电机与拖动5变压器10月19日

1、第四章第四章 变压器变压器Transformers本章教学基本要求本章教学基本要求n1.了解变压器的主要结构、基本工作原理及主了解变压器的主要结构、基本工作原理及主要额定值的意义；要额定值的意义；n2.通过变压器的负载运行分析，深入理解负载通过变压器的负载运行分析，深入理解负载运行时变压器各物理量之间的关系，绕组折运行时变压器各物理量之间的关系，绕组折算的物理意义及其计算方法，掌握负载运行算的物理意义及其计算方法，掌握负载运行时的等值电路、相量图、参数测定及求解电时的等值电路、相量图、参数测定及求解电压变化率和效率，学会分析变压器的运行性压变化率和效率，学会分析变压器的运行性能；能；n3.熟悉

2、三相变压器的联接组别，并能根据绕组熟悉三相变压器的联接组别，并能根据绕组接线图判别其联接组别或按照已知的联接组接线图判别其联接组别或按照已知的联接组别画出绕组的接线图。别画出绕组的接线图。本章教学重点和难点本章教学重点和难点n重点：重点：n1.理解在不同运行状态下I0、I1和I2等参数的物理意义；n2.变压器的基本方程式、等值电路、相量图；n3.三相变压器的联接组别。n难点：难点：负载运行时各量之间的关系。目录目录5.1 概述概述5.2 变压器的空载运行变压器的空载运行5.3 变压器的负载运行变压器的负载运行5.4 标幺值标幺值5.5 变压器的参数测定变压器的参数测定5.6 变压器的运行特性变

3、压器的运行特性5.7 变压器的连接组别变压器的连接组别5.8 变压器的并联运行变压器的并联运行5.9 自藕变压器自藕变压器5.10 仪用互感器仪用互感器5.1概述概述 变压器是一种变换交流电的静止电气设备。变压器的用途与分类变压器的用途与分类 变压器按用途可分为：输配电用的电力变压器，包括升、降压变压器等；供特殊电源用的特种变压器，包括电焊变压器、整流变压器、电炉变压器、中频变压器等；供测量用的仪用变压器，包括电流互感器、电压互感器、自耦变压器（调压器）等；用于自动控制系统的小功率变压器；用于通信系统的阻抗变换器等等。返回返回铁心（磁路部分）n铁心的材料铁心的材料为了提高磁路的导磁性能，减小铁

4、心中的磁滞、为了提高磁路的导磁性能，减小铁心中的磁滞、涡流损耗，铁心一般采用高磁导率的铁磁材料涡流损耗，铁心一般采用高磁导率的铁磁材料0.350.5mm厚的硅钢片叠成。变压器用的硅钢厚的硅钢片叠成。变压器用的硅钢片其含硅量比较高。硅钢片的两面均涂以绝缘漆，片其含硅量比较高。硅钢片的两面均涂以绝缘漆，这样可使叠装在一起的硅钢片相互之间绝缘这样可使叠装在一起的硅钢片相互之间绝缘。5.1.1 变压器主要结构变压器主要结构n铁心形式铁心形式铁心是变压器的主磁路，铁心是变压器的主磁路，电力变压器的铁心主要电力变压器的铁心主要采用心式结构采用心式结构 ，它是将，它是将A、B、C三相的绕组分三相的绕组分别放

5、在三个铁心柱上，别放在三个铁心柱上，三个铁心柱由上、下两三个铁心柱由上、下两个铁轭连接起来，构成个铁轭连接起来，构成闭合磁路。如图闭合磁路。如图绕组绕组n绕组是变压器的电路部分，它是由铜或绕组是变压器的电路部分，它是由铜或铝的绝缘导线绕制而成。为了便于绝缘，铝的绝缘导线绕制而成。为了便于绝缘，低压绕组靠近铁心柱，高压绕组套在低低压绕组靠近铁心柱，高压绕组套在低压绕组外面。压绕组外面。油箱油箱n油浸式变压器均要油浸式变压器均要有一个油箱，装入有一个油箱，装入变压器油后，将组变压器油后，将组装好的器身装入其装好的器身装入其中，以保证变压器中，以保证变压器正常工作。变压器正常工作。变压器油用作加强变

6、压器油用作加强变压器内部绝缘强度和散内部绝缘强度和散热作用。热作用。储油柜储油柜n变压器在运行中，随着变压器在运行中，随着油温的变化，油的体积油温的变化，油的体积会膨胀和收缩，为了减会膨胀和收缩，为了减少油与外界空气的接触少油与外界空气的接触面积，减小变压器受潮面积，减小变压器受潮和氧化的概率，通常在和氧化的概率，通常在变压器上部安装一个储变压器上部安装一个储油柜（俗称油枕）。油柜（俗称油枕）。呼吸器呼吸器(吸湿器吸湿器)n变压器随着负荷和气温变化，变压器随着负荷和气温变化，各变压器油温不断变化，这各变压器油温不断变化，这样油枕内的油位随着整个变样油枕内的油位随着整个变压器油的膨胀和收缩而发生

7、压器油的膨胀和收缩而发生变化，为了使潮气不能进入变化，为了使潮气不能进入油枕使油劣化，将油枕用一油枕使油劣化，将油枕用一个管子从上部连通到一个内个管子从上部连通到一个内装硅胶的干燥器（俗称呼吸装硅胶的干燥器（俗称呼吸器），硅胶对空气中水份具器），硅胶对空气中水份具有很强的吸附作用，干燥状有很强的吸附作用，干燥状态状态为兰色，吸潮饱和后态状态为兰色，吸潮饱和后变为粉红色。吸潮的硅胶可变为粉红色。吸潮的硅胶可以再生。以再生。冷却器冷却器n直接装配在变压器油箱壁上，对于强迫油直接装配在变压器油箱壁上，对于强迫油循环风冷变压器，电动泵从油箱顶部抽出循环风冷变压器，电动泵从油箱顶部抽出热油送入散热器管簇

8、中，这些管簇的外表热油送入散热器管簇中，这些管簇的外表受到来自风扇的冷空气吹拂，使热量散失受到来自风扇的冷空气吹拂，使热量散失到空气中去，经过冷却后的油从变压器油到空气中去，经过冷却后的油从变压器油箱底部重新回到变压器油箱内。无论电动箱底部重新回到变压器油箱内。无论电动泵装在冷却器上部还是下部，其作用是一泵装在冷却器上部还是下部，其作用是一样的。样的。绝缘套管绝缘套管n变压器绕组的引出线从油变压器绕组的引出线从油箱内部引到箱外时必须经箱内部引到箱外时必须经过绝缘套管，使引线与油过绝缘套管，使引线与油箱绝缘。绝缘套管一般是箱绝缘。绝缘套管一般是陶瓷的，其结构取决于电陶瓷的，其结构取决于电压等级。

9、压等级。1kV以下采用实以下采用实心磁套管，心磁套管，1035kV采用采用空心充气或充油式套管，空心充气或充油式套管，110kV及以上采用电容式及以上采用电容式套管。为了增大外表面放套管。为了增大外表面放电距离，套管外形做成多电距离，套管外形做成多级伞形裙边。电压等级越级伞形裙边。电压等级越高，级数越多。高，级数越多。分接开关分接开关n变压器常用改变绕组匝数的方法来调压。一般从变压器常用改变绕组匝数的方法来调压。一般从变压器的高压绕组引出若干抽头，称为分接头，变压器的高压绕组引出若干抽头，称为分接头，用以切换分接头的装置叫分接开关。分接开关分用以切换分接头的装置叫分接开关。分接开关分为无载调压

10、和有载调压两种，前者必须在变压器为无载调压和有载调压两种，前者必须在变压器停电的情况下切换；后者可以在变压器带负载情停电的情况下切换；后者可以在变压器带负载情况下进行切换。分接开关安装在油箱内，其控制况下进行切换。分接开关安装在油箱内，其控制箱在油箱外，有载调压分接开关内的变压器油是箱在油箱外，有载调压分接开关内的变压器油是完全独立的，它也有配套的油箱、瓦斯继电器、完全独立的，它也有配套的油箱、瓦斯继电器、呼吸器。呼吸器。压力释放阀压力释放阀n当变压器内部当变压器内部发生严重故障发生严重故障而产生大量气而产生大量气体时，油箱内体时，油箱内压力迅速增加，压力迅速增加，为防止变压器为防止变压器发生

11、爆炸，油发生爆炸，油箱上安装压力箱上安装压力释放阀。释放阀。n气体继电器又称为瓦斯继电器，是变压器气体继电器又称为瓦斯继电器，是变压器的一种保护装置，安装在油箱与储油柜的的一种保护装置，安装在油箱与储油柜的连接管道中，当变压器内部发生故障时连接管道中，当变压器内部发生故障时（如绝缘击穿、匝间短路、铁芯事故、油（如绝缘击穿、匝间短路、铁芯事故、油箱漏油使油面下降较多等）产生的气体和箱漏油使油面下降较多等）产生的气体和油流，迫使气体继电器动作。轻者发出信油流，迫使气体继电器动作。轻者发出信号，以便运行人员及时处理。重者使断路号，以便运行人员及时处理。重者使断路器跳闸，以保护变压器。器跳闸，以保护变

12、压器。5.1.2 变压器铭的型号和额定数据变压器铭的型号和额定数据1.变压器铭牌数据变压器铭牌数据 每台变压器都有一铭牌，上面标注着型每台变压器都有一铭牌，上面标注着型号、额定值及其它数据，便于用户了解变压器号、额定值及其它数据，便于用户了解变压器的运行性能。的运行性能。电力变压器产品型号 SL7315/10 产品编号 额定容量 315kVA 使用条件 户外式额定电压 10000/400V 冷却条件 ONAN额定电流 18.2/454.7A 短路电压 4%额定频率 50 Hz 器身吊重 765kg相 数 三相 油 重 380kg联接组别 Y yno 总 重 1525kg制 造 厂 生产日期 电

13、力变压器铭牌示意图 变压器铭牌数据变压器铭牌数据1额定容量额定容量SN 它是变压器额定工作条件下输出能力的保它是变压器额定工作条件下输出能力的保证值，是额定视在功率，单位：伏安（证值，是额定视在功率，单位：伏安（VA）或千伏安（或千伏安（kVA）或兆伏安（）或兆伏安（MVA）。）。 一般容量在一般容量在630kVA以下的为小型电力变以下的为小型电力变压器；压器；8006300kVA的为中型电力变压器；的为中型电力变压器；800063000kVA为大型电力变压器；为大型电力变压器；90000kVA及以上的为特大型电力变压器。及以上的为特大型电力变压器。 变压器铭牌数据变压器铭牌数据2额定电压U1

14、N/U2N 均指线值电压。原边额定电压U1N是指电源加在原绕组上的额定电压；副边额定电压U2N是指原边加额定电压副边空载时副绕组的端电压，单位有：伏（V）或千伏（kV）。 变压器铭牌数据变压器铭牌数据3额定电流额定电流I1N/I2N 均指均指线值线值电流。原、副边额定电流是指电流。原、副边额定电流是指在额定容量和额定电压时所长期允许通过的在额定容量和额定电压时所长期允许通过的电流，单位有：安（电流，单位有：安（A）额定频率额定频率fN 指工业用电频率，我国规定为指工业用电频率，我国规定为50Hz。各量之间关系各量之间关系 变压器的额定容量、额定电压、额定电变压器的额定容量、额定电压、额定电流之

15、间的关系为：流之间的关系为：NNNNNIUIUS2211NNNNNIUIUS221133单相变压器单相变压器三相变压器三相变压器 2.主要系列主要系列(1)型号说明型号说明 变压器型号包括：变压器型号包括：基本代号、额定容量、额定电压以及结基本代号、额定容量、额定电压以及结构性能特点。构性能特点。例如型号为：例如型号为：SL7-630/10，其中，其中“S”代表代表三相，三相，“L”代表铝导线，代表铝导线，“7”代表设计代表设计序号，序号，“630”代表额定容量为代表额定容量为630kVA，“10”代表高压绕组额定电压为代表高压绕组额定电压为10kV。(2)主要系列主要系列 我国生产的各种变压

16、器系列产品有：我国生产的各种变压器系列产品有：S7、SL7、S9、SC8等。其中等。其中SC8型为环氧树脂型为环氧树脂浇注干式变压器。浇注干式变压器。LZ1I1UAX1E2Exa1N2N2U2I*m1U1I2U2I1I2I1E2Em1Im2Im5.2 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行返回返回dtdNe11dtdNe2211EU22EU5.2.2 变压器的空载运行变压器的空载运行1m1S1(0.1%0.2%)Smm1S01 0fN i0I1sE1UAX1E2E20Uxam1s1N2Ntmsintmsssin11f2书上有误书上有误dtdNe11dttdNmsin12sin1tNm2sin

17、1tEm同理同理2sin22tEemmmNE22mmNE112sin11tNem，则向量形式为取0/mmmmmfNjfNjNjE111144. 4222mfNjE2244. 4同理有： 可见，感应电势的大小与匝数和主磁通可见，感应电势的大小与匝数和主磁通幅值成正比，相位滞后于主磁通相量幅值成正比，相位滞后于主磁通相量9011144. 4mssfNjE3.漏磁通感应电动势漏磁通感应电动势上式可写成：上式可写成：0101001112IjXILjIINjEsmss一次绕组的漏电抗可写成：一次绕组的漏电抗可写成：121011010111222ssmsNINININX一次绕组的漏自感一次绕组的漏自感一次

18、绕组的一次绕组的漏电抗漏电抗漏磁路的漏漏磁路的漏磁导磁导为了提高运行性能，希望漏电抗越小越好为了提高运行性能，希望漏电抗越小越好4、空载运行电压方程一次绕组回路电压方程一次绕组回路电压方程1sE1UAX1E2Exa1s1N2Nm20U0I10111RIEEUs1101jXRIE101ZIE一次绕组一次绕组的漏阻抗的漏阻抗220EU二次绕组回路开路二次绕组回路开路变压器一次绕组加额定电压空载运行时，变压器一次绕组加额定电压空载运行时，空载电流很小不超过额定电流的空载电流很小不超过额定电流的10，再加上漏阻抗值较小再加上漏阻抗值较小11EUmfNEU11144. 4一、二次绕组电动势之比称为变比一

19、、二次绕组电动势之比称为变比21212144. 444. 4NNfNfNEEkmm空载时：空载时：降压升压 1 1201kkUUk当电源电压随时间按正弦变化，则电动势、磁通必定都按当电源电压随时间按正弦变化，则电动势、磁通必定都按正弦规律变化。根据铁磁材料的磁化曲线可知，磁通和励正弦规律变化。根据铁磁材料的磁化曲线可知，磁通和励磁电流成饱和曲线关系磁电流成饱和曲线关系 5. 励磁电流励磁电流0i0mfNjEU11144. 4 0if(1)当磁通为正弦波，由于此路饱和，励磁电流为当磁通为正弦波，由于此路饱和，励磁电流为非正弦，不能用相量表示，工程上用等效正弦波非正弦，不能用相量表示，工程上用等效

20、正弦波的概念来表示实际的磁化电流的概念来表示实际的磁化电流i0r。(2)磁通与励磁电流同相位。磁通与励磁电流同相位。饱和对励磁电流的影响饱和对励磁电流的影响1 0mRN imFelRS100()FeSN iCil根据磁路欧姆定律根据磁路欧姆定律0FeCi当计磁路饱和时，随着当计磁路饱和时，随着结论：结论： 铁磁材料的磁滞现象会引起损耗，叫铁磁材料的磁滞现象会引起损耗，叫磁滞损耗磁滞损耗。 交变的磁通会在铁心中参生涡流损耗，交变的磁通会在铁心中参生涡流损耗，叫叫涡流损耗涡流损耗。 磁滞损耗和涡流损耗统称为磁滞损耗和涡流损耗统称为变压器铁变压器铁损耗损耗。 变压器空载运行，电源应输入大小为变压器空

21、载运行，电源应输入大小为铁耗值的有功功率，对应的电流用铁耗值的有功功率，对应的电流用 表表示，因系有功，示，因系有功， 应与应与 同相同相aI0aI01U6 变压器空载运行的相量变压器空载运行的相量图图raIII000000cosIIa000sinIIrNII10%10%211jI X11I R1U1E0Im1E220EU00空载运行情况下空载运行情况下20有功功率有功功率001cosIU变压器消耗掉变压器消耗掉无功功率无功功率001sinIU储于磁场中储于磁场中11jI X11I R1U1E0Im1E220EU00101 XI jEs仿效0011BI jEr0011GI jEa并联型等效电路

22、并联型等效电路202000001BGjBGjBGjXRZmmm20200BGGRm20200BGBXm例题例题5-1 一台三相变压器，一台三相变压器，Y/Y接法，接法，SN=100kVA，U1N/U2N=6000/400V，I1N/I2N=9.62/144.3A，每相参，每相参数：数：Z1=R1+jX1=（4.2+j9），Zm=Rm+jXm=（514+j5526）。（1）励磁电流及其与额定电流的比值）励磁电流及其与额定电流的比值65.84/2 .5559552651492 . 41jjZZmAI623. 02 .5559360000(1)解解%48. 662. 9623. 010NII例题例题

23、5-1 一台三相变压器，一台三相变压器，Y/Y接法，接法，SN=100kVA，U1N/U2N=6000/400V，I1N/I2N=9.62/144.3A，每相参，每相参数：数：Z1=R1+jX1=（4.2+j9），Zm=Rm+jXm=（514+j5526）。（2）空载运行时的输入功率）空载运行时的输入功率VAIUS6474623. 0600033011WSP60465.84cos6474cos011(2)解解VarSQ644665.84sin6474sin011例题例题5-1 一台三相变压器，一台三相变压器，Y/Y接法，接法，SN=100kVA，U1N/U2N=6000/400V，I1N/I2

24、N=9.62/144.3A，每相参，每相参数：数：Z1=R1+jX1=（4.2+j9），Zm=Rm+jXm=（514+j5526）。（3）一次相电压、相电动势及漏阻抗压降，并比）一次相电压、相电动势及漏阻抗压降，并比较它们的大小较它们的大小VUUN346436000311VZIEm34585526514623. 02201(3)解解VZI2 . 692 . 4623. 0221011110 EUEZI1I1s1sE1U2U2I2E2sELZ2sm1N2NAXxa*1E返回返回5.3.1 负载时的磁通势及一、二次电流的关负载时的磁通势及一、二次电流的关系系由于电源电压恒定，即由于电源电压恒定，即

25、U1=常数，则常数，则E1常数，常数，m常数。常数。因此，达到新的电动势平衡的条件是使一次绕组的电流增因此，达到新的电动势平衡的条件是使一次绕组的电流增量所产生的磁动势与二次绕组电流所产生的磁动势相抵消，量所产生的磁动势与二次绕组电流所产生的磁动势相抵消，以维持主磁通基本不变，以及由主磁通所感应产生的电动以维持主磁通基本不变，以及由主磁通所感应产生的电动势基本不变势基本不变022101NINII负载运行时负载运行时10II kIININI2122110因此因此5.3.2 负载时二次电压、电流的关系负载时二次电压、电流的关系2222222222IjXILjIINjEsmss22222RIEEUs

26、2222jXRIE222ZIE5.3.3 变压器的基本方程式变压器的基本方程式1111ZIEU2222ZIEULZIU2221EkE021IkIImZIE015.3.4 折合算法折合算法 目的目的: a 、得出使一、二次绕组、得出使一、二次绕组“有有”电的电的连接的等效电路。连接的等效电路。 b、简化各电量的计算、简化各电量的计算,画画相量图方便（定量画法）。相量图方便（定量画法）。2F1F 解决方法（算法根据）解决方法（算法根据） 保持保持 不变，就不会影响不变，就不会影响 的变化。的变化。 定义：保持一个绕组的磁动势不变而改变其定义：保持一个绕组的磁动势不变而改变其电流和匝数的算法称为归算

27、法（折合算法）。电流和匝数的算法称为归算法（折合算法）。 折合值：折合值：二次向一次折合为例。二次向一次折合为例。 定义：定义：如果保持二次绕组磁动势不变，而假想如果保持二次绕组磁动势不变，而假想它的匝数与一次绕组匝数相同的折合算法，称为二它的匝数与一次绕组匝数相同的折合算法，称为二次绕组折合成一次绕组或简称二次向一次折合。次绕组折合成一次绕组或简称二次向一次折合。 电流电流电动势电动势kIININI221222mfNjE2244. 4mfNjE1244. 422212EkENNE阻抗阻抗负载电压负载电压2222ZIEU2222ZIUE222ZZIEL2222222ZZkkIEkIEZZLL2

28、222ZIEU2222ZkkIEk222ZIEk2Uk阻抗阻抗角没角没变变说明：折合算法其结果不改变变压器运行的说明：折合算法其结果不改变变压器运行的物理本质，既不改变功率传递关系，不影响物理本质，既不改变功率传递关系，不影响阻抗抗角。阻抗抗角。22222222222RmIRkkImRImpCu2222222222coscoscosImUkIkUmIUmP2222222222sinsinsinImUkIkUmIUmQ如果如果 则一次向二次折合值为：则一次向二次折合值为：12NkNkUU1111I kI00I kI211kZZ 2kZZmm211121EkEENNE等效电路等效电路 折合后的六个

29、基本方程式折合后的六个基本方程式:1111ZIEU2222ZIEULZIU2221EE021IIImZIE01100()mmmEI ZIRjX 0ImRmjX1E12EE2E11111111()UEI ZEI RjX 1I1R1jX1U22222222()EUI ZUIRjX 2U2R2jX2I22LUI Z LZ102III 变压器“ T ”型等值电路 “T”型等效电路型等效电路.T型等效电路只适用于变压器对称、稳态运行，如果运型等效电路只适用于变压器对称、稳态运行，如果运行在不对称、动态乃至故障状态，则行在不对称、动态乃至故障状态，则T型等效电路将不型等效电路将不适用。注意的是下面各量的值

30、都是相值。适用。注意的是下面各量的值都是相值。（三）（三）“”型简化等值电路型简化等值电路 “T”型等值电路虽能准确反映变压型等值电路虽能准确反映变压器内部电磁关系，但它是串、并联电器内部电磁关系，但它是串、并联电路，计算较复杂。由于路，计算较复杂。由于Z1I202r2，故可忽略，故可忽略空载铜耗，认为空载铜耗，认为P0pFe=I202rm。空载实验数据计算空载实验数据计算n根据测得的空载实验数据可计算单相变压器根据测得的空载实验数据可计算单相变压器的参数：的参数：n变比为：变比为： n空载阻抗：空载阻抗： n空载电阻：空载电阻： n其中其中 。10212UUNNkN2020IUzN22000

31、IPr mmrrrzzz1010;11;rrzzmm实验说明实验说明1n由于由于 可认为可认为n励磁阻抗：励磁阻抗： n励磁电阻：励磁电阻： n励磁电抗：励磁电抗： 2020IUzzNm22000IPrrm22mmmrzx11;rrzzmm实验说明实验说明2 由于空载实验在低压侧做，计算所得的励由于空载实验在低压侧做，计算所得的励磁参数是低压侧的值，如需折算到高压侧，各磁参数是低压侧的值，如需折算到高压侧，各计算值应乘计算值应乘k2，还应注意的是，励磁参数随电，还应注意的是，励磁参数随电压的大小而变化，计算时要取额定电压下的数压的大小而变化，计算时要取额定电压下的数据。对于三相变压器测得的功率

32、是三相的，而据。对于三相变压器测得的功率是三相的，而励磁参数是指每一相的，故在计算时应将三相励磁参数是指每一相的，故在计算时应将三相功率除以功率除以3，即取一相功率计算，同时应将测得，即取一相功率计算，同时应将测得的线值数据转换成相值数据，读者可自己推导的线值数据转换成相值数据，读者可自己推导三相变压器空载实验的参数计算公式。三相变压器空载实验的参数计算公式。4.4.2变压器短路实验变压器短路实验 通过短路实验可得短路参数、铜损等数通过短路实验可得短路参数、铜损等数据。短路实验接线图如下图所示。据。短路实验接线图如下图所示。短路实验说明短路实验说明1 变压器短路实验一般在高压侧做，即原边加电变

33、压器短路实验一般在高压侧做，即原边加电压，副边短路。应注意的是，由于变压器的短路阻抗压，副边短路。应注意的是，由于变压器的短路阻抗zk一般很小，当原边的电流达到额定值时，原边所加一般很小，当原边的电流达到额定值时，原边所加的电压很低，所以在短路实验时，变压器的高压绕组的电压很低，所以在短路实验时，变压器的高压绕组前接自耦变压器，将自耦变压器的输出电压由零开始前接自耦变压器，将自耦变压器的输出电压由零开始慢慢升高，直至短路电流为额定电流为止，记录原边慢慢升高，直至短路电流为额定电流为止，记录原边的短路电压的短路电压Uk、电流、电流I1和输入功率和输入功率Pk数据。数据。短路实验说明短路实验说明2

34、 短路实验时，变压器副边无功率输出，输入功短路实验时，变压器副边无功率输出，输入功率全部消耗在内部，由于当绕组中短路电流为额定率全部消耗在内部，由于当绕组中短路电流为额定值时，原边所加的电压很低，主磁通比正常运行时值时，原边所加的电压很低，主磁通比正常运行时小很多，铁芯损耗小很多，铁芯损耗pFe与铜损与铜损pCu相比可忽略，短路相比可忽略，短路损耗中主要是原、副边的铜损，即有：损耗中主要是原、副边的铜损，即有：PkpCu= pCu1+ pCu2。短路参数计算短路参数计算n根据测得的短路实验数据可计算单相变压器的参数根据测得的短路实验数据可计算单相变压器的参数n短路阻抗：短路阻抗：n短路电阻：短

35、路电阻： （4-24）n短路电抗：短路电抗：n根据规定，测得的电阻应换算到国标规定的根据规定，测得的电阻应换算到国标规定的75时的数值，换算公式为：时的数值，换算公式为：n对于铜线：对于铜线： （4-25）n对于铝线：对于铝线：n式中式中为实验时的环境温度（为实验时的环境温度（）。1IUzkk21IPrkk22kkkrzx2287522875kCkrr5 .234755 .23475kCkrr说明说明n在在75时的短路阻抗为：时的短路阻抗为： n （4-26） 对于三相变压器应注意用相值计算，所对于三相变压器应注意用相值计算，所得的参数也是每相值。如果要将原、副边参得的参数也是每相值。如果要将

36、原、副边参数分开，可近似认为：数分开，可近似认为：r1r2；x1x2；z1z2。227575kCkCkxrz4.4.3标幺值标幺值n标幺值是指某个物理量的实际值与其所选定的同一单位标幺值是指某个物理量的实际值与其所选定的同一单位的固定值的比值，即：的固定值的比值，即： 。n为了与实际值区分，标幺值都用在其右上角加为了与实际值区分，标幺值都用在其右上角加“*”号表号表示。基值的选取是任意的，在变压器中，一般选额定值示。基值的选取是任意的，在变压器中，一般选额定值作为各物理量的基值，但存在有相互关系的几个物理量作为各物理量的基值，但存在有相互关系的几个物理量中，所选基值的个数并不是任意的，当某几个

37、物理量的中，所选基值的个数并不是任意的，当某几个物理量的基值已被确定，其它物理量的基值也就跟着确定了。如基值已被确定，其它物理量的基值也就跟着确定了。如单相变压器，当选定原边的额定电压和额定电流作为电单相变压器，当选定原边的额定电压和额定电流作为电压和电流的基值时，原边每相阻抗的基值也就确定了，压和电流的基值时，原边每相阻抗的基值也就确定了，应为额定电压除以额定电流，即：应为额定电压除以额定电流，即：z1N=U1N/I1N。）基值（与实际值同单位实际值（任意单位）标幺值标幺标幺值值n在变压器和电机的工程计算中，为了分析和运在变压器和电机的工程计算中，为了分析和运算的方便，往往采用标幺值。变压器

38、原、副边算的方便，往往采用标幺值。变压器原、副边电压、电流、阻抗的标幺值为：电压、电流、阻抗的标幺值为：n n n采用标幺值时，变压器的短路阻抗标幺值与额采用标幺值时，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：定电流下的短路电压标幺值相等，即有： 22*211*122*211*1；*2*2222222*2*1*1111111*1/；*11111*/用标幺值来表示各物理量的优点用标幺值来表示各物理量的优点n1.采用标幺值时，不论变压器的容量大小，变压器的参数和采用标幺值时，不论变压器的容量大小，变压器的参数和性能指标总在一定的范围内，便于分析和比较。例如电力变性能指标总在一定

39、的范围内，便于分析和比较。例如电力变压器的短路阻抗标幺值压器的短路阻抗标幺值zk*=0.050.10，如果求出的短路阻抗，如果求出的短路阻抗标幺值不在此范围内，就应核查一下是否存在计算或设计错标幺值不在此范围内，就应核查一下是否存在计算或设计错误。误。n2.采用标幺值能直观地表示变压器的运行情况。例如已知一采用标幺值能直观地表示变压器的运行情况。例如已知一台运行着的变压器端电压和电流为台运行着的变压器端电压和电流为35kV、20A，从这些实际，从这些实际数据上判断不出什么问题，但如果已知它的标幺值为数据上判断不出什么问题，但如果已知它的标幺值为Uk*=1.0、Ik*=0.6，说明这台变压器欠载

40、运行。，说明这台变压器欠载运行。n3.采用标幺值时，原、副边各物理量不需进行折算，便于计采用标幺值时，原、副边各物理量不需进行折算，便于计算。例如副边电压向原边折算为：，采用标幺值时为：算。例如副边电压向原边折算为：，采用标幺值时为： *2222212*2课后复习要点课后复习要点1.变压器负载运行时的电磁关系、工作原理、等值变压器负载运行时的电磁关系、工作原理、等值电路、功率关系等电路、功率关系等2.结合实验指导书自学变压器参数的实验测定内容结合实验指导书自学变压器参数的实验测定内容3.自学标幺值内容自学标幺值内容4.预习变压器运行特性和三相变压器预习变压器运行特性和三相变压器思考题：思考题：

41、P132 4-9、4-17作业：作业：1）P132 4-18、2）分别定性画出变压器）分别定性画出变压器带感性负载、电阻性负载和电容性负载的相量图带感性负载、电阻性负载和电容性负载的相量图本次课程内容、要求和重点本次课程内容、要求和重点内容：内容： 变压器的运行特性和三相变压器变压器的运行特性和三相变压器要求：要求： 1.了解三相变压器结构和磁路特点 2.掌握三相变压器联结组别 3.了解标准联结组别的应用重点：重点： 变压器外特性、联结组别。变压器外特性、联结组别。 4.5变压器的运行特性变压器的运行特性 变压器的运行特性有外特性变压器的运行特性有外特性U2=(I2)和效率和效率特性特性=(I

42、2) 而变压器的主要性能指标是电压而变压器的主要性能指标是电压变化率。变化率。4.5.1电压变化率和外特性电压变化率和外特性 变压器外特性是指当变压器外特性是指当U1=U1N，cos2=常数常数时，副边端电压随负载电流变化的规律，时，副边端电压随负载电流变化的规律，即：即：U2=(I2)曲线。曲线。变压器外特性变压器外特性 由于变压器内部由于变压器内部存在漏阻抗，当有负存在漏阻抗，当有负载电流时，就会产生载电流时，就会产生电压降，输出电压是电压降，输出电压是随负载电流变化而变随负载电流变化而变化，其变化规律与负化，其变化规律与负载的性质有关。载的性质有关。电压变化率电压变化率 为了表征电压随负

43、载电流变化的程度，可用为了表征电压随负载电流变化的程度，可用电压变化率电压变化率U*表示。电压变化率是指在原边表示。电压变化率是指在原边加额定电压，副边空载电压与某一功率因数下的加额定电压，副边空载电压与某一功率因数下的额定负载的副边电压差值与副边额定电压的比值额定负载的副边电压差值与副边额定电压的比值用百分数来表示，即有：用百分数来表示，即有： （4-28） 电压变化率反映了变压器电压的稳定性，是电压变化率反映了变压器电压的稳定性，是一项重要的性能指标。一项重要的性能指标。100%100%121222*电压变化率电压变化率 可根据简化等值电路的相量图可根据简化等值电路的相量图,推导出电压推导

44、出电压变化率的公式为：变化率的公式为： （4-31）式中式中=I1/I1N=I2/I2N，称为变压器的负载系数。，称为变压器的负载系数。100%)sincos(100%1221121*NkkNNNUxrIUUUU简化等值电路的相量图简化等值电路的相量图用标幺值表示时电压变化率公式用标幺值表示时电压变化率公式 用标幺值表示时，电压变化率公式为：用标幺值表示时，电压变化率公式为： (4-33) 从上式可见，变压器的电压变化率与短路参数从上式可见，变压器的电压变化率与短路参数rk和和xk、负载系数、负载系数、负载功率因数角、负载功率因数角2有关，当有关，当负载为电阻性或感性时，电压变化率负载为电阻性

45、或感性时，电压变化率U*0，且电，且电阻性负载电压变化率小于感应负载的电压变化率；阻性负载电压变化率小于感应负载的电压变化率；当负载容性时，一般情况下，当负载容性时，一般情况下，|rkcos2|xksin2|使电压变化率使电压变化率U*1时为降压变压器。n2.电流关系n负载运行时，主磁通可认为与空载时近似相等，则有磁势平衡方程式：212121102211自耦变压器自耦变压器n忽略励磁电流时可得： n上式表明，电流1与2的实际方向相反。n对于图1-33节点a利用基尔霍夫电流定律，可得公共绕组ax中的电流I为： n当忽略0时，1与2反相，在kA1时，则有21，在节点a上的电流有效值为：I=I2-I

46、1。2122110；或22221)1(1自耦变压器自耦变压器自耦变压器自耦变压器n3.容量关系容量关系n自耦变压器中存在变压器容量和绕组容量自耦变压器中存在变压器容量和绕组容量这两个容量。变压器容量是指原边输入容这两个容量。变压器容量是指原边输入容量或副边输出容量，又称通过容量，数值量或副边输出容量，又称通过容量，数值上等于额定电压与额定电流的乘积。绕组上等于额定电压与额定电流的乘积。绕组容量是指该绕组的电压与电流的乘积，又容量是指该绕组的电压与电流的乘积，又称电磁容量。称电磁容量。自耦变压器自耦变压器对于双绕组变压器，功率是全部通过原、副绕组的电磁耦合从原边传送到副边，即有：SN=UN1IN

47、1=UN2IN2 所以，变压器的绕组容量就等于原绕组容量或副绕组容量，也就是铭牌上标注的变压器容量。但是自耦变压器的变压器容量与绕组容量却不相等。 自耦变压器的额定变压器容量为：SN=UN1IN1=UN2IN2。自耦变压器自耦变压器nAa串联绕组的绕组容量为：串联绕组的绕组容量为：nax公共绕组的绕组容量为：公共绕组的绕组容量为： n上两式说明，额定运行时串联绕组与公共绕上两式说明，额定运行时串联绕组与公共绕组的绕组容量相等，均为自耦变压器容量的组的绕组容量相等，均为自耦变压器容量的（1-1/kA）倍。）倍。n自耦变压器的输入容量为：自耦变压器的输入容量为： )1(1111211111111)

48、()1(1)1(122自耦变压器自耦变压器 其中其中Sem为电磁容量；为电磁容量；Str为传导容量，说明输入容为传导容量，说明输入容量中一部分是电磁容量，是通过电磁感应作用传到量中一部分是电磁容量，是通过电磁感应作用传到副边的；另一部分是传导容量，它是由副边的；另一部分是传导容量，它是由I1直接传到直接传到副边的，它不需要增加绕组容量，所以自耦变压器副边的，它不需要增加绕组容量，所以自耦变压器的变压器容量大于绕组容量，和同容量的普通双绕的变压器容量大于绕组容量，和同容量的普通双绕组变压器比，耗材少，体积小，成本低，效率高。组变压器比，耗材少，体积小，成本低，效率高。 变比变比kA越接近越接近1，(1-1/kA)越小，绕组容量越小越小，绕组容量越小于变压器容量，自耦变压器优点越突出，故一般变于变压器容量，自耦变压器优点越突出，故一般变比在比在1.52之间。自耦变压器在电力系统、工厂、之间。自耦变压器在电力系统、工厂、实验室以及家用电器等均有应用。实验室以及家用电器等均有应用。1）电压互感器）电压互感器 电压互感器作用是将高电压降为低电电压互感器作用是将高电压降为低电压（一般额定值为压（一般额定值为100V）供电给测量仪表）供电给测量仪表和继电