第5章 变压器的建模与特性.ppt

《第5章 变压器的建模与特性.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第5章变压器的建模与特性分析高压变压器干式变压器各类变压器的图片平面式变压器干式变压器油浸式变压器电源变压器内容简介双绕组变压器：（1）基本运行原理；（2）结构；（3）电磁关系；（4）数学模型（即基本方程式、等效电路和相量图）；（5）变压器运行特性的分析与计算。三相变压器的特殊问题：（1）三相变压器的联结组问题；（2）三相变压器的电路连接与磁路结构的配合问题。电力拖动系统中的特殊变压器：（1）自耦变压器；（2）电压与电流互感器。5.1变压器的基本工作原理与结构A、变压器的基本工作原理图5.1双绕组变压器的工作原理示意图若变压器一次侧按照电动机惯例选取正方向、二次侧按照发

2、电机惯例选取正方向（见图5.1)，则对于理想变压器，根据电磁感应定律，交变的磁通在原、副方绕组中的感应电势和电压分别为：(5-1)变压器方向规定1.3.2磁生电的基本定律——法拉第电磁感应定律(1-4)当磁通按正弦规律变化时，即:则上式变为:若取为参考相量，则：(1-5)图1.2磁通与其感应电势的正方向假定变压器电势：若主磁通按正弦规律变化，即，则根据式（5-1），各物理量的有效值满足下列关系：(5-2)忽略绕组的电阻和铁心损耗，则原、副方功率守恒，于是有：(5-3)从而有：(5-4)称为变压器的匝比或变比，，称为视在容量。由此可见，变压器在实现变压的同时也实现了变流。

3、此外，变压器还可以实现阻抗变换的功能。现说明如下：图5.1中，二次侧的负载阻抗为：如果从一次侧来看，则其大小为：(5-5)B、变压器的结构图5.2单相变压器的结构1—铁心柱2—铁轭3—高压绕组4—低压绕组图5.3三相变压器的结构1—铁心柱2—铁轭3—低压绕组4—高压绕组图5.4三相变压器高压绕组的分接头图5.5油浸式变压器的外形图1-铭牌2-温度计3-吸湿器4-油位计5-储油柜6-安全气道7-气体继电器8-高压油管9-低压油管10-分接开关11-油箱铁心12-放油阀门13-线圈14-接地板15-小车5.2变压器的额定值额定数据：额定容量或视在容量；额定电压；额定电流；额

4、定频率；额定效率；需指出的是：额定电压和额定电流均指线值（即线电压或线电流）。额定数据之间存在如下关系：式中，表示变压器的相数；、分别表示额定电压和额定电流的相值。对于单相变压器：对于三相变压器：5.3变压器的空载运行分析A、变压器空载运行时的电磁关系定义：变压器的空载是指一次绕组外加交流电压、二次绕组开路即副方开路即电流为零的运行状态。图5.6单相变压器空载运行的示意图-主磁通；-原方漏磁通。变压器空载时的电磁过程可用图5.7表示之。图5.7单相变压器空载运行时的电磁过程根据图5.6的正方向假定，利用基尔霍夫电压定律(KVL)得一次侧和二次侧绕组的电压方程分别为：（5

5、-6）若主磁通按正弦规律变化，即，则根据电磁感应定律有：利用符号法，写成相量形式为：（5-7）（5-8）电势计算1.3.2磁生电的基本定律——法拉第电磁感应定律(1-4)当磁通按正弦规律变化时，即:则上式变为:若取为参考相量，则：(1-5)图1.2磁通与其感应电势的正方向假定变压器电势：结论：绕组内感应电势的大小分别正比于频率、绕组匝数以及磁通的幅值；在相位上，变压器绕组内的感应电势滞后于主磁通。当一次绕组施加额定电压时，规定二次侧绕组的开路电压即为二次侧的额定电压即。这样，便可获得变压器的变比为：（5-9）B、磁路的电参数等效基本思路：将变压器内部所涉及的磁路问题转换

6、为电路问题，然后按照统一的电路理论对变压器进行计算。具体过程介绍如下：a、对于漏磁通由于磁力线走的是漏磁路，它是由变压器油或空气组成，磁阻可近似认为是常数，相应的磁路为线性磁路。根据电磁感应定律，漏磁通所感应的漏电势为：（5-10）其中，一次侧绕组的漏电抗为：，漏电感为：（5-11）漏电抗反映了漏磁路的情况。b、对于主磁通由于磁力线所走的主磁路是由铁磁材料组成的铁心构成，因而存在饱和现象，其结果铁心中的主磁通与空载电流之间呈非线性关系。当主磁通的波形为正弦时，其空载电流为非正弦，如图5.8所示。图5.8变压器空载电流的波形磁链计算对于均匀磁路：式中，定义为磁路的磁阻。磁

7、阻的倒数:又称为磁导。1.3.4磁路的欧姆定律由于式(1-8)与电路的欧姆定律相似,故又称为磁路的欧姆定律。(1-8)根据和式（1-8）得：上式给出了电感与结构参数以及磁性材料之间的关系式。1.3.5线圈电感对非正弦空载电流，为建立变压器的等效电路，工程中通常引入等效正弦波电流的概念，用等效正弦波电流代替非正弦的空载电流。对理想变压器，空载电流主要是用来产生主磁通的，因此，可认为空载电流就是激磁电流。主磁路也可用激磁电抗来描述。但考虑到铁耗，主磁路还需描述铁耗的阻性参数。亦即空载电流必然对应着建立主磁场的无功分量（又称之为磁化电流）和对应