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1、电机学电机学Electric Machinery（第三章（第三章 变压器）变压器）变压器结构、空载及负载运行变压器结构、空载及负载运行电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院3 重点与难点重点与难点重点重点: : 1.1.变压器的基本方程和等效电路变压器的基本方程和等效电路; ; 2. 2.等效电路参数的测定等效电路参数的测定; ; 3. 3.标幺值标幺值; ; 4. 4.变压器的运行性能。变压器的运行性能。难点: 1.1.变压器的运行原理和运行性能变压器的运行原理和运行性能; ; 2. 2.三相变压器。三相变压器。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院4 变压器是静止电气设备，变压器是静止
2、电气设备， 根据电磁感应原理，将一种根据电磁感应原理，将一种形态（电压、电流、相数）的交流电能，形态（电压、电流、相数）的交流电能， 转换成另一种形转换成另一种形态的交流电能。态的交流电能。3.1 3.1 概述概述一、变压器的分类一、变压器的分类电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院5电源变压器电力变压器环形变压器接触调压器控制变压器三相干式变压器电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院6按相数分为：按相数分为： 单相变压器单相变压器 三相变压器三相变压器 多相变压器多相变压器1U1U2U2U2I1I0I按绕组分为：按绕组分为： 双绕组变压器双绕组变压器 三绕组变压器三绕组变压器 自耦变压器
3、自耦变压器 电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院7(4)(4)按冷却方式：按冷却方式： 油浸自冷变压器油浸自冷变压器 (3)(3)按用途分为：按用途分为： 油浸水冷变压器油浸水冷变压器干式空气自冷变压器干式空气自冷变压器油浸风冷变压器油浸风冷变压器升压变压器升压变压器 降压变压器降压变压器 隔离隔离变压器变压器电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院8二、变压器的基本结构二、变压器的基本结构 变压器的基本结构可分为：铁心、绕组、油箱、套管变压器的基本结构可分为：铁心、绕组、油箱、套管。1、铁心、铁心 铁心是变压器的磁路，分为芯柱和铁轭。铁心是变压器的磁路，分为芯柱和铁轭。 为了减少交变磁通
4、在铁心中产生磁滞损耗和涡流损耗，为了减少交变磁通在铁心中产生磁滞损耗和涡流损耗， 变压器铁心由厚度为变压器铁心由厚度为0.27mm、0.3mm、0.35mm的冷轧高硅的冷轧高硅钢片叠装而成。钢片叠装而成。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院9铁芯的交叠装配铁芯的交叠装配 单相变压器铁心叠法，偶数层刚好压着奇数层的接缝，单相变压器铁心叠法，偶数层刚好压着奇数层的接缝，从而减少了磁路和磁阻，使磁路便于流通从而减少了磁路和磁阻，使磁路便于流通 接逢处气接逢处气隙小，可以避免涡流在钢片之间流通。隙小，可以避免涡流在钢片之间流通。 三相芯式变压器的铁心排列法，主要使叠缝相互交叠，三相芯式变压器的铁心
5、排列法，主要使叠缝相互交叠，从而减少磁路的磁阻。从而减少磁路的磁阻。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院10 心柱截面是内接于圆的多级矩形，铁轭与心柱截面相等。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院11小型变压器铁心小型变压器铁心电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院12电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院132 2、绕组、绕组 绕组是变压器的电路部分，由包有绝缘材料的铜(或铝)导线绕制而成。 装配时低压绕组靠着铁心，高压绕组套在低压绕组外面，高低压绕组间设置有油道(或气道)，以加强绝缘和散热。将绕组装配到铁心上成为器身。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院14单相和三相芯式变
6、压器电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院153、油箱 除了干式变压器以外，电力变压器的器身都放在油箱中，箱内充满变压器油，其目的是提高绝缘强度(因变压器油绝缘性能比空气好)、加强散热。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院164、套管、套管 变压器的引线从油箱内穿过油箱盖时，必须经过绝缘套管，以使高压引线和接地的油箱绝缘。 绝缘套管一般是瓷质的，为了增加爬电距离，套管外形做成多级伞形，10kV35kV套管采用充油结构，如图所示。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院17三、变压器的额定值三、变压器的额定值 额定值是选用变压器的依据，主要有： ( 1 ) 额 定 容 量 SN： 是 变
7、压 器 的 视 在 功 率 。 由 于 变压 器 效 率 高 ， 设 计 规 定 一 次 侧 、 二 次 侧 额 定 容 量 相等。 ( 2 ) 一 次 侧 、 二 次 侧 额 定 电 压 U1 N、 U2 N。 二 次 侧 额定电压U2 N是当变压器一次侧外加额定电压U1 N时二次侧 的 空 载 电 压 。 对 于 三 相 变 压 器 ， 额 定 电 压 指 线 电压。 ( 3 ) 一 次 侧 、 二 次 侧 额 定 额 定 电 流 I1 N、 I2 N。 对 于三相变压器，额定电流指线电流。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院18112233NNNNNSUIUI112233NNNNNS
8、UIUI3NNNNUUIIY Y接：接：Y-Y-connectionABCXYZYZ3NNNNUUII接：接：ABCX 变压器额定数据之间的关系3.2 变压器运行原理与特性变压器运行原理与特性3.2.1 变压器的空载运行变压器的空载运行 变压器的一次侧绕组AX接在电源上、二次侧绕组ax开路，此运行状态称为空载运行。 基本电磁关系基本电磁关系 感应电动势感应电动势 电压变比电压变比 空载电流空载电流 空载等效电路空载等效电路 电路方程电路方程 相量图相量图电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院20一、空载运行时的磁通一、空载运行时的磁通主磁通：其磁力线沿铁心闭合，同时与一次侧绕组、二次侧绕组相
9、交链的磁通。e2电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院21一次侧绕组的漏磁通1：其磁力线主要沿非铁磁材料(油、空气)闭合，仅为一次侧绕组相交链的磁通。e2电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院2210u0i01 0FN i1e2e11e20u1001ui R与e2电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院23主磁通和漏磁通的区别：主磁通和漏磁通的区别：所经磁路的磁阻不同：主磁通沿铁心闭合，磁阻为非常数，存在饱和现象，与i0呈非线性关系；漏磁通主要沿非铁磁材料(油、空气)闭合，磁阻为常数，1与i0呈线性关系。所起的作用不同：主磁通同时与一次侧绕组、二次侧绕组相交链，起能量传递媒介的作用；漏磁通
10、1仅与一次侧绕组相交链，不能传递能量，仅起电压降的作用。大小不同：主磁通占总磁通的绝大部分；漏磁通只占很小的一部分。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院24假定正向：假定正向：与与i呈右手螺旋关系；呈右手螺旋关系； e与与i同方向同方向。感应电动势瞬时值感应电动势瞬时值 主磁通在一次绕组（匝数主磁通在一次绕组（匝数N1）、二次绕组（匝数）、二次绕组（匝数N2）中感应）中感应电动势的瞬时值为：电动势的瞬时值为：e1= -N1ddte2= -N2ddt二、空载运行时的感应电动势二、空载运行时的感应电动势电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院25感应电动势有效值 设空载电流i0的频率为f，=m
11、sint，m表示主磁通的最大值，则感应电动势为：其中，幅值和有效值分别为：用相量表示，则正弦稳态下感应电动势可表示为1112222904.442904.44mmmmEN fjN fEN fjN f )90sin(cos)90sin(cos22221111tNtNdtdNetNtNdtdNemmmmmmmmmmmmmmfNEEfNNEfNEEfNNE22222211111122/222/2电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院26 漏电动势漏电动势一次绕组漏磁通漏磁通一次绕组漏磁通漏磁通1在一次侧绕组中感应漏电动势为在一次侧绕组中感应漏电动势为则正弦稳态下表示为：则正弦稳态下表示为：10111
12、102sin(90 )ddieNLL Itdtdt 一次侧绕组的漏电感一次侧绕组的漏电感 式中式中1为漏磁通路磁导为漏磁通路磁导110101090EL Ij L IjXI 211110LNi电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院2711,mENf、22mENf、m1E90m1E1E0I1X1E0I90电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院28三、电压方程式和变比三、电压方程式和变比 在假定正向下，根据电路基尔霍夫第二定律可得一、二次侧在假定正向下，根据电路基尔霍夫第二定律可得一、二次侧电压平衡方程式电压平衡方程式 u1= -e1-e1+i0R1 u2= e2则相量形式为：则相量形式为： 式
13、中，式中，Z1=R1+jX1 为一次绕组漏阻抗。为一次绕组漏阻抗。11101110110122UEEI REjIXI REI ZUE e2电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院29变比：变比：一次绕组的电动势E1与二次绕组的电动势E2之比，用k表示： k = E1E2 = N1N2 空载运行： E1 U10, E2 = U20 k = E1E2 U10U20注意：注意：在三相变压器中，k指相电动势之比；即，变比k常用下式计算： 单相变压器：k = U1NU2N 三相变压器：k = U1NU2N 电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院30四、空载电流四、空载电流1、空载电流的波形、空载电流的
14、波形 电源电压为正弦波，铁心中主磁通亦为正弦波。电源电压为正弦波，铁心中主磁通亦为正弦波。dtdNe11110111eRieeudtdNu11NiHlFBA 曲线曲线 f(i)与磁化曲线与磁化曲线Bf(H) 一致，呈非线性一致，呈非线性电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院31空载电流波形空载电流波形若磁路不饱和（若磁路不饱和（Bm0，二次侧端电压，二次侧端电压U2随负载电流随负载电流I2的增大的增大而下降；而下降；容性负载时，容性负载时，U可能小于可能小于0，二次侧端电压可能随负载电流，二次侧端电压可能随负载电流I2的增加而升高。的增加而升高。22(cossin)kkURX电气工程与自动化
15、学院电气工程与自动化学院7621PP12PPPP21PPP 11PPP其中:21PPP变量 P2 代表 二次侧输出的有功功率；变量 P1 代表 一次侧输入的有功功率； 代表 变压器的总损耗。二、效率二、效率变压器的效率定义为变压器的效率定义为电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院77 在用上式计算效率时，作以下几个假定：在用上式计算效率时，作以下几个假定：（1）以额定电压下空载损耗）以额定电压下空载损耗P0作为铁耗，并认为铁耗不随负载而作为铁耗，并认为铁耗不随负载而变化。变化。（2）以额定电流时的负载损耗）以额定电流时的负载损耗PkN作为额定负载电流时的铜耗，作为额定负载电流时的铜耗，并认为
16、铜耗与负载系数的平方成正比。并认为铜耗与负载系数的平方成正比。（3） 计算计算P2时，忽略负载运行时二次侧电压的变化。时，忽略负载运行时二次侧电压的变化。 电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院78单相变压器：222 2222222222coscoscoscosNNNNNNNIPU IUIUISI222 22222222223cos3cos3coscosNNNNNNNIPUIUIUISI三相变压器：P2的计算的计算: :22NUU若忽略二次侧端电压在负载时的变化，则：若忽略二次侧端电压在负载时的变化，则：以上两式的结果是一样的,22cosNPS电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院79Fe
17、CuPPP可变损耗CuP21PPP 代入22cosNPS2CukNPP0PePP，不变损耗0PePP21PPP ，计算：，计算：202201coskNNkNPPSPP 电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院80变压器的效率公式：变压器的效率公式：202201coskNNkNPPSPP 一定时，一定时，2cos 一定时，曲线 称为效率特性曲线。2cos f=0，=0；较小时，较小时，2PkN(铜耗铜耗)P0(铁耗铁耗)，随随的增大而增大；的增大而增大；较大时，较大时，2PkNP0，随随的增大的而下降。的增大的而下降。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院81在在的增加过程中，有一的增加过程中
18、，有一值对应的效率达到最大，此值对应的效率达到最大，此值可用微值可用微分法求得，即分法求得，即200mmkNCuFekNPPPPPP即时 通常，通常， 条件下，中小型变压器的效率约条件下，中小型变压器的效率约为为0.950.98，大型变压器的效率一般在，大型变压器的效率一般在0.99以上。以上。2cos1,m0dd当铜耗等于铁耗时，变压器的效率达到最高，但这是指的当铜耗等于铁耗时，变压器的效率达到最高，但这是指的瞬时工作效率，对实际电力变压器，瞬时工作效率，对实际电力变压器，P0是常年损耗，而负是常年损耗，而负载系数载系数随时间变化较大，故随时间变化较大，故pkN / p0 =67.5。3.3
19、 三相变压器三相变压器电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院833.3.1 三相变压器的磁路系统三相变压器的磁路系统三相变压器按磁路可分为三相变压器按磁路可分为组式变压器组式变压器和和心式变压器心式变压器两类。两类。 三相组式变压器：由三台单相变压器组成，各相主磁通都有三相组式变压器：由三台单相变压器组成，各相主磁通都有自己独立的磁路，互不相关联。自己独立的磁路，互不相关联。n铁心独立，磁路不关联铁心独立，磁路不关联n各相磁路的磁阻相同各相磁路的磁阻相同n当三相绕组接对称三相当三相绕组接对称三相电压时，各相激磁电流和电压时，各相激磁电流和磁通对称磁通对称电气工程与自动化学院电气工程与自动化学
20、院84 三相心式变压器：铁心结构由三相组式变压器铁心演变而三相心式变压器：铁心结构由三相组式变压器铁心演变而来，各相磁路是彼此关联的。来，各相磁路是彼此关联的。n当外施电压为对称三相电压，三相磁通也对称，其总和当外施电压为对称三相电压，三相磁通也对称，其总和 A+ B+ c=0，即在任意瞬间中间芯柱磁通为零，即在任意瞬间中间芯柱磁通为零n在结构上省去中间的心柱在结构上省去中间的心柱n将三相铁心布置在同一平面内将三相铁心布置在同一平面内电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院85三相心式变压器磁路特点三相心式变压器磁路特点磁路彼此关联，一相磁路以另外磁路彼此关联，一相磁路以另外 两两相磁路作为闭
21、合磁路；相磁路作为闭合磁路；三相磁路长度不相等，中间三相磁路长度不相等，中间B相磁路较短，两边相磁路较短，两边A、C相磁路相磁路较长；较长；A、C相磁阻也较相磁阻也较B相大，当外施三相对称电压时，三相空载相大，当外施三相对称电压时，三相空载电流不相等，即电流不相等，即B相较小，相较小，A、C相较大；相较大；与负载电流相比，激磁电流很小（与负载电流相比，激磁电流很小（ 0.6%2.5%额定电流）额定电流）， 若负载对称，三相电流基本对称。若负载对称，三相电流基本对称。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院86一、连接法一、连接法 为了说明连接方法，首先对绕组的首端、末端的标记作如下为了说明连接
22、方法，首先对绕组的首端、末端的标记作如下表的规定：表的规定：绕组名称绕组名称首端首端末端末端中性点中性点高压绕组高压绕组A A，B B，C C X X，Y Y，Z ZO O 低压绕组低压绕组a a，b b，c cx x，y y，z zo o 3.3.2 三相变压器的电路系统三相变压器的电路系统不论是高压绕组或是低压绕组，标准规定只采用： 星形接法，用符号Y表示 三角形接法，用符号D表示电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院87 星形接法p 把三相绕组的三个末把三相绕组的三个末端连在一起，而把它们端连在一起，而把它们的首端引出的首端引出p 以字母以字母Y/y表示表示p 若中点引出，以字母若中点
23、引出，以字母N/n表示表示逆时针方向：逆时针方向：A超前超前B超前超前C各各120度度电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院88 三角形接法三角形接法p 把一相的末端和把一相的末端和另一相的首端连接起另一相的首端连接起来，顺序连接成一闭来，顺序连接成一闭合电路合电路p 以字母以字母D/d表示表示p 两种连接顺序两种连接顺序电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院89 绕组接法表示绕组接法表示高压绕组接法用大写字母表示，低压绕组接法用小写字母表示高压绕组接法用大写字母表示，低压绕组接法用小写字母表示p 单相变压器：单相变压器：I，ip 三相变压器：三相变压器： Y，y 或或 YN，y 或或 Y
24、，yn； Y，d 或或 YN，d； D，y 或或 D，yn； D，d。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院90二、连接组二、连接组 单相变压器的高、低压绕组都绕在同一个铁心柱上，它们被同单相变压器的高、低压绕组都绕在同一个铁心柱上，它们被同一个主磁通所交链，因此在高、低压绕组中感应电动势的相位关一个主磁通所交链，因此在高、低压绕组中感应电动势的相位关系只有两种可能：系只有两种可能：()()AAXaaxEEEE和同相位()()AAXaaxEEEE和反相位电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院91 同名端同名端同名端，即为电流同名端，即为电流流入端，用来表示流入端，用来表示绕组的绕向绕组的绕
25、向 在同一瞬间，高压绕组的某一端为正电位，低压绕组上也在同一瞬间，高压绕组的某一端为正电位，低压绕组上也必定有一个端点的电位也为正，称这两个对应端点为同名端，必定有一个端点的电位也为正，称这两个对应端点为同名端，在绕组旁边用符号在绕组旁边用符号 表示。表示。AEAEaEaE4312m4312m电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院92 从高压绕组首端从高压绕组首端A A和低压绕组首端和低压绕组首端a a出发，若两绕组绕向相同出发，若两绕组绕向相同，即，即A A和和a a为同名端，则两绕组电动势相位相同。为同名端，则两绕组电动势相位相同。 同名端同标记同名端同标记电气工程与自动化学院电气工程与
26、自动化学院93 从高压绕组首端从高压绕组首端A A和低压绕组首端和低压绕组首端a a出发，出发，若两绕组绕向相若两绕组绕向相反时，即反时，即A和和x为同名端，则两绕组电动势相位相反。为同名端，则两绕组电动势相位相反。 同名端异标记同名端异标记电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院94从上面两个图中的等效电路可以得出下面的规律：()()AAXaaxEEEE高低压两绕组的同名端同标记，与同相位；()()AAXaaxEEEE高低压两绕组的同名端异标记，与反相位。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院95 连接组的时钟表示连接组的时钟表示同名端同标记：高、低压绕组感应电动同名端同标记：高、低压绕组
27、感应电动势相位差为势相位差为0 ，短针指向，短针指向0点，用时钟表点，用时钟表示法为示法为I, i0同名端异标记：高、低压绕组感应电动同名端异标记：高、低压绕组感应电动势相位差为势相位差为180 ，短针指向，短针指向6点，用时钟表点，用时钟表示法为示法为I, i6单相变压器：单相变压器：将高压绕组电动势相量作为长针，指向将高压绕组电动势相量作为长针，指向1212点；点；将低压绕组电动势相量作为短针，所指钟点作将低压绕组电动势相量作为短针，所指钟点作为该连接组组号。为该连接组组号。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院96三相变压器：三相变压器：将高、低压绕组两个线电压三角形重心重合将高、低压
28、绕组两个线电压三角形重心重合，将高压侧相电动势，将高压侧相电动势 矢量作为时钟矢量作为时钟长针，指向长针，指向12点；把低压侧线电压三角形中点；把低压侧线电压三角形中对应的对应的 矢量作为短针，所指钟点即矢量作为短针，所指钟点即为该连接组组号。为该连接组组号。连接组号须根据高、低绕组的同名端和绕组连接方式确定。连接组号须根据高、低绕组的同名端和绕组连接方式确定。30aoAOEE滞后于的相角连接组号()aoaEE()AOAEE电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院97ABCXYZ 星接时相、线电动势关系星接时相、线电动势关系相、线电动势关系：相、线电动势关系：ABABBCBCCACAEEEEE
29、EEEE相电动势：相电动势：AEBECE、线电动势：线电动势：ABEBCECAE、ABCAEBECEXYZABEBCECAE电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院98AAEX BBEYCECZAXAEBYBECZCEABABCBCACEEEEEEABBBCCCAAEEEEEE ZACYXBAEABE 角接时相、线电动势关系角接时相、线电动势关系ZACYXBAEABE电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院99例例1 Y，y0连接组连接组（1）作出高压侧相、线电动势相量图，满足）作出高压侧相、线电动势相量图，满足 ；（2）对于）对于Aa心柱，心柱，A、a都是首端又是同名端，都是首端又是同名端，
30、 、 同方向，同同方向，同理理 与与 、 与与 同方向；同方向；（3）根据）根据IEC标准，以标准，以oA表示表示 ，以，以oa表示表示 ， 滞后滞后 零角零角度，即组号为度，即组号为0，连接组为，连接组为Y，y0。Y，y0连接组连接组ABCOabcABABEEEAEaEBEbECEcEAEaEaEAE电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院100例例2 Y，y4连接组连接组（1）作出高压侧相、线电动势相量图，满足）作出高压侧相、线电动势相量图，满足 ；（2）对于）对于Ac心柱，心柱，A、c都是首端又是同名端，都是首端又是同名端， 、 同方向，同方向，同理同理 与与 、 与与 同方向同方向（3
31、） 滞后滞后 120，即组号为，即组号为4，连接组为，连接组为Y，y4。BY，y4联接组联接组ACOabcABABEEEAEcEBEaECEbEaEAE电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院101例例3 Yd11连接组连接组（1）作出高压侧相、线电动势相量图，满足）作出高压侧相、线电动势相量图，满足 ；（2）对于）对于Aa心柱，心柱， 与与 反方向，同理反方向，同理 与与 反方向，反方向， 与与 反方向，作相量三角形反方向，作相量三角形abc（3）连接）连接oA作长针，作长针，oa作短针，作短针，oa滞后于滞后于oA 330，即组号为，即组号为11，连接组为，连接组为Y，d11。Y，d11连
32、接组连接组ABCOabcABABEEEAEcaEBEabECEbcE电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院102ABCabcXYZxyzABCOabc例例4 D，y5连接组连接组（1）作出）作出D，y5连接组的相量图连接组的相量图（2）将高压侧绕组连接成三角形接法）将高压侧绕组连接成三角形接法（3）根据相量图，连接低压侧绕组）根据相量图，连接低压侧绕组电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院103三相变压器组别总结：三相变压器组别总结：p Y，y联结方式，只能得到偶数的连接组别，即有联结方式，只能得到偶数的连接组别，即有0、2、4、6、8、10共六个组号；共六个组号；p Y，d或或D， y联
33、结方式，只能得到奇数的联结组别，即有联结方式，只能得到奇数的联结组别，即有1、3、5、7、9、11六个组号；六个组号；p 三相双绕组电力变压器的标准连接组：三相双绕组电力变压器的标准连接组：Y，yn0、 Y，d11、YN，d11、YN，y0 和和 Y，y0；p 我国国家标准规定对我国国家标准规定对1600kVA以下的配电变压器采用以下的配电变压器采用Y，y0、D，y11；而大于；而大于1600kVA的电力变压器采用的电力变压器采用Y，d11、D，y11。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院104一、单相变压器一、单相变压器3.3.3 绕组联接法和磁路系统对空载电动势波形的影响绕组联接法和磁
34、路系统对空载电动势波形的影响磁化曲线的非线性磁化曲线的非线性正弦波电流产生的磁通波形正弦波电流产生的磁通波形磁通正弦时，电流含三次谐波；磁通正弦时，电流含三次谐波；电流正弦时，磁通含三次谐波。电流正弦时，磁通含三次谐波。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院105二、二、Y，y连接的三相变压器连接的三相变压器由于三相电流的三次谐波在时间上同相位，一次侧为由于三相电流的三次谐波在时间上同相位，一次侧为Y Y接的三接的三相绕组中，三次谐波不能流通，即励磁电流不含有三次谐波而相绕组中，三次谐波不能流通，即励磁电流不含有三次谐波而接近正弦波。接近正弦波。 三相组式变压器三相组式变压器p当励磁电流呈正
35、弦波时，主磁通呈平顶波，含有三次谐波分量；当励磁电流呈正弦波时，主磁通呈平顶波，含有三次谐波分量；p由于各相磁路相互独立，三次谐波磁通可以沿各自铁心闭合；由于各相磁路相互独立，三次谐波磁通可以沿各自铁心闭合；p一、二次绕组中除了基波磁通感应的基波电动势外，还有一、二次绕组中除了基波磁通感应的基波电动势外，还有3次谐波感次谐波感应的谐波电动势；应的谐波电动势；p三次谐波电动势幅值可达基波幅值的三次谐波电动势幅值可达基波幅值的45至至60甚至更大。甚至更大。平顶波磁通产生的电动势波形平顶波磁通产生的电动势波形三相组式变压器不能采用三相组式变压器不能采用Y Y，y y联接联接电气工程与自动化学院电气
36、工程与自动化学院106 三相芯式变压器三相芯式变压器p当励磁电流呈正弦波时，主磁通呈平顶波，含有三次谐波分量当励磁电流呈正弦波时，主磁通呈平顶波，含有三次谐波分量；p各相磁路相互关联，由于三相同相位，三次谐波不能沿铁心闭合，只各相磁路相互关联，由于三相同相位，三次谐波不能沿铁心闭合，只能借道油箱壁闭合，因此三次谐波被大量削弱，主磁通接近正弦波；能借道油箱壁闭合，因此三次谐波被大量削弱，主磁通接近正弦波；p变压器容量不大于变压器容量不大于1600kVA才采用这种联接组。才采用这种联接组。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院107若一次侧绕组角接，三相同相位的三次谐波电流可以流通，因若一次侧绕
37、组角接，三相同相位的三次谐波电流可以流通，因此励磁电流中存在所需要的三次谐波分量，从而使主磁通及相此励磁电流中存在所需要的三次谐波分量，从而使主磁通及相电动势呈正弦波。电动势呈正弦波。主磁通取决于一、二次侧绕组的合成磁动势，所以角接的绕组主磁通取决于一、二次侧绕组的合成磁动势，所以角接的绕组在一次侧或二次侧没有区别，故上述结论也适合于在一次侧或二次侧没有区别，故上述结论也适合于Y，d联接的联接的三相变压器。三相变压器。我国制造的我国制造的1600kVA以上的变压器，一次侧、二次侧总有一方以上的变压器，一次侧、二次侧总有一方是角接。是角接。三角形绕组中的三次谐波三角形绕组中的三次谐波三、三、Y，
38、d和和D，y连接的三相变压器连接的三相变压器电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院108小小结结磁路系统分为各相磁路彼此独立的三相变压器组和各相磁路磁路系统分为各相磁路彼此独立的三相变压器组和各相磁路彼此相关的三相铁芯式变压器彼此相关的三相铁芯式变压器初级绕组、次级绕组，可以接成星形，也可以接成三角形。初级绕组、次级绕组，可以接成星形，也可以接成三角形。初级、次级侧对应线电势初级、次级侧对应线电势( (或电压或电压) )间的相位关系与绕组绕向、间的相位关系与绕组绕向、标志和三相绕组的连接方法有关。其相位差均为标志和三相绕组的连接方法有关。其相位差均为3030 的倍数，通的倍数，通常用时钟表示
39、法来表明其连接组别常用时钟表示法来表明其连接组别不同磁路结构和不同连接方法的三相变压器，其激磁电流中不同磁路结构和不同连接方法的三相变压器，其激磁电流中的三次谐波分量流通情况不同的三次谐波分量流通情况不同Y Y或或D D型接法在线电势中都不存在三次谐波。型接法在线电势中都不存在三次谐波。3.4 变压器并联运行变压器并联运行2.2.重点：并联运行的变压器负载分配问题。重点：并联运行的变压器负载分配问题。1.1.主要内容：变压器并联运行的条件；逐一分析不满足条件时主要内容：变压器并联运行的条件；逐一分析不满足条件时出现的问题。出现的问题。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院110一、变压器并联
40、运行的意义一、变压器并联运行的意义 变压器并联运行：将两台或多台变压器的一、二次绕组变压器并联运行：将两台或多台变压器的一、二次绕组分别接在各自的公共母线上，同时对负载供电。分别接在各自的公共母线上，同时对负载供电。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院1112 2、并联运行变压器的理想运行情况、并联运行变压器的理想运行情况1. 1. 空载运行时，各台变压器间无环流；空载运行时，各台变压器间无环流；2. 2. 负载运行时，各台变压器分担的负载电流与它们的额定容负载运行时，各台变压器分担的负载电流与它们的额定容量成正比关系。量成正比关系。(1)(1)适应用电量的增加适应用电量的增加随着负载的发
41、展，必须相应地增加变压随着负载的发展，必须相应地增加变压器容量及台数；器容量及台数；(2)(2)提高运行效率提高运行效率当负载随着季节或昼夜有较大的变化时、根当负载随着季节或昼夜有较大的变化时、根据需要调节投入变压器的台数；据需要调节投入变压器的台数；(3)(3)提高供电可靠性提高供电可靠性允许其中部分变压器由于检修或故障退允许其中部分变压器由于检修或故障退出并联。出并联。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院112二、二、 变压器并联运行的理想条件变压器并联运行的理想条件变压器原边接在同一母线上，需要副边也并联变压器原边接在同一母线上，需要副边也并联电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院
42、113理想的并联运行条件理想的并联运行条件内部不会产生环流内部不会产生环流空载时，各变压器的相应的二次侧空载时，各变压器的相应的二次侧电压必须相等且同相位；电压必须相等且同相位；使全部装置容量获得最大程度的应用使全部装置容量获得最大程度的应用在有负载时，各在有负载时，各变压器所分担的负载电流应该与它们的容量成正比例，各变压器所分担的负载电流应该与它们的容量成正比例，各变压器均可同时达到满载状态；变压器均可同时达到满载状态；每台变压器所分担的负载电流均为最小每台变压器所分担的负载电流均为最小各变压器的负各变压器的负载电流都应同相位，则总的负载电流是各负载电流的代数载电流都应同相位，则总的负载电流
43、是各负载电流的代数和；当总的负载电流为一定值时，每台变压器的铜耗为最和；当总的负载电流为一定值时，每台变压器的铜耗为最小，运行经济。小，运行经济。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院1143.4.1 变比不等的变压器并联运行变比不等的变压器并联运行 设两台变压器连接组号相同，变比不等，将一次侧各物理设两台变压器连接组号相同，变比不等，将一次侧各物理量折算到二次侧，并忽略励磁电流，则得到并联运行时的简化量折算到二次侧，并忽略励磁电流，则得到并联运行时的简化等效电路。等效电路。在空载时，两变压器绕组在空载时，两变压器绕组之间的环流为：之间的环流为： kIIkIII1I1ZZkUkUIc结论：要
44、求变比结论：要求变比 k 相差小于相差小于0.5%电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院1153.4.2 连接组号不同时对变压器并联运行的影响连接组号不同时对变压器并联运行的影响 连接组号不同的变压器，虽然一、二次连接组号不同的变压器，虽然一、二次侧额定电压相同，但二次侧电压相量的相位侧额定电压相同，但二次侧电压相量的相位至少相差至少相差30。例如例如Yy0与与Yd11一次侧接入电网，二次侧电压就相差一次侧接入电网，二次侧电压就相差30，相量差为：，相量差为： 由于短路阻抗很小，将在两变压器绕组由于短路阻抗很小，将在两变压器绕组中产生很大的空载环流，其值将达到额定电中产生很大的空载环流，其值
45、将达到额定电流的流的5.2倍，这是绝对不允许的。倍，这是绝对不允许的。*20302 sin0.522U*20()IIU*20( )IU30*20U结论：连接组号不同的变压器不能并联运行结论：连接组号不同的变压器不能并联运行电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院1163.4.3 3.4.3 短路阻抗不等时变压器的并联运行短路阻抗不等时变压器的并联运行 设两台变压器一、二次额定电压对应相等，连接组号相同，设两台变压器一、二次额定电压对应相等，连接组号相同，即满足了上述条件，可以把变压器并联在一起，略去励磁电流，即满足了上述条件，可以把变压器并联在一起，略去励磁电流，得变压器并联运行时的等效电路。
46、得变压器并联运行时的等效电路。 kIkIIIIIIIIIIIIIIZZIIIIIIII）的负载电流、变压器压器分别为总负载电流、变、（电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院117 由于两并联的变压器容量不等，故应从标么值来判断负载由于两并联的变压器容量不等，故应从标么值来判断负载电流的分配是否合理电流的分配是否合理 对于容量相差不太大的两台变压器，其短路阻抗的阻抗角对于容量相差不太大的两台变压器，其短路阻抗的阻抗角差异不大，故负载系数仅仅取决于短路阻抗的模差异不大，故负载系数仅仅取决于短路阻抗的模 并联运行的变压器其负载系数与其短路阻抗的标么值成反并联运行的变压器其负载系数与其短路阻抗的标么
47、值成反比，标么值小的变压器先达到满载比，标么值小的变压器先达到满载*IKIIIIKIZZ*IKIIIIIIIKIIZIZ结论：变压器容量之比小于结论：变压器容量之比小于3，漏阻抗标幺值之差小于，漏阻抗标幺值之差小于10%电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院118总结总结变压器并联运行需满足条件：变压器并联运行需满足条件：1) 一、二次侧的额定电压要相同（一、二次侧的额定电压要相同（k相等）；相等）；2) 二次侧电压对一次侧电压的相位移相同（连接组号相同）；二次侧电压对一次侧电压的相位移相同（连接组号相同）；3) 短路阻抗标幺值短路阻抗标幺值 相等。相等。kZ相差小于相差小于10%，额定容量
48、，额定容量SN的比值不小于的比值不小于3kZ变比变比 k 相差小于相差小于0.5%（ 必要条件必要条件 )电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院119变压器连接组变压器连接组Y，d11连接组连接组ABCOabcABCabcXYZxyzABCOabcD，y5连接组连接组3.7 3.7 特殊用途的变压器特殊用途的变压器3.7.1 3.7.1 三绕组变压器三绕组变压器 三绕组变压器可以连接不通电压的电网，方便地实现三绕组变压器可以连接不通电压的电网，方便地实现电力调度，在电力系统中应用广泛。电力调度，在电力系统中应用广泛。3.7 3.7 特殊用途的变压器特殊用途的变压器3.7.2 3.7.2 自耦
49、变压器自耦变压器双绕组变压器高、低压绕组串联连接，便成为自耦变压器。双绕组变压器高、低压绕组串联连接，便成为自耦变压器。AXax1U2U1N2NAax1UXx电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院122双绕组变压器的一侧绕组作为自双绕组变压器的一侧绕组作为自耦变压器的公共绕组，为一、二耦变压器的公共绕组，为一、二次侧所共有；次侧所共有；另一侧绕组作为自耦变压器的串另一侧绕组作为自耦变压器的串联绕组，串联绕组与公共绕组共联绕组，串联绕组与公共绕组共同组成自耦变压器的高压绕组；同组成自耦变压器的高压绕组；自耦变压器可作为升压变压器运自耦变压器可作为升压变压器运行，也可作为降压变压器运行。行，也可
50、作为降压变压器运行。一、自耦变压器的结构特点一、自耦变压器的结构特点电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院123AXax原副边电流符号相反：原副边电流符号相反：当原边电流在原绕组中从同名端流向非同名端，则副边电流在当原边电流在原绕组中从同名端流向非同名端，则副边电流在副绕组中从非同名端流向同名端！副绕组中从非同名端流向同名端！1I2I首先分析双绕组首先分析双绕组变压器电流方向。变压器电流方向。1 1220N IN I忽略励磁电流则：忽略励磁电流则：实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(1)(1)二、自耦变压器的电磁特点二、自耦变压器的电磁特点电气工程与自动