电机及电力拖动自动控制系统第2章变压器

,第2章变压器,1,第2章变压器,第2章变压器,2,变压器的工作原理与结构单相变压器的空载运行单相变压器的负载运行变压器的运行特性三相变压器自耦变压器和仪用互感器,2.2,2.3,2.4,2.5,2.6,2.1,3,第2章变压器变压器是一种将一个等级的交流电压变换成另一个等级的交流,电压的静止交流电机。,第2章变压器,4,变压器在电力系统中起着重要作用,变压器(transformer，Tr),5,2.1.1变压器工作原理,N1,N2,+,-,u1,第2章变压器2.1变压器的工作原理与结构,i1,e1,e2,i2,-,+,ZLu2,ddt,e1N1,ddt,e2N2,N1N2降压变压器N10，u0,U2=f(I2),0,I2*,容性负载下，20U2*2.外特性,1,纯电阻负载,感性负载,容性负载,第2章变压器,57,-,+,-,R2,jX2,ZL,RmjXm,jX1,2.4.2损耗与效率I1R1+,1,变压器容量输入功率输出功率变压器损耗,2,12,SU1I1U2I2PU1I1cos1PU2I2cos2pCupFePP,.,第2章变压器,铁耗pFemI02空载实验时，pFep0,2p,2IN21RshI1*2pshsh,P2,SNcos2p0psh,R,(不变损耗),铜耗,2,pCupCu1pCu2R1I1R2I22,I12IN1,短路实验时，pCuI12Rsh,2,I2IN2,IN2cos2,PU2I2cos2UN2,SNcos2,效率,2,SNcos2,100%P1,100%,忽略负载变化对U2的影响,58,第2章变压器,59,第2章变压器,60,求折算至高压侧的|Zm|、Rm、Xm和|ZS|、RS、XS。解：(1)由空载试验求得,【例2-5】一台三相变压器，SN=750kVA，U1N/U2N=10000/231V，I1N/I2N=43.3/1874A。Y,d联结。室温为20，绕组为铜线，试验数据如下表：,第2章变压器,61,=3.83,折算至高压侧Z0=2523.85=2406R0=2520.35=219X0=2523.83=2394(2)由短路试验求得,第2章变压器,62,=5.54,折算至75,XS=5.54,第2章变压器,63,【例2-6】用一台例2-5中的三相变压器向20.8(电感性)的三相负载供电，求电压调整率和满载时的效率。,解:(1)求电压调整率由例2-5已求得75时的RS2.36,Xs=5.54,额定相电流I1NP43.3A,额定相电压3VR=(RScos2+XSsin2)100%=(2.360.8+5.540.6)100%=3.9%(2)求满载效率满载时=1,故,U1NP,I1NP,5780,43.3,第2章变压器,64,=97.6%,65,第2章变压器2.5三相变压器2.5.1磁路系统三相变压器的磁路系统按铁芯结构分类，可分为磁路系统彼此无关和磁路系统彼此相关两类。,1.磁路系统彼此无关（组式变压器）,由三台完全相同的单相变压器组成，各自磁路独立。,第2章变压器,66,2.磁路系统彼此相关（心式变压器）每相磁通借助另外两相磁路闭合。,第2章变压器,67,2.5.2电路系统,1.三相绕组的联结方法,(1)首末端表示,ABC表示高压绕组的首端,XYZ表示高压绕组的末端,A,B,C,X,Y,Z,abc表示低压绕组的首端xyz表示低压绕组的末端,a,b,c,x,y,z,绕组的首末端可以任意指定。,(2)联结方法,星形接法Y和三角形(D)接法两种,A,B,C,X,Y,Z,Y接将末端联结在一起,A,B,C,X,Y,Z,D接将三相绕组串联起来,第2章变压器,68,三相绕组联结的表达方式,高压绕组用大写Y、YN和D表示低压绕组用小写y、yn和d表示,高压边联结，低压边联结,国标：Y，yn；Y，d；YN，d；Y，y和YN，y,(3)变压器的连接原则,三相变压器每个绕组的电压和电流称为相电压和相,电流,三相变压器从三相电源输入的电压和电流以及向负载输出的电压和电流称为线电压和线电流,第2章变压器2.变压器的联结组别(1)同名端（同极性端）原、副绕组与同一磁通交链时，感应电势相同的极性端称,Xax,Xax,为同名端（同极性端），用“”表示。AA,首端为同名端时，原副方电势同相位；首端为异名端时，原副方电势反相位。69,.,Eax,.,Eax,.,EAX,.,EAX,第2章变压器,(2)时钟表示法,70,第2章变压器,71,(3)联结组的判断方法,三相变压器的联结组标号,用时钟法表示高压线电动势与,低压线电动势的相位关系,ABC,X,Y,Z,a,x,y,z,bc,ABC,X,Y,Z,a,b,c,x,yz,72,第2章变压器1）Y，y接法的联结组号,a.画高压侧相电动势相量图；确定EAB相量。,b.将Aa重合，画低压方相电动势相量图。注意与高压方相电动势,的关系：与高压方哪相电动势同相或反相。,c.根据时钟表示法判断连接组号。,Y，y12(0),B,b,c,C,Aa,A,B,C,X,Y,Z,x,y,z,a,b,c,(X,Y,Z),(x,y,z),第2章变压器,73,Y，y6,a,b,c,A,C,EABB,Eab,A,B,C,X,Y,Z,c,a,b,z,x,y,第2章变压器,74,2)Y，d接法的联结组号,c,Y，d11,bEabAa,C,EABB,AX,BCYZ,a,b,c,x,y,z,小结：三相变压器联结组号判断,第2章变压器,75,1、画出高压方的相电动势相量图，顶点ABC应为顺时针排列。,2、将Aa重合，画出低压方的相电动势相量图，顶点abc应为顺时针排列。注意与高压方相电动势的关系：与哪一相电动势同相或反相。,3、根据,的相位关系，确定联结组号。,上下对应的两个绕组在同一个铁心柱上，当绕组首端是同名端则电势相位方向相同；否则当绕组首端是异名端时电势相位方向相反。,76,高低压共用一部分绕组的变压器称为自耦变压器。,第2章变压器2.6自耦变压器和仪用互感器,2.6.1自耦变压器,77,I,N1,I1,E1,I2,U1,U2,I,I1,E2,I2,U2,U1,E2N2降压自耦变压器,E1升压自耦变压器,第2章变压器1.特点(1)高低压绕组既有磁的联系，又有电的联系。(2)能量传递，既有通过磁场传递的，又有直接传递的。,N1,第2章变压器,78,A,Xx,+,U1-,I1,-U2+,aI2I,N1=NAX,N2=Nax(共用绕组),E1E2,kN2,2.高低压方电压关系与双绕组变压器一样,降压自耦变压器的变比k大于1,N1,N2,A,第2章变压器+,79,N1,N2,80,第2章变压器降压变压器k1，故I与I2同相位：I=I2I14.容量关系SN=U1NI1N=U2NI2N输出容量：S2=U2I2=U2(I1I)=U2I1U2I,传导功率,电磁功率,一次侧电流流经部分绕组后，直接流入负载之中，所以称之为传导功率,一次侧电流流经部分绕组后产生磁势，后续绕组为了平衡该磁势由电磁感应产生的电流流经负载的功率,第2章变压器,81,1）由原边直接传到副边的容量称为传导容量，它既不消耗材料，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）自耦变压器额定运行时的额定容量为传导容量和电磁容量之和,4）自耦变压器的电磁容量与额定容量的比值称为效益系数,定义：,第2章变压器,82,效益系数=,绕组容量,额定容量,额定容量,额定容量传导容量,绕组容量,k越接近1,越小,电磁容量(绕组容量)越小,传导容量越大,节材效果越明显。所以自耦变压器适用于变压比不大的场合，一般变压比在1.5到2.0之间。,第2章变压器,83,5.自耦变压器的特点,(1)省材料，体积小,Nax为共用绕组，且电流小，可用细导线。,能量除磁场传递外，还可直接传递，与同容量双绕组,变压器比较，铁芯体积可以减小。,(2)与双绕组比较，Zsh*小，Ish*大。,(3)高低压绕组有电路上直接联系，低压绕组受高压侧过电压影响容易产生高压，一般需要接地使用。,84,用途：测量大电流,本质：双绕组变压器,第2章变压器4.6.2仪用互感器1.电流互感器,第2章变压器(1)连接方法,u,负载,i1,i2A大电流绕组（匝数少）N1与被测量线路串联，小电流绕组（匝数多）N2与电流表串联。(2)工作原理利用变压器改变电流的原理,将大电流变为小电流进行测量。电流比ki=N2/N11被测电流I1=kiI285,N1,N2,磁势平衡,第2章变压器,为了测量标准化，电流互感器副边额定电流规定为5A,电流互感器型号有：100/5，200/5，300/5，500/5等。,(3)测量误差由于,测量存在幅值误差和不严格差180的相位误差。,(4)使用注意事项副方绕组和外壳要接地使用副绕组不能开路，必须通过电流表或导线短接使用86,从安全角度考虑属保护接地,第2章变压器,87,2.电压互感器,本质：双绕组变压器用途：测量高电压,88,第2章变压器(1)连接方法,电压比ku=N1/N2,被测电压U1=kuU2,u1,负载,u2V高压绕组（匝数多）N1与被测量线路并联，低压绕组（匝数少）N2与电压表并联。(2)工作原理变压器原理,将高压变为低压进行测量。,N1,N2,第2章变压器,89,为了测量标准化，电压互感器副边额定电压规定为100V,电压互感器型号有：6kv/100，10kv/100，100kv/100等,(3)测量误差由于,.I20,U1kuU2,测量存在幅值误差和不严格差180的相位误差。,(4)使用注意事项,低压绕组和铁心要接地使用。,低压绕组绝对不能短路使用。,防止一二次侧绝缘损坏造成高电压窜入低压侧引起人身和设备伤害以及铁芯悬浮电压,第2章变压器,90,【例2-7】用变流比为100/5的电流互感器、变压比为10000V/100V的电压互感器，扩大仪表量程，其电流表读数为2.5A，电压表读数为90V，试求被测电路的电流、电压各为多少？,即被测电路的电流为50A，电压为9000V。,解：,第2章变压器,91,2.7.1理想并联运行的条件1.并联运行条件,空载时二次侧电流为0，各台变压器无环流；负载时各变压器所分担负载正比于其容量；希望各台变压器输出电流同相，只有在各台变压器输出电流同相时，其所承担的负载电流才可以最小，铜耗最低。,2.7变压器的并联运行,二次侧产生的电势具有相同的大小和相位,容量大的变压器承担的负载电流大，容量小的变压器承担的负载电流小，使各变压器都同时达到满载。如果有一台变压器达到满载，虽然其余变压器负载没有达到额定值，但是整个并联组也不允许继续增加。,第2章变压器,92,2.7.2理想并联运行的要求2.并联运行要求,各台变压器的联接组相同；各台变压器的变压比相等；各台变压器的短路阻抗压降相等。,2.7变压器的并联运行,保证二次侧相位相等,保证二次侧电势相等,阻抗电压相等时，各变压器所分担的负载与其额定容量成正比。这样可以保证各变压器都能尽可能工作在满载。,第2章变压器,93,联结组别不相同的变压器，绝对不允许并联运行！,比如，Yy0与Yd11并联,U20.518U2由于变压器本身的漏阻抗很小，将产生很大的环流，烧坏绕组。,1、联结组别的问题,2.7变压器的并联运行,第2章变压器,94,2、并联运行的负载分配,2.7变压器的并联运行,第2章变压器,95,3、变比相等时的负载分配,2.7变压器的并联运行,第2章变压器,96,2.7变压器的并联运行,结论,变压器并联运行必须联结组别相同。变比不相等的变压器并联运行，二次侧将产生空载环流。变比相等的变压器并联运行，各变压器所分担的负载大小与其短路阻抗的标么值成反比。Zk*大，承担的负载小，Zk*小，承担的负载大；Zk*相同的变压器，负载系数相同，同时达到满载；Zk*不等时，最好是容量大的变压器Zk*小一点。短路阻抗角相同的变压器并联运行，负载电流相位相同。同样的变压器，可以向负载传递更大的电流与功率；在负载容量一定的情况下，变压器的负载电流更小。,第2章变压器,