船舶电气设备及系统课件变压器.pptx
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1、说说 明明变压器变压器:是利用是利用电磁感应电磁感应原理进行工作的,所以将它原理进行工作的,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,因而有人称之为止的,因而有人称之为“静止电机静止电机”。学习本章目的学习本章目的:学习变压器结构原理,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。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。连接是本章的
2、难点。21变压器的应用与结构变压器的应用与结构n变压器的应用变压器的应用n变压器的种类变压器的种类n变压器的结构变压器的结构n变压器的铭牌数据变压器的铭牌数据n变压器的维护管理变压器的维护管理一、变压器的应用一、变压器的应用q在陆上:在陆上:变压器广泛应用于电力传输、电气控制、电气检变压器广泛应用于电力传输、电气控制、电气检测等方面。测等方面。q电力传输:电力传输:升、降压。原因减小损耗。电气控制:提供合适升、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。的电源。电气检测:得到所需的信号。q在船上:在船上:主要有:照明变压器和控制变压器。要求安全、主要有:照明变压器和
3、控制变压器。要求安全、可靠。可靠。二、变压器的种类二、变压器的种类分类的方法:分类的方法:按用途、按相数、连接方按用途、按相数、连接方式、按结构形式等分类。式、按结构形式等分类。此外,还可按冷却方式进此外,还可按冷却方式进行分类。行分类。按按用途用途分:分:电力(包括照明)、电源、控制、电力(包括照明)、电源、控制、仪用、特殊(电解、电焊等)。仪用、特殊(电解、电焊等)。按按相数相数分:分:单相、三相。单相、三相。按按连接方式连接方式分:分:/、/、/、/等。等。按按结构形式结构形式分:线圈:分:线圈:筒式、盘式,筒式、盘式,铁心:铁心:心式、壳式。心式、壳式。按按冷却方式冷却方式分:自冷、它
4、冷,风冷、油冷等。分:自冷、它冷,风冷、油冷等。各种不同的分类各种不同的分类注意:注意:船用变压器为船用变压器为B B级级绝缘。绝缘。见见P.251.P.251.表表16-1-316-1-3船用变压器应该采用船用变压器应该采用干式干式。组成:变压器由组成:变压器由铁心铁心和和绕组绕组组成。组成。铁心:铁心:构成磁路构成磁路。绕组:绕组:构成电路构成电路。位置:低压在里、在边。位置:低压在里、在边。绕组绕组按一定规律连接的线圈。按一定规律连接的线圈。变压器的结构变压器的结构三、船舶变压器的使用和管理三、船舶变压器的使用和管理铭牌数据主要有:铭牌数据主要有:S Sn、U U1n/U/U2n、I I
5、1n/I/I2n、f fn等。等。额定容量额定容量S Sn:注意:因为没有气隙,励磁功率小,没注意:因为没有气隙,励磁功率小,没有机械损耗有机械损耗(不动不动)。所以总损耗小,效率高,输出与输。所以总损耗小,效率高,输出与输入功率相差较小。因此,入功率相差较小。因此,S Sn既是既是输入额定值,也是输出输入额定值,也是输出额定值额定值。三相额定电压三相额定电压/电流:电流:注意:注意:额定值都是额定值都是“线线”的量的量。三相功率计算:三相功率计算:不论是三角形还是星形,不论是三角形还是星形,“线线”量与量与“相相”量关系是量关系是电压或电流总有一个相等电压或电流总有一个相等,一个相差一个相差
6、3。所以不论是三角形还是星形其三相功率计算:用线电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压和线电流的乘积再在前面乘3。1.1.铭牌铭牌维护管理维护管理:v外部保持清洁和干燥,防止漏电;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;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)。好(有无短路、断路)。第一节要点第一节要点: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;维护管理。方式;维护管
7、理。2.2.变压器的维护管理变压器的维护管理22.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本节的主要内容有三大点:l 变压器的基本变换功能:变压器的基本变换功能:l 电压和磁势平衡方程:电压和磁势平衡方程:l 变压器的等效电路(补充):变压器的等效电路(补充):实际是归纳后的补充实际是归纳后的补充一、变压器的基本变换功能一、变压器的基本变换功能变压器原理:变压器原理:原边绕组原边绕组N N1通入交流通入交流电,有电流流过电,有电流流过原绕组,原绕组,在磁路中产生交变磁通。在磁路中产生交变磁通。交变磁通分别在原、副绕交变磁通分别在原、副绕组感应电势组感应电势e e1和和e
8、 e2。感应电势公式:感应电势公式:E1=4.44 f N11m;(4.44公式)公式)E2=4.44 f N21m。因原绕组导线电阻很小,且漏感电势因原绕组导线电阻很小,且漏感电势e 1很小(很小(漏磁磁路磁阻大,漏磁磁路磁阻大,1很小),很小),U1 E1,U2=E2。根据根据4.44公式,空载(或副边公式,空载(或副边开路)时有:开路)时有:U1/U2 E1/E2=N1/N2=k 在在U1相同时,选择不同的相同时,选择不同的k,就可得到不,就可得到不同的同的U2。k 称为变压器的称为变压器的变压比变压比。简称。简称变比变比。变压原理变压原理变流原理变流原理当当İ20,则原、副绕组产生磁势
9、的矢量和为励,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。磁磁势,共同在磁路中产生磁通。İ0N1=İ1N1+İ2N2 矢量和矢量和İ0很小,很小,İ1N1 -İ2N2,也就是:,也就是:İ1 -İ2N2/N1=-İ2k I,其中,其中,k I=N2/N1,称为变压器的,称为变压器的变流比变流比。阻抗变换原理阻抗变换原理 变压器带负载后,设负载阻抗为变压器带负载后,设负载阻抗为Z。这个负。这个负载是从变压器的副边看的载是从变压器的副边看的实际值实际值,但是对于原边,但是对于原边变压器的电源,它的阻抗变压器的电源,它的阻抗相当于相当于Z。其关系为:。其关系为:变压器具有变压器具有
10、阻抗变换作用阻抗变换作用,常用在电子线,常用在电子线路中进行阻抗匹配。路中进行阻抗匹配。通常可令:通常可令:kZ=k2,kZ称为变压器称为变压器阻抗变比阻抗变比。变压器的功能变压器的功能 变压器功能有变压器功能有四个四个,书上只讲三个:,书上只讲三个:.电压变换的功能;电压变换的功能;.电流变换的功能;电流变换的功能;.阻抗变换的功能;阻抗变换的功能;此外(双绕组变压器)还有:此外(双绕组变压器)还有:.电气隔离电气隔离的功能。的功能。电气隔离功能,可电气隔离功能,可保证必要的安全保证必要的安全。二、电压和磁势平衡方程二、电压和磁势平衡方程电磁物理量的正方向电磁物理量的正方向 首先必须清楚:交
11、流电量的首先必须清楚:交流电量的方向与直流电量方向的区别:方向与直流电量方向的区别:正方向只是一种参考方向,正方向只是一种参考方向,实际上是有相位差的。实际上是有相位差的。惯例正方向:惯例正方向:原边以电压为参考原边以电压为参考,电流与电压相,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磁感应定律注意注意电势方向为:从低电位指向高电电势方向为: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。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。位指向低电位。副边则以电势为参考副边则以电势为参考。电压平衡方
12、程电压平衡方程 原边电压平衡方程根据基尔霍夫电压定律直接列原边电压平衡方程根据基尔霍夫电压定律直接列出出P.14.P.14.式(式(2-2-62-2-6),其中:),其中:1 1=-j =-j İ1 1X X1 1 满足电磁感应定律满足电磁感应定律 绕组电势绕组电势1不采用电不采用电抗表示是因为带铁心线圈抗表示是因为带铁心线圈的电抗为非线性的,不是的电抗为非线性的,不是常数,只有进行小范围线常数,只有进行小范围线性处理后才能采用电抗性处理后才能采用电抗X X1 1表示。表示。小范围线性处理:在工小范围线性处理:在工作点附近进行。作点附近进行。注意:注意:电势此时的性质是被当作电势此时的性质是被
13、当作电压降电压降处理处理(电抗压降电抗压降)。磁势平衡方程磁势平衡方程 İ1 1是副边电流是副边电流等效到原边时的等效电流。等效到原边时的等效电流。可以理解为:副边带负载可以理解为:副边带负载后对原边电流的影响。后对原边电流的影响。注意:注意:因为变压器对电流的变换作用,因为变压器对电流的变换作用,磁势平衡方程磁势平衡方程实际上就是电流平衡方程实际上就是电流平衡方程。P.14.P.14.式(式(2-2-82-2-8)。)。若令电流若令电流İ1 1=-=-(N N1 1/N/N2 2)İ2 2,则:则:İ1 1=İ0 0+İ1 1 就是就是电流的平衡方程。电流的平衡方程。平衡方程归纳平衡方程归纳
14、根据根据电路电路和和磁路磁路基尔霍夫定律可以得到电压和磁势平衡方程。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:原边电压平衡方程:1 1=(R=(R1 1+jX+jX1 1)İ1 11 1=İ1 1Z Z1 11 1副边电压平衡方程:副边电压平衡方程:2 2=2 2İ2 2(R(R2 2+jX+jX2 2)=)=2 2İ2 2Z Z2 2磁势平衡方程:磁势平衡方程:F F0 0=F F1 1+F F2 2 或或 İ1 1=İ0 0+İ1 1 漏磁通的路径是空气,磁路不饱和。漏磁通的路径是空气,磁路不饱和。漏磁通产生的感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
15、流乘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:积表示:1 1=-j =-j İ1 1X X1 1 和和 2 2=-j =-j İ2 2X X2 2。而主磁。而主磁通的路径是铁心,磁路易饱和,通常不用电抗表示。通的路径是铁心,磁路易饱和,通常不用电抗表示。注意:注意:平衡方程是平衡方程是分析、计算分析、计算变压器的变压器的工具工具。变压器负载后对原边的影响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。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
16、电流也会建立负载磁势,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)。具有去磁性质(阻碍穿过副边绕组磁通变化)。结论结论:虽然正方向已经设定,但是虽然正方向已经设定,但是负载磁势负载磁势与与励磁磁势励磁磁势的的实际方向相反实际方向相反。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通不变(才能平衡电源电压),原绕组中将增大电流(电流从(电流从I I0 0变化到变化到I I1 1)。)。变压器工作过程变压器工作过程 原边接原边接u1后,原绕组有后,原绕组有 i0流过,在铁心中产
17、生流过,在铁心中产生并与原、并与原、副绕组交链,副绕组将感应副绕组交链,副绕组将感应e2,产生,产生u2。接上负载后,副边。接上负载后,副边绕组有绕组有i2 流过。流过。i2 建立负载磁势建立负载磁势F2,对磁路中,对磁路中有去磁性质。有去磁性质。为了保证为了保证不变(才能平衡不变(才能平衡u1),原边电流将增大(从),原边电流将增大(从i0变变化到化到i1),),i2 越大,越大,i1增加越多。变压器就是这样通过磁路磁增加越多。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。通将原边的电能传输到副边而工作的。l P.14.P.14.复习与思考题(复习与思考题(2-2-42-2-4)
18、:):副边电流增大时,副边磁势副边电流增大时,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。持基本不变,原边电
19、流才能随副边电流的增减而增减。变压器的等效电路变压器的等效电路(补充补充)补充的内容补充的内容理解即可理解即可 变压器的等效电路可以通过平衡方程式得到,设: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。为从变压器原边绕组两端看到的整个等效阻抗。|Z|=U|Z|=U1 1/I/I1 1,U U1 1=I=I1 1Z Z1 1+E+E1 1,|Z|=(I|Z|=(I1 1Z Z1 1+E+E1 1)/I)/I1 1=Z=Z1 1+E+E1 1/I/I1 1,I I1 1=I=I0 0+I+I1 1,|Z|=Z|Z|=Z1 1+E+E1 1/(I/(I0 0
20、+I+I1 1)=Z)=Z1 1+1/(I+1/(I0 0/E/E1 1+I+I1 1/E/E1 1);令:令:Z Zm m=E=E1 1/I/I0 0为为励磁阻抗励磁阻抗,E E1 1=kE=kE2 2,数值上数值上I I1 1=I=I2 2/k,/k,所以:所以:E E1 1/I/I1 1=kE=kE2 2/I/I1 1=E=E2 2/I/I2 2=U=U2 2/I/I2 2+Z+Z2 2=Z=ZL L+Z+Z2 2。因因此,此,Z=ZZ=Z1 1+1/1/Z+1/1/Zm m+1/(Z+1/(ZL L+Z+Z2 2)=Z)=Z1 1+Z+Zm m/(Z/(ZL L+Z+Z2 2)。这就是
21、。这就是“变压器的等效电路变压器的等效电路”。观看电路图观看电路图继续其它内容继续其它内容采用电路图表示为:采用电路图表示为:变压器的等效电路变换过程变压器的等效电路变换过程|Z|=U|Z|=U1 1/I/I1 1,U U1 1=I=I1 1Z Z1 1+E+E1 1,|Z|=(I,|Z|=(I1 1Z Z1 1+E+E1 1)/I)/I1 1=Z=Z1 1+E+E1 1/I/I1 1,I I1 1=I=I0 0+I+I1 1,E E1 1/I/I0 0=Z=Zm m,E E1 1/I/I1 1=1/(I=1/(I0 0/E/E1 1+I+I1 1/E/E1 1),),E E1 1/I/I1
22、1=E=E2 2/I/I2 2=U=U2 2/I/I2 2+Z+Z2 2=Z=ZL L+Z+Z2 2,E,E2 2=U=U2 2+I+I2 2Z Z2 2,U U2 2/I/I2 2=Z=ZL L返回说明返回说明继续继续等效电路的种类等效电路的种类:T形等形等效电路效电路形形近似近似1.T形等效电路:形等效电路:比较精确,但运算较复杂,比较精确,但运算较复杂,形状象形状象T。2.形等效电路:形等效电路:运算较简单,但较不精确,运算较简单,但较不精确,形状象形状象。3.近似等效电路:近似等效电路:运算最为简单,但也是最运算最为简单,但也是最不精确的,主要用来估算变压器的参数及定不精确的,主要用来
23、估算变压器的参数及定性分析变压器。性分析变压器。第二节要点第二节要点:工作原理;作用(变压、流、阻抗和隔离);平衡方程。工作原理;作用(变压、流、阻抗和隔离);平衡方程。23.三相电压的变换三相电压的变换本节的主要内容有三大点本节的主要内容有三大点:l 变压器绕组的极性:变压器绕组的极性:l 三相变压器的连接:三相变压器的连接:l 变压器的运行:变压器的运行:变压器的极性:变压器的极性:介绍极性正确连接的意义,及如何判断。介绍极性正确连接的意义,及如何判断。三相变压器的连接:三相变压器的连接:介绍三相连接的种类和电量的相位关介绍三相连接的种类和电量的相位关系。系。V/V连接是一种特殊的连接方式
24、,是船用照明变压器的一种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。应急工作方式。变压器的运行:变压器的运行:介绍变压器的主要运行特性。介绍变压器的主要运行特性。一、变压器绕组的极性一、变压器绕组的极性 概念:概念:所谓极性是指不同绕组工作时其所谓极性是指不同绕组工作时其端部的端部的相位关系相位关系。相位相同的端称为同极性端,或同名端;。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。相位相反的端称为异极性端,或异名端。要求:要求:两个以上绕组的变压器,连接(并联运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。行)时都应该按照正确
25、极性进行连接。极性错误的危害:极性错误的危害:一般将造成短路。从而一般将造成短路。从而烧毁变压器。烧毁变压器。极性接错的危害极性接错的危害串联连接串联连接并联连接并联连接串联短路串联短路并联短路并联短路 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,总体磁通小相等方向相反,总体磁通=0。因此两个线圈不会。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,将造感应电势,电源电压在没有电势平衡的情况下,将造成短路。成短路。极性与线圈的绕向有关,但
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