《变压器的空载运行》ppt课件

1、第三章 变压器3.2 单相变压器的空载运转3.2.1 电磁关系一、物理情况1U20U0I2(I )11U2U1u2u010RI1U0I100NIF1E011E2EE11E2E第三章 变压器mmfNEUEUfNEUEEIREU22222011111011144. 444. 42、空载时根本方程式：第三章 变压器3.3 单相变压器的负载运转3.3.1 3.3.1 负载运转时的电磁关系负载运转时的电磁关系变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次接变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次接上负载的运转形状，称为负载运转。上负载的运转形状，称为负载运转。1U2U1I2I1mAXa

2、xLZ21E1E2E2E第三章 变压器11IR11E22IR22E1U1I2I2U11 1FN I22 2FN I01 0FN I01E2E用图示负载运转时的电磁过程用图示负载运转时的电磁过程第三章 变压器3.3.2 3.3.2 根本方程根本方程一、磁动势平衡方程120FFF或112210N IN IN I 电磁关系将一、二次电流联络起来电磁关系将一、二次电流联络起来, ,二次电流添加或减少必二次电流添加或减少必然引起一次电流的添加或减少。然引起一次电流的添加或减少。用电流方式表示用电流方式表示LII)kI(II)NN(II102021201。,I;,I:L作用作用它起平衡二次磁动势的它起平衡

3、二次磁动势的另一个是负载分量另一个是负载分量产生主磁通产生主磁通它用来它用来一个是励磁电流一个是励磁电流两个分量两个分量变压器的负载电流包括变压器的负载电流包括阐明阐明10第三章 变压器二、电动势平衡方程根据基尔霍夫电压定律可写出一、二次侧电动势平衡方程根据基尔霍夫电压定律可写出一、二次侧电动势平衡方程mfNEUE111111111111144. 4ZIEXI jRIEU222222222ZIEXI jRIEUL22ZIU负载运转时负载运转时, ,忽略空载电流有忽略空载电流有: :1221211或NNkIIkII阐明，一、二次电流比近似与匝数成反比。阐明，一、二次电流比近似与匝数成反比。第三章

4、 变压器3.3.3 3.3.3 等效电路及相量图等效电路及相量图一、折算折算原那么：折算原那么：1坚持二次侧磁动势不变；坚持二次侧磁动势不变；2坚持二次侧各功坚持二次侧各功率或损耗不变。率或损耗不变。22122 EkEEUkU 22IIk222222 2LLrk rxk xZk Z方法：将二次侧折算到一次侧方法：将二次侧折算到一次侧)折算：将变压器的二次或一次绕组用另一个绕组折算：将变压器的二次或一次绕组用另一个绕组(N2=N1)来来等效，同时对该绕组的电磁量作相应的变换，以坚持两侧的电磁等效，同时对该绕组的电磁量作相应的变换，以坚持两侧的电磁关系不变关系不变,用一个等效的电路替代实践的变压器

5、。用一个等效的电路替代实践的变压器。第三章 变压器折算后的方程式为折算后的方程式为111111111ZIEXI jRIEU 222222222ZIEXI jRIEU 021III12EE01IZEmLZIU22第三章 变压器二、等效电路根据折算后的方程，可以作出变压器的等效电路。根据折算后的方程，可以作出变压器的等效电路。T T型等效电路：型等效电路：近似等效电路近似等效电路1R1X2R2XmRmX1U2ULZ2I1I0I1R1X2R2X21IIL1I1U2ULZ第三章 变压器简化等效电路：简化等效电路：其中121SS2SSSRRRXXXZRjX分别称为短路电阻、短路分别称为短路电阻、短路电抗

6、和短路阻抗。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，普通可达额定电流的1020倍。1U2ULZ2II1SRSX第三章 变压器三、相量图作相量图的步骤作相量图的步骤对对应应T T型等效电路，型等效电路， 假定假定变压器带感性负载。变压器带感性负载。0190)6Em超前0)7 I)() 8201III11)11IjX1)12 U22 I ) 223RI )224IXj )12) 5EE1)9E21 U)11)10RI第三章 变压器作相量图的步骤假定带感性负载作相量图的步骤假定带感性负载对应简化等效电路对应简化等效电路212

7、112212SSUI ZIIUUI RjX I 由等效电路可知由等效电路可知根据方程可作出简化相量图根据方程可作出简化相量图21II2USRI1SXI j11U2思索思索题题 作出变压器带上不同性质负载时的作出变压器带上不同性质负载时的简化相量图简化相量图? ?第三章 变压器3.4 变压器的参数测定3.4.1 3.4.1 空载实验空载实验一、目的：经过丈量空载电流和一、二次电压及空载功率来计算变比、空载电流百分数、铁损和励磁阻抗。二、接线图二、接线图三、要求及分析FepP,XR) 0113即即和和忽忽略略WAVV*1 1低压侧加电压，高压侧开路；低压侧加电压，高压侧开路；曲曲线线和和画画出出和

8、和测测出出向向调调节节范范围围内内单单方方在在电电压压)U(fP)U(fI,PI ,U,U.U)N1010002012102 第三章 变压器1002022NmmmmmUZIPRIXZR201001100NNUkUII %I4 4求出参数求出参数5 5空载电流和空载功率必需是额定电压时的值，并以此求空载电流和空载功率必需是额定电压时的值，并以此求取励磁参数；取励磁参数；6 6假设要得到高压侧参数，须折算；假设要得到高压侧参数，须折算；7 7对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；第三章 变压器3.4.2 3.4.2 短路实验短路实验1.

9、目的：经过丈量短路电流、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。2. 接线图3. 要求及分析1 1高压侧加电压，低压侧高压侧加电压，低压侧短路；短路；WAV*;)U(fP)U(fI,PI ,U,I.I,)SSSSSSSNS曲曲线线和和画画出出和和测测出出对对应应的的范范围围内内变变化化在在让让短短路路电电流流通通过过调调节节电电压压 31023 3同时记录实验室的室温；同时记录实验室的室温；4 4由于外加电压很小，主磁通很少，由于外加电压很小，主磁通很少，铁损耗很少，忽略铁损，以为铁损耗很少，忽略铁损，以为 。CuSpP 第三章 变压器5 5参数计算参数计算122122

10、ssNssNsSNSsNsssUUZIIPPRIIXZR对对T T型等效电路：型等效电路：ssXXXRRR21212121四、短路电压短路时，当短路电流为额定值时一次所加的短路时，当短路电流为额定值时一次所加的电压，称为短路电压，记作电压，称为短路电压，记作NSSNIZU1750C短路电压也称为阻抗电压。短路电压也称为阻抗电压。6 6温度折算：电阻应换算到基准任务温度温度折算：电阻应换算到基准任务温度时的数值。时的数值。8 8对三相变压器，各公式中的电压、电流对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；和功率均为相值；7 7假设要得到低压侧参数，须折算；假设要得到低压侧参数，须折算；第三

11、章 变压器短路电压常用百分值表示短路电压常用百分值表示%URI%)(NCSN0100u :1751sa 分分量量百百分分值值有有功功短短路路电电压压电电阻阻%UXI%)(NSN100u :11sa 分分量量百百分分值值无无功功抗抗短短路路电电压压电电 短路电压的大小直接反映短路阻抗的大小，而短路阻抗又直接影响变压器的运转性能。 从正常运转角度看，希望短路电压小些，这样可使副边电压随负载动摇小些；从限制短路电流角度，希望它大些，相应的短路电流就小些。%UZI%NCSN0100u :1751s 短短路路电电压压百百分分值值第三章 变压器3.5 标么值 标么值,就是指某一物理量的实践值与选定的同一单

12、位的基准值的比值,即一、定义二、基准值确实定1 1、通常以额定值为基准值。、通常以额定值为基准值。 2 2、各侧的物理量以各自侧的额定值为基准；、各侧的物理量以各自侧的额定值为基准； 线值以额定线值为基准值，相值以额定相值为基准值；线值以额定线值为基准值，相值以额定相值为基准值；单相值以额定单相值为基准值，三相值以额定三相值为基准值；单相值以额定单相值为基准值，三相值以额定三相值为基准值； .SSQ,P.ZZX,R.EUBB的的基基准准值值为为和和的的基基准准值值为为和和的的基基准准值值为为和和BU3 3、标么值标么值= =实践值实践值基准值基准值第三章 变压器三、优点01*mZI020*mP

13、RI*sSNZU*sSNRP*NPcosN*NQsinN四、缺陷标么值没有单位，物理意义不明确。标么值没有单位，物理意义不明确。3 3、折算前、后的标么值相等。线值的标么值、折算前、后的标么值相等。线值的标么值= =相值的标么值；相值的标么值； 单相值的标么值单相值的标么值= =三相值的标么值；三相值的标么值； 1 1、额定值的标么值为、额定值的标么值为1 1。 2 2、百分值、百分值= =标么值标么值100% 100% ；4 4、某些意义不同的物理量标么值相等、某些意义不同的物理量标么值相等第三章 变压器3.6 变压器的运转特性3.6.1 3.6.1 电压变化率电压变化率用相量图可以推导出电

14、压变化率的表达式：用相量图可以推导出电压变化率的表达式：定义：是指一次侧加定义：是指一次侧加50Hz50Hz额定电压、二次空载电压与带负载后额定电压、二次空载电压与带负载后在某功率因数下的二次电压之差，与二次额定电压的比值，即在某功率因数下的二次电压之差，与二次额定电压的比值，即 电压变化率是表征变压器运转性能的重要目的之一,它大小反映了供电电压的稳定性。2022222NNNUUUUUUU22*ssU(R cosX sin)式中式中NII22称为负载系数称为负载系数 由表达式可知，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。第三章 变压器.,UcosRsinX.,U,)(;,U,)

15、()(*s*s次次电电压压比比空空载载时时高高说说明明二二为为负负值值时时当当也也可可能能为为负负值值能能为为正正可可时时带带阻阻容容性性负负载载时时低低这这时时二二次次端端电电压压比比空空载载正正值值为为时时和和阻阻感感性性负负载载当当变变压压器器带带阻阻性性负负载载22222000 .),I(fU,特特性性称称为为变变压压器器的的外外即即规规律律变变化化的的二二次次端端电电压压随随负负载载电电流流定定时时因因数数一一当当电电源源电电压压和和负负载载功功率率22 *2U)(*2I1.001.01cos28 . 0cos28 . 0)cos(2第三章 变压器3.6.2 电压调整 为了保证二次端

16、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,调理变压器高压绕组的任务匝数,来调理变压器的二次电压。 分接开关有两种方式：一种只能在断电情况下进展调理，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展调理，称为有载分接开关-这种调压方式称为有载调压。 中、小型电力变压器普通有三个分接头，记作UN 5%。大型电力变压器采用五个或多个分接头,例UN 2x2.5%或UN 8x1.5%。第三章 变压器3.6.3 3.6.3 损耗、效率及效率特性损耗、效率及效率特性 铁损耗与外加电压大小有关，而与负载大小根本无关，故也称为不变损耗。一、变压器的损耗 铜损耗

17、分根本铜损耗和附加铜损耗。根本铜损耗是在电流在一、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构造部件中引起的涡流损耗等。变压器的损耗主要是铁损耗和铜损耗两种。变压器的损耗主要是铁损耗和铜损耗两种。 铁损耗包括根本铁损耗和附加铁损耗。根本铁损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部分涡流损耗、主磁通在构造部件中引起的涡流损耗等。 铜损耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。第三章 变压器 效率大小反映变压器运转的经济性能的好坏，是表征变压器运转性能的重要目的之一。二、效率及效率特性效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。效率是指变压器的

18、输出功率与输入功率的比值。21100P=%P1121FeCuFeCupP + P-= -PP + P + P0222222FeCuSNSNNN2p= PIp=() P=PIP =S cos其中第三章 变压器效率表达式效率表达式202201100SNNSNPP()%S c osPP 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压器的效率与负载电流之间的关系=f(),=f(),称为变压器的效率特性。称为变压器的效率特性。0max第三章 变压器 即当铜损耗等于铁损耗(可变损耗等于不变损耗)时,变

19、压器效率最大：2mSN0P= P或或0SNP=Pm1002120maxmN20P= (-)%S cos+P 为了提高变压器的运转效益，设计时应使变压器的铁为了提高变压器的运转效益，设计时应使变压器的铁损耗小些。损耗小些。0dd令令 , ,那那么么 第三章 变压器3.7 三相变压器3.7.1 3.7.1 磁路系统磁路系统一、组式磁路变压器二、心式磁路变压器特点是：三相磁特点是：三相磁路彼此无关联。路彼此无关联。特点是：三相磁路特点是：三相磁路彼此有关联。彼此有关联。1W2Ww1V2Vv1U2Uu1U2U1u2u1V2V1v2v1W2W1w2wuvw第三章 变压器3.7.2 3.7.2 电路系统电

20、路系统一、变压器的端头标号绕组绕组称号称号单相变压器三相变压器中性点首端首端末端末端首端首端末端末端高压高压绕组绕组U1U2U1、V2、W1U2、V2、W2N低压低压绕组绕组u1u2u1、v1、w1u2、v2、w2n中压中压绕组绕组U1mU2mU1m、V1m、W1mU2m、V2m、W2mNm第三章 变压器二、单相变压器的极性*1U2U1u2u*1U2U1u2u1U2U1u2u)I , I(I/I012连接组别为)I,I(I/I66 连连接接组组别别为为一、二次绕组的同极性端一、二次绕组的同极性端同标志时，一、二次绕组同标志时，一、二次绕组的电动势同相位。的电动势同相位。*1u2u1U2U1u2

21、u*1U2U*1U2U1u2u一、二次绕组的同极性端一、二次绕组的同极性端异标志时，一、二次绕组异标志时，一、二次绕组的电动势反相位。的电动势反相位。第三章 变压器三、三相变压器的衔接组别衔接组别：反映三相变压器衔接方式及一、二次线电动势或衔接组别：反映三相变压器衔接方式及一、二次线电动势或线电压的相位关系。线电压的相位关系。 三相变压器的衔接组别不仅与绕组的绕向和首末端标志有三相变压器的衔接组别不仅与绕组的绕向和首末端标志有关，而且还与三相绕组的衔接方式有关。关，而且还与三相绕组的衔接方式有关。实际和实际证明，无论采用怎样的衔接方式，一、二次侧线电实际和实际证明，无论采用怎样的衔接方式，一、

22、二次侧线电动势可电压的相位差总是动势可电压的相位差总是300300的整数倍。因此可以采用时钟的整数倍。因此可以采用时钟表示法表示法 作为时钟的分针，指向作为时钟的分针，指向1212点，点， 作为时钟的时作为时钟的时针，其指向的数字就是三相变压器的组别号。组别号的数字乘针，其指向的数字就是三相变压器的组别号。组别号的数字乘以以300300，就是二次绕组的线电动势滞后于一次侧电动势的相位角。，就是二次绕组的线电动势滞后于一次侧电动势的相位角。UVEuvE第三章 变压器衔接组别可以用相量图来判别：衔接组别可以用相量图来判别：假设高压绕组三相标志不变，假设高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移

23、，低压绕组三相标志依次后移，可以得到可以得到Y,y4Y,y4、Y,y8Y,y8衔接组别。衔接组别。1 1、Y Y，y y衔接衔接UVEuvE 同名端在对应端，对应的同名端在对应端，对应的相电动势同相位，线电动势相电动势同相位，线电动势 和和 也同相位，衔接组别为也同相位，衔接组别为Y Y，y0y0。同理，假设异名端在对应端，同理，假设异名端在对应端，可得到可得到Y Y，y6y6、Y,y10Y,y10和和Y,y2Y,y2衔衔接组别。接组别。第三章 变压器假设高压绕组三相标志不变，假设高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，低压绕组三相标志依次后移，可以得到可以得到Y,d3Y,d3、Y,d

24、7Y,d7衔接组别。衔接组别。2 2、Y Y，d d衔接衔接-11-11UVEuvE 同名端在对应端，对应的相电动势同相位，线电动势 和 相差3300，衔接组别为Y，d11。同理，假设异名端在对应端，同理，假设异名端在对应端，可得到可得到Y Y，d5d5、Y,d9Y,d9和和Y,d1Y,d1衔衔接组别。接组别。第三章 变压器假设高压绕组三相标志不变，假设高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，低压绕组三相标志依次后移，可以得到可以得到Y,d5Y,d5、Y,d9Y,d9衔接组衔接组别。别。3 3、Y Y，d d衔接衔接-1-1UVEuvE同名端在对应端，对应的同名端在对应端，对应的相电动

25、势同相位，线电动相电动势同相位，线电动势势 和和 相差相差300300，衔接，衔接组别为组别为Y Y，d1d1。同理，假设异名端在对应端，同理，假设异名端在对应端，可得到可得到Y Y，d7d7、Y,d11Y,d11和和Y,d3Y,d3衔接组别。衔接组别。第三章 变压器 总之，对于Y，y或D，d衔接，可以得到0、2、4、6、8、10等六个偶数组别；而Y，d或D，y衔接，可以得到1、3、5、7、9、11等六个奇数组别。 变压器的衔接组别很多，为了便于制造和并联运转，国家规范规定，Y，yn0、Y，d11、YN，d11、YN，y0和Y，y0衔接组为三相双绕组电力变压器的规范衔接组别。 其中前三种最为常

26、用：Y,yn0 衔接的二次绕组可以引出中线，成为三相四线制，用作配电变压器时可兼供动力和照明负载。Y,d11衔接用于低压侧电压超越400V的线路中。YN,d11衔接主要用于高压输电线路中，使电力系统的高压侧可以接地。第三章 变压器3.7.3 3.7.3 磁路系统和绕组衔接方式对电动势波形的影响磁路系统和绕组衔接方式对电动势波形的影响 i0中有无i03 ,看电路衔接中有无i03通路，Y衔接中，无i03通路,i0为正弦波;YN或D衔接,i03可以在绕组中流过，i0为尖顶波。 单相变压器，当磁路饱和时，u1为正弦波，和e1也是正弦波，而i0为尖顶波分解为基波i01和三次谐波i03忽略其它高效次谐波。

27、 对三相变压器，由于绕组的衔接方式不同，i0 中能够i03 ，使和e1为非正弦波同样可分解为基波和三次谐波忽略其它高效次谐波 。 中有无3 ，看磁路构造，三相组式变压器， 3可以在铁心中流过， 为平顶波；三相心式变压器， 3不能在铁心中流过，只能借助油和油箱壁等构成回路，磁路磁阻很大， 3很小， 根本为正弦波。第三章 变压器三三相相励励磁磁电电流流t0( )i t前往第三章 变压器磁磁通通与与电电势势的的相相位位关关系系t0e前往第三章 变压器一、Y，y衔接的三相变压器一次侧一次侧Y Y接线，接线，i03=0i03=0，i0i0为正弦波，磁通为正弦波，磁通应为平顶波。应为平顶波。2 2对三相心

28、式变压器，对三相心式变压器，33不能在铁心中流过，只能借助油不能在铁心中流过，只能借助油和油箱壁等构成回路，磁路磁阻很大，和油箱壁等构成回路，磁路磁阻很大， 3 3很小，很小， 根本为正根本为正弦波，感应电动势弦波，感应电动势 e e 也根本为正弦波也根本为正弦波 。但经过油箱壁时将产。但经过油箱壁时将产生涡流损耗，呵斥部分过热，降低变压器的效率，因此，容量生涡流损耗，呵斥部分过热，降低变压器的效率，因此，容量大于大于1800kVA1800kVA时，不宜采用心式时，不宜采用心式Y Y，y y衔接。衔接。1 1对三相组式变压器，对三相组式变压器，33可以在铁心中存在，所以可以在铁心中存在，所以为

29、平为平顶波，感应电动势顶波，感应电动势e e 为尖顶波，其中的三次谐波幅值可达基波为尖顶波，其中的三次谐波幅值可达基波幅值的幅值的45%60%45%60%，使相电动势的最大值升高很多，能够击穿绕组，使相电动势的最大值升高很多，能够击穿绕组绝缘，因此，三相组式变压器不采用绝缘，因此，三相组式变压器不采用Y Y，y y衔接。衔接。第三章 变压器二、YN，y衔接的三相变压器 一次侧一次侧YNYN接线，接线，i03i03可以流过，可以流过，i0i0为尖顶波，磁通为尖顶波，磁通应应为正弦波，感应电动势为正弦波，感应电动势 e e 也为正弦波也为正弦波 。 一次绕组一次绕组Y Y衔接，衔接， i03=0

30、i03=0， i0 i0为正弦波，为正弦波，应为平顶波，应为平顶波，其中的其中的33在二次绕组中感应电动势在二次绕组中感应电动势e23e23，并在，并在D D内产生内产生i23i23。i23i23建立的磁通建立的磁通2323大大减弱大大减弱33的作用，因此合成磁通和电动势均的作用，因此合成磁通和电动势均接近正弦波。接近正弦波。三、D，y衔接的三相变压器 一次侧一次侧D D接线，接线，i03i03可以流过，可以流过，i0i0为尖顶波，磁通为尖顶波，磁通应为应为正弦波，感应电动势正弦波，感应电动势 e e 也为正弦波也为正弦波 。四、Y，d衔接的三相变压器第三章 变压器五、Y，yn衔接的三相变压器

31、 二次侧 yn 接线，负载时可以为三次谐波提供通路，使相电动势波形得到改善。但是由于负载的影响，产生i23不能很大，所以相电动势波形不能得到很好改善，这种情况根本与Y，y衔接一样，只适用于容量较小的三相心式变压器，而组式变压器依然不采用。结论：结论：1 1变压器一次侧是变压器一次侧是YNYN衔接时，电动势波为正弦。衔接时，电动势波为正弦。2 2变压器有一侧是变压器有一侧是D D衔接时，电动势波为正弦。衔接时，电动势波为正弦。3 3无论相电动势能否为正弦波，但线电动势一定是正弦波。无论相电动势能否为正弦波，但线电动势一定是正弦波。4 4假设一定需求假设一定需求Y Y，y y衔接，那么可以添加第三

32、绕组，采用衔接，那么可以添加第三绕组，采用D D接线接线第三章 变压器3.8 变压器的并联运转3.8.1 3.8.1 并联运转的理想条件并联运转的理想条件并联运转的优点：并联运转的优点： 并联运转是指将几台变压器的一、二次绕组分别接在一、并联运转是指将几台变压器的一、二次绕组分别接在一、二次侧的公共母线上，共同向负载供电的运转方式。二次侧的公共母线上，共同向负载供电的运转方式。并联运转的理想情况是：并联运转的理想情况是：1 1、空载时各变压器绕组之间无环流；、空载时各变压器绕组之间无环流；2 2、负载后，各变压器的负载系数相等；、负载后，各变压器的负载系数相等；3 3、负载后，各变压器的负载电流与总的负载电流同相位。、负载后，各变压器的负载电流与总的负载电流同相位。1 1、提高供电的可靠性；、提高供电的可靠性；2 2、提高供电的经济性。、提高供电的经济性。第三章 变压器 为了到达上述理想运转情况，并联运转的变压器需满足为了到达上述理想运转情况，并联运转的变压器需满足以下条件：以下条件：1 1、各变压器一、二次侧的额定电压分别相等，即变比一样；、各变压器一、二次侧的额定电压分别相等，即变比一样；2 2、各变压器的衔接组别一样；、各变压器的衔接组别一样；3 3、各变压器的短路阻抗短路电压的标么值相等，且短路、各变压器的短路阻抗短路电压的标么值相等，且