chp2变压器0.ppt

2 1变压器的结构和额定值 2 2变压器空载运行 2 3变压器的负载运行 2 4标幺值 2 5参数的测定 2 6变压器运行性能 第二章变压器 重点与难点 重点 1 变压器的基本方程和等效电路 2 等效电路参数的测定 3 标幺值 4 变压器的运行性能 难点 1 变压器的运行原理和运行性能 2 三相变压器 第一节变压器的工作原理 分类及结构 一 变压器的工作原理 变压器的主要部件 铁心和套在铁心上的两个绕组 两绕组只有磁耦合没电联系 在一次绕组中加上交变电压 产生交链一 二次绕组的交变磁通 在两绕组中分别感应电动势 只要一 二次绕组的匝数不同 就能达到改变压的目的 K 变比 忽略铁心中的损耗 根据能量守恒定律 有 二 变压器的分类 按用途分 电力变压器和特种变压器 按绕组数目分 单绕组 自耦 变压器 双绕组变压器 三绕组变压器和多绕组变压器 按相数分 单相变压器 三相变压器和多相变压器 按铁心结构分 芯式变压器和壳式变压器 按调压方式分 无励磁调压变压器和有载调压变压器 按冷却介质和冷却方式分 干式变压器 油浸式变压器和充气式变压器 电源变压器 电力变压器 控制变压器 接触调压器 三相干式变压器 三 变压器的结构简介 铁心 变压器中主要的磁路部分 分为铁心柱与铁轭两部分 绕组 变压器中的电路部分 Y或 连接 三相变压器 2 绕组 定义 变压器的电路部分 用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线 铜或铝 绕成 一次绕组 输入电能的绕组 二次绕组 输出电能的绕组 高压绕组的匝数多 导线细 低压绕组的匝数少 导线粗 从高 低压绕组的相对位置来看 变压器的绕组可分为同心式和交迭式 油浸式电力变压器 1 信号式温度计2 吸湿器3 储油柜4 油位计5 安全气道6 气体继电器7 高压套管8 低压套管9 分接开关10 油箱11 铁心12 线圈13 放油阀门 变压器的额定值 额定容量为变压器的视在功率 用SN表示 单位kV A V A 额定电压 线电压 一次和二次绕组上分别为U1N和U2N 单位V kV 额定电流 线电流 一次和二次绕组上分别为I1N和I2N 单位A kA 单相变压器 三相变压器 额定频率fN 我国的规定为50Hz 解 图2 4变压器的空载运行 变压器匝数为N1的一次绕组加上交流电压 变压器匝数为N2的二次绕组开路 这种情况即为变压器的空载运行 2 2单相变压器的空载运行 一次绕组和二次绕组的电动势平衡方程式 其中 i0 空载电流 u20 二次绕组的空载电压 r1 一次绕组的电阻 m 主磁通 1 一次绕组漏磁通 一 感应电动势 感应电动势e1和e2均滞后于 m的电角度90 其有效值为 E1和E2的相量表达式 K 变比 二 空载电流 励磁电流 产生主磁通所需要的电流 用表示 空载运行时 空载电流就是励磁电流 即励磁电流包括两个分量 一个是磁化电流 一个是铁耗电流 性质 由于空载电流的无功分量远大于有功分量 所以空载电流主要是感性无功性质 也称励磁电流 大小 与电源电压和频率 线圈匝数 磁路材质及几何尺寸有关 用空载电流百分数I0 来表示 磁路达到饱和 则需由图解法来确定 如图2 6 a 和 b 所示 磁化电流用于激励铁心中的主磁通 属于无功电流 磁化曲线 1 磁化电流 当磁路不饱和时 磁化曲线是直线 磁化电流与磁通成正比 图2 6 a 铁心的磁化曲线 O O 图2 6 b 磁路饱和时磁化电流成为尖顶波 0 0 0 图2 24磁路饱和时正弦激磁电流产生的主磁通波形 由于铁心中存在铁心损耗 故励磁电流中除无功磁化电流外 还有一个与铁心损耗相对应的铁耗电流 与同相位 用复数表示时 励磁电流为 相量图 铁耗电流 图2 5变压器的空载相量图 三 励磁阻抗和空载等效电路 2 12 式中 Zm Rm jXm称为变压器的激磁阻抗 它是表征铁心磁化性能和铁心损耗的一个综合参数 图2 5铁心线圈的并联等效电路 图2 5铁心线圈的串联等效电路 励磁电抗与励磁电阻励磁电抗 是表征铁心的磁化性能的一个等效参数 励磁电阻 是表征铁心损耗的一个等效参数 励磁阻抗 空载运行时的电动势平衡方程式 相量图及等效电路 并且有 一次绕组 铁心 变压器的空载运行 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 非线性磁路中 电抗的大小随磁路的饱和而减小 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 小结 2 3变压器负载运行 变压器一次侧接在额定频率 额定电压的交流电源上 二次侧接上负载的运行状态 称为负载运行 一 负载运行时的物理情况 二 负载运行时的磁势平衡方程式 或 用电流形式表示 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 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 负载运行时 忽略空载电流有 表明 一 二次电流比近似与匝数成反比 可见 匝数不同 不仅能变电压 同时也能变电流 三 负载运行时的电动势平衡方程式 分别为一次和二次绕组的漏阻抗 电阻和漏电抗 根据基尔霍夫电压定律 四 变压器的折合算法 折算 归算 归算 将变压器的二次 或一次 绕组用另一个绕组来等效 同时 对该绕组的电磁量作相应的变换 以保持两侧的电磁关系不变 归算原则 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 二次绕组归算后 变压器一次和二次绕组具有同样的匝数 即 一 电动势和电压的归算 则 二 电流的归算 保持磁动势不变 三 阻抗的归算 阻抗归算的原则 归算前后电阻铜耗及漏感中无功功率不变 归算后变压器负载运行时的基本方程式变为如下形式 图中a b和c d分别是等电位点 可连接起来而不改变运行情况 二次绕组各量均已经归算到一次绕组 即 二 等效电路 近似等效电路图 Rk Xk和Zk分别称为短路电阻 短路电抗和短路阻抗 由简化等效电路可知 短路阻抗起限制短路电流的作用 由于短路阻抗值很小 所以变压器的短路电流值较大 一般可达额定电流的10 20倍 三 相量图 根据T形等效电路 可以画出相应的相量图 2 4标么值 定义 基准值的选取 以各自量的额定值为基准值 例 标么值优点 1 额定值的标么值为1 例如 U1 1 0 2 折算前 后标么值相等 不需折算 3 线值标么值和相值标么值相等 4 单相的标么值和三相的标么值相等 6 电压等级差别大 但标么值表示的参数变化范围不大 5 百分值 标么值 100 8 物理意义不同的量 标么值相等 7 标么值表示的电压和电流 能反映设备运行情况 负载系数 或 例 2 5变压器参数测定 一 空载试验 目的 通过测量I0和一 二次电压及空载功率P0来计算变比 空载电流百分数 铁耗和励磁阻抗 1 低压侧加电压 高压侧开路 2 忽略和 则 变压器空载实验 续 1 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 2 若要得到高压侧参数 须折算 3 对三相变压器 各公式中的电压 电流和功率均为相值 注意 二 短路试验 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 1 高压侧加电压 低压侧短路 2 忽略和铁损 则 短路参数 对T型等效电路 短路参数 1 温度折算 2 对三相变压器 各公式中的电压 电流和功率均为相值 注意 3 短路电压 短路实验时使短路电流为额定电流时一次所加的电压 折算到75 时的数值 短路电压 阻抗电压 无功分量 电抗电压 有功分量 电阻电压 短路电压是变压器的重要参数 它的大小直接反映了短路阻抗的大小 而短路阻抗直接影响变压器的运行性能 短路参数 续 2 6变压器的运行性能 1 变压器的电压变化率 变压器二次侧的端电压随负载变化的程度 电压变化率 U规定为 一次侧加额定负载电压 负载功率因数为一定值 空载与负载时二次侧端电压之差 用二次侧额定电压的百分值表示 即 电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之一 它的大小反映了供电电压的稳定性 可见 电压变化率的大小与负载大小 性质及变压器的本身参数有关 时的电压变化率称为额定电压变化率 2 变压器的效率 变压器的损耗主要是铁耗和铜耗两种 铁耗包括基本铁耗和附加铁耗 基本铁耗为磁滞损耗和涡流损耗 附加损耗包括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 铁耗与外加电压大小有关 而与负载大小基本无关 故也称为不变损耗 铜耗也分基本铜耗和附加铜耗 基本铜耗是在电流在一 二次绕组直流电阻上的损耗 附加损耗包括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 铜耗大小与负载电流平方成正比 故也称为可变损耗 变压器的效率也是指其输出的有功功率与输入的有功功率之比 用百分值表示 最大效率 当时 即时有最大效率 也就是当变压器的铜损耗等于铁损耗时有最大效率 最大效率和最大效率时的负载分别为 第三章三相变压器 一 三相变压器的联结组别 1 联结法 a 星形联结b 三角形联结 变压器的端头标号 a I I 0联结组b I I 6联结组 时钟表示法 标志变压器高 低压绕组的相位关系 1 单相变压器的联结组 2 联结组 2 三相变压器绕组的联接组 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 以Y y连接的三相变压器为例说明连接组的判别 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 可以判断得到 该联接组为Y Y 12 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 三相变压器绕组的联接组 Y Y 6 Y Y 4 同一铁心柱上绕组的是c a b 改变同名端 三相变压器绕组的联接组 Y 11 Y 1 三相变压器绕组的连接组 连机组的几点认识 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 二 三相变压器的磁路系统 铁心的结构形式 a 单相芯式铁心的合并b 铁心的演变c 三相芯式铁心 三 三相变压器的电路系统和磁路系统对电动势波形影响 励磁电流中无三次谐波的主磁通波形 平顶波 三相变压器组不能是Y y连接 电动势波形严重畸变 产生严重过电压 1 Yy连接的三相变压器 三相三次谐波电流 三次谐波分量同相位 同大小 三次谐波电流在Y联接的原边绕组中无法流通 空载电流接近正弦波 主磁通为一平顶波 主磁通除基本磁通外 还包含三次谐波磁通 3 2 Yd连接的三相变压器 结论 在三相变压器中 希望在原边或副边绕组中有一个接成三角形 保证相电动势接近正弦波 避免畸变 三相变压器Y y连接时 内部的三次谐波磁通及其三次谐波电动势较小 但油箱壁易过热 容量在1800kVA以下 3 4变压器的并联运行 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 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 3 各变压器短路电压或短路阻抗的标幺值相等 二 变压器并联运行满足的条件 三 并联条件的运行分析 3 短路阻抗不等 可见 各台变压器所分担的负载大小与其短路阻抗标么值成反比 为了充分变压器的容量 理想的负载分配 应使各台变压器的负载系数相等 而且短路阻抗标值相等 第八节自耦变压器与互感器 1 工作原理 实质上 自耦变压器就是利用一个绕组抽头的办法来实现改变电压的一种变压器