電工電子技術(shù) 課件 3任務(wù)二、基于Multisim的輸配電系統(tǒng)的仿真

任務(wù)二、簡單輸配電系統(tǒng)的仿真電工電子技術(shù)

黃燕華任務(wù)導(dǎo)學(xué)生活生產(chǎn)中所需的電壓等級是各不相同的，有些場合需要高壓甚至特高壓，比如輸電系統(tǒng)中的電壓高達(dá)幾百千伏，有些場合的電壓又是低壓，比如生活中常用的電壓為２２０Ｖ，這些不同等級的電壓變換是通過什么設(shè)備完成的?基于什么原理實現(xiàn)變電壓的呢?

任務(wù)導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生活中電壓的變換是通過變壓器完成的，變壓器的原理是基于電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)的。任務(wù)情境常用高壓配電中的電壓為６~１０ｋＶ，而常用低壓設(shè)備的電壓為３８０Ｖ/２２０Ｖ，簡述實現(xiàn)高低壓變換的方法，分析三相變壓器常見的聯(lián)結(jié)方式，基于Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真軟件完成相應(yīng)電壓之間的變換。任務(wù)實施１)現(xiàn)有三相交流電壓源，線電壓為１０ｋＶ，如何將其變換為線電壓為４００Ｖ的電壓?２)簡述變壓器的工作原理、用途，說明變壓器如何實現(xiàn)電壓的變換作用?３)從１０ｋＶ(線電壓)電壓變換為４００Ｖ(線電壓)，則所需的變壓器的電壓比為多少?４)三相變壓器常見的聯(lián)結(jié)方式有哪些?５)基于Ｍｕｌｔｉｓｉｍ繪制仿真模型實現(xiàn)從１０ｋＶ電壓變換為４００Ｖ的三相變壓器的電路圖，并用必要的儀表測出變換后的電壓。知識鏈接一、變壓器的工作原理二、三相變壓器

一、變壓器的工作原理電工電子技術(shù)

黃燕華空載運行狀態(tài)---變電壓作用一次繞組——空載電流，用i0表示。此時的變壓器就相當(dāng)于是一個交流鐵心線圈。變壓器的工作原理-+i0-+-+-+u1e2φu20i2=0ZLe1以電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ),通過磁路(磁場)將兩個(或以上)的繞組耦合起來,進(jìn)行交流電能的傳送與轉(zhuǎn)換。一次繞組外加額定電壓，二次繞組開路,i2=0。u1i0N1i0主磁通φ電磁量之間的關(guān)系二次繞組E2=4.44fN2Φm-+i0-+-+-+u1e2φu20i2=0ZLe1一次繞組u1≈-e1E1=4.44fN1ΦmU1≈E1=4.44fN1Φm一次繞組U1≈E1=4.44fN1Φm二次繞組E2=4.44fN2Φm變比K-+i0-+-+-+u1e2φu20i2=0ZLe1空載狀態(tài)u20≈e2U20≈E2=4.44fN2Φm變電壓作用電源電壓U1固定,改變一、二次繞組的匝數(shù)N1和N2，即可得到不同數(shù)值的二次繞組電壓U2，實現(xiàn)變換電壓的目的。變壓器銘牌上的額定電壓用分?jǐn)?shù)表示的一、二次繞組的電壓數(shù)值U1N和U2N

。其中U2N即為一次繞組加入額定電壓U1N后，二次繞組的空載（開路）電壓。例如：6000／400V（K=15）變壓器在負(fù)載狀態(tài)下運行，且達(dá)到滿載時，二次繞組的電壓U2較U2N通常降低（3～5）%。升壓變壓器U1＜U2降壓變壓器U1＞

U2（二）負(fù)載運行狀態(tài)---變電流作用φu1ZL-+-+e1i1i2e2-+u2-+

二次繞組接入負(fù)載,產(chǎn)生二次繞組電流i2,向負(fù)載輸出電功率。

空載電流i0的作用只是產(chǎn)生主磁通，又稱勵磁電流，數(shù)值很小，只占額定電流的百分之幾。1.變壓器的變電流作用此時，一次繞組電流必定增加，由空載電流i0增加為i1。

負(fù)載運行時，主磁通φ由一、二次繞組的磁通勢N1i1和N2i2共同作用產(chǎn)生(N1i1+N2i2)。φu1ZL-+-+e1i1i2e2-+u2-+根據(jù)公式（3-12）U1≈E1=4.44fN1Φm當(dāng)U1、

f、

N1固定不變時，Φm也將固定不變。由于空載運行和負(fù)載運行時主磁通基本不變，所以產(chǎn)生它們的激勵N1i0和（

N1i1+N2i2）應(yīng)該近似相等N1i1+N2i2≈

N1i0N1i1+N2i2≈

N1i0相量表示式磁通式平衡方程變換可得瞬時值表示式負(fù)載運行時一次繞組電流由兩部分組成。勵磁分量與負(fù)載電流成正比,但相位相反。數(shù)值很小,可以近似略去。負(fù)載分量有效值表示式或變電流作用在額定工作狀態(tài)下,一、二次繞組額定電流之比等于其變比K的倒數(shù)。U2I2U20I2N0U22.變壓器的外特性和電壓調(diào)整率外特性U2=f(I2)條件保持電源電壓U1、負(fù)載的功率因數(shù)λ2=cosφ2不變。感性負(fù)載的外特性?！鱑%表示供電電壓的穩(wěn)定性。一般電力變壓器的△U%在3%～5%之間。電壓調(diào)整率變壓器從空載（I2=0）到額定工作狀態(tài)（I2N），二次繞組電壓變化量與空載電壓U20之比。U2I2U20I2N0U2等效負(fù)載阻抗（三）變壓器的變換阻抗作用ZL-++-+-U1≈

E1=4.44fN1ΦmU2≈

E2=4.44fN2Φm負(fù)載阻抗一次側(cè)等效負(fù)載阻抗變換化簡公式(3-18)ZL-++-+-阻抗匹配在電子電路中,為了使負(fù)載得到最大功率輸出,要求負(fù)載的阻抗與信號源的阻抗之間滿足確定的要求。變壓器變換阻抗作用的應(yīng)用阻抗匹配。二、三相變壓器電工電子技術(shù)

黃燕華（一）三相變壓器的結(jié)構(gòu)和原理三相變壓器可以由三個相同容量的單相變壓器一次側(cè)、二次側(cè)分別相連組成（圖3-22）,或用一臺三相變壓器來實現(xiàn)，它有三個鐵心柱,每個鐵心柱都繞著同一相的兩個繞組，一個是一次繞組，另一個是二次繞組，如圖3-23所示。三臺單相變壓器組成的星形聯(lián)結(jié)的三相變壓器組三相變壓器示意圖及其外形圖（二）三相變壓器的型號和額定值1.型號型號表示的含義是一臺變壓器的結(jié)構(gòu)(相數(shù))、設(shè)計序號、額定容量、電壓等級、冷卻方式等內(nèi)容。例如：型號S11-10000/60-10中，S為三相(相數(shù)，D表示單相)；11為設(shè)計序號；10000為額定容量(kV?A)；60為高壓側(cè)額定電壓等級(kV)；10為低壓側(cè)額定電壓等級(kV)。2.額定值額定值是正確使用變壓器的依據(jù)，在額定狀態(tài)下運行，可保證變壓器使用期限內(nèi)長期安全有效地工作。(1)額定容量SN，指變壓器的視在功率。對三相變壓器而言指三相容量之和，單位為伏安(V?A)，常用的還有千伏安(kV?A)。(2)額定電壓UN，指線電壓。U1N指電源加到一次繞組上的電壓，U2N是二次側(cè)開路電壓，即空載運行時二次繞組的端電壓。(3)額定電流IN，由SN和UN計算出來的電流。對于單相變壓器：

對于三相變壓器：

(4)額定頻率fN，我國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用電頻率為50Hz，有些國家采用60Hz。此外，額定工作狀態(tài)下變壓器的效率、溫升等數(shù)據(jù)均屬于額定值。任務(wù)實施１)現(xiàn)有三相交流電壓源，線電壓為１０ｋＶ，如何將其變換為線電壓為４００Ｖ的電壓?電力中采用高壓輸電，低壓配電，可以實現(xiàn)節(jié)能并保證用電安全，所以10KV的高壓交流電壓要轉(zhuǎn)變?yōu)?00V的低壓交流電應(yīng)該采用降壓變壓器來實現(xiàn)。２)簡述變壓器的工作原理、用途，說明變壓器如何實現(xiàn)電壓的變換作用?變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備，它能將某一電壓數(shù)值的交流電變換為同頻率的另一電壓數(shù)值的交流電，變壓器的工作原理是基于電磁感應(yīng)原理。變壓器的用途很多，主要有以下幾種：（1）作為電能傳輸設(shè)備，用在輸電、配電領(lǐng)域。（2）