2.2单相变压器的运行（课件）-《电机与电气控制技术》同步教学（哈尔滨工程大学出版社）

项目二 变压器的应用与维护 1 目 录 CONTENTS 任务一 认识变压器 任务二 单相变压器的运行 任务三 三相变压器的应用 任务四 特种变压器的应用 2 任务二 单相变压器的运行 3 任务分析 单相变压器是一次绕组和二次绕组均为单相绕组的变压器。它是一种静止的电气设备,是利用电磁感应原理,把一种电压等级的交流电变换成同频率的另一种电压等级的交流电。单相变压器结构简单、体积小、损耗低(主要是铁损小),适宜在负荷密度较小的低压配电网中应用和推广。 名词解释 配电系统又可划分为高压配电系统、中压配电系统和低压配电系统三部分,各个系统对应不同的电压等级, 也对应配电网中各个不同的环节,所以电压的界分尤为重要。 任务二 直流电动机的调速 4 任务目标 了解变压器变电压、变电流、变阻抗的工作原理; 熟悉单相变压器的空载试验和短路试验; 熟悉单相变压器的外特性和效率特性。 任务二 直流电动机的调速 5 知识链接 一、变压器的工作原理 下面以单相双绕组变压器为例分析其工作原理。在一个闭合的铁心上缠绕两个绕组,其匝数既可以相同,也可以不同,但一般是不同的。如图2-13所示,两个绕组之间只有磁的耦合,而没有电的联系。 任务二 直流电动机的调速 6 原边绕组以 A、X标注其出线端,副边绕组以a、x标注其出线端。原边绕组的匝数、电压、电动势、电流分别以 N1、u1、e1、i1 来表示,副边绕组的匝数、电压、电动势、电流分别以N2、u2、e2、i2 来表示。 原边绕组接通电源,便会在铁心中产生与电源电压同频率的交变磁通。忽略漏磁,该磁通便同时与原、副边绕组相交链,耦合系数kc=1,这样的变压器称为理想变压器。根据电磁感应定律,可写出电压、电动势的瞬时方程式分别为 任务二 直流电动机的调速 7 于是可得电动势之比为 上式表明,变压器原、副边绕组的电压比等于原、副边绕组的匝数比。因此,要使原、副边绕组有不同的电压,只要使原、副边绕组有不同的匝数即可。 名词解释 电动势和电压有些什么区别：电动势是电源具有的，是描述电源将其他形式的能量转化为电能本领的物理量；电压是反映电场力做功本领的物理量。 任务二 直流电动机的调速 8 任务二 直流电动机的调速 9 二、变压器的空载运行 变压器的原边绕组接在电网上,副边绕组开路时的运行状态,称为空载运行。此时,副边绕组电流i2=0,变压器内部的物理过程比较简单。先从变压器这样一个最简单的情况来研究其电磁过程。 任务二 直流电动机的调速 10 1.空载运行时的物理状况 2.空载运行时的电动势平衡方程式、相量图及等效电路 1.空载运行时的物理状况 变压器的各电磁量都是交流量,为分析和计算方便,必须规定其正方向。图2-14所示变压器各量的正方向是遵循惯例,按下面所述的相应电磁规律来规定的。 任务二 直流电动机的调速 11 (1)u1、u2:u1 的正方向规定由首端指向末端;u2 的正方向规定从末端指向首端。 (2)Φm、Φσ:其正方向与产生它们的电流符合右手螺旋定则。因此,判定磁通的正方向时必须注意绕组的绕向。 (3)e1、e1σ和e2、e2σ:其正方向与产生它们的磁通符合右手螺旋定则,即符合电磁感应定律: (4)i1、i2:其正方向与相应的电动势方向一致。 名词解释 安培定则，也叫右手螺旋定则，是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则。通电直导线中的安培定则（安培定则一）：用右手握住通电直导线，让大拇指指向直导线中电流方向，那么四指指向就是通电导线周围磁场的方向；通电螺线管中的安培定则（安培定则二）：用右手握住通电螺线管，让四指指向电流的方向，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。 任务二 直流电动机的调速 12 变压器空载运行时各量的正方向规定与上述类似,如图2-15所示。 变压器在空载运行时,原边绕组N1 接入电压为u1 的电网后,便有空载电流i0 流过,进而产生空载交变磁势F0=i0N1,建立空载磁场。磁场由两部分磁通组成。因为铁心磁导率比油或空气的磁导率大得多,所以绝大部分磁通存在于铁心中,这部分磁通同时与原边、副边绕组相交链,称为主磁通Φm;少量的磁通Φ1σ只与原边绕组相交链,称为原边侧漏磁通。由于主磁通同时与原边、副边绕组相交链,因此从原边侧到副边侧的能量传递主要依靠主磁通的媒介而实现。 任务二 直流电动机的调速 13 选择图2-15所示的正方向,根据基尔霍夫第二定律(KVL)及电磁感应定律,可得 如果各物理量均按正弦规律变化,可用如下的相量形式来表示: 名词解释 德国物理学家，出生于柯尼斯堡（今天：加里宁格勒）。他提出了稳恒电路网络中电流、电压、电阻关系的两条电路定律，即著名的基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律