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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
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
,一二次侧感应电动势同相位。
而按照电路理论,有
变压器的电压变比
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:
故
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〖阅读〗
三、额定数据
:
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。
额定工况下,二次侧开路时的一、二次侧线电压。
额定工况下的线电流。
单相变压器:
;
三相变压器:
§
变压器运行分析
一、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
有效值:
空载时漏磁电势、铜耗很小(<
5%)。
空载电流
(下标来源)activecurrent有功电流、铁耗;
reactivecurrent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-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
,以建立线性正弦等值电路:
有效值相等;
基波同频同相;
有功功率大小不变。
一次侧等效电路与向量图:
相位滞后磁通90度。
二、变压器的负载运行与T型等值电路
(一)负载运行的基本电磁过程
1、负载运行时,一次侧绕组电动势平衡方程为
虽然
,但
很小,正常工作时
,
。
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
;
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
注:
变压器短路时
很大,
不可忽略,此时
3、由磁势平衡方程可知,
励磁分量和负载分量
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
,可以忽略,认为
4、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:
(磁通势平衡)
(电磁感应)
5、二次侧的电动势平衡方程为
(二)T型等值电路
基本方程组:
一次侧:
二次侧:
如果:
,可合并为一个电路。
两侧的联系:
即
等值电路:
经过等效代换,使
等效条件:
等效前后一次侧状态不变。
为此:
以二次侧匝数为
的绕组取代实际二次侧绕组
此时Ke=1,
折算前后关系为:
再令
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
时,
应有:
由
得:
折算后的二次侧电压:
折算后,等值电路为:
等值电路的6个基本方程:
(三)相量图
作图步骤:
1、磁通水平向右,电动势
滞后磁通90度,
反向画出;
2、空载励磁电流
略超前磁通
3、感性负载时,负载电流
滞后
一个稍大角度
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
6、
、
夹角为二次侧功率因素角
7、
负方向与
按平行四边形合成
8、一次侧电阻压降平行
,电抗压降超前其90度;
9、联接原点至电抗压降头端为
10、
夹角为一次侧功率因素角。
(四)等值电路参数的实验测定〖阅读〗
3-3变压器运行特性〖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
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
的相位,则
同相;
若以异名端为参考点,则
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
3、三相变压器绕组的联接方式
主要:
三角-星型(D,y联接)、星-星型(Y,y联接)
(1)D,y联接:
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。
表示由i到j电位升高。
作图
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-V头、V尾-W头、W尾-U头,可构成D,y接线的另6种不同联接方式。
(2)Y,y联接:
采用不同的联接方式,可实现一、二次侧电动势相位在360度范围内以30度级差的有级调节。
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。
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
正弦、磁饱和:
非正弦尖顶波,有较强3次谐波分量;
一次侧Y接:
无三次谐波通路(
同相位),只能近似为正弦波;
1、Y,y联接时:
三相组式:
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,
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、二次侧电动势波形。
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。
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。
二、脉冲变压器
1、基本工作原理
假定一、二次侧绕组电阻及漏磁电感为0。
图示假定正向,有
在铁心未饱和前,脉冲变压器具有普通变压器相同功能:
外信号电压
,励磁电流经R3放电,磁通渐降至
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。
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