电机与变压器 ppt课件

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第四节 单相变压器的空载运行
❖ 什么是空载运行？ ❖ 变压器一次绕组加上交流电
压，二次绕组开路的运行情 况
一.空载时的物理情况
1.空载磁场 ❖ 空载电流 i0 产生一个交变磁
通势 i0N1 ，并建立交变磁场
❖ 主磁通 Øm通过铁心闭合的磁 通量（占绝大部分）
❖ 漏磁通Ø1ó通过油和空气闭合 的磁通量（占少量）
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第一节 变压器的分类
1.变压器按用途一般分为电 力变压器和特种变压器两 大类
❖ 电力变压器可分为: 升压 变压器、降压变压器、配 电变压器、联络变压器等
电力变压器外形
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控制变压器
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❖ 特种变压器可分为: 整流变压器、电炉变 压器、高压试验变压 器、控制变压器等
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2.变压器按相数可分 为单相和三相变 压器
•变压器原理图（图3-1）
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❖ 与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次 绕组 用U1 ，I1，E1，N1表示，
❖ 与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次 绕组 用U2，I2，E2 ，N2表示。
❖ 同时交链一次，二次绕组的磁通量的相量为 Fm ,该磁通量称为主磁通
❖ 请注意 图3-1 各物理量的参考方向确定。
(三) 漏磁通与漏电抗 ❖ 设漏磁通所经磁场磁阻 Rm1，则
❖ 由于漏磁通所通过的途径是非磁性物质，其磁导率是 常数，所以漏磁通的大小与产生此漏磁通的绕组中的 电流成正比
❖ 所以漏电动势 E1s 的有效值与电流 Im 关系为
❖ 式中x1为一次绕组的漏电抗
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二.空载运行时电势平衡方程式、相量图及等效电路
列出一次、二次绕组的电动势平衡方程式
u1 u20
= =
ie02r1=+(--eN1s2)d+F(-me/1d)t
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=
i0r1+
N1dF1s/dt
+
N1dFm/dt
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(一) 感应电动势与主磁通
1.变压器感应电势 1)主磁通 ❖ 若 u1 随时间按正弦规律变化，则 Øm 也按正弦规律变
化，设 则对 e1 有： ❖ e1(t) = -N1 dFm/dt = -wN1Fm cos wt
= wN1Fm sin(wt-90°) = E1m sin(wt-90°) ❖ 而对 e2 有： ❖ e2(t) = -N2 dFm/dt = -wN2Fm cos wt = wN2Fm sin(wt-90°) = E2m sin(wt-90°) 所以 e1 和 e2 也按正弦规律变化
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磁通与电势的关系(图3-3）
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❖ 2.理想变压器 ❖ 不计一次、二次绕组的电阻和铁耗，其间耦合系数 K=1 的变
压器称之为理想变压器 ❖ 描述理想变压器的电动势平衡方程式为
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❖ 若一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时值均按正弦 规律变化，则有
❖ 不计铁心损失，根据能量守恒原理可得 ❖ 由此得出一次、二次绕组电压和电流有效值的关系 ❖ 令 K=N1/N2，称为匝比（亦称电压比），则
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(二) 空载电流 1）空载电流主要作用是在
铁心中建立磁场，产生 主磁通 2）空载时的变压器实际上 就是一个非线性电感器 ❖ 其磁通量与电流的关系， 服从与铁磁材料的磁化
曲线 Ø=f(i))
磁化曲线 Ø=f(i)(图3-5)
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3）磁滞作用与涡流现象使 Ø(t)=f[i(t)]的关系复杂化
磁滞作用导致励磁电流有功无功分量出现示意图(图3-6)
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2)感应电动势 ❖ 感应电动势 e1、e2 在相位上滞后于 Øm 的电角度是
90° ❖ 有效值是: 3)相量表达式 ❖ 根据上述讨论，有E1、E2的相量表达式为
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磁通Fm与电势E1、E2的相量关系(图3-4)
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2.变压器变比 ❖ 当一次绕组上加上额定电压 U1N 时，一般规定此时二
次绕组开路电压将是额定电压 U2N ，因此可以认为， 变压器的电压比就是匝数比 ❖ 在三相变压器中，电压比规定为高压绕组的线电压与 低压绕组的线电压之比
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❖ 空载电流可认为是励磁电流，用 Im 表示， ❖ 空载运行时从电源输入少量电功率 p0 ，主要用来补
偿铁心中的铁损耗 pFe， ❖ Im 中含有有功 IFe(损耗电流）和用以建立磁场的无
功 Iu (磁化电流） ❖ Im2 = Im2 + IFe2 ❖ IFe = pFe/E1 @ pFe/U1 ❖ 通常，Iu >> IFe ，U1 与 I.m 之间相位角 ø0 接近90°)
1.空载运行时电势平衡方程 单相变压器空载运行时的各物理量如图所示
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❖ 变压器空载运行时，电动势平衡方程式如下：
❖ 由主磁通产生的电势 E1 与产生主磁通的励磁电流 Im 之间存 在关系，可以直接用参数形式来表示。
三相变压器外观示意 图
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第二节 变压器的结构
变压器的结构简介
1.铁心 ❖ 铁心是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，厚度
为 0.35 或 0.5 mm,表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠 装而成 ❖ 铁心分为铁心柱和铁轭俩部分，铁心柱套有绕组；铁轭闭合 磁路之用 ❖ 铁心结构的基本形式有心式和壳式两种
单相变压器空载运行时的 各物理量（图3-2）
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单相变压器空载运行时的各物理量（图3-2）
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2.主磁通感应电动势 主磁通在一次绕组和二次绕组产生感应电动势： e1(t) = -N1 dFm/dt e2(t) = -N2 dFm/dt
3. 感生漏电动势 交链一次绕组的漏磁通在一次绕组中感生漏电动势 e1s(t) = -N1 dF1s/dt
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心式变压器结构示意图
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2.绕组 ❖ 绕组是变压器的电路部分，
它是用纸包的绝缘扁线或 圆线绕成。 右图为交叠式 绕组 3.其他结构部件 ❖ 以典型的油侵式电力变压 器为例，其他结构部件有: ❖ 油箱、储油柜、散热器、 高压绝缘管套以及继电保 护装置等外形如下图
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第三节 变压器的工作原理
变压器的工作原理 ❖ 变压器---利用电磁感应原理，从一个电路向另一个
电路传递电能或传输信号的一种电器 ❖ 是电力系统中生产，输送，分配和使用电能的重要
装置。 ❖ 也是电力拖动系统和自动控制系统中 ，电能传递或
作为信号传输的重要元件
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❖ 1.变压器 ---- 静止的 电磁装置
❖ 变压器可将一种电压的 交流电能变换为同频率 的另一种电压的交流电 能
❖ 电压器的主要部件是一 个铁心和套在铁心上的 两个绕组。