第三章变压器PPT课件

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1、2. 按绕组数目分3. 按铁心结构分4. 按相数分双绕组变压器三绕组变压器多绕组变压器自耦变压器心式变压器壳式变压器单相变压器三相变压器多相变压器第1页/共217页油浸式变压器干式变压器充气式变压器小型变压器（容量为10630kVA）中型变压器（容量为8006300kVA）大型变压器（容量为800063000kVA）特大型变压器（容量在90000kVA及以上）6. 电力变压器按容量大小通常分为油浸自冷式油浸风冷式油浸强迫油循环式5. 按冷却介质和冷却方式分类，可分为第2页/共217页变压器的基本结构变压器的基本结构电力变压器的基本构成部分有：铁心、绕组、绝缘套管、油箱及其他附件等，其中铁心和绕

2、组是变压器的主要部件。典型的油浸式变压器结构第3页/共217页讯号式温度计吸湿器储油柜（油枕）油表防爆管瓦斯继电器高压套管低压套管分接开关放油阀门绕组铁心油箱第4页/共217页1. 1. 铁心铁心变压器中最主要的部件，他们构成了变压器的器身。铁心构成了变压器的磁路，同时又是套装绕组的骨架。铁心由铁心柱和铁轭两部分构成。铁心柱上套绕组，铁轭将铁心柱连接起来形成闭合磁路。 ）铁心材料：）铁心材料：为了提高磁路的导磁性能，减少铁心中的磁滞、涡流损耗，铁心一般用高磁导率的磁性材料硅钢片叠成。硅钢片有热轧和冷轧两种，其厚度为0.350.5mm，两面涂以厚0.020.23mm的漆膜，使片与片之间绝缘。第5

3、页/共217页) 铁心型式铁心型式变压器铁心的结构有心式、壳式和渐开线式等形式。壳式结构的特点是铁心包围绕组的顶面、底面和侧面，如图所示。第6页/共217页心式结构的特点是铁心柱被绕组包围，如图所示。壳式结构的机械强度较好，但制造复杂。心式结构比较简单，绕组的装配及绝缘比较容易，电力变压器的铁心主要采用心式结构。第7页/共217页3) 铁心叠装铁心叠装 :变压器的铁心一般是由剪成一定形状的硅钢片叠装而成。为了减小接缝间隙以减小激磁电流，一般采用交错式叠法，使相邻层的接缝错开。单层双层第8页/共217页4) 铁心截面铁心截面:铁心柱的截面一般做成阶梯形，以充分利用绕组内圆空间。容量较大的变压器，

4、铁心中常设有油道，以改善铁心内部的散热条件，如图所示。绕组为什么做成圆形？铁心柱的截面为什么不做成圆形，而做成阶梯形？第9页/共217页绕组是变压器的电路部分，它由铜或 铝绝缘导线绕制而成 。 一次绕组（一次侧绕组）：输入电能 二次绕组（二次侧绕组）：输出电能 同一相的一次绕组和二次绕组通常套装在同一个心柱上，一次和二次绕组具有不同的匝数，通过电磁感应作用，一次绕组的电能就可传递到二次绕组，且使一、二次绕组具有不同的电压和电流。按电压高低，可分为高压绕组和低压绕组。从高、低压绕组的相对位置来看，变压器的绕组又可分为同心式、交迭式。由于同心式绕组结构简单，制造方便，所以，国产的均采用这种结构，交

5、迭式主要用于特种变压器中。2. 绕组绕组第10页/共217页3. 3. 其它部件其它部件 除器身外，典型的油浸电力变压器中还有油箱、变压器油、绝缘套管及继电保护装置等部件。第11页/共217页 额定值是制造厂对变压器在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。额定值通常标注在变压器的铭牌上。变压器的额定值主要有：额定值额定值 1. 1.额定容量额定容量S SN N额定容量是指额定运行时的视在功率。以 VA、kVA或MVA表示。由于变压器的效率很高，通常一、二次侧的额定容量设计成相等。第12页/共217页2. 2. 额定电压额定电压U U2N2N和和U U2N2N 正常运行时规定加在一次侧的端电压称

6、为变压器一次侧的额定电压U1N。二次侧的额定电压U2N 是指变压器一次侧加额定电压时二次侧的空载电压。额定电压以V或kV、MVA表示。对三相变压器，额定电压是指线电压。3. 3. 额定电流额定电流I I2N2N和和I I2N2N根据额定容量和额定电压计算出的线电流，称为额定电流，以A表示。第13页/共217页对单相变压器对单相变压器对三相变压器对三相变压器 NNNNNNUSIUSI2211;NNNNNNUSIUSI22113;3 4 4、额定频率、额定频率 f fN N除额定值外，变压器的相数、绕组连接方式及联结组别、短路电压、运行方式和冷却方式等均标注在铭牌上。额定状态是电机的理想工作状态，

7、具有优良的性能，可长期工作。第14页/共217页例题例题：有一台SSP-125000/220三相电力变压器，YN，d接线， ， 求变压器额定电压和额定电流；变压器原、副线圈的额定电流和额定电流。12/220/10.5 kVNNUUkVUkVUNN5 .10,22021AUSINNN04.3282203125000311AUSINNN22.68732303125000322解：. 一、二次侧额定电压二次侧额定电流（线电流）一次侧额定电流（线电流）第15页/共217页由于YN，d接线，一次绕组的额定电压11220127.02kV33NNUUAIINN04.32811kV5 .1022NNUU226

8、873.223968.2633NNIIA一次绕组的额定电流 二次绕组的额定电流二次绕组的额定电压第16页/共217页3.2 3.2 变压器的空载运行变压器的空载运行空载运行的物理现象空载运行的物理现象 1. 空载运行：是指变压器一次侧绕组接到额定电压、额定频率的电源上，二次侧绕组开路时的运行状态。2. 物理现象： 磁动势和磁通的情况：一次侧绕组施加电压绕组中有电流（空载电流i0） i0产生磁动势f0=N1i0第17页/共217页1u1e2e2u0im f0产生磁通： 主磁通主磁通：完全在铁心中走，跟一次侧、 二次侧绕组相交链。漏磁通漏磁通：只跟一次侧绕组相交链，其走 的路径为铁心和周围的气隙。

9、2i第18页/共217页 1）由于铁磁材料有饱和现象，所以主磁路的磁阻不是）由于铁磁材料有饱和现象，所以主磁路的磁阻不是常数，常数，主磁通与建立它的电流之间呈非线性关系。主磁通与建立它的电流之间呈非线性关系。而漏而漏磁通的磁路大部分是非铁磁材料组成，所以漏磁路的磁磁通的磁路大部分是非铁磁材料组成，所以漏磁路的磁阻基本上是常数，阻基本上是常数，漏磁通与产生它的电流呈线性关系漏磁通与产生它的电流呈线性关系 2）主磁通在一次侧、二次侧绕组中均感应电动势，当）主磁通在一次侧、二次侧绕组中均感应电动势，当二次侧接上负载时便有电功率向负载输出，故主磁通起二次侧接上负载时便有电功率向负载输出，故主磁通起传递

10、能量的作用。而漏磁通仅在一次侧绕组中感应电动传递能量的作用。而漏磁通仅在一次侧绕组中感应电动势，不能传递能量，仅起压降作用。因此，在分析变压势，不能传递能量，仅起压降作用。因此，在分析变压器和交流电机时常将主磁通和漏磁通分开处理。器和交流电机时常将主磁通和漏磁通分开处理。主磁通和漏磁通的区别：主磁通和漏磁通的区别：第19页/共217页 从理论上讲，正方向可以任意选择，因各物理量的变化规律是一定的，并不依正方向的选择不同而改变。3、 正方向的规定正方向的规定为什么要规定正方向？ (2) (2) 根据计算结果确定实际方向：根据计算结果确定实际方向： 若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致；若计算

11、结果为正，则实际方向与参考方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。(1) (1) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式；系的代数表达式；第20页/共217页欧姆定律：欧姆定律：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。RIUUIURI（a）UIURI（b）UIURI（c）第21页/共217页 在负载支路，电流的正方向与电压降的正方向一致，而在电源支路，电流的正方向与电动势的正方向一致 磁通的正方向与产生它的电流的正方向符合右手螺旋定则; 感应电动

12、势的正方向与产生它的磁通的正方向符合右手螺旋定则; 正方向规定不同，列出的电磁方程式和绘制的相量图也不同。在电机方向的学科中通常按电工惯例来规定正方向。第22页/共217页在一次侧，u1由首端指向末端，i1(i0)从首端流入。当u1与i1同时为正或同时为负时，表示电功率从一次侧输入，称为电动机惯例。在二次侧，u2和i2的正方向是由e2的正方向决定的，即i2沿e2的正方向流出。当u2和i2同时为正或同时为负时，电功率从二次侧输出，称为发电机惯例。1u1e2e2u2i0i各物理量的正方向的规定m1第23页/共217页)90sin(2cos01111tEtNdtdNem)90sin(2cos0222

13、2tEtNdtdNem)90sin(2cos0111111tEtNdtdNem 4 4、空载时的电磁关系、空载时的电磁关系1）电动势与磁通的关系： 假定主磁通按正弦规律变化，即 =msint 根据电磁感应定律和对正方向规定，一、二次绕组中感应电动势的瞬时值为 ：第24页/共217页mmfNNE11144. 42mmfNNE22244. 42mmfNNE1111144. 42式中：注意：从上面的表达式中我们可以看出，注意：从上面的表达式中我们可以看出， 电动势总是滞电动势总是滞后与产生的他的磁通后与产生的他的磁通90。第25页/共217页电动势平衡方程式和变比电动势平衡方程式和变比10111RI

14、EEU 根据对正方向的规定，可以得到空载时电动势平根据对正方向的规定，可以得到空载时电动势平衡方程式：衡方程式：将漏感电动势写成压降的形式 ：11010Ej L IjXI &第26页/共217页11EU220EU110101101UEI RjI XEI Z &式中式中一次侧绕一次侧绕3组的漏阻抗组的漏阻抗111ZRjX对于电力变压器，空载时一次侧绕组的漏阻抗压降I0Z1 很小，其数值不超过U1的0.2%，将I0Z1忽略，则上式变成：在二次侧，由于电流为零，则二次侧的感应电动势等于二次侧的空载电压，即：第27页/共217页变压器的变比等于一次侧、二次侧绕组的匝数比。当变压器空载运行时，由于U1E

15、1 ，U20E2，故可近似地用空载运行时原、二次侧的相电压相电压比来作为变压器的变比，即NNOUUUUk2121变压器的变比变压器的变比 在变压器中，一次侧、二次侧绕组的感应电动势E1和E2之比称为变压器的变比，用 k 表示，即：1112224.444.44mmEfNNkEfNN第28页/共217页 空载电流空载电流1. 1. 空载电流的波形空载电流的波形变压器空载运行时一次侧绕组中的电流主要用来产生变压器空载运行时一次侧绕组中的电流主要用来产生磁场，又称为励磁电流磁场，又称为励磁电流 。空载电流很小，一般不大于额。空载电流很小，一般不大于额定电流的定电流的2.5，大型变压器更小。我们重点考察

16、其波形。，大型变压器更小。我们重点考察其波形。磁路存在饱和现象：磁路是否饱和铁心中有铁耗：铁心是否有铁耗磁路不饱和，则磁化电流和磁通为线性关系铁心中无铁耗，则励磁电流完全用来励磁，称为磁化电流第29页/共217页1）磁路不饱和，铁心无铁耗励磁电流为完全用来励磁的磁化电流磁路不饱和，则磁化电流和磁通为线性关系施加的电压为正弦波磁通为正弦波磁化电流为正弦波第30页/共217页2）磁路饱和，铁心无铁耗励磁电流为完全用来励磁的磁化电流磁路饱和，则磁化电流和磁通为非线性关系施加的电压为正弦波磁通为正弦波磁化电流为尖顶波第31页/共217页222135IIIIL为了在相量图中表示励磁电流，可以用等效正弦波

17、电流来代替非正弦波励磁电流，其有效值为磁通为正弦规律变化时，励磁电流为尖顶波，根据谐波分析方法，尖顶波可分解为基波和3、5、7次谐波。除基波外，三次谐波分量最大。这就是说，由于铁磁材料由于铁磁材料磁化曲线的非线性关系，要在变压器中建立正弦波磁通，磁化曲线的非线性关系，要在变压器中建立正弦波磁通，励磁电流必须包含三次谐波分量。励磁电流必须包含三次谐波分量。 从上图中，可以看出励磁电流从上图中，可以看出励磁电流 i与磁通与磁通 是同相位的。是同相位的。第32页/共217页3）磁路饱和，铁心无铁耗当考虑铁心损耗时， 励磁电流 i0中还必须包含铁耗分量iFe ，即这时激磁电流这时激磁电流io将将超前磁

18、通一相位角超前磁通一相位角(为什么？为什么？) 0FeIII&2220FeIII大小关系：0I&I&FeI&1E&m&第33页/共217页m&2. 2. 空载时的向量图和等效电路空载时的向量图和等效电路110101UEI RjI X &1)空载时的向量图空载时的向量图:0I&I&FeI&1E&2E&1E&01jI X&01I R&1U&第34页/共217页 110101()mUEI ZIZZ & 这样这样,变压器一次侧的电动势方程可写成变压器一次侧的电动势方程可写成 而变压器空载时从一次侧看进去的等效阻抗而变压器空载时从一次侧看进去的等效阻抗Z0为为 10mmmEZRjXI&式中式中 ：称为变

19、压器的激磁阻抗。称为变压器的激磁阻抗。.1101100mUEZZZZII&第35页/共217页当频率一定时，若外加电压升高，则主磁通增大，铁心饱和度程度增加，磁导m下降， 减小。同时铁耗 pFe增大，但 pFe增大的程度比 增大的程度小，由pFe= Rm，则Rm亦减小 。反之，若外加电压降低,则Rm，Xm 增大 。mmmNLX21I20I201U1R1XmRmX1E1XR1是一次侧绕组的电阻， 是对应一次侧绕组漏磁路磁导的电抗，它们数值很小且为常数。但但Rm、Xm却受铁心饱和度的影却受铁心饱和度的影响，不是常数。响，不是常数。第36页/共217页 主磁通基本不变，磁路的饱和程也基本不变，因而主

20、磁通基本不变，磁路的饱和程也基本不变，因而Rm、Xm可近似看着常数。可近似看着常数。很显然，从上面的分析我们很显然，从上面的分析我们可以总结出：可以总结出：Rm是表征铁心损耗的一个参数，而是表征铁心损耗的一个参数，而Xm是是表征主磁通磁化性能的一个参数。表征主磁通磁化性能的一个参数。3. 3. 总结总结作业：作业：3.103.123.39第37页/共217页3.3 3.3 变压器的负载运行变压器的负载运行 在前面我们通过分析了解了变压器的空载运行情况，当变压器一次侧接入交流电源，二次侧接上负载时的运行方式称为变压器的负载运行。1U1E2E2U1I2Im第38页/共217页 空载电流i0变为负载

21、时的电流i1。一次侧绕组的磁动势也从空载磁动势F0变为 F1=N1I1。负载时的主磁通m就是由一次侧、二次侧绕组的合成磁动势产生的，即:负载运行时磁动势平衡负载运行时磁动势平衡于是变压器在负载时的电磁关系重新达到平衡。12mFFF&1U1E2E2U1I2Im第39页/共217页1111UEI Z &一次侧电动势平衡方程式一次侧电动势平衡方程式:漏阻抗很小，从空载到负载，一次侧电动势近似不变。112mEfN磁通近似不变，磁动势近似不变。m0FF&120FFF&转化为电流的形式：1 12 21 mN IN IN I&改写成：212m1NIIIN&这说明变压器负载运行时通过磁动势平衡，使一次侧、二次

22、侧的电流紧密地联系在一起，二次侧通过磁动势平衡对一次侧产生影响，二次侧电流的改变必将引起一次侧电流的改变，电能就是这样从一次侧传到了二次侧。第40页/共217页在二次侧，电动势平衡方程式为：在二次侧，电动势平衡方程式为：电动势平衡方程式电动势平衡方程式11111111()UEI RjXEI Z 在一次侧，电动势平衡方程式为22222222()UEIRjXEI Z 式中， Z2 =R2+ jX2 二次侧绕组的漏阻抗， R2 二次侧绕组的电阻 X2 二次侧绕组的漏电抗。第41页/共217页变压器绕组的折算变压器绕组的折算 由于一次侧、二次侧绕组的匝数，一次侧、二次侧绕组的感应电动势12，这就给分析

23、变压器的工作特性和绘制相量图增加了困难。为了克服这个困难，常用一假想的绕组假想的绕组来代替其中一个绕组，使之成为变比k=的变压器，这样就可以把一次侧、二次侧绕组联成一个等效电路，从而大大简化变压器的分析计算。这种方法称为绕组折算。折算后的量在原来的符号上加一个上标号“”以示区别。第42页/共217页折算的本质：折算的本质：在由二次侧向一次侧折算时， 由于二次侧通过磁动势平衡对一次侧产生影响，因此，只要保持二次侧的磁动势不变，则变压器内部电磁关系的本质就不会改变。即折算前后二次侧对整个回路的电磁关系的影响关系不能发生变化！二次侧各量折算方法如下：折算的原则折算的原则：折算前后一次侧、二次测电磁关

24、系不变； 功率损耗不变；各种损耗不变； 漏磁场储能不变。第43页/共217页1222N IN I 1）二次侧电流的折算值:折算的原则折算的原则:二次侧产生的磁动势不变。22221/NIIIkN 12222NEEkEN 22EkE2）二次侧电动势的折算值：）二次侧电动势的折算值： 由于折算前后主磁通和漏磁通均未改变，根据电动由于折算前后主磁通和漏磁通均未改变，根据电动势与匝数成正比的关系可得势与匝数成正比的关系可得第44页/共217页3）二次侧漏阻抗的折算值：）二次侧漏阻抗的折算值： 根据折算前后二次侧绕组的铜损耗不变的原则，根据折算前后二次侧绕组的铜损耗不变的原则， 则：则：22222222(

25、)ZRjXkRjXk Z2222222()IRRk RI 由折算前后付方漏磁通无功损耗不变，得2222222()IXXk XI所以，漏阻抗的折算值为：第45页/共217页2222U IU I 4）二次侧电压的折算值:折算的原则折算的原则:负载上消耗的有功和无功不变。22UkU 5）负载阻抗的折算值:222Zk Z 电流的折算：除以变比k电压、电动势的折算：乘以变比k 阻抗类的折算：乘以变比k的平方第46页/共217页基本方程式、等效电路和相量图基本方程式、等效电路和相量图 1. 1. 基本方程式基本方程式12EkE11111()UEI RjX 折算前22222()UEIRjX 212m1NII

26、IN&1()mmmEIRjX 222UI Z折算后12EE11111()UEI RjX 22222()UEIRjX 12mIII&1()mmmEIRjX 222UI Z 第47页/共217页2. 2. 相量图相量图11111()UEI RjX 22222()EUIRjX1m2()III &1mmmEIRjX2I22I R 22jI X2U21()E E1EmmI1I&2I11I R11jI X1U第48页/共217页3.4 3.4 等效电路图及其简化等效电路图及其简化)(1mmmjXRIE)(11111jXRIEU1U1R1X1EmRmXmI1E22222()UEIRjX 2R2X2I2E2U

27、第49页/共217页1U1R1X1EmRmXmI1EmIII2121EE2R2X2I2E2U1U1R1X2R2XmRmX2U1I2ImI第50页/共217页1U1R1X2R2XmRmXmRmX由于激磁阻抗较大，直接左移，得到“ ”型等效电路。等效电路的简化第51页/共217页1U1R1X2R2X1I2I忽略激磁电流（激磁阻抗）简化等效电路1212kkRRRXXX1UkRkX1I2U第52页/共217页21( )II1kI R1kjI X2U1U121()kkUUI RjX 第53页/共217页3.5 3.5 变压器参数的测定变压器参数的测定空载实验空载实验 变压器等效电路中的各种电阻、电抗或阻

28、抗如变压器等效电路中的各种电阻、电抗或阻抗如Rk、Xk、Rm、Xm等称为变压器的参数，它们对变压器运行等称为变压器的参数，它们对变压器运行能有直接的影响。对于已制成的变压器，可以通过实验能有直接的影响。对于已制成的变压器，可以通过实验的方法来测量这些参数。的方法来测量这些参数。 试验目的试验目的:测定变压器的空载电流测定变压器的空载电流I0、变比变比k、 空载损耗空载损耗p0及励磁阻抗及励磁阻抗Zm=Rm+jXm。第54页/共217页空载试验接线：空载试验接线：1U0IWVAVAXax注意：注意： 为了便于测量和安全起见，通常在低压侧加电压，将为了便于测量和安全起见，通常在低压侧加电压，将高压

29、侧开路。高压侧开路。 为便于调节所施加的电压，一般利用调压器。为便于调节所施加的电压，一般利用调压器。第55页/共217页数据处理数据处理： 在电压变化的过程中，记录相应的空载电流，空载损耗，作出相应的曲线，找出当电压为当电压为额定时额定时相对应的空载电流和空载损耗，作为计算励磁参数得依据。实验过程实验过程： 外加电压从略大于额定电压开始在一定范围内进行调节，测量U1, U20, I0, P0。忽略一次侧的漏阻抗，则激磁电抗：22mmmXZR激磁电阻：200mRP I激磁阻抗：10mZUI变压器的变比：120kU U第56页/共217页注意：注意： 由于励磁参数与磁路的饱和程度有关，故应取额定

30、电压下的数据来计算励磁参数。 对于三相变压器，按上式计算时U1、I0、p0均为每相值。但测量给出的数据却是线电压、线电流和三相总功率. 空载损耗p0近似为铁耗。 由于空载试验是在低压侧进行的，故测得的激磁参数是折算至低压侧的数值。如果需要折算到高压侧，应将上述参数乘以变比k的平方：222mmmmmmZk ZRk RXk X 第57页/共217页短路实验短路实验短路试验接线：短路试验接线：kUkIWVAAXax 为了便于测量和安全起见，通常在高压侧加电压，将为了便于测量和安全起见，通常在高压侧加电压，将低压侧短路。低压侧短路。 加压前，调压器的输出应为零位。加压前，调压器的输出应为零位。 由于限

31、制电流的为短路阻抗，调压时应小心翼翼。由于限制电流的为短路阻抗，调压时应小心翼翼。第58页/共217页将变压器的二次侧直接短路，一次侧施加电压将短路电流调至约1.2倍额定电流，逐步降低施加的电压，测量Uk，Ik，Pk，实验目的：实验目的：在不同的电压下测出短路特性曲线Ik=f(Uk)、pk=f（Uk），根据额定电流时的pk、Uk值，可以计算出变压器的短路参数。实验过程：实验过程：数据处理：数据处理：测量Uk，Ik，Pk，求短路阻抗:222kkkkkUZIpRIXZR第59页/共217页 短路时，从短路的等效电路图可以看出，此时的短路损耗以铜耗为主。 因电阻会随着温度发生变化，所以，我们的所得值

32、要换算到标准工作温度下75：注意：注意：对铜导线对铜导线 75234.575234.5kCkRR对铝线对铝线7522875228kCkRR短路损耗和短路电压也应换算到短路损耗和短路电压也应换算到75 的值的值227575kCkCkZRX2175175, kNNkCkNNkCuIZpIR对于三相变压器，按上式计算时对于三相变压器，按上式计算时pk、Ik、Uk均为一相数值。均为一相数值。第60页/共217页3.6 3.6 标标 幺幺 值值 在工程计算中，各物理量往往不用实际值表示，在工程计算中，各物理量往往不用实际值表示，而采用相应的标幺值来进行表示：而采用相应的标幺值来进行表示：=该物理量的实际

33、值标幺值该物理量的基本值1、电机学中基值的选择、电机学中基值的选择以额定值为基值以额定值为基值相(线)电压(流)的基值分别是相(线)电压(流)的额定值。三相(单相)功率的基值分别是三相(单相)的额定功率。第61页/共217页电阻、电抗与阻抗取同一基（ , ）。 1NZ2 NZ 视在(有功、无功)功率的基值是一样的 变压器的一、二次额定电压、电流不同，所以一、二次电压(流)的基值不同。 阻抗的基值是相值。一次绕阻阻抗的基值111NNNUZI二次绕阻阻抗的基值222NNNUZI第62页/共217页一次侧一次侧二次侧二次侧功率功率线电压线电压相电压相电压线电流线电流相电流相电流阻抗阻抗NSNS1NU

34、2NU1NU2NU1NI2NI1NI2NI111NNNUZI222NNNUZI标幺值的基值第63页/共217页2*22222211122NNNNRk RRRRRZZZZk *33llNNNUUUUUUUU*cos3cos33llNNNU IU IpPPSSS 2 2、取标幺值的优点、取标幺值的优点 一个量与它的折算值的标幺值相等一个量与它的折算值的标幺值相等 线值与相值电压线值与相值电压( (流流) )的标幺值相等的标幺值相等 一相功率与三相功率的标幺值相等一相功率与三相功率的标幺值相等第64页/共217页*NNNRIRRZU*NrrNNRIUUUU2*NNrrNNNNRII RPPSU IU

35、 计算方便 当电流为额定值时，电阻压降标幺值=电阻功率标幺值=电阻标幺值。 以电流流过电阻为例 便于判定电机运行情况 ，当 满载 、 过载 、 欠载*111NIII*11I *11I *11I 第65页/共217页 例如短路阻抗例如短路阻抗 Zk*=0.040.175， 空载电流空载电流 I0*=0.020.10。 采用标么值，某些不同的物理量具有相同的数值。采用标么值，某些不同的物理量具有相同的数值。 Z k*=UKN* 用标么值表示，电力变压器的参数和性能指标总在用标么值表示，电力变压器的参数和性能指标总在一定的范围之内，便于分析比较。一定的范围之内，便于分析比较。第66页/共217页3.

36、7 3.7 变压器的运行特性变压器的运行特性电压变化率电压变化率222100%NNUUU2022%100%NUUUU121100%NNUUU变压器一次侧接额定电压，二次侧开路时，二次侧的空载电压U20=U2N，负载后，负载电流在变压器内部产生阻抗压降，使二次侧端电压发生变化，其变化大小用电压调整率表示：空载电压在给定功率因数下，带额定负载时的二次侧电压*21 U 第67页/共217页简化公式简化公式：通过向量图的我们可以将电压变化率得求解：通过向量图的我们可以将电压变化率得求解公式进行简化。公式进行简化。*21UU*2I*1kI R*1kjI X*2U*1UOAPCDE*11U UOPOAAP

37、AEEP*12coskAEI R*12sinkEPCDI X*122(cossin)kkUIRX*22(cossin)kkURX*2*1II称为变压器的负载系数称为变压器的负载系数第68页/共217页当U1=U1N，cos2 =常数时，我们可以作出相应的U2随着I2变化的U2=f( I2 )曲线：纯电阻负载:随着负载电流增加，漏阻抗压降增加，端电压下降。2cos0.8()超前2I2U2NU2NI2cos0.8()滞后2cos1.0第69页/共217页当是感性负载时：曲线（2）， U U为正为正，此时随着负载电流的增加，端电压逐步下降。外特性外特性2cos0.8()超前2I2U2NU2NI2co

38、s0.8()滞后2cos1.0第70页/共217页当是容性负载时：当是容性负载时：曲线（曲线（3），）， U为为负负，此时电流超前此时电流超前电压，所以端电压电压，所以端电压上升。上升。cos0.8()超前IUNUNIcos0.8()滞后cos1.0外特性外特性第71页/共217页变压器的损耗和效率变压器的损耗和效率 1 1、变压器的功率关系、变压器的功率关系 2222cosImUP 变压器原边从电网吸收电功率P1，其中很小部分功率消耗在一次侧绕组的电阻上(pcu1=mI12R1)和铁心损耗上(pFe=mI02Rm)。其余部分通过电磁感应传给二次侧绕组，称为电磁功率Pem。二次侧绕组获得的电磁

39、功率中又有很小部分消耗在二次侧绕组的电阻上(pcu2=mI22R2)，其余的传输给负载，即输出功率:第72页/共217页2 2、效率的计算：、效率的计算：2211PpppPcuFecu2111100%100%PPpPP 1）以按给定负载条件直接给变压器加负载，测出输出）以按给定负载条件直接给变压器加负载，测出输出和输入有功功率就可以计算出来。这种方法称为直接负和输入有功功率就可以计算出来。这种方法称为直接负载法载法 。 这样，变压器的功率关系可表示如下：这样，变压器的功率关系可表示如下：所以变压器的效率为：所以变压器的效率为：第73页/共217页 2）电力变压器可以应用间接法计算效率，间接法又

40、称损耗分析法。其优点在于无需给变压器直接加负载，也无需运用等效电路计算，只要进行空载试验和短路试验，测出额定电压时的空载损耗p0和额定电流时的短路损耗pkN就可以方便地计算出任意负载下的效率。 在应用间接法求变压器的效率时通常作如下假定： 忽略变压器空载运行时的铜耗，用额定电压下的空载损耗p0来代替铁耗pFe，即pFe=p0，它不随负载大小而变化，称为不变损耗； 忽略短路试验时的铁耗，用额定电流时的短路损耗pkN来代替额定电流时的铜耗。但需要注意的是：第74页/共217页 不考虑变压器二次侧电压的变化，即认为U2=U2N不变，这样便有 P2=mU2I2 cos2 =mU2NI2N(I2/I2N

41、)cos2 = SN cos 2kNcupp2不同负载时的铜耗与负载系数的平方成正比，当短路损耗pk不是在IK=IN时测的，则pkN=(IN/IK)2pK第75页/共217页以上的假定引起的误差不大（不超过以上的假定引起的误差不大（不超过0.5），却给计算），却给计算带来很大方便，电力变压器规定都用这种方法来计算带来很大方便，电力变压器规定都用这种方法来计算效率。效率。3.3.效率特性：效率特性： 202201coskNNkNppppS 上式说明，当负载的功率因数cos 2一定时，效率随负载系数而变化。图为变压器的效率曲线。 效率的公式可变为：效率的公式可变为：第76页/共217页3.负载增加

42、，效率负载增加，效率亦随之增加。超过某一负载时，因铜亦随之增加。超过某一负载时，因铜耗与成正比增大，效率耗与成正比增大，效率反而降低，最大效率反而降低，最大效率出现在出现在 的地方。因此，取的地方。因此，取对对的导数，并令其等于零，即可的导数，并令其等于零，即可求出最高效率求出最高效率max时的负载系数时的负载系数m0dd0mkNpp1.空载时输出功率为零，所以空载时输出功率为零，所以=0。2.负载较小时，损耗相对较大，功率负载较小时，损耗相对较大，功率较低。较低。特性分析：特性分析：第77页/共217页0max2021cos2NmppS41310ppkN即当不变损耗（铁耗）等于可变损耗（铜耗

43、）时效率最大。即当不变损耗（铁耗）等于可变损耗（铜耗）时效率最大。使铁耗较小使铁耗较小变压器总是在额定电压下运行，但不可能长期满负载。变压器总是在额定电压下运行，但不可能长期满负载。为了提高运行的经济性，通常设计成为了提高运行的经济性，通常设计成m=0.50.6，这样，这样，作业：作业：3.433.49第78页/共217页3.8 3.8 三三 相相 变变 压压 器器磁路、联结组和电动势波形磁路、联结组和电动势波形 现代电力系统都采用三相制，故三相变压器使用最广泛。但三相变压器也有其特殊的问题需要研究，例如三相变压器的磁路系统、三相变压器绕组的连接方法和联结组、三相变压器空载电动势的波形和三相变

44、压器的不对称运行等。变压器的并联运行放在3.9节讨论。第79页/共217页例题例题 一台单相变压器,SN=1000kVA ,U1N/U2N=60/6.3 kV， fN=50赫，空载试验（低压侧）： U0=6300kV、I0=19.1A、P0=5000W；短路试验(高压侧)： Uk=3240kV、Ik=15.15A、Pk=14000W；试计算：(1) 用标么值计算“T”形等效电路参数；(2) 短路电压及各分量的标么值和百分值；(3) 满载且cos2=0.8(滞后)时的电压变化率及效率；(4) 当cos2=0.8(滞后)时的最大效率。第80页/共217页解：1 AUSINNN67.16601000

45、11AUSINNN73.1583 . 61000223 .8345.0)73.1581 .19(10005)()(31.873.1581 .191112*2*222002*0*0*20*0*mmmNNmNmRZXIISPIPRIIIZ激磁参数第81页/共217页kWIIPPVIIUUkNKkNkNkkN95.16)15.1567.16(14)(356515.1567.163240221105693. 001695. 0100095.160594. 06000035652*2*1*kkkNkNkNkNkNkNkRZXSppRUUUZ短路电流不是额定电流短路阻抗第82页/共217页0285. 02

46、10083. 021*2*1*2*1kkxxxrrr05693. 001695. 00594. 0*kkrkkakkxUrUZU%693. 5%695. 1%94. 5%krkakUUU 2. 阻抗电压：第83页/共217页3、电压变化率为： 0478. 0 )6 . 005693. 08 . 001695. 0( 1 )sincos(2*2*kkxru效率(%)32.97 (%)100)95.16158 . 01000195.16151 ( (%)100)cos1 (2220220KNNKNPPSPP第84页/共217页4. 最大效率时,负载系数为 543. 095.1650KNmPP最大效

47、率为 (%)75.97 (%)100)528 . 01000543. 0521 ( (%)100)2cos21 (020maxPSPNm第85页/共217页三相变压器的磁路系统三相变压器的磁路系统三相变压器的磁路系统三相变压器的磁路系统可分为：可分为： 各相磁路彼此无关各相磁路彼此无关三相组式变压器三相组式变压器 各相磁路彼此相关各相磁路彼此相关三相心式变压器三相心式变压器两大类。两大类。第86页/共217页特点：特点：1.显然各相磁路相互独立彼此无关显然各相磁路相互独立彼此无关 2.当一次侧接三相对称电源时，各相主磁通和励当一次侧接三相对称电源时，各相主磁通和励磁电源也是对称的。磁电源也是对

48、称的。 一、各相磁路独立一、各相磁路独立: : 三相变压器组或三相变压器组或组式三相变压组式三相变压器器,如图所示如图所示第87页/共217页特点：特点：在这种铁心结构的变压器中，任一瞬间某一相的磁通均以其他两相铁心为回路，因此各相磁路彼此相关联。可见，此时的各相磁通之间是相互联系的，即：可见，此时的各相磁通之间是相互联系的，即：0ABC二、各相磁路相关：二、各相磁路相关：可以由三相组式可以由三相组式变压器演变过来，如变压器演变过来，如图所示：图所示：第88页/共217页三相变压器的电路系统三相变压器的电路系统 -绕组的连接法与联结组一、绕组的端点标志与极性：一、绕组的端点标志与极性：变压器的

49、每相绕组有两个端，定义一个为首端，变压器的每相绕组有两个端，定义一个为首端，另一个为末端。出线端的标志符号：另一个为末端。出线端的标志符号： 第89页/共217页绕组名绕组名 单相变压器单相变压器三相变压器三相变压器首首 端端末末 端端首首 端端末末 端端中中 点点高压绕组高压绕组AXA B CX Y ZN低压绕组低压绕组ax a b c x y zn中压绕组中压绕组NmXmCBAmmmZYXmmmmA第90页/共217页 同极性同极性( (名名) )端端：由于变压器高、低压绕组交链着同一主磁通，当某一瞬间高压绕组的某一端为正电位时，在低压绕组上必有一个端点的电位也为正，则这两个对应的端点称为

50、同极性端，并在对应的端点上用符号“”标出。 注意：绕组的极性只决定于绕组的绕向，与绕组首、尾端的标志无关。规定绕组电动势的正方向为从首端指向规定绕组电动势的正方向为从首端指向末端。末端。当同一铁心柱上高、低压绕组首端的极性相同时，其电动势相位相同，如图所示。当首端极性不同时，高、低压绕组电动势相位相反，如图：第91页/共217页第92页/共217页二、单相变压器的联结组：二、单相变压器的联结组：1、变压器的联结组：三相变压器高、低压绕组对应的、变压器的联结组：三相变压器高、低压绕组对应的线电动势线电动势之间的相位差，通常用时钟法来表示，称为之间的相位差，通常用时钟法来表示，称为变压器的联结组。

51、变压器的联结组。 2、时钟法：即把高压绕组的线电动势相量作为时钟的时钟法：即把高压绕组的线电动势相量作为时钟的长针，且固定指向长针，且固定指向12的位置，对应的低压绕组的线电的位置，对应的低压绕组的线电动势相量作为时钟的短针，其所指的钟点数就是变压动势相量作为时钟的短针，其所指的钟点数就是变压器联结组的标号。器联结组的标号。3、单相变压器的联结组号：、单相变压器的联结组号：当高、低压绕组电动势相位相同时，联结组为当高、低压绕组电动势相位相同时，联结组为I，I0，其，其中中I，I表示高、低压绕组都是单相绕组。表示高、低压绕组都是单相绕组。当高、低压绕组电动势相位相反时，其联结组为当高、低压绕组电

52、动势相位相反时，其联结组为I，I6。第93页/共217页三、三相绕组的联结方式：三、三相绕组的联结方式： 对于三相变压器，不论是高压绕组还是低压绕组，对于三相变压器，不论是高压绕组还是低压绕组，我国主要采用我国主要采用星形连接（星形连接（Y Y连接）和三角形连接（连接）和三角形连接（D D连接）连接）两种。两种。星形连接方式：星形连接方式：以高压绕组为例，把三相绕组的个末端X、Y、Z连在一起，结成中点，而把它们的三个首端A、B、C引出，便是星形连接，以符号Y表示。三角形连接方式：三角形连接方式：如果把一相的末端和另一相首端连接起来，顺序形成一闭合电路，称为三角形连接，用D表示。 注意：相应的是

53、对于低压侧而言，用注意：相应的是对于低压侧而言，用 y,dy,d表示。表示。 第94页/共217页第95页/共217页四、三相变压器的联结组：四、三相变压器的联结组： 1 1、Y Y，y y接法接法三相变压器的联结组三相变压器的联结组高、低绕组对应线电动势之高、低绕组对应线电动势之间的相位差，不仅与绕组的极性（绕法）和首末端的标志间的相位差，不仅与绕组的极性（绕法）和首末端的标志有关，而且与绕组的连接方式有关有关，而且与绕组的连接方式有关。AE&BE&CE&ABE&ABCaE&bE&cE&aabE&, 0Y y第96页/共217页AE&BE&CE&ABE&ABCaE&bE&cE&aabE&,

54、6Y y第97页/共217页 当各相绕组同铁心柱各相绕组同铁心柱时，Y，y接法有两种情况。 1）高、低压绕组同极性端有相同的首端标志，高、低压绕组相电动势相位相同，则高、低压绕组对应线电动势和也同相位，其联结组为Y，y0。 2）同极性端有相异的端点标志，高、低压绕组相电动势相位相反，则对应的线电动势和相位也相反，因此其联结组为Y，y6。第98页/共217页若abc顺移一个位置：AE&BE&CE&ABE&ABCcE&aE&bE&aabE&, 4Y y第99页/共217页如果高低绕组的三相标记不变，将低压绕组的三相标记依次轮换，如ba，cb，ac；yx，zy，xz，则可得到其他联结组别，例如Y，y

55、4；Y，y8；Y，y10；Y，y2等偶数联结组。第100页/共217页AE&BE&CE&ABE&ABCaE&bE&cE&aabE&, 11Y dbc2 2、Y Y，d d接法接法第101页/共217页1）高、低压绕组的相电动势均从首端指向末端，线电动）高、低压绕组的相电动势均从首端指向末端，线电动势从势从A指向指向B； 2）相量图中）相量图中A、B、C与与a、b、c的排列顺序必须同为的排列顺序必须同为顺顺时针时针排列，即原、二次侧同为正相序。排列，即原、二次侧同为正相序。3）同一铁心柱上的绕组（在连接图中为上下对应的绕）同一铁心柱上的绕组（在连接图中为上下对应的绕组），首端为同极性时相电动势相

56、位相同，首端为异极组），首端为同极性时相电动势相位相同，首端为异极性时相电动势相位相反；性时相电动势相位相反；4）二次侧的标记）二次侧的标记a,b,c顺移一位置，其钟点数顺移一位置，其钟点数+4，反向，反向移移一位置，其钟点数一位置，其钟点数 4。在用相量图判断变压器的联结组时应注下几点：在用相量图判断变压器的联结组时应注下几点：第102页/共217页5) 对于Y,y或D,d连接而言,可的0,2,4,6,8,10六个偶数的联结组号. 相对于Y,d或D,y而言,就可的1,3,5,7,9,11六个奇数的联结组号.6）为了使用和制造上的方便，我国国家标准规定只生产我国国家标准规定只生产下列下列5种标

57、准联结组别的电力变压器，即种标准联结组别的电力变压器，即Y，yn0；Y，d11；YN，d11；YN，y0；Y，y0。其中以前。其中以前3种最为常种最为常用。对于单相变压器，标准联结组为用。对于单相变压器，标准联结组为I，I0。第103页/共217页三相变压器空载电动势的波形三相变压器空载电动势的波形33033303332sin32sin3(120 )2sin32sin3(240 )2sin3ABCIItIItItIItIt 在分析单相变压器的空载运行时指出，由于磁路在分析单相变压器的空载运行时指出，由于磁路存在着饱和现象，当主磁通为正弦波时，励磁电流为存在着饱和现象，当主磁通为正弦波时，励磁电

58、流为尖顶波，其中除基波外还主要包含有三次谐波。但在尖顶波，其中除基波外还主要包含有三次谐波。但在三相变压器中，三次谐波电流在时间上相位相同。即三相变压器中，三次谐波电流在时间上相位相同。即第104页/共217页 可见，在三相中三次谐波在时间上是同相位的，所以，它的流通与否与三相绕组的连接方式有关： 如果三相变压器的绕组为YN或D接法，则三次谐波电流可以流通，各相磁化电流可以为尖顶波。 如果三相变压器的绕组为Y接法接法，则三次谐波电流不能流通，认为各相磁化电流为正弦波正弦波。第105页/共217页主磁通若不是正弦波，可以分解为基波和三次谐波，对三次谐波：对三次谐波：3303330333sin3s

59、in3(120 )sin3sin3(240 )sin3ABCttttt 大小相等，相位相同： 三相组式变压器，各相磁路彼此无关，三次谐波磁通走铁心磁路，其磁阻较小； 三相心式变压器，各相磁路彼此相关，三次谐波磁通被挤到铁心柱周围的气隙，通过油箱壁构成闭合磁路，其磁阻较大；第106页/共217页 一、一、Y,yY,y连接的三相变压器：连接的三相变压器：1 1各相磁路独立的三相变压器组各相磁路独立的三相变压器组 在这种接法里，三次谐波电流不能流通，励磁电流近似为正弦波。由于铁心的饱和现象，磁通近似为平顶波，除基波外，还主要包含有三次谐波磁通，如图所示。但三次谐波磁通的大小决定于三相变压器的磁路系统

60、。三相变压器组三相变压器组,三次谐波磁通的磁阻小，三次谐波磁通较大，加之 f1=3f3 ，所以三次谐波电动势相当大，其幅值可达基波电动势幅值的4560%，导致相电动势波形严重畸变，所产生的过电压可能危害绕组的绝缘。因此，三相变压器组不能采用Y，y连接，但在线电动势中，由于三次谐波电动势互相抵消，其波形仍为正弦波。第107页/共217页 2 2 磁路彼此关联的三相心式变压器磁路彼此关联的三相心式变压器在这种磁路结构中，各相大小相等、相位相同的三次谐波磁通不能在主磁路中闭合，只能沿铁心周围的油箱壁等形成闭路，由于该磁路磁阻大，故三次谐波磁通很小，可以忽略不计，主磁通及相电动势仍可近似地看作正弦波。

61、因此，三相心式变压器可以接成Y，y连接（包括Y，yn连接）。但因三次谐波磁通经过油箱壁及其它铁夹件时会在其中产生涡流，引起局部发热，增加损耗。因此这种接法的三相心式变压器其容量一般不超过1800KVA。第108页/共217页 二、二、Y Y，d d或或D,yD,y连接的三相变压器连接的三相变压器 一次侧Y连接，电流为正弦，磁通为平顶波，二次侧产生三次谐波电动势，三次谐波电流，但该三次谐波环流对原有的三次谐波磁通有强烈的去磁作用，因此磁路中实际存在的三次谐波磁通及相应的三次谐波电动势是很小的，相电动势波形仍接近正弦波。或者从全电流定律解释，作用在主磁路的磁动势为原、二次侧磁动势之和，在Y，d连接

62、中，由一次侧提供了磁化电流的基波分量，由二次侧提供了磁化电流的三次谐波分量，其作用与由一次侧单独提供尖顶波磁化电流是等效的。D,y连接的变压器，连接的变压器，三次谐波电流在一次侧流通，相电流为尖顶波，电动势为正弦波。作业：作业：3.193.51第109页/共217页3.9 3.9 变压器的并联运行变压器的并联运行一、并联运行的定义一、并联运行的定义是指将两台或多台是指将两台或多台变压器的一次侧和二次变压器的一次侧和二次侧分别接在公共母线上，侧分别接在公共母线上，同时向负载供电的运行同时向负载供电的运行方式，如图所示方式，如图所示第110页/共217页 二、并联运行的优点：二、并联运行的优点：

63、可以提高供电的可靠性。 可以根据负荷的大小调整投入并联运行变压器的台数，以提高运行效率； 可以减少备用容量，并可随着用电量的增加，分期分批地安装新的变压器，以减少初投资。 当然，并联变压器的台数也不宜 太多，因为在总容量相同的情况下，一台大容量变压器要比几台小容量变压器造价低、基建设投资少、占地面积小。第111页/共217页 1）空载时并联的各变压器二次侧绕组之间没有环流。空载时并联的各变压器二次侧绕组之间没有环流。 2）带负载后各变压器的负载系数相等带负载后各变压器的负载系数相等。 3）负载时各变压器对应相的电流相位相同负载时各变压器对应相的电流相位相同。 1）各变压器高、低压方的额定电压分

64、别相等，）各变压器高、低压方的额定电压分别相等， 即各变即各变 压器的变比相等；压器的变比相等； 2) 各变压器的联结组相同；各变压器的联结组相同； 3）各变压器短路阻抗的标么值相等，且短路电抗与短）各变压器短路阻抗的标么值相等，且短路电抗与短 路电阻之比相等。路电阻之比相等。三、变压器的理想并联运行条件三、变压器的理想并联运行条件：四、并联运行的变压器必须满足以下三个条件：四、并联运行的变压器必须满足以下三个条件： 上述三个条件中，条件上述三个条件中，条件2必须严格保证。必须严格保证。 第112页/共217页 变比不相等时：在并联运行的变压器之间也会产生环变比不相等时：在并联运行的变压器之间

65、也会产生环流。流。 如果各变压器的联结组不同：将会在变压器的二次侧如果各变压器的联结组不同：将会在变压器的二次侧绕组所构成的回路上产生一个绕组所构成的回路上产生一个很大的电压差很大的电压差，这样的，这样的电压差作用在变压器必然产生很大的环流（几倍于额电压差作用在变压器必然产生很大的环流（几倍于额定电定电 流）它将烧坏变压器的绕组，因此联结组不同流）它将烧坏变压器的绕组，因此联结组不同的变压器绝对不能并联运行。的变压器绝对不能并联运行。 当并联运行的变压器阻抗标么值不相等时：各并联变当并联运行的变压器阻抗标么值不相等时：各并联变压器承担的负载系数将不会相等，下面分析变压器并压器承担的负载系数将不

66、会相等，下面分析变压器并联运行时的负载分配问题。联运行时的负载分配问题。五、条件不满足时的情况：五、条件不满足时的情况：第113页/共217页在实际运行中，条件在实际运行中，条件1）和）和3）可以稍有差异，但要求）可以稍有差异，但要求各并联运行的变压器其变比的差值各并联运行的变压器其变比的差值k不超过不超过 1%ABABkkkk k 第114页/共217页用标幺值表示用标幺值表示:六、变压器并联运行时的负载分配六、变压器并联运行时的负载分配设这两台并联运行的变压器联结组相同,变比相等,但是阻抗的标幺值不等,这样,从图可知 :2ABAKABKBIIII ZI Z&*AKABKBAKBBKAI ZI ZIZIZ&第115页/共217页设变压器负载运行时二次侧电压设变压器负载运行时二次侧电压U2=U2N保持不变保持不变,则负载则负载系数系数:可见可见,负载电流的标幺值与其短路阻抗的标幺值成反负载电流的标幺值与其短路阻抗的标幺值成反比比.由于短路阻抗角相差不大由于短路阻抗角相差不大,短路阻抗角的差别对并联变短路阻抗角的差别对并联变压器的负载分配影响不大压器的负载分配影响不大,因此上试可以写成标