哈尔滨工业大学：《电机及拖动基础》课程教学资源（PPT课件讲稿）第三章 变压器（主讲：张友斌）

《电机及拖动基础》 讲义 主讲 张友斌

《电机及拖动基础》 讲 义 主讲 张友斌

变压器 §3-1变压器的工作原理、分类及结构 变压器的工作原理 变压器是一种将一电压的交流信号变换为同频率的另 交流信号的静止装置 变压器中各个电量 的正方向的规定: 按电工惯例 实际中变压器的各个 电量都是交变的 次侧施加交流电压时,在一次测绕组中产生磁动势,磁通通过 铁心穿过二次侧绕组,则在二次侧绕组中感应出电动势,这样 次测电能则可传送到二次侧

第三章 变压器 §3－1 变压器的工作原理、分类及结构 ◼ 一、变压器的工作原理 变压器是一种将一电压的交流信号变换为同频率的另 一交流信号的静止装置 ZF 1 I  E1  U1  m  E2  2 I  U2 ~  一次侧施加交流电压时，在一次测绕组中产生磁动势，磁通通过 铁心穿过二次侧绕组，则在二次侧绕组中感应出电动势，这样一 次测电能则可传送到二次侧。 变压器中各个电量 的正方向的规定： 按电工惯例 实际中变压器的各个 电量都是交变的

变压器的变压原理 当不考虑漏磁通时及绕组电阻时,有下列电动 势平衡方程式: N N 则一次测与二次侧的电压、电动势的有效值与匝数N的关系为: U1_=2令K=NN2,称k为变压器的变比 U E N 不计各种损耗时,依据能量守恒原理有: S=U11=U2l,则:U1_l2 2S为变压器的视在功率,称 其为变压器的容量 故:U1N U2N=K1=1 1,K

◼ 变压器的变压原理： 当不考虑漏磁通时及绕组电阻时，有下列电动 势平衡方程式： dt d u e N  1 = − 1 = 1 dt d u e N  2 = − 2 = 2 则一次测与二次侧的电压、电动势的有效值与匝数N的关系为： 2 1 2 1 2 1 N N E E U U = = 令K=N1/N2，称k为变压器的变比 当不计各种损耗时，依据能量守恒原理有： 1 1 2 2 S =U I =U I 则： 1 2 2 1 I I U U = 故： K N N U U = = 2 1 2 1 I K I 1 2 1 = S为变压器的视在功率，称 其为变压器的容量

变压器的分类: 变压器的种类繁多,有多种分类方法 按用途 分类 升压变压器 电力变压器 降压变压器 变压器 配电变压器 联络变压器 厂用变压器 整流变压器 特种变压器 电炉变压器 高压试验变压器 电压互感器 测量变压器 电流互感器 按相数 分类 单相变压器 三相变压器

变 压 器 电力变压器 特种变压器 升压变压器 降压变压器 配电变压器 联络变压器 按用途 分类 厂用变压器 整流变压器 电炉变压器 高压试验变压器 测量变压器 … 电压互感器 电流互感器 单相变压器 三相变压器 按相数 分类 ◼ 二、变压器的分类： 变压器的种类繁多，有多种分类方法

变压器的结构 铁心:主要磁路部分 铁心分为两部分:铁心柱与铁轭 铁心柱:套有绕组;铁轭:构成磁路的闭合回路 绕组:变压器的电路部分,分为高压绕组与低压绕组。 绕组有两种分布形式:同心式、交叠式 其他部件:变压器的稳定工作的附件,也是必不可少的 变压器的额定值 额定容量 SN KVA额定电流IA 额定电压UNV、KV额定频率f|50Hz

◼ 三、变压器的结构： 铁心：主要磁路部分。 铁心分为两部分：铁心柱与铁轭 铁心柱：套有绕组；铁轭：构成磁路的闭合回路 绕组：变压器的电路部分，分为高压绕组与低压绕组。 绕组有两种分布形式：同心式、交叠式 其他部件：变压器的稳定工作的附件，也是必不可少的。 ◼ 变压器的额定值 额定容量SN KVA 额定电流IN A 额定电压UN V 、KV 额定频率fN 50Hz

§3-2单相变压器的空载运行 空载运行时的物理情况 u 20 次侧的电动势平衡方程式: 1=i+(-=n)+(-2)=6+中、g+M如n 二次侧电动势平衡方程式:20=e2=-N2pm

§3-2单相变压器的空载运行 0 i e1 u1  m  e2 i 2 = 0 u20 e1 dt d N dt d u i r e e i r N    m  1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 = + (− ) + (− ) = + + 一次侧的电动势平衡方程式： 二次侧电动势平衡方程式： dt d u e N  m 20 = 2 = − 2 一、空载运行时的物理情况

讨论 1)当u随正弦规律变化时有: 中n= gp sin at则: N do ONΦnSi(ot-90°) dt Im sin( at N do ON2Φnsn(Ot-90°) dt E2m sin( at - 2 有效值E1、E2分别为 E1=En/√2=0Nn/2=2Nn/2=4440 E2=E2/2=oN2n/2=2N2n/V2=4

◼ 讨论 1）当u1随正弦规律变化时有： t  m = m sin 则： sin( 90 ) 1 1 1     = − = − N  t − dt d e N m m ) 2 sin( 1  = E m t − sin( 90 ) 2 2 2     = − = − N  t − dt d e N m m ) 2 sin( 2  = E m t − 有效值E1、E2分别为： m m m m E1 = E1 2 =N1  2 = 2f N1  2 = 4.44 f N1  m m m m E2 = E2 2 =N2  2 = 2f N2  2 = 4.44 f N2 

E1、E2的相量表达式为 E1=-14.44NΦnE2=-1444M2Φn E1、E2在相位上滞后Φ,90 2)空载电流In 空载电流Ⅰ绝大部分是用来产生主磁通,但 仍有小部分有功分量作为铁心损耗。但通 帛Ⅰ 3)漏磁通与漏电抗 la =-jx,Im xi 次绕组的漏电抗

E1、E2的相量表达式为： m E  = − j fN   1 1 4.44 m E  = − j fN   2 44 2 4. E1、E2在相位上滞后 90。 m  2）空载电流 空载电流 绝大部分 是用来产生主磁通，但 仍有小部分有功分量 作为铁心损耗。但通 常 m I Fe I m I  I m Fe I  I 3）漏磁通与漏电抗 m E jx I   1 = − 1 1 x 一次绕组的漏电抗

空载运行时的电动势平衡方程式 相量图及等效电路图 1)空载运行时的电动势平衡方程式 U1=1m+(-E)+(-E1)=n1+jmx1+(-E1 m(1+jx1)+(-E1)=lZ1+(-E1) U=E 20 +1x 次侧的漏阻抗

◼ 二、空载运行时的电动势平衡方程式、 相量图及等效电路图 ◼ 1）空载运行时的电动势平衡方程式 ( ) ( ) ( ) 1 1 1 1 1 1 E1 U I r E E I r jI x m m m  =  + −  + −  =  +  + −   ( ) ( ) ( ) 1 1 1 Z1 E1 I r j x E I m =  + + −  =  + −  U20 E2  =  x Z = r + jx 1 1 一次侧的漏阻抗

■2)空载相量图 U1 EI E1 (m jxm) 变压器的励磁阻抗 变压器的励磁电抗 变压器的励磁电阻

◼ 2）空载相量图  m  U1  m I  Fe I  1 jI xm   I  E1 −  E1  ( ) 1 m m m m m − E = I Z = I r + j x    Zm xm m r 变压器的励磁阻抗 变压器的励磁电抗 变压器的励磁电阻