94变压器

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。dtdNeudtdNeu222111;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。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。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：NNNNNIUIUS221133NNNNNIUIUS2211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AXax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：dtdNedtdNedtdNe1112211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，tmsin)90sin()90sin(cos)sin(01011111tEtNtNtdtdNdtdNemmmmm：主磁通的幅值；E1m：原绕组感应电动势的幅值。电势分析)90sin(011tEem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。mmNE11mmNfEE11m111144.42/Nf22/mNfjE11144.4原边电动势幅值：有效值：相量表示：空载分析副边绕组链接同一磁链，副边电动势幅值：mmNE22mmNfEE212244.42/有效值：相量表示：mNfjE1244.4原边漏电势由原边绕组链接漏磁链得到，mNfjEdtdNe110m111111144.4)90-tsin(N相量表示：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，dtdLdtddtdNei011111若励磁电流i0按正弦规律变化，即tsin200Ii10101LxIjIjE（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I0900。（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。mNfjEU111144.4结论：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.21m12m112144.444.4NNfNfNEEk由于.2211EUEU212121NNUUEEkNN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：22011011101101011101)()()()()()(EUEZIEjxrIExIjrIEErIUr1：原绕组电阻；Z1＝r1＋jx1为原绕组漏阻抗电压平衡式空载电流（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。I0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m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IIIFe0IFeIm0II0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。mm1E2Emm0I1E0I1E0I)(001mmmjxrIZIE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。222001;/;/mmmFemmrZxIprIEZ等值电路mZIZIEZIU0101101)(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：m1E1EIFeI0I10rI10xIj1U00I0I1U1Emrmxmrmx1x1r1E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。AXax单相变压器的负载运行负载运行时，电路、磁路的工作情况1I2I1F2FmF1E2E原边的电势平衡副边的电势平衡忽略了漏阻抗压降，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，11EUmLI11INN012212211IININILL又121211,NNEEEU22122111))((IENNIEIUL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。负载运行时的基本方程1.磁势平衡mmFFF21LmmmmIINNIIINIFNINI1122112211)(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：1111111111111ZIExIjRIERIEEU2222222222222ZIExIjRIERIEEULZIU22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LmmZIUZENININIkEEZIEUZIEU221122112122221111mI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，，。1U1I2I2U1U1I11NI2U2I22NI1NImm211E2E111xIjE222xIjE11rI22rI变压器负载运行时的物理过程和方程式：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。1.副边电流的折算值保持折算前后不变，则2F221'2NINI2212'21IkINNI2.副边电动势的折算值折算前后主磁场、漏磁场不变。mmNfjENfjE21211'244.444.4kNNEE212'2同理，kNNEE212'22'212'2EkEEEkE即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22'2xkx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2221'2rNNr所以，22'2'2'2ZkjxrZ5.副边电压的折算值22222222'2'2'2'2)(1UkZIEkZkIkEkZIEU6.副边阻抗的折算值LLZkIUkIkUkIUZ222222'2'2'1能量是否改变？铜耗：有功输出：无功输出：222'22'2rmIrmI2222222'2'2coscos1cosImUIkmkUImU2222222'2'2sinsin1sinImUIkmkUImU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.''2'21'21'21'2'2'2'21111LmmmZIUZIEEEIIIZIEUZIEU已没有变比k副边绕组经折算后，原来的基本方程成为：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。'2r1I1U1x1r1E'LZ'2x'2I'2E'2U1I'2r1I1U1x1r'LZ'2x1'2EE'2UmI'2ImrmxT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。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。111,,ZIZZIImmmN'21EE'2r1I1U1x1r'LZ'2x'2UmI'2Imrmx3.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。'2r1I1U1x1r'LZ'2x'2UmI'2ImrmxkkkkkjxrZxkxxxxrkrrrr221'21221'21rk称为短路电阻；xk称为短路