电机学最完整的的ppt课件 经典.ppt
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1、本章教学基本要求,1.了解变压器的主要结构、基本工作原理及主要额定值的意义;2.通过变压器的负载运行分析,深入理解负载运行时变压器各物理量之间的关系,绕组折算的物理意义及其计算方法,掌握负载运行时的等值电路、相量图、参数测定及求解电压变化率和效率,学会分析变压器的运行性能;3.熟悉三相变压器的联接组别,并能根据绕组接线图判别其联接组别或按照已知的联接组别画出绕组的接线图。,第三章 变压器,本章教学重点和难点,重点:1.理解在不同运行状态下I0、I1和I2等参数的物理意义;2.变压器的基本方程式、等值电路、相量图;3.三相变压器的联接组别。难点:负载运行时各量之间的关系。,原绕组:原边、初级、一
2、次绕组副绕组:副边、次级、二次绕组铁心电源:交流电源,在铁心中的磁通是交变的,在副边感应出电动势,提供给负载。,第一节 变压器的工作原理、分类及结构,一、变压器的工作原理,工作原理,当原绕组外加电压U1时,原边就有电流I1流过,并在铁芯中产生与U1同频率的交变主磁通,主磁通同时链绕原、副绕组,根据电磁感应定律,会在原、副绕组中产生感应电势E1、E2,副边在E2的作用下产生负载电流I2,向负载输出电能。,变压器的主要部件铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压,产生交链一、二次绕组的交变磁通,在两绕组中分别感应电动势。,原理,根据电磁感应定律则有:,式中k为
3、变压器变比(匝比)。,若忽略绕组内阻和漏磁通,原、副绕组端电压近似为:,忽略铁心中的损耗,根据能量守恒定律,有:,电源变压器,电力变压器,控制变压器,接触调压器,三相干式变压器,铁心绕组油箱绝缘套管其它附件,三、变压器的结构简介,铁心变压器中主要的磁路部分,分为铁心柱与铁轭两部分。,绕组变压器中的电路部分。,绕组,由漆包线或铜条绕制而成,它构成变压器的电路部分。,油浸式电力变压器,1信号式温度计2吸湿器3储油柜4油位计5安全气道6气体继电器7高压套管8低压套管9分接开关10油箱11铁心12线圈13放油阀门,油箱、绝缘套管、其它附件,油箱 是装变压器油的,为了便于散热,有的箱壁上焊有散热管。变压
4、器油的作用是绝缘和冷却。,不论是Y接还是接。,,根据额定容量和额定电压计算出来的线电流。,解:,一、空载运行的物理情况,i2=0,磁通由i0建立漏磁通的磁路是线性的原边漏磁通s1与原边匝链,感应电动势为es1主磁通与原边匝链,感应电动势为e1主磁通与副边匝链,感应电动势为e2主磁通是传递能量的媒介,1 主磁通和漏磁通,第二节 单相变压器的空载运行,变压器空载运行也称无载运行,它是指原边加电源电压,副边开路的运行状况。,单相变压器的空载运行,2 正方向的规定,电压的正方向是指电位降低的方向。,由电压的正方向决定,为从AX,“正电压产生正电流”,根据电流I1的正方向,用右手螺旋法则规定磁通的正方向
5、。“正电流产生正磁通”,的正方向:,2 正方向的规定,原边电动势的正方向与电流I1的正方向相同(由上指向下)。,原副绕组由同一磁通交链,故电动势E2的正方向亦由上指向下(与原边电动势方向相同)。,2正方向与 的正方向相反,即原边电流方向就是电动势方向(从上而下),一、空载运行时的物理情况,一次绕组和二次绕组的电动势平衡方程式,其中,i0 空载电流;u20 二次绕组的空载电压;r1 一次绕组的电阻。m 主磁通;1 一次绕组漏磁通。,1、感应电动势与主磁通,感应电动势e1 和e2 均滞后于m 90电角度,其有效值为,E1和E2的相量表达式,2、空载电流,空载电流包含两个分量,一个是励磁分量,作用是
6、建立磁场,产生主磁通无功分量;另一个是铁耗分量,作用是供变压器铁心损耗有功分量。,性质:由于空载电流的励磁分量远大于铁耗分量,所以空载电流主要是感性无功性质也称励磁电流;,可见,感应电势的大小与匝数和主磁通幅值成正比,相位滞后于主磁通相量90。,空载电流,空载电流,磁化电流,铁损电流,产生磁通。,它与磁通同相位,是无功分量。,产生铁心损耗。,它与磁通垂直,是有功分量。,在数值上,一般有I IFe。因此空载电流可以认为是励磁电流,用向量表示空载电流,空载电流与主磁通的夹角称为铁损角。,电感定义,原边漏电抗的大小:,3、漏磁通和漏电抗,电流,空载时m很小,1-1,空载时的功率因数角 0 90,功率
7、因数很低,所以变压器一般不空载运行。,二、空载运行时的电动势平衡方程式、相量图 及等效电路,第三节 单相变压器的基本方程式,变压器负载运行时电磁关系,负载运行时的磁势平衡方程式,从负载运行的电磁关系分析可知,由于副边出现了负载电流I2,在副边要产生磁势F2=I2N2,使主磁通发生变化,从而引起E1、E2的变化,E1的变化又使原边从空载电流I0变化为负载电流I1,产生的磁势为F1=I1N1,它一方面要建立主磁通m,另一方面要抵消F2对主磁通的影响。由于负载时的I1z1很小,约占6%U1N,忽略I1z1时有1-1,则可认为 空载时主磁通与负载时主磁通近似相等。,二、负载运行时的基本方程式,变压器的
8、基本方程,按照方程的类别列,原副端磁动势平衡方程原端电压方程式副端电压方程式原端电势方程原副端电势联系负载方程,二、负载运行时的基本方程式,1、磁动势平衡方程式,2、电动势平衡方程式,和漏电抗;zL为负载阻抗。,分别为一次和二次绕组的漏阻抗、电阻,原端电压方程式,副端电压方程式,原副端电势联系,负载方程,原端电势方程,变压器的参数折算,折算的目的,第四节 变压器的等效电路及相量图,折算,变压器折算原则:折算前后变压器中的主磁通、原、副边的漏磁通的数量和空间分布情况不变,保持输出功率、损耗不变。,折算方法:将原、副边绕组匝数变换成相同匝数,一般是副边向原边折算,即用匝数为N1的原绕组匝数,代替副
9、绕组匝数,并保持副边的磁势不变,折算后的各物理量右上角都加“”。,即将具有两个电路和一个磁路的变压器,简化为一个与变压器在电磁关系上等值的线性电路,这就是折算。,折算前后变压器的磁势、磁场、功率和损耗都不变。,通常将副绕组折算到原绕组。,即用一个匝数为N1的与副绕组有相同磁势的新绕组去代替原来的副绕组。,折算过程,将副边各量折算到原边的法则是:,电势和电压乘以k,电流除以k,电阻、电抗、阻抗乘以k2(功率因数角不变),折算后负载的6个基本方程式,二、等效电路,图中,二次绕组各量均已经归算到一次绕组,即,图中a、b和c、d分别是等电位点,可连接起来而不改变运行情况。于是作出变压器的T形等效电路。
10、(由前述的基本方程式也可得出该等效电路),二、等效电路,T型等效电路,其形状像字母T,所以称为T型等效电路,1、T型等效电路,等值电路,“T”型等值电路由原边AX端看存在:,三、相量图,T型等值电路相量图,2、“”型近似等值电路,z1zm,为了简化计算,将励磁支路左移到电源端,使其成为“”等值电路,近似后所引起的误差,工程上允许。,四、近似等效电路图,变压器的型等值电路,简化等值电路,由于ImI1,忽略Im不计。,3、简化等值电路,简化等值电路,rk、xk和Zk分别称为短路电阻、短路电抗和短路阻抗。,变压器参数的实验测定,变压器的参数有励磁参数和短路参数,只有已知参数,才能运用前面所介绍的基本
11、方程式、等值电路或相量图求解各量。对制造好的变压器,其参数可通过实验测得。,第五节 等效电路的参数测定,一、空载试验,通过空载实验可得励磁参数、变比和铁损等数据。,说明,为了便于测量和安全,空载实验一般在副边做,即在低压绕组ax上加电压U2N,高压绕组AX开路,测量电压U2、空载电流I20、输入功率P0和开路电压U10。因变压器空载时无功率输出,所以输入的功率全部消耗在变压器的内部,为铁芯损耗pFe和空载铜耗I202R2之和,但空载电流I20很小,pFeI202R2,故可忽略空载铜耗,认P0pFe=I202Rm。,通过测量空载电流和一、二次电压及空载功率来计算变比、铁耗和励磁阻抗。,变压器空载
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