變壓器原理匯總

1、變壓器原理§變壓器基本工作原理、結(jié)構(gòu)與額定數(shù)據(jù)e1、理想變壓器的運行原理： u1 i1e2·變壓器電動勢：匝數(shù)為 N 的線圈環(huán)鏈 ，當 變化時，線圈兩端感生電動勢 e 的大小與 N 及 d 成 dt 正比，方向由楞次定律決定。·楞次定律：在變化磁場中線圈感應電動勢的方向總是使它推動的電流產(chǎn)生另一個磁場，阻止原有磁 場的變化。U2 e2 =0 二次側(cè)等效電路eU2 高假設(shè)： 1、一二次側(cè)完全耦合無漏磁，忽略一二次側(cè)線圈電阻；2、忽略鐵心損耗；3、忽略鐵心磁阻；4、U1為正弦電壓·假定正向：電動勢是箭頭指向為高，電壓是箭頭指向為低。 ·主磁通方向由

2、一次側(cè)勵磁電流和繞組纏繞方向通過右手螺旋法則確定。 ·一次側(cè)感應電動勢的符號：由它推動的電流應當與勵磁電流方向相反，所以它的實際方向應當高電 位在上，圖中的假定正向與實際方向相反，故有 e1 N1 d1 1 dt ·二次側(cè)感應電動勢的符號：由它推動的電流應當阻止主磁通的變化，即按右手螺旋法則應當產(chǎn)生與 主磁通方向相反的磁通，按圖中副方繞組的纏繞方向，它的實際方向也應當高電位在上，圖中的假定 正向與實際方向也相反，所以有 e2N 2 d ，一二次側(cè)感應電動勢同相位。dt而按照電路理論，有u2 e2變壓器的電壓變比e2E1U1N2E2U2因為假定鐵心損耗為零，故有變壓器一二次側(cè)

3、視在功率相等：I1U 1I 1=U 2I 2 , 故I21KeZL, ZLU1I1Ke2ZL變壓器的功能是在實現(xiàn)對電壓有效值變換的同時， 還實現(xiàn)了對電流有效值和阻抗大小的變換。 、基本結(jié)構(gòu)閱讀、額定數(shù)據(jù)SN ：額定工況下輸出視在功率保證值。因變壓器效率極高，一般認為一、二次側(cè)視在功率相等。U1N / U 2N ：額定工況下，二次側(cè)開路時的一、二次側(cè)線電壓I 1N /I 2N ：額定工況下的線電流。單相變壓器：SN U1NI 1N U2NI 2N ；三相變壓器： SN3U1N I1N3U2NI 2N§變壓器運行分析、空載運行分析與一次側(cè)繞組等值電路一次側(cè)加正弦電壓，則產(chǎn)生磁通 = ms

4、in te2d-N 2N 2 m sin t -2 dt 2 m 2有效值：E1 12 2 f N1 m 4.44 fN 1 m；-N 1ddt1+U20E22 f N2 m 4.44 fN 2mu1e1 e1 R1I0e1e1R1I0e1u20e2+e1e1U1一次側(cè)等效電路e2U20高+二次側(cè)等效電路空載時漏磁電勢、銅耗很小 (<5%)U1U20Ke空載電流 I 0 I 0a I 0r（下標來源 ） active current 有功電流、鐵耗； reactive current 無功電流、勵磁分量。·空載等值電路··非正弦空載電流的正弦等效處理 鐵心高

5、飽和由正弦電壓產(chǎn)生正弦磁通的電流必然為非正弦：ii0i 01i01t引入等效正弦勵磁電流 I0 取代i0，以建立線性正弦等值電路：·有效值相等； ·基波同頻同相； ·有功功率大小不變 一次側(cè)等效電路與向量圖： 一次側(cè)漏抗R1X 1I0U1E1Rm 有功鐵耗勵磁阻抗Xm 無功勵磁U1-I 0Rm 勵磁阻抗jX1I0 漏抗R1I0-E1I0E2 I0r 勵磁分量鐵耗角I0a-I 0jXmE1 空載運行相量圖E1j X1 I 0 相位滯后磁通 90 度。E1Zm I 0 , Zm Rm jX mE1 (E1 R1I0) I0(Zm Z1), Z1 R1 jX1U1二、

6、變壓器的負載運行與 T 型等值電路I1R1U1E1E21+R1u11、同名端I2E E 2E1 E2 2變壓器負載運行i 1i 2e1e1R2 e2 +e2u2 一次側(cè)等效電路 二次側(cè)等效電路 負載運行的基本電磁過程 負載運行時，一次側(cè)繞組電動勢平衡方程為+ZL+U1 E1 I1 Z12、雖然 I1E1 ，但 Z1很小，正常工作時U1 E1j 4.44 fN1 m。即負載時和空載時主磁通近似相等空載下主磁通僅由一次側(cè)勵磁電流建立，磁勢負載下主磁通由兩側(cè)電流共同建立，近似相等，在圖示假定正向下，磁勢I1Z1 U1 ，F(xiàn)0 I 0N1;立，因負載時和空載時主磁通F0 I1N1I2 N2I0 N1注

7、：變壓器短路時 I1很大， I 1Z1不可忽略，此時 m ,E 。3、由磁勢平衡方程可知， I 1 中包括兩個分量： 勵磁分量和負載分量N2 1I1I0 （ I2 2） I0I 2N10 Ke其中勵磁分量固定不變，建立主磁通； 負載分量抵消負載電流對磁通的作用，隨負載而變化 負載運行時，因 I 0 I1 ，可以忽略，認為I11II2Ke4、電功率 UI 依電磁感應和磁通勢平衡，由一次側(cè)傳送到二次側(cè)：I1K1 I2 （磁通勢平衡）U1 E1 KeE2 KeU2 （電磁感應）U1I1 U2I25、二次側(cè)的電動勢平衡方程為U2 E2 E2 I 2 R2 E2 jX 2 I 2 R2 I 2 E2 Z

8、2 I 2 (二)T 型等值電路 基本方程組：次側(cè)： U1 E1 I 1(R1 jX1)E1 I 0(Rm jXm)次側(cè)： U 2E2 I 2(R2 jX2)R1 +UX2R2 I2ZL U2？一個電路+一次側(cè)勵磁 二次側(cè)負載如果：I1I 2I0 ， E1 E 2 ，可合并為一個電路。兩側(cè)的聯(lián)系：I1N1I2 N2 I 0 N1,即 1I1I2I0KeE1 Ke E2' 等值電路：經(jīng)過等效代換，使 E1 E2' ; I1I 2I0 等效條件：等效前后一次側(cè)狀態(tài)不變。為此：以二次側(cè)匝數(shù)為 N1的繞組取代實際二次側(cè)繞組此時 Ke=1，E1E2折算前后關(guān)系為： E2KeE2再令 I2

9、K1eI2。為使代換成立，二次側(cè)阻抗和負載阻抗都應相應改變，以滿足 E1 E2'時， I2K1eI2。應有： ' 2 ' I 2Z2' ZL'由 E2Z2ZL，E 2 Z2' ZLI2'I2得： Z2' ZLKe2(Z2ZL)折算后的二次側(cè)電壓：U 2 I2 ZLKeI2 ZL KeU2折算后，等值電路為：+ R1X1U1- I0 - I 2 E Rm E1E2XmX2R2ZL U2一次側(cè)勵磁二次側(cè)負載等值電路的 6 個基本方程：I1 I 2 I 0U1 E1 I1(R1jX1)U2 E2 I2 (R2 jX2)E1 I 0 Zm

10、E1 E21、2、3、4、5、（三）相量圖 作圖步驟：磁通水平向右，電動勢 E1 滯后磁通90 度， E1反向畫出 ;空載勵磁電流 I 0 略超前磁通感性負載時，負載電流 I2'滯后 E1 個稍大角度 二次側(cè)繞組電阻壓降平行于負載電 流、電抗壓降超前其 90 度；聯(lián)接原點至電阻壓降尾端為 U2j I2X26、U2'、I 2'夾角為二次側(cè)功率因素角 2;7、I 2'負方向與 I 0按平行四邊形合成 I1；8、一次側(cè)電阻壓降平行 I 1 ，電抗壓降超前其 90 度；9、聯(lián)接原點至電抗壓降頭端為 U110、U1、 I1夾角為一次側(cè)功率因素角。（四）等值電路參數(shù)的實驗測

11、定閱讀 §33變壓器運行特性閱讀§3 4 三相變壓器一、 三相變壓器的磁路1、三相組式：磁路彼此獨立。若一次側(cè)三相電壓對稱，各相主磁通必然對稱，各相空載電流 也對稱。單相分析方法仍適用。UVW2、 三相心式 : 三相磁路彼此聯(lián)系UV三相對稱：單相分析適用于一個心柱繞組 剩余問題： 1、三相繞組的聯(lián)接方式； 2、波形 二、三相變壓器繞組的聯(lián)接方式（相位轉(zhuǎn)換）1、 預備知識：同名端及其性質(zhì) 若兩繞組電流在鐵心內(nèi)產(chǎn)生的磁通相加，則定8義兩電流的流入端為兩耦合繞組的同名端。 性質(zhì)：同名端上感應電動勢極性永遠相同。推論：若以同名端作參考點看 E1,E2 的相位，則 E1,E2 同相；

12、若以異名端為參考點，則 E1,E2 的 相位差為 180 度電角度。2、一相心柱上一、二次側(cè)繞組的聯(lián)接方式0*EUEu*減極性聯(lián)接加極性聯(lián)接EU3、三相變壓器繞組的聯(lián)接方式 主要：三角星型 （D,y 聯(lián)接 ）、星星型 （Y,y 聯(lián)接）(1) D,y 聯(lián)接： U V W1一次側(cè)： D逆相序聯(lián)接： U頭V尾 V頭W尾 W頭U尾Eij 表示由i到 j電位升高。作圖v·變壓器聯(lián)接組別和電位升位圖對于不同的聯(lián)接方式，變壓器一、二次側(cè)線電勢相互間的 相位關(guān)系也不同。電位升位圖：判斷線電勢相位關(guān)系。方法：將 360度相位按每 30 度分為 12 區(qū)，對應時鐘 12點。改變二次側(cè)出線端相序標志和一、

13、 二次側(cè)繞組聯(lián)接方式， 可構(gòu)成 D,y 接線的 6 種不同聯(lián)接方式。 將一次側(cè)改為正相序： U 尾V 頭、V 尾W 頭、W 尾U 頭，可構(gòu)成 D,y 接線的另 6 種不 10VEUW221聯(lián)接組別： Y,y-12·采用不同的聯(lián)接方式，可實現(xiàn)一、二次側(cè)電動勢相位在 節(jié)。·一、二次側(cè)的相序必須同為正相序或同為逆相序。 相序不一致的后果：造成相位錯亂。360 度范圍內(nèi)以 30 度級差的有級調(diào)一次側(cè)：D相序：VUWY相序:uvw一、二次側(cè)相序不一致無聯(lián)接組別滯后150度滯后270度習題 38單相變壓器：u1, 正弦、磁飽和： i0非正弦尖頂波，有較強 3 次諧波分量；三、 磁路形式

14、和繞組聯(lián)接方式對電動勢波形的影響三相變壓器：11同聯(lián)接方式。(2) Y,y 聯(lián)接：次側(cè) Y 接： i0無三次諧波通路（ i0u3,i0v3,i0w3同相位），只能近似為正弦波；1、Y,y 聯(lián)接時：ii0i01i01t三相組式：側(cè)電動勢波形磁路獨立：正弦電流勵磁磁通為平頂波（磁飽和） 電動勢為尖頂波（微分）峰值可達基波幅值的 140以上，三相組式變壓器 不采用 Y,y 無中線聯(lián)接。一次側(cè)有中線時， i0 有三次諧波通路，情況與單 相相同。·三相心式：磁通三次諧波同相位，鐵心內(nèi)無通路， 主磁通、感應電動勢近似為正弦波。2、 Y,d 聯(lián)接時： 二次側(cè)繞組可在三角形內(nèi)以環(huán)流形式產(chǎn)生 3 次諧

15、波 電流勵磁疊加于主磁通，使主磁通、感應電動勢均 近似為正弦波。結(jié)論：只要有一側(cè)為三角聯(lián)接，即可改善一、二次 §電力拖動自動控制系統(tǒng)中的特殊變壓器一、 整流變壓器 運行特點：負載中含非線性特性的整流二極管、濾波電感。二次側(cè)電流非正弦有害剩磁？ 分析：例三相半波整流。二次側(cè)每相有電流時間為 1/3 電源周期，電流波形接近矩形，含有較大的直流分量。 形成直流剩余磁通。對三相心式，直流磁通在鐵心內(nèi)無通路，影響很小。對三相組式，直流磁通在鐵 心內(nèi)有通路，數(shù)值較大，疊加于主磁通使鐵心非正常飽和，主磁通平頂，一次側(cè)電勢趨于0（微分關(guān)系），導致勵磁電流劇增，嚴重時可能損壞變壓器。12U V WIduu0i0tudIduu消除措施： ·采用三相全波橋式整流，消除二次側(cè)直流分量。·一次側(cè)采用三角聯(lián)接，為一次側(cè) 3 次諧波電流提供通路，保證主磁通正弦 二、 脈沖變壓器1、 基本工作原理R1 i 1 u1 R3 e+e2 D2ba0F+R2 i 2D1u1u2ZLu20io0T d