第-1-章变压器lushun.pptx

第一节第一节 变压器的结构和变压器的结构和额定参数额定参数 变压器是一种常见的静止电器，在船舶上有变压器是一种常见的静止电器，在船舶上有各种不同用途的变压器。各种不同用途的变压器。1.变压器的应用变压器的应用（1）在电力系统中应用在电力系统中应用 基本作用是将某一等级的电压转换为同频率的基本作用是将某一等级的电压转换为同频率的另一等级的电压。另一等级的电压。发电厂发电厂1.05万伏万伏输电线输电线22万伏万伏升压升压变电站变电站1万伏万伏降压降压实验室实验室380/220伏伏降压降压仪器仪器36伏伏降压降压船舶上通常无升压变压器。船舶上通常无升压变压器。主要用于照明系统、航行信号系统、通讯导主要用于照明系统、航行信号系统、通讯导航系统、控制系统和安全报警系统的供电。航系统、控制系统和安全报警系统的供电。（2）专用电源变压器专用电源变压器整流变压器；整流变压器；电焊变压器；电焊变压器；电炉变压器。电炉变压器。（3）电工测量用仪用变压器电工测量用仪用变压器如电压互感器；如电压互感器；电流互感器；电流互感器；（4）特殊用途变压器特殊用途变压器如变换阻抗变压器（阻抗匹配）如变换阻抗变压器（阻抗匹配）,自耦变压器等自耦变压器等单相变压器单相变压器铁芯铁芯原边原边绕组绕组副边副边绕组绕组2.变压器的基本结构变压器的基本结构N1N2AXax变压器符号变压器符号a.心式变压器心式变压器b.壳式变压器壳式变压器三相变压器三相变压器小容量变小容量变压器采用压器采用绕组排列分两种：绕组排列分两种：圆盘式和圆筒式圆盘式和圆筒式冷却方式：干冷与湿冷（变压器油）冷却方式：干冷与湿冷（变压器油）3.变压器分类：变压器分类：额定电压额定电压 变压器副边开路时，原、副边绕组允变压器副边开路时，原、副边绕组允 许的电压值许的电压值 额定电流额定电流 变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。额定容量额定容量 传送功率的最大能力。（额定视在功率）传送功率的最大能力。（额定视在功率）（理想单相双绕组）（理想单相双绕组）4.4.变压器的变压器的额定参数额定参数（理想三相双绕组）（理想三相双绕组）三相变压器铭牌电压为线电压！三相变压器铭牌电压为线电压！容量容量 SN 输出功率输出功率 P2 原边输入功率原边输入功率 P1 输出功率输出功率 P2注意：变压器功率关系注意：变压器功率关系效率效率变压器功变压器功率因数率因数原边输入功率：原边输入功率：输出功率：输出功率：容量：容量：5.变压器的日常管理变压器的日常管理 （3）备备用用变变压压器器投投入入运运行行前前应应先先检检查绕组绝缘查绕组绝缘,检查有无短路或断路检查有无短路或断路.（1）经常保持变压器外部干燥和清）经常保持变压器外部干燥和清洁洁,避免外部漏电避免外部漏电.（2）经常检查并记录变压器的温度）经常检查并记录变压器的温度,并并监视三相电压和电流、过载或三相偏载情况监视三相电压和电流、过载或三相偏载情况.1N1i1原绕组原绕组副绕组副绕组Axu1+e1+e 1+N2e2u20axSZLi2+第二节第二节 变压器的基本原理变压器的基本原理u1 i0(i0N1)1 e 1 e1e2一、一、变压器的空载运行和电压变化变压器的空载运行和电压变化1.电磁关系电磁关系 当原边绕组通正弦交流电压时，原、副边绕组电当原边绕组通正弦交流电压时，原、副边绕组电动势有效值为：动势有效值为：2.感应电势感应电势 1N1i1Axu1+e1+e 1+N2e2u20axSZLi2+3.变压原理变压原理空载运行时：空载运行时：U1 E1 U20=E2 U1=E1E 1+R1I0 原副边绕组电压关系为：原副边绕组电压关系为：E2 E1U1 U20=U1U20E1E2 4.44 f N1 m 4.44 f N2 mN1N2=变比变比变比变比（匝数比）（匝数比）（匝数比）（匝数比）通常空载电压通常空载电压U20比满载时的电压高比满载时的电压高5%10%。i2(i2N2)2 e 2u1 i1(i1N1)1 e 1 e1e2S|ZL|1N1N2 i1e2u2e1u1e 1 2i2+e 2+二、二、变压器的负载运行和电流变换变压器的负载运行和电流变换1）电磁关系电磁关系2）磁势平衡关系磁势平衡关系变压器负载运行：变压器负载运行：变压器负载运行：变压器负载运行：空载时，原边空载时，原边I0 产生主磁通产生主磁通 ,其磁势为其磁势为产生主磁通产生主磁通 的的磁动势为：磁动势为：则有则有：当原边电压当原边电压 U1 恒定，空载和有载时其主磁通恒定，空载和有载时其主磁通 近近似为定值似为定值。移项整理后，得移项整理后，得维持主磁通的空载电流分量（励磁分量）；维持主磁通的空载电流分量（励磁分量）；随负变化的负载分量，随负变化的负载分量，用以抵消或平衡副边电流的去磁作用。用以抵消或平衡副边电流的去磁作用。N1I1 N2 I2(I0 小小)I0=I1N(3 10)（1）原、副绕组的电流之比近似等于它们匝数比）原、副绕组的电流之比近似等于它们匝数比的倒数。高压绕组电流小，低压绕组电流大；的倒数。高压绕组电流小，低压绕组电流大；（2）原绕组电流随副绕组电流成正比变化，即）原绕组电流随副绕组电流成正比变化，即I1 的大小决定于的大小决定于I2的大小；的大小；3）变压器的变流作用）变压器的变流作用ZL=U2I2Z=K2 ZL结论结论结论结论可利用变压器进行阻抗匹配可利用变压器进行阻抗匹配|Z|=K2|ZL|Z虚线框部分可用一个阻抗虚线框部分可用一个阻抗 来等效代替来等效代替I2KZLU2U1I1Z0E+U1I1+三、变压器的阻抗变换三、变压器的阻抗变换【例例】在图中，交流信号源的电动势在图中，交流信号源的电动势 E=120V，内阻，内阻 R0=800 ，负载电阻，负载电阻 RL=8 。（。（1）当）当RL 折算到原边的等效电折算到原边的等效电阻阻 时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率；时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率；（2）当将负载直接与信号源联接时，信号源输出多大功率）当将负载直接与信号源联接时，信号源输出多大功率？I2KRLU2U1I1R0E+【解解】（1）变压器匝数比）变压器匝数比信号源输出的功率信号源输出的功率（2）当负载直接接在信号源上时）当负载直接接在信号源上时四、四、变压器的运行特性变压器的运行特性1)变压器的效率变压器的效率 变压器的损耗有铜损和铁损。铁损基本与负变压器的损耗有铜损和铁损。铁损基本与负载无关。变压器效率通常为载无关。变压器效率通常为 95%以上，大型变压以上，大型变压器效率可达器效率可达99。2)变压器的外特性及电压变化率变压器的外特性及电压变化率 一一般般电电力力变变压压器器的的内内阻阻抗抗较较小小,电电压压变变化化率率通通常在常在3 5.船舶照明变压器要求：单相船舶照明变压器要求：单相 Sn 5kVA 和三相和三相 Sn 15kVA 时电压变化率时电压变化率 2.5%；单相单相 Sn 5kVA 和三相和三相 Sn 15kVA 时电压变化时电压变化率率 5%。定义：定义：一、变压器原、副绕组的同名端（同极性端）变压器原、副绕组的同名端（同极性端）同名端关系到绕组之间的正确联接问题。同名端关系到绕组之间的正确联接问题。环绕同一磁通铁心上的两个（或多个）绕组中，环绕同一磁通铁心上的两个（或多个）绕组中，某一瞬时同为高电位（或低电位）的接线端称为同某一瞬时同为高电位（或低电位）的接线端称为同名端。名端。同名端端标记为同名端端标记为“*”或或“”同名端还与绕组首尾端对应。同名端还与绕组首尾端对应。如三相变压器中，以如三相变压器中，以ABC和和abc分分别表示原、副边绕组的首端；别表示原、副边绕组的首端；XYZ和和xyz分别表示原、副边绕组的尾端，分别表示原、副边绕组的尾端，则则Aa，Bb，C c互为同名端，同理互为同名端，同理Xx，Yy，Zz也互为同名端。也互为同名端。第三节第三节 变压器绕组的极性及变压器绕组的极性及三相变压器三相变压器 绕组的绕组的同名端与绕同名端与绕组的绕向有组的绕向有关！关！（1）交流法）交流法AXax同名端的判别方法同名端的判别方法说明说明 A 与与 a 或或 X 与与 x 为同为同 极性端。极性端。把两个线圈的任意两端把两个线圈的任意两端(X-x)连连接接,然后在然后在 AX 上加一小电压上加一小电压 u。测量：测量：说明说明 A 与与 x 或或 X 与与 a 是同是同 极性端；极性端；若若若若2.直流法直流法 K 闭合时闭合时 增加。增加。感应电流产生的感应电流产生的,阻止阻止 的增加。的增加。如果当如果当 K 闭合时，闭合时，mA 表正表正偏，则偏，则 13 为同极性端为同极性端;如果当如果当 K 闭合时，闭合时，mA 表反表反偏，则偏，则 14 为同极性端为同极性端结论：结论：二、二、三相变压器三相变压器两种方法两种方法三相组合变压器三相组合变压器三相变压器三相变压器1）三相组合变压器（三相变压器组）三相组合变压器（三相变压器组）采用三台同型号的单相变压器分别对三相电源的采用三台同型号的单相变压器分别对三相电源的每一相进行变压每一相进行变压优缺点：优缺点：备用容量小，便于维修保养，体积大效率低。备用容量小，便于维修保养，体积大效率低。2）三铁芯柱式三相变压器）三铁芯柱式三相变压器 芯式结构，芯式结构，“日日”字铁心，每个铁心字铁心，每个铁心柱安装一相原、副边柱安装一相原、副边绕组。可省铁心材料。绕组。可省铁心材料。3）“V”形形连接的三相变压器连接的三相变压器 用两台同型号的变压器按用两台同型号的变压器按“V”形连接进行三相电压变换。形连接进行三相电压变换。缺点缺点：每台变压器的最大输：每台变压器的最大输出容量为额定容量的出容量为额定容量的86.6应用应用：三相组合一台故障：三相组合一台故障临时采用；仪表测量时用临时采用；仪表测量时用以减少设备。以减少设备。3）三相变压器的连接组别三相变压器的连接组别连接组别：连接组别：由三相变压器原、副边绕组接法由三相变压器原、副边绕组接法（或或接法接法）不同，使得三相变压器原、副边）不同，使得三相变压器原、副边电压对应相产生各种不同的相位差，从而划分出电压对应相产生各种不同的相位差，从而划分出连接组别。连接组别。其中：其中：D,d 为原、副边为原、副边连接符号；连接符号；Y,y 为原、副边连接符号；为原、副边连接符号；N,n 为连接且带有中线。为连接且带有中线。数字数字 为高压侧为高压侧A相电压相量指向时钟相电压相量指向时钟12点时，低压点时，低压侧对应相电压所指的时钟位置。侧对应相电压所指的时钟位置。组别对应符号：组别对应符号：例如：例如：Yy0,Dyn11,YNd5,YNy0等等Dy11YNd5三相变压器原、副边电压与匝数的关系三相变压器原、副边电压与匝数的关系与三相绕组的连接形式（与三相绕组的连接形式（或或）有关。）有关。当变压器为当变压器为/连接连接当变压器为当变压器为/连接连接 例如，例如，CSGDC型船用变压器，当采用型船用变压器，当采用Dy5以及以及Dd0两种接法时，其原、副边的电压分别为两种接法时，其原、副边的电压分别为400V/231V和和400V/400V。一、一、自耦变压器自耦变压器第四节第四节 自耦变压器及仪用互感器自耦变压器及仪用互感器即即 如果变压器的中心抽头采用滑动的方法与绕组如果变压器的中心抽头采用滑动的方法与绕组接触，即成为一个调压器。接触，即成为一个调压器。注意：注意：调压器调压器原、副边千万不能对调使用，原、副边千万不能对调使用，因因为为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。变小时，磁通增大，电流会迅速增加。若若AB端接电源，为降压自耦变压器；而端接电源，为降压自耦变压器；而CB端端接电源，为升压自耦变压器。接电源，为升压自耦变压器。其磁势平衡关系为：其磁势平衡关系为：自耦变压器负载运行自耦变压器负载运行公共绕组的电流公共绕组的电流 I12 比负载电流比负载电流 I2 要小，且变比要小，且变比K（大于（大于1）越接近于越接近于 1，I12 的值就越小。的值就越小。1 1）电压互感器电压互感器2.铁心、低压绕组一端铁心、低压绕组一端接地，以防在接地，以防在 绝缘损时，绝缘损时，在副边出现高压和防静在副边出现高压和防静电以免影响测量精度；电以免影响测量精度；VR N1（匝数多（匝数多）保险丝保险丝 N2（匝数少（匝数少）u（被测电压）（被测电压）被测电压被测电压=电压表测量值电压表测量值 N1/N2二、二、仪用互感器仪用互感器使用目的使用目的:(1)扩大测量仪表的量程扩大测量仪表的量程;(2)使测量仪表与高压电路绝缘隔离。使测量仪表与高压电路绝缘隔离。1.副边不能短路，以副边不能短路，以 防防产生过流；产生过流；3.原副边需接熔断器。原副边需接熔断器。副边额定电压副边额定电压100V！2 2）电流互感器电流互感器被测电流被测电流=电流表测量值电流表测量值 N2/N12.铁心、副绕组的铁心、副绕组的一端一端 接地，以防在接地，以防在绝缘损坏时，在副绝缘损坏时，在副边出现过电压。边出现过电压。使用注意事项：使用注意事项：（被测电流）（被测电流）N1（匝数少（匝数少）N2（匝数多（匝数多）ARi1i2电流表1.副边不能开路，副边不能开路，以以 防产生高电压；防产生高电压；和铁损过大，损坏和铁损过大，损坏绕组绝缘；绕组绝缘；副边额定电流有副边额定电流有5A和和1A两种！两种！3.副边绕组绝不允副边绕组绝不允许接熔断器许接熔断器钳形电流表钳形电流表电压互感器和电流互感器的电路符号电压互感器和电流互感器的电路符号电流互感器的原副边绕组电流关系如何？电流互感器的原副边绕组电流关系如何？例例1：原原边边有有两两个个N=1000匝匝的的相相同同绕绕组组变变压压器器,副副绕绕组组N2=200匝匝,原原绕绕组组正正向向串串联联接接220V,正正向向并并联联接接110V.额额定定容容量量为为100VA,f=50Hz.试试计计算算:(1)当当原原边边正正向向串串联联接接220V电电压压时时的的:副副边边开开路路电电压压,主主磁磁通通,原原边边空空载载励励磁磁电电流流及及额额定定电电流流;(2)当当原原边边正正向向并并联联接接110V时时,再计算上述各项再计算上述各项,并比较并比较.解解:计算计算:(1)当当 U1=220V 时时,N1=21000=2000匝匝U20=(N2/N1)U1=(200/2000)220=22V m=U1/4.44fN1=220/(4.44 50 2000)=0.495mWbIn=Sn/U1n=100/220=0.455A I 0/2=I0,I 1n/2=I1n,I 0/I 1n=I0/I1n(2)当原边当原边 U1=110V时时,N1=N=1000匝匝,同理可算出同理可算出U 20=(N2/N 1)U 1=(200/1000)110=22V=U20m=U 1/4.44fN 1=110/(4.44 50 1000)=0.495mWb=mI 1n=Sn/U 1n=100/110=0.909=2I1n并联时每一绕组的空载和额定电流分别为并联时每一绕组的空载和额定电流分别为:例例2：某某交交流流信信号号源源的的E=8.5V,Ro=72(例例2-2图图).当当负负载载电电阻阻等等于于Ro时时负负载载获获得得最最大大功功率率,而而实实际际负负载载电电阻阻RL=8,若若通通过过阻阻抗抗匹匹配配变变压压器器与与信信号号源源相相联联,以以获获得得最最大大功功率率.试试计计算算:(1)变变压压器器的的变变比比;(2)原原副副边边电电流流;(3)负负载载获获得得的的最最大大功功率率;(4)直直接与信号源相接的负载功率接与信号源相接的负载功率.R0RL解解:(1)(2)原边电流原边电流 I=E/(R0+R L)=8.5/144=0.059A 副边电流副边电流 I2=I1N1/N2=kI1=3 0.059=0.177A (3)最大功率最大功率 P=I22RL=0.1772 8=0.25W(4)当负载直接接信号源时当负载直接接信号源时,负载功率为负载功率为P/PL=0.25/0.09 =2.8 例例3：额额定定容容量量750kVA,10000V/400V,Y/Y连连接接,原原绕绕组组R1=0.7,X1=3.24,R2=0.00112,X2=0.00518,副副边边有有Y连连接接的的三三相相对对称称负负载载,每每相相负负载载阻阻抗抗ZL=0.20+j0.07.试试计计算算:(1)变变压压器器副副边边负负载载电电流流和和额额定定电电流流;(2)当当有有功功率率因因数数为为0.8的的电电感感性性额额定定负负载载时的副边电压变化率。时的副边电压变化率。解解(1)忽略绕组的内阻和漏抗忽略绕组的内阻和漏抗 每相负载阻抗每相负载阻抗:ZL=0.20+j0.07=0.21219.29 负载电流负载电流变变 比比 原边负载电流原边负载电流:I1=I2/k=1085/25=43.3 A原边额定电流原边额定电流副边额定电流副边额定电流将副边阻抗折算到原边的等值阻抗将副边阻抗折算到原边的等值阻抗:R 2=k2R2=2520.00112=0.7 X 2=k2X2=252 0.0518 =3.24 Z L=k2(0.2+j0.07)=125+j43.75 可见变压器已满负荷运行可见变压器已满负荷运行.原原边边每每相相电电路路的总阻抗的总阻抗:Z=R1+R 2+R L+j(X1+X 2+X L)=0.7+0.7+125+j(3.24+3.24+43.75)=126.4+j50.23=13621.67 原边电流原边电流:cos 2=0.8 =36.9,=1083 36.9 副边电流副边电流:I2=Ik1=2542.5=1061A(2)电压变化率的计算电压变化率的计算有载副边电压有载副边电压:电压变化率电压变化率:=1.731083 36.9 0.212 19.29=1.73229.6-17.6=398 17.6 V