变压器ppt课件精华版

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 变压器,3.1 变压器的工作原理,3.2 变压器的结构和铭牌数据,3.3 变压器的空载运行,3.4 变压器的负载运行,3.5 用实验方法测定变压器的参数,3.6 变压器的运行特性,3.7 三相变压器,3.8 三相变压器的并联运行,3.9 特种变压器,第一章 变压器3.1 变压器的工作原理,1,第三章 变压器,变压器,是应用电磁感应原理工作的电磁设备，是一种静止的电气设备， 根据电磁感应原理，将一种形态（电压、电流、相数）的交流电能， 转换成另一种形态（同频率）的交流电能,。,电力变压器用途,：,经济的输送电能,：高压输电减少输电线路上电能损耗；,合理的分配电能,：按用户区域电压等级和负荷需求供电；,安全的使用电能,：变压器配备多种保护措施。,第三章 变压器变压器是应用电磁感应原理工作的电磁设备，是一,2,电力系统示意图,：,安装容量约为发电机的装机容量的57倍。,第三章 变压器,电力系统示意图：安装容量约为发电机的装机容量的57倍。 第,3,变压器的分类, 电力变压器,在电力系统中使用的用于升高电压,或降低电压的变压器。, 特种变压器,根据冶金、矿山、化工、交通等,部门的具体要求而设计制造的专,用变压器。,按用途分,：,仪用变压器,电压、电流互感器，旋转变压器。,按相数分,：, 单相变压器, 三相变压器,变压器的分类 电力变压器在电力系统中使用的用于升高电压,4,按绕组分,：, 双绕组变压器, 三绕组变压器, 多绕组变压器,变压器的分类,按冷却条件分,：,油浸式变压器,变压器的铁心和绕组浸在变压器油中。, 空冷式变压器,铁心和绕组通过空气进行冷却。,按铁心结构分,：, 心式变压器, 壳式变压器,按绕组分： 双绕组变压器 三绕组变压器 多绕组变压器变,5,电源变压器,电力变压器,环形变压器,接触调压器,控制变压器,三相干式变压器,变压器,电源变压器电力变压器环形变压器接触调压器控制变压器三相干式变,6,A,X,a,x,输入,电能,输出,电能,初级（原绕组）,次级（副绕组）,高压绕组,低压绕组,公共铁心,(,f,与交流电压的频率相同）,同时交链初、,次级绕组,在初、次级绕组中感应电动势,e,1,和,e,2,次级绕组中若接上负载,有,e,2,的作用下，向负载,输出电功率,公共铁心：,由高磁导率的,电工硅钢片叠压而成，加强,初、次级绕组间的电磁耦合,3.1 变压器的工作原理,AXax输入输出初级（原绕组）,7,电源,初级绕组,磁场（铁心）,电磁,感应,次级绕组,理想状况：,（不计损耗）,只须改变,N,1,，,N,2,的值，便可达到变换电压的目的。,实际情况:,两个线圈没有电的直接联系， 只有磁的耦合。,3.1 变压器的工作原理,电源初级绕组磁场（铁心）电磁感应次级绕组理想状况：只须改变N,8,1铭牌,标额定值、运行条件、使用环境等。,5储油柜（或油枕）,避免油与空气直接接触，减缓变压器油受潮及老化速度，并使油有热胀冷缩的空间。,7气体继电器（或瓦斯继电器）,在储油柜和油箱的连接通道里，是变压器内部故障的信号装置,。,3.2.1 变压器的结构,1铭牌 标额定值、运行条件、使用环境等。5储油柜（或油枕,9,10分接开关,为稳定副边输出电压，改变高压绕匝数从而改变变比。,11油箱,放置铁心、绕组，,充满变压器油。变压器油起,绝缘,和冷却,作用（矿物油）。,3.2.1 变压器的结构,10分接开关 为稳定副边输出电压，改变高压绕匝数从而改变变,10,变压器的主要结构：,铁心和绕组,。,铁心是变压器的,磁路,部分；,绕组是变压器的,电路,部分。,为了提高磁路的导磁性能和降低铁心的涡流及磁滞损耗，铁心通常用0.35mm0.5mm厚表面涂有绝缘漆的,硅钢片,冲成一定的形状叠制而成。,3.2.1 变压器的结构铁心,变压器的主要结构：铁心和绕组。为了提高磁路的导磁性能和降低铁,11,单相壳式变压器,心式变压器迭片,奇数层,偶数层,铁芯由,铁芯柱和铁轭,组成。,铁轭,铁心柱,A,X,a,x,A,B,C,高,低,3.2.1 变压器的结构铁心,单相壳式变压器心式变压器迭片奇数层偶数层铁芯由铁芯柱和铁轭组,12,绕组,是变压器的,电路,部分，一般为绝缘扁铜线或绝缘圆铜线在绕线模上绕制而成。,3.2.1 变压器的结构绕组,绕组包括,高压绕组,和,低压绕组,。,高、低压绕组,同心,套装在铁芯柱上。,低压绕组在里，高压绕组在外。,三相,变压器的高、低压绕组存在,相间联结,问题。,绕组是变压器的电路部分，一般为绝缘扁铜线或绝缘圆铜线在绕线模,13,变压器其它附件,温度计；吸湿器，储油柜；油表；安全气道；气体继电器；高压套管；低压套管；分接开关；油箱等等,变压器其它附件温度计；吸湿器，储油柜；油表；安全气道；气体继,14,3.2.2 变压器的铭牌数据,型号,表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、,冷却方式等内容，表示方法为：,如：,SL-1000/10,表明三相油浸自冷式双绕组铝线变压器，额定容量1000kVA，高压额定电压10kV电力变压器。,电力变压器,产品型号 SL7315/10 产品编号,额定容量 315kV,A 使用条件 户外式,额定电压 10000/400V 冷却条件 ONAN,额定电流 18.2/454.7A 短路电压 4%,额定频率 50 Hz 器身吊重 765kg,相 数 三相 油 重 380kg,联接组别 Y yno 总 重 1525kg,制 造 厂 生产日期,电力变压器铭牌示意图,3.2.2 变压器的铭牌数据 型号表示一台变压,15,额定容量S,N,：,变压器输出的额定视在功率。,单位：VA或KVA,额定电压U,1N,/U,2N,：,U,1N,是,变压器原边的额定电压，,U,1N,且,空载时的副边电压=,U,2N,。单位：V或KV,注意：,三相变压器的额定电压是指,线电压,。,不论是,Y接还是接,。,效率很高，初、次级绕组的容量设计相当。,3.2.2 变压器的铭牌数据,额定容量SN：变压器输出的额定视在功率。额定电压U1N/U2,16,额定电流I,1N,/I,2N,：,根据额定容量和额定电压计算,出来的,线电流,。单位：A,注意：,单相变压器与三相变压器的计算公式有所不同。,三相变压器,单相变压器,单相：,三相：,3.2.2 变压器的铭牌数据,额定电流I1N/I2N：根据额定容量和额定电压计算注意：单相,17,额定频率,f,N,：,原边所接交流电源的频率。,单位：Hz,我国电网频率规定为50Hz。,例 三相变压器，,S,N,=200kVA,U,1N,/,U,2N,=10/0.4kV,求：,I,1N,/,I,2N,解：三相变压器,3.2.2 变压器的铭牌数据,额定频率fN：原边所接交流电源的频率。单位：Hz例 三相变压,18,3.3 单相变压器的空载运行,变压器空载运行：,变压器的原绕组加上额定电压，副绕组开路（不接负载）。,电力系统三相电压是对称的；,频率相同；,大小相等；,相位互差120度；,只需分析一相即可，本章分析的变压器运行的基本原理和运行性能等，均针对单相变压器进行，所涉及的参数和物理量均指一相的值；,只分析稳定运行状态；,先分析空载从简单开始；,3.3 单相变压器的空载运行变压器空载运行：变压器的原绕组加,19,空载运行,初级绕组中的电流,i,0,通过,（,i,0,称为,T的空载电流）,产生,i,0,N,1,空载磁动势,在T中建立空载磁场，,分布复杂,简化,主磁通,量,，99%以上,漏磁通,量,i,2,=0,磁通由,i,0,建立。,漏磁通的磁路是线性的。,原边漏磁通 ,1,与原边交链，感应电动势为,e,1。,主磁通与原边交链，感应电动势为,e,1。,主磁通与副边交链，感应电动势为,e,2。,主磁通是传递能量的媒介。,3.3 单相变压器的空载运行物理状况,空载运行初级绕组中的电流i0通过（i0称为T的空载电流）产生,20,沿铁心闭合，与初、次,级交链，参与能量传递,沿非铁磁材料的空气和,T而闭合，仅与初级交,链，不参与能量传递，,只在初级绕组中感应漏,电动势，引起漏抗压降,3.3 单相变压器的空载运行物理状况,沿铁心闭合，与初、次沿非铁磁材料的空气和3.3 单相变压器的,21,3.3.2 参考方向的规定,电压的正方向是指,电位降低,的方向。,由电压的正方向决定，为从A,X,“正电压产生正电流”,根据电流I,1,的正方向，,用右手螺旋法则规定,磁通的正方向。,“正电流产生正磁通”,一次绕组接电源，,是接收电能，,电动机惯例。,3.3.2 参考方向的规定电压的正方向是指电位降低的方向。,22,电动势,的正方向是指,电位升高,的方向。,电动势E,1,的正方向：与电流I,1,的正方向相同,（由上指向下）。,原副绕组由同一磁通交链，,故电动势E,2,的正方向,亦由,上指向下,。,3.3.2 参考方向的规定,电动势的正方向是指电位升高的方向。电动势E1的正方向：与电流,23,由电动势E,2,的正方向确定，电压U,2,的正方向应由下指向上（即由,x,指向,a,）。,外接负载Z,L,后，电流I,2,的正方向与电压U,2,相同。,“正电势产生正电流”,3.3.2 参考方向的规定,二次绕组接负载，,是输出电能，,发电机惯例。,由电动势E2的正方向确定，电压U2的正方向应由下指向上（即由,24,主磁通,和漏磁通, 1,在绕组内产生的感应电动势,：,e,1,：主磁通,在原绕组内感应电动势的瞬时值；,e,2,：,主磁通,在副绕组内感应电动势的瞬时值；,e,1,：,漏磁通, 1,在原绕组内感应电动势的瞬时值。,主磁通按正弦规律,，,m,：,主磁通的幅值；,E,1m,：,原绕组感应电动势的幅值。,3.3.3 绕组的感应电动势,主磁通和漏磁通 1在绕组内产生的感应电动势：e1：主磁,25,原边电动势幅值：,有效值：,相量表示：,当主磁通按正弦规律变化时，原绕组中感应电动势也按正弦规律变化， 但相位比主磁通落后90,0。,3.3.3 绕组的感应电动势,原边电动势幅值：有效值：相量表示：当主磁通按正弦规律变化时，,26,副边绕组链接同一磁链，副边电动势,e,2,：,有效值：,相量表示：,3.3.3 绕组的感应电动势,副边绕组链接同一磁链，副边电动势e2：有效值：相量表示：3.,27,变比K,忽略绕组电阻和漏磁通,相量图,3.3.3 绕组的感应电动势,变比K忽略绕组电阻和漏磁通相量图3.3.3 绕组的感应电动,28,空载运行时， 原边绕组中流过的电流,i,0,， 称为空载电流（励磁电流）。,3.3.4 励磁电流,空载电流,i,0,磁化电流,i,0r,铁损电流,i,0a,产生磁通。,它与磁通同相位，是无功分量。,产生铁心损耗。,它与磁通垂直，是有功分量。,在数值上，一般有,i,0r,i,0a,。,一般，,空载运行时， 原边绕组中流过的电流i0， 称为空载电流（励磁,29,相量图,相量关系,有效值关系,3.3.4 励磁电流,相量图相量关系有效值关系3.3.4 励磁电流,30,变压器的空载运行,3.3.5 电压平衡方程式,变压器的空载运行3.3.5 电压平衡方程式,31,3.3.5 电压平衡方程式,考虑漏磁通， 变压器空载运行时相量形式表示的,电压平衡方程式：,原边漏电势由原边绕组链接漏磁链得到：,相量表示：,漏电势分析,3.3.5 电压平衡方程式考虑漏磁通， 变压器空载运行时相,32,漏磁通, 1,通过的磁路是线性的，漏磁链, 1,与产生漏磁链的电流,i,0,呈,线性关系,，漏电势可表示为：,若励磁电流,i,0,按正弦规律变化， 即,（1）,L,1,为原绕组的漏感系数；,X,1,是原绕组的漏电抗。表征漏磁通对电流的电磁效应。两者与匝数和几何尺寸有关，均为常数。,（2）漏电感电动势与电流同频率，相位上落后,I,0,90,0,。,结论：,（3）空载时，漏阻抗压降小，,（4）主磁通大小， 取决于电网电压、频率和匝数。,3.3.5 电压平衡方程式,漏磁通 1通过的磁路是线性的，漏磁链 1与产生漏磁,33,考虑漏磁通， 变压器空载运行时相量形式表示的,电压平衡方程式：,原边漏阻抗,3.3.5 电压平衡方程式,考虑漏磁通， 变压器空载运行时相量形式表示的原边漏阻抗3.3,34,3.3.6.1 空载运行时的相量图,步骤：,相量图,3.3.6.1 空载运行时的相量图步骤：相量图,35,根据相量形式的电压平衡式，,R,m,：,变压器的励磁电阻，反映铁耗；,X,m,:,变压器的励磁电抗，反映励磁过程；,X,m,R,m,Z,m,=,R,m,+,jX,m,：,变压器的励磁阻抗。,把 和 之间的关系直接用参数形式反映， 可把 写成 流过一个阻抗引起的阻抗压降。,3.3.6.2 空载运行时的等值电路,根据相量形式的电压平衡式，Rm：变压器的励磁电阻，反映铁耗；,36,等值电路综合了空载时变压器内部的物理情况， 在等值电路中,R,1,、,X,1,是常量,；,R,m,、,X,m,是变量,， 它们随铁心磁路饱和程度的增加而减少。,一次侧的电动势平衡方程为,空载时等效电路为,3.3.6.2 空载运行时的等值电路,等值电路综合了空载时变压器内部的物理情况， 在等值电路中R1,37,励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。由于磁路具有饱,和特性，所以 不是常数，随磁路饱和程度增大而减小。,由于 ，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只是一个 元件的电路。在 一定的情况下， 大小取决于 的大小。从运行角度讲，希望 越小越好，所以变压器常采用高导磁材料，增大 ，减小 ，提高运行效率和功率因数。,R,1,、,X,1,是常量；,R,m,、,X,m,是变量,3.3.6.2 空载运行时的等值电路,励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。由于磁路具有饱和特性，所以,38,小结,（1）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡,若忽略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定.,（2）主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关,。,（3）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。,（4）电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的电流的比值，线性磁路中，电抗为常数，非线性电路中，电抗的大小随磁路的饱和而减小。,小结（1）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡,若忽,39,综合分析， 变压器空载运行时的4个基本方程式,小结,P70例2.2题分析,综合分析， 变压器空载运行时的4个基本方程式小结P70例2.,40,变压器原边接在电源上， 副边接上负载的运行情况，称为,负载运行,。,3.4 变压器的负载运行,其大小与负载阻抗,Z,L,有关,原边磁动势,副边磁动势,变化,变压器原边接在电源上， 副边接上负载的运行情况，称为负载运行,41,磁动势平衡方程,空载时,由一次磁动势 产生主磁通 ,负载时,产生 的磁动势为一、二次的合成磁动势 。由于 的大小取决于 ，只要 保持不变，由空载到负载， 基本不变，因此有磁动势平衡方程,或,用电流形式表示,表明:,变压器的负载电流分成两个分量,一个是励磁电流 ,用来产生主磁通,另一个是负载分量 ,用来抵消二次磁动势的作用。电磁关系将一、二次联系起来，二次电流增加或减少必然引起一次电流的增加或减少.,3.4 变压器的负载运行,磁动势平衡方程空载时,由一次磁动势 产生主磁通,42,电动势平衡式,除了主磁通在原、副边绕组中感应电动势E,1,和E,2,外， 原、副边还有对应于漏磁通产生的漏电势。,原边,：,副边：,原边漏阻抗,副边漏阻抗,3.4 变压器的负载运行,电动势平衡式除了主磁通在原、副边绕组中感应电动势E1和E2外,43,综合分析， 变压器稳态运行时的六个基本方程式,各电磁量之间同时满足这六个方程,利用 ，k，Z,1,，Z,2,，Z,m,，Z,L,求解出,， ， 。,3.4 变压器的负载运行,综合分析， 变压器稳态运行时的六个基本方程式各电磁量之间同时,44,变压器负载运行时的物理过程和方程式：,3.4 变压器的负载运行,变压器负载运行时的物理过程和方程式：3.4 变压器的负载运,45,当,K,较大时， 变压器原、副边电压相差很大，为计算和作图带来不便。,变压器原边和副边没有直接电路的联系，只有磁路的联系。副边的负载通过磁势影响原边。 因此只有副边的磁势不变， 原边的物理量没有改变。 这为折算提供了依据。,这种,保持磁势不变,而假想改变它的匝数与电流的方法，称,折合算法,。,实际绕组的各个量，称为,实际值,；假想绕组的各个量，称为,折算值,；,保持副边绕组的磁势不变进行折算， 称为,副边向原边折算,；,保持原边绕组的磁势不变进行折算， 称为,原边向副边折算,。,3.4 变压器的折算法,当K较大时， 变压器原、副边电压相差很大，为计算和作图带来不,46,3.4 变压器的折算法,目的：用一个等效的电路代替实际的变压器。,折算原则：,1）,保持二次侧磁动势不变；2）保持二次侧各功率或损耗不变。,方法：（将二次侧折算到一次侧),3.4 变压器的折算法目的：用一个等效的电路代替实际的变压,47,1. 副边电流的折算值,2. 副边电动势的折算值,折算前后主磁场、漏磁场不变。,同理，,即,3.4 变压器的折算法,1,保持副边产生的磁动势不变,1. 副边电流的折算值2. 副边电动势的折算值折算前后主磁场,48,3. 副边电阻的折算值,3.4 变压器的折算法,3,保持副边绕组的损耗不变,保持副边输出的有功功率不变,3. 副边电阻的折算值3.4 变压器的折算法3保持副边绕组,49,4. 副边电抗的折算值,3.4 变压器的折算法,4,保持副边输出的无功功率不变,保持副边绕组的无功功率不变,5. 副边电压的折算值,4. 副边电抗的折算值3.4 变压器的折算法4保持副边输出,50,折算法只是一种,分析的方法,。凡是单位为,伏,的物理量（电动势、电压）的折算值等于原来数值,乘k,；单位为,欧,的物理量（电阻、电抗、阻抗）的折算值等于原来数值,乘k,2,；,电流,的折算值等于原来的数值,乘以1/k,。,(已没有变比k),副边绕组经折算后，原来的基本方程成为：,3.4 变压器的折算法,折算法只是一种分析的方法。凡是单位为伏的物理量（电动势、电压,51,单相变压器负载运行时的电磁关系用等值电路的形式表示，作为变压器模拟仿真的电路模型。,T型等值电路,（1）电路中全部的量和参数都是每一相的值。原边为实际值，副边为折算值。,（2）等效的是稳态对称运行状态。,3.4.4 变压器负载时的等值电路,单相变压器负载运行时的电磁关系用等值电路的形式表示，作为变压,52,近似的,型等值电路,T型电路包含有串联、并联回路。复数运算复杂,。,实际变压器中， 很小。负载变化时 变化不大。因此假定,I,0,Z,1,不随负载变化，则将T型等效电路中的激磁支路移出，并联在电源端口，得到,型等值电路,。,3.4.4 变压器负载时的等值电路,近似的型等值电路T型电路包含有串联、并联回路。复数运算复杂,53,负载运行时，,I,0,在,I,1,中所占的比例很小。在工程实际计算中，忽略,I,0,，将激磁回路去掉， 得到更简单的阻抗串联电路。,R,k,为短路电阻；,X,k,为短路电抗；,Z,k,为短路阻抗。,3.4.4 变压器负载时的等值电路,负载运行时， I0在I1中所占的比例很小。在工程实际计算中，,54,相量图的画法，视变压器给定的和求解的具体条件。 给定量和求解量不同， 画图步骤也不一样。,基本方程组可以用相量图来表示。,变压器接感性负载， 负载阻抗由电阻和电感组成。,为落后；,接容性负载， 负载阻抗由电阻和电容组成， 为超前。,3.4.5 变压器负载时的相量图,相量图的画法，视变压器给定的和求解的具体条件。 给定量和求解,55,步骤：,电感性负载相量图,假定给定,U,2,、,I,2,、,cos,2,及各个参数,3.4.5 变压器负载时的相量图,步骤：电感性负载相量图假定给定U2、I2、cos2及各个参,56,变压器原边电压,U,1,与电流,I,1,的夹角为,1,， 称为变压器负载运行的功率因数角，cos,1,称为变压器的功率因数。,对于运行的变压器，负载的性质和大小直接影响了变压器功率因数的性质。,对应于简化等效电路， 其相量图为,3.4.5 变压器负载时的相量图,变压器原边电压 U1 与电流I1 的夹角为1， 称为变压器,57,单相变压器基本方法总结,分析计算变压器负载运行方法有基本公式、等值电路和相量图。,基本方程式：,是变压器的电磁关系的数学表达式；,等值电路：,是基本方程式的模拟电路；,相量图：,是基本方程的图示表示；,三者是统一的， 一般定量计算用等效电路，讨论各物理量之间的相位关系用相量图。,单相变压器基本方法总结分析计算变压器负载运行方法有基本公式、,58,在工程计算中， 各物理量（电压、电流、功率等）除采用实际值来表示和计算外， 有时用这些物理量与所选定的同单位的基值之比，即所谓的,标么值,表示。用,上标“*”,表示。,3.4.6 变压器的标么值,一、定义,标么值,就是指某一物理量的实际值与选定的同一单位的基准值的比值,即,在工程计算中， 各物理量（电压、电流、功率等,59,标么值的认识：,（1）标么值是两个具有相同单位的物理量（实际值和选定的固定值）之比， 没有量纲。,（2）选定基值时， 对于电路计算U、I、Z和S中， 两个量的基值是任意选定， 其余两个量的基值根据电路的基本定律计算。,（3）功率的基值是指视在功率的基值， 同时也是有功和无功功率的基值。 阻抗基值也是电阻和电抗的基值。,（4）计算单台变压器时， 通常以变压器的额定值作为基值。,3.4.6 变压器的标么值,标么值的认识：（1）标么值是两个具有相同单位的物理量（实际值,60,3.4.6 变压器的标么值,基值选取：,原边,副边,电压,电流,阻抗,容量,3.4.6 变压器的标么值基值选取：原边副边电压电流阻抗容,61,3.4.6 变压器的标么值,标,么,值,原边,副边,电压,电流,阻抗,3.4.6 变压器的标么值标原边副边电压电流阻抗,62,优点,1.无论,T的容量大小和电压高低，同类型的T，用标么,值表示的参数和性能数据的变化范围很小。,2.采用标么值，原副边不需要折算,3.4.6 变压器的标么值,3.可通过标么值判断运行情况。,优点1.无论T的容量大小和电压高低，同类型的T，用标么2.采,63,5.额定电压、额定电流的标么值为1。,三相变压器的计算注意,：,（,1）线电压、线电流的标么值与相电压、相电流的标么值相同。,（2）计算时，阻抗的基值应是相额定电压比上相额定电流。,3.4.6 变压器的标么值,4.采用标么值时，,某些物理具有相同的数值。,5.额定电压、额定电流的标么值为1。三相变压器的计算注意：3,64,3.4.6 变压器的标么值,缺点,1. 标么值没有单位，物理意义不明确。,2. 物理意义不同的量，标么值可能相等。,3.4.6 变压器的标么值缺点1. 标么值没有单位，物理意,65,基本方程式,、,等效电路,和,相量图,是分析,T运行状况,的三种方法。,定量计算,相位关系,通过三种方法求解,T时，需知道,新的,T，通过计算得到。,已有的,T，通过空载和短路试验测定。,3.5 变压器的参数测定,基本方程式、等效电路和相量图是分析T运行状况,66,V,W,A,a,x,A,X,V,V,考虑安全和测量，电压加在低压边,电流较小，测量需较准确，因此电流表与功率表的电流线圈接靠T,绕组侧,接线注意：,通过空载实验，可以测定变压器的变比K、空载电流I,20,、,铁损耗P,Fe,，从而计算励磁阻抗,Z,m,。,试验目的：,3.5 变压器的空载实验,U,10,VWAaxAXVV考虑安全和测量，电压加在低压边电流较小，测,67,“T”形等效电路,与饱和度有关,3.5 变压器的空载实验,P,1,=,P,0,=,P,Fe,“T”形等效电路与饱和度有关3.5 变压器的空载实验P,68,不同,U下，测量的数值不相同,取额定点数据计算,Z,m,3.5 变压器的空载实验,不同U下，测量的数值不相同取额定点数据计算Zm3.5,69,W,A,a,X,A,x,V,考虑测量，电压加在高压边,电压较小，测量需较准确，因此电压表与功率表的电压线圈接靠T,绕组侧,接线注意,3.5 变压器的短路实验,通过短路实验测量U,K,、I,K,、P,K,，从而计算短路阻抗,Z,K,及铜耗。,试验目的：,WAaXAxV考虑测量，电压加在高压边电压较小，测量需较准确,70,1.5 变压器的短路实验,当,I,K,=,I,1N,时，计算短路阻抗,短路,电阻,应换算到基本,工作温度75度,P,K,=,P,Cu,1.5 变压器的短路实验当IK=I1N时，计算短路阻抗,71,变压器的阻抗电压（短路电压）,短路试验时， 绕组电流达到额定值时， 加于原绕组的电压为,U,k,I,1N,Z,k,， 此电压称为变压器的,阻抗电压或短路电压,。,阻抗电压的大小用百分比来表示：,阻抗电压的大小反映了变压器在额定负载下运行时漏阻抗压降的大小。,从运行观点来看， 阻抗电压小， 代表输出电压受负载变化的影响小。 一般为410.5%。,变压器的阻抗电压（短路电压）短路试验时， 绕组电流达到额定值,72,特别提出：,1、对三相变压器，实验测定的电压、电流均为线值，功率为三相的值。要根据接线方式，将测出的电压、电流换算为相值，将测得的功率除以3，取一相的功率值，再按上述公式计算三相变压器的参数和变比。,3.5 变压器的短路实验,特别提出：1、对三相变压器，实验测定的电压、电流均为线值，功,73,变压器的运行特性主要有外特性（副边电压变化率）和效率。,1.外特性,当原绕组外施电压和负载功率因数不变时， 副边端电压随负载电流变化的规律。,U,2,f,（,I,2,）,2. 效率特性,当原绕组外施电压 和副绕组的负载功率因数不变时， 变压器效率随负载电流变化的规律。,f,(,I,2,).,3.6 变压器的运行特性,变压器的运行特性主要有外特性（副边电压变化率）和效率。1.外,74,3.6.1 外特性,变压器的外特性是指,原边电压=U,1N,和,负载功率因数,=常数时，,副边端电压随负载电流变化而变化的曲线,3.6.1 外特性变压器的外特性是指原边电压=U1N和负载功,75,用标么值表示：,3.6.1 电压变化率,定义：当原边施加额定频率的额定电压时，副边空载电压与某一功率因素额定负载时的副边电压,U,2,之差，对副边额定电压,U,2N,的百分值。,注意：,的计算是代数运算，不是向量运算。,变压器的电压变化率反映了变压器供电电压的稳定性。是变压器的重要性能指标。,用标么值表示：3.6.1 电压变化率 定义：当原边施加额定频,76,负载时电压变化率可用简化的等效电路和相量图来分析。,3.6.1 电压变化率,负载时电压变化率可用简化的等效电路和相量图来分析。3.6.1,77,3.6.1 电压变化率,=1额定负载,3.6.1 电压变化率=1额定负载,78,讨论:,感性负载,容性负载,非额定负载运行时,3.6.1 电压变化率,讨论:感性负载容性负载非额定负载运行时3.6.1 电压变化率,79,为了保证二次端电压在允许范围之内,通常在变压器的高压侧设置抽头,并装设分接开关,调节变压器高压绕组的工作匝数,来调节变压器的二次电压。,电压调整,分接开关有两种形式：一种只能在断电情况下进行调节，称为无载分接开关-这种调压方式称为无励磁调压；另一种可以在带负荷的情况下进行调节，称为有载分接开关-这种调压方式称为有载调压。,中、小型电力变压器一般有三个分接头，记作,U,N,5%。,大型电力变压器采用五个或多个分接头,例,U,N,2x2.5%,或,U,N,8x1.5%。,3.6.1 电压变化率,为了保证二次端电压在允许范围之内,通常在变压器,80,变压器在能量传递过程中， 将产生铜耗和铁耗，它们又各自包含有基本损耗和附加损耗。,基本铜耗：,原、副边绕组中电流引起的直流电阻的损耗。,附加铜耗：,导体在交变漏磁场作用下引起集肤效应，有效电阻增大而增加的铜耗。,基本铁耗：,铁心中的磁滞和涡流损耗。,附加铁耗：,结构件中的涡流损耗,额定电压下， 磁密基本不变，,1.损耗,3.6.1 效率及效率特性,变压器在能量传递过程中， 将产生铜耗和铁耗，它们又各自包含有,81,负载运行,铜耗,铁耗,附加铁耗,基本铁耗,其它结构件中的损耗等,铁芯,不变损耗,附加铜耗,基本铜耗,电流分布不均匀,可变损耗,总损耗：,3.6.1 效率及效率特性,负载运行铜耗铁耗附加铁耗基本铁耗其它结构件中的损耗等铁芯不变,82,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。,效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。,3.6.1 效率及效率特性,结论适用单、三相变压器,效率大小反映变压器运行的经济性能的好坏，是表,83,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。,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,=,f,(,),称为变压器的效率特性,。,3.6.1 效率及效率特性,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。,84,即当铜损耗等于铁损耗（可变损耗等于不变损耗）时,变压器效率最大：,或,为了提高变压器的运行效益，设计时应使变压器的铁损耗小些。,3.6.1 效率及效率特性,一般设计，,0.4,0.6,范围内，效率大。,即当铜损耗等于铁损耗（可变损耗等于不变损耗）时,85,变压器可以实现：,变电压、变电流、变阻抗、变相位。,对变压器相位的特别要求如：,可控整流电路的同步变压器；,并联运行的变压器。,连接组别应在铭牌上标注。,3.7 三相变压器,变压器可以实现：变电压、变电流、变阻抗、变相位。3.7 三,86,三相变压器对称运行：三相变压器同一侧各相电压及各相电流均大小相等、相位互差120,o,，即：,3.7 三相变压器,三相变压器对称运行：三相变压器同一侧各相电压及各相电流,87,所以，三相变压器对称运行时，只要把一相的情况讨论清楚，其他两相的情况也就清楚了，而每一相的情况就相当于一台单相变压器，可以按单相变压器理论去讨论。但是，三相变压器毕竟不同于单相变压器，与单相变压器比有以下特点：,(1)存在不同于单相变压器的磁路系统；,(2)存在相间绕组的连接关系问题；,(3)存在不同于单相变压器的电流、电势谐波问题。,3.7 三相变压器,所以，三相变压器对称运行时，只要把一相的情况,88,三相变压器按磁路结构来划分，可分为：,组式变压器,芯式变压器,组式变压器是由三台完全相同的单相变压器连接而成的。,可看到：三相磁路相同，但互相独立、互不关联、互不影响。,3.7 三相变压器,组式变压器芯式变压器组式变压器是由三台完全相同的单相变压器连,89,演变过程如下：,原组式变压器,芯式变压器,演变结果：,芯式变压器三相磁路互为关联、互为通路、互相影响,。,3.7 三相变压器,芯式变压器是由组式变压器演变而成的。,原组式变压器芯式变压器 演变结果：芯式变压器三相磁路互为关,90,为了正确联接，必须将绕组的各个出线端给予标志：,高压,首端,A,B,C,（或,U,1,V,1,W,1,),末端,X,Y,Z,（或,U,2,V,2,W,2,),低压,首端,a,b,c,（或,u,1,v,1,w,1,),末端,x,y,z,（或,u,2, v,2,w,2,),3.7.1 变压器的连接组别,为了正确联接，必须将绕组的各个出线端给予标志：高压首端A,B,91,3.7.1 变压器的连接组别,末端连在一起，首端引出，为,星形连接,“Y”,， 中点引出,Y,o,；,一相绕组末端与另一相绕组首端相连， 依次得到一闭合回路， 为,三角形连接“,”,， 有顺、逆之分。,A,B,C,X,Y,Z,星形连接,A,B,C,X,Y,Z,三角形连接,3.7.1 变压器的连接组别末端连在一起，首端引出，为星形连,92,（1）高、低压绕组中电动势相位关系（单相绕组）,单相变压器中,， 高压绕组,首端为“A”、末端为“X”；,低压绕组,首端为“,a,”、末端为“,x,”。,原、副绕组被同一主磁通,交链， 感应电动势在任一瞬间原边绕组一端点为高电位，副边绕组也有一端点为高电位。 这两个端点为,“同名端”。,A,X,a,x,A,X,a,x,3.7.1 变压器的连接组别,A与,a,同名端,A与,a,异名端,（1）高、低压绕组中电动势相位关系（单相绕组）单相变压器中，,93,对于任意标定的,a,、,x,， 感应电势 和 的相位关系有两种结果， 即 与 同相或反相。,时钟表示法：标志变压器高、低压绕组的相位关系。,时钟表示法：高压绕组电势 从A到X， 记为 , 作为时钟的,长针,，指向12点；低压绕组电势 从,a,到,x,， 记为 ，作为时钟的,短针,， 根据相位关系， 指向针面上哪个数字， 改数字为变压器的联接组别的标号。,单相变压器：I/I-12； I/I-6；,3.7.1 变压器的连接组别,对于任意标定的a、x， 感应电势 和,94,A,X,a,x,电动势同向,A,X,a,x,电动势反向,I/I-12（标准),I/I-6,长针,短针,3.7.1 变压器的连接组别,（A与,a,同名端）,（A与,a,异名端）,AXax电动势同向AXax电动势反向I/I-12（标准)I/,95,三相变压器的联接组是用,副边线电动势,与,原边线电动势,的相位差来决定,。,与原、边三相绕组的联接方法、绕组的绕向和绕组的首末端的标法有关;,确定三相变压器的联接组号需通过画,相量位形图,来判别。,A,B,C,X,Y,Z,A,B,C,A,B,C,X,Y,Z,A,B,C,X,Z,Y,3.7.1 变压器的连接组别,三相变压器的联接组是用副边线电动势与原边线电动势的相位差来决,96,以Y/Y连接的三相变压器为例说明联接组的判别,（1）在接线图上标出各相电动势相量；,（2）画出原绕组电动势相量位形图；,（3）根据同一铁心柱上原、副绕组感应电动势的相位关系， 画出副边绕组电动势位形图。将“a”点与“A”点重合，使相位关系更直观。,A,B,C,可以判断得到， 该联接组为Y/Y12,或 Y，y12,A,B,C,X,Y,Z,a,b,c,x,y,z,（4）比较原、副绕组线电动势 与 的相位关系。 根据钟点法确定联接组别。,3.7.1 变压器的连接组别,以Y/Y连接的三相变压器为例说明联接组的判别（1）在接线图,97,A,B,C,X,Y,Z,a,b,c,x,y,z,A,B,C,Y/Y6,(Y,y6）,A,B,C,X,Y,Z,a,b,c,x,y,z,A,B,C,Y/Y4,（Y,y4）,同一铁心柱上绕组的是cab,改变同名端,3.7.1 变压器的连接组别,ABCXYZabcxyzABCY/Y6ABCXYZabcx,98,A,B,C,X,Y,Z,a,b,c,x,y,z,A,B,C,Y/,11,（Y,d11）,A,B,C,X,Y,Z,a,b,c,x,y,z,A,B,C,Y/,1,(Y,d1）,3.7.1 变压器的连接组别,ABCXYZabcxyzABCY/11ABCXYZabc,99,Y/Y-6,副边绕组,c,-,a,-,b,：Y/Y-10,副边绕组,b,-,c,-,a,：Y/Y-2,Y/Y-12,副边绕组,c,-,a,-,b,：Y/Y-4,副边绕组,b,-,c,-,a,：Y/Y-8,偶数联,接组号,3.7.1 变压器的连接组别,Y/Y-6副边绕组c-a-b：Y/Y-10副边绕组b-c-a,100,Y/,-5,副边绕组,c,-,a,-,b,：Y/,-9,副边绕组,b,-,c,-,a,：Y/,-1,奇数联,接组号,Y/,-11,副边绕组,c,-,a,-,b,：Y/,-3,副边绕组,b,-,c,-,a,：Y/,-7,副边：,ax-cz-by-ax,副边：,ax-by-cz-ax,Y/ -1,副边绕组,c,-,a,-,b,：Y/ -5,副边绕组,b,-,c,-a：Y/ -9,Y/ -7,副边绕组,c,-,a,-,b,：Y/ -11,副边绕组,b,-,c,-,a,：Y/ -3,奇数联,接组号,3.7.1 变压器的连接组别,Y/ -5副边绕组c-a-b：Y/ -9副边绕组b-,101,可推知：,Y/Y-12(Y,y0)副边绕组仅改变绕向或倒换标志时，联接组别将为Y/Y-6(Y,y6)。,Y/Y-4(Y,y4)副绕仅改变绕向或倒换标志，联接组别将变为Y/Y-10(Y,y10)；,Y/Y-8(Y,y8)副绕仅改变绕向或倒换标志，联接组别将变为Y/Y-2(Y,y2)。,Y/Y联接只有2、4、6、8、10、12六种联接组别。,3.7.1 变压器的连接组别,可推知： Y/Y-12(Y,y0)副边绕组仅改变绕向或,102,Y/-11（Y，d11）副方按顺序依次移动一次标志，应为Y/-3（Y，d3），再按顺序依次移动一次标志，应为Y/-7（Y，d7）；,Y/-1（Y，d1）副方按顺序依次移动一次标志，应为Y/-5（Y，d5），再按顺序依次移动一次标志，应为Y/-9（Y，d9）。,Y/-11（Y，d11）副绕仅倒换标志或改变绕向，联接组别变为Y/-5（Y，d5）； Y/-1（Y，d1）副绕仅倒换标志或改变绕向，联接组别变为Y/-7（Y，d7）。,Y/联接只有1、3、5、7、9、11六种组别。,3.7.1 变压器的连接组别,Y/-11（Y，d11）副方按顺序依次移动,103,同样方法可推知： /Y（D，y）只有1、3、5、7、9、11六种联接组别；/（D，d）只有2、4、6、8、10、12六种联接组别；Y/Y,0,（Y，yn）和 Y,0,/Y（YN，y）也都只有2、4、6、8、10、12六种联接组别。,电力系统中使用的三相变压器通常只采用Y/Y,0,-12 、 Y/-11 、 Y,0,/-11 、 Y,0,/ Y-12 、 Y/ Y-12五种联接组别。,3.7.1 变压器的连接组别,同样方法可推知： /Y（D，y）只有1、3、5,104,连接组别的几点认识：,（1）当变压器的绕组标志（同名端或首末端）改变时， 变压器的联接组号也随着改变。,（2）Y/Y联接的三相变压器， 其联接组号都是偶数；,（3） Y/,联接的三相变压器，其联接组号都是奇数；,（4）,/,联接可以得到与Y/Y联接相同的组号； /,Y联接也可以得到与Y/,联接相同的组号；,（5）最常用的联接组是Y/Y-12 和 Y/,-11；,3.7.1 变压器的连接组别,连接组别的几点认识：（1）当变压器的绕组标志（同名端或首末端,105,变压器并联运行：,原、副绕组分别并联到原边和,副边的公共母线上。,变压器并联运行的优点：,（1）能提高供电的可靠性；,（2）提高系统的运行效率；,（3）减少初投资；,3.8 变压器的并联运行,变压器并联运行：变压器并联运行的优点：（1）能提高供电的可靠,106,（1）各变压器的原、副边额定电压分别相等， 即变比k相等。,（2）各变压器的联接组号相同,（必须严格保证）,；,（3）各变压器短路电压或短路阻抗的相对值相等。,变压器并联运行满足的条件：,并联运行的理想情况：,（1）空载时各变压器之间无环流， 避免环流损耗。,（2）负载时各变压器合理分担负载， 负载与变压器容量大小成比例分配。,3.8 变压器的并联运行,（1）各变压器的原、副边额定电压分别相等， 即变比k相等。变,107,（1）变比不相等：,并联后， 在副边绕组中产生的环流为：,3.8 变压器的并联运行,短路阻抗很小，即使变比差值很小，也能产生较大的环流。,空载环流小于10%的额定电流，在工程中是允许的。,变比限制：,（1）变比不相等：并联后， 在副边绕组中产生的环流为：3.8,108,3.8 变压器的并联运行,（2）联接组号不同,联接组号不同的变压器，副边电压相量之间的相位至少相差30,0,，,联接组号不同的变压器并联， 将产生很大的空载环流，,数值会超过额定电流很多倍， 严禁并联。,3.8 变压器的并联运行（2）联接组号不同联接组号不同的变,109,环流不存在但 短路阻抗不同时，各变压器的负载电流为：,（3）短路阻抗相对值不等：,各变压器负载电流的标么值与各自的短路阻抗的标么值成反比。,变压器的短路阻抗标么值随者容量的大小而变化， 故并联运行的变压器容量之比不超过3:1。,3.8 变压器的并联运行,环流不存在但 短路阻抗不同时，各变压器的负载电流为：（3）短,110,选择并联运行的变压器时，必须保证满足前两个条件，最后一个条件是可以 “打折扣” 的。第三个条件应以“容量越大阻抗电压,或短路阻抗标幺值,越小”为原则（一般,短路阻抗标幺值相差不超过10%）,。,3.8 变压器的并联运行,选择并联运行的变压器时，必须保证满足前两个条件，最后一个,111,2.9.1自耦变压器,原副边共用一部分绕组的变压器。,1、电压、电流关系,电压比：,磁势方程：,A,X,a,合成电流：,3.9 特种变压器,2.9.1自耦变压器原副边共用一部分绕组的变压器。 1、电压,112,2 容量关系,实际电流的有效值关系,输出功率：,S,2,：电磁容量， 通过A,a,段和,ax,段的电磁感应作用传到副边再送到负载的容量， 也是,ax,段的绕组容量；,S,C,：传导容量， 由电流I,1,直接传到负载。,3.9.1 自耦变压器,2 容量关系实际电流的有效值关系输出功率：S2：电磁容量，,113,优点：,绕组容量小于额定容量， 与额定容量相同的普通变压器比， 消耗的材料少、体积小、造价低， 同时效率高。,缺点：,原、副边电路有直接的联系， 变压器内部绝缘和防过电压的措施要加强。,3.9.1 自耦变压器,优点：3.9.1 自耦变压器,114,电压互感器,原边由多匝导线构成， 接到被测的高电压上。 利用原、副边匝数不同，把原边高电压 变成副边的低电压， 送仪表电流线圈测量或控制。,3.9.2 仪用互感器,测高电压、大电流时,使用的一种变压器。,电压互感器原边由多匝导线构成， 接到被测的高电压上。 利用原,115,电压互感器线圈阻抗大， 近似开路，近似一个开路运行的单相变压器。,误差,相位误差,电压误差,根据误差大小， 电压互感器分级，,0.2, 0.5, 1.0, 3.0,电压互感器,电压互感器线圈阻抗大， 近似开路，近似一个开路运行的单相变压,116,注意事项：,（1） 副边绝对不允许短路。,正常运行时，接近空载。短路时，电流将变得很大，引起绕组过热而烧毁。,（2）副边可靠接地；,电压互感器,注意事项：（1） 副边绝对不允许短路。 （2）副边可靠接地；,117,原边由1匝和几匝截面较大的导线构成。利用原、副边匝数不同， 变成副边的小电流， 送仪表电流线圈测量或控制。,副边的额定电流规定为5A或1A。,电流互感器,原边由1匝和几匝截面较大的导线构成。利用原、副边匝数不同，,118,电流互感器是一个近似短路运行的单相变压器。,I,0,很小,误差,相位误差,电流误差,根据误差大小， 电流互感器分级，,0.2, 0.5, 1.0, 3.0, 10,电流互感器,电流互感器是一个近似短路运行的单相变压器。 I0很小误差相位,119,注意事项：,（1） 副边绝对不允许开路。,开路时，原边电流将成为励磁电流， 造成铁损耗急剧上升， 过热， 烧毁绝缘， 并在副边出现极高的电压。,（2）副边可靠接地；,电流互感器,注意事项：（1） 副边绝对不允许开路。 （2）副边可靠接地；,120,本章作业,2.23,2.24,2.25,2.27,本章重要考试参考题目,P79 例2.3,P89 例2.6,本章作业,121,