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2.9 变压器的并联运行 复习变压器的运行特性 : 电压调整率和效率特性 . 定义 : 两台或两台以上的变压器的一次和二次绕组 分别接到一次侧和二次侧的公共母 线上运行 . 如图 . PowerPoint PPT Presentation


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2.9 变压器的并联运行 复习变压器的运行特性 : 电压调整率和效率特性 . 定义 : 两台或两台以上的变压器的一次和二次绕组 分别接到一次侧和二次侧的公共母 线上运行 . 如图 . 优点 : 供电可靠 , 灵活 , 效率高. 变压器的短路阻抗越大 , 则负载后电压变化越大 ; 当变压器的不变损耗与可变损耗相等时 , 变压器 的效率最高 . 举例。. 【 例 】 某变电所的负荷一天之内在 1600kva 和 3200kva 之间变化。现有两台 2000kva 的变压器,空载时的铁耗都是 40kw ,满载时的铜耗都是 60kw 。问应该如何根据负载的变化来投入变压器?

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2.9 变压器的并联运行 复习变压器的运行特性 : 电压调整率和效率特性 . 定义 : 两台或两台以上的变压器的一次和二次绕组 分别接到一次侧和二次侧的公共母 线上运行 . 如图 .

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Presentation Transcript


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2.9 变压器的并联运行

复习变压器的运行特性:电压调整率和效率特性.

定义:两台或两台以上的变压器的一次和二次绕组

分别接到一次侧和二次侧的公共母 线上运行.如图.

优点:供电可靠,灵活,效率高.

变压器的短路阻抗越大,则负载后电压变化越大;

当变压器的不变损耗与可变损耗相等时,变压器

的效率最高.举例。


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【例】某变电所的负荷一天之内在1600kva和3200kva之间变化。现有两台2000kva的变压器,空载时的铁耗都是40kw,满载时的铜耗都是60kw。问应该如何根据负载的变化来投入变压器?

解:当负荷大于2000kva时,应该让两台变压器都投入运行;当负荷小于2000kva时,应该只投入一台变压器运行。

比较:

负荷为2000kva:如果只用一台,40+60=100

如果用两台,40+40+15+15=110

负荷为1000kva:如果只用一台,40+15=55

如果用两台,40+40+60/16+60/16=88

【例】Y,yn0, 10kv/0.4kv,1000kva 和 Y,yn0, 10kv/0.4kv,2000kva 可以并联;

Y,d11,35kv/10kv,1000kva 和 Y,d11,35kv/10kv,2000kva 可以并联;

Y,d11,35kv/10kv,1000kva 和 Y,d5,35kv/10kv,1000kva 不能并联。


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1.理想并联运行的条件

变压器理想并联运行的条件是:

(1)空载时并联的变压器之间没有环流;

(2)负载时能够按照各台变压器的容量合理地分担负载;

(3)负载时各变压器的电流应该同相位.

对以上条件的解释.

为达到理想的并联运行条件,并联运行的变压器应该达到以下要求:

(1)各变压器的额定电压与电压比相等;

(2)各变压器的联结组号相同;

(3)各变压器的短路阻抗标幺值相等,阻抗角相等.

以上要求中第(2)个要求必须保证.举例。

总结:联结组号不同的变压器或变比相差过大的变压器绝对不能并联运行.


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2.一般情况下并联运行时变压器的负载分配

以两台单相变压器并联运行为例.出发点:并联运行的变压器的电压被强迫相等.

(1)两台变压器的联结组号不同

会引起很大的环流,即使空载时也可能烧毁变压器.

(2)两台变压器联结组号相同,但变比不同

会引起一定的环流,空载时二次侧环流由以下公式计算:

(3)两台变压器联结组号和变比都相同,但短路阻抗的标幺值不同

变压器中没有环流,负载时各变压器的电流分配由以下公式计算:


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根据两台变压器的简化等效电路,有


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如果两台变压器的阻抗角接近(实际情况通常如此),则可化复数运算为实数运算.

总结:设两台变压器联结组号相同,变比相同,当它们并联运行时,各自负担的容

量的标幺值之比等于各自漏阻抗的标幺值的反比.推论:两台变压器并联运

行, 漏阻抗标幺值小的变压器先达到满载.

[补] 有两台变压器并联运行,已知它们的联结组号相同,变比相同.S1n=1000kVA,

S2n=1250kVA,短路阻抗标幺分别是:0.06和0.07. 回答下列问题并说明理

由:

(1)哪台变压器负担的容量的绝对数量大?[0.933]

(2)不断增大总的负载,哪台变压器先达满载?

作业: 2-23


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2.10 三绕组变压器

复习双绕组变压器的原理.

1.结构

一个铁心, 三套绕组,连接三个不同电压

等级的电网,第三套绕组常常接成三角

形接法,供电给附近的低压配电线路,或

仅仅接同步补偿机或电容器,以改善电

网的功率因数. 标准联结组号:

YN,yn0,d11; YN,yn0,y0


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2.基本方程

关于正方向的两种规定: 左图比较符合实际情况,右图是国内教科书的一般规定.


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按照国内教科书的一般规定,忽略励磁电流,有磁势平衡式:

电压方程式略.

3.等效电路

忽略励磁电流,根据方程式,再把二次和三次绕组归算到一次绕组,得等效电路如图.

其中,X1为一次绕组等效漏抗,

X2’为二次绕组折算到一次绕组

的等效漏抗,X3’为三次绕组折算

到一次绕组的等效漏抗.

可以通过短路实验来求这些参数,

要做三次短路实验(见2-24).说明:当电源不是加在高压侧时测得的短路阻抗

是折算到该侧的短路阻抗,需要再折算到高压侧.


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2.11 空载投入电网时变压器的冲击电流

1.现象

变压器稳态时空载电流很小,但变压器

空载投入电网有时出现跳闸现象.

2.原因分析

动态和稳态的分析方法有所不同.

抓住两个基本点: 铁磁材料有饱和现象;变压器铁心中的磁通不能突变.

设变压器铁心中无剩磁,先考虑两种极端情况.

(1)电源电压过最大值时空载合闸

根据E=U,此时感应电动势必然也过最大值,再根据电磁感应定律:


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可知此时铁心中的交变磁通必然过零点,

电路立刻进入稳态,没有冲击电流,如图.

(2)电源电压过零时空载合闸

根据E=U,此时感应电动势必然也过零点

,再根据电磁感应定律,铁心中的交变磁通

必然过最大值,这就与铁心中的磁通不能

突变发生了矛盾.这时变压器会出现什么

现象?


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变压器一次绕组中会出现一个非周期磁通,如图, 这个非周期磁通与周期磁通合成后使得t=0时铁心中的磁通仍然保持为零,但半个周期后,铁心中的总磁通的绝对值达到最大值,接近周期磁通幅值的两倍.这将使铁心高度饱和,此时励磁电流的幅值远不止稳态时的两倍,大约为80倍左右,也就是额定电流的4倍左右.

3.限制措施

对于三相变压器,空载合闸时总有一相电压接近过零点,因此该相绕组常常出现冲击电流,使得保护装置误动作.

可以在一次绕组回路中串一个电阻,一

方面可以限制冲击电流的大小,另一方面

可以减小一次绕组的时间常数,加快冲击

电流的衰减.等到电路进入稳态,再将电阻切除.


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[补]一台单相变压器,铁心中没有剩磁.空载合闸时电源电压恰好过最大值,问一次绕

组中是否会产生冲击电流,为什么?

[补充]

变压器的突然短路:分析方法与空载合闸类似.

漏电保护器:原理类似变压器.

交流电焊机:是一台漏抗很大的变压器.


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5.9 感应电动机的起动

主要指标: 起动电流倍数, 起动转矩倍数.以简化等效电路来说明.

1.笼型感应电动机的起动

(1)直接起动: 起动时定子绕组通过开关直接接电源. 特点: 起动电流大,5-7倍; 起动

转矩比较大,1-2倍.适合于功率不大的电机.

(2)降压起动:电源电压被降低后再与定子绕组相连. 具体方法有 :星-三角起动法,自

耦变压器起动法等. 原理是利用起动电流与定子电压成正比来减少起动电流. 特点: 起动电流比较小, 起动转矩更小(起动转矩与电压的平方成正比),适合于对起动转矩要求不高的场合.


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降压起动方式的之一 : 星-三角起动法.

起动线电流降为原来的三分之一,

起动转矩也降为原来的三分之一.

画图说明。


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降压起动的方法之二 : 自耦变压器起动法.

设自耦变压器的变比为Ka,则起动时电网线电流降为直接起动的Ka平方分之

一, 起动转矩也降为直接起动的Ka平方

分之一.

(3)特殊电源起动:如使用异步电机软起动 器,变频器等.

异步电机软起动器的原理仍然是降压起动,只不过在起动过程中根据电流大小可以动态实时调节电压的大小.

变频器起动的原理是起动过程中定子频率是逐步升高的,使电机始终运行在小转差的范围内.

总结:笼型转子感应电机由于电机结构的限制,一般只能在定子侧想办法来改善起动

性能.


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2.绕线转子感应电动机的起动.

绕线转子感应电动机可以通过在转子回路中串电阻来改善起动性能, 起动完成后再将

电阻切除.串入适当大小的电阻,不仅可以减少起动电流,而且可以增大起动转矩.


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总结:绕线转子感应电动机不仅可

以在定子侧想办法改善起动

性 能,而且可以在转子侧想

办法改善起动性能.

自看例5-6,讨论5-22.


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3.深槽和双笼感应电动机

(1)趋肤效应

槽形越深,趋肤效应越明显;频率越高,趋肤效应越明显.

(2)深槽感应电动机

(3)双笼感应电动机

转子有两套笼性绕组:上笼和下笼. 上笼截面积较小,下笼截面积较大;上笼采用电阻率较大的材料,下笼采取电阻率较小的材料.

总结:深槽和双笼感应电动机都是特殊设计的感应电动机, 利用趋肤效应来增大起动时的转子电阻,从而改善起动性能.


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5.10感应电动机的调速

根据公式

可以从三个方面来调节感应电动机的转速:

(1)改变定子和转子绕组的极对数p ; (2)改变电源频率f1 ; (3)改变转差率s .

1.变极调速

以单绕组双速电机为例:定子上有一套绕组,通过改变接法可以得到两极或四极绕组.转子为笼型绕组(笼型绕组的极数可以随定子绕组极数的改变而自动改变).


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变极调速的特点:有级调速,比较简单.【补】如何改成并联?

2.变频调速

(1)基本要求:在额定频率(或基频)以下调速,希望保持铁心中的磁通基本不变.在额定频 率以上调速,希望保持功率不变。

为什么在额定频率以下调速要保持磁通基本不变? 举例说明。


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[例】一 台感应电动机,380V,60HZ,用变频器供电。

(1)当频率调为30HZ时,电压大约应该调为多少?如果电压仍然保持在380V,电机会发生什么情况?

(2)当频率调为120HZ时,电压大约应该调为多少?

解:(1)


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为做到这一点,在额定频率以下调速时,当频率改变时,电压同时改变,即保持U1/f1为常数.可以证明,这时电机的最大转矩在调速前后保持不变.因此,在额定频率以下的调速又称为恒转矩调速或恒磁通调速.

在额定频率以上调速时,一般随着电机转速的上升,使铁心中的磁通不断下降.为做到这一点,使

保持为常数,这时电机的最大功率在调速前

后保持不变,因此,在额定频率以上的调速又称为恒功率调速或弱磁调速.

为什么在额定频率以上调速要采用恒功率调速? 举例说明。


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(2)变频器

基本要求:电压和频率都要可控.

基本结构:交-直-交变频器,如图.传统的控制方式是: 整流器调压,逆变器调频.


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现在流行的一种变频器:PWM变频器,控制方式为整流器不控制,逆变器既调频,也调压,如图.

整流器各二极管导通顺序为:1,2 → 2,3 → 3,4 → 4,5 → 5,6 → 6,1 →

1,2 ……


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逆变器开关管的控制信号为PWM脉冲,其产生原理如图.


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开关管脉冲波形和输出的相电压波形(A相绕组相对于N点的电压波形)

变频调速的特点:能在大范围内平滑地调速,效率较高,需要变频器.

把电机与电力电子装置结合起来,形成一种混合型的产品,这已经成为电机和电力电子技术的发展方向之一。

总结:变频调速的基本要求;PWM变频器的原理。


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3.改变转差率来调速

(1)转子绕组串电阻调速:只适用于绕线

转子异步电机,见图.

设负载转矩与空载转矩之和保持不变,

即T2+T0保持不变,则有公式

特点是方法简单,调速范围较大;当转速调得很低时,外加电阻消耗功率很大,电机效率很低.

讨论5-27,习题5-28


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(2)串级调速:只适用于绕线转子

异步电机.如图.其原理是利用外接功率变换装置来限制转子电流,使转速下调.

特点:与转子绕组串电阻调速相比,效率较高;需要外接功率变换装置.

(3)双馈电机:也是一种绕线转子异步电机,如图.其原理与串级调速差不多,只是转速不仅可以调低,也可以调高(可以超出同步转速,仍然是电动机)

特点:与串级调速相比,调速范围更大.


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(4)调压调速:通过改变电压来

改变电机的运行点来调速.

如图.举例:电扇调速器等.

特点:调速范围小.

总结:改变转差率调速的几种方法。


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5.12感应发电机

以笼型转子感应电机为例,画图说明异步电机从电动机向发电机的转变.

1.并联在大电网上发电

一般情况下,电机的转速必须要超出由电网频率决定的同步转速:

特点:发出的电的电压和频率等于电网的电压和频率;需要从电网吸收滞后的无功电流励磁.转差大,发出的有功功率也大.

总结:感应电机并联在大电网上运行,只要电机转速超过由电网频率决定的同步转速,电机自动进入发电机状态.

2.单机运行发电

空载建立电压,需要两个条件:转子铁心中有剩磁;定子侧并联电容器提供励磁电流.

空载电压的大小取决于电容线与空载特性的交点.增大电容量,空载电压升高.


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负载运行时,为保持电压和频率的稳定,必须随负载的变化调节电机的转速和电容器的大小.例如: 假定电压和频率保持不变,当负载增大(意味着电机输出电流增大)时,电机转速必须适当增大,同时并联的电容器也必须适当增大.见下表:

380V 50Hz

负载 (kW) 转速(r/min) 电容(uF)

1 1510 120

2 1520 140

3 1530 160

总结:单机运行发电,必须在定子侧并联电容器,并且随负载的变化不断调节转速和电容量,以维持电压和频率的稳定.


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附录A 谐波磁场对感应电动机转矩- 转差率曲线的影响

感应电机气隙中的谐波磁场有两个来源:一是绕组磁势非正弦分布引起的;二是由于齿槽所引起的.谐波磁场会产生寄生转矩, 对电机的转矩- 转差率曲线会带来一定的影响,特别对于笼型转子异步电机,这种影响更是明显.画图说明。

A.1 异步寄生转矩

主要由绕组非正弦分布引起的谐波磁场产生.就三相电机而言,气隙合成磁场中除了基波外,还有5,7,11,13等次数的谐波,其中以5次和7次谐波为大.

这些旋转的谐波磁场分别在转子绕组中感应相应的电流,磁场和电流相互作用能够产生恒定的转矩,称为异步寄生转矩.

其原理与基波磁场产生转矩的原理一样.如图.


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由图中可见,由于5次和7次谐波磁场产生的异步寄生转矩的共同影响,转矩-转差率曲线

在接近0.857处即略大于n0/7处下凹,影响电机起动.

A.2同步寄生转矩

主要由于齿谐波磁场引起.

定子的齿谐波磁场和转子基波电流产生的

转子齿谐波磁场有可能次数相同,在某一转速

下有可能保持相对静止,从而产生恒定的转矩,

这就是同步寄生转矩.

[例]一台4极异步电机,Q1=24,Q2=28,电机

运行时是否会产生同步寄生转矩?

解:定子一阶齿谐波磁场的次数为

转子一阶齿谐波磁场的次数为


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由此可见,定子和转子的一阶齿谐波磁场中都有13次,并且定子的13次是正转的,转子

的13次是反转的,这两个齿谐波磁场在某一转速下有可能达到相对静止.

定子的13次齿谐波磁场相对于定

子的转速为

转子的13次齿谐波磁场相对于定

子的转速为

令两式相等,

即在电机转速达到同步转速的1/7

处,产生了同步寄生转矩.至于这个

转矩的方向,要看定子转子齿谐波

的相对位置.如果定子齿谐波位置

落后,则同步寄生转矩方向为正,否

则为负.如图.表现在转矩曲线图上

为曲线在此处上下跳跃.


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A.3 削弱寄生转矩的办法

(1)定子采用分布和短距绕组,或干脆采用正弦绕组,使定子磁势最大限度地接近正弦

波,主要用以削弱异步寄生转矩.

(2)把转子槽斜过一个定子齿距,对于削弱异步寄生转矩和同步寄生转矩都有用.

(3)在小型异步电机中,采用半闭口槽,减少齿槽效应对气隙磁导的影响,从而削弱齿谐

波磁场,主要用于削弱同步寄生转矩.

(4)适当的选择定,转子的槽数,使得定子的谐波次数ν和转子的谐波次数μ没有相等

的机会.主要用于削弱同步寄生转矩.

以上办法简单记为:短距绕组,斜槽,半闭口槽,合理的槽配合.

对这四个办法的解释.


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