變壓器空載短路2課件

變壓器的基本工作原理1.基本原理：利用電磁感應(yīng)原理，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞。2.特點(diǎn)：（1）只能傳遞交流電能；（2）只能改變交流電壓或電流的大小而不能改變頻率。1.1.2變壓器的工作原理一、基本工作原理變壓器的主要部件是鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。兩繞組只有磁耦合沒(méi)電聯(lián)系。在原繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈原、副繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。只要原、副繞組的匝數(shù)不同，就能達(dá)到改變電壓的目的?？蛰d運(yùn)行：是指當(dāng)變壓器原繞組接交流電源，副繞組開(kāi)路，即i2=0時(shí)的狀態(tài)?？蛰d時(shí)原繞組中的交變電流稱(chēng)為空載電流單相變壓器的空載運(yùn)行主磁通和漏磁通在性質(zhì)上的不同：1）由于鐵磁材料有飽和現(xiàn)象，所以主磁路的磁阻不是常數(shù)，主磁通與建立它的電流之間呈非線(xiàn)性關(guān)系。而漏磁通的磁路大部分是非鐵磁材料組成，所以漏磁路的磁阻基本上是常數(shù)，漏磁通與產(chǎn)生它的電流呈線(xiàn)性關(guān)系2）主磁通在原、副繞組中均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)副方接上負(fù)載時(shí)便有電功率向負(fù)載輸出，故主磁通起傳遞能量的作用。而漏磁通僅在原繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，不能傳遞能量，僅起壓降作用。因此，在分析變壓器和交流電機(jī)時(shí)常將主磁通和漏磁通分開(kāi)處理。單相變壓器的空載運(yùn)行討論：1）性質(zhì)上：與成非線(xiàn)性關(guān)系；與成線(xiàn)性關(guān)系；2）數(shù)量上：占99%以上，僅占1%以下；3）作用上：起傳遞能量的作用，起漏抗壓降作用。主磁通與漏磁通的區(qū)別？變壓器的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和變比1、正方向的規(guī)定：1）在負(fù)載支路，電流的正方向與電壓降的正方向一致，而在電源支路，電流的正方向與電動(dòng)勢(shì)的正方向一致2）磁通的正方向與產(chǎn)生它的電流的正方向符合右手螺旋定則3）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向與產(chǎn)生它的磁通的正方向符合右手螺旋定則電壓u1,u2的正方向表示電位降低，電動(dòng)勢(shì)e1,e2的正方向表示電位升高。在原方，u1由首端指向末端，1從首端流入。當(dāng)u1與1同時(shí)為正或同時(shí)為負(fù)時(shí)，表示電功率從原方輸入，稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)慣例。在副方，u2和2的正方向是由e2的正方向決定的，即2沿e2的正方向流出。當(dāng)u2和2同時(shí)為正或同時(shí)為負(fù)時(shí)，電功率從副方輸出，稱(chēng)為發(fā)電機(jī)慣例2、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分析2)、漏磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)——漏電動(dòng)勢(shì)漏電動(dòng)勢(shì)也可以用漏抗壓降來(lái)表示，即根據(jù)主電動(dòng)勢(shì)的分析方法，同樣有由于漏磁通主要經(jīng)過(guò)非鐵磁路徑,磁路不飽和,故磁阻很大且為常數(shù),所以漏電抗很小且為常數(shù),它不隨電源電壓負(fù)載情況而變.3、電壓平衡方程式（1）一次側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程忽略很小的漏阻抗壓降，則可見(jiàn)，影響主磁通大小的因素有電源電壓、電源頻率和原邊線(xiàn)圈匝數(shù)。并寫(xiě)成有效值形式，有在副邊，由于電流為零，則副邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于副方的空載電壓，即：重要公式4、變壓器的變比定義對(duì)三相變壓器，變比為原、副邊的相電動(dòng)勢(shì)之比，近似為額定相電壓之比。定義：在變壓器中，原、副繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1和E2之比稱(chēng)為變壓器的變比，用K表示變壓器的變比等于原、副繞組的匝數(shù)比。當(dāng)變壓器空載運(yùn)行時(shí)，由于U1≈E1

，U20≈E2，故可近似地用空載運(yùn)行時(shí)原、副邊的電壓比來(lái)作為變壓器的變比是變壓器中一個(gè)很重要的參數(shù)，若Nl＞N2，則U1＞U2，是降壓變壓器；若N1＜N2，則U1＜U2，是升壓變壓器

討論：一臺(tái)結(jié)構(gòu)已定的變壓器當(dāng)外施電壓為已知，需要電源提供多大的激磁電流呢?激磁電流包括哪些成分呢?答：決定于變壓器的鐵芯材料及鐵芯幾何尺寸。因?yàn)殍F芯材料是磁性物質(zhì)，激磁電流的大小和波形將受磁路飽和、磁滯及渦流的影響。補(bǔ)充：高低壓繞組的判別用萬(wàn)用表的電阻檔測(cè)量變壓器的四個(gè)端子，相通的端子間對(duì)應(yīng)一個(gè)繞組。其中電阻大的對(duì)應(yīng)高壓繞組，電阻小的對(duì)應(yīng)低壓繞組。變壓器的空載電流1、作用與組成2、性質(zhì)和大小性質(zhì)：由于空載電流的無(wú)功分量遠(yuǎn)大于有功分量，所以空載電流主要是感性無(wú)功性質(zhì)——也稱(chēng)勵(lì)磁電流I0Q=I0P；空載電流包含兩個(gè)分量，一個(gè)是勵(lì)磁分量，作用是建立磁場(chǎng)，產(chǎn)生主磁通,它不消耗有功功率——無(wú)功分量；另一個(gè)是鐵損耗分量，作用是供變壓器鐵心損耗——有功分量大?。河懻?1、變壓器空載運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)？接近900，因此變壓器空載運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)很低，一般COSφ0≈0.1～0.2故應(yīng)避免變壓器空載運(yùn)行3空載時(shí)的相量圖和等效電路1、等值電路一次側(cè)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程為基于表示法，感應(yīng)的也用電抗壓降表示，由于在鐵心中引起，所以還要引入一個(gè)電阻，用等效，即空載時(shí)等效電路為勵(lì)磁電阻、勵(lì)磁電抗、勵(lì)磁阻抗。由于磁路具有飽和特性，所以不是常數(shù)，隨磁路飽和程度增大而減小。由于，所以有時(shí)忽略漏阻抗，空載等效電路只是一個(gè)元件的電路。在一定的情況下，大小取決于的大小。從運(yùn)行角度講，希望越小越好，所以變壓器常采用高導(dǎo)磁材料，增大，減小，提高運(yùn)行效率和功率因數(shù)。例：低壓照明變壓器一次繞組匝數(shù)N1=660匝，一次繞組電壓U1=220V，現(xiàn)要求二次繞組輸出電壓U2=36V，求二次繞組匝數(shù)N2及變比K。由公式可得N2=K=匝=108匝1、有一臺(tái)D-50/10單相變壓器，，試求變壓器原、副線(xiàn)圈的額定電流？解：一次繞組的額定電流補(bǔ)充習(xí)題：二次繞組的額定電流2、有一臺(tái)SSP-125000/220三相電力變壓器，YN，d接線(xiàn)，

，求①變壓器額定電壓和額定電流；②變壓器原、副線(xiàn)圈的額定電流和額定電流。解：①.

原、副邊額定電壓

原線(xiàn)圈額定電流（線(xiàn)電流）副線(xiàn)圈額定電流（線(xiàn)電流）（2）由于YN，d接線(xiàn)原繞組的額定電壓

U1Nф=原繞組的額定電流

副繞組的額定電壓副繞組的額定電流I2Nф=討論：1、變壓器原繞組的電阻一般很小，為什么在原繞組上加額定的交流電壓，線(xiàn)圈不會(huì)燒毀？若在原繞組加上與交流電壓數(shù)值相同的直流電壓，會(huì)產(chǎn)生什么后果？這時(shí)副繞組有無(wú)電壓輸出？答：當(dāng)變壓器原邊加額定交流電壓時(shí)，原繞組內(nèi)將感應(yīng)有較高的反電勢(shì)，盡管變壓器原繞組電阻較小，線(xiàn)圈不會(huì)燒毀。當(dāng)原繞組加相同的直流電時(shí)，因電壓不會(huì)交變，因而繞組內(nèi)沒(méi)有感應(yīng)電勢(shì)，副邊無(wú)電壓輸出。時(shí)間較長(zhǎng)變壓器將發(fā)熱燒毀2、變壓器繞組匝間短路，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？產(chǎn)生的原因？處理方案？變壓器繞組匝間短路，會(huì)出現(xiàn)電流增大、發(fā)熱、壓力增大。原因:絕緣損壞、短路、雷擊過(guò)電壓等。處理方案:通過(guò)瓦斯保護(hù)動(dòng)作與跳閘，再檢查、修復(fù)。變壓器效率一般都很高，因此可以近似認(rèn)為，變壓器的輸入功率與輸出功率相等，即U1I1=U2I2，則式中表明：變壓器原、副繞組中的電流與原、副繞組的匝數(shù)成正比，即變壓器不僅能變電壓，同時(shí)也能變電流，且電流的大小與匝數(shù)成反比。變壓器的高壓繞組匝數(shù)多，而通過(guò)的電流小，因此繞組所用的導(dǎo)線(xiàn)細(xì)；反之低壓繞組匝數(shù)燒，通過(guò)的電流大，所以的導(dǎo)線(xiàn)較粗。討論：變壓器鐵心中的磁動(dòng)勢(shì)，在空載和負(fù)載時(shí)比較，有哪些不同？答：空載時(shí)的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)只有原邊磁動(dòng)勢(shì)，負(fù)載時(shí)的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)是一次側(cè)和副邊的合成磁動(dòng)勢(shì)，即,也就是。變壓器負(fù)載時(shí)電動(dòng)勢(shì)平衡方程式（略）2.等效電路及相量圖(略）折算：將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個(gè)繞組來(lái)等效，同時(shí)對(duì)該繞組的電磁量作相應(yīng)的變換，以保持兩側(cè)的電磁關(guān)系不變。目的：用一個(gè)等效的電路代替實(shí)際的變壓器。折算原則：1）保持二次側(cè)磁動(dòng)勢(shì)不變；2）保持二次側(cè)各功率或損耗不變。方法：（將二次側(cè)折算到一次側(cè))2、等效電路及相量圖（略）一、折算折算后的方程式為二、等效電路根據(jù)折算后的方程，可以作出變壓器的等效電路。T型等效電路：近似等效電路（略）（略）二、等效電路簡(jiǎn)化等效電路：其中分別為短路電阻、短路電抗和短路阻抗。由簡(jiǎn)化等效電路可知，短路阻抗起限制短路電流的作用，由于短路阻抗值很小，所以變壓器的短路電流值較大，一般可達(dá)額定電流的10~20倍。負(fù)載運(yùn)行相量圖（略）作相量圖的步驟——對(duì)應(yīng)T型等效電路，假定變壓器帶感性負(fù)載。負(fù)載運(yùn)行相量圖（略）作相量圖的步驟（假定變壓器帶感性負(fù)載）-對(duì)應(yīng)簡(jiǎn)化等效電路由等效電路可知根據(jù)方程可作出簡(jiǎn)化相量圖變壓器的阻抗變比變壓器不但具有電壓變換和電流變換的作用，還具有阻抗變換的作用，當(dāng)變壓器副繞組接上阻抗為Z的負(fù)載后，則式中相當(dāng)于直接接在原繞組上的等效阻抗，故接在變壓器副繞組上的負(fù)載Z與不經(jīng)過(guò)變壓器直接接在電源上的負(fù)載相比小了1/K2倍，討論：生活中有沒(méi)有類(lèi)似的變壓器？為了能在揚(yáng)聲器中獲得最好的音響效果（或得最大得功率輸出），要求音響設(shè)備輸出得阻抗與揚(yáng)聲器得阻抗盡量相等。但實(shí)際上揚(yáng)聲器得阻抗往往只有幾歐到幾十歐，而音響設(shè)備等信號(hào)得輸出阻抗恰恰很大，在幾百歐、幾千歐以上，為此通常在兩者之間加接一個(gè)變壓器（稱(chēng)輸出變壓器、線(xiàn)間變壓器）來(lái)達(dá)到阻抗匹配得目的。音響設(shè)備：補(bǔ)充例題：例：某晶體管擴(kuò)音機(jī)輸出電路得輸出阻抗為，接入得揚(yáng)聲器阻抗為Z＝8Ω，現(xiàn)加接一個(gè)輸出變壓器使兩者實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，求該變壓器得變比K;若該變壓器原繞組匝數(shù)N1＝560匝，問(wèn)副繞組匝數(shù)N2為多少？解：1、型號(hào)型號(hào)表示一臺(tái)變壓器的結(jié)構(gòu)、額定容量、電壓等級(jí)、冷卻方式等內(nèi)容，表示方法為如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷三繞組銅線(xiàn)有載調(diào)壓，額定容量250000kVA，高壓額定電壓220kV電力變壓器。變壓器的銘牌數(shù)據(jù)2、額定值此外，額定值還有額定頻率f=50HZ、效率、溫升等。指長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)所能承受的工作電壓指銘牌規(guī)定的額定使用條件下所能輸出的視在功率。指在額定容量下，允許長(zhǎng)期通過(guò)的額定電流。在三相變壓器中指的是線(xiàn)電流三者關(guān)系：接：Y接：UNΦ為相電壓INΦ為相電流1.1.5變壓器的外特性和額定值1.001.0U20U2當(dāng)電源電壓U1不變時(shí)，對(duì)電阻性和電感性負(fù)載而言，副繞組上的端電壓U2隨著負(fù)載電流I2的增加而下降。對(duì)感性負(fù)載而言，功率因數(shù)COSφ2越低，U2下降得越快。電壓變化率定義：是指原繞組加50Hz額定電壓、變壓器從空載到額定負(fù)載，副繞組電壓U2的變換程度，即電壓變化率是表征變壓器運(yùn)行性能的重要指標(biāo)之一,它大小反映了供電電壓的穩(wěn)定性。在一般變壓器中，由于其電阻和漏磁感抗均很小，電壓變化率不大，約5%左右，故變壓器上裝有調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)，可在（-5%～+5%）范圍內(nèi)調(diào)壓調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)變壓器的損耗、效率鐵損耗與外加電壓大小有關(guān)，而與負(fù)載大小基本無(wú)關(guān)，又因外加電壓U1不變，故也稱(chēng)為不變損耗。1、變壓器的損耗

銅損耗是是電流在一、二次繞組電阻上產(chǎn)生的損耗之后。變壓器的損耗主要是鐵損耗?PFe和銅損耗?PCu兩種。鐵損耗是主磁通在鐵芯中產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗之和。銅損耗大小與負(fù)載電流平方成正比，故也稱(chēng)為可變損耗。變壓器從電源輸入的有功功率P1和向負(fù)載輸出的有功功率P2之差為變壓器的損耗?P效率大小反映變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性能的好壞，是表征變壓器運(yùn)行性能的重要指標(biāo)之一。2、效率效率是指變壓器的輸出功率與輸入功率的比值。其中1.1.6變壓器的參數(shù)測(cè)定1空載實(shí)驗(yàn)1、目的：通過(guò)測(cè)量空載電流I0和原、副繞組電壓及空載功率P0來(lái)計(jì)算變比K、勵(lì)磁參數(shù)rm、Xm、Zm。2、接線(xiàn)圖3、試驗(yàn)方法1）低壓側(cè)加電壓，高壓側(cè)開(kāi)路；WAVV~**由于外加電壓U20=U2N，則磁通達(dá)到正常工作值，鐵損PFE也為正常工作值，變壓器空載電流I20很小，則繞組銅耗PCU=I202R2《PFE，那么PCU可忽略不計(jì)，因此，副邊從電網(wǎng)吸收來(lái)的功率P0=PFE4、勵(lì)磁參數(shù)得計(jì)算2）空載電流和空載功率必須是額定電壓時(shí)的值，并以此求取勵(lì)磁參數(shù)；3）空載試驗(yàn)是在低壓邊加壓進(jìn)行，若要得到高壓側(cè)參數(shù)，須把求出得勵(lì)磁參數(shù)值乘以K2；4）對(duì)三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值；1）求出參數(shù)2短路實(shí)驗(yàn)1、目的：通過(guò)測(cè)量短路電流、短路電壓及短路功率來(lái)計(jì)算變壓器的短路電壓百分?jǐn)?shù)、銅損和短路阻抗。2、接線(xiàn)圖3、要求及分析1）高壓側(cè)加電壓，低壓側(cè)短路；WAV~**3）同時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)室的室溫；4）由于外加電壓很小，主磁通很少，鐵損耗很少，忽略鐵損，認(rèn)為。5）參數(shù)計(jì)算對(duì)T型等效電路