《电机学》教案-特殊变压器

《电机学》教案-特殊变压器 教 案 课程名称:电机学 授课教师 李振峰 所在单位 仪器科学与电气工程学院 20014,20015学年秋季学期 课堂理论及 课程类型 授课时间 实验室实验教学 教学内容 特殊用途的变压器 授课对象 电气工程及其自动化专业本科生 教学内容提要 时间分配及备注 1 第四章 特殊用途的变压器 第一节 自耦变压器 一、自耦变压器的结构 自耦变压器的结构示意图如图 4—1所示，其绕组一般按同心式放 置。由图可看出，自耦变压器只有 一个绕组，一次绕组的一部分兼作 二次绕组用(指降压变压器，若为升 压变压器则与此相反)。因此，自耦 变压器一次、二次绕组之间既有磁 的耦合，又有电的联系，这是它和 普通双绕组变压器的根本区别。 二、自耦变压器电压、电流与容量的关系 以降压用的自耦变压器为例来 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 其电压、电流与容量的关系。 电压关系如图4—2所示。 1) 电流关系与普通双绕组变压器一样。自耦变压器的磁动势平衡方 2 程式为 由于励磁电流Im很小，可以忽略不计，于是有 因此，根据假定正方向，绕组公共部分流过的电流为 根据式(4—4)所绘电流相量图如图4—3所示。从图中可以 看出，I1和I2方向是相反的，绕组公共部分中流过的电流I是两者之差。 3 2)功率关系由图4—3可知，I1、I2和I三者在一条直线上，故可写 成标量的代数和 上式中的P2'=U2I1称为传导功率，即由变压器一次侧直接通过电传 导的方式传递到二次侧的一部分功率。P2''=U2I称为电磁功率，它是由绕 组公共部分通过电磁感应的方式传到二次侧的一部分功率。 三、自耦变压器的特点 1)变压器的电磁功率是设计变压器主要尺寸和材料消耗的依据，称 为计算容量。自耦变压器的计算容量比额定容量(即总的输出功率)小。所 以在同样的额定容量下，自耦变压器的主要尺寸较小，有效材料(硅钢片 和铜线)和结构材料(钢材)都相应地少一些，从而降低了成本。 2)自耦变压器的漏电抗比双绕组变压器的小，故短路电流较大，从 4 而给选择高电压电器设备增加了困难。 3)由于自耦变压器一次、二次绕组之间有电的直接联系，当一次侧 过电压时，必然导致二次侧严重的过电压，存在着高低压窜边的潜在危险。 因而一般一次侧、二次侧均装设避雷器。这样，当自耦变压器用于电力系 统时，其过电压保护装置比较复杂。 第二节 仪用互感器 仪用互感器是一种用于测量的仪器，在许多自动控制系统中，用它来 检测信号。 一、交流电流互感器 交流电流互感器实质上是一台二次绕组在短路状态下工作的双绕组 变压器，它的一次绕组由一匝或几匝截面较大的导线构成，将其串接在需 要测量电流值的电路中。二次绕组的匝数较多，截面较小，它与阻抗很小 的负载(电流表、瓦特表等的电流线圈)接成闭路，如图4—5所示。正由 于二次侧负载阻抗很小，所以说电流互 感器是一台处于短路工作状态下的单相 变压器。 在电流互感器里，一次绕组中的电 流I1是被测电流，它不随二次绕组中电 流I2的变化而变化，正像普通变压器一 样，二次侧电压的变化不致影响到一次 侧电压。从这个角度来讲，电流互感器 是一个电流源，而变压器则属于电压源。 电流互感器工作时，其二次绕组必 须可靠地接地，以防止由于绝缘损坏， 将一次侧的高电压传到二次侧，发生安 全事故。另外，电流互感器的二次绕组 5 绝对不容许开路，这是使用电流互感器必须特别注意的问题。因为二次侧 开路时，互感器成为空载运行，相当于二次侧串入了无限大的电阻，二次 侧电流等于零。而Il为恒值，I2为零，合成磁动势为N1Il，它大大地超过 了正常运行值，此时一次侧被测线路中的大电流就完全成为励磁电流，使 铁心的磁密比正常情况大大地增加。这样，一方面将使二次侧感应出很高 的电压，可能击穿绝缘。另一方 面，铁心内磁密增大以后，铁耗 增大，使铁心过热，不仅影响电 流互感器的性能，甚至还可能把 它烧坏。 二、交流电压互感器 交流电压互感器的原理图 如图4-6所示。其一次绕组直接 接到被测的高压电路，二次绕 组接电压表或瓦特表的电压线 圈。由于电压表和瓦特表电压线 圈的阻抗很大，因而二次侧电 流I2很小。所以电压互感器的运 行情况相当于普通变压器的空 载运行。 使用时，电压互感器的二次 侧不容许短路，否则会产生很大的短路电流。为了安全起见，电压互感器 的二次绕组连同铁心一起，必须可靠地接地。另外，电压互感器的二次侧 不宜接过多的仪表，以免电流过大引起较大的漏阻抗压降，影响互感器的 准确度。 第三节 整流变压器 6 整流变压器是整流装置的电源变压器，它将电网电压转换为整流设备 所需要的电压，其电磁过程和一般电力变压器没有什么本质区别，但在运 行上又有它们自身的特点。普通电力变压器的负载一般都是线性阻抗，所 以它的负载电流是正弦的。整流变压器则不同，它的负载网络中往往包含 着非线性整流元件，或非线性的滤波电抗。因此，它的二次侧电流以及由 二次侧电流决定的一次侧电流都是非正弦的。特别是二次侧输出电流的波 形还与整流线路的结构有关。 一、单相半波整流电路中的变压器 单相半波整流电路的原理图如图4-7a所示。 在单相半波整流系统中，即使整流电路的负载是一个纯电阻，变压 器的视在功率也大大超过整流装置实际的输出功率几倍。这表明变压器的 利用情况很差。为了衡量变压器的利用情况，称变压器的直流输出功率对 其视在功率之比为变压器的利用系数。在单相半波整流系统中，变压器 一次侧和二次侧的利用系数分别为 其平均利用系数为(0.372+0.286)/2=0.329这就是说，变压器容量为 直流输出容量的3倍，所以变压器没有得到充分利用。其次，变压器二 次侧存在着直流分量Id，而一次侧没有相应的磁动势与之平衡，形成单向 磁化。这些就是单相半波整流电路所存在的严重缺点。 二、单相桥式整流电路中的变压器 单相桥式整流电路的原理图如图4-8所示 由于桥式整流电路中变压器二次侧没有直流分量，那么，在忽略励磁 电流的情况下，则应有I1=1/KI2，变压器一次侧的容量 7 所以变压器一次侧、二次侧的利用系数均为K1=K2=0.815，比半波整流 电路时大大提高，这也是桥式整流电路获得广泛应用的原因之一。 三、三相半波整流电路中的变压器 由于现代电力系统大都采用三相制，而且通过这部分内容的学习，将 会了解到三相整流电路比单相整流电路有许多(的优点，所以三相整流电 路得到了广泛的应用。 变压器一次侧的利用系数为 变压器二次侧的利用系数为 变压器的平均利用系数为 由此可见，三相半波整流电路与单相半波整流电路相比，变压器的利 用情况要好得多。但也必须指出，在三相半波整流电路中，由于变压器每 相的二次侧都有Id,3的直流分量，它不可能反应到变压器的一次侧，所 以也存在着直流磁化的影响问题。 四、三相桥式整流电路中的变压器 三相桥式整流电路如图4—10所示。 8 变压器二次侧的利用系数为 综上分析可以看出，三相桥式整流电路中，变压器二次绕组中的电流 都不是正弦波，但由于其波形是正负对称的，所以没有直流分量，不致产 生直流磁化问题。变压器一次侧和二次侧的容量相等，利用系数也相等。 三相桥式整流电路由于变压器的利用系数较高，输出电压的脉动小， 铁心中又不存在直流磁化问题，所以得到了广泛地应用。 五、剩余磁动势的产生及其影响 六、整流变压器的功率因数 因为普通电力变压器的一次侧电路和二次侧电路都是正弦电路，所 以它的功率因数用cosΨ1来表示(其中Ψ1为一次侧电压u1与一次侧电 流i1之间的相位差)。但整流变压器却有所不同，它的一次侧电路和二次 侧电路都是非正弦电路，因此它的功率因数应根据一次侧的视在功率S1 和有功功率P1之比来确定，即整流变压器一次侧和二次侧的功率因数分 别为 整流变压器的功率因数由一次侧和二次侧的畸变因数与相移因数两 者的乘积来确定。而普通变压器的畸变因数等于1，所以其功率因数即可 用相移因数cosΨl来表示。 畸变因数与整流电路的结构形式有关。 相移因数不仅与二次侧的负载性质有关，而且还与整流装置的控制角 9 有关。 要求学生掌握自耦变压器的结构及特点;交流电流互感器;交流电压互教学目的 感器;桥式整流电路中的变压器。 及要求 自耦变压器的特点;整流变压器的功率因数;变压器的平均利用系数。 教学重点 与难点 板书、讲授、PowerPoint、视频。 教学手段 10 《电机学》 李发海 朱东起 编著 《电机拖动与控制》 沈阳工业大学 参考资料 《特种电机及其控制》 孙建忠 白凤仙 编著 课后根据课堂教学效果 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 。 课后小结 11