变压器的建模与特性分析.ppt

第五章 变压器的建模与特性分析 变压器实物图片 变压器实物图片 变压器实物图片 变压器实物图片 引言 变压器——通过磁路耦合来改变电压、电流或相位的装置 5.1 变压器的基本工作原理与结构 5.1.1变压器的基本工作原理 称 为变压器的匝比或变比， ， 称 为视在容量。 5.1.2变压器的结构 三相变压器高压绕组的分接头 5.2 变压器的额定值 Y or ? 5.3 变压器的空载运行分析 5.3.1变压器空载运行时的电磁关系 基本思路： 将变压器内部所涉及的磁路问题转换为电路问题，然后按照统一的电路理论对变压器进行计算。 首先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。 对于理想变压器 5.4 变压器的负载运行分析 上式可以理解为：随着负载电流的增加，一次侧必须增加相应的磁势（或电流），以抵消二次侧磁势，才能维持空载时的磁通或磁势不变。于是有： 5.5 变压器的基本方程式、等值电路与相量图 根据前边的基本方程式可以进行变压器的各种分析计算，但计算相对繁琐。工程中一般转换为等效电路，代替实际的变压器。 (一)电压折算 (把 折算的和 一样) 假定电路参数已知，且负载的大小和相位已给定，则可根据几个步骤画出其相量图。 5.6 变压器等值电路参数的试验测定 空载试验 5.7 变压器稳态运行特性的计算 各类性质的负载下变压器的典型外特性 有功功率 效率特性定义为： 在额定电压和一定负载功率因数条件下， （或 )的关系曲线. 5.8 三相变压器的特殊问题 组别的确定方法： 将高压侧线电势 作为长针，指向钟面上的“12”，低压侧线电势 作为短针，它所指向的数字即为三相变压器的联结组别号。 若采用同名端标为首端的标识方法(见图a)，则单相变压器的组别为I，i0；若采用非同名端标为首端的标识方法（见图b），则单相变压器的组别为I，i6。 三相组式变压器的特点：各相磁路彼此独立。 正弦波磁通对应着尖顶波电流 正弦波电流对应着平顶波磁通 平顶波磁通--（求导）--尖顶波的电势，若尖锋太大，有可能将绕组绝缘击穿。 结论： （1）三相组式结构的变压器其三相绕组不能采用Y/Y联结； （2）三相心式结构的变压器其三相绕组可以采用Y/Y联结，但容量不宜过大 。 一侧绕组为Y联结，三次谐波电流不能在其中流通，但由正弦波电流所产生的三次谐波磁通却会在二次侧绕组（三角形联结）中感应三次谐波电流（见下图），同样能够确保主磁通波形接近正弦，因而所感应的相电势也为正弦。可见，效果上同一次侧采用三角形联结相似。 5.9 电力拖动系统中的特殊变压器 电流关系 电磁容量 电磁容量 额定容量 ——体积小、铁铜耗少、效率高 变比小 有直接的电联系，内部绝缘和过电压保护需加强 利用等效电路可以对变压器的运行性能进行分析，首先要知道等值电路中的参数。 短路试验 5.7.1变压器的外特性和电压变化率 外特性的定义（反映变压器对负载供电质量情况） 在额定电源电压和一定负载功率因数的条件下，变压器二次侧的端电压与二次侧负载电流之间的关系曲线。 电压变化率的定义： 在额定电源电压和一定负载功率因数的条件下，由空载到额定负载时二次侧端电压变化的百分比，即： 讨论： 对于纯阻性负载， ， ，故 较小； 对于感性负载， ， ，故 ，即随着负载 电流的增加，二次侧的电压下降较大； 对于容性负载， ， ，若 ， 则 ，说明随着负载电流 的增加，二次侧的电压有可 能升高。 容性负载对变压器二次端电压影响的应用： （1）补偿无功，改善功率因数，降低线损 （2）提升工厂电网电压，解决工厂负荷大，电网电压下降的问题 5.7.2变压器的效率特性 变压器的效率定义为： 额定短路损耗，例5-1 求解变压器的最高效率： 变压器的额定效率一般较高，大多在95%以上，大型变压器能达到99%。 交流电机有转动部分，效率要低些 设计时，确保变压器全年平均运行效率较高 前边的章节以单相变压器为例研究了变压器的基本方程、等效电路和性能计算方法，这些知识对三相变压器同样适用。 三相变压器还有其特殊问题： 联结方式 磁路结构 5.8.1三相变压器的联结方式与联结组 （一）联结方式 规定：