变压器原理.docx

变压器原理§变压器基本工作原理、结构与额定数据el一、理想变压器的运行原理：u1i1ce2 变压器电动势：匝数为 N的线圈环链，当 变化时，线圈两端感生电动势 e的大小与N及上成 dt正比，方向由楞次定律决定。 楞次定律：在变化磁场中线圈感应电动势的方向总是使它推动的电流产生另一个磁场，阻止原有磁场的变化。1十,变压器的基本结构一次侧等效电路U2 2 2 =0 二次侧等效电路（假定一次侧线圈电阻值为零）12 假设：1、一二次侧完全耦合无漏磁，忽略一二次侧线圈电阻;2、忽略铁心损耗；3、忽略铁心磁阻； 4、Ui为正弦电压 假定正向：电动势是箭头指向为局，电压是箭头指向为低。 主磁通方向由一次侧励磁电流和绕组缠绕方向通过右手螺旋法则确定。 一次侧感应电动势的符号：由它推动的电流应当与励磁电流方向相反，所以它的实际方向应当高电位在上，图中的假定正向与实际方向相反，故有 e1 N1 1 1 dt二次侧感应电动势的符号：由它推动的电流应当阻止主磁通的变化，即按右手螺旋法则应当产生与 主磁通方向相反的磁通，按图中副方绕组的缠绕方向，它的实际方向也应当高电位在上，图中的假定 正向与实际方向也相反，所以有e2 N2d, 一二次侧感应电动势同相位。dtu1e1而按照电路理论，有u1 e1 变压器的电压变比Ke"5E1幺e2 N2 E2 U2£Ke 因为假定铁心损耗为零，故有变压器一二次侧视在功率相等：I1U 111=U 2I 2，故 II 2ZlI2,ZlUiI1KeZ 变压器的功能是在实现对电压有效值变换的同时, 还实现了对电流有效值和阻抗大小的变换。二、基本结构K阅读三、额定数据 Sn：额定工况下输出视在功率保证值。因变压器效率极高，一般认为一、二次侧视在功率相等。 U1n/U2n：额定工况下，二次侧开路时的一、二次侧线电压。 IiN2N：额定工况下的线电流。,单相变压得：SNU iN 1 iN U2NI2N；二相变压器:Sn 3U in I in- 3U 2N I 2N§变压器运行分析、空载运行分析与一次侧绕组等值电路一次侧加正弦电压，则产生磁通mSin te1-N 1ddtNisint-3 ； e2-N 2ddtN2 m sin有效值:EiNi4.44 fN 12 fmmN2E24.44 fN 22uieieio-RiI 0eieio-RiI 0ei +ei(T一次侧等效电路eie2 -高I+U20二次侧等效电路u20 e2空载时漏磁电势、铜耗很小（5%）KeU 20Ui 空载电流I 0 I 0a I Or（下标来源）active current有功电流、铁耗；reactive current无功电流、励磁分量。 空载等值电路 非正弦空载电流的正弦等效处理铁心高饱和一由正弦电压产生正弦磁通的电流必然为非正弦:引入等效正弦励磁电流I0取代i0,以建立线性正弦等值电路: 一有效值相等；一基波同频同相；一有功功率大小不变。 一次侧等效电路与向量图:O1二 次侧 漏 抗+RiX1：10Rm有功铁耗励磁阻抗Xm无功 励磁NXiIo漏抗金丁。Ui :铁耗角*0a -I 0 Rm2励磁阻抗厂.:EQ 0r励磁分量-I 0jXm E2弋E1空载运行相量图Ei aj X1 I 0相位滞后磁通90度。ElZml0,Zm Rm jX mUiEi (E1R1I0)Io(Zm Zi), ZiRijXi变压器的负载运行与T型等值电路I c dZZ Ri同名端.R2 I42 (Ti(T_ +ZlEiEE"E2(rUi变压器负载运行i ii 2R2e9 +e2%(TU2ei+e1(T一次侧等效电路二次侧等效电路负载运行的基本电磁过程i、负载运行时,一次侧绕组电动势平衡方程为U i = EiIi Zi虽然IiEi，但乙很小，正常工作时Mi Ui ,UiEi = j4.44 fNi m0即负载时和空载时主磁通近似相等2、空载下主磁通仅由一次侧励磁电流建立，磁势Fo I 0 Ni;负载下主磁通由两侧电流共同建立，因负载时和空载时主磁通 近似相等，在图示假定正向下，磁势Fo IiNi+I2N2= Io Ni3、注：变压器短路时Ii很大，IiZi不可忽略，此时 m ，E由磁势平衡方程可知，Ii中包括两个分量： 励磁分量和负载分量? n2?1 ?I1 = I0 （ I 2）I0I 2N17Ke其中励磁分量固定不变，建立主磁通；负载分量抵消负载电流对磁通的作用，随负载而变化 负载运行时，因I0 I1,可以忽略，认为?1 ?I 1 I 2Ke4、电功率UI依电磁感应和磁通势平衡，由一次侧传送到二次侧:I1Ke（磁通势平衡）3 E1 KeE2 aU2 （电磁感应）U1I1 U 2I 25、二次侧的电动势平衡方程为U2 E2 E2 I2 R2 E2 jX2I2 R2I2 E2 Z2 I 2（二）T型等值电路 基本方程组：次侧：U1= E1 I 1（R1 jX1）-1? ERm/V o ? jxR2/V2? I2? E=2?u侧 次 二ZL- U2一s 一个电路+ +oo 0 oo o一次侧励磁 二次侧负载如果：I 1+ I 2 = I 0 , E1E2 ,可合并为一个电路。两侧的联系：Ii N1+ I 2 N2= I 0 N1，即1I1 + -I2=I0 KeEiKeE2等值电路：经过等效代换，使 Ei E2 ; I 1 + I 2 = I 0o等效条件：等效前后一次侧状态不变。为此：以二次侧匝数为N1的绕组取代实际二次侧绕组此时Ke=1,El E2折算前后关系为:E2 KeE2再令I 2, KeI20为使代换成立，二次侧阻抗和负载阻抗都应相应改变，以满足 Ei E2时，I 2KeI20E2 1 ' aE o'.应有： , r I2。由乒=z2+ zl, E2 z2 zlz2 Z!?2 L ? ,2 L2 LI 2I2得：Z2' Zl' K2(Z2 Zl)折算后的二次侧电压：U 2 I 2 Zl KeI 2 Zl KeU 2折算后，等值电路为：+ R1 X1 11U1o一次侧励磁 二次侧负载等值电路的6个基本方程：? ?Il+ I 2 = I 0?U1= E1 Il(Ri+jXi)U2 E2 I2(R2 jX2)Ei I0ZmEi E2（三）相量图作图步骤：?1、 磁通水平向右，电动势 Ei滞后磁通90度，E1反向画出；?2、 空载励磁电流I0略超前磁通? I,3、 感性负载时，负载电流I2滞后Ei 个稍大角度4、 二次侧绕组电阻压降平行于负载电流、电抗压降超前其90度；?,5、 联接原点至电阻压降尾端为U2jI2X26、 U2、I2夹角为二次侧功率因素角 2； ?I7、 I 2负方向与I 0按平行四边形合成Il；?8、 一次侧电阻压降平行I1,电抗压降超前其90度；?9、 联接原点至电抗压降头端为U1?10、 Ui、I1夹角为一次侧功率因素角。（四）等值电路参数的实验测定K阅读§33变压器运行特性K阅读§ 3- 4三相变压器一、 三相变压器的磁路1、三相组式：磁路彼此独立。若一次侧三相电压对称，各相主磁通必然对称，各相空载电流也对称。单相分析方法仍适用。2、三相心式：三相磁路彼此联系OU o V、E1、*E2三相对称：单相分析适用于一个心柱绕组剩余问题：1、三相绕组的联接方式；2、波形二、三相变压器绕组的联接方式（相位转换）1、 预备知识：同名端及其性质若两绕组电流在铁心内产生的磁通相加，则定8义两电流的流入端为两耦合绕组的同名端。性质：同名端上感应电动势极性永远相同。?推论：若以同名端作参考点看 £1,£2的相位，则E1,E2同相；若以异名端为参考点，则 E1,E2的 相位差为180度电角度。2、 一相心柱上一、二次侧绕组的联接方式VEUu2EUEui-U2 o减极性联接1。+- *+ E13、L_ u2加极性联接0 0UEuU2OaUi o-*+ EUo： ij j-Eu 之二-U220-JKXx二I一 Q + EuEu0 加极性联接LEu0Eu三相变压器绕组的联接方式减极性联接20主要：三角星型（D,y联接）、星星型（Y,y联接）(1) D,y 联接:U V W一次侧：D逆相序联接: uft-vrn7头-vWiW -UM变压器联接组别和电位升位图对于不同的联接方式，变压器一、二次侧线电势相互间的 相位关系也不同。电位升位图：判断线电势相位关系。方法：将360度相位按每30度分为12区，对应时钟12点。各心柱减极性联接Eij表示由i至1J j电位升高1改变二次侧出线端相序标志和一、二次侧绕组联接方式,可构成D,y接线的6种不同联接方式。将一次侧改为正相序：U尾一V头、V尾一W头、W尾一U头，可构成D,y接线的另6种不联接组别：Y,y-12采用不同的联接方式，可实现一、二次侧电动势相位在一、二次侧的相序必须同为正相序或同为逆相序。 相序不一致的后果：造成相位错乱。360度范围内以30度级差的有级调一次侧：Dffi序:V- U-W一、二次侧相序不一致无联接组别滞后150度Euv滞后30度w滞后270度同联接方式。(2) Y,y 联接:习题3 8三、 磁路形式和绕组联接方式对电动势波形的影响 单相变压器：u1,正弦、磁饱和：i0非正弦尖顶波，有较强3次谐波分量;三相变压器：次侧Y接：i0无三次谐波通路（加3,加3即3同相位），只能近似为正弦波;1、Y,y联接时:磁路独立：正弦电流励磁-磁通为平顶波（磁饱和）-电动势为尖顶波（微分）峰值可达基波幅值的140%以上，三相组式变压器 不采用Y,y无中线联接。一次侧有中线时，i0有三次谐波通路，情况与单相相同。三相心式：磁通三次谐波同相位，铁心内无通路，主磁通、感应电动势近似为正弦波。2、Y,d联接时：二次侧绕组可在三角形内以环流形式产生 3次谐波 电流励磁叠加于主磁通，使主磁通、感应电动势均 近似为正弦波。结论：只要有一侧为三角联接，即可改善一、二次§电力拖动自动控制系统中的特殊变压器一、 整流变压器运行特点：负载中含非线性特性的整流二极管、滤波电感。二次侧电流非正弦-有害剩磁？分析：例三相半波整流。二次侧每相有电流时间为1/3电源周期，电流波形接近矩形，含有较大的直流分量。形成直流剩余磁通。对三相心式，直流磁通在铁心内无通路，影响很小。对三相组式，直流磁通在铁心内有通路，数值较大，叠加于主磁通使铁心非正常饱和，主磁通平顶，一次侧电势趋于0 （微分关系），导致励磁电流剧增，严重时可能损坏变压器。uLI dlU ' v IV wW消除措施:采用三相全波桥式整流，消除二次侧直流分量。一次侧采用三角联接，为一次侧 3次谐波电流提供通路，保证主磁通正弦。1、脉冲变压器基本工作原理二次侧绕组电阻及漏磁电感为 0。图示假定正向，有u1eldN11 dt假定0, 0 t在铁心未饱和前，脉冲变压器具有普通变压器相同功能：u1Keu2,i2Kei1,ZL'Ke2ZL外信号电压u10, t T ，励磁电流经 R3 放电，磁通渐降至0 。二次侧负脉冲电动势被二极管 D1 阻挡，经 D2 构成回路。负载上获得二次侧输出电压为与u1 相同的单极性方波脉冲电压。U1 宽度不可过大使铁心过饱和造成励磁电流剧增、输出脉冲宽度变窄。