电机学ppt课件(超全讲解).ppt

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1、,电机学课件,目录,1 绪论2 变压器的基本作用原理与理论分析3 三相变压器及运行4 变压器不对称运行及瞬态过程5 电力系统中的特种变压器6 交流电机绕组及其感应电动势7 交流绕组的磁势8 异步电机的理论分析与工作特性,9 三相异步电动机的起动和调速10 单相异步电动机及异步电机的其他运行方式11 同步电机的基本理论和运行特性12 同步发电机在电网上运行13 同步发电机的不对称运行14 同步发电机的突然短路与振荡15 直流电机的基本原理和电磁关系16 直流发电机和直流电动机,绪论,电机的发展主要类别基本作用原理多个（电磁）定律电机可逆性原理电机的材料作业,电机的发展,1电机的发展初期电磁感应定

2、律的发现1831年法拉第直流电机的发展单相交流电的应用远距离传输三相交流电的应用解决电机启动问题,电机的发展,2电机的近代发展及趋势单机容量不断增加机组容量大时，单位容量的用料（省）、损耗（小）、造价（低）如汽轮发电机：中小型电机技术与经济指标不断改进新的设计方法（CAD）、工艺、材料、测试手段应用范围扩大,电机的主要类别,电机的作用转换能量，输入及输出机械运动传递机械功率定子、转子、气隙据能量转换分发电机将机械功率转换为电功率 电动机将电功率转换为机械功率 变压（流、频、相位）器将电功率转换为另一种形式的电功率 控制电机电气机械系统中调节、放大和控制作用,电机的主要类别,据速度、电流分变压器

3、静止设备 旋转电机直流电机没有固定的同步速度 、直流交流电机异步电机速度不等于同步速度 、交流同步电机速度等于同步速度 、交流,电机的运行与分析基础,电磁感应定律全电流定律磁路定律电路定律电磁力定律,电机的基本作用原理,磁场、磁感应强度用磁场中载流导体受到的洛仑兹力确定其存在和性质B是矢量,即既有大小，又有方向用磁力线上每点的切线方向规定B的方向用磁力线的疏密程度表示B的大小,磁力线,(1)磁感应线的回转方向和电流方向之间的关系遵守右手螺旋法则(2)磁场中的磁感应线不相交，每点的磁感应强度的方向确定唯一(3)载流导线周围的磁感应线都是围绕电流的闭合曲线,电机的基本作用原理,磁通量通过磁场中某一

4、面积的磁感应线数称为通过该面积的磁通量(磁通)，符号、单位Wb =BScos,磁通连续性原理,由于磁感应线是闭合的，因此对任意封闭曲面来说，进入该闭合曲面的磁感应线，一定等于穿出该闭合曲面的磁感应线。如规定磁感应线从曲面穿出为正，穿入为负，则通过任意封闭曲面的磁通量总和必等于零,电机的基本作用原理,磁场强度H、磁导率 B=H 磁导率，决定于介质性质，Hm。变化范围很大。真空磁导率0=410-7Hm 非铁磁物质如空气、铜、铝和绝缘材料等，近似等于真空磁导率 铁磁物质如铁、镍、铝及其合金，磁导率远大于真空磁导率达数千甚至上万倍。通常以相对磁导率表示铁磁物质的磁导率比真空磁导率增大的倍数,在同样大小

5、的电流作用下，铁芯线圈的磁通比空心线圈的磁通大得多,安培环路定律(全电流定律),磁场强度矢量H沿任一闭合路径的线积分等于穿过该闭合路径的限定面积中流过电流的代数和。且积分回路的绕行方向和产生该磁场的电流方向符合右手螺旋定则 磁压沿着磁场中任一闭台回路其总磁压等于总磁势,磁路及其参数,认为磁通完全在导磁体内部通过；假设在铁芯柱截面上B为均匀分布,磁路的欧姆定律,磁路基本定律,磁路的基尔霍夫第一定律流入磁路节点的磁通的代数和应等于零 磁路的基尔霍夫第二定律沿着任一闭合回路，其总磁压等于总磁势,磁化曲线,不同的磁性材料有不同的磁导率同一材料当其磁通密度不同时，亦有不同的磁导率,起始段，磁导率较小,线

6、性区，磁导率大且不变,饱和区,磁滞现象与磁滞回线,磁场强度H缓慢地循环变化，B一H曲线是一封闭曲线磁滞回线 矫顽磁力Hc 剩余磁感应强度Br,铁芯损耗,当导磁材料位于交变磁场中被反复磁化，B一H曲线呈磁滞回线。导磁材料中将引起能量损耗，称为铁芯损耗。铁芯损耗分为两部分：磁滞损耗和涡流损耗。注意：在恒定磁场中的静止导磁体内是不会引起能量损耗的 铁芯损耗均转化为热能使铁芯温度升高，为防止电机过热，采用硅钢片以减小铁芯损耗，采取散热降温措施,磁场储能,磁场是一种特殊形式的物质，磁场中能够储存能量，在磁场建立过程中，能量由外部能源转换而来。电机通过磁场储能来实现机、电能量转换体积能量密度磁场能量主要存

7、储在气隙中,电感,磁链 磁通 磁导电感 L自感互感漏电感电抗,电感性质,电感与线圈匝数的平方成正比，和磁场介质的磁导亦成正比关系，而和线圈所加的电压、电流或频率无关。 电机的电感（电抗）与电机磁路的饱和有关 电机的电感(电抗)与电机的电、磁结构有关 对应不同的磁通需引用多种不同的电抗,电磁感应定律,设有一线圈位于磁场中 ，当该线圈中的磁链发生变化时，线圈中将有感应电动势(简称电势)产生。感应电势的数值与线圈所匝链的磁链的变化率成正比。感应电势的方向将倾向于产生一电流，如电流能流通，该电流的磁化作用将阻止线圈的磁链发生变化。 线圈中的感应电势将倾向于阻止线圈中磁链的变化,两种感应电势,线圈中磁链

8、的变化 (1)磁通本身就是由交流电流所产生，也就是说磁通本身随时间在变化着，这样产生的电势称为变压器电势。（线圈与磁场相对静止）(2)磁通本身不随时间变化，但由于线圈与磁场间有相对运动而引起线圈中磁链的变化，这样产生的电势称为运动电势或速度电势 e=Blv,电磁力,载流导体位于磁场中时，导体上受到力Fe,发电机（电动机）基本作用原理,i - Fe - v 电动机,发电机 v - e - i,电机可逆性原理,如在电机轴上外施机械功率，通过电机导体在磁场中作用产生感应电势可输出电功率；如在电机电路中从电源输入电功率，则载流导体在磁场作用下可使电机旋转而输出机械功率。任何电机既可以作为发电机运行，又

9、可以作为电动机运行不论用作发电机或电动机，感应电势和电磁力都同时作用于导体。,电机的制造材料,导电、导磁、绝缘、散热和机械支撑 铜是最通用的导电材料 钢铁是良好的导磁材料为了减小铁芯中的涡流损耗，导磁材料应当用薄片钢，称为电工钢片（硅钢片）。成分中含有少量的硅，使它有较高的电阻，同时又有良好的磁性能。绝缘材料,电路与磁路的类比,U,+-,R,I,F,+-,Rm,概念思考,为什么说发电机和电动机作用同时存在于一台电机中，但又不能同时既是发电机又是电动机从能量传递，力的性质等方面考虑,变压器的基本作用原理与理论分析,1 变压器的类别和结构2 变压器的发热和冷却3 变压器的空载运行4变压器的负载运行

10、5标幺值6参数的测定7变压器的运行性能,目录,一、变压器的类别和结构,变压器的主要类别,一种静止的电机将一种电压的电能转换为另一种电压的电能。用途分类：电力变压器，电力系统传输电能电炉变压器，专给炼钢炉供电整流变压器，大型电解电镀、直流电力机车供电仪用变压器、控制变压器无线电变压器，仅传输信号。,电力变压器,变压器的总容量大致相当于发电机容量的三倍。输电过程中，通常将电压升高，通过高压输电线传送到远方的城市，经过降压变压器降为10kv电压，再经过配电降压变压器分配给用户。输送同样的功率，电 压低则电流大，一方面由于大电流在输电线路上引起损耗，另一方面大电流在线路阻抗上产 生大的压降，受电端电压

11、很低，电能传送不出去。只有高电压能将电能输送到远方。,配电变压器,电力变压器类别-变压方式,升压变压器升高电压的变压器降压变压器降低电压的变压器特殊变压器 ，如试验用高压变压器、电炉用变压器、电焊用变压器、晶闸管线路中的变压器、用于测量仪表的电压互感器和电流互感器等等,电力变压器类别-线圈数目,双绕组变压器，在铁芯中有两个绕组，一个为初级绕组，一个为次级绕组 自耦变压器，初级、次级绕组合为一个 三绕组变压器，三个绕组连接三种不同电压的线路多绕组变压器，如分裂变压器,电力变压器类别-冷却方式,油浸式变压器铁芯和绕组都一起浸入灌满了变压器油的油箱中，可以加强绝缘和改善冷却散热条件干式变压器 ，能满

12、足特殊要求，如安全,电力变压器类别-相数,单相变压器三相变压器,电力变压器的基本结构,铁芯铁芯带有绝缘的绕组绕组变压器油油油箱油箱绝缘套管套管,铁芯变压器的磁路,电力变压器的铁心是由0.35mm厚的冷轧硅钢片叠成。减少涡流损耗，提高导磁系数。,铁心柱,铁轭,铁芯的交叠装配,单相变压器铁心叠法，偶数层刚好压着奇数层的接缝，从而减少了磁路和磁阻，使磁路便于流通 接逢处气隙小可以避免涡流在钢片之间流通,三相芯式变压器的铁心排列法，主要使叠缝相互交叠，从而减少磁路的磁阻,变压器铁心柱的横切面,返回,绕组变压器的电路,变压器绕组一般为绝缘扁铜线或绝缘圆铜线在绕线模上绕制而成。为便于制造、在电磁力作用下受

13、力均匀以及机械性能良好，绕组线圈作成圈形。按照绕组在铁芯中的排列方法分类，变压器可分为铁芯式和铁壳式两类 基本型式：同芯式，交叠式,单相芯式变压器铁心及绕组,绕组同芯套装在变压器铁心柱上，低压绕组在内层，高压绕组套装在低压绕组外层，以便于绝缘。,铁壳式变压器,变压器的铁芯柱在中间，铁轭在两旁环绕，且把绕组包围起来 结构比较坚固、制造工艺复杂，高压绕组与铁芯柱的距离较近，绝缘也比较困难 通常应用于电压很低而电流很大的特殊场合，例如，电炉用变压器。这时巨大的电流流过绕组将使绕组上受到巨大的电磁力，铁壳式结构可以加强对绕组的机械支撑，使能承受较大的电磁力。,绕组的基本型式,同芯式铁芯式变压器常用。高

14、压绕组和低压绕组均做成圆筒形，然后同芯地套在铁芯柱上 交叠式 铁壳式变压器常用。高压绕组和低压绕组各分为若干个线饼，沿着铁芯柱的高度交错地排列着,返回,变压器油冷却、绝缘,电力变压器绕组与铁心装配完后用夹件紧固，形成变压器的器芯。变压器器芯装在油箱内，油箱内充满变压器油。变压器油是一种矿物油，具有很好的绝缘性能。变压器油起两个作用：绝缘：绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间散热：热量通过油箱壳散发，油箱有许多散热油管，以增大散热面积。采用内部油泵强迫油循环，外部用变压器风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱,油箱机械支撑、冷却散热、,变压器运行时产生热量，使变压器油膨胀，储油柜中变压器油上升，温度低时下

15、降。储油柜使变压器油与空气接触面较少， 减缓了变压器油的氧化过程及吸收空气中的水分的速度。呼吸,保护作用,当变压器出现故障时，产生的热量使变压器油汽化，气体继电器动作，发出报警信号或切断电源。如果事故严重，变压器油大量汽化，油气冲破安全气道管口的密封玻璃，冲出变压器油箱，避免油箱爆裂。,返回,绝缘套管,绝缘套管由中心导电杆与瓷套组成。导电杆穿过变压器油箱、在油箱内的一端与线圈的端点联接，在外面的一端与外线路联接。在瓷套和导电杆间留有一道充油层充油套管当电压等级更高时，在瓷套内腔中常环绕着导电杆包上几层绝缘纸简，在每个绝缘纸简上贴附有一层铝箔，则沿着套管的径向距离，绝缘层和铝箔层构成串联电容器，

16、使资套与导电杆间的电场分布均匀套管外形常做成伞形，电压愈高、级数愈多。,返回,变压器的额定值,额定容量SN制造厂所规定的在额定条件下使用时输出能力的保证值。单位为VA或kVA。对三相变压器指三相的总容量。 由于效率高，原、副方的额定容量设计得相等，与体积、用铜量有关。,额定电压由制造厂所规定的变压器在空载时额定分接头上的电压保证值。单位为V或kV。 当变压器初级侧在额定分接头处接有额定电压U1N，次级侧空载电压即为次级侧额定电压U2N。 对三相变压器，铭牌上的额定电压指线电压额定电流额定容量除以各绕组的额定电压所计算出来的线电流值。单位用A或kA。 电力变压器的额定频率是50Hz,变压器的额定

17、值,额定值的关系,单相变压器三相变压器,返回,二、变压器的发热和冷却,假定：铁芯和各个绕组都是独立的发热单位。即认为铁芯的发热仅来源于铁芯损耗，各绕组的发热来源于各自的铜耗，它们相互间并没有热量交换。由于油的对流作用，油在受热后将上升、而在冷却后又将下降。油浸变压器中，沿着油箱高度，上部的温度要比下部的温度略高,油浸变压器的绕组均用A级绝缘。根据我国的气候情况，国家标准规定以+40作为周围环境空气的最高温度，并据此规定变压器各部分的容许温升,绕组最高允许温度为105 ,变压器的冷却,常用冷却介质油（油浸式）、空气（干式）冷却方式油浸自冷式；油浸风冷式(人工通风)；强制油循环冷却式 油箱形式平滑

18、油箱：50kVA波形油箱管形油箱：200kVA散热器油箱：25006300kVA,返回,作业,2-12-2,讲解星形，三角形连接,变压器电路理论及其运行特性,三、空载运行,空载指一侧绕组接到电源（初级 1），另一侧绕组（次级 2）开路。,1 电磁物理现象2感应电动势3电压变比4激磁电流,5 励磁特性的电路模型6 漏抗7 电路方程 等效电路 相量图,1、电磁物理现象,空载电流i0，i1i0。全部用以激磁激磁电流im，i0im激磁电流产生激磁磁势imN1，建立交变磁场,空载运行：原边接额定电压u1n的电源，副边开路原边绕组电流i0为空载电流，产生空载励磁磁势F0=I0N1, F0产生磁通磁通分为两

19、部分主磁通流径闭合铁心，磁阻小，同时匝链了原边和副边绕组,并感应出电势e1和e2。是变压器传递能量的主要媒介 原边绕组漏磁通1，仅与原边绕组匝链，通过变压器油或空气形成闭路，磁阻大，不传递功率 变压器铁心由高导磁材料硅钢片制成（导磁系数r2000)，大部分磁通都在铁心中流动，主磁通约占总磁通的99强，漏磁通占总磁通的1弱。,磁场的磁通,分为主磁通和漏磁通两部分磁路不同，因而磁阻不同。主磁通同时交链初级、次级绕组，又称为互磁通，路径为沿铁芯而闭合的磁路，磁阻较小。漏磁通1只交链初级绕组，称初级侧漏磁通，它所行经的路径大部分为非磁性物质，磁阻较大。功能不同。主磁通通过互感作用传递功率，漏磁通不传递

20、功率。,磁场的磁通,与1 都是交变磁通在绕组中感应交变电势,2、感应电势,箭头方向表示正方向规定电流的正方向与该电流所产生的磁通正方向符合“右手螺旋”定则，规定磁通的正方向与其感应电势的正方向符合“右手螺旋”定则。电流正方向与电势正方向一致。,方向规定：电压u1与电流i0同方向，磁通正方向与电流正方向符合右手螺旋定则，e的正方向与电流同方向。这样e1=N1d/dt成立。例如正在增加，d/dt为正，e1 N1d/dt0为负，若外电路能使e1产生电流，其电流方向必与i0正方向相反，该电流产生磁通，与方向相反，起阻止增加的作用，即符合楞次定律。,磁通，电势，电压的关系公式推导,图2-8,变比初级电压

21、与次级空载时端点电压之比。电压变比k 决定于初级、次级绕组匝数比。略去电阻压降和漏磁电势,3、电压变比,4、激磁电流的三个分量,忽略电阻压降和漏磁电势，则U1E14.44fN1m。mU1即：当外施电压U1为定值，主磁通m也为一定值问题：一台结构已定的变压器当外施电压为已知，需要电源提供多大的激磁电流呢?激磁电流包括哪些成分呢?答：决定于变压器的铁芯材料及铁芯几何尺寸。因为铁芯材料是磁性物质，激磁电流的大小和波形将受磁路饱和、磁滞及涡流的影响。,(一)磁路饱和影响,当Bm0.8T，磁路末饱和状态、磁化曲线f(i)呈线性，导磁率是常数。当 按正弦变化，i亦按正弦变化。,磁路饱和影响,如Bm0.8T

22、，磁路开始饱和，f(i)呈非线性，随i增大导磁率逐渐变小。磁通为正弦波，i为尖顶波，尖顶的大小取决于饱和程度。对尖顶波进行波形分析，除基波分量外，包含有各奇次谐波。其中以3次谐波幅值最大。用等效正弦波电流替代实际尖顶波电流。等效原则：令等效正弦波与尖顶波有相同的有效值，与尖顶波的基波分量有相同频率且同相位。,磁路饱和影响,磁化电流I，I与m同相位。I滞后于-E1 90，I具有无功电流性质，它是激磁电流的主要成分。,(二)磁滞现象的影响,激磁电流是不对称尖顶波，把它分解成两个分量。 （1）对称的尖顶波，它是磁路饱和所引起的，即磁化电流分量i。 （2）近似正弦波，电流分量ih，频率为基波频率，磁滞

23、电流分量，Ih与-E1同相位，是有功分量电流。,磁滞现象的影响,(三)涡流对激磁电流的影响,交变磁通在铁芯中感应电势，在铁芯中产生涡流及涡流损耗。涡流电流分量Ie由涡流引起的，与涡流损耗对应，Ie与-E1同相位。由于磁路饱和、磁滞和涡流三者同时存在，激磁电流实际包含I、Ih和Ie三个分量；又由于Ih和Ie同相位，合并称为铁耗电流分量，用IFe表示。,空载时激磁电流,Iu磁化电流，无功性质，为主要分量Ife铁耗电流，有功性质，产生磁滞（Ih）和涡流损耗（Ie）,5、激磁特性的电路模型,Xm是主磁通引起的电抗，为励磁电抗,6、漏抗,描述漏磁电势的电路参数。由于漏磁通所经路径主要为非磁性物质（空气）

24、，磁阻为常数。即漏磁通与产生该漏磁通的电流成正比且同相位，漏电感亦为常数。,7、空载电路方程,等效电路,rm+jXm上的压降表示主磁通对变压器的作用（随外施电压的增加而减小由于饱和影响）X1表示漏磁通对电路的影响，近似为常数,相量图,U2（参考方向）、E2E1与U2方向一致m超前E1 90度Im超前m 一个角度U1,作业,2-32-4重点理解各参数的物理意义及相互间关系,返回,四变压器负载运行,负载运行是指一侧绕组接电源，另一侧绕组接负载运行。,1 负载时的电磁物理过程2 基本方程式3 归算4 归算后的分析,返回,1、负载时的电磁物理现象,变压器的初级、次级绕组没有电的联系，功率传递依靠互感。

25、在功率传递过程中应满足能量守恒，在电路上需满足电压平衡、磁路上需满足磁势平衡。,m,N1,N2,Next,次级电流的影响,次级电流的存在、建立起次级磁势，它也作用在铁芯磁路上。改变了原有的磁势平衡状态，迫使主磁通变化，导致电势也随之改变。电势的改变又破坏已建立的电压平衡，迫使原电流随之改变，直到电路和磁路又达到新的平衡为止。（磁势平衡式） 负载时作用在主磁路上的全部磁势应等于产生磁通所需的激磁磁势。,初级、次级电流间的约束关系,表明当有负载电流时。初级电流I1应包含有二个分量。其中Im用以激励主磁通。I1L所产生负载分量磁势I1LN1，用以抵消次级磁势I2N2对主磁路的影响。激磁电流的值决定于

26、主磁通 m，即决定于E1。,u1E1=4.44fN1m,电磁现象,返回,2、基本方程式,返回,3、归算,绕组归算用一假想的绕组替代其中一个绕组使成为k1的变压器。归算量在原符号加上标号 区别，归算后的值称为归算值或折算值。原则：归算不改变实际变压器内部的电磁平衡关系,归算方法一,次级侧归算到初级侧保持初级绕组匝数N1不变设想有一个匝数为N2 =N1的次级绕组，用它来取代原有匝数为N2的次级绕组。满足变比：kN1/N21。,归算方法二,初级侧归算到次级侧保持次级绕组匝数N2不变，设想有一个匝数为N1 N2的初级绕组，用它来取代初级有匝数为N1的初级绕组。kN1/N21,一)次级电流的归算值,物理

27、意义：当用N2N1替代了N2，其匝数增加了k倍。为保持磁势不变。次级电流归算值减小到原来的1k倍。,归算前后磁势应保持不变,二)次级电势的归算值,归算前后次级边电磁功率应不变 E2I2E2I2物理意义：当用N2替代了N2，其匝数增加到k倍。而主磁通 m及频率f均保持不变，归算后的次级电势应增加k倍。,三)电阻的归算值,归算前后铜耗应保持不变物理意义：当用N2替代N2后，匝数增加到k倍，次级绕组长度增加到k倍；次级电流减到为原来的l/k倍，归算后的次级绕组截面积应减到原来的lk倍，故归算后的次级电阻应增加到原来的k2倍。（绕组本身没有变化）,四)漏抗的归算值,归算前后次级漏磁无功损耗应保持不变物

28、理意义：绕组的电抗和绕组的匝数平方成正比。由于归算后次级匝数增加了k倍，故漏抗应增加到k2倍。,返回,4、归算后的基本方程,归算后的T形等效电路,相量图,注意：相量图的作法必须与方程式的写法一致，而方程式的写法又必须与所规定的正方向一致。变压器的相量图包括三个部分：次级侧电压相量图；电流相量图或磁势平衡相量图；初级侧电压相量图。,相量图作图步骤,首先选定一个参考相量、且只能有一个参考相量。常以U2为参考相量，根据给定的负载画出负载电流相量I2。根据次级侧电压平衡式E2U2+I2Z2可画出相量E2，由于E1E2，因此也可画出相量E1。主磁通m应超前E1 90，激磁电流又超前m一铁耗角。由磁势平衡

29、式I1=Im+(-I2)求得I1。由初级侧电压平衡式U1=-E2+I1Z1求得I1。,变压器的实用相量图,近似等效电路,把激磁支路移至端点处。计算时引起的误差不大：变压器的激磁电流(即空载电流)为额定电流的3-8，（大型变压器不到1）。,简化等效电路,略去激滋电流（支路）常用于定性分析,注意简化的近似假设,返回,五、标么值,对各个物理量选一个固定的数值作为基值，取实际值与基值之比称为该物理量的标么值标么值用下标“*”基值（采用下标“b”） 电压基值额定电压 U1b=U1N,U2b=U2N 电流基值额定电流 I1b=I1N,I2b=I2N 功率基值额定容量 SbSN 阻抗基值额定电压与额定电流之

30、商初级、次级侧各物理量应采用不同基值,标幺值=实际值/基值,标么值的优点,1计算方便，容易判断计算错误 因为取额定值作为基值，当实际电压为额定电压和实际电流为额定电流时，用标么值计算就作为1。2采用标么值计算同时也起到了归算作用 这是由于初级、次级侧分别采用了不同基值，且已包含有变比关系。3采用标么值更能说明问题,标幺值=实际值/基值,返回,六、参数测定方法,空载试验测定激磁电阻rm和激磁电抗xm短路试验计算参数rk和xk,空载试验,试验可在高压侧测量也可在低压侧测量，视实际测量方便而定。如令高压侧开路，在低压侧进行测量，测得的数据是低压侧的值，计算的激磁阻抗也是归算至低压侧的值。,空载特性曲

31、线u0=f(I0),通过调压器给变压器供电，调压器输出电压U10, 从1.2UN到0.3UN取8-9点，每点均测出P0，I0，U20空载试验时电压较高，电流较小故电流要精确测量，电流表及功率表电流接线图中流过的电流为实际空载电流,空载试验参数计算,激磁参数值随饱和而变化。为反映变压器运行时的磁路饱和情况，空载试验时应调整外施电压等于额定电压。令U0为外施每相电压，I0为每相电流，P0为每相输入功率即等于每相的空载损耗p0。,短路试验,短路试验应降低电压进行。控制短路电流不超过额定值。短路试验可以在高压侧测量而把低压侧短路，也可在低压侧测量而把高压侧短路。二者测得的数值不同，用标么值计算则相同。

32、,短路特性曲线uk=f(Ik),试验开始时应注意调压器输出应调到零，然后从0开始，慢慢调节，并监视电流表，使短路电流Ik1.25IN时停止升压，防止过大电流产生，对变压器不利。记录数据Uk ，Ik，从1.25IN到0.5IN测56点。由于Uk低，铁心中低，故Pk中所含铁耗较小，可忽略铁耗，故Pk中只含铜耗。,短路试验参数计算,Uk表示每相电压，Ik表示每相电流，Pk表示每相输入功率即等于每相短路损耗pk电阻随温度而变化，如短路试验时的室温为 ()，按标准规定应换算到标准温度75时的值。,短路电压百分数,短路试验时，使短路电流恰为额定电流的外施电压u k，称为u kN。以额定电压百分数表示，称为

33、短路电压百分数短路电压百分数去掉100符号，就是短路电压标么值uk不能太小，也不能太大。uk太大时，变压器空载时电压高，负载时电压压降较多。uk太小时，变压器接额定电压短路时电流太大。,短路电压的有功与无功分量,uk不能太小，也不能太大。uk太大时，变压器空载时电压高，负载时电压压降较多。uk太小时，变压器接额定电压短路时电流太大。,例2-1，2-2,2-1 一台单相变压器，额定容量为600kVA，额定电压为35/6.3kV，试验数据如下：求近似等效电路参数,作业,习题 ： 2-5，2-6思考题：9-10，14,返回,7、电压变化率,电压变化程度由于变压器内部存在着电阻和漏抗，负载时产生电阻压

34、降和漏抗压降，导致次级侧电压随负载电流变化而变化。设外施电压为额定电压，取空载与额定负载两种情况下的次级侧电压的算术差与空载电压之比定义为电压变化率(又称电压调整率),电压变化率U%的分析,简化计算,前提条件：电流为额定电流，即I2N*=1,电压变化率与负载大小,额定负载时（感性负载）：,一般负载时定义负载率,电压变化率与负载性质,U与负载电流的功率因数有关,电阻性负载时功率因数等于1，即2O，cos2=1，sin2O，U=ua*。电压降落不大。电阻电感性负载时功率因数为滞后，2取正值，随着2增大，ua* cos2减小，ur*sin2增大，U随之增大。但不是直线关系。U有一最大值，用d(U)d

35、20求极值条件，求得当U达到最大，当继续增大，U又趋于减小。电阻电容性负载时功率因数为超前，2取负值，这时U为两项之差。当满足条件ua*cos2=ur*sin2时U=0。当电阻电容性负载功率因数继续减小，则ua*cos2ur*sin2，U变为负值、这时负载电压反而大于空载电压。,影响端电压的因素小结,负载大小=I1I1N=I2I2N漏阻抗rk，xk负载性质2，容性负载U0，感性负载U0,8、变压器的效率,效率：输出功率与输入功率之比输入功率是输出功率与全部损耗之和损耗p初级绕组铜耗pcu1=I12r1次级绕组铜耗pcu2I22r2铁芯损耗pFeIm2rm =P2/P1=P2/(P2+ p)=(

36、P1- p)/P1,间接法计算效率_损耗分离法,效率曲线,当负载的功率因数保持不变，效率随负载电流而变化的关系称为效率曲线,最大效率,不变损耗p0-不随负载电流变化可变损耗2PkN-随负载电流二次方变化极值条件：当可变损耗等于不变损耗时效率达到最大一般m=0.50.77,返回,小结,变压器磁路中存在着主磁通和漏磁通。主磁通同时键链初级、次级统组。在初级、次级绕组中产生感应电势E1和E2，由于初级、次级绕组的匝数不同，从而实现了电压的变换。主磁通在传递电磁功率过程中起着媒介作用。漏磁通只键链初级绕组或次级绕组，它对变压器电磁过程的影响是起漏抗压降的作用，而不直接参与能量的传递。,能量传递,在变压

37、器中存在着初级绕组和次级绕组各自的电势平衡关系和两绕组之间的磁势平衡关系。当次级侧电流和磁势变化时，将倾向于改变铁芯中的主磁通m及感应电势E1，即破坏初级侧电势平衡关系，此时初级侧会自动增加一电流分量IL和相应的磁势ILw1，以平衡次级侧磁势的作用，使初级侧电势达到新的平衡。通过电势平衡关系与磁势平衡关系，能量从初级侧传递至次级侧。,激磁电流,在铁芯饱和时，为了得到正弦变化的磁通，激磁电流中必须含有高次谐波，尤其是三次谐波。在变压器分析中常采用等效正弦波电流来等值代替，考虑铁耗后，等效激磁电流超前主磁通一个角度铁耗角。,注意点：,把次级侧的量折算至初级侧，可以得到初级、次级间有电流联系的等效电

38、路。基本方程式、等效电路和相量图是分析变压器内部电磁关系的三种方法变压器的电抗参数和磁通对应：xm对应主磁通，随饱和程度不同；x1对应初级漏磁通， x2对应次级漏磁通主要性能指标是电压变化率U和效率，其数值受变压器参数和负载的大小及性质的影响,xm对应主磁通,Xm越大，激磁电流Im(I0)越小增加N1，（U1不变），m将减小，磁路饱和程度下降，磁阻减小，激磁电抗xm将增大；副方绕组匝数N2对m无影响增加铁芯截面积，如m不变，饱和降低， xm将增大增加U1大于UN，则 m将增大，磁路饱和上升， xm将减小,三相变压器及运行,三相变压器的磁路 三相变压器的连接组 三相电势的波形分析 变压器的并联运

39、行link,三相变压器的磁路及连接组,磁路系统各相磁路彼此独立各相磁路彼此相关绕组接法初级、次级绕组的连接方法初级、次级绕组的线电势之间的相位,一、各相磁路彼此独立,各相主磁通以各自铁芯作为磁路。铁芯独立，磁路不关联各相磁路的磁阻相同，当三相绕组接对称的三相电压时，各相的激磁电流和磁通对称。,由三台完全相同的单相变压器按三相连接方式连接而成三相组成变压器,二、各相磁路彼此相关,通过中间三个芯柱的磁通等于三相磁通的总和。当外施电压为对称三相电压，三相磁通也对称，其总和A+B+c=0，即在任意瞬间，中间芯柱磁通为零。在结构上省去中间的芯柱,三相三铁芯柱变压器,三相铁心互不独立 三相磁路互相关联 中

40、间相的磁路较短，令外施电压为对称三相电压，三相激磁电流也不完全对称，中间相激磁电流较其余两相为小。与负载电流相比激磁电流很小，如负载对称，三相电流基本对称。,中间相磁路短，磁阻小，激磁电流较小 （F=R）,三、三相变压器的绕组接法,用大写字母A、B、C表示高压绕组的首端，用X、Y、Z表示高压绕组的末端，用小写字母a、b、c表示低压绕组的首端，用x、y、z表示低压绕组的末端。首端(头) A B C (高压边) a b c (低压边) 末端(尾) X Y Z (高压边) x y z (低压边),不论是高压绕组或是低压绕组，标准规定只采用星形接法Y或三角形接法D。,星形接法,把三相绕组的三个末端连在

41、一起，而把它们的首端引出以字母Y表示,三角形接法,把一相的末端和另一相的首端连接起来，顺序连接成一闭合电路以字母D表示。 两种连接顺序AX-CZ-BYAX-BY-CZ,绕组接法表示,Y，y 或 YN，y 或 Y，ynY，d 或 YN，d：D，y 或 D，yn，D，d。高压绕组接法大写，低压绕组接法小写，字母N、n是星形接法的中点引出标志。,四、连接组别,表示初级、次级（线）电势相位关系同极性端两个正极性相同的对应端点单相变压器的组别连接组的时钟表示三相变压器的组别三相变压器的组别标准组别标准组别,同极性端两个正极性相同的对应端点,变压器的初级、次级绕组由同一磁通交链，在某一瞬间高压绕组的某一端

42、为正电位，低压绕组上也必定有一个端点的电位也为正在绕组旁边用符号表示,同极性端相同首端标志,标有同极性端符号“”的一端作为首端次级电势Eax与初级电势EAX同相位,同极性端相异首端标志,把初级绕组标有“”号的一端作为首端，在次级绕组标有“.”号的一端作为末端，次级电势Eax与初级电势EAX反相,连接组的时钟表示,高压电势看作时钟的长针固定指向时钟12点(或0点) 低压电势看作时钟的短针代表低压电势的短针所指的时数作为绕组的组号。同极性端相同首端标志：初级、次级电势相位差为零度，用时钟表示法为I，10。同极性端相异首端标志：初级、次级电势相位差为180，用时钟表示法为I，16。I，1表示初级、次

43、级都是单相绕组，0和6表示组号。单相变压器的标准连接组I，10。,三相变压器的组别,用初级、次级绕组的线电势相位差来表示与绕组的接法和绕组的标志方法有关,Y，y连接,1、Y，y0同极性端相同首端标志初级、次级相电势同相位，次级侧线电势Eab与初级侧线电势EAB同相位。,Y，y连接,2、Y，y6同极性端相异首端标志次级侧线电势Eab与初级侧线电势EAB相位差180。,Y，d连接,1、Y，d11 Eab滞后EAB 330,Y，d连接,2、Y，d1 Eab滞后EAB 30,标准组别,五种标准连接组：Y，yn0；Y，d11，YN，d11；YN，y0，Y、y0。YN-高压侧的中点可以直接接地或通过阻抗接

44、地对不同的应用场合，使用不同的标准组别,由连接组画接线图,1.画出原方绕组的连接图2.画出原方电势相量三角形，标出AX,BY,CZ3.画出副方电势相量三角形，据连接组别，标出ax,by,cz4.在相量图中，同向绕组在同一铁芯柱上，注意同名端5.连接副方绕组,绕组连接法及其磁路系统对电势波形的影响,由于磁路饱和，磁化电流是尖顶波。分解为基波分量和各奇次谐波（三次谐波最大）。,问题在三相系统中，三次谐波电流在时间上同相位，是否存在与三相绕组的连接方法有关。分析三次谐波电流不能流通所产生的影响。,一、三相变压器组Y，y连接,初级为Y连接，激磁电流中所必需的三次谐波电流分量不能流通磁化电流正弦形,磁通

45、波近似于平顶波在各次谐波磁通中以三次谐波磁通幅度最大三次谐波磁通与基波磁通有相同磁路，其磁阻较小，三次谐波电势相当大。其振幅可达基波振幅的50一60。导致电势波形严重畸变。所产生的过电压有可能危害线圈绝缘。规定：三相变压器组不能接成Y，y运行。,思考：相电势中存在三次谐波电势，则线电势的波形如何？,二、三相铁芯式Y，y连接,三次谐波电流不能流通以及有三次谐波磁通存在磁路特点：三相铁芯式变压器的三相磁路彼此相关，各相的三次谐波磁通在时间上是同相位,三次谐波磁通的路径铁芯周围的油、油箱壁和部分铁轭特点：磁阻较大，三次谐波磁通及其三次谐波电势很小磁通接近正弦，相电势接近于正弦波形,三相铁芯式变压器可

46、以接成Y，y三次谐波磁通经过油箱壁，在其中感应电势，产生损耗，会引起油箱壁局部过热容量限制在1800kVA以下,三、三相变压器YN，y连接,原边接通三相交流电源后，3次谐波电流均可在原绕组畅通。在磁路饱和的情况下 ，铁心中的磁通和绕组中的感应电势仍呈(或接近)正弦形，不论是线电势，相电势，不论是原边，还是副边电势，其波形均呈正弦形。,四、三相变压器Y，d连接,次级侧三角形接法：对三次谐波电势短路，在三角形电路中产生的三次谐波电流（环流）。该环流（供给励磁电流中所需的3次谐波电流分量）对原有的三次谐波磁通起去磁作用，三次谐波电势被削弱，量值是很小的。相电势波形接近正弦波形。由初级侧提供了磁化电流

47、的基波分量，由次级侧提供了磁化电流的三次谐波分量。在高压线路中的大容量变压器需接成Y，d,基波电势形成环流？,五、三相变压器D，y连接,3次谐波电流可流通，磁通呈正弦形，从而每相电势接近正弦波。,分析点：一次侧相电流中是否有三次谐波电流？磁通中有无三次谐波一次侧线电流、相电势与线电势中有无三次谐波二次侧电势、电流中是否存在三次谐波,六、Y，y连接附加一组D连接第三绕组（Y，D，y）,在铁芯柱另外安装一套第三绕组，三角形连接，提供三次谐波电流通道,小结,磁路系统分为各相磁路彼此独立的三相变压器组和各相磁路彼此相关的三相铁芯式变压器初级绕组、次级绕组，可以接成星形，也可以接成三角形。初级、次级侧对

48、应线电势(或电压)间的相位关系与绕组绕向、标志和三相绕组的连接方法有关。其相位差均为30的倍数，通常用时钟表示法来表明其连接组别不同磁路结构和不同连接方法的三相变压器，其激磁电流中的三次谐波分量流通情况不同Y或D型接法在线电势中都不存在三次谐波。,思考题,3-1 连接组的决定因素3-3 组式变压器不能使用Yy连接3-4 大容量变压器不接成Yy3-6 组式变压器Yy连接，线电势中无三次谐波,与绕组的接法和绕组的标志方法有关,三次谐波电势使相电势过高,三次谐波磁通经过油箱壁产生漏磁损耗,作业,习题3-1，3-2注：画在同一列上，表示绕组绕在相同的铁芯柱上，即有相同的主磁通及其变化。,变压器的并联运

49、行,变压器并联运行的意义并联应具备的条件条件并联运行负载分配的实用计算公式公式,变压器并联运行,将两台或多台变压器的一、二次绕组分别接在各自的公共母线上，同时对负载供电,变压器并联运行的意义,(1)适应用电量的增加随着负载的发展，必须相应地增加变压器容量及台数。(2)提高运行效率当负载随着季节或昼夜有较大的变化时、根据需要调节投入变压器的台数。(3)提高供电可靠性允许其中部分变压器由于检修或故障退出并联。,理想的并联运行条件,内部不会产生环流空载时，各变压器的相应的次级电压必须相等且同相位。使全部装置容量获得最大程度的应用在有负载时，各变压器所分担的负载电流应该与它们的容量成正比例，各变压器均

50、可同时达到满载状态。每台变压器所分担的负载电流均为最小各变压器的负载电流都应同相位，则总的负载电流是各负载电流的代数和。当总的负载电流为一定值时。每台变压器的铜耗为最小，运行经济。,次级电压必须相等且同相位,1.并联连接的各变压器必须有相同的电压等级，且属于相同的连接组。不同连接组变压器不能并联运行。2.各变压器都应有相同的线电压变比。 实用上所并联的各变压器的变比间的差值应限制在0.5以内。,目的：避免在并联变压器所构成的回路中产生环流,负载电流与容量成正比例,各变压器应有相同的短路电压,分析1。由于连接组相同，变比一致，可使用并联电路的分流计算方法2。假设各变压器同时达到满载，则,各变压器