变压器试验课件

第三章第三章 变压器变压器3-5 变压器参数测量变压器参数测量3-6 标么值标么值3-7 变压器的运行特性变压器的运行特性3-8 三相变压器的磁路、联结组、电动势波形三相变压器的磁路、联结组、电动势波形3-9 变压器的并联运行变压器的并联运行3-10 三相变压器的不对称运行三相变压器的不对称运行7/12/20241电机学 第三章 变压器第三章 变压器8/13/20231电机学 第3-5 3-5 变压器参数测量变压器参数测量n变压器的参数有励磁参数和短路参数，只有已知参数，变压器的参数有励磁参数和短路参数，只有已知参数，才能运用前面所介绍的基本方程式、等值电路或相量才能运用前面所介绍的基本方程式、等值电路或相量图求解各量。对制造好的变压器，其参数可通过实验图求解各量。对制造好的变压器，其参数可通过实验测得。测得。u一、空载试验一、空载试验u二、短路试验二、短路试验u三、短路电压三、短路电压7/12/20247/12/20242 2电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器3-5 变压器参数测量变压器的参数有励磁参数和短路参数，只一、空载实验一、空载实验n目的：通过测量空载电流和一、二次电压及空载功率目的：通过测量空载电流和一、二次电压及空载功率来计算变比、空载电流百分数、铁损和励磁阻抗。来计算变比、空载电流百分数、铁损和励磁阻抗。7/12/20247/12/20243 3电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器一、空载实验目的：通过测量空载电流和一、二次电压及空载功率来说明说明n二次侧开路，一次侧加二次侧开路，一次侧加额定电压额定电压。测量电压。测量电压U U1 1、空载、空载电流电流I I0 0、输入功率、输入功率P P0 0和开路电压和开路电压U U2020。n因变压器空载时无功率输出，所以输入的功率全部消因变压器空载时无功率输出，所以输入的功率全部消耗在变压器的内部，为铁芯损耗和空载铜耗之和。耗在变压器的内部，为铁芯损耗和空载铜耗之和。n p pFeFeII0 02 2R R1 1，故可忽略空载铜耗，认为，故可忽略空载铜耗，认为P P0 0ppFeFe=I=I0 02 2R Rm m空载电流空载电流I I0 0很小很小7/12/20247/12/20244 4电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器说明二次侧开路，一次侧加额定电压。测量电压U1、空载电流I0要求及分析：要求及分析：1 1）低压侧加电压，高压侧开路；）低压侧加电压，高压侧开路；为了便于测量和安全，空载实验一般在低压绕组上加电为了便于测量和安全，空载实验一般在低压绕组上加电压压U UN N，高压绕组开路。，高压绕组开路。为何是一条曲线？为何是一条曲线？7/12/20247/12/20245 5电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器要求及分析：1）低压侧加电压，高压侧开路；为了便于测量和安全3 3）空载电流和空载功率必须是额定电压时的值，并以此求）空载电流和空载功率必须是额定电压时的值，并以此求取励磁参数；取励磁参数；4 4）若要得到高压侧参数，须折算；）若要得到高压侧参数，须折算；注注:测得的值为归算到低压侧的值测得的值为归算到低压侧的值,如需归算到高压侧时参如需归算到高压侧时参数应乘数应乘k k2 2 Z Zm m与饱和程度有关与饱和程度有关,电压越高电压越高,磁路越饱和，磁路越饱和，Z Zm m越小越小,所所以应以额定电压下测读的数据计算励磁参数以应以额定电压下测读的数据计算励磁参数.k k：高压侧对低压侧的变比：高压侧对低压侧的变比7/12/20247/12/20246 6电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器3）空载电流和空载功率必须是额定电压时的值，并以此求取励磁参5）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；相值；7/12/20247/12/20247 7电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器5）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；8/17/12/20247/12/20248 8电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器8/13/20238电机学 第三章 变压器7/12/20247/12/20249 9电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器8/13/20239电机学 第三章 变压器7/12/20247/12/20241010电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器8/13/202310电机学 第三章 变压器二、短路实验二、短路实验n目的：通过测量短路电流、短路电压及短路功率来计目的：通过测量短路电流、短路电压及短路功率来计算变压器的短路电压百分数、铜损和短路阻抗。算变压器的短路电压百分数、铜损和短路阻抗。7/12/20247/12/20241111电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器二、短路实验目的：通过测量短路电流、短路电压及短路功率来计算要求及分析要求及分析1 1）高压侧加电压，低压侧短路；）高压侧加电压，低压侧短路；由于变压器短路阻抗很小，如果在额定电压下短由于变压器短路阻抗很小，如果在额定电压下短路，则短路电流可达（路，则短路电流可达（9.59.52020）I IN N，将损坏变压器，将损坏变压器，所以做短路试验时，外施电压必须很低，通常为所以做短路试验时，外施电压必须很低，通常为（0.050.050.150.15）U UN N，以限制短路电流。，以限制短路电流。得到的参数为高压侧参数得到的参数为高压侧参数7/12/20247/12/20241212电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器要求及分析1）高压侧加电压，低压侧短路；由于变压器短短路阻抗短路阻抗Z Zk k是常数是常数直线直线抛物线抛物线3 3）由于外加电压很小，主磁通很少，铁损耗很）由于外加电压很小，主磁通很少，铁损耗很少，忽略铁损，认为少，忽略铁损，认为 。7/12/20247/12/20241313电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器短路阻抗Zk是常数直线抛物线3）由于外加电压很小，主磁通很少4 4）参数计算）参数计算对对T T型等效电路：型等效电路：5 5）记录实验室的室温；）记录实验室的室温；7/12/20247/12/20241414电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器4）参数计算对T型等效电路：5）记录实验室的室温；8/13/6 6）温度折算：电阻应换算到基准工作温度时的数值。）温度折算：电阻应换算到基准工作温度时的数值。7 7）若要得到低压侧参数，须折算；）若要得到低压侧参数，须折算；试验时的室温试验时的室温T T0 0=234.5=234.5短路试验时电压加在高压侧，测出的参数是折算到高压短路试验时电压加在高压侧，测出的参数是折算到高压侧的数值，如需要求低压侧的参数应除以侧的数值，如需要求低压侧的参数应除以k k2 2。k k：高压侧对低压侧的变比：高压侧对低压侧的变比7/12/20247/12/20241515电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器6）温度折算：电阻应换算到基准工作温度时的数值。7）若要得到8 8）对对三相三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；值；7/12/20247/12/20241616电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器8）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；8/1三、短路电压三、短路电压标在铭牌上的参数标在铭牌上的参数n短路电压，短路阻抗短路电压，短路阻抗Z Zk75k75与一次侧额定电流与一次侧额定电流I I1N1N的乘积。的乘积。短路电压也称为阻抗电压。短路电压也称为阻抗电压。通常用它与一次侧额定电压的比值来表示通常用它与一次侧额定电压的比值来表示7/12/20247/12/20241717电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器三、短路电压标在铭牌上的参数短路电压，短路阻抗Zk75阻抗电压用额定电压百分比表示时有阻抗电压用额定电压百分比表示时有:上式表明，阻抗电压就是变压器短路并且短路电流达额定上式表明，阻抗电压就是变压器短路并且短路电流达额定值时所值时所一次侧所加电压一次侧所加电压与与一次侧额定电压一次侧额定电压的比值，所以称的比值，所以称为短路电压。为短路电压。7/12/20247/12/20241818电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器阻抗电压用额定电压百分比表示时有:上式表明，阻抗电压就是变n短路电压的大小直接反映短路阻抗的大小，而短路阻短路电压的大小直接反映短路阻抗的大小，而短路阻抗又直接影响变压器的运行性能。抗又直接影响变压器的运行性能。n从正常运行角度看，希望它小些，这样可使漏阻抗压从正常运行角度看，希望它小些，这样可使漏阻抗压降小些，副边电压随负载波动小些；但从限制短路电降小些，副边电压随负载波动小些；但从限制短路电流角度，希望它大些，变压器发生短路时，相应的短流角度，希望它大些，变压器发生短路时，相应的短路电流就小些。路电流就小些。7/12/20247/12/20241919电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器短路电压的大小直接反映短路阻抗的大小，而短路阻抗又直接影响变7/12/20247/12/20242020电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器8/13/202320电机学 第三章 变压器7/12/20247/12/20242121电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器8/13/202321电机学 第三章 变压器3-6 标么值标么值n在电力工程中，对在电力工程中，对电压、电流、阻抗和功率等物理量电压、电流、阻抗和功率等物理量的计算，常常采用其的计算，常常采用其标么值标么值。u先选定一个物理量的先选定一个物理量的同单位同单位某一数值作为基准值某一数值作为基准值（简称基值）然后取该物理量的实际值与该基准值（简称基值）然后取该物理量的实际值与该基准值相比所得的比值即称为该物理量的标么值，即相比所得的比值即称为该物理量的标么值，即一、定义一、定义 标幺值在其原符号右上角加标幺值在其原符号右上角加“*”“*”号表示。号表示。基值采用下标基值采用下标“b”“b”。实际值：有名值实际值：有名值7/12/202422电机学 第三章 变压器3-6 标么值在电力工程中，对电压、电流、阻抗和功率等物理二、基值的确定二、基值的确定1.1.基值的选取是任意的，基值的选取是任意的，通常以额定值为基准值。通常以额定值为基准值。2.2.各侧的物理量以各自侧的额定值为基准；各侧的物理量以各自侧的额定值为基准；1.1.线值以额定线值为基准值，相值以额定相值为基线值以额定线值为基准值，相值以额定相值为基准值；准值；2.2.单相值以额定单相值为基准值，三相值以额定三单相值以额定单相值为基准值，三相值以额定三相值为基准值；相值为基准值；例如：变压器一、二次侧：例如：变压器一、二次侧：S S1b1b=S=S2b2b=S=SN N、U U1b1b=U=U1N1N、U U2b2b=U=U2N2N三相变压器基值：三相变压器基值：S Sb b=S=SN N=3U=3UN NI IN N=3U=3UN NI IN N7/12/202423电机学 第三章 变压器二、基值的确定基值的选取是任意的，通常以额定值为基准值。例如n注意：存在有相互关系的四个物理量（注意：存在有相互关系的四个物理量（U U、I I、Z Z、S S）中，所选基值的个数并不是任意的，当某两个物理量中，所选基值的个数并不是任意的，当某两个物理量的基值已被确定，其余物理量的基值跟着确定。的基值已被确定，其余物理量的基值跟着确定。u例如单相变压器，选定一次侧的额定电压例如单相变压器，选定一次侧的额定电压U U1N1N和额定和额定电流电流I I1N1N作为电压和电流的基值：作为电压和电流的基值：l一次侧阻抗的基值即：一次侧阻抗的基值即：Z Z1b1b=Z=Z1N1N=U=U1N1N/I/I1N1Nl一次侧功率的基值即：一次侧功率的基值即：S S1b1b=S=S1N1N=U=U1N1NI I1N1N7/12/202424电机学 第三章 变压器注意：存在有相互关系的四个物理量（U、I、Z、S）中，所选基3.3.U U和和E E的基准值为的基准值为U UB B；R R、X X、Z Z的基准值为的基准值为Z ZB B；P P、Q Q和和S S的基准值为的基准值为S SB B。4.4.系统（如电力系统）装有多台变压器（电机），选择系统（如电力系统）装有多台变压器（电机），选择某一特定的某一特定的S Sb b作为整个系统的功率基值。系统中各变压作为整个系统的功率基值。系统中各变压器标幺值均换算到以器标幺值均换算到以S Sb b作为功率基值时的标幺值。作为功率基值时的标幺值。5.5.百分值百分值=标么值标么值100%100%7/12/202425电机学 第三章 变压器3.U和E的基准值为UB；R、X、Z的基准值为ZB；P、Q和三、变压器一、二次侧相电压、相电流、漏阻抗的标幺三、变压器一、二次侧相电压、相电流、漏阻抗的标幺值值漏阻抗的标幺值：漏阻抗的标幺值：7/12/202426电机学 第三章 变压器三、变压器一、二次侧相电压、相电流、漏阻抗的标幺值漏阻抗的标四、应用标幺值的优缺点四、应用标幺值的优缺点额定值的标幺值等于额定值的标幺值等于1 1。采用标幺值时，不论变压器。采用标幺值时，不论变压器的容量大小，变压器的参数和性能指标总在一定的的容量大小，变压器的参数和性能指标总在一定的范围内，便于分析和比较。范围内，便于分析和比较。u如电力变压器的短路阻抗标幺值如电力变压器的短路阻抗标幺值z zk k*=0.030.10=0.030.10，如果求出的短路阻抗标幺值不在此范围内，就应如果求出的短路阻抗标幺值不在此范围内，就应核查一下是否存在计算或设计错误。核查一下是否存在计算或设计错误。u例如例如 p138 I p138 I0 0*、z zk k*的范围的范围1 1、应用标幺值的优点、应用标幺值的优点7/12/202427电机学 第三章 变压器四、应用标幺值的优缺点额定值的标幺值等于1。采用标幺值时，不采用标幺值时，原、副边各物理量不需进行折算，采用标幺值时，原、副边各物理量不需进行折算，便于计算。便于计算。n如副边电压向原边折算，采用标幺值：如副边电压向原边折算，采用标幺值：注意基值选择，应选一次侧基值注意基值选择，应选一次侧基值采用标幺值能直观地表示变压器的运行情况。采用标幺值能直观地表示变压器的运行情况。u如已知一台运行着的变压器端电压和电流为如已知一台运行着的变压器端电压和电流为35kV35kV、20A20A，从这些实际数据上判断不出什么问题，但如果，从这些实际数据上判断不出什么问题，但如果已知它的标幺值为已知它的标幺值为U Uk k*=1.0*=1.0、I Ik k*=0.6*=0.6，说明这台变，说明这台变压器欠载运行。压器欠载运行。7/12/202428电机学 第三章 变压器采用标幺值时，原、副边各物理量不需进行折算，便于计算。注意基相电压和线电压标幺值恒相等，相电流和线电流标幺相电压和线电压标幺值恒相等，相电流和线电流标幺值恒相等；值恒相等；某些意义不同的物理量标么值相等某些意义不同的物理量标么值相等7/12/202429电机学 第三章 变压器相电压和线电压标幺值恒相等，相电流和线电流标幺值恒相等；8/采用标幺值时，变压器的短路阻抗标幺值与额定电流下采用标幺值时，变压器的短路阻抗标幺值与额定电流下的短路电压标幺值相等，即有：的短路电压标幺值相等，即有：短路阻抗电压短路阻抗电压的电阻分量的电阻分量短路阻抗电压短路阻抗电压的电抗分量的电抗分量短路阻抗电压短路阻抗电压7/12/202430电机学 第三章 变压器采用标幺值时，变压器的短路阻抗标幺值与额定电流下的短路电压标2、缺点、缺点n标么值没有单位，物理意义不明确。标么值没有单位，物理意义不明确。7/12/202431电机学 第三章 变压器2、缺点标么值没有单位，物理意义不明确。8/13/20237/12/202432电机学 第三章 变压器8/13/202332电机学 第三章 变压器7/12/202433电机学 第三章 变压器8/13/202333电机学 第三章 变压器7/12/202434电机学 第三章 变压器8/13/202334电机学 第三章 变压器3-7 3-7 变压器的运行特性变压器的运行特性n电压变化程度电压变化程度由于变压器内部存在着电阻和漏抗，由于变压器内部存在着电阻和漏抗，负载时产生电阻压降和漏抗压降，导致次级侧电压随负负载时产生电阻压降和漏抗压降，导致次级侧电压随负载电流变化而变化。载电流变化而变化。n电压变化率电压变化率定义：一次侧加定义：一次侧加50Hz50Hz额定电压、二次空载电额定电压、二次空载电压与带负载后在某功率因数下的二次电压之差，与二次压与带负载后在某功率因数下的二次电压之差，与二次额定电压的比值。额定电压的比值。一、电压变化率一、电压变化率用副边量表示用副边量表示用原边量表示用原边量表示k7/12/202435电机学 第三章 变压器3-7 变压器的运行特性电压变化程度由于变压器内部存在n电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之一电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之一,它它大小反映了供电电压的稳定性。大小反映了供电电压的稳定性。7/12/202436电机学 第三章 变压器电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之一,它大小反映了供根据简化等值电路的相量图推导出电压变化率的公式根据简化等值电路的相量图推导出电压变化率的公式=I=I1 1/I/I1N1N=I=I2 2/I/I2N2N=I=I1 1*=I=I2 2*变压器的负载系数变压器的负载系数P忽略励磁电流时：忽略励磁电流时：b=ac+cb=ac+db7/12/202437电机学 第三章 变压器根据简化等值电路的相量图推导出电压变化率的公式=I1/I1 分析分析 U U公式公式1 1、电压调整率随着负载电流的增加而正比增大。、电压调整率随着负载电流的增加而正比增大。I I2 22 2、电压调整率与负载的性质有关。电压调整率与负载的性质有关。3、与漏阻抗值有关、与漏阻抗值有关a a、2 2=0=0:coscos 2 2=1=1；sinsin 2 2=0=0 电阻性负载电阻性负载 I I2 2 U U很小很小Rk*Xk*b b、2 20:cos0:cos 2 200；sinsin 2 20 0 纯电阻电感性负载纯电阻电感性负载RRk k*coscos 2 200，X Xk k*sinsin 2 20 0 U0U0，说明：，说明：1 1）负载后）负载后U U2 2UU2020=U=U2N2N；2 2）随着）随着I I2 2 U U，U U2 2。7/12/202438电机学 第三章 变压器 分析U公式1、电压调整率随着负载电流的增加而正比增大。c c、2 20:cos00；sinsin 2 20 00，X Xk k*sinsin 2 200；RRk k*coscos 2 2XXk k*sinsin 2 2,U0,UUU2020=U=U2N2N；2)2)随着随着I I2 2 U0,UU0,U2 2。1.001.0超前超前滞后滞后图图 变压器的外特性变压器的外特性7/12/202439电机学 第三章 变压器c、20；sin20 电阻电容性负n由外特性图，负载功率因数性质不同，对主磁通的影由外特性图，负载功率因数性质不同，对主磁通的影响不同，变压器的端电压变化亦不同。响不同，变压器的端电压变化亦不同。u纯电阻负载，端电压变化较小；纯电阻负载，端电压变化较小；u感性负载时主磁通感性负载时主磁通呈呈去磁作用，为了维持去磁作用，为了维持不变，不变，必须使原边电流增加，同时短路阻抗压降也增加，其必须使原边电流增加，同时短路阻抗压降也增加，其结果造成副边电压下降；结果造成副边电压下降；u容性负载对主磁通容性负载对主磁通呈增磁作用，为了维持呈增磁作用，为了维持不变，不变，必须减小原边电流，除了补偿短路阻抗压降外，其余必须减小原边电流，除了补偿短路阻抗压降外，其余部分使副边电压增高。部分使副边电压增高。1.001.07/12/202440电机学 第三章 变压器由外特性图，负载功率因数性质不同，对主磁通的影响不同，变压器负载大小负载大小=I=I1 1I I1N1N=I=I2 2I I2N2N漏阻抗漏阻抗R Rk k，X Xk k负载性质负载性质 2 2，容性负载，容性负载UU0 0，感性负载，感性负载UU0 0即：即：输出端电压可能超过额定电压输出端电压可能超过额定电压小节小节7/12/202441电机学 第三章 变压器负载大小=I1I1N=I2I2N即：输出端电压可能 变压器外特性的引申内容变压器外特性的引申内容n变压器运行，二次侧电压随负载变化而变化，如果电变压器运行，二次侧电压随负载变化而变化，如果电压变化范围太大，则给用户带来很大的影响。为了保压变化范围太大，则给用户带来很大的影响。为了保证二次侧电压在一定范围内变化，必须进行电压调整。证二次侧电压在一定范围内变化，必须进行电压调整。n通常在变压器的高压绕组上设有抽头通常在变压器的高压绕组上设有抽头(分接头分接头)，用以，用以调节高压绕组的匝数调节高压绕组的匝数(调节变化调节变化)，调节二次侧电压。，调节二次侧电压。7/12/202442电机学 第三章 变压器 变压器外特性的引申内容变压器运行，二次侧电压随负载变化而1、损耗、损耗n变压器运行中有两种损耗：铜耗变压器运行中有两种损耗：铜耗p pCuCu；铁耗；铁耗p pFeFe（每一类（每一类包括基本损耗和杂散损耗）包括基本损耗和杂散损耗）p pCuCu：指电流流过绕组时所产生的直流电阻损耗：指电流流过绕组时所产生的直流电阻损耗基本铜耗基本铜耗:一次绕组铜耗一次绕组铜耗p pcu1cu1=I=I1 12 2R R1 1；二次绕组铜耗；二次绕组铜耗p pcu2cu2=I=I2 22 2R R2 2附加损耗附加损耗:因集肤效应引起的损耗以及漏磁场在结构部件中因集肤效应引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等引起的涡流损耗等铜损耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。铜损耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。二、效率二、效率pcu I27/12/202443电机学 第三章 变压器1、损耗变压器运行中有两种损耗：铜耗pCu；铁耗pFe（每一基本铁耗基本铁耗p pFeFe:磁滞损耗和涡流损耗。磁滞损耗和涡流损耗。附加损耗附加损耗:由铁心叠片间绝缘损伤引起的局部涡流损耗、由铁心叠片间绝缘损伤引起的局部涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。铁损耗与外加电压铁损耗与外加电压(B(Bm m)大小有关，大小有关，U U1 1一般不变，称为不变一般不变，称为不变损耗。损耗。p19p19p20 p20 铁耗公式铁耗公式7/12/202444电机学 第三章 变压器基本铁耗pFe:磁滞损耗和涡流损耗。铁损耗与外加电压(Bm)变压器功率平衡及损耗示意图变压器功率平衡及损耗示意图p pcu1cu1p pcu2cu2p pFeFep pcu1cu1p pFeFeP1P2p pcu2cu2Pem7/12/202445电机学 第三章 变压器变压器功率平衡及损耗示意图pcu1pcu2pFepcu1pF2、效率的定义、效率的定义n效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。n效率大小反映变压器运行的经济性能的好坏，是表征效率大小反映变压器运行的经济性能的好坏，是表征变压器运行性能的重要指标之一。变压器运行性能的重要指标之一。一般小型变压器的效率一般小型变压器的效率9595 大型变压器的效率高达大型变压器的效率高达99997/12/202446电机学 第三章 变压器2、效率的定义效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。一假定：假定：3、间接法求效率、间接法求效率7/12/202447电机学 第三章 变压器假定：3、间接法求效率8/13/202347电机学 第三n变压器效率的大小与负载的大小、功率因数及变压器变压器效率的大小与负载的大小、功率因数及变压器本身参数有关。本身参数有关。n效率特性：在功率因数一定时，变压器的效率与负载效率特性：在功率因数一定时，变压器的效率与负载电流之间的关系电流之间的关系=f(),=f(),称为变压器的效率特性。称为变压器的效率特性。轻载轻载负载较大负载较大7/12/202448电机学 第三章 变压器变压器效率的大小与负载的大小、功率因数及变压器本身参数有关。当铜损耗当铜损耗=铁损耗铁损耗(可变损耗可变损耗=不变损耗不变损耗)时时,变压器效率最大：变压器效率最大：或u为了提高变压器的运行效益，设计时应使变压器的铁耗小些。为了提高变压器的运行效益，设计时应使变压器的铁耗小些。u变压器长期工作在额定电压下，但不可能长期满载运行，为了提高变压器长期工作在额定电压下，但不可能长期满载运行，为了提高运行效率运行效率,设计时取设计时取m m=0.4=0.40.60.6P P0 0/P/PkNkN=3=36 6；我国新；我国新S S9 9系列配电变系列配电变压器压器p pkNkN/P/P0 0=6=67.57.57/12/202449电机学 第三章 变压器当铜损耗=铁损耗(可变损耗=不变损耗)时,变压器效率最大：或7/12/202450电机学 第三章 变压器8/13/202350电机学 第三章 变压器7/12/202451电机学 第三章 变压器8/13/202351电机学 第三章 变压器7/12/202452电机学 第三章 变压器8/13/202352电机学 第三章 变压器 单相变压器要点单相变压器要点1.变压器基本工作原理变压器基本工作原理2.变压器的额定值变压器的额定值3.变压器磁路中的主、漏磁通变压器磁路中的主、漏磁通4.铁心饱和时的励磁电流成分铁心饱和时的励磁电流成分5.电势平衡、磁势平衡、功率平衡电势平衡、磁势平衡、功率平衡6.变压器的电抗参数（分析时和磁通对应）变压器的电抗参数（分析时和磁通对应）7.变压器的主要性能指标（电压变化率和效率）变压器的主要性能指标（电压变化率和效率）8.标幺值标幺值7/12/202453电机学 第三章 变压器 单相变压器要点变压器基本工作原理8/13/2023533-8 三相变压器磁路、联结组、电动势波形三相变压器磁路、联结组、电动势波形一、三相变压器磁路系统一、三相变压器磁路系统1、组式磁路变压器、组式磁路变压器特点：三相磁路彼此无关联特点：三相磁路彼此无关联，各相的励磁电流在数，各相的励磁电流在数值上完全相等值上完全相等7/12/202454电机学 第三章 变压器3-8 三相变压器磁路、联结组、电动势波形一、三相变压器磁组式应用组式应用n三相组式变压器优点是：对特大容量的变压器制造容三相组式变压器优点是：对特大容量的变压器制造容易，备用量小。但其铁芯用料多，占地面积大，只适易，备用量小。但其铁芯用料多，占地面积大，只适用于超高压、特大容量的场合。用于超高压、特大容量的场合。7/12/202455电机学 第三章 变压器组式应用三相组式变压器优点是：对特大容量的变压器制造容易，备2、心式磁路变压器、心式磁路变压器n特点：三相磁路彼此有关联特点：三相磁路彼此有关联，磁路长度不等，当外，磁路长度不等，当外加三相对称电压时，三相磁通对称，三相磁通之和加三相对称电压时，三相磁通对称，三相磁通之和等于零。等于零。在结构上省去中在结构上省去中间的芯柱间的芯柱7/12/202456电机学 第三章 变压器2、心式磁路变压器特点：三相磁路彼此有关联，磁路长度不等，心式心式应用应用n节省材料，体积小，效率高，维护方便。大、中、小节省材料，体积小，效率高，维护方便。大、中、小容量的变压器广泛用于电力系统中。容量的变压器广泛用于电力系统中。7/12/202457电机学 第三章 变压器心式应用节省材料，体积小，效率高，维护方便。大、中、小容量的二、联接组别二、联接组别（一）（一）联结法联结法绕组标记绕组标记绕组名称绕组名称 单相变压器单相变压器 三相变压器三相变压器 中性点中性点 首端首端 末端末端首端首端 末端末端高压绕组高压绕组AXA、B、CX、Y、ZN低压绕组低压绕组axa、b、c x、y、zn7/12/202458电机学 第三章 变压器二、联接组别（一）联结法绕组标记绕组名称 单相变压器 绕组名称绕组名称单相变压器单相变压器三相变压器三相变压器中性点中性点首端首端末端末端首端首端末端末端高压绕组高压绕组U1U1U2U2U1U1、V2V2、W1W1U2U2、V2V2、W2W2N N低压绕组低压绕组u1u1u2u2u1u1、v1v1、w1w1u2u2、v2v2、w2w2n n或者有的记法或者有的记法绕组标记绕组标记7/12/202459电机学 第三章 变压器绕组名称单相变压器三相变压器中性点首端末端首端末端高压绕组U两种三相绕组接线两种三相绕组接线:星形联结、三角形联结星形联结、三角形联结1、星形联结、星形联结n把三相绕组的三个末端连在一起，而把它们的首端引出把三相绕组的三个末端连在一起，而把它们的首端引出n三个末端连接在一起形成中性点，如果将中性点引出，三个末端连接在一起形成中性点，如果将中性点引出，就形成了三相四线制了，表示为就形成了三相四线制了，表示为YN或或yn。顺时针方向：顺时针方向：A A超前超前B B超前超前C C各各1201207/12/202460电机学 第三章 变压器两种三相绕组接线:星形联结、三角形联结1、星形联结把三相绕组2、三角形联结、三角形联结n把一相的末端和另一相的首端连接起来，顺序连接成一闭把一相的末端和另一相的首端连接起来，顺序连接成一闭合电路。两种接法：合电路。两种接法：AX-BY-CZAX-BY-CZAX-CZ-BYAX-CZ-BY7/12/202461电机学 第三章 变压器2、三角形联结把一相的末端和另一相的首端连接起来，顺序连接成绕组接法表示绕组接法表示YY，y y 或或 YN YN，y y 或或 Y Y，ynynYY，d d 或或 YN YN，d dDD，y y 或或 D D，ynynDD，d dn高压绕组接法大写，低压绕组接法小写，字母高压绕组接法大写，低压绕组接法小写，字母N N、n n是星形接法的中点引出标志。是星形接法的中点引出标志。7/12/202462电机学 第三章 变压器绕组接法表示Y，y 或 YN，y 或 Y，yn8/13/2（二）联结组（二）联结组n变压器的同一相高、低压绕组都是绕在同一铁芯柱上，变压器的同一相高、低压绕组都是绕在同一铁芯柱上，并被同一主磁通链绕，当主磁通交变时，在高、低压并被同一主磁通链绕，当主磁通交变时，在高、低压绕组中感应的电势之间存在一定的极性关系。绕组中感应的电势之间存在一定的极性关系。1 1、高低压绕组中电势的相位、高低压绕组中电势的相位同名端决于绕组的绕制方向同名端决于绕组的绕制方向7/12/202463电机学 第三章 变压器（二）联结组变压器的同一相高、低压绕组都是绕在同一铁芯柱上，2、同名端、同名端n在任一瞬间，高压绕组的某一端的电位为正时，低压在任一瞬间，高压绕组的某一端的电位为正时，低压绕组也有一端的电位为正，这两个绕组间同极性的一绕组也有一端的电位为正，这两个绕组间同极性的一端称为同名端，记作端称为同名端，记作“”。7/12/202464电机学 第三章 变压器2、同名端在任一瞬间，高压绕组的某一端的电位为正时，低压绕组一、二次绕组的同极性端一、二次绕组的同极性端同标志时，一、二次绕组同标志时，一、二次绕组的电动势同相位。的电动势同相位。一、二次绕组的同极性端一、二次绕组的同极性端异标志时，一、二次绕组异标志时，一、二次绕组的电动势反相位。的电动势反相位。7/12/202465电机学 第三章 变压器一、二次绕组的同极性端同标志时，一、二次绕组的电动势同相位。3、时钟表示法、时钟表示法n高压绕组线电势高压绕组线电势长针，永远指向长针，永远指向“12”“12”点钟点钟n低压绕组线电势低压绕组线电势短针，根据高、低压绕组线电势短针，根据高、低压绕组线电势之间的相位指向不同的钟点。之间的相位指向不同的钟点。7/12/202466电机学 第三章 变压器3、时钟表示法高压绕组线电势长针，永远指向“12”点钟8例如例如 单相变压器单相变压器uI,II,I表示初级、次级都是单相绕表示初级、次级都是单相绕组组u0 0和和6 6表示联结组号。表示联结组号。u单相变压器的标准连接组单相变压器的标准连接组I,I0I,I07/12/202467电机学 第三章 变压器例如 单相变压器I,I表示初级、次级都是单相绕组8/13（三）、三相变压器的连接组别（三）、三相变压器的连接组别n联结组别：反映三相变压器连接方式及一、二次线电联结组别：反映三相变压器连接方式及一、二次线电动势（或线电压）的相位关系。动势（或线电压）的相位关系。n三相变压器的连接组别不仅与绕组的绕向和首末端标三相变压器的连接组别不仅与绕组的绕向和首末端标志有关，而且还与三相绕组的连接方式有关。志有关，而且还与三相绕组的连接方式有关。n理论和实践证明，无论采用怎样的连接方式，一、二理论和实践证明，无论采用怎样的连接方式，一、二次侧线电动势（电压）的相位差总是次侧线电动势（电压）的相位差总是3030的整数倍。的整数倍。7/12/202468电机学 第三章 变压器（三）、三相变压器的连接组别联结组别：反映三相变压器连接方式根据三相变压器绕组联结方式（根据三相变压器绕组联结方式（Y Y或或y y、D D或或d d）画出高、）画出高、低压绕组接线图；低压绕组接线图；在接线图上标出相电势和线电势的假定正方向；在接线图上标出相电势和线电势的假定正方向；画出高压绕组电势相量图，根据单相变压器判断同一画出高压绕组电势相量图，根据单相变压器判断同一相的相电势方法，将相的相电势方法，将A A、a a重合，再画出低压绕组的电重合，再画出低压绕组的电势相量图（画相量图时应注意三相量按顺相序画）；势相量图（画相量图时应注意三相量按顺相序画）；根据高、低压绕组线电势相位差，确定联结组别的标根据高、低压绕组线电势相位差，确定联结组别的标号。号。确定三相变压器联结组别的步骤确定三相变压器联结组别的步骤7/12/202469电机学 第三章 变压器根据三相变压器绕组联结方式（Y或y、D或d）画出高、低压绕CBA1、Yy0CBAX、Y、Zabcx、y、zABab7/12/202470电机学 第三章 变压器CBA1、Yy0CBAX、Y、Zabcx、y、zAB2、Yy61807/12/202471电机学 第三章 变压器2、Yy61808/13/202371电机学 第三3、Yy4注意注意abcabc顺序错顺序错过一个过一个铁心柱铁心柱1207/12/202472电机学 第三章 变压器3、Yy4注意abc顺序错过一个铁心柱1208/13/2nYyYy总结总结nYyYy联结的三相变压器，共有联结的三相变压器，共有Yy0Yy0、Yy4Yy4、Yy8Yy8、Yy6Yy6、Yy10Yy10、Yy2Yy2六种联结组别，标号为偶数。六种联结组别，标号为偶数。若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可以得到可以得到Yy4Yy4、Yy8Yy8连接组别。若异名端在对应端，可得到连接组别。若异名端在对应端，可得到Yy6Yy6、Yy10Yy10和和Yy2Yy2连接组别。连接组别。我国标准规定生产：我国标准规定生产：Yyn0 Yyn0、YNy0YNy0、Yy0Yy07/12/202473电机学 第三章 变压器Yy总结若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可cab4、Yd1307/12/202474电机学 第三章 变压器cab4、Yd1308/13/202374电机5、Yd5ACBc xz ba y150abX、Y、Z7/12/202475电机学 第三章 变压器5、Yd5ACBc xz ba y150abX、Y、6、Yd11330ACBc xb za y abX、Y、Z7/12/202476电机学 第三章 变压器6、Yd11330ACBc xb za y abX、nYdYd联结组别总结：联结组别总结：nYdYd联结的三相变压器，共有联结的三相变压器，共有Yd1Yd1、Yd5Yd5、Yd9Yd9、Yd7Yd7、Yd11Yd11、Yd3Yd3六种联结组别，标号为奇数。六种联结组别，标号为奇数。若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可以得到以得到Y,d3Y,d3、Y,d7Y,d7连接组别。若异名端在对应端，可得到连接组别。若异名端在对应端，可得到Y Y，d5d5、Y,d9Y,d9和和Y,d11Y,d11连接组别。连接组别。我国标准规定生产：我国标准规定生产：Yd11Yd11、YNd11 YNd117/12/202477电机学 第三章 变压器Yd联结组别总结：若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依例例1 1：将变压器接成联接组标号：将变压器接成联接组标号Dy1Dy1，并画电动势相量图，并画电动势相量图ABCXYZ初级初级接接AXAXCZCZBYBY联结联结初级初级接接AXAXBYBYCZCZ联结联结7/12/202478电机学 第三章 变压器例1：将变压器接成联接组标号Dy1，并画电动势相量图ABCXYZ例例1 1：将变压器接成联接组标号：将变压器接成联接组标号Dy1Dy1，并画电动势相量图，并画电动势相量图 a.初级初级 接接AX-CZ-BY联结联结b.画出高压侧电势相量画出高压侧电势相量，并标上，并标上AX，CZ，BYA(Y)B(Z)C(X)ABABBY7/12/202479电机学 第三章 变压器ABCXYZ例1：将变压器接成联接组标号Dy1，c.c.画出低压侧电势相量画出低压侧电势相量，并使，并使 abab滞后滞后E EABAB3030，同时画出，同时画出 axax，byby，czcz。(相序原则顺时针相序原则顺时针a-b-c)a-b-c)d.d.由相量图知：由相量图知：axax与与 AXAX同向，表明次级同向，表明次级axax绕组与初级绕组与初级AXAX绕组绕组在同一铁心柱上，且在同一铁心柱上，且a a与与A A为同极性端。同理为同极性端。同理byby与与BYBY同相；同相；czcz与与CZCZ同相。同相。A(Y)abcB(Z)C(X)ABAB abab30e.e.将次级将次级x,y,zx,y,z连在一起，接成连在一起，接成Y Y形。形。AXaxbyczaxAXx、y、z7/12/202480电机学 第三章 变压器c.画出低压侧电势相量，并使ab滞后EAB30，同时画例例2 2 将变压器接成联接组标号为将变压器接成联接组标号为Dy1,Dy1,画电动势相量图画电动势相量图 a.a.初级初级接接AX-BY-CZAX-BY-CZ联结联结ABCXYZb.b.画初级电势相量画初级电势相量，并标上，并标上AXAX，BYBY，CZCZABA(Z)A(Z)B(X)B(X)C(Y)C(Y)ABAX7/12/202481电机学 第三章 变压器例2 将变压器接成联接组标号为Dy1,画电动势相量图 a.c.c.画出初级电势相量画出初级电势相量，使，使 abab滞后滞后 ABAB3030，同时画，同时画 axax，byby，czcz。(相序顺时针相序顺时针a-b-c)a-b-c)d.d.由相量图知：由相量图知：AXAX与与 byby反向，表明次级反向，表明次级AXAX绕组与初级绕组与初级byby绕组在同一铁心柱上，且绕组在同一铁心柱上，且A A与与y y为同极性端。同理为同极性端。同理BYBY与与czcz反反相；相；CZCZ与与axax反相反相e.e.将次级将次级x,y,zx,y,z连在一起，接成连在一起，接成Y Y形形A(Z)A(Z)B(X)B(X)C(Y)C(Y)ABAXabc AXAX与与 byby反向反向AXaxbyczZCBYx、y、z7/12/202482电机学 第三章 变压器c.画出初级电势相量，使ab滞后AB30，同时画a例例3 3 变压器绕组如图，画出电动势相量图，判断联接组别变压器绕组如图，画出电动势相量图，判断联接组别cabzxy1 1）画出一次绕组的相量图）画出一次绕组的相量图2)2)判断相位关系判断相位关系3)3)依据相序的原则，画二次绕组相量图，并判依据相序的原则，画二次绕组相量图，并判断联接组标号。断联接组标号。D,y11 D,y11XYZABCAa(Y)B(Z)C(X)ABabAXBYbcBY与与ax反向反向x、y、z3307/12/202483电机学 第三章 变压器例3 变压器绕组如图，画出电动势相量图，判断联接组别c练习练习:变压器绕组如图，画电动势相量图，判断联接组标号变压器绕组如图，画电动势相量图，判断联接组标号ax与与BY同相同相by与与CZ同相同相cz与与AX同相同相 Y,d3zxycabXYZABCA aBCXYZc xb zyEABEab7/12/202484电机学 第三章 变压器练习:变压器绕组如图，画电动势相量图，判断联接组标号ax与B 用相量图判定变压器的连接组别时应注意：用相量图判定变压器的连接组别时应注意：1.绕组的极性只表示绕组的绕法，与绕组的首、末端绕组的极性只表示绕组的绕法，与绕组的首、末端标志无关；标志无关；2.高、低压绕组的相电动势均从首端指向末端，线电高、低压绕组的相电动势均从首端指向末端，线电动势由动势由A指向指向B；3.同一铁心柱上的绕组，首端为同极性时相电动势相同一铁心柱上的绕组，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。位相同，首端为异极性时相电动势相位相反。7/12/202485电机学 第三章 变压器 用相量图判定变压器的连接组别时应注意：绕组的极性只表示所有所有Yy7/12/202486电机学 第三章 变压器所有Yy8/13/202386电机学 第三章 变压器所有所有Yd7/12/202487电机学 第三章 变压器所有Yd8/13/202387电机学 第三章 变压器标准联结组别标准联结组别n为了避免制造和使用上的混乱，国家标准规定对单为了避免制造和使用上的混乱，国家标准规定对单相双绕组电力变压器只有相双绕组电力变压器只有II0II0联结组别一种。对三联结组别一种。对三相双绕组电力变压器规定只有相双绕组电力变压器规定只有Yyn0Yyn0、Yd11Yd11、YNd11YNd11、YNy0YNy0和和Yy0Yy0五种。五种。7/12/202488电机学 第三章 变压器标准联结组别为了避免制造和使用上的混乱，国家标准规定对单相标准组别的应用标准组别的应用nYyn0Yyn0三相四线制配电系统中，供电给动三相四线制配电系统中，供电给动力和照明的混合负载；力和照明的混合负载；nYd11Yd11低压高于低压高于0.4kV0.4kV的线路中；的线路中；nYNd11110kVYNd11110kV以上的中性点需接地的高压以上的中性点需接地的高压线路中；线路中；nYNy0YNy0原边需接地的系统中；原边需接地的系统中；nYy0Yy0供电给三相动力负载的线路中。供电给三相动力负载的线路中。最常用最常用7/12/202489电机学 第三章 变压器标准组别的应用Yyn0三相四线制配电系统中，供电给动力和3.8.3 3.8.3 三相变压器的绕组联结和磁路系统对电动势波形三相变压器的绕组联结和磁路系统对电动势波形的影响的影响n分分析析单单相相变变压压器器空空载载，由由于于磁磁路路饱饱和和，磁磁化化电电流流是是尖尖顶顶波波。分分解解为为基基波波分分量量和和三三次次谐谐波波（其其他奇次谐波忽略）。他奇次谐波忽略）。n在三相变压器中，各相励在三相变压器中，各相励磁电流中的磁电流中的3 3次谐波可表示次谐波可表示为：为：同幅值、同相位同幅值、同相位i i03A 03A=I=I03m03msin3wtsin3wti i03B 03B=I=I03m03msin3(wt-120sin3(wt-1200 0)=I)=I03m03msin3wtsin3wti i03C 03C=I=I03m03msin3(wt+120sin3(wt+1200 0)=I)=I03m03msin3wtsin3wt7/12/202490电机学 第三章 变压器3.8.3 三相变压器的绕组联结和磁路系统对电动势波形的影响问题问题1 1n在在三三相相系系统统中中，各各相相三三次次谐谐波波电电流流在在时时间间上上同同相相位位，是否流通？是否流通？u在在三三相相变变压压器器中中，由由于于一一次次侧侧三三相相绕绕组组的的连连接接方方法法不不同同，空空载载电电流流中中的的3次次谐谐波波分分量量不不一一定定能能流流通通，这这使使主主磁磁通通与与相相电电势势波波形形畸畸变变；并并且且这这种种畸畸变变的的程程度度不不仅仅与与绕绕组组的的连连接接方方式式有有关关，还还与与三三相相变变压压器器的的磁路磁路系统有关。系统有关。7/12/202491电机学 第三章 变压器问题1在三相系统中，各相三次谐波电流在时间上同相位，是否流i0有无有无i03，看电路连接中有无，看电路连接中有无i03通路通路绕组连接方式绕组连接方式YN、D有有i i0303通路通路i i0 0为为尖顶尖顶波波磁路饱和，主磁通为正弦波磁路饱和，主磁通为正弦波i i1 1i i3 3i i5 5i i3 3影响最大电动势电动势e e1 1为正弦波为正弦波 Y无无i i0303通路通路i i0 0为正弦波为正弦波磁路饱和，主磁通为平顶波磁路饱和，主磁通为平顶波1 13 35 53 3影响最大能不能在磁能不能在磁路中流通？路中流通？7/12/202492电机学 第三章 变压器i0有无i03，看电路连接中有无i03通路绕组连接方式7/12/202493电机学 第三章 变压器8/13/202393电机学 第三章 变压器问题问题2 2n在三相系统中，三次谐波磁通在时间上同相位，在三相系统中，三次谐波磁通在时间上同相位，是否是否流通？流通？u三次谐波磁通流通受磁路结构限制。三次谐波磁通流通受磁路结构限制。三相组式变压器三相组式变压器3可以在铁心中流过可以在铁心中流过平顶波平顶波借助油和油箱壁等形成回路，磁阻大，借助油和油箱壁等形成回路，磁阻大，3很小，很小，基本为正弦波。基本为正弦波。三相心式变压器三相心式变压器3不能在铁心中流过不能在铁心中流过7/12/202494电机学 第三章 变压器问题2在三相系统中，三次谐波磁通在时间上同相位，是否流通？一、三相变压器一、三相变压器Y，y连接连接一次侧一次侧Y Y无中性线，三次谐波电流无法流通无中性线，三次谐波电流无法流通i i0 0接近于正弦波接近于正弦波0 0平顶波平顶波？磁路结构磁路结构7/12/202495电机学 第三章 变压器一、三相变压器Y，y连接一次侧Y无中性线，三次谐波电流无法流n三相组式变压器，三相组式变压器，各磁路独立，各磁路独立，3可以在铁心中存在可以在铁心中存在，所，所以以为平顶波为平顶波，感应电动势，感应电动势e 为尖顶波为尖顶波，其中的三次谐波幅，其中的三次谐波幅值可达基波幅值的值可达基波幅值的45%60%，使相电动势的最大值升高很，使相电动势的最大值升高很多，可能击穿绕组绝缘。多，可能击穿绕组绝缘。1 1、三相变压器组、三相变压器组7/12/202496电机学 第三章 变压器三相组式变压器，各磁路独立，3可以在铁心中存在，所以为平n三相组式变压器不采用三相组式变压器不采用Y，y连接。连接。n三相线电势中三相线电势中 3互相抵消，线电势为正弦波。互相抵消，线电势为正弦波。7/12/202497电机学 第三章 变压器三相组式变压器不采用Y，y连接。8/13/202397电机2、三相心式变压器三相心式变压器n各磁路彼此联系，各磁路彼此联系，3A、3B、3C三相同大小、同相位，三相同大小、同相位，n不能沿铁心闭合，借油、油壁箱等闭合，磁阻