電工學(xué)變壓器PPT課件

1、1 H H 是進(jìn)行磁場(chǎng)計(jì)算引進(jìn)的輔助物理量。是進(jìn)行磁場(chǎng)計(jì)算引進(jìn)的輔助物理量。 HH 是一個(gè)矢量，是一個(gè)矢量，其方向其方向 B B 與相同。與相同。 H 與與 B 的區(qū)別：的區(qū)別： (1) H I，與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。，與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。(2) B 與電流的大小和介質(zhì)的性質(zhì)均有關(guān)。與電流的大小和介質(zhì)的性質(zhì)均有關(guān)。 單位：安單位：安/米（米（A / m）。）。 是用來表示媒質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量。是用來表示媒質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量。 BH = （H / m） 真空中的磁導(dǎo)率：真空中的磁導(dǎo)率： 0 = 4 107 H / m 第1頁(yè)/共47頁(yè)2 0（ 為常數(shù)）為常數(shù)） (1) 順磁物質(zhì)順磁物質(zhì) 例如變壓器油和

2、空氣：例如變壓器油和空氣： 略大于略大于 0 。 (2) 反磁物質(zhì)反磁物質(zhì) 例如銅和鉍：例如銅和鉍： 略小于略小于 0 。 自然界的物質(zhì)按磁導(dǎo)率分類：自然界的物質(zhì)按磁導(dǎo)率分類： 非磁性物質(zhì)、磁性物質(zhì)。非磁性物質(zhì)、磁性物質(zhì)。 非磁性物質(zhì)：非磁性物質(zhì)： 磁性物質(zhì)的磁性能主要有以下三點(diǎn)。磁性物質(zhì)的磁性能主要有以下三點(diǎn)。 第2頁(yè)/共47頁(yè)3 i 0 ， r 1 常用磁性材料的磁導(dǎo)率常用磁性材料的磁導(dǎo)率 鑄鋼：鑄鋼： 1 000 0 硅鋼片：硅鋼片： (6 000 7 000) 0 坡莫合金：坡莫合金： (20 000 200 000) 0 磁性物質(zhì)的高導(dǎo)磁性磁性物質(zhì)的高導(dǎo)磁性 被廣泛應(yīng)用于變壓器被廣泛

3、應(yīng)用于變壓器 和電機(jī)中。和電機(jī)中。u主磁通主磁通 漏磁通漏磁通 鐵心鐵心 勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組 主磁通主磁通 漏磁通。漏磁通。 第3頁(yè)/共47頁(yè)4B HO 初始磁化曲線初始磁化曲線 剩磁剩磁 矯頑矯頑 磁力磁力 HmHm Hc Hc B HOBrBr 磁滯回線磁滯回線BHO 基本磁基本磁 化曲線化曲線 第4頁(yè)/共47頁(yè)5 磁性物質(zhì)的分類：磁性物質(zhì)的分類： 硬磁物質(zhì)、軟磁物質(zhì)、矩磁物質(zhì)硬磁物質(zhì)、軟磁物質(zhì)、矩磁物質(zhì)。 鑄鐵和硅鋼的磁化曲線鑄鐵和硅鋼的磁化曲線 第5頁(yè)/共47頁(yè)6 c Ac lc 0A0l0UI 根據(jù)全電流定律：根據(jù)全電流定律： Bc = Ac Hc = Bc c 1 Ac =B0 =

4、A0 H0 = B0 0 0 A0 =鐵心中：鐵心中：氣隙中：氣隙中：H dl = I 第6頁(yè)/共47頁(yè)7左邊左邊 = H1 l1H0 l0 l0 0 A0 lc c Ac = ( ) l0 0 A0 lc c Ac = (RmcRm0) = Rm Rm = RmcRm0l0 0 A0 lc c Ac =不是常數(shù)不是常數(shù) Rmc、Rm0、Rm 鐵心、空氣隙、磁路的磁阻。鐵心、空氣隙、磁路的磁阻。 右邊右邊 = I = N I 或或 I = F （磁通勢(shì)）磁通勢(shì)） 磁路歐姆定律磁路歐姆定律: Rm = F = FRm或或 第7頁(yè)/共47頁(yè)8 磁路中的氣隙的影響磁路中的氣隙的影響 因?yàn)橐驗(yàn)?1 0

5、 ，所以所以 Rm0 Rm1 當(dāng)當(dāng)F 一定時(shí)，一定時(shí)， 因因 Rm0 的存在，使的存在，使 大大減小。大大減小。 若要保持若要保持 一定，則需增大磁通勢(shì)一定，則需增大磁通勢(shì) F 。第8頁(yè)/共47頁(yè)95.2 電電 磁磁 鐵鐵 電磁鐵的常見結(jié)構(gòu)形式電磁鐵的常見結(jié)構(gòu)形式 電磁鐵的種類：電磁鐵的種類： 直流電磁鐵、交流電磁鐵。直流電磁鐵、交流電磁鐵。 勵(lì)磁勵(lì)磁 線圈線圈 鐵心鐵心 銜鐵銜鐵 勵(lì)磁勵(lì)磁 線圈線圈 銜鐵銜鐵 鐵心鐵心 鐵心鐵心 勵(lì)磁勵(lì)磁 線圈線圈 銜鐵銜鐵 銜鐵銜鐵 鐵心鐵心 勵(lì)磁勵(lì)磁 線圈線圈 第9頁(yè)/共47頁(yè)10 U S N N SIf U I N I URI =(1) 電壓與電流的關(guān)

6、系電壓與電流的關(guān)系 (2) 線圈的功率：線圈的功率： P = R I 2 銜鐵吸合后銜鐵吸合后磁阻磁阻 I 不變不變 f 第10頁(yè)/共47頁(yè)11 u i Ni e d dt=N d dte =N didt=L (1) 電壓與電流關(guān)系電壓與電流關(guān)系設(shè)設(shè) = m sin t則則 e =N m cos t = N m sin( t90o) Em = N m = 2 f N m u i f e 第11頁(yè)/共47頁(yè)12E = 4.44 f N m 漏磁通磁路對(duì)應(yīng)的電感漏磁通磁路對(duì)應(yīng)的電感 N iL = 漏感抗（漏電抗）漏感抗（漏電抗） X =L = 2 f L U = URE E =Ej L IRI =

7、E(Rj L ) I =EZ I 漏阻抗漏阻抗 E =j4.44 f Nm u i e 第12頁(yè)/共47頁(yè)13U =E 忽略漏阻抗，有忽略漏阻抗，有U4.44 f N m= 則則 當(dāng)當(dāng) U 、f 一定時(shí)，一定時(shí)， m 基本不變?；静蛔?。 (2) 功率功率視在功率視在功率: S = U I無功功率無功功率: Q = S sin 有功功率有功功率: P = S cos = PCuPFe 銅損耗銅損耗 鐵損耗鐵損耗= RI2 +( PhPe )磁滯損耗磁滯損耗 渦流損耗渦流損耗 第13頁(yè)/共47頁(yè)14 磁滯損耗磁滯損耗 Ph 渦流損耗渦流損耗 Pe 鐵損耗使鐵心發(fā)熱。鐵損耗使鐵心發(fā)熱。 減小鐵損耗

8、的方法減小鐵損耗的方法 使用軟磁材料減小使用軟磁材料減小Ph ； 增大鐵心的電阻率，增大鐵心的電阻率， 減小渦流及其損耗減小渦流及其損耗 ；用很薄的硅鋼片疊成鐵心，用很薄的硅鋼片疊成鐵心， 減小渦流及其損耗減小渦流及其損耗 。(a) (b) 第14頁(yè)/共47頁(yè)15(1) 變化變化 f 變化變化 電磁吸力用平均值衡量。電磁吸力用平均值衡量。 m 不變不變 fm 不變。不變。(2) 銜鐵吸合后銜鐵吸合后磁阻磁阻 起動(dòng)電流起動(dòng)電流 工作電流。工作電流。(1) 鐵心和銜鐵用硅鋼片疊成。鐵心和銜鐵用硅鋼片疊成。 (2) 加短路環(huán)消除銜鐵的振動(dòng)。加短路環(huán)消除銜鐵的振動(dòng)。 m 不變不變 磁通勢(shì)磁通勢(shì) 勵(lì)磁電

9、流勵(lì)磁電流 Of t f fm 平均吸力平均吸力 第15頁(yè)/共47頁(yè)16 例一鐵心線圈，加上例一鐵心線圈，加上 12 V 直流電壓時(shí)，電直流電壓時(shí)，電 流為流為1 A；加上；加上 110 V 交流電壓時(shí)，電流為交流電壓時(shí)，電流為 2 A，消耗的，消耗的 功率為功率為 88 W。求后一種情況下線圈的銅損耗、鐵損耗和。求后一種情況下線圈的銅損耗、鐵損耗和 功率因數(shù)。功率因數(shù)。 解解 由直流電壓和電流求得線圈的電阻為由直流電壓和電流求得線圈的電阻為 由交流電流求得線圈的銅損耗為由交流電流求得線圈的銅損耗為 PCu = RI2 = 1222 W = 48 W 由有功功率和銅損耗求得線圈的鐵損耗為由有功

10、功率和銅損耗求得線圈的鐵損耗為 PFe = PPCu = (88 48) W = 40 W 功率因數(shù)為功率因數(shù)為R = = = 12 U I 12 1 = cos = = = 0.4 P UI 88 1102 第16頁(yè)/共47頁(yè)17 u2 e1 e2 u1ZL i2i1 1 2 5.3 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 電磁關(guān)系電磁關(guān)系 一次繞組一次繞組 二次繞組二次繞組 用圖形符號(hào)表示用圖形符號(hào)表示 的變壓器電路的變壓器電路 ZL U1I1 I2 U2 E1 E2 第17頁(yè)/共47頁(yè)18= E1Z1I1 R1、X1 和和 Z1 一次繞組的電阻、漏電抗和漏阻抗。一次繞組的電阻、漏電抗和漏阻抗。

11、U2 = ZLI2 E1 =j4.44 f N1 m U1 =E1(R1jX1 ) I1 2. 二次側(cè)電壓方程二次側(cè)電壓方程 E1 =j4.44 f N1 m = E2Z2I2 U2 = E2(R2jX2 ) I2 R2、X2 和和 Z2 二次繞組的電阻、漏電抗和漏阻抗。二次繞組的電阻、漏電抗和漏阻抗。第18頁(yè)/共47頁(yè)19 規(guī)定規(guī)定 U1 = U1N 時(shí)時(shí)， U20 = U2N 。 如銘牌上標(biāo)注：如銘牌上標(biāo)注： 10 000 / 230 V U1N / U2N= N1 N2E1 E2k = I2 = 0I1 = I010% I1N U2 = U20 = E2U1E1 = = k U1U2 N

12、1N2 變壓器空載時(shí)變壓器空載時(shí) 一般一般 U2N 比滿載時(shí)的比滿載時(shí)的 電壓高電壓高 5% 10% 。 第19頁(yè)/共47頁(yè)20U2 = E2Z2I2 當(dāng)當(dāng) U1 = U1N，cos 2 不變時(shí)：不變時(shí)： U2 = f ( I2) U2 I2OU2Ncos 2 =1cos 2 = 0.8 (感性感性)cos 2 = 0.8 (容性容性)VR = U2NU2 U2N100% 電力變壓器：電力變壓器： VR 5% 電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率 第20頁(yè)/共47頁(yè)21 例某單相變壓器的額定電壓為例某單相變壓器的額定電壓為 10 000/230 V 接在接在 10 000 V 的交流電源上向一電感性負(fù)載供電，

13、電壓的交流電源上向一電感性負(fù)載供電，電壓 調(diào)整率為調(diào)整率為 0.03，求變壓器的電壓比、空載和滿載時(shí)的二，求變壓器的電壓比、空載和滿載時(shí)的二 次電壓。次電壓。 解解 變壓器的電壓比為變壓器的電壓比為 空載時(shí)的二次電壓為空載時(shí)的二次電壓為 U20 = U2N = 230 V 滿載時(shí)的二次電壓為滿載時(shí)的二次電壓為 U2 = U2N (1 VR ) = 230(1 0.03) V = 223 V k = = = 43.5 U1N U2N 10 000 230 第21頁(yè)/共47頁(yè)22U1NE1 = 4.44 f N1m U1N4.44 f N1m N1I1N2I2 = N1I0 磁通勢(shì)平衡方程：磁通勢(shì)

14、平衡方程： I1 = I2 N2N1N1I1N2I2 = 0 忽略忽略 I0： I1I2N2N1= =1k第22頁(yè)/共47頁(yè)23 例在例中，例在例中，ZL = 0.966 時(shí)正好滿載，時(shí)正好滿載，求該變壓器的電流。求該變壓器的電流。 解解 變壓器的電壓比為變壓器的電壓比為 I2 = = A = 224 A U2 ZL 223 0.966 I1 = = A = 5.15 A I2 k 224 43.5 第23頁(yè)/共47頁(yè)24忽略忽略 Z1、Z2 、I0 ，則，則 = U1U2I2I1 = N1N2= k = kU2I2/ kU2I2= k2|Ze | = U1I1|Ze | = k2 | ZL

15、|U1I1I2U2ZLZeU1I1 例例一只電阻為一只電阻為 8 的揚(yáng)聲器的揚(yáng)聲器 (喇叭喇叭)，需要把，需要把電阻提高到電阻提高到 800 才可以接入半導(dǎo)體收音機(jī)的輸出端，才可以接入半導(dǎo)體收音機(jī)的輸出端，問問 應(yīng)該利用電壓比為多大的變壓器才能實(shí)現(xiàn)這一阻抗匹配。應(yīng)該利用電壓比為多大的變壓器才能實(shí)現(xiàn)這一阻抗匹配。 解解 k = = = 10 ReRL8008 第24頁(yè)/共47頁(yè)25 S1 = U1I1 S2 = U2I2 P1 = U1I1cos 1 P2 = U2I2cos 2 P = PFePCu 可變損耗可變損耗 (1) 銅損耗銅損耗 PCu = R1I12 + R2I22(2) 鐵損耗鐵

16、損耗 PFe = PhPe P1P2 =100%不變損耗不變損耗 小型電力變壓器小型電力變壓器 = 80% 90% 大型電力變壓器大型電力變壓器 = 98% 99% 第25頁(yè)/共47頁(yè)26解解 忽略電壓調(diào)整率，則忽略電壓調(diào)整率，則 P2 = SNcos 2 = 101030.8 W = 8 kW P = PFePCu = (300400) W = 700 W P1 = P2P = (8 000700) W = 8.7 kW 例例一變壓器容量為一變壓器容量為 10 kVA，鐵損耗為，鐵損耗為 300 W， 滿載時(shí)銅損耗為滿載時(shí)銅損耗為 400 W，求該變壓器在滿載情況下向功率，求該變壓器在滿載情

17、況下向功率 因數(shù)為因數(shù)為 0.8 的負(fù)載供電時(shí)輸入和輸出的有功功率及效率的負(fù)載供電時(shí)輸入和輸出的有功功率及效率。 P1P2 =100% 8 8.7 = 100% = 92% 第26頁(yè)/共47頁(yè)275.4 變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器的基本結(jié)構(gòu) 用硅鋼片疊成。用硅鋼片疊成。 高壓繞組和低壓繞組同心地套在鐵心上。高壓繞組和低壓繞組同心地套在鐵心上。 油箱、油、儲(chǔ)油柜、絕緣套管、保護(hù)設(shè)備等。油箱、油、儲(chǔ)油柜、絕緣套管、保護(hù)設(shè)備等。 第27頁(yè)/共47頁(yè)28 三相變壓器、單相變壓器。三相變壓器、單相變壓器。 雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器。雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器。 心式變壓器、殼式變壓

18、器。心式變壓器、殼式變壓器。 干式干式變壓器變壓器、油浸式、油浸式變壓器變壓器。第28頁(yè)/共47頁(yè)29 心式變壓器心式變壓器 鐵心鐵心 繞組繞組 殼式變壓器殼式變壓器 鐵心鐵心 繞組繞組 第29頁(yè)/共47頁(yè)30 S9 型型 10 kV 三相油浸配電變壓器三相油浸配電變壓器 第30頁(yè)/共47頁(yè)31 樹脂澆注干式變壓器樹脂澆注干式變壓器 第31頁(yè)/共47頁(yè)325.5 三相變壓器三相變壓器 U1 U2u1 u2V1 V2v1 v2W1 W2w1 w2 特點(diǎn)：三相之間只有電的聯(lián)系，沒有磁的聯(lián)系。特點(diǎn)：三相之間只有電的聯(lián)系，沒有磁的聯(lián)系。 第32頁(yè)/共47頁(yè)33U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w

19、1w2 特點(diǎn)：三相之間既有電的聯(lián)系，又有磁的聯(lián)系。特點(diǎn)：三相之間既有電的聯(lián)系，又有磁的聯(lián)系。 第33頁(yè)/共47頁(yè)34 連接方式連接方式 高壓繞組高壓繞組 低壓繞組低壓繞組 星形有中性線星形有中性線 YN yn 星形無中性線星形無中性線 Y y 三角形三角形 D dGB: Yyn、Yd、YNd、Yy、YNy最常用的三種最常用的三種 第34頁(yè)/共47頁(yè)35 例某三相變壓器，例某三相變壓器，YN,d 聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)，SN = 500 kVA，U1N / U2N = 35/11 kV，Y,d 聯(lián)結(jié)，向求聯(lián)結(jié)，向求 2 = 0.9 感性負(fù)載供電。滿載時(shí)二次繞組的線電壓為感性負(fù)載供電。滿載時(shí)二次繞組的線電壓為

20、380 V。求：。求： (1) 滿載時(shí)一次、二次繞組的線電流和相電流；滿載時(shí)一次、二次繞組的線電流和相電流；(2) 輸出的有功功率。輸出的有功功率。解解 (1) 滿載時(shí)一次、二次繞組的電流滿載時(shí)一次、二次繞組的電流 A2.9A0001031050331NNN1 USIA2 . 27A40031050332NNN2 USI第35頁(yè)/共47頁(yè)36A2 . 27N1P1 IIA7 .41A32 .723N2P2 II222N2cos3 IUP 相電流為相電流為 kW8 .42W0.972.23803 (2) 輸出的有功功率輸出的有功功率 第36頁(yè)/共47頁(yè)37*5.6 儀用互感器儀用互感器U1 U2

21、= = ku N1 N2 國(guó)產(chǎn)互感器：國(guó)產(chǎn)互感器： U2N = 100 V(1) 二次繞組禁止短路。二次繞組禁止短路。(2) 二次繞組與鐵心必須接地。二次繞組與鐵心必須接地。 空載運(yùn)行的降壓變壓器。空載運(yùn)行的降壓變壓器。 u1 Vu1u2第37頁(yè)/共47頁(yè)38 E2 短路運(yùn)行的升壓變壓器。短路運(yùn)行的升壓變壓器。 I1 I2 = = ki N2 N1 國(guó)產(chǎn)互感器：國(guó)產(chǎn)互感器： I2N = 5 A (1) 二次繞組禁止開路。二次繞組禁止開路。 開路時(shí)：開路時(shí)：I2 = 0，I1 不變不變 (2) 一次繞組工作電壓較高時(shí)，一次繞組工作電壓較高時(shí)， 二次繞組與鐵心必須接地。二次繞組與鐵心必須接地。 Ai2i1N1 N2 1 2 匝匝第38頁(yè)/共47頁(yè)39*5.7 自耦變壓器自耦變壓器手柄手柄 接線柱接線柱 調(diào)壓器調(diào)壓器 手柄手柄 繞組繞組 接觸臂接觸臂 第39頁(yè)/共47頁(yè)40 I+ +U2I1E1E2U1 I2 降壓自耦變壓器降壓自耦變壓器 升壓自耦變壓器升壓自耦變壓器 I N1N2+ +U1I1E1E2 U2I2忽略漏阻抗，則忽略漏阻抗，則= U1 U2E1 E2=N1 N2= k 第40頁(yè)/共47頁(yè)41*5.8 三繞組變壓器三繞組變壓器 有三個(gè)繞組和三個(gè)電壓等級(jí)。