电机学(变压器部分).ppt

第一章变压器的用途 分类与结构 第一节变压器的用途 分类 变压器是静止电器 由铁心 磁路 及两个或两个以上的绕组 电路 组成 绕组之间由铁心中交变磁通联系 磁耦合 实现从一种电压 电流 变为另一种电压 电流 一 变压器的用途 按相数分为 单相变压器 三相变压器 多相变压器 按绕组分为 双绕组变压器 三绕组变压器 自耦变压器 二 变压器的分类 4 按冷却方式 油浸自冷变压器 3 按用途分为 油浸水冷变压器 干式空气自冷变压器 油浸风冷变压器 升压变压器 降压变压器 隔离变压器 第二节变压器的主要结构部件 2 二次绕组 副绕组 负载侧 3 变压器铁心 磁路部分 1 一次绕组 原绕组 电源侧 它是变压器用作导磁的磁路 也是器身的机械骨架 由铁心柱 铁轭和夹紧装置组成 为了减小铁心中的磁滞和涡流损耗 铁心用0 35 0 5mm厚的硅钢片叠成 每层钢片接缝错开 从而减小变压器的励磁电流 铁心 绕组 它是变压器的电路部分 按照高低电压绕组之间的布置 可以分为同心式和交叠式两种绕组 同心式结构简单 制造方便 交叠式机械强度好 引出线的布置和焊接都较方便 漏电抗小 非晶合金与硅钢片变压器相比 空载损耗下降70 至80 空载电流下降80 节能效果显著 非晶合金片厚度极薄 填充系数较低 采用磁密低 产品的设计受材料限限制程度较高 非晶合金对机械应力非常敏感 张引力和弯曲应力都会影响磁性能 结构设计特殊 补充1 非晶合金铁心变压器的特点 补充2 立体卷铁心变压器的特点 铁心制造工艺简单 制造工时短 降低了制造成本变压器制造厂具有成熟的叠铁心工艺 成熟的质量控制管理体系不需要卷制铁心和线圈的专用设备 降低了产 品的制造成本铁心材料较 R型 卷铁心利用率高 能降低产品的制造成本 补充3 叠铁心变压器的特点 铁心和线圈需在专用设备上卷制 减少了由人工制造造成的质量波动 质量稳定可靠 卷铁心在经过退火处理后 空载损耗和空载电流可大幅度下降 卷铁心与 叠铁心相比可减少工序生产效率较高 自动化程度较高 卷铁心是连续绕制而成 可使噪声降低 补充4 平面卷铁心变压器的特点 变压器的发热与温升 由于绕组里有铜耗 铁耗及各种附加损耗 一方面影响效率 一方面转变为热能 因此导致变压器的温度升高 并使绝缘材料老化 第三节变压器的型号及额定数据 3额定电流 线电流 单位A 一 变压器的额定数据 二次绕组额定电压是当时 二次绕组开路电压 Y接 接 二 变压器额定数据之间的关系 三 何谓额定负载 当变压器接在电压频率为额定频率 大小为额定电压的电网上 若副边电流为 原边电流为时 称为额定运行状态 此时的负载为额定负载 第二章变压器的运行分析 以单相变压器为例来介绍变压器的运行分析及数学模型等 这些结果同样适用于三相变压器对称稳态运行分析 基本思路 已知部分运行数据求其它数据主要内容 分析物理过程 列方程 化简方程 得到等效电路 数学模型 主要分析方法 主磁通漏磁通分析法 本章内容体现了变压器的基本电磁关系 着重研究变压器稳态运行分析方法 2 1变压器各电磁量正方向 2 2变压器空载运行 变压器空载运行时基本电磁关系 一 变压器空载运行时基本电磁关系 二 都是最大值 一般 都是由励磁磁动势产生的 假设主磁通正弦变化为 根据电磁感应定律 一 主磁通感应电动势 电动势有效值 同理 得 结论 二 漏磁通感应电动势 用相量表示 根据电磁感应定律 对一次漏电抗的总结 漏磁通感应的漏电动势可以用空载电流在一次绕组漏电抗产生的负压降表示 在相位上落后于电角度 三 空载运行电压方程式 其中为一次绕组的电阻 变比近似表示为 为一次绕组的漏电抗 为一次绕组的漏阻抗 四 励磁电流的波形及和主磁通的关系 由可知 当电源电压随时间按正弦规律变化 则电动势 磁通必定都按正弦规律变化 根据铁磁材料的磁饱和特性可知 主磁通和励磁电流成饱和曲线关系 即呈非线性关系 思考 主磁通是正弦波时 励磁电流应该是什么波形 1 励磁电流的波形 结论 励磁电流的波形应该为尖顶波 思考 单相变压器220V 110V 如错把低压边接为220V空载运行 问的变化 2 励磁电流和主磁通的相位关系 考虑主磁通磁滞效应时 可见 磁通在相位上落后于励磁电流一定的相位角度 称为铁耗角 3 等效正弦波励磁电流的概念 由于励磁电流不是正弦波 不能用相量表示 工程上用等效正弦波概念来表征实际励磁电流 并用相量表示 等效条件 1 等效正弦波电流角频率等于实际励磁电流角频率 2 等效正弦波电流有效值为 3 等效正弦波电流相位上超前主磁通相量角 五 励磁电流及其感应电动势的关系和变压器的参数 主磁通感应了主电势 而主磁通是由励磁电流产生 根据前面的分析 可从画出的相量图中看到各物理量的相位关系 特别注意电压降 负电动势 和励磁电流两个电气量的相位关系 思考 从电路物理概念出发 如何表征图中电压降和其电流的相位关系 无漏磁超导铁心线圈 如下图 可得到 物理意义 等效铁耗电阻 又称激磁电阻 称激磁电抗 其大小反映了一定励磁电流激励主磁通的能力 由于 同理可得 思考 说说一次漏电抗和激磁电抗有何区别 是一个常数 不随变压器运行状态的改变而改变 是一个变数 因为铁心中的主磁通会出现磁饱和现象 也就是说激磁电抗随铁心中磁密的变化而变化 由于磁密的大小决定于励磁电流 励磁电流的大小又决定于电压 所以根本上激磁电抗的大小受所施加电压幅值的影响 通常电压越高激磁电抗会减小 思考 一开始分析变压器空载运行时假设主磁通是正弦变化 请通过到现在为止的学习证明变压器空载运行时其主磁通确实是正弦变化的 六 变压器空载运行的基本方程 相量图和等效电路 变压器空载运行的基本方程 作相量图的主要过程 选参考向量 主磁通相量 根据一次主电动势和励磁电流关系分解励磁电流有功分量和无功分量 画出感应主电动势 画出空载励磁电流 根据一次侧电压方程画出 变压器空载运行的相量图 励磁电阻 等效铁耗电阻 励磁电抗 励磁阻抗 变压器空载运行的等效电路 主要参数 作业习题 1 1 2 1 2 2思考 1 1 1 42 1 2 8 变压器原边接电源 副边接负载的运行状态称为负载运行 2 3变压器负载运行 一 负载时一次绕组回路电压方程 二 负载时二次绕组回路电压方程 二次负载阻抗电压方程 二次绕组回路电压方程 和一次漏电势采用负电抗压降表示一样 二次漏电势也可表示为下式 最后得二次绕组回路电压方程 根据全电流定律得 磁动势平衡关系 三 负载时磁动势及一 二次电流的关系 上式称为电流形式的磁动势平衡关系式 理解 一次磁动势由两部分组成 一为励磁磁动势 产生主磁通 另一部分 用来平衡二次绕组产生的磁动势 上式电流形式的磁动势平衡关系 体现了变压器负载运行时 一二次电流之间的关系 分析 理解 变压器负载运行时 一次侧的输入电流其中一部分是励磁电流分量 用来激励主磁场 另一部分是取决于二次侧负载电流大小的负载分量 对励磁电流分量的理解 变压器从空载到满载 因为电源电压不变 所以一次绕组感应电动势变化很小 结论 变压器负载运行时激磁电流分量近似等于变压器的空载电流 有时用空载电流来表示激磁电流分量 那么励磁电流分量和电动势关系也可表示为 四 变压器的基本方程式 根据变压器负载时一次 二次的电压方程 可画出一次 二次的分离等效电路 思考 上面等效电路能真实 等效 变压器的负载运行吗 一 二次分离等效电路 五 折合算法 原则 保持不变 就不会影响的变化 才会和实际变压器运行时电气关系等效 定义 保持一个绕组的磁动势不变而改变其电动势 电流和匝数的算法称为归算法 折合算法 目的 a 使一 二次绕组 有 电的连接等效电路 能真实反映变压器负载运行时一二次电流 功率 关系 具体思路和步骤 保持二次绕组磁动势不变 而假想它的匝数与一次绕组匝数相同的折合算法 称为二次向一次折合 说明 折合算法其结果不能改变变压器运行时的物理本质 既不改变变压器内部的电磁关系 即 不改变磁场 磁动势 不改变功率关系 也就是说折合前后是等效的 但是 折合完成后的二次绕组感应电动势和一次绕组的感应电动势相等了 那么刚才分离的等效电路就可能统一起来了 思考 能不能一次向二次侧折合 或者向其它匝数折合 1 基本方程式 六 折合后的基本方程 等效电路和相量图 变压器 T 型等值电路 2 T 型等效电路 用 T 型等效电路求解变压器运行是复数阻抗的计算 比较繁复 所以工程上常常把励磁支路略去 等到一字型简化等效电路 3 简化等效电路 思考 为什么可略去励磁支路 叫短路阻抗 短路电阻 短路电抗 4 短路阻抗形式的简化等效电路 注意 简化等效电路不适用空载 适用正常负载运行和稳态短路 2 变压器变比可以按原副边额定相电压计算 但决不能按原副边额定电压计算 1 等值电路中所表示的物理量及参数都是相值 用在三相变压器时 是指对称运行时的一相的情况 3 对称负载时 不必考虑原副边电路接法是否相同 只需要把所有量转换为相值 4 变压器副边与负载接法应一致 否则需把负载的接法转换成副边的接法 友情说明 已知 及参数 5 相量图 负载所消耗的功率是变压器从电源吸收电功率后 经原 副边传递过来的 在能量传递过程 变压器本身要有损耗 七 功率关系 例2 1 p30 2 4标幺值 一个物理量的 一 电机学中基准值的选择1 通常以额定值为基准值相 线 电压 流 的基准值分别是相 线 电压 流 的额定值 三相 单相 功率的基值分别是三相 单相 的额定容量 4 视在 有功 无功 功率的基准值都是额定视在功率 2 变压器的一次或二次侧某物理量的基准值 分别是对应的该物理量一次或二次侧的额定值 基准值的选择示意表 1 一个量与它的折合值的标幺值相等 2 线值与相值电压 流 的标幺值相等 3 一相功率与三相功率的标幺值相等 二 标幺值的优点 5 计算方便例 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 4 便于一些数据的记忆和分析 如 左右 当满载 过载 欠载 2 5参数测定 目的 通过试验可以求出变比 铁损耗及励磁阻抗 一 变压器空载试验 求取 求取 空载试验测取参数 方法 空载实验注意事项 1 空载实验时应加额定电压 2 空载实验通常在低压侧加电源 高压侧开路 3 变比的求取 二 变压器短路试验 求取 目的 通过短路试验可以求出变压器的铜损耗和短路阻抗 A w v 短路实验注意事项及说明 1 短路实验时短路电流应为额定电流 2 短路实验通常在高压侧加电压 低压侧短路 标幺值表示为 定义 变压器原边接额定电压 副边开路时的副边端电压为副边额定电压 带上负载后副边电压变为 与的差 同相比的比值称为电压调整率或电压变化率 用表示 一 电压调整率 2 6变压器的运行性能 用标幺值的简化等值电路 感性负载简化相量图 时 称为额定电压调整率 标志着变压器的输出电压的稳定程度 变压器的短路阻抗越小 也越小 供电电压越稳定 其中 代表副边输出的有功功率 代表原边输入的有功功率 代表变压器的总损耗 二 变压器的效率 单相变压器 三相变压器 若忽略副边端电压在负载时的变化 则 的计算 铜耗是一二次绕阻中 电流在电阻上的有功损耗 因此与负载电流平方成正比 从空载到负载 变压器的主磁通基本不变 因此相应的铁耗在额定电压下基本不变 不变损耗 可变损耗 损耗的确定 1 一定时 2 一定时 效率特性曲线 变压器的效率公式 通常 条件下 中小型变压器的效率约为0 95 0 98 大型变压器的效率一般在0 99以上 电力系统中要求负载的功率因数较高 这样才有利于电压稳定和高效率输电 效率特性曲线是一条有最大值的曲线 最大值出现在磁场处 此处即为最高效率 此时的负载因数记为 最高效率 变压器效率特性 第三章三相变压器 主要内容 2 掌握三相变压器联接组的判别方法 3 掌握三相变压器空载运行时主磁通 空载电流以及电动势的波形 1 了解三相变压器磁路系统的特点 3 2三相变压器的磁路系统 1 三相变压器组 一种由三个单相变压器组成的变压器组 特点 三相磁路彼此无关 2 三铁心柱变压器 一般外加三相电压对称时 三相磁通也对称 三铁心柱变压器特点 三相磁路彼此相关 一相磁路以另外两相磁路作为闭合磁路 3 两种三相变压器磁路结构对磁通的影响 思考 假设某励磁电流产生了平顶波的主磁通 分析两种三相变压器磁路结构对主磁通的影响 平顶波磁通的分析 结论 由于三相变压器组的三相主磁路彼此无关 所以平顶波磁通分解得到的基波及三次谐波磁通都沿各自的铁心主磁路闭合 结论 由于三铁心柱变压器的三相主磁路彼此相关 所以平顶波磁通分解得到的同大小 同相位的三次谐波磁通不可能沿着铁心磁路闭合 只能沿变压器变压器油 油箱壁等其它路径闭合 这样三次谐波磁通所遇到的磁阻显著增加 会明显削弱三次谐波磁通的幅值 此种情况可认为变压器的主磁通近似正弦波 而不是平顶波 3 4三相变压器空载运行电动势波形 单相变压器 为了充分利用铁心 设计变压器时 额定运行点的磁通最大值往往设计在铁心饱和段 由于磁路饱和 变压器空载时与的关系是非线性的 它们的波形不可能同时为正弦波 结论 对于单相变压器 在饱和情况下 为尖顶波 为正弦波 分析 前面已知空载电流为尖顶波 那么除基波电流外 还有3次谐波电流 及5 7次等高次谐波电流 由于5 7等高次谐波电流数值较小 在近似分析时认为尖顶波的空载电流可分解为基波电流及3次谐波电流 三相变压器 由于其三相绕组在电力系统中常见的接法有两种 Y 星接 和D接 角接 Y接 接 一 三相变压器空载电流波形分析 2 如果一次绕组角接的三相变压器 比如Dd Dy等 空载运行 其空载电流应为什么形状的波形 思考 1 如果一次绕组星接的三相变压器 比如Yd Yy等 空载运行 其空载电流应为什么形状的波形 假设三相变压器对称空载运行时每相空载电流为尖顶波 那么其中每相都含有基波电流分量和3次谐波电流分量 根据分析可知各相3次谐波电流分量一定同大小 同相位 三相变压器空载电流波形结论 1 如果三相变压器一次绕组为Y接 决定了不可能为空载电流中的3次谐波电流提供通道 这样一次Y接的变压器空载运行时的空载电流接近正弦波 2 如果三相变压器一次绕组为D接 那么3次谐波电流会在闭合的角接绕组内形成环流 这样一次D接的变压器空载运行时的空载电流认为是尖顶波 一 三相变压器空载运行时相电动势波形分析 Yy接法的三相变压器组 正弦波 Y接法 平顶波 绕组接法决定 磁路饱和决定 数学分解 都沿各自铁心主磁路闭合 基波磁通和3次谐波磁通 那么基波电势和3次谐波电势合成就是为一相的感应电动势 那么合成波形是什么样的 结论 实际一相电动势波形会畸变 因此Yy三相变压器组在实际中不能使用 思考 线电动势的波形如何 由于很弱 也很小接近正弦 三铁心柱式变压器 所以1800KVA及以下容量的变压器可采用此接法 二 Y d接法 不同磁路 绕组连接对相电动势波形的影响 第二节绕组的标志方式 目的 解决一二次绕组侧匝间相位的改变问题 在本教材中 是利用电势来比较相位 同名端 即同极性端 在绕组中产生感应电动势的瞬时实际方向相同 同极性端与绕组绕向有关 用 表示 1 单相变压器绕组标志 I I 把高压绕组电动势相量看作为时钟的分针 指向数字12 把低压绕组电动势相量看作为时针 指向的数字即为钟点数 高压绕组 首端标记为A 尾端标记为X低压绕组 首端标记为a 尾端标记为x 采用时钟法后 不必考虑绕组绕向 只要看变压器连接组标号即可知高低压绕组电动势的相位关系 时钟法 单相电力变压器连接组只有和两种 3 用时钟表示法规定矢量始终指向12点位置 若也在0位置则同相位 表示为II0若也在6位置则反相位 表示为II6 2 单相变压器的联结组别 1 当A a为同名端 简化 与 简化 为同相位 2 当A a为异名端与为反相位 从三个相绕组首端A B C通入电流 产生的各相磁通的方向指向同一个磁路节点 此时A B C三端点就是同极性端 三相绕组加三相对称电压时 其磁通总和必为零 即 对于三铁心柱三相变压器 不仅每相的原 副边绕组间存在极性端问题 而且三相绕组间存在相间极性问题 高压绕组 首端A B C 尾端X Y Z 中线N低压绕组 首端a b c 尾端x y z 中线n 3 三相变压器绕组标志 三相绕组的标志方法 1 星形接法Y Yy 相 线电动势关系 一 三相绕组接法 第三节三相变压器的连接组别 2 三角形接法 Dd 二 三相变压器的联接组别 1 Y y连接 2 Y d连接 4 结论 1 Yy联结方式 只能得到偶数的联结组别 2 Yd或Dy联结方式 只能得到奇数的联结组别 3 三相双绕组电力变压器的标准连接组 Yyn0 Yd11 YNd11 YNy0和Yy04 单相电力变压器只有一种 1 平行 方向相同或相反 或重合的两个矢量是指一个铁心柱上的高低压绕组所表示的矢量 2 把A和a重合 是为了使高 低压绕组线电动势有公共的起点 3 画图的注意事项 3 3变压器的联接组标号 目的 分析一二次绕组线电压相位之间的关系 用线电势来比较相位 变压器改变相位的功能 术语 1 同名端 即同极性端 在绕组中产生感应电动势的瞬时实际方向相同 用 表示 左图1与3为同极性端 1与4为异极性端 右图如何 2 时钟表示法 把高压绕组电动势相量看作时钟的分针 长针 永远指向数字12 把低压绕组对应电动势相量看作为时针 短针 以此表示两者相位 这样A和a既可以是同名端也可以是异名端 3 绕组首尾端标记及相电动势方向约定 高压绕组首端是标记为A B C的出线端 尾端标记X Y Z 低压首端a b c尾端x y z 绕组电动势相量方向约定 是指从首端指向尾端的电动势 例如A相绕组电势是从A指向X的电势 而不是X指向A的电势 连接组标号 一 单相变压器连接组标号 同名端都标记为首端 连接组标号 同名端分别标记为首 末端 总结 从三个相绕组首端A B C通入电流 产生的各相磁通的方向指向同一个磁路节点 此时A B C三端点就是同极性端 对于三铁心柱变压器 每相的原 副边之间 以及三相绕组相互间均存在极性端问题 高压绕组 首端A B C 尾端X Y Z 中线N低压绕组 首端a b c 尾端x y z 中线n 二 三相变压器绕组的联结 1 三相变压器原副边绕组同名端标为首端 2 三相变压器原副边绕组异名端标为首端 3 同一铁心柱上的原副绕组标以不同相的标号 但原副边的相序必须一致 三相绕组也存在标志方法问题一般有三种标志方法 三相变压器绕组同名端与出线标志 1 三相变压器绕组同名端与出线标志 2 三相变压器绕组同名端与出线标志 3 以高压为例 三相绕组尾端X Y Z联接在一起 首端A B C引出 相序自左向右排列 若中点引出 则用表示 1 星形接法Y Yy 相 线电动势关系 1 三相绕组接法 2 三角形接法 Dd 在上图中 能否根据A相绕组位置 唯一确定B C相绕组位置 2 三角形接法 Dd 2 三角形接法 Dd 2 三相变压器的联结组别 3 举例 1 Yy联结的三相变压器 2 Yd连结的三相变压器 结论 1 Yy联结 只能得到偶数的联结组别 2 Yd或Dy联结 只能得到奇数的联结组别 3 三相双绕组电力变压器的标准连接组 Yyn0 Yd11 YNd11 YNy0和Yy0 1 平行 方向相同或相反 或重合的两个相量是指一个铁心柱上的高低压绕组所表示的相量 2 把A和a重合 是为了使高 低压绕组线电动势有公共的起点 画图的注意事项 2 重点 并联运行的变压器负载分配问题 1 主要内容 变压器并联运行的条件 逐一分析不满足条件时出现的问题 第四章变压器的并联运行 4 1变压器并联运行及条件 一 并联的必要性1 经济性2 可靠性 负载 二 并联运行变压器的理想运行情况 1 空载运行时 各台变压器间无环流 2 负载运行时 各台变压器分担的负载电流与它们的额定容量成正比关系 三 变压器并联运行的理想条件 变压器原边接在同一母线上 需要副边也并联 以下通过与直流并联对比进行分析 从直流电源 电池 并联条件分析变压器并联的理想条件 1 r1 r2 E1 E2 R I 2 2 1 1 右图中一个电池所能提供的电流太小 需要两个并联 r1 r2 E1 E2 2 1 2 1 从直流电源 电池 并联条件分析变压器并联的理想条件 1 分析两个电池什么条件下才能并联 直流电源 电池 并联时 为了避免环流 要求电源电压相等 r1 r2 E1 E2 2 1 2 1 变压器副边并联后 绕组本身构成闭合回路 为了避免环流 有何要求 为避免环流 不但要求电压相等 而且要求相位相同 联接组问题就是研究线电压相位的问题 2 属于同一个联接组别 必要条件 1 原副边的额定电压要相同 变比k相等 并联运行时各台变压器应满足的理想条件 3 短路阻抗标幺值相等 4 2变比不等的变压器并联运行 两台单相变压器并联为例 1 和都断开 注 2 刀闸闭合 产生环流 3 刀闸闭合 副边端电压变化不大 循环电流和空载运行时差不多一样大 负载时副边电流分别为和 则副边总电流各为 因为 该变压器负荷加重 可输出容量减小 结论 要求变比k相差小于0 5 4 3变压器联接组标号对并联运行的影响 例 假设Yy0与Yd11的两台变压器并联运行 假定 4 4负载分配与短路阻抗标幺值的关系 各变压电流与总电流的关系 采用标幺值形式 当总电流一定时 只有各短路阻抗角相等时有 负载分配与变压器额定容量的关系 第五章三绕组变压器和自耦变压器 主要内容 1 三绕组变压器的基本方程及等效电路 2 自耦变压器电压 电流和容量的关系及等效电路 5 1三绕组变压器 一 结构特点每个铁心柱上套有三个不同电压级别的绕组 通常高压绕组放在最外层 低压绕组或中压绕组放在内层 通常以最大的绕组容量命名三绕组变压器的额定容量SN 一般工作情况下 三绕组的任意一个 或两个 绕组都可以作为原绕组 而其它的两个 或一个 则为副绕组 二 用途及绕组容量问题 三绕组变压器可以直接连接三个不同电压等级的电网 N1 N2 N3 三 基本分析方法和思路 磁动势平衡 主磁通感应电动势可表示为 自漏磁通感应的电动势可表示为 还有两两绕组之间的互漏磁通 比如某绕组电流产生的和另一个绕组交链的互漏磁通会在这个绕组中感应电动势 也可用负的漏电抗压降表示 二次绕组电流产生的与一次绕组交链的互漏磁在一次绕组中感应电动势 互漏磁通感应电动势说明 可得各次绕组的电压方程为 变比 主磁通在三个绕组感应主磁电势之比等于变比 总共三个变比 参数归算 归算后的四个基本方程 最后可简写为 以上称为等效电抗 其中 称为等效阻抗 注意 等效电路的电抗是等效电抗 不是各绕组本身的漏抗 它们综合反映自漏抗与互漏抗的影响 磁路主要经空气闭合 等效电抗为常数 5 2自耦变压器 一 结构特点与用途自耦变压器实质上是一个单绕组变压器 原 副边之间不仅有磁的联系 而且还有电的直接联系 自耦变压器每一个铁心柱上套着两个绕组 两绕组串联 绕向一致 N1 N2 实例分析 从双绕组变压器到自耦变压器 仅仅绕组改接法 双绕组变压器可以变为自耦变压器 功率可以增大数倍甚至数十倍 实例 假设图示双绕组变压器 实例分析 从双绕组变压器到自耦变压器 分析从双绕组变压器到自耦变压器哪些量改变了 哪些量没有变化 主要分析原副边电压与电流的变化情况 原副边电流符号相反 当原边电流在原绕组中从同名端流向非同名端 则副边电流在副绕组中从非同名端流向同名端 实例分析 从双绕组变压器到自耦变压器 首先分析双绕组变压器电流方向 忽略励磁电流则 实例分析 从双绕组变压器到自耦变压器 联结成自耦变压器 空载时 如果原边施加 则绕组电势仍为与 副边输出电压 实例分析 从双绕组变压器到自耦变压器 忽略励磁电流 当原边电流从同名端流向非同名 则副绕组电流从非同名端流向同名端 原副绕组电流 原副边电流实际方向示意图 副边实际电流则等于原副绕组电流之和 实例分析 从双绕组变压器到自耦变压器 原副边电流实际方向示意图 与双绕组变压器类似 原绕组 时 副绕组 于是负载电流 原边输入容量副边输出容量 二 自耦变压器基本方程要求 参考下图与上述物理概念自行推导 为自耦变压器变化 1 电压 电流和容量关系 原 副边的方程式 若忽略漏阻抗压降 则 根据全电流定律 励磁磁动势为串联绕组磁动势与公共绕组磁动势之和 即 若忽略励磁电流 则 结论 自耦变压器负载运行时 原 副边电压之比近似等于副 原边电流之比 这点与双绕组变压器一样 一台单相双绕组变压器 如单独把高压绕组AX的中点抽出作为副边a 变为自耦变压器 解 例 1 由原边直接传到副边的容量称为传导容量 既不消耗材料 也不产生损耗 2 绕组通过电磁作用得到的容量称为电磁容量 也叫绕组容量 3 自耦变压器的绕组容量与额定容量的比值称为效益系数 定义 效益系数 绕组容量 额定容量 额定容量 额定容量 传导容量 2 简化等值电路 折合后 代入 得 主要用在高压电力系统中两个电压相差不大的电网上 小容量自耦变压器也被用作实验室中的调压设备 优点 比双绕组电力变压器省材料 成本低 效率高 用途 总结 缺点 1 短路阻抗标幺值比双绕组小 短路电流较大 2 由于自耦变压器原副边有电的直接联系 高压边过电压时 低压边也产生严重的过电压 两边均需要装设避雷器 华北电力大学电机教研室 电机学 第六章变压器的过渡过程 当变压器突然改变负载 空载合闸到电源 二次绕组突发短路或受到过电压冲击等 变压器各电磁量就要发生骤烈的变化 其持续过程称为过渡过程 分析变压器的过渡过程 主要是由于此过程会出现过电压或过电流 在极短的时间内也会对变压器造成破坏 6 1概述 华北电力大学电机教研室 电机学 6 2过电流现象 一 变压器空载合闸到电源 变压器副边开路空载 原边合闸接到电源称为空载合闸 华北电力大学电机教研室 电机学 设稳态空载运行时不考虑铁心饱和问题 合闸时电压的初相角 当时间时空载合闸 则电源电压为 一 变压器空载合闸到电源 华北电力大学电机教研室 电机学 合闸后微分方程式为 一 变压器空载合闸到电源 瞬变过程中励磁电流与电感的关系 华北电力大学电机教研室 电机学 解上式常系数微分方程 得其解为 磁通与电源电压的相位差 设合闸时 铁心中没有剩磁 一 变压器空载合闸到电源 华北电力大学电机教研室 电机学 几种特定情况分析 合闸后就进入稳定状态 不发生瞬整过程 1 当电源电压初相位角时合闸 华北电力大学电机教研室 电机学 2 当电源电压初相位角时合闸 自由分量是直流指数衰减量 时最大 当时 稳态分量与暂态分量相加可达 几种特定情况分析 华北电力大学电机教研室 电机学 2 当电源电压初相位角时合闸 华北电力大学电机教研室 电机学 变压器正常运行时 磁路设计得已经有点饱和 若在最不利的空载接通电源 磁通可能超过两倍的 铁心非常饱和 励磁电流很大 可达额定电流的3 5倍 当已知变压器空载接通电源其磁通随时间变化关系后 可根据磁化特性曲线找出相应的励磁电流 2 当电源电压初相位角时合闸 华北电力大学电机教研室 电机学 2 当电源电压初相位角时合闸 华北电力大学电机教研室 电机学 在变压器空载接通电源的过程中 随着自由分量磁通的衰减 励磁电流也要衰减 衰减的时间常数为 2 当电源电压初相位角时合闸 华北电力大学电机教研室 电机学 结论 空载合闸电流对变压器本身没有多大危害 但若衰减较慢时 可能引起过电流保护装置动作而跳闸 为了避免这种情况 在变压器原边串一个附加电阻 这样可减少冲击量 也可使冲击迅速衰减 合闸完毕 再将该电阻切除 由于三相变压器三相互差1200 相位总会在合闸时有一相电压初相位接近于零 因此总会有一相电流较大 华北电力大学电机教研室 电机学 二 变压器突然短路 变压器稳态短路电流已经是额定电流的十几倍到二十几倍左右 突然短路电流比稳态电流还要大 同时产生的冲击电流会使机械力增大 三相变压器故障短路各种各样 一相接地 两相短路 两相接地 三相短路等 为了简单 此图仅分析单相变压器突然短路的情况 华北电力大学电机教研室 电机学 二 变压器突然短路 华北电力大学电机教研室 电机学 当变压器一次绕组接额定电压 二次绕组发生突然短路 原 T 形等效电路可简化为 一 形等效电路 二 变压器突然短路 华北电力大学电机教研室 电机学 由于一 二漏阻抗的分压作用 使磁路不饱和 电感可为常数 所以可用一次电流表示微分方程 二 变压器突然短路 华北电力大学电机教研室 电机学 设时 二 变压器突然短路 虽然突然短路前可能已带上负载 但负载电流比起短路电流很小 可忽略不计 华北电力大学电机教研室 电机学 大型变压器 其中 二 变压器突然短路 华北电力大学电机教研室 电机学 其中 当时发生突然短路 当 时为最大值 二 变压器突然短路 华北电力大学电机教研室 电机学 二 变压器突然短路 对于小容量变压器 对于大容量变压器 若采用短路阻抗标幺值表示 则为 华北电力大学电机教研室 电机学 例 若 则 二 变压器突然短路 华北电力大学电机教研室 电机学 二 变压器突然短路 突然短路电流对变压器的影响 略 以上都为自学部分 6 3过电压现象 略