变压器PPT演示课件

第二章变压器,2.1变压器的基本工作原理和结构2.2变压器的空载运行2.3变压器的负载运行2.4变压器等效电路参数的测定2.5标幺值2.6三相变压器的磁路系统与联结组2.7变压器的运行特性2.8变压器的并联运行,1,本章主要内容,变压器的工作原理、运行特性、基本方程式、相量图、等效电路、并联运行及三相变压器特有问题的研究。,2,电力变压器,3,2.1变压器的基本工作原理和结构,一、变压器的基本工作原理,变压器是通过电磁感应关系，或者说利用互感作用从一个电路向另一个电路传递电能的一种电器。两个互相绝缘的绕组套在同一铁芯上，它们之间有磁的耦合，没有电的直接联系。,当一次侧接到交流电源时，在外施电压作用下，原绕组中有交流电流过，并在铁心中产生交变磁通，且这一磁通同时交链一、二次绕组，根据电磁感应定律，一、二次绕组分别感应出电动势。,二次侧有了电动势便向负载供电，实现了能量传递。一、二次绕组的感应电动势之比就是它们的匝数之比。改变一、二次侧绕组的匝数，就可以改变输出电压，这就是变压器的基本工作原理。,4,变压器的核心部分是器身，另外还有由油箱、绝缘套管、分接开关、安全气道、油枕等部件组成。,二、变压器的结构,5,1、铁心,变压器的铁心既是磁路，也是套装绕组的骨架。,铁心心柱：心柱上套装有绕组。铁轭：形成闭合磁路,为了减少铁心损耗，通常采用含硅量较高，厚度为0.300.35mm表面涂有绝缘漆的硅钢片叠装而成。,6,铁心结构的基本形式分心式和壳式两种,心式：铁轭靠着绕组的顶面和底面。而不包围绕组侧面，绕组的装配及绝缘也较为容易，所以国产变压器大多采用心式结构。（电力变压器常采用的结构）,壳式：铁轭不仅包围顶面和底面，也包围绕组的侧面。见图2-3，这种结构机械强度较好，但制造工艺复杂，用材料较多。,7,2、绕组,绕组是变压器的电路部分，用纸包或漆包的绝缘扁线或圆线绕成。接入电能的一端称为原绕组（或一次绕组）输出电能的一端称为副绕组（或二次绕组）,一、二次绕组中电压高的一端称高电压绕组，低的一端称低电压绕组。高压绕组匝数多，导线细；低压绕组匝数少，导线粗。,电压高的一端电流小所以导线细,若不计铁心和绕组的损耗，根据能量的守恒原理（S:原、副绕组的视在功率）,8,同心式：高低压绕组同心的套在铁心柱上。为便于绝缘，一般低压绕组在里面，高压绕组在外面。交迭式：高低压绕组互相交迭放置，为便于绝缘，最上、最下两组为低压绕组,从高低压绕组的相对位置来看，变压器绕组可以分为同心式和交迭式两类,同心式,交迭式,9,三、变压器的额定值,额定值是正确使用变压器的依据，在额定状态下运行，可保证变压器长期安全有效的工作。,1）额定容量：指变压器的视在功率。对三相变压器指三相容量之和。单位伏安（VA）千伏安（KVA）,2）额定电压：指线值，单位伏（V）千伏（kV）指电源加到原绕组上的电压是副方开路即空载运行时副绕组的端电压,此外，额定工作状态下变压器的效率、温升等数据均属额定值,4）额定频率:我国的标准工频为50Hz,3）额定电流：由和计算出来的电流，即额定电流对单相变压器：对三相变压器：,10,内容回顾,电感磁场储能磁能磁能密度磁共能变压器的结构铁心：硅钢片叠成，构成磁路。心式；壳式绕组：铜线或铝线绕成，构成电路。同心式；交叠式。一次绕组；二次绕组。额定值SNU1NU2NI1NI2N,11,2.2变压器的空载运行,变压器一次绕组接电源，二次绕组开路，负载电流i2为零，这种情况即为变压器的空载运行。,i10很小（为什么）,变压器空载运行时正方向规定：,先确定电压u1的参考方向，i10的正方向与电压u1的正方向一致,磁通的正方向与电流i10的正方向符合磁动势右手螺旋关系。,感应电动势e1、e2的正方向与磁通的正方向成右手螺旋关系。,12,一、基本方程和电压比,若不计漏磁通，按所规定各量的正方向，由基尔霍夫第二定律可列出一、二次绕组的电压平衡方程式，可得,式中，R1为一次绕组的电阻，U20为二次侧空载电压，即开路电压，一般i10R1很小，忽略不计时。,由此可见，要使一、二次侧具有不同的电压，只要一、二次侧具有不同的匝数即可，这就是变压器“变压”的原理。,变压器的变比,13,空载时则也是正弦波。,二、主磁通和激磁电流,通过铁心并与一、二次绕组交链的磁通叫主磁通，用表示。,由:得,时间相量随时间正弦变化的量可用时间相量来表示；时间轴；相量的旋转；相量在时间轴上的分量即为变量的瞬时值；时间相量的表示。,同样,滞后,滞后,14,产生主磁通所需的电流叫激磁电流，用表示，空载时i10全部用以产生主磁通即：,若不计铁心损耗，电源向激磁线圈输入的平均功率为零。此时激磁电流是一个纯无功电流用表示，与同相位。,如果磁路不饱和（工作于磁化曲线线性段），则电流iu与磁通F波形相同。,如果磁路饱和（工作于磁化曲线非线性段），则电流iu与磁通F波形不相同。,激磁电流励磁电流,15,当磁路饱和时：,由于磁路的饱和关系当为正弦时,为尖顶波当为正弦时，为平顶波,16,由于磁路的饱和关系当为正弦时,为尖顶波当为正弦时，为平顶波,与i不同时为正弦的原因是由于铁磁材料的饱和，即B-H曲线为非线性引起的，导致了电流、磁通和电动势波形的畸变，这是交流磁路的特点之一。,尽管电流i与磁通波形不同，但相位一致。原因:没有考虑磁滞效应。,磁路饱和时正弦激磁电流产生的主磁通波形,17,a)磁化曲线b)磁通和磁化曲线不计铁耗时磁化电流的确定,18,如考虑磁滞因素，磁化曲线为磁滞回线,B滞后H，即磁通滞后于激磁电流im。,19,此时产生磁通的电流不但包括纯无功电流i,还包括有功电流iFe,电动势滞后磁通90,磁通与电流不同相位,因此电流与电动势相位差不是90。,20,与u1同相位,用相量表示时有:,此时输入的有功功率为磁滞和涡流损耗。,一般来说，激磁电流是非正弦波，可用等效的正弦电流表示。,21,三、激磁电抗,希望得到电动势e与电流i10之间的直接数学关系，电动势应该是电流与电抗的乘积。,22,结论：不仅是E与的比值,本质上是磁场对电路响应的一种表征。任何交变磁场对电路的响应总可以用一个电抗来表征。,电抗与磁导的关系：,另外，考虑铁心损耗，激磁电流Im由I和IFe组成，且IFe与（-E1）同相，于是,:铁耗电阻,23,Rm:激磁电阻,表征铁心损耗的一个等效参数(注:不同于前述的磁路磁阻)；Xm:激磁电抗,表征铁心磁化性能的一个等效参数；Zm:激磁阻抗,表征铁心损耗和磁化性能的一个等效参数。,式中:,注：以上三值随饱和度变化而变化，都不是常数，但当外加电压变化不大时，铁心内的磁通幅值变化不大，饱和度变化不大，可认为Zm为常值。,24,2.3变压器的负载运行,一次侧接交流电源，二次侧接负载，二次侧中便有负载电流流过，这种情况称为负载运行,正方向规定：,二次侧：,（1）二次绕组感应电动势的正方向与产生该电动势的磁通的正方向符合右手螺旋关系；,（2）二次绕组内电流的正方向与二次绕组电动势的正方向一致；,（3）二次绕组端电压的正方向与电流正方向一致。,一次侧：,（1）一次绕组内电流的正方向与电源电压的正方向一致；,（2）按右手螺旋关系，正方向的电流产生正方向的磁通；,（3）感应电动势的正方向与产生该电动势的磁通正方向之间符合右手螺旋关系，所以感应电动势的正方向与电流正方向一致。,25,一、负载时的磁动势平衡和能量传递,当接入也将作用于主磁路上。F2的出现，使趋于改变。,相应的为常数,因此要达到新的平衡条件是：一次侧绕组中电流增加一个分量，与二次侧绕组中由产生的磁势相抵消。以维持不变，即：,这一关系式称为磁势平衡关系，当负载电流增加时，原绕组的电流也随之增加，从而使变压器的功率从原方传递到副方。,说明二次侧输出功率（）由一次侧提供（），正号表示输出功率，负号表示输入功率。,即产生这一磁通的磁动势不变，仍为imN1,26,二次绕组的漏磁通，由电流产生且仅与二次绕组交链的磁通。,一次绕组的漏磁通，由电流产生且仅与一次绕组交链的磁通。,二、漏磁通和漏电抗,在实际变压器中，除交链一、二次绕组的主磁通外，还有一部分仅与一个绕组交链通过空气闭合的漏磁通。,27,用相量表示:,漏电抗是表征漏磁效应的一个参数，漏磁路可以认为是线性的，所以和为常数。,其中：L1s、L2s分别为一此绕组和二次绕组的漏电感；X1s、X2s分别为一此绕组和二次绕组的漏电抗。,28,注：空载运行时,所以,（引入了和后，就将电磁场问题简化成电路形式，将磁通感应电动势用一电抗表征，主磁通经铁心引起铁耗，故引入阻抗而漏磁通引入),29,三、变压器的基本方程式,1、磁动势方程,负载后作用于主磁路上的磁势有两个：和,负载时，作用于铁心上的磁动势是一、二次绕组的合成磁动势，且为空载时的磁动势，即激磁磁动势。,正常负载时，电流i1、i2都随时间正弦变化，因此磁动势方程式可用相量表示,负载运行时：,两边同时乘以N1得：,考虑到,磁动势平衡方程式,30,上式表明：负载后，一次侧电流由两部分组成，一部分维持主磁通的Im，另一部分用来抵消二次侧的负载分量能量由一次侧传到二次侧。,31,变压器负载运行时磁动势、磁通、电动势之间的关系。,考虑到一、二次绕组的电阻压降i1R1、i2R2得一、二次绕组的电压方程式为：,2、电压方程式,32,33,式中：一、二次侧绕组漏阻抗；一、二次侧绕组漏电阻；一、二次侧绕组漏电抗。,按磁通性质不同，分为主磁通和漏磁通两部分。并分别用不同的电路参数表征，漏磁通的作用用和表征。主磁通作用用表征。和为常数，不为常数。,34,四、变压器的等效电路,变压器的基本方程式综合了变压器内部的电磁过程，利用这组方程可以分析计算变压器的运行情况。但解联立方程相当复杂，且由于K很大，使原副方电压电流相差很大，计算精确度很差，所以一般不直接计算，常常采用归算的方法，其目的是为了简化定量计算和得出变压器一、二次侧有电的联系的等效电路。,目前变压器一、二次绕组的电压方程式是独立的，没有电的联系，如何将这两个电压方程式联立在一起组成一个方程式，这样就可以把两个独立的电路联系在一起组成一个电路。,显然，只要想办法将两个绕组的感应电动势变为相等即可。,显然，只要将二次绕组匝数变为一次绕组匝数即可。,35,1、绕组的归算,归算是把二次侧绕组匝数变换成一次侧绕组的匝数，而不改变一、二次侧绕组的电磁关系,1）二次绕组电流的归算根据归算前后磁势不变的原则，归算后的量斜上角打“/”,2）二次绕组电动势和电压的归算及二次侧阻抗的归算,找到了一、二次电路的等电位点，可将两个电路合并,将式两端同乘变比K得：,注意：二次绕组匝数变化后，二次绕组的电流必须调整，否则改变了变压器的电磁关系,根据电动势与匝数成正比的关系得：,即,36,结论：,二次侧折算到一次侧：电压、电动势变为原来的K倍；电流变为原来的1/K；阻抗变为原来的K2倍（包括二次绕组电阻、二次绕组漏抗、负载阻抗）。,折算前后二次绕组内的功率和损耗不变,传递到二次侧绕组的复功率为：,二次绕组的电阻损耗：,二次绕组漏磁场内的无功功率：,37,归算后的基本方程式为:,得变压器T形等效电路图,3）归算后磁动势方程式,38,因右图的6个参数分布在T上,所以称T型等效电路。为了进一步理解等效电路.进一步说明形成的物理过程。,(a)表示一台实际变压器的示意图；(b)将一、二次绕组的电阻和漏抗移到绕组外各自回路中，一、二次侧绕组组成为无电阻、无漏磁的完全耦合绕组；(c)将二次侧进行归算；(d)将铁心磁路的激磁磁路抽出；(e)余下的铁心和绕组变成无电阻、无漏抗、无铁耗、无需激磁电流的1:1理想变压器；(f),电流均为把理想变压器抽出对电路毫无影响，即得T型等效电路；,进行绕组的归算，就将一、二次侧用一个等效电路联系起来，求解变压器的问题变成了一个电路问题，使计算大为简化。如已知参数由U1可算出I1及Im。,2、T型等效电路,39,40,注:利用归算到一次侧的等效电路算出的一次侧各量均为变压器的实际值,算出的二次侧的各量均为归算值。要求实际值应:,上述是将二次归算到一次侧，同理也可以将一次侧归算到二次侧。得到归算到二次侧的变压器T型等效电路。,一次侧折算到二次侧：电压、电动势变为原来的1/K倍；电流变为原来的k；阻抗变为原来的1/K2倍（包括一次绕组电阻、一次绕组漏抗）。,41,3、近似和简化等效电路,“T”型等效电路虽然能正确的反映变压器内部的电磁关系,但它是一种复联电路要进行复数运算比较繁琐。,可略去I1Z1s在电压E1中的影响,42,从简化等效电路中看出,当时,变压器的输入阻抗为，称为短路阻抗。,-短路电阻；-短路电抗；-短路阻抗。,以上通称短路参数,可由短路实验求得。使用简化等效电路计算实际问题十分简便,在大多数情况下其精度以能满足工程要求。,43,五、相量图,根据基本方程式可画出相应的相量图,通过相量图我们可以较直观地看出变压器各量的大小和相位关系,下图为感性负载时的相量图。,注意：功率、损耗、功率角不需要折算,可以看出：变压器二次侧接感性负载时，从一次侧看变压器也是感性的。二次侧接电阻负载时，情况如何？,44,例2-1一台单相变压器，,一次侧外加电压为额定电压并保持不变，副方负载阻抗,试分别用T型、近似和简化等效电路计算下列各项：,(1)原、副方电流及副方电压；(2)原、副方功率因数及输入功率、输出功率和效率；(3)激磁电流、铁耗和铜耗。,解:先计算额定电流及变比,45,用T形等效电路计算（1）电流、电压,46,选，则,47,（2）功率因数、功率及效率,（3）损耗,48,同样可以采用近似和简化等效电路进行计算，三种等效电路计算的结果列于下表，可以看出三种等效电路的计算结果相差很小。,49,2.4变压器等效电路参数的测定,变压器中的参数Zm、Zk，对变压器的运行性能有直接影响，知道了变压器的参数，就可绘出等效电路，然后可以运用等效电路分析计算。可以通过空载试验来确定Zm，可以通过短路试验确定Zk，这两个试验是变压器的主要试验项目。,一、空载试验测激磁参数,注：空载试验可在任一边做，但考虑到空载试验所加电压较高，其电流较小,为试验的安全和仪器仪表方便,一般在低压侧作空载试验。,50,测定方法:在低压方加U1高压侧开路。读取Im,Po,U2o由空载试验等效电路可知:,2）Zm与饱和程度有关，电压越高，磁路越饱和，Zm越小。所以应以额定电压下测读的数据计算励磁参数。.,注：,1）此时测得的值为归算到低压侧的值，如需归算到高压侧时，各参数应乘以k2，k=N高压/N低压,3）如果是三相变压器，则公式中电压和电流为相值，同时铁耗的公式变为：,51,二、短路试验测短路参数,从简化等效电路可见，在做短路试验时，外加电压仅用来克服变压器本身的漏阻抗压降。所以当Uk很低时，电流即可以到达额定，该电压一般为为(5-10%)UN。,因短路试验电流大，电压低，一般在高压侧作短路试验,52,注意:1）,读取Pk,Uk计算短路参数。2）由于绕组的电阻随温度升高，而短路试验一般在室温下进行,所以计算的电阻必须换算到额定工作时的数据,按国际规定换算到的数值。,53,短路试验时使电流达到额定值时所加电压称为阻抗电压或短路电压。阻抗电压用额定电压百分比表示时有:阻抗电压百分比是铭牌数据之一,是变压器的主要参数。阻抗电压的大小反映变压器在额定负载下运行时，漏阻抗压降的大小。从运行性能考虑：希望Uk小，使负载时端电压随负载变化波动小。从限制短路电流考虑：希望Uk大，可以限制短路电流。,54,【例2-2】一台单相变压器，,f=50Hz。空载和短路试验结果如下：,试计算折算到高压侧及低压侧的激磁参数和等效漏阻抗参数，假定,解：一次及二次侧的额定电流为,电压变比,55,（1）由空载试验可以得到归算到低压侧的激磁阻抗参数,折算到高压侧的激磁阻抗参数为,（2）由短路试验可以得到归算到高压侧的等效漏阻抗参数,归算到低压侧的等效漏阻抗参数,56,2.5标幺值,在工程计算中各物理量除了采用实际值来表示和计算外，有时也用标幺值来表示和计算。,标幺值就是某一物理量的实际值与选定对应物理量的基值之比。,某一物理量A，基值用Ab，则标幺值用A*：,A*=A/Ab,标幺值为相对值，没有量纲。,一、标幺值的定义,57,用标幺值表示时，应先选定基值。,对电路计算而言，四个基本的物理量U，I，S，Z中，其中两个基值任选，另外两个按电路理论计算。,一般选取电压和电流的基值Ub，Ib，其他两个量的基值由Ub，Ib计算而得。,对单相系统，功率和阻抗的基值分别为：,功率基值既是有功功率的基值，又是无功功率的基值，也是视在功率的基值；阻抗基值既是电阻基值又是电抗基值，也是阻抗基值。,二、基值的选取,58,在变压器和电机中通常选额定电压和额定电流作为基值。,此时额定电压、额定电流和额定视在功率的标幺值均为1，这样较用实际值表示时更能说明问题。,在三相系统中，以额定相电压UNf和额定相电流INf作为相电压和相电流的基值时,一次和二次侧相电压的标幺值：,一次和二次侧相电压的标幺值：,一次和二次阻抗的标幺值：,59,功率的基值：,单相系统：,三相系统：,对功率来说，一、二次侧具有相同的基值,在三相系统中，除了相电压、相电流可以用标幺值表示外，线电压和线电流也可以用标幺值表示。通常线电压和线电流的基值也取它们的额定值。于是，三相功率的基值Sb为：,线电压、线电流的标幺值,对称三相电路任一处，相电压和线电压的标幺值恒相等，相电流和线电流的标幺值恒相等。,60,当系统中有多台变压器或电机时：,各变压器或电机都有以各自功率基值计算的标幺值，考虑到整个系统的计算，应选定一特定的功率Sb作为整个系统的功率基值，这样系统中各个装置的标幺值需要换算到以Sb为功率基值的标幺值。,电压基值不变，功率基值改变时，标幺值的划算：,结论：新功率基值下的标幺值，等于原标幺值乘以原基值与新基值之比。,设：功率基值为Sb1时，功率的标幺值为S1*，阻抗的标幺值为Z1*，功率基值为Sb时，功率的标幺值为S*，阻抗的标幺值为Z*，则,61,三、标幺值的优点：,1）不论变压器或电机的容量大小，用标幺值表示，各参数和典型的性能数据都在一定的范围内，便于比较。,2）用标幺值时,各量不必再进行归算。(归算到高压侧或低压侧的参数相等),3）简化计算，提高计算精度。,4）另外某些物理量还具有相同的数值。,额定值的标么值为1,例如电力变压器的漏阻抗和空载电流,例如短路阻抗标幺值等于阻抗电压的标幺值,62,例2-3对于例2-2的单相变压器，计算用标么值表示的激磁阻抗和漏阻抗,【例2-2】一台单相变压器，,f=50Hz。空载和短路试验结果如下：,试计算折算到高压侧及低压侧的激磁参数和等效漏阻抗参数，假定,解：高压侧阻抗基值,因此，激磁阻抗的标么值,63,激磁电阻的标么值,激磁电抗的标么值,等效漏阻抗的标么值,等效漏电阻的标么值,等效漏电抗的标么值,64,2.6三相变压器的磁路系统与联接组,变换三相交流电等级的变压器为三相变压器，目前电力系统均采用三相变压器，因而三相变压器的应用极为广泛。在三相变压器对称运行时，各相电流、电压大小相等，相位差120度，因此对于运行原理的分析计算，可采用三相中任一相进行研究，于是前面导出的基本方程式、相量图、等效电路、参数测定等可直接运用于三相的任一相。求出一相的量，其他两相根据对称关系，直接写出。,一、三相变压器的磁路系统,三相变压器的磁路系统有两种彼此无关彼此相关,本节研究三相变压器和单相变压器的不同之处磁路系统、三相绕组的连接方法及感应电动势波形。,65,三相变压器组是由三台单相变压器组成的，每相的主磁通各自沿自己的磁路闭合，所以三相变压器的磁路彼此独立。,1各相磁路彼此无关,66,三相心式变压器的磁路彼此相关，这种铁心结构是由三相变压器组演变而来的，将三个单相变压器合并成(a)图所示，则中间铁心柱流过的磁通为，因三相电流对称，所以三相主磁通对称，三相电流在任意时刻相加为零。所以，中间心柱可以省去，即得图(c)所示三相变压器。这种磁路系统中每相主磁通都要借助另外两相的磁路闭合，故属于彼此相关的磁路系统。这种变压器三相磁路长度不等，中间B相短，当三相电压对称时，三相空载电流便不等，B相最小，但由于空载电流很小，它的不对称对负载运行的影响很小，可以略去不计。,两种结构的比较：三相变压器组备用容量小，搬运方便。三相心式变压器节省材料，效率高，安装占地面积小，价格便宜。所以多采用三相心式变压器。,2各相磁路彼此相关,67,二、三相绕组的联接电路系统,1.联接方法：,三相绕组,各绕组标注：,（1）星形联结（Y、y联结）,高压绕组采用Y接,低压绕组采用y接,68,如三相绕组有中线,（2）三角形联结,69,表明变压器高、低压绕组的连接方法,理论上有很多：,Y，y,YN，y,YN，yn,Y，dYN，d,D，yD，yn,显然，上述的表示方法不能完全表示变压器绕组的联结,因为无法表示高、低压绕组对应线电压之间的相位关系。而只有其相位关系相同时，才可以并联运行，因此还需要确定链接组号。,YN，y,常用有三种：Y，ynY，dYN，d,2.变压器绕组的连接：,70,1.同一铁心柱上高、低压绕组相电压之间的相位关系,在一个铁心柱上的高低压绕组(一般是同一相的高、低压绕组)，被同一磁通所交链，这两个高、低压绕组之间电动势（电压）相位有一定关系。,在同一铁心柱上的高、低压绕组,高低压绕组的同名端,高低压绕组电压正方向的规定：从尾端首端,高低压绕组的相位关系,三、三相变压器的联结组,71,高、低压绕组的相位可能是同相位的，也可能是反相位的，决定于绕组的同名端是否同在首端和尾端。,显然高、低压绕组的同名端决定于绕组的绕向。,首端为同名端，高、低绕组电压同相位,首端为非同名端，高、低绕组电压反相位。,注：同一铁心柱上的两个绕组可以不是一相绕组的高、低压绕组，但肯定交链同一个磁通。,72,2.三相高、低压绕组对应线电压之间的相位关系,三相绕组采用不同的联结时，高压侧的线电压与低压侧对应的线电压之间可以形成不同的相位关系（如：）,73,如果高、低压绕组一个用星形联结，一个用三角型联结，则高、低压绕组对应线电压之间的相位就不是同相和反相，可能是相差一个角度。,采用“时钟法”表示高低压绕组之间对应线电压之间的关系。,74,三相高、低压绕组的线电压都可以用三角形来表示,高压侧线电压三角形ABC,低压侧线电压三角形abc,高、低压侧线电压三角形ABC、abc重心重合,对应线电压之间的相位关系即为对应三角形中线之间的对应关系（如中线oA、oa）,如果高压侧线电压三角形中线OA作为时钟的长针，并固定指向钟面的12，低压侧线电压三角形的对应中线作为时钟的短针（oa），它所指的钟点就是该变压器联接组的组号。,（上图oa指向O点，因此该联接组的组号为0），表示长针、短针同方向，即高、低压绕组对应线电压同相位。,组号反映了变压器高、低压绕组对应线电压之间的相位关系。,75,该变压器的连接组写为Y，y0,长针指向12点固定不动，短针可以指向0点、1点、2、11点，表示联结组号分别为0、1、2、12,表示变压器高低压绕组线电压之间的相位差分别为0、30、60330,表示一台三相变压器高、低压绕组的联结方式（即联结组），不但表示出高、低压绕组采用星接还是角接，还应表示出连接组号。,联结组的表示:,，,76,高压电压相量图,低压电压相量图,连接组为：Y，y0,1）Y，y联结,高、低压电压相量图,77,高压电压相量图,低压电压相量图,连接组为：Y，y6,结论：同名端换了后，组号加6,高、低压电压相量图,78,高压电压相量图,Y，y4,结论：低压绕组平移后，组号加4,79,Y，y4,Y，y8,Y，y10,Y，y2,Y，y联结，有0，2，4，6，8，10六个联结组号,Y，y0,80,2）Y，d联结,Y，d11,81,Y，d11,Y，d5,Y，d3,Y，d7,Y，d9,Y，d1,结论：Y，d联结有1、3、5、7、9、11六个联结组号。,82,Y，d11,Y，d1,83,对Y，d联结，每个组号有两种绕组联结方法。,不同联结组的应用场合,五种标准联结组：,最常用,84,在第一章中已叙述,考虑铁心磁路的饱和,和不会同时为正弦波,一个为正弦波,另一个就为非正弦波,若为正弦波,则i为尖顶波,电流中除基波分量外,还有3次谐波分量。,四、绕组接法和磁路结构对三相变压器感应电动势波形的影响,可见三次谐波电流大小相等，相位相同。三次谐波电流是否在变压器中流通，将直接影响主磁通和相电动势的波形。三次谐波电流能否流通取决于绕组的接法。下面进行分析。,我们希望电动势为正弦波，这就需要磁通按正弦规律变化。,i,F,85,1.Y，y联结组（存在三次谐波磁通）,正弦电压施加于Y连接的变压器时，由于三次谐波无通路，激磁电流im接近正弦波,主磁通为平顶波，即含有三次谐波磁通，其大小及对电动势波形的影响还要看磁路系统的结构。,1）三相变压器组,三相变压器组磁路系统的特点是磁路互相独立,彼此无关，所以三次谐波磁通和基波一样，沿铁心流通，磁阻较小，三次谐波磁通较大。在一、二次侧绕组中感应的相电动势为：,86,由于三次谐波频率,所以感应的三次谐波电动势相当大，可达基波的50%，结果使相电动势波形严重畸形，成为幅值很高的尖顶波，可能使绕组绝缘击穿，所以三相变压器组不允许采用Y，y联结。,线电动势是什么波形？,87,2）三相心式变压器,心式变压器磁路系统的特点是磁路互相联系，彼此相关。三次谐波磁通，其三相的相位相同、大小相等，不能沿铁心磁路闭和。是否等于0？,但他们可以经油箱壁等形成闭路，由于这些磁路的磁阻很大，使三次谐波磁通大为削弱，所以相电动势中也接近正弦波。,尽管电动势接近正弦，但三相谐波磁通沿油箱闭和，引起附加涡流损耗，降低变压器效率，因此，对心式变压器Y，y接仅在容量为1600kVA以下的小容量变压器中采用。,三相心式变压器中三次谐波磁通的路径,88,2、Y，d联结组,所以主磁通为正弦波，由它感应的一、二次侧相电动势都接近正弦波。,Y，d接的三相变压器，高压侧为星接，低压侧为角接。,（1）升压变压器,一次侧为角接，激磁电流中的三次谐波电流可在d接的电路中流通。,激磁相电流为为尖顶波,89,（2）降压变压器,一次侧为星接，激磁电流中的三次谐波电流不能流通,激磁电流为正弦波,主磁通及一、二次侧的相电动势都出现三次谐波,二次侧为角接，因此二次侧三相绕组中的三次谐波电动势（同相位、同大小）。,在二次侧闭合的三角形连接的绕组中产生三次谐波电流，这一三次谐波电流与一次绕组中的基波电流共同作用产生合成磁动势。其作用同作为升压变压器的Y，d连接中一次绕组有三次谐波电流相同。,主磁通近似为正弦波，因此电动势为正弦波。,90,结论：,为使相电动势波形接近正弦波，希望三相变压器（尤其大容量变压器）有一侧为三角型连接。,当一、二侧都必须为Y形接时，可另加一个接成三角形连接的第三绕组，以产生三次谐波电流，用以改善磁通和相电动势波形。,对组式变压器，绝对不能采用Y,y连接，但对小容量的心式变压器，可以采用Y,y连接。,91,解:1）激磁阻抗和漏阻抗的标么值,92,于是归算到高压侧时各阻抗的实际值为,(2)归算到高压侧时激磁阻抗和漏阻抗的实际值高压侧的额定电流和阻抗基值Z1b为：,93,2.7变压器的运行特性,表征变压器运行性能的主要指标有两个:（1）外特性；（2）效率特性。,电源电压为额定值，负载功率因数保持不变时，二次侧输出电压和效率与负载电流的关系。,时,时,94,一、外特性和电压调整率,外特性用标幺值表示其变化规律由右图所示,变压器一次侧接额定电压，二次侧开路时，二次侧的空载电压U20=U2N。负载后，负载电流在,规定：当一定时,变压器内产生阻抗压降，使二次侧端电压发生变化，变化大小用电压调整率表示。,95,当纯电阻负载时和电感性负载时，外特性是下降的，而容性负载时可能上翘。对此曲线可由以下公式推导证明。,96,1、从电压调整率看，小些，端电压随负载变化波动小。,当负载为额定负载(I*=1)，功率因数为指定值(通常为0.8滞后)时的电压调整率为额定电压调整率，以表示。,说明：,2、额定电压调整率。,额定电压调整率是变压器的主要性能指标之一。,通常为左右，所以一般电力变压器的高压绕组均有的抽头，以便进行电压调节。,即,97,1）变压器的能量传递关系,二、效率特性和效率,变压器是将一种电压等级的电能变成另一种电压等级电能的电气设备。在能量转换过程中，必然会产生损耗，致使输出功率小于输入功率。,98,主要是铁心接连处由于磁通密度分布不均匀所引起的损耗，以及主磁通在铁轭夹件、油箱等结构部件中所引起的涡流损耗。铁耗可近似认为与或成正比。由于变压器一侧电压保持不变,变压器运行时将产生损耗，变压器的损耗分两大类,铜耗1、基本铜耗2、杂散铜耗铁耗1、基本铁耗2、杂散铁耗,基本铜耗：一、二次绕组内电流所引起时的直流电阻损耗。,主要是由漏磁通所引起的集肤效应，使绕组的有效电阻增大而增加的铜耗，以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。,铜耗与负载电流的平方成正比。因此铜耗也称为可变损耗。铜耗与绕组的温度有关，一般都用75时的电阻值来计算。,基本铁耗：变压器铁心中的磁滞与涡流损耗。,杂散铁耗：,2）变压器的损耗,杂散铜耗：,铁耗可视为不变损耗。（频率不变的前提下）,99,因变压器无转动部分且激磁电流很小，一般效率都很高，大多数在95%以上，大型变压器可达99%。,因：,3）变压器的效率,变压器的铜耗pcu=额定负载时的铜耗,100,令,可得:,即铁耗(不变损耗)与铜耗（可变损耗）相等时效率最高。,4）最大效率,因此发生最大效率时,此时负载电流的标幺值为,101,5）效率特性,时,变压器的效率曲线,102,变压器额定负载时的效率为额定效率，用hN表示，额定效率为变压器的另一个主要性能指标。,测量变压器的效率一般不采用直接测P1、P2的方法，因P1、P2相差很小。测量仪器本身的误差就可能超出此范围，一般用间接法测量变压器的效率。即测出各种损耗，再计算效率。,103,例2-5一台50Hz的单相变压器，其容量，,额定电压时的空载损耗P0=47kW,额定短路电流时的短路损耗PkN=160kW。试求变压器上带额定负载、（滞后）时的额定电压调整率和额定效率，并确定最大效率和达到最大效率时的负载电流。,解：,(1)额定电压调整率和额定效率分别为：,(2)最大效率和达到最大效率时的负载分别为：,104,2.8变压器的并联运行,在现代发电站和变电所中，常常采用多台变压器并联运行的方式。所谓的并联运行，就是将变压器的一次侧和二次侧绕组分别接到一、二次侧的公共母线上,共同对负载供电。,变压器采用并联运行的优点：,1.根据负载的大小，调整并联运行的变压器的台数，以提高运行效率,2.可不停电检修变压器，以提高供电可靠性。,3.可减少总备用容量。,105,一、并联运行变压器的理想运行状态,二、理想并联运行时各变压器应满足的条件,1)空载运行时变压器之间无环流；2)每台变压器负载分配合理；3)各变压器负载电流同相位(各变压器的负载电流最小)。,要达到理想运行,需满足下列条件：1)各台变压器的额定电压和变比要相等；2)联结组号应相同；3)各变压器短路阻抗标幺值相同,阻抗角相同。,其中第二个要求必须严格保证，否则将有很大的电动势差作用在两台变压器二次绕组构成的闭合回路中，并引起很大的环流，把变压器的线圈烧毁。,106,联结组别不同对变压器并联运行的影响,组别不同的变压器，虽满足1、3条，但两变压器二次侧电压相位至少差30,由产生很大的环流，可能损坏变压器线圈，这是绝对不允许的。,环流为：,107,由电路定律得：,求解得：,三、并联运行变压器的负载分配,108,可见，每台变压器内流过的电流包括两个分量，第一分量为所分担的负载电流，第二分量是由于两台变压器的电压比不同引起的环流Ic。,仅与有关。与负载大小无关，只要，就存在Ic有害环流，因此出厂变压器的变比误差不超过+5%。,电压比不等引起的Ic,1）电压变比不同引起的环流,109,2）电压变比相同、漏阻抗不同时的负载分配,在并联变压器之间负载电流按其阻抗成反比分配,结论：,结论：,1）并联变压器所分担的负载电流的标幺值，与其漏阻抗的标幺值成反比。2）各并联变压器二次侧电流的相位差取决于短路阻抗角之差,110,例2-6某变电所有两台组号为Y，yn0的三相变压器，其数据为第一台：,第二台：,试计算：（1）当负载为400kVA时，每台变压器应分担多少负载；（2）在每台变压器均不过载的情况下，并联组的最大输出是多少。,解：(1)每台变压器分担的负载分别为SI、SII，满足下式,经计算得：,(2)第二台变压器阻抗标么值小，因此首先达到满载，即,因此,并联组的最大输出：,111,一、三绕组变压器,三绕组变压器有高中低三个绕组，大多用于二次需要两种不同电压的电力系统。三相绕组变压器第三绕组常常接成三角形