第5章变压器000002.ppt

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1、第五章 变压器 Transformer,本 章 要 求：,熟练掌握变压器的工作原理，了解其结构。 能正确使用变压器的额定值 。 掌握变压器空载、负载运行时的物理过程 。 掌握变压器的等效电路、方程和相量图。 掌握本章分析问题的方法。 掌握参数折算的原则 ，并能熟练利用等效电路进行计算。, 5-1 概述,一、变压器的基本工作原理,二 、变压器的用途 变压器是一种静止的交流电器，它可以将一个等级的交流电压变换成另一个等级的交流电压。 1、电力系统中输配电,简单的电力系统示意图,使用中的电力变压器,电力变压器,电源变压器,2、进行阻抗变换 3、测量大电流、高电压 三、分类 变压器的种类很多，可按其用

2、途、结构、相数、冷却方式等不同来进行分类。 Transformer：变压器，以TR表示，以下同。,1、按用途分类，可分为电力变压器（主要用在输配电系统中，又分为升压变压器、降压变压器、联络变压器和厂用变压器）、仪用互感器（电压互感器和电流互感器）、特种变压器（如调压变压器、试验变压器、电炉变压器、整流变压器、电焊变压器等）。用途分：电力TR、调压TR、仪用TR、特种TR 2、按绕组数目分类:可分为双绕组变压器,三绕 组变压器、多绕组变压器和自耦变压器。 3、按铁心结构分类，有心式变压器和壳式变压器。,4、按相数分类，有单相变压器、三相变压器和多相变压器。 5、按冷却介质和冷却方式分类，可分为油

3、浸式变压器（包括油浸自冷式、油浸风冷式、油浸强迫油循环式）、干式变压器、充气式变压器。 6、电力变压器按容量大小通常分为小型变压器（容量为10630kVA）、中型变压器（容量为8006300kVA）、大型变压器（容量为800063000kVA）和特大型变压器（容量在90000kVA及以上）。,绕组分：双绕组TR、三绕组TR、自耦TR,铁芯结构分：芯式TR、组式TR 相数分：单相TR、三相TR,心式变压器,三相整流变压器,四、结构,主要由铁芯、绕组组成 铁芯构成TR的磁路，由硅钢片叠成 绕组组成TR的电路，用铜或铝线绕在铁芯上,变压器简化图:,1、铁心和绕组：变压器中最主要的部 件，他们构成了变

4、压器的器身。 1）铁心：构成了变压器的磁路，同时又是套装绕组的骨架。铁心由铁心柱和铁轭两部分构成。铁心柱上套绕组，铁轭将铁心柱连接起来形成闭合磁路。 铁心材料：为了提高磁路的导磁性能，减少铁心中的磁滞、涡流损耗，铁心一般用高磁导率的磁性材料硅钢片叠成。硅钢片有热轧和冷轧两种，其厚度为0.350.5mm，两面涂以厚0.020.23mm的漆膜，使片与片之间绝缘。,铁心型式 ：变压器铁心的结构有心式、壳式和渐开线式等形式。壳式结构的特点是铁心包围绕组的顶面、底面和侧面，如图所示。心式结构的特点是铁心柱被绕组包围，如图所示。壳式结构的机械强度较好，但制造复杂，,心式结构比较简单，绕组的装配及绝缘比较容

5、易，电力变压器的铁心主要采用心式结构。 铁心叠装 ：变压器的铁心一般是由剪成一定形状的硅钢片叠装而成。为了减小接缝间隙以减小激磁电流，一般采用交错式叠法，使相邻层的接缝错开。 铁心截面:铁心柱的截面一般作成阶梯形，以充分利用绕组内圆空间。容量较大的变压器，铁心中常设有油道，以改善铁心内部的散热条件，如图所示。,2）绕组：绕组是变压器的电路部分，它由铜或 铝绝缘导线绕制而成 。 一次绕组（原绕组）：输入电能 二次绕组（副绕组）：输出电能 他们通常套装在同一个心柱上，一次和二次绕组具有不同的匝数，通过电磁感应作用，一次绕组的电能就可传递到二次绕组，且使一、二次绕组具有不同的电压和电流。,其中，两个

6、绕组中，电压较高的我们称为高压绕组，相应的电压较低的称为低压绕组。从高、低压绕组的相对位置来看，变压器的绕组又可分为同心式、交迭式。由于同心式绕组结构简单，制造方便，所以，国产的均采用这种结构，交迭式主要用于特种变压器中。 2、其他部件：除器身外，典型的油锓电力变压 器中还有油箱、变压器油、绝缘套管及继电保护装置等部件。,五、大型TR的冷却,油浸自冷 油浸风冷 强迫油循环冷,六、TR的额定值,1、额定容量SN 额定容量是指额定运行时的视在功率。以 VA、kVA或MVA表示。由于变压器的效率很高，通常一、二次侧的额定容量设计成相等。 2、额定电压U1N和U2N 正常运行时规定加在一次侧的端电压称

7、为变压器 一次侧的额定电压U1N。二次侧的额定电压U2N 是 指变压器一次侧加额定电压时二次侧的空载电压。额定电压以V或kV表示。对三相变压器，额定电压是指线电压。 3、 额定电流I2N和I2N,根据额定容量和额定电压计算出的线电流，称为 额定电流，以A表示。 对单相变压器 对三相变压器 4、额定频率 fN 除额定值外，变压器的相数、绕组连接方式及联结组别、短路电压、运行方式和冷却方式等均标注在铭牌上。额定状态是电机的理想工作状态，具有优良的性能，可长期工作。,例1 一三相TR：Y/Y接, SN=180KVA, U1N/ U2N=10/0.4KV,求I1N, I2N,k.,I1N=10.4A,

8、 I2N=259.8A,K=U1ph/U2ph=25,K=相电压之比,Empty Running of Single Transformer,5-2单相变压器的空载运行,一、空载运行时的物理状况 1. 空载运行含义 原边：接电源一侧。称初级侧、一次侧。 付边：接负载一侧。称次级侧、二次侧。 变压器原绕组接通电源，付绕组开路的工作状态。,任务：分析空载运行内部电磁关系，求基本方程式、相量图和等效电路。,重点：空载运行时的物理过程；分析方法。,原边不一定是高压边。,注意!,2、物理过程,主磁通： 漏磁通：,主磁通和漏磁通在性质上的不同： 1）由于铁磁材料有饱和现象，所以主磁路的磁阻不是常数，主磁通

9、与建立它的电流之间呈非线性关系。而漏磁通的磁路大部分是非铁磁材料组成，所以漏磁路的磁阻基本上是常数，漏磁通与产生它的电流呈线性关系 2）主磁通在原、副绕组中均感应电动势，当副方接上负载时便有电功率向负载输出，故主磁通起传递能量的作用。而漏磁通仅在原绕组中感应电动势，不能传递能量，仅起压降作用。因此，在分析变压器和交流电机时常将主磁通和漏磁通分开处理。,1）性质上： 与 成非线性关系， 与 成线性关系； 2）数量上： 占99%以上， 仅占1%以下； 3）作用上： 起传递能量的作用， 起漏抗压降作用。,3.正方向的规定： 从理论上讲，正方向可以任意选择，因各物理量的变化规律是一定的，并不依正方向的

10、选择不同而改变。但正方向规定不同，列出的电磁方程式和绘制的相量图也不同。在电机方向的学科中通常按习惯方式规定正方向，称为惯例。具体原则如下： 1）在负载支路，电流的正方向与电压降的正方向一致，而在电源支路，电流的正方向与电动势的正方向一致,2）磁通的正方向与产生它的电流的正方向符合右手螺旋定则 3）感应电动势的正方向与产生它的磁通的正方向符合右手螺旋定则,电压u1,u2的正方向表示电位降低，电动势e1,e2的正方向表示电位升高。在原方，u1由首端指向末端， 从首端流入。当u1与 同时为正或同时为负时，表示电功率从原方输入，称为电动机惯例。在副方，u2和 的正方向是由e2的正方向决定的，即i2沿

11、e2的正方向流出。当u2和i2同时为正或同时为负时，电功率从副方输出，称为发电机惯例。,二.空载运行时的电动势和电压平衡方程,电动势与磁通的关系： 假定主磁通按正弦规律变化，即 =msint 1. 二绕组中感应电动势的瞬时值为 ：,式中：,电压方程,电势正方向：电位升高方向。,原边：,付边：,注意：从上面的表达式中我们可以看出， 电 动势总是滞后与产生的他的磁通90。 2. 电动势平衡方程式： 根据对正方向的规定，可以得到空载时电动势平衡方程式： 将漏感电动势写成压降的形式 ：,3.变压器的变比： 在变压器中，原、副绕组的感应电动势E1和E2之比称为变压器的变比，用 表示，即： 上式表明，变压

12、器的变比等于原、副绕组的匝数比。当变压器空载运行时，由于U1E1 ，U20E2，故可近似地用空载运行时原、副方的电压比来作为变压器的变比，即,对于三相变压器，变比是指原、副方相 电动势之比，也就是额定相电压之比。 4、空载电流： 变压器空载运行时原绕组中的电流 I0主要用来产生磁场，又称为励磁电流，所以对于这个电流我们要重点看一下： 1）当不考虑铁心损耗时，励磁电流是纯磁化电流，用 IO 来表示。由于磁路有饱和现象，磁化电流 I0 与产生它的磁通之间的关系是非线性的。当磁通按正弦,规律变化时，励磁电流为尖顶波，根据谐 波分析方法，尖顶波可分解为基波和3、5、7次谐波。除基波外，三次谐波分量最大

13、。这就是说，由于铁磁材料磁化曲线的非线性关系，要在变压器中建立正弦波磁通，励磁电流必须包含三次谐波分量。 为了在相量图中表示励磁电流，可以用等效正弦波电流来代替非正弦波励磁电流，其有效值为,空载电流波形,磁路饱和时， 正弦， 尖顶， 正弦， 平顶。,结论：,变压器磁路不饱和时，磁通和空载电流均按正旋规律变化，波形为正旋波。 因而：要得到一个正旋波的磁通，励磁电流中的高次谐波分量是必须的，即励磁电流波形必须是尖顶波,磁路饱和（变压器正常工作时）， 为正弦波， 是尖顶波，如果 为正弦波，则 是平顶波。,从上图中，可以看出励磁电流 与磁通是同相位的。 2）当考虑铁心损耗时，励磁电流 中还必须包含铁耗

14、分量，即 或 这时激磁电流 将超前磁通一相位角,因而： 空载电流：,1）作用和组成,一方面：用来励磁，建立磁场-无功分量 二方面：供变压器空载损耗-有功分量,2）性质和大小,性质：主要是感性无功性质-也称励磁电流；大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关，用空载电流百分数I0%来表示。,三、空载时的向量图和等效电路: 1)空载时的向量图,带铁心的电感线圈的等值电路,变压器空载运行时并联形式的等值电路,R1是原绕组的电阻， 是对应原绕组漏磁 路磁导的电抗，它们数值很小且为常数。 但 却受铁心饱和度的影响，不是常数。当频率一定时，若外加电压升高，则主磁通增大，铁心饱和度程度增加，磁

15、导m下降， 减小。同时铁耗pFe增大，但pFe增大的程度比 增大的程度小，由pFe= Rm，则Rm亦减小 。反之,若外加电压降低,则Rm , 增大 .但通常外加电压是一定的,在正常运行范围内(从空载到满载),主磁通基本不变，磁路的饱和程也基本不变，因而Rm、 m可近似看着常数。很显然，从上面的分析我们可以总结出：Rm是表征铁心损耗的一个参数，而Xm是表征主磁通磁化性能的一个参数。,单相变压器的空载运行,各量的电磁关系：,单相变压器的空载运行,小结:,（1）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡,若忽略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定.,（2）主磁通大小由电源电压、电源频率和一

16、次线圈匝数决定，与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。,（3）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。,（4）电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的电流的比值，线性磁路中，电抗为常数，非线性电路中，电抗的大小随磁路的饱和而减小。,第三节 变压器的负载运行,一、负载运行含义 指变压器原绕组接通 电源,付绕组接负载 的工作状态。 空载运行时原边电流 I1很小,付边I2=0，,二、负载运行的物理过程及电磁关系,负载运行时,原付边都有电流。其物理过程及物理量的关系为：,负载运行时的电磁关系,即从空载电流 变为负载时的电流 。原绕组的磁动势也从空载磁动

17、势F0变为 负载时的主磁通m就是由原、副绕组的合成磁动势产生的，即: 于是变压器在负载时的电磁关系重新达到平衡。,当副边电流增加时，原边电流增加还是减少？为什么？,三、负载运行时的基本方程式,（一）负载运行时的磁动势平衡方程式： 负载运行时的磁动势平衡方程式可写为：,表明：,磁势 由两部分组成，一部分用来产生励磁磁势 ，另一部分用来抵消副边 的作用； 或者说，为了保持从空载到负载励磁磁势 不变，原边磁势由 增加到 ， 增加的那一部分用来抵消副边 的作用； 同样可以解释电流的变化,这说明变压器负载运行时通过磁动势平衡，使原、副方的电流紧密地联系在一起，副方通过磁动势平衡对原方产生影响，副方电流的

18、改变必将引起原方电流的改变，电能就是这样从原方传到了副方。,在副边，电动势平衡方程式为：,（二）电动势平衡方程式： 在原边，电动势平衡方程式为,式中，Z2 =R2+ j ,副绕组的漏阻抗， R2 ， 分别为副绕组的电阻和漏电抗。,单相变压器负载运行时的基本方程式为：,四、变压器的等值电路及相量图 （一）变压器绕组的折算： 由于原、副绕组的匝数NN，原、副绕组的感应电动势12，这就给分析变压器的工作特性和绘制相量图增加了困难。为了克服这个困难，常用一假想的绕组来代替其中一个绕组，使之成为变比k=的变压器，这样就可以把原、副绕组联成一个等效电路，从而大大简化变压器的分析计算。这种方法称为绕组折算。

19、折算后的量在原来的符号上加一个上标号“”以示区别。,折算的本质：在由副方向原方折算时， 由于副方通过磁动势平衡对原方产生影响，因此，只要保持副方的磁动势不变，则变压器内部电磁关系的本质就不会改变。即折算前后副方对整个回路的电磁关系的影响关系不能发生变化！副方各量折算方法如下： 1）副方电流的折算值 :,2）付方电动势的折算值：,3）付方漏阻抗的折算值： 根据折算前后副绕组的铜损耗不变的原则,1、电压、电势扩大到k倍 ；,将低压绕组折算到高压绕组后：,2、电流缩小到1/k倍,3、阻抗扩大到k2倍。,将高压绕组折算到低压绕组后：,1、电压、电势缩小到1/k倍；,2、电流扩大到k倍,3、阻抗缩小到1

20、/k2倍 。,折算后得基本方程式,(二）等效电路：,等效电路图的简化： 考虑到ZmZ1，I1NI0，当负载变化时，变化很小，可以认为不随负载的变化而变化。这样，便可把T型等效电路进行简化处理：,通常在做定性分析时用相量图比较形象直观，而在做定量计算时用等效电路比较简便。,(三)相量图,5.4 标么值,在工程计算中，各物理量往往不用实际值表示，而采用相应的标幺值来进行表示： 标么值=实际值/基值 通常取各量的额定值作为基值。,采用标幺值的优点： 1.采用标么值可以简化各量的数值，并能直观地看出变压器的运行情况。 2.采用标么值计算，原、副方各量均不需要折算 3.用标么值表示，电力变压器的参数和性

21、能指标总在一定的范围之内，便于分析比较。例如短路阻抗Zk*=0.040.175，空载电流 I0*=0.020.10。 4.采用标么值，某些不同的物理量具有相同的数值。 Z k*=UKN*,5-5 变压器参数的测定,变压器等效电路中的各种电阻、电抗或阻抗如Rk、 xk、 Rm、 xm等称为变压器的参数，它们对变压器运行能有直接的影响。所以，我们有必要看一下各种参数是如何测定得通过实验的方法。 一、空载实验： 试验目的:测定变压器的空载电流I0、变比k、 空载损耗p0及励磁阻抗Zm=Rm+jxm。 空载试验接线：如图所示,注意：,为了便于测量和安全起见， 通常在低压侧加电压，将高压侧开路。,实验过

22、程：,外加电压从额定电压开始在一定范围内进行调节,实验目的：,在电压变化的过程中，记录相应的空载电流， 空载损耗，作出相应的曲线，找出当电压 为额定时相对应的空载电流和空载损耗， 作为计算励磁参数的依据。,结论：,Z0=Z1+Zm=（R1+j）+（Rm+jm）。通常RmR1，m 1，故可认为Z0 Zm=Rm+jm，于是： 这样，我们测得相关参数。,注意：,1.由于励磁参数与磁路的饱和程度有关， 故应取额定电压下的数据来计算励磁参数。,2.对于三相变压器，按上式计算时U1、I0、p0均 为每相值。但测量给出的数据却是线电压、线 电流和三相总功率.,3.此时的空载损耗p0为铁耗.。,由于空载试验是

23、在低压侧进行的，故测得的激磁参数是折算至低压侧的数值。如果需要折算到高压侧，应将上述参数乘2。这里是变压器的变化，可通过空载试验求出：,： 实验过程：将变压器的副边直接短路，副边的电压等于零，称为变压器短路运行方式。 实验方法：为便于测量，通常在高压侧加电压，将低压侧短路。短路试验将在降低电压下进行，使Ik不超过1.2I1N。 实验目的：在不同的电压下测出短路特性曲线Ik=f(Uk)、pk=f（Uk），如图所示，根据额定电流时的pk、Uk值，可以计算出变压器的短路参数。,二、短路实验,1.短路时，从短路的等效电路图可以看出，此时的短路损耗以铜耗为主. 2.因电阻会随着温度发生变化，所以，我们的

24、所得值要换算到标准工作温度下75度： ( 对铜导线而言）,注意：,。,所以，相应的短路损耗和短路电压 应换算到750C的值,对于三相变压器，按上式计算时pk、Ik、Uk均为一相的数值,三、变压器的阻抗电压,短路电压是变压器的重要参数，它的大小直接反映了短路阻抗的大小，而短路阻抗直接影响变压器的运行性能。,从正常运行角度，希望它小些，这样可使副边电压随负载波动小些；从限制短路电流角度，希望它大些。,5-5 变压器的运行特性,变压器的运行特性有： 1、外特性 2、效率特性 一、变压器的外特性 当原绕组外加电压和副绕组的负载功率因数不变时，副边端电压U2随负载电流I2变化的规律叫变压器的外特性，U2

25、=f(I2),电压变化率：,这是电压变化率的定义式计算公式,2、简化公式：通过向量图,我们可以将电压变化率得求解公式进行简化。,P,Q,D,用标么值表示： =Rk*cos2+xk*sin2100% ：称为变压器的负载系数 ， 由此，当U1=U1N，cos 2 =常数时，我们 可以作出相应的U2随着I2变化的U2=f(I2)曲线：,此曲线我们称之为变压器的外特性。 此外，需要注意的是：当负载为感性时 上式说明，电压变化率与负载的大小 （值）成正比。在一定的负载系数下， 漏阻抗（阻抗电压）的标么值越大，电压变化率也越大。此外，电压变化率还与负载的性质，即功率因角数 2的大小和正负有关。,二、变压器

26、的损耗和效率： 1、变压器的功率关系： 变压器原边从电网吸收电功率P1，其中很小部分功率消耗在原绕组的电阻上(pcu1=mI12R1)和铁心损耗上(pFe=mI02Rm)。其余部分通过电磁感应传给副绕组，称为电磁功率PM。副绕组获得的电磁功率中又有很小部分消耗在副绕组的电阻上(pcu2=mI22R2)，其余的传输给负载，即输出功率:,这样，变压器的功率关系可表示如下： 所以变压器的效率为： 2、效率的求解： 1）以按给定负载条件直接给变压器加负载，测出输出和输入有功功率就可以计算出来。这种方法称为直接负载法,2）电力变压器可以应用间接法计算效率， 间接法又称损耗分析法。其优点在于无需给变压器直

27、接加负载，也无需运用等效电路计算，只要进行空载试验和短路试验，测出额定电压时的空载损耗p0和额定电流时的短路损耗pkN就可以方便地计算出任意负载下的效率。 在应用间接法求变压器的效率时通常作如下假定：,1.忽略变压器空载运行时的铜耗，用额定电压下的空载损耗p0来代替铁耗pFe，即pFe=p0，它不随负载大小而变化，称为不变损耗； 2.忽略短路试验时的铁耗，用额定电流时的短路损耗pkN来代替额定电流时的铜耗。但需要注意的是：,不同负载时的铜耗与负载系数的平方成正比， 当短路损耗pk不是在IK=IN时测的，则pkN=(IN/IK)2PK。 3. 不考虑变压器副边电压的变化，即认为U2=U2N不变，

28、这样便有 P2=mU2I2cos2=mU2NI2N(I2/I2N)cos2 = SN cos 2,这样，效率的公式可变为： 以上的假定引起的误差不大（不超0.5），却给计算带来很大方便，电变压器规定都用这种方法来计算效率。 3.效率特性： 上式说明，当负载的功率因数cos 2一定时，效率随负载系数而变化。图为变压器的效率曲线。,特性分析： 1.空载时输出功率为零，所以=0。 2.负载较小时，损耗相对较大，功率较低。 3.负载增加，效率亦随之增加。超过某一负载时，因铜耗与成正比增大，效率反而降低，最大效率出现在 =0的地方。因此，取对的导数，并令其等于零，即可求出最高效率max时的负载系数m,=

29、,即当不变损耗（铁耗）等于可变损耗（铜耗）时效率最大。 由于变压器总是在额定电压下运行，但不可能长期满负载。为了提高运行的经济性，通常设计成m=0.50.6，这样， 使铁耗较小,5-6 三 相 变 压 器,现代电力系统都采用三相制，故三相变压器使用最广泛。但三相变压器也有其特殊的问题需要研究，例如三相变压器的磁路系统、三相变压器绕组的连接方法和联结组、三相变压器空载电动势的波形和三相变压器的不对称运行等。此外，变压器的并联运行也放在本章讨论。,一. 三相变压器的磁路系统,三相变压器的磁路系统可分为各相磁路独立和各相磁路相关两大类。 （一)独立磁路系统: 三相变压器组或组式三相变压器,如图所示,

30、(二)相关磁路系统,特点：1.显然各相磁路相互独立彼此无关 2.当原方接三相对称电源时，各相主磁通和励磁电源也是对称的。 如图所示，,可见，此时的各相磁通之间是相互联系的，即： 特点：在这种铁心结构的变压器中，任一瞬间某一相的磁通均以其他两相铁心为回路，因此各相磁路彼此相关联。,二、三相变压器的电路系统,（一）三相绕组的连接方法： Y、 D （ ）接两种 Y接，将末端连在一起 ； 接，将三相绕,组串联在一起,三相绕组连接的表达方式： Y/;Y0/;Y/Y等 高压边连接方法/低压边连接方法 0：表示中线 国标：Y,d; D,d; YN,yn等表示 N(n)：表示中线,变压器的连接原则 电网线电压

31、=变压器原边额定线电压 变压器付边额定线电压=负载额定线电压 有时变压器不符合，可以改变连接方法，来满足要求 例1 ： 电网UN=10000V，,变压器:U1/U2=10000/400V,Y/Y;,负载： UN=230V,D接三相异步机。如何连接？,例2 ： 电网UN=6000V，Tr:U1/U2=3460/380V,D,y; 负载： UN=220V,Y接三相异步机。如何连接？ Tr改为：Y，d；,Tr改为：Y，d；异步机D。,或Tr:Y/Y;异步机Y,同极性端：用圆点表示,(二)三相变压器的连接组 1单相变压器绕组的标志方式,同极性(名)端：由于变压器高、低压绕组交链着同一主磁通，当某一瞬间

32、高压绕组的某一端为正电位时，在低压绕组上必有一个端点的电位也为正，则这两个对应的端点称为同极性端，并在对应的端点上用符号“”标出。,注意：绕组的极性只决定于绕组的绕向，与绕组首、尾端的标志无关。规定绕组电动势的正方向为从首端指向末端。当同一铁心柱上高、低压绕组首端的极性相同时，其电动势相位相同，如图所示。当首端极性不同时，高、低压绕组电动势相位相反，如图：,原边用大写AX表示，ax表示副边,A，a表示对应绕组的首端,X，x表示对应绕组的末端,时钟表示法：I/I0或I/I12、 I/I6,2、三相变压器的绕组接法,常用连接方法有星形（Y）连接和三角形（）、（D）连接。,原边AX、BY、CZ,副边

33、ax、by、cz,（1）. 星形（Y）,顶点A、B、C是顺时针的,引出中线 则为YN,. 三角形（D）,顶点A、B、C是顺时针的,另一种D接法,确保顶点A、B、C是顺时针的,3 三相变压器的联接组别,绕组的连接方法有：Y、YN和D 原边用大写 副边用小写：y、yn和d 原副边取各种组合，得到不同的联接组别,Y，y联接,Y，y0,A点=a点,Y，y6,A点=a点,Y，y4怎样获得？,*.a点=A点 *.EAB指向12，Eab指向4 *.定bc顶点 *.观察原副边的对应关系,A点=a点,如果高低绕组的三相标记不变，将低压绕组的三相标记依次轮换，如ba，cb，ac；yx，zy，xz，则可得到其他联结

34、组别，例如Y，y4；Y，y8；Y，y10；Y，y2等偶数联结组。 2、Y，d接法,Y，d1怎样获得？,Y，d1或,小结：三相变压器判断连接组 1）画出原边的相电势位形图； 2）将A,a重合画出付边的相电势位形图，注意与原方相电势的关系：与哪相电势同相，或反相。 3)根据 的相位关系，确定连接组号，相位差30度，差1点,（二）三相变压器的联结组,1、绕组的端点标志与极性： 首先，我们来了解一下变压器出线端的标志符号：,注意：绕组的极性只决定于绕组的绕向，与绕组首、尾端的标志无关。规定绕组电动势的正方向为从首端指向末端。当同一铁心柱上高、低压绕组首端的极性相同时，其电动势相位相同，如图所示。当首端

35、极性不同时，高、低压绕组电动势相位相反，如图：,2、单相变压器的联结组： （1）变压器的联结组：三相变压器高、低压绕组对应的线电动势之间的相位差，通常用时钟法来表示，称为变压器的联结组。 （2）时钟法：即把高压绕组的线电动势相量作为时钟的长针，且固定指向12的位置，对应的低压绕组的线电动势相量作为时钟的短针，其所指的钟点数就是变压器联结组的标号。,（3）单相变压器的联结组号： 如图所示：对于单相变压器，当高、低压绕组电动势相位相同时，联结组为I，I0，其中I，I表示高、低压绕组都是单相绕组。当高、低压绕组电动势相位相反时，其联结组为I，I6。,三、三相绕组的联结方式： 对于三相变压器，不论是高

36、压绕组还是低压绕组， 我国主要采用星形连接（Y连接）和三角形连接（D连接）两种。 星形连接方式：以高压绕组为例，把三相绕组的个末端X、Y、Z连在一起，结成中点，而把它们的三个首端A、B、C引出，便是星形连接，以符号Y表示。 三角形连接方式：如果把一相的末端和另一相首端连接起来，顺序形成一闭合电路，称为三角形连接，用D表示。 注意：相应的是对于低压侧而言，用 y,d表示。,四、三相变压器的联结组： 三相变压器的联结组高、低绕组对应线电动势之间的相位差，不仅与绕组的极性（绕法）和首末端的标志有关，而且与绕组的连接方式有关。 1、Y，y接法 如图所示：,当各相绕组同铁心柱时，Y，y接法有两种情况。

37、1）、高、低压绕组同极性端有相同的首端标志，高、低压绕组相电动势相位相同，则高、低压绕组对应线电动势和也同相位，其联结组为Y，y0。 2）、同极性端有相异的端点标志，高、低压绕组相电动势相位相反，则对应的线电动势和相位也相反，因此其联结组为Y，y6。,在用相量图判断变压器的联结组时应注意以下几点： 1）绕组的极性只表示绕组的绕法，与绕组首末端的标志无关； 2）高、低压绕组的相电动势均从首端指向末端，线电动势从A指向B； 3）同一铁心柱上的绕组（在连接图中为上下对应的绕组），首端为同极性时相电动势相位相同，首端为异极性时相电动势相位相反； 4）相量图中A、B、C与a、b、c的排列顺序必须同为顺时

38、针排列，即原、副方同为正相序。,5)对于Y,y连接而言,可的0,2,4,6,8,10六个偶数的联结组号. 相对于Y,d而言,就可的1,3,5,7,9,11六个奇数的联结组号. 5、标准联结组： 总的来说，Y，y接法和D，d接法可以有0、2、4、6、8、10等6个偶数联结组别，Y，d接法和D，d接法可以有1、3、5、7、9、11等6个奇数组别，因此三相变压器共有12个不同的联结组别。为了使用和制造上的方便，我国国家标准规定只生产下列5种标准联结组别的电力变压器，即Y，yn0；Y，d11；YN，d11；YN，y0；Y，y0。其中以前3种最为常用。对于单相变压器，标准联结组为I，I0。,四 变压器励

39、磁电流/磁通/电势波形 （1）励磁电流和磁通波形关系 变压器中的电势e由磁通变化(d/dt)引起，当为正弦时，e为相位上滞后90度的正弦函数；若非正弦时，e将发生畸变，这是应当避免的。下面讨论如何获得正弦。 励磁电流im产生磁势Fm，Fm在铁心中产生磁通。的波形由im的波形决定。,不饱和时正弦的励磁电流产生正弦的磁通,当磁路不饱和时，和im是直线关系。 即正弦的由正弦im产生。,饱和时正弦的磁通必须由尖顶的励磁电流产生,饱和时正弦的励磁电流产生平顶的磁通,结论： 不饱和时，正弦的由正弦im产生。饱和时，正弦的必须由尖顶的im产生。如果im仍为正弦，则产生的是平顶波。 平顶的中含有较大的3次谐波

40、磁通，如果不加以抑制，将产生含有3磁谐波的感应电势。,当磁路饱和时，和im是不再是直线关系。正弦的im无法产生正弦的,只能产生平顶的。 正弦的必须由尖顶的im产生。 尖顶的im中除了基波分量i01外，还有较大的3次谐波分量i03等。,（2）磁通和感应电势波形关系 相电势e由磁通变化(d/dt)引起，当为正弦时，e为相位上滞后90度的正弦函数；若非正弦时，e将发生畸变。,结论：正弦的磁通产生正弦感应电势； 平顶的磁通产生尖顶的感应电势。,（3）不同联结组电势波形分析 为了保证磁通和感应电势为正弦，励磁电流必须为尖顶波，即必须含有3次谐波分量。可见联接组的接线应当提供3次谐波的流通路径。否则，励磁

41、电流中不会有3次谐波。 单相变压器的3次谐波电路是通的，所以单相变压器的励磁电流中含有3次谐波(为尖顶波)，其磁通和感应电势均为正弦波。,YN,Y/D,y/Y,d联结的三相变压器：3次谐波电流可以通过中线或者在三角形回路中流通，所以这类联结组的励磁电流中含有3次谐波，其磁通和电势均为正弦波。 Y,y联结组：1/2次侧均无中线，3次谐波电流没有通路，励磁电流是正弦波，产生的磁通理论上为平顶波，平顶波磁通中含有较大的3次谐波分量，如不能有效抑制，导致感应电势为尖顶波。,三相组式变压器：各相磁路独立，3次谐波磁通畅通无阻，也就是说，磁路结构对磁通中的3次谐波没有抑制，所以这种形式的变压器磁通为平顶波

42、，相电势为尖顶波。相电势的幅值比基波幅值大(4560）%，将危及变压器的绝缘，故电力系统中不能采用这种Y,y组式变压器。,三相心式变压器：三相磁路关联，由于三相的3次谐波磁通同相位，在主磁路上将相互抵销；只有漏磁路上较小的3次谐波磁通留了下来，也就是说，这种磁路结构对3次谐波磁通有较好的抑制作用，所以磁通近似为正弦波。可见中小型三相心式Y,y变压器是可以用的。,第三绕组：超高压/大容量电力变压器，常加一个三角形的第三绕组提供3磁谐波励磁电流的通路。以改善电势波形,5-8变压器的并联运行,220V,6000V,1、什么是并联运行？,两台或多台变压器原边和付边， 分别接在两条不同的母线上。,2、为

43、何并联运行？ 提高供电可靠性； 提高变压器的利用率及效率； 减少变压器的备用容量。,一、变压器并联运行的理想条件,（一）并联运行的最理想情况 1、付边无环流； 2、带载时能按容量分配负载； 3、负载时付边电流同相位; （二）并联运行的最理想条件 1、变比K相等，额定电压U相等； 2、各变压器连接组号相同； 3、各变压器Zk*相同；,两台并联运行的变压器的二次侧构成了回路。 若联结组别和变比均完全相等，则可以保证这一回路中没有环流。 2次侧很小的电压差也会在还路中引起很大的环流，所以变比只容许极小的偏差(0.51)% 联结组别不同的两台变压器的2次侧电压不同相位，必然存在相量差，这是不容许的。,

44、实际并联运行时，第2条必须满足，其余允许稍有不同。 但在选择变压器时，第2条可以不考虑，因为连接组号可以任意改接。,二、短路阻抗不等时的并联运行,变压器运行规程规定：在任何一台变压器不过负荷的情况下，变比不同和短路阻抗标么值不等的变压器可以并联运行。,为了使各台变压器所承担的电流同相位，要求各变压器的短路阻抗角相等。一般来说，变压器容量相差越大，短路阻抗角相差也越大，因此要求并联运行的变压器的最大容量之比不超过3：1。,在计算变压器并联运行时的负荷 分配问题时，采用下面的计算方法。,三、变比不等时的并联运行,由于变比不等变压器并联运行时， 原副绕组中产生很大的环流，既占用了变压器的容量，又增加

45、了它的损耗，是很不利的。因此，为了限制环流，通常规定并联运行的变压器变比之间相差必须小于百分之一。,四、联结组别问题,例题：,59 其它用途的变压器 5.9.1自耦变压器 一电压电流关系,也就是在忽略激磁电流后一个绕组本身的两段存在着磁势平衡。,二、 容量关系 变压器容量 绕组容量,结论：,负载运行时，绕组Aa和ax的容量相等且都小于变压器容量，是变压器容量 的 倍。 一般双绕组变压器原绕组容量等于副绕组容量 等于变压器容量。因此，这两种变压器相比较，当变压器容量相同时，自耦变压器的绕组容量比双绕组变压器的绕组容量小。,三、主要优缺点 两段绕组的容量均只有变压器容量(1-1/ka)倍。 自耦变

46、压器不仅可以省去一个绕组，而且其绕组容量要比相应的双绕组变压器小，这样就减少铁、铜等材料，缩小尺寸。 (1-1/ka)越小则省材越多，所以适合于ka2的情况。,5.9.2、仪用互感器 概 述 互感器属测量装置，按变压器原理工作。 电力系统中的大电流/高电压有时无法直接用普通的电流表和电压表来测量，必须通过互感器将待测电量按比例减小后测量。 互感器具有2种作用：将高电量转换为能用普通标准仪表测量的电量1A/5A/100V/500V;将仪表与高压电路隔离,保证仪表及人身安全。,一、电流互感器 1次侧只有1到几匝，导线截面积大，串入被测电路。2次侧匝数多,导线细,与阻抗较小的仪表(电流表/功率表的电

47、流线圈)构成闭路。,电流互感器的运行情况相当于2次侧短路的变压器，一般选择很低的磁密(0.08-0.1T),并忽略励磁电流，则I1/I2=N2/N1=k。 励磁电流是误差的主要根源。0.2/0.5/1/3,1表示变比误差不超过1%。,注意事项： 副边绕组必须可靠接地，以防止由于绝缘损坏后，原边高电压传入危及人身安全。 副边绝对不容许开路。开路时互感器成了空载状态，磁通高出额定时许多(1.4-1.8T),除了产生大量铁耗损坏互感器外，还在副边绕组感应出危险的高压，危及人身安全。,电流互感器原理,电压互感器原理,二、电压互感器 电压互感器的运行情况相当于2次侧开路的变压器，其负载为阻抗较大的测量仪表。 副边电流产生的压降和励磁电流的存在是电压互感器误差之源。 电压互感器副边不能接过多的负载；且要求铁心不饱和(0.6-0.8T)。,注意事项： 副边绕组连同铁心必须可靠接地。 副边绝对不容许短路。,