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1、电机学_变压器(2)本讲稿第一页，共一百五十页一、变压器的类别和结构 本讲稿第二页，共一百五十页变压器的主要类别变压器的主要类别l一种静止的电机静止的电机l将一种电压的电能转换为另一种电压的电能一种电压的电能转换为另一种电压的电能。l用途分类：电力变压器，电力系统传输电能电炉变压器，专给炼钢炉供电整流变压器，大型电解电镀、直流电力机车供电仪用变压器、控制变压器无线电变压器，仅传输信号。本讲稿第三页，共一百五十页电力变压器电力变压器l变压器的总容量大致相当于发电机容量的三倍。输电过程中，通常将电压升高，通过高压输电线传送到远方的城市，经过降压变压器降为10kv电压，再经过配电降压变压器分配给用户
2、。l输送同样的功率，电 压低则电流大，一方面由于大电流在输电线路上引起损耗，另一方面大电流在线路阻抗上产 生大的压降，受电端电压很低，电能传送不出去。只有高电压能将电能只有高电压能将电能输送到远方输送到远方。配电变压器配电变压器本讲稿第四页，共一百五十页电力变压器类别电力变压器类别-变压方式变压方式l升压变压器升压变压器升高电压的变压器l降压变压器降压变压器降低电压的变压器l特殊变压器，如试验用高压变压器、电炉用变压器、电焊用变压器、晶闸管线路中的变压器、用于测量仪表的电压互感器电压互感器和电流互感器电流互感器等等 本讲稿第五页，共一百五十页电力变压器类别电力变压器类别-线圈数目线圈数目v双绕
3、组变压器双绕组变压器，在铁芯中有两个绕组，一个为初级绕组，一个为次级绕组 v自耦变压器，自耦变压器，初级、次级绕组合为一个 v三绕组变压器，三绕组变压器，三个绕组连接三种不同电压的线路v多绕组变压器，如分裂变压器分裂变压器本讲稿第六页，共一百五十页电力变压器类别电力变压器类别-冷却方式冷却方式l油浸式变压器油浸式变压器铁芯和绕组都一起浸入灌满了变压器油的油箱中，可以加强绝缘和改善冷却散热条件l干式变压器干式变压器，能满足特殊要求，如安全本讲稿第七页，共一百五十页电力变压器类别电力变压器类别-相数相数l单相变压器l三相变压器本讲稿第八页，共一百五十页电力变压器的基本结构电力变压器的基本结构l铁芯
4、铁芯铁芯铁芯l带有绝缘的绕组绕组绕组绕组l变压器油油变压器油油l油箱油箱油箱油箱l绝缘套管绝缘套管套管本讲稿第九页，共一百五十页铁芯铁芯变压器的磁路变压器的磁路l电力变压器的铁心是由0.35mm厚的冷轧硅钢片叠成。减少涡流损耗，提高导磁系数。铁心柱铁轭本讲稿第十页，共一百五十页铁芯的交叠装配铁芯的交叠装配l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 接逢处气隙小l可以避免涡流在钢片之间流通本讲稿第十一页，共一百五十页l三相芯式变压器的铁心排列法，主要使叠缝相互交叠，从而减少磁路的磁阻 本讲稿第十二页，共一百五十页变压器铁心柱的横切面变压器铁心柱的横切面
5、返回本讲稿第十三页，共一百五十页绕组绕组变压器的电路变压器的电路l变压器绕组一般为绝缘扁铜线或绝缘圆铜线在绕线模上绕制而成。l为便于制造、在电磁力作用下受力均匀以及机械性能良好，绕组线圈作成圈形。l按照绕组在铁芯中的排列方法分类，变压器可分为铁芯式和铁壳式两类 l基本型式：同芯式，交叠式同芯式，交叠式 本讲稿第十四页，共一百五十页单相芯式变压器铁心及绕组单相芯式变压器铁心及绕组l绕组同芯同芯套装在变压器铁心柱上，低压绕组在内层，高压绕组套装在低压绕组外层，以便于绝缘。本讲稿第十五页，共一百五十页铁壳式变压器 l变压器的铁芯柱在中间，铁轭在两旁环绕，且把绕组包围起来 l结构比较坚固、制造工艺复杂
6、，高压绕组与铁芯柱的距离较近，绝缘也比较困难 l通常应用于电压很低而电流很大的特殊场合，例如，电炉用变压器。这时巨大的电流流过绕组将使绕组上受到巨大的电磁力，铁壳式结构可以加强对绕组的机械支撑，使能承受较大的电磁力。本讲稿第十六页，共一百五十页绕组的基本型式绕组的基本型式l同芯式同芯式铁芯式变压器常用。高压绕组和低压绕组均做成圆筒形，然后同芯地套在铁芯柱上 l交叠式交叠式 铁壳式变压器常用。高压绕组和低压绕组各分为若干个线饼，沿着铁芯柱的高度交错地排列着 返回本讲稿第十七页，共一百五十页变压器油变压器油冷却、绝缘冷却、绝缘l电力变压器绕组与铁心装配完后用夹件紧固，形成变压器的器芯。变压器器芯装
7、在油箱内，油箱内充满变压器油。变压器油是一种矿物油，具有很好的绝缘性能。变压器油起两个作用：l绝缘：绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间l散热：热量通过油箱壳散发，油箱有许多散热油管，以增大散热面积。采用内部油泵强迫油循环，外部用变压器风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱本讲稿第十八页，共一百五十页油箱油箱机械支撑、机械支撑、冷却散热、冷却散热、变压器运行时产生热量，使变压器油膨胀，储油柜中变压器油上升，温度低时下降。储油柜使变压器油与空气接触面较少，减缓了变压器油的氧化过程及吸收空气中的水分的速度。呼呼吸吸保护作用当变压器出现故障时，产生的热量使变压器油汽化，气体继电器动作，发出报警信号或切断电源。
8、如果事故严重，变压器油大量汽化，油气冲破安全气道管口的密封玻璃，冲出变压器油箱，避免油箱爆裂。返回本讲稿第十九页，共一百五十页绝缘套管绝缘套管 l绝缘套管由中心导电杆与瓷套组成。导电杆穿过变压器油箱、在油箱内的一端与线圈的端点联接，在外面的一端与外线路联接。l在瓷套和导电杆间留有一道充油层充油套管l当电压等级更高时，在瓷套内腔中常环绕着导电杆包上几层绝缘纸简，在每个绝缘纸简上贴附有一层铝箔，则沿着套管的径向距离，绝缘层和铝箔层构成串联电容器，使资套与导电杆间的电场分布均匀l套管外形常做成伞形，电压愈高、级数愈多电压愈高、级数愈多。返回本讲稿第二十页，共一百五十页变压器的额定值变压器的额定值 l
9、额定容量SN制造厂所规定的在额定条件下使用时输出能力的保证值。单位为VA或kVA。对三相变压器指三相的总容量三相变压器指三相的总容量。l由于效率高，原、副方的额定容量设计得相等，与体积、用铜量有关。本讲稿第二十一页，共一百五十页l额定电压由制造厂所规定的变压器在空载时额定分接头上的在空载时额定分接头上的电压保证值电压保证值。单位为V或kV。当变压器初级侧在额定分接头处接有额定电压U1N，次级侧空载电压即为次级侧额定电压U2N。对三相变压器，铭牌上的额定电压指线电压铭牌上的额定电压指线电压l额定电流额定容量除以各绕组的额定电压所计算出来的线电流值。单位用A或kA。l电力变压器的额定频率是50Hz
10、 变压器的额定值变压器的额定值本讲稿第二十二页，共一百五十页额定值的关系额定值的关系l单相变压器l三相变压器返回本讲稿第二十三页，共一百五十页变压器电路理论及其运行特性变压器电路理论及其运行特性版权所有，2000 Southeast University Electrical Engineering Department.本讲稿第二十四页，共一百五十页三、空载运行三、空载运行空载空载指一侧绕组接到电源（指一侧绕组接到电源（初级初级 1），另一侧），另一侧绕组（绕组（次级次级 2）开路）开路。1 电磁物理现象2感应电动势3电压变比4激磁电流5 励磁特性的电路模型6 漏抗7 电路方程 等效电路 相
11、量图本讲稿第二十五页，共一百五十页1、电磁物理现象、电磁物理现象空载电流i0，i1i0。全部用以激磁全部用以激磁激磁电流激磁电流im，i0im激磁电流产生激磁磁势imN1，建立交变磁场本讲稿第二十六页，共一百五十页l空载运行：原边接额定电压u1n的电源，副边开路l原边绕组电流i0为空载电流，产生空载励磁磁势F0=I0N1,F0产生磁通l磁通分为两部分主磁通主磁通流径闭合铁心，磁阻小磁阻小，同时匝链了原边和副边绕组,并感应出电势e1和e2。是变压器传递能量的主要媒介 原边绕组漏磁通原边绕组漏磁通1，仅与原边绕组匝链，通过变压器油或空气形成闭路，磁阻大，磁阻大，不传递功率 变压器铁心由高导磁材料硅
12、钢片制成（导磁系数r2000)，大部分磁通都在铁心中流动，主磁通约占总磁通的99强，漏磁通占总磁通的1弱。本讲稿第二十七页，共一百五十页磁场的磁通分为主磁通和漏磁通两部分分为主磁通和漏磁通两部分磁路不同，因而磁阻不同磁路不同，因而磁阻不同。主磁通 同时交链初级、次级绕组，又称为互磁通，路径为沿铁芯而闭合的磁路，磁阻较小。漏磁通 1 只交链初级绕组，称初级侧漏磁通，它所行经的路径大部分为非磁性物质，磁阻较大。功能不同功能不同。主磁通通过互感作用传递功率主磁通通过互感作用传递功率，漏磁通不传递功率。本讲稿第二十八页，共一百五十页磁场的磁通l 与 1 都是交变磁通交变磁通l在绕组中感应交变电势交变电
13、势 本讲稿第二十九页，共一百五十页2、感应电势、感应电势l箭头方向表示正方向箭头方向表示正方向l规定电流的正方向与该电流所产生的磁通正方规定电流的正方向与该电流所产生的磁通正方向符合向符合“右手螺旋右手螺旋”定则，规定磁通的正方向定则，规定磁通的正方向与其感应电势的正方向符合与其感应电势的正方向符合“右手螺旋右手螺旋”定则。定则。l电流正方向与电势正方向一致电流正方向与电势正方向一致。本讲稿第三十页，共一百五十页l方向规定：电压u1与电流i0同方向，磁通正方向与电流正方向符合右手螺旋定则，e的正方向与电流同方向。这样e1=N1d/dt成立。l例如正在增加，d/dt为正，e1 N1d/dt0为负
14、，若外电路能使e1产生电流，其电流方向必与i0正方向相反，该电流产生磁通，与方向相反，起阻止增加的作用，即符合楞次定律。本讲稿第三十一页，共一百五十页磁通，电势，电压的关系公式推导磁通，电势，电压的关系公式推导图2-8本讲稿第三十二页，共一百五十页l变比变比初级电压初级电压与与次级次级空载时空载时端点电压端点电压之比之比。l电压变比电压变比k 决定于初级、次级绕组匝数比。l略去电阻压降和漏磁电势 3、电压变比、电压变比本讲稿第三十三页，共一百五十页4、激磁电流的三个分量、激磁电流的三个分量l忽略电阻压降和漏磁电势，则U1U1E1E14.44fN4.44fN1 1 m m。mU1即：当外施电压U
15、1为定值，主磁通m也为一定值l问题：一一台台结结构构已已定定的的变变压压器器当当外外施施电电压压为为已已知知，需需要要电电源源提提供供多多大大的的激激磁磁电电流流呢呢?激激磁磁电电流流包包括括哪哪些成分呢些成分呢?l答答：决决定定于于变变压压器器的的铁铁芯芯材材料料及及铁铁芯芯几几何何尺尺寸寸。因为铁芯材料是磁性物质，激磁电流的大小和波形将受磁路饱和、磁滞及涡流的影响。本讲稿第三十四页，共一百五十页(一一)磁路饱和影响磁路饱和影响l当Bm0.8T，磁路末饱和状态、磁化曲线f(i)呈线性，导磁率是常数。l当 按正弦变化，i亦按正弦变化。本讲稿第三十五页，共一百五十页磁路饱和影响磁路饱和影响l如B
16、m0.8T，磁路开始饱和，f(i)呈非线性，随i增大导磁率逐渐变小。磁通为正弦波，i为尖顶波，尖顶的大小取决于饱和程度。l对尖顶波进行波形分析，除基波分量外，包含有各奇次谐波。其中以3次谐波幅值最大。l用等效正弦波电流替代实际尖顶波电流。等效等效原则原则：令等效正弦波与尖顶波有相同的有效值，与尖顶波的基波分量有相同频率且同相位。本讲稿第三十六页，共一百五十页磁路饱和影响磁路饱和影响l磁化电流磁化电流I，I与m同相位。lI滞后于-E1 90，I具有具有无功电流性质，无功电流性质，它是激磁电流它是激磁电流的主要成分的主要成分。本讲稿第三十七页，共一百五十页(二二)磁滞现象的影响磁滞现象的影响l激磁
17、电流是不对称尖顶波，把它分解成两个分量。（1）对称的尖顶波，它是磁路饱和所引起的，即磁化电流分量i。（2）近似正弦波，电流分量ih，频率为基波频率，磁滞电流分量磁滞电流分量，Ih与-E1同相位，是有功分量电流。本讲稿第三十八页，共一百五十页磁滞现象的影响磁滞现象的影响本讲稿第三十九页，共一百五十页(三三)涡流对激磁电流的影响涡流对激磁电流的影响l交变磁通在铁芯中感应电势，在铁芯中产生涡流及涡流损耗。涡涡流流电电流流分分量量Ie由涡流引起的，与涡流损耗对应，Ie与-E1同相位。l由于磁路饱和、磁滞和涡流三者同时存在，激磁电流实际包含I、Ih和Ie三个分量；又由于Ih和Ie同相位，合并称为铁铁耗耗
18、电电流流分分量量，用IFe表示。本讲稿第四十页，共一百五十页空载时激磁电流空载时激磁电流lIu磁化电流，无功性质，为主要分量lIfe铁耗电流，有功性质，产生磁滞（Ih）和涡流损耗（Ie）本讲稿第四十一页，共一百五十页5、激磁特性的电路模型、激磁特性的电路模型Xm是主磁通引起的电抗，为励磁电抗本讲稿第四十二页，共一百五十页6、漏抗、漏抗l描述漏磁电势的电路参数描述漏磁电势的电路参数。由于漏磁通所经路径主要为非磁性物质（空气），磁阻为常数。即漏磁通与产生该漏磁通的电流成正比且同相位，漏电感亦为常数。本讲稿第四十三页，共一百五十页7、空载电路方程、空载电路方程本讲稿第四十四页，共一百五十页等效电路等
19、效电路rm+jXm上的压降表示主磁通对变压器的作用（随外施电压的增加而减小由于饱和影响）X1表示漏磁通对电路的影响，近似为常数本讲稿第四十五页，共一百五十页相量图相量图U2（参考方向）、E2E1与U2方向一致m超前E1 90度Im超前m 一个角度U1本讲稿第四十六页，共一百五十页四四变压器负载运行变压器负载运行负载运行是指一侧绕组接电源，另一侧负载运行是指一侧绕组接电源，另一侧绕组接负载运行绕组接负载运行。1 负载时的电磁物理过程2 基本方程式3 归算4 归算后的分析返回本讲稿第四十七页，共一百五十页1、负载时的电磁物理现象、负载时的电磁物理现象l变压器的初级、次级绕组没有电的联系，功率传递依
20、靠互感。在在功率传递过程中应满足能量守恒，在电路上需满足电压平衡、磁路上功率传递过程中应满足能量守恒，在电路上需满足电压平衡、磁路上需满足磁势平衡需满足磁势平衡。mN1N2Next本讲稿第四十八页，共一百五十页次级电流的影响次级电流的影响l次级电流的存在、建立起次级磁势，它也作用在铁芯磁路上。改变了原有的磁势平衡状态，迫使主磁通变化，导致电势也随之改变。电势的改变又破坏已建立的电压平衡，迫使原电流随之改变，直到电路和磁路又达到新的平衡为止。l（磁势平衡式）l负载时作用在主磁路上的全部磁势应等于产负载时作用在主磁路上的全部磁势应等于产生磁通所需的激磁磁势生磁通所需的激磁磁势。本讲稿第四十九页，共
21、一百五十页初级、次级电流间的约束关系初级、次级电流间的约束关系l表明当有负载电流时。初级电流表明当有负载电流时。初级电流I1I1应包含有应包含有二个分量。其中二个分量。其中ImIm用以激励主磁通。用以激励主磁通。I I1L1L所产所产生负载分量磁势生负载分量磁势I I1L1LN N1 1，用以抵消次级磁势用以抵消次级磁势I I2 2N N2 2对主磁路的影响。对主磁路的影响。l激磁电流的值决定于主磁通 m，即决定于E1。u1E1=4.44fN1m本讲稿第五十页，共一百五十页电磁现象电磁现象返回本讲稿第五十一页，共一百五十页2、基本方程式、基本方程式返回本讲稿第五十二页，共一百五十页3、归算、归
22、算l绕组绕组归算归算用一假想的绕组替代其中一个绕组使成为k1的变压器。l归算量在原符号加上标号 区别，归算后的值称为归算值或折算值。l原则：原则：归算不改变实际变压器内部的电磁平归算不改变实际变压器内部的电磁平衡关系衡关系本讲稿第五十三页，共一百五十页归算方法一归算方法一次级侧归算到初级侧次级侧归算到初级侧l保持初级绕组匝数N1不变设想有一个匝数为N 2=N1的次级绕组，用它来取代原有匝数为N2的次级绕组。满足变比：kN1/N 21。本讲稿第五十四页，共一百五十页归算方法二归算方法二初级侧归算到次级侧初级侧归算到次级侧l保持次级绕组匝数N2不变，设想有一个匝数为N 1 N2的初级绕组，用它来取
23、代初级有匝数为N1的初级绕组。kN 1/N21本讲稿第五十五页，共一百五十页一一)次级电流的归算值次级电流的归算值l物理意义：当用N 2N1替代了N2，其匝数增加了k倍。为保持磁势不变。次级电流归算值减小到原来的1k倍。归算前后磁势应保持不变归算前后磁势应保持不变本讲稿第五十六页，共一百五十页二二)次级电势的归算值次级电势的归算值归算前后次级边电磁功率应不变归算前后次级边电磁功率应不变l E 2I 2E2I2l物理意义：当用N 2替代了N2，其匝数增加到k倍。而主磁通 m及频率f均保持不变，归算后的次级电势应增加k倍。本讲稿第五十七页，共一百五十页三三)电阻的归算值电阻的归算值归算前后铜耗应保
24、持不变归算前后铜耗应保持不变l物理意义：当用N 2替代N2后，匝数增加到k倍，次级绕组长度增加到k倍；次级电流减到为原来的l/k倍，归算后的次级绕组截面积应减到原来的lk倍，故归算后的次级电阻应增加到原来的k2倍。（绕组本身没有变化绕组本身没有变化）本讲稿第五十八页，共一百五十页四四)漏抗的归算值漏抗的归算值归算前后次级漏磁无功损耗应保持不变归算前后次级漏磁无功损耗应保持不变l物理意义：绕组的电抗和绕组的匝数平方成正比。由于归算后次级匝数增加了k倍，故漏抗应增加到k2倍。返回本讲稿第五十九页，共一百五十页4、归算后的基本方程、归算后的基本方程本讲稿第六十页，共一百五十页归算后的归算后的T形等效
25、电路形等效电路本讲稿第六十一页，共一百五十页相量图相量图l注注意意：相量图的作法必须与方程式的写法一致，而方程式的写法又必须与所规定的正方向一致。l变压器的相量图包括三个部分：次级侧电压相量图；电流相量图或磁势平衡相量图；初级侧电压相量图。本讲稿第六十二页，共一百五十页相量图相量图作图步骤作图步骤l首先选定一个参考相量、且只能有一个参考相量。常以U 2为参考相量，根据给定的负载画出负载电流相量I 2。l根据次级侧电压平衡式E 2U 2+I 2Z 2可画出相量E 2，由于E1E 2，因此也可画出相量E1。l主磁通m应超前E1 90，激磁电流又超前m一铁耗角。l由磁势平衡式I1=Im+(-I 2)
26、求得I1。l由初级侧电压平衡式U1=-E2+I1Z1求得I1。本讲稿第六十三页，共一百五十页变压器的实用相量图变压器的实用相量图本讲稿第六十四页，共一百五十页近似等效电路近似等效电路l把激磁支路移至端点处。把激磁支路移至端点处。计算时引起的误差不大：变压器的激磁电流(即空载电流)为额定电流的3-8，（大型变压器不到1）。本讲稿第六十五页，共一百五十页简化等效电路简化等效电路l略去激滋电流略去激滋电流（支路）常用于定性分析注意简化的近似假设注意简化的近似假设返回本讲稿第六十六页，共一百五十页五、五、标么值标么值l对各个物理量选一个固定的数值作为基值，取实际值与基值之比称为该物理量的标么值标么值用
27、下标“*”l基值（基值（采用下标“b b”）电压基值额定电压 U1b=U1N,U2b=U2N 电流基值额定电流 I1b=I1N,I2b=I2N 功率基值额定容量 SbSN 阻抗基值额定电压与额定电流之商初级、次级侧各物理量应采用不同基值初级、次级侧各物理量应采用不同基值标幺值=实际值/基值 本讲稿第六十七页，共一百五十页标么值的优点标么值的优点1计算方便，容易判断计算错误计算方便，容易判断计算错误 因为取额定值作为基值，当实际电压为额定电压和实际电流为额定电流时，用标么值计算就作为1。2采用标么值计算同时也起到了归算作用采用标么值计算同时也起到了归算作用 这是由于初级、次级侧分别采用了不同基值
28、，且已包含有变比关系。3采用标么值更能说明问题采用标么值更能说明问题标幺值=实际值/基值 返回本讲稿第六十八页，共一百五十页六、参数测定方法六、参数测定方法l空载试验测定激磁电阻rm和激磁电抗xml短路试验计算参数rk和xk本讲稿第六十九页，共一百五十页空载试验空载试验试验可在高压侧测量也可在低压侧测量，视实际测量方便而定。如令高压侧开路，在低压侧进行测量，如令高压侧开路，在低压侧进行测量，测得的数据是低压侧的值，计算的激磁阻抗也是测得的数据是低压侧的值，计算的激磁阻抗也是归归算至算至低压侧的值低压侧的值。本讲稿第七十页，共一百五十页空载特性曲线空载特性曲线u0=f(I0)l通过调压器给变压器
29、供电，调压器输出电压U10,从1.2UN到0.3UN取8-9点，每点均测出P0，I0，U20l空载试验时电压较高，电流较小故电流要精确测量，电流表及功率表电流接线图中流过的电流为实际空载电流本讲稿第七十一页，共一百五十页空载试验参数计算空载试验参数计算l激磁参数值随饱和而变化激磁参数值随饱和而变化。为反映变压器运行时的磁路饱和情况，空载试验时应调整外施电压等于额定电压。l令U0为外施每相电压，I0为每相电流，P0为每相输入功率即等于每相的空载损耗p0。本讲稿第七十二页，共一百五十页短路试验短路试验l短路试验应降低电压进行短路试验应降低电压进行。控制短路电流不超过额定值。l短路试验可以在高压侧测
30、量而把低压侧短路，也可在低压侧测量而把高压侧短路。二者测得的数值不同，用标么值计算则相同二者测得的数值不同，用标么值计算则相同。本讲稿第七十三页，共一百五十页短路特性曲线短路特性曲线uk=f(Ik)l试验开始时应注意调压器输出应调到零，然后从0开始，慢慢调节，并监视电流表，使短路电流Ik1.25IN时停止升压，防止过大电流产生，对变压器不利。l记录数据Uk，Ik，从1.25IN到0.5IN测56点。由于Uk低，铁心中低，故Pk中所含铁耗较小，可忽略铁耗，故Pk中只含铜耗。本讲稿第七十四页，共一百五十页短路试验参数计算短路试验参数计算lUk表示每相电压，Ik表示每相电流，Pk表示每相输入功率即等
31、于每相短路损耗pkl电阻随温度而变化，如短路试验时的室温为()，按标准规定应换算到标准温度75时的值。本讲稿第七十五页，共一百五十页短路电压百分数l短路试验时，使短路电流恰为额定电流的外施电压u k，称为u kN。l以额定电压百分数表示，称为短路电压百分数短路电压百分数l短路电压百分数去掉100符号，就是短路电压标么值短路电压标么值lu uk k不能太小，也不能太大。不能太小，也不能太大。u uk k太大时，变压器空载时电压高，太大时，变压器空载时电压高，负载时电压压降较多。负载时电压压降较多。u uk k太小时，变压器接额定电压短路时太小时，变压器接额定电压短路时电流太大。电流太大。本讲稿第
32、七十六页，共一百五十页短路电压的有功与无功分量短路电压的有功与无功分量 u uk k不能太小，也不能太大。不能太小，也不能太大。u uk k太大时，变压器空载时电压高，太大时，变压器空载时电压高，负载时电压压降较多。负载时电压压降较多。u uk k太小太小时，变压器接额定电压短路时时，变压器接额定电压短路时电流太大。电流太大。本讲稿第七十七页，共一百五十页7、电压变化率电压变化率l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，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。l设外施电压为额定电压，取空载与额定负载两种情况下的次级侧电压的算术差与空载电压之比定义为电压
33、变化率(又称电压调整率)本讲稿第七十八页，共一百五十页电压变化率电压变化率 U%的分析的分析用副边量表示用副边量表示用原边量表示用原边量表示本讲稿第七十九页，共一百五十页8、变压器的效率l效率：输出功率与输入功率之比效率：输出功率与输入功率之比l输入功率是输出功率与全部损耗之和l损耗p初级绕组铜耗pcu1=I12r1次级绕组铜耗pcu2I22r2铁芯损耗pFeIm2rm =P2/P1=P2/(P2+p)=(P1-p)/P1本讲稿第八十页，共一百五十页变压器的并联运行l变压器并联运行的意义并联l应具备的条件条件l并联运行负载分配的实用计算公式公式本讲稿第八十一页，共一百五十页变压器并联运行变压器
34、并联运行l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，同时对负载供电本讲稿第八十二页，共一百五十页变压器并联运行的意义变压器并联运行的意义l(1)适适应应用用电电量量的的增增加加随着负载的发展，必须相应地增加变压器容量及台数。l(2)提提高高运运行行效效率率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。l(3)提提高高供供电电可可靠靠性性允许其中部分变压器由于检修或故障退出并联。本讲稿第八十三页，共一百五十页理想的并联运行条件理想的并联运行条件l内内部部不不会会产产生生环环流流空载时，各变压器的相应的次级电压必须相等且同相位。l使使全全部部装装置置容容量量获获
35、得得最最大大程程度度的的应应用用在有负载时，各变压器所分担的负载电流应该与它们的容量成正比例，各变压器均可同时达到满载状态。l每每台台变变压压器器所所分分担担的的负负载载电电流流均均为为最最小小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。本讲稿第八十四页，共一百五十页次级电压必须相等且同相位次级电压必须相等且同相位l1.并联连接的各变压器必须有相同的电压等级并联连接的各变压器必须有相同的电压等级，且属于相同的连接组且属于相同的连接组。不同连接组变压器不能并联运行。l2.各变压器都应有相同的线电压变比各变压器都应有
36、相同的线电压变比。实用上所并联的各变压器的变比间的差值应限制在0.5以内。目的：避免在并联变压器所构成的回路中产生环流目的：避免在并联变压器所构成的回路中产生环流 本讲稿第八十五页，共一百五十页负载电流与容量成正比例负载电流与容量成正比例l各变压器应有相同的短路电压有相同的短路电压分析1。由于连接组相同，变比一致，可使用并联电路的分流计算方法2。假设各变压器同时达到满载，则本讲稿第八十六页，共一百五十页各变压器的负载电流应同相位各变压器的负载电流应同相位l要求各变压器短路电阻与短路电抗的比值相等。即要求阻抗电压降的有功分量和无功分量应分别相等本讲稿第八十七页，共一百五十页并联运行负载分配计算公
37、式并联运行负载分配计算公式l假设假设:各变压器有相同的变比，但有不同的短各变压器有相同的变比，但有不同的短路电压路电压。大容量变压器一般有较大的短路电压。本讲稿第八十八页，共一百五十页l各变压器的负载电流l总负载电流本讲稿第八十九页，共一百五十页l负载电流分配关系式本讲稿第九十页，共一百五十页l输出功率分配关系式都是复数运算都是复数运算本讲稿第九十一页，共一百五十页l假定:变压器的电流同相复数运算简化为代数运算复数运算简化为代数运算本讲稿第九十二页，共一百五十页结论结论l各变压器的负载分配与该变压器的额定容量成各变压器的负载分配与该变压器的额定容量成正比，与短路电压成反比正比，与短路电压成反比
38、。l如果各变压器的短路电压都相同，则变压器的如果各变压器的短路电压都相同，则变压器的负载分配只与额定容量成正比负载分配只与额定容量成正比。各变压器可同时达到满载，总的装置容量得到充分利用。本讲稿第九十三页，共一百五十页l一般电力变压器的uk*大约在0.050.105范围内，容量大的变压器uk*也较大。l如果uk*不等，则不等，则uk*较小的那台变压器将先达到满载较小的那台变压器将先达到满载。(SSN):(SSN)=(1/UK*):(1/UK*)当UK*UK*时，SSINSSN说明变压器先满载l实用：为使总容量能够得到利用，要求并联运行的各变压器的容量接近，最大容量与最小容量之比不超出3:1；短
39、路电压接近，差值不超过10。实际上实际上本讲稿第九十四页，共一百五十页例题例题两台变压器并联运行变压器额定容量（kVA）额定电压(V)在高压侧进行短路试验连接组别线电压(V)线电流(A)三相功率(W)A10006300/40015636Yd11B32006300/40043628050000Yd1额定电压时的空载损耗为15700W求：求：1）并联运行时，变压器）并联运行时，变压器B应如何接线应如何接线2）高压方接额定电压，低压侧接负载）高压方接额定电压，低压侧接负载cos 2=0.8(滞后滞后)，任一变压器不，任一变压器不过载时使输出功率最大，计算各变压器的输出电流过载时使输出功率最大，计算各
40、变压器的输出电流3）变压器）变压器B的效率的效率注注意意联联接接组组别别不不一一致致计算出各自的负载率计算出各自的负载率 本讲稿第九十五页，共一百五十页变压器的不对称运行变压器的不对称运行及瞬态过程及瞬态过程主要讨论不对称运行及其分析方法瞬态过程只要了解其概念本讲稿第九十六页，共一百五十页三相变压器不对称运行三相变压器不对称运行不对称不对称各相电流各相电流(或电压，电势或电压，电势)大小有大小有可能不同，相位也不依次差可能不同，相位也不依次差120对称分量法对称分量法对称分量法对称分量法各序等效电路，叠加原理各序等效电路，叠加原理三相三相中点浮动问题中点浮动问题三相三相ABC本讲稿第九十七页，
41、共一百五十页基本概念基本概念不对称运行状态的主要原因：外施电压不对称外施电压不对称。三相电流也不对称。各相负载阻抗不对称各相负载阻抗不对称。当初级外施电压对称，三相电流不对称。不对称的三相电流流经变压器，导致各相阻抗压降不相等，从而次级电压也不对称。外施电压和负载阻抗均不对称外施电压和负载阻抗均不对称。本讲稿第九十八页，共一百五十页着重分析l不对称运行的分析方法l正序阻抗、负序阻抗及零序阻抗的物理概念及测量方法l危害性三相变压器在Y，yn连接时相电压中点浮动的原因及其危害本讲稿第九十九页，共一百五十页l对称的三相系统：三相中的电压Ua、Ub、Uc对称，只有一个独立变量。如三相相序为a、b、c，
42、由Ua得出其余两相电压Ub=2 Ua,Uc=Ua(41)l复数算子复数算子ej120e-j240=cos120+j sin120 2ej240e-j1203ej360ej01ABC本讲稿第一百页，共一百五十页l三三相相不不对对称称系系统统：三三相相中中的的电电压压UaUa、UbUb、UcUc互互不相关不相关大小不一定相等，相位关系不固定lUa、Ub、Uc为三个独立变量本讲稿第一百零一页，共一百五十页对称分量法对称分量法l把把不对称不对称的三相系统分的三相系统分解为三个独立的对称系统，解为三个独立的对称系统，即即正序系统正序系统、负序系统负序系统和和零序系统零序系统本讲稿第一百零二页，共一百五十
43、页例：例：lUa、Ub、Uc为不对称三相电压l下标“+”、“-”、“0”分别表示正序、负序和零序本讲稿第一百零三页，共一百五十页 本讲稿第一百零四页，共一百五十页正序电压正序电压Ua+、Ub+、Uc+组成正序系统组成正序系统约束条件Ub+=2 Ua+,Uc+=Ua+l性性质质：每每相相大大小小相相等等，彼彼此此相相位位差差120120，相相序序为为a-b-ca-b-c。A+B+C+本讲稿第一百零五页，共一百五十页各相负序电压各相负序电压Ua-、Ub-、Uc-组成负序组成负序系统系统l约束条件Ub-=Ua-,Uc-=2Ua-l性性质质：每每相相大大小小相相等等，彼彼此此相相位位差差120120，
44、相相序为序为a-c-ba-c-b。A-C-B-逆时针本讲稿第一百零六页，共一百五十页各相零序电压各相零序电压Ua0、Ub0、Uc0组成零序组成零序系统系统l约束条件Ub0=Ua0,Uc0=Ua0l性质：每相大小相等且同相位性质：每相大小相等且同相位。l共同性质：三相大小相等，彼此之间相位差相等三相大小相等，彼此之间相位差相等A0B0C0本讲稿第一百零七页，共一百五十页本讲稿第一百零八页，共一百五十页（1）正序、负序和零序系统都是对称系统。当求得各个对称分量后，再把各相的三个分量叠叠加加便得到不对称运行情形。（2）不同相序具有不同阻抗参数，电流流经电机和变压器具有不同物理性质。（3）对称分量法根
45、据叠加原理，只适用于线性参数的电路中。结论本讲稿第一百零九页，共一百五十页次级侧突然短路时的瞬态过程次级侧突然短路时的瞬态过程l突然短路电流l过电流的影响发热现象电磁力作用本讲稿第一百一十页，共一百五十页1.突然短路电流突然短路电流稳态短路电流分量-决定于电压和短路阻抗的大小决定于电压和短路阻抗的大小瞬态短路电流分量还与短路时电压初相较有关还与短路时电压初相较有关本讲稿第一百一十一页，共一百五十页突然短路电流的最大值与衰减突然短路电流的最大值与衰减1.当K时，瞬态电流分量为0，短路后立刻进入稳态。2.当K90时，瞬态分量有最大值，在短路后的半周期电流达到最大值。本讲稿第一百一十二页，共一百五十
46、页2.过电流的影响过电流的影响过电流情况分析过电流情况分析：设外施电压为额定值，zk*=0.055，rk/xk=1/3，则短路瞬间的冲击电流很大。本讲稿第一百一十三页，共一百五十页2.过电流的影响过电流的影响发热现象发热现象：设外施电压为额定值，zk*=0.055，则短路电流产生的铜损耗是正常铜损耗的182倍。影响：使绕组温度急剧上升，产生过热，需进行过热保护使绕组温度急剧上升，产生过热，需进行过热保护使绕组温度急剧上升，产生过热，需进行过热保护使绕组温度急剧上升，产生过热，需进行过热保护。本讲稿第一百一十四页，共一百五十页2.过电流的影响过电流的影响电磁力作用电磁力作用：设外施电压为额定值，
47、zk*=0.055，则电磁力（由漏磁场和电流作用产生由漏磁场和电流作用产生）也与电流的平方成正比，绕组上产生很大的机械应力，径向有外张力和内压力，轴向里从绕组两端挤压绕组。措施：加强绕组的机械强度；设计较大的短路阻抗限制电流加强绕组的机械强度；设计较大的短路阻抗限制电流加强绕组的机械强度；设计较大的短路阻抗限制电流加强绕组的机械强度；设计较大的短路阻抗限制电流。本讲稿第一百一十五页，共一百五十页变压器空载合闸时的瞬态过程变压器空载合闸时的瞬态过程l合闸瞬间的励磁电流l过电流的影响继电保护的误动本讲稿第一百一十六页，共一百五十页1.合闸瞬间的励磁电流合闸瞬间的励磁电流励磁电流瞬时值im：忽略r1
48、im。假设电感为常数Lav，则：本讲稿第一百一十七页，共一百五十页1.合闸瞬间的励磁电流合闸瞬间的励磁电流磁通的解，包括稳态分量1和瞬态分量1：(1)接通电源瞬间=0(2)接通电源瞬间=90本讲稿第一百一十八页，共一百五十页2.空载合闸过电流的影响空载合闸过电流的影响数倍于额定电流，远小于短路电流，对变压器本身无直接危害合闸开始后数周期内的冲击电流可能使变压器的保护装置误动作措施措施：合闸使串如限流电阻，（1）限制冲击电流；（2）使其快速衰减。本讲稿第一百一十九页，共一百五十页电力系统中的特种变压器电力系统中的特种变压器三绕组变压器自耦变压器电压互感器和电流互感器本讲稿第一百二十页，共一百五十
49、页一、一、三绕组变压器三绕组变压器l结构特点 三绕组变压器的结构和双绕组变压器相似，在每个铁芯柱上同心排列着三个绕组，即高压绕组l、中压绕组2、低压绕组3l相互间传递功率较多的绕组应当靠得近些相互间传递功率较多的绕组应当靠得近些。本讲稿第一百二十一页，共一百五十页低压绕组中压绕组为绝缘方便，高压绕组在最外层本讲稿第一百二十二页，共一百五十页电压方程式电压方程式l以降压变压器为例，从高压电网传送来的功率分别传送到中压电网和低压电网。U1、U2、U3分别表示高压、中压和低压电压。l用每绕组的自感系数和各绕组间的互感系数作为基本参数。令L1、L2、L3为各绕组自感系数，M12M21为1与2绕组间互感
50、系数；M13=M31为1与3绕组间互感系数；M23=M32为绕组2与3间互感系数。本讲稿第一百二十三页，共一百五十页本讲稿第一百二十四页，共一百五十页当外施电压为正弦波且稳定运行时，电压方程式当外施电压为正弦波且稳定运行时，电压方程式：L1、L2、L3 为各绕组自感系数为各绕组自感系数M12M21 为为1与与2绕组间互感系数绕组间互感系数M13=M31 为为1与与3绕组间互感系数绕组间互感系数M23=M32 为绕组为绕组2与与3间互感系数间互感系数本讲稿第一百二十五页，共一百五十页各绕组间的变比各绕组间的变比本讲稿第一百二十六页，共一百五十页归算至初级侧的电压方程：归算至初级侧的电压方程：磁势