2.接线图3.要求及分析1 1)高)高压侧压侧加加电压电压,低,低压侧压侧短路;短路;WAV*3 3)同)同时记录实验时记录实验室的室温;室的室温;4 4)由于外加)由于外加电压电压很小,主磁通很少,很小,主磁通很少,铁损铁损耗很少,忽略耗很少,忽略铁损铁损,认为认为 。第三章 变压器5 5)参数)参数计计算算对对T T型等效型等效电电路:路:四、短路电压短路短路时时,当短路,当
24、短路电电流流为额为额定定值时值时一次所加的一次所加的电压电压,称,称为为短路短路电压电压,记记作作短路短路电压电压也称也称为为阻抗阻抗电压电压。6 6)温度折算:)温度折算:电电阻阻应换应换算到基准工作温度算到基准工作温度时时的数的数值值。8 8)对对三相三相变压变压器,各公式中的器,各公式中的电压电压、电电流流和功率均和功率均为为相相值值;7 7)若要得到低)若要得到低压侧压侧参数,参数,须须折算;折算;第三章 变压器短路短路电压电压常用百分常用百分值值表示表示 短路短路电压电压的大小直接的大小直接反映短路阻抗的大小,而反映短路阻抗的大小,而短路阻抗又直接影响短路阻抗又直接影响变压变压器的运
25、行性能。器的运行性能。从正常运行角度看,从正常运行角度看,希望短路希望短路电压电压小些,小些,这样这样可使副可使副边电压边电压随随负载负载波波动动小些;从限制短路小些;从限制短路电电流角流角度,希望它大些,相度,希望它大些,相应应的的短路短路电电流就小些。流就小些。第三章 变压器3.5 标么值 标标么么值值,就是指某一物理量的就是指某一物理量的实际值实际值与与选选定的同一定的同一单单位的位的基准基准值值的比的比值值,即即一、定义二、基准值的确定1 1、通常以、通常以额额定定值为值为基准基准值值。2 2、各、各侧侧的物理量以各自的物理量以各自侧侧的的额额定定值为值为基准;基准;线值线值以以额额定
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