电机学--变压器基础知识ppt课件

1、3-6 标么值标么值3-7 变压器的运转特性变压器的运转特性3-8 三相变压器的磁路、结合组、电动势波形三相变压器的磁路、结合组、电动势波形3-9 变压器的并联运转变压器的并联运转3-10 三相变压器的不对称运转三相变压器的不对称运转3-6 标么值标么值n 在电力工程中，对电压、电流、阻抗和功率等物理量在电力工程中，对电压、电流、阻抗和功率等物理量的计算，经常采用其标么值。的计算，经常采用其标么值。n 所谓标么值就是先选定一个物理量的同单位某一数值所谓标么值就是先选定一个物理量的同单位某一数值作为基准值简称基值然后取该物理量的实践值与作为基准值简称基值然后取该物理量的实践值与该基准值相比所得的

2、比值即称为该物理量的标么值，该基准值相比所得的比值即称为该物理量的标么值，即即该物理量基准值某物理量实际值标么值一、定义一、定义 标幺值在其原符号右上角加标幺值在其原符号右上角加“* *号表示。号表示。 基值采用下标基值采用下标“b b。实践值：有名值实践值：有名值二、基值确实定二、基值确实定n 基值的选取是恣意的，通常以额定值为基准值。基值的选取是恣意的，通常以额定值为基准值。n 各侧的物理量以各自侧的额定值为基准；线值以额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；单相定线值为基准值，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

3、相值为值以额定单相值为基准值，三相值以额定三相值为基准值；基准值；例如：变压器一、二次侧：例如：变压器一、二次侧：S1b=S2b=SNS1b=S2b=SN、U1b=U1NU1b=U1N、U2b=U2NU2b=U2N三相变压器基值：三相变压器基值：Sb=SN=3UNIN=3UNINSb=SN=3UNIN=3UNINn 存在有相互关系的四个物理量存在有相互关系的四个物理量U U、I I、Z Z、S S中，所中，所选基值的个数并不是恣意的，当某两个物理量的基值选基值的个数并不是恣意的，当某两个物理量的基值已被确定，其他物理量的基值跟着确定。已被确定，其他物理量的基值跟着确定。n 例如单相变压器，选定

4、一次侧的额定电压例如单相变压器，选定一次侧的额定电压U1NU1N和额定和额定电流电流I1NI1N作为电压和电流的基值：作为电压和电流的基值：n 一次侧阻抗的基值即：一次侧阻抗的基值即：Z1b=Z1N=U1N/I1NZ1b=Z1N=U1N/I1Nn 一次侧功率的基值即：一次侧功率的基值即：S1b=S1N=U1NI1NS1b=S1N=U1NI1N3.U3.U和和E E的基准值为的基准值为UBUB；R R、X X、Z Z的基准值为的基准值为ZBZB；P P、Q Q和和S S的基准值为的基准值为SBSB。4.4.系统装有多台变压器电机，选择某一特定的系统装有多台变压器电机，选择某一特定的SbSb作为整

5、个系统的功率基值。系统中各变压器标幺作为整个系统的功率基值。系统中各变压器标幺值均换算到以值均换算到以SbSb作为功率基值时的标幺值。作为功率基值时的标幺值。5.5.百分值百分值= =标么值标么值100%100%四、运用标幺值的优缺陷四、运用标幺值的优缺陷n 额定值的标幺值等于额定值的标幺值等于1。采用标幺值时，不论变压器。采用标幺值时，不论变压器的容量大小，变压器的参数和性能目的总在一定的的容量大小，变压器的参数和性能目的总在一定的范围内，便于分析和比较。范围内，便于分析和比较。n 如电力变压器的短路阻抗标幺值如电力变压器的短路阻抗标幺值zk*=0.030.10，假，假设求出的短路阻抗标幺值

6、不在此范围内，就应核对设求出的短路阻抗标幺值不在此范围内，就应核对一下能否存在计算或设计错误。一下能否存在计算或设计错误。n 例如例如 p I0*、 zk*的范围的范围1 1、运用标幺值的优点、运用标幺值的优点n 采用标幺值时，原、副边各物理量不需进展折算，采用标幺值时，原、副边各物理量不需进展折算，便于计算。便于计算。n 如副边电压向原边折算，采用标幺值：如副边电压向原边折算，采用标幺值：*2222212*2UUUkUkUUUUNNN留意基值选择，应选一次侧基值留意基值选择，应选一次侧基值n 采用标幺值能直观地表示变压器的运转情况。采用标幺值能直观地表示变压器的运转情况。n 如知一台运转着的

7、变压器端电压和电流为如知一台运转着的变压器端电压和电流为35kV35kV、20A20A，从这些实践数据上判别不出什么问题，但假设知它的从这些实践数据上判别不出什么问题，但假设知它的标幺值为标幺值为UkUk* *=1.0=1.0、IkIk* *=0.6=0.6，阐明这台变压器欠载运，阐明这台变压器欠载运转。转。n相电压和线电压标幺值恒相等，相电流和线电流标幺相电压和线电压标幺值恒相等，相电流和线电流标幺值恒相等；值恒相等；n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*0*1IZm2*0*0*IPRm*kkUZ *kkPR NNPcos*NNQsin*11111*111333UU

8、UUUUUUNN一次侧有*11111*1121111*/krNkrNkNNNkkNkNNkNNNkNkkUUUURIIURPSPIURIIURZRR*111111*/kxNkxNkNNNkNkkUUUUXIIUXZXX采用标幺值时，变压器的短路阻抗标幺值与额定电流下采用标幺值时，变压器的短路阻抗标幺值与额定电流下的短路电压标幺值相等，即有：的短路电压标幺值相等，即有：*11111*/kNkNkkNNkNkkUUUUZIIUZZZZ短路阻抗电压短路阻抗电压的电阻分量的电阻分量短路阻抗电压短路阻抗电压的电抗分量的电抗分量短路阻抗电压短路阻抗电压2、缺陷、缺陷n 标么值没有单位，物理意义不明确。标么

9、值没有单位，物理意义不明确。3-7 3-7 变压器的运转特性变压器的运转特性n 电压变化程度电压变化程度由于变压器内部存在着电阻和漏抗，由于变压器内部存在着电阻和漏抗，负载时产生电阻压降和漏抗压降，导致次级侧电压随负负载时产生电阻压降和漏抗压降，导致次级侧电压随负载电流变化而变化。载电流变化而变化。n 电压变化率定义：一次侧加电压变化率定义：一次侧加50Hz50Hz额定电压、二次空载电额定电压、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。额定电压的比值。一、电压变化率一、电压变化率%100%100%100%12122

10、22220NNNNNUUUUUUUUUU用副边量表示用副边量表示用原边量表示用原边量表示 分析分析U U公式公式%100sincos%2*2*kkXRU1 1、电压调整率随着负载电流的添加而正比增大。、电压调整率随着负载电流的添加而正比增大。I2I22 2、电压调整率与负载的性质有关。、电压调整率与负载的性质有关。3 3、与漏阻抗值有关、与漏阻抗值有关a a、 2=0:cos2=0:cos 2=12=1；sinsin 2=0 2=0 电阻性负载电阻性负载 I2 I2 U U很小很小RkRk* * Xk0:cos20:cos 2020；sinsin 20 20 电阻电感性负载电阻电感性负载RkR

11、k* *coscos2020，XkXk* *sinsin20 20 U0U0，阐明：，阐明：1 1负载后负载后U2U20=U2NU2U20=U2N； 2 2随着随着I2I2UU，U2U2。c c、 20:cos2020；sinsin 20 2020，XkXk* *sinsin2020；RkRk* *coscos2Xk2Xk* *sinsin2,2, U0,UU20=U2NU2U20=U2N；2)2)随着随着I2I2U0, U2U0, U2。*2U)(*2I1.001.01cos28 . 0cos28 . 0)cos(2超前超前滞后滞后图图 变压器的外特性变压器的外特性)(22IfU n由外特性

12、图，负载功率因数性质不同，对主磁通的影由外特性图，负载功率因数性质不同，对主磁通的影响不同，变压器的端电压变化亦不同。响不同，变压器的端电压变化亦不同。u纯电阻负载，端电压变化较小；纯电阻负载，端电压变化较小；u感性负载时主磁通感性负载时主磁通呈去磁作用，为了维持呈去磁作用，为了维持不变，不变，必需使原边电流添加，同时短路阻抗压降也添加，必需使原边电流添加，同时短路阻抗压降也添加，其结果呵斥副边电压下降；其结果呵斥副边电压下降；u容性负载对主磁通容性负载对主磁通呈增磁作用，为了维持呈增磁作用，为了维持不变，不变，必需减小原边电流，除了补偿短路阻抗压降外，其必需减小原边电流，除了补偿短路阻抗压降

13、外，其他部分使副边电压增高。他部分使副边电压增高。*2U)(*2I1.001.01cos28 . 0cos28 . 0)cos(21、损耗、损耗n 变压器运转中有两种损耗：铜耗变压器运转中有两种损耗：铜耗pCupCu；铁耗；铁耗pFepFe每一类包每一类包括根本损耗和杂散损耗括根本损耗和杂散损耗pCupCu：指电流流过绕组时所产生的直流电阻损耗：指电流流过绕组时所产生的直流电阻损耗根本铜耗根本铜耗: :一次绕组铜耗一次绕组铜耗pcu1=I12R1pcu1=I12R1；二次绕组铜耗；二次绕组铜耗pcu2=I22R2pcu2=I22R2附加损耗附加损耗: :因集肤效应引起的损耗以及漏磁场在构造部件

14、中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。铜损耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。二、效率二、效率根本铁耗根本铁耗pFe:pFe:磁滞损耗和涡流损耗。磁滞损耗和涡流损耗。附加损耗附加损耗: :由铁心叠片间绝缘损伤引起的部分涡流损耗、主磁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。通在构造部件中引起的涡流损耗等。铁损耗与外加电压铁损耗与外加电压(Bm)(Bm)大小有关，大小有关，U1U1普通不变，称为不变损耗。普通不变，称为不变损耗。p19p19p20 p20 铁耗公式铁

15、耗公式2、效率的定义、效率的定义n 效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。n 效率大小反映变压器运转的经济性能的好坏，是表征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。变压器运转性能的重要目的之一。 普通小型变压器的效率普通小型变压器的效率9595 大型变压器的效率高达大型变压器的效率高达9999%10012PP假定：假定：100pPp1PpPPP211122222220cos3)(21NkNkNNCuFeSPPPIIpPp、CuFeppp3、间接法求效率、间接法求效率%100)cos1 (20220kNNkNPPS

16、PPn 变压器效率的大小与负载的大小、功率因数及变压器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。本身参数有关。n 效率特性：在功率因数一定时，变压器的效率与负载效率特性：在功率因数一定时，变压器的效率与负载电流之间的关系电流之间的关系=f(),称为变压器的效率特性。称为变压器的效率特性。%100)cos1 (20220kNNkNPPSPP0maxm轻载轻载负载较大负载较大当铜损耗当铜损耗= =铁损耗铁损耗( (可变损耗可变损耗= =不变损耗不变损耗) )时时, ,变压器效率最大：变压器效率最大：:, 0率的条件则有变压器产生最大效令dd02PPkNm或NmPPk0%100)2

17、cos21 (020maxPSPNmu为了提高变压器的运转效益，设计时应使变压器的铁耗小些。为了提高变压器的运转效益，设计时应使变压器的铁耗小些。u变压器长期任务在额定电压下，但不能够长期满载运转，为了提高运转效变压器长期任务在额定电压下，但不能够长期满载运转，为了提高运转效率率, ,设计时取设计时取m=0.4m=0.40.6P0/PkN=30.6P0/PkN=36 6；我国新；我国新S9S9系列配电变压器系列配电变压器pkN/P0=6pkN/P0=67.57.50maxm3-8 三相变压器磁路、结合组、电动势波形三相变压器磁路、结合组、电动势波形一、三相变压器磁路系统一、三相变压器磁路系统1

18、、组式磁路变压器、组式磁路变压器特点：三相磁路彼此无关联，各相的励磁电流在特点：三相磁路彼此无关联，各相的励磁电流在数值上完全相等数值上完全相等CZCBYBAXA2、心式磁路变压器、心式磁路变压器n 特点：三相磁路彼此有关联，磁路长度不等，当外特点：三相磁路彼此有关联，磁路长度不等，当外加三相对称电压时，三相磁通对称，三相磁通之和加三相对称电压时，三相磁通对称，三相磁通之和等于零。等于零。0CBA二、联接组别二、联接组别一一 结合法结合法绕组标志绕组标志绕组名称绕组名称 单相变压器单相变压器 三相变压器三相变压器 中性点中性点 首端首端 末端末端首端首端 末端末端高压绕组高压绕组AXA、B、C

19、X、Y、ZN低压绕组低压绕组axa、b、c x、y、zn两种三相绕组接线两种三相绕组接线:星形结合、三角形结合星形结合、三角形结合1、星形结合、星形结合n 把三相绕组的三个末端连在一同，而把它们的首端引出把三相绕组的三个末端连在一同，而把它们的首端引出n 三个末端衔接在一同构成中性点，假设将中性点引出，三个末端衔接在一同构成中性点，假设将中性点引出，就构成了三相四线制了，表示为就构成了三相四线制了，表示为YN或或yn。顺时针方向：顺时针方向：A A超前超前B B超前超前C C各各120120BEBYAEXACEZCABEBCECAEBEBYAEXACEZCABEBCECAE2、三角形结合、三角

20、形结合n 把一相的末端和另一相的首端衔接起来，顺序衔接成一闭把一相的末端和另一相的首端衔接起来，顺序衔接成一闭合电路。两种接法：合电路。两种接法：AX-BY-CZAX-BY-CZAX-CZ-BYAX-CZ-BYBEBYAEXACEZCABEAXBYCZAEBECEAXBYCZAEBECEBEBYAEXACEZCABE二结合组二结合组n 变压器的同一相高、低压绕组都是绕在同一铁芯柱上，变压器的同一相高、低压绕组都是绕在同一铁芯柱上，并被同一主磁通链绕，当主磁通交变时，在高、低压并被同一主磁通链绕，当主磁通交变时，在高、低压绕组中感应的电势之间存在一定的极性关系。绕组中感应的电势之间存在一定的极性

21、关系。1 1、高低压绕组中电势的相位、高低压绕组中电势的相位同名端决于绕组的绕制方向同名端决于绕组的绕制方向2、同名端、同名端n 在任一瞬间，高压绕组的某一端的电位为正时，低压在任一瞬间，高压绕组的某一端的电位为正时，低压绕组也有一端的电位为正，这两个绕组间同极性的一绕组也有一端的电位为正，这两个绕组间同极性的一端称为同名端，记作端称为同名端，记作“。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。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。3、时

22、钟表示法、时钟表示法n 高压绕组线电势高压绕组线电势长针，永远指向长针，永远指向“1212点钟点钟n 低压绕组线电势低压绕组线电势短针，根据高、低压绕组线电势短针，根据高、低压绕组线电势之间的相位指向不同的钟点。之间的相位指向不同的钟点。例如例如 单相变压器单相变压器)I , I(I/I012连接组别为)I ,I(I/I66连接组别为uI,II,I表示初级、次级都是单相绕表示初级、次级都是单相绕组组u0 0和和6 6表示结合组号。表示结合组号。u单相变压器的规范衔接组单相变压器的规范衔接组I,I0I,I0三、三相变压器的衔接组别三、三相变压器的衔接组别n 结合组别：反映三相变压器衔接方式及一、

23、二次线电结合组别：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。动势或线电压的相位关系。n 三相变压器的衔接组别不仅与绕组的绕向和首末端标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。志有关，而且还与三相绕组的衔接方式有关。n 实际和实际证明，无论采用怎样的衔接方式，一、二实际和实际证明，无论采用怎样的衔接方式，一、二次侧线电动势电压的相位差总是次侧线电动势电压的相位差总是3030的整数倍。的整数倍。CBA1、 Yy0CBAX、Y、Zabcx、y、zABab2、 Yy61803、 Yy4留意留意abcabc顺序错顺序错过一个过一个铁心柱铁心

24、柱1204、 Yd1305、 Yd5ACBc xz ba y1506、 Yd11330ACBc b a 例例1 1：将变压器接成联接组标号：将变压器接成联接组标号Dy1Dy1，并画电动势相量图，并画电动势相量图ABCXYZ初级初级接接AXAXCZCZBYBY结合结合初级初级接接AXAXBYBYCZCZ结合结合ABCXYZ例例1 1：将变压器接成联接组标号：将变压器接成联接组标号Dy1Dy1，并画电动势相量图，并画电动势相量图b.画出高压侧电势相量画出高压侧电势相量，并标上，并标上AX，CZ，BYA(Y)B (Z)C (X)ABBYc.c.画出低压侧电势相量画出低压侧电势相量，并使，并使abab滞后滞后EAB30EAB30，同时画出，同时画出axax，byby，czcz。( (相序原那么顺时针相序原那么顺时针a-b-c)a-b-c)d.d.由相量图知：由相量图知：axax与与AXAX同向，阐明次级同向，阐明次级axax绕组与初级绕组与初级AXAX绕绕组在同一铁心柱上，且组在同一铁心柱上，且a a与与A A为同极性端。同理为同极性端。同理byby与与BYBY同相；同相；czcz与与CZCZ同相。同相。A(Y) abcB (Z)C (X)AAB Babab30e.e.将次级将次级x,y,zx,y,z连在一同，接成连在一同，接成Y Y形