電機學(變壓器部分).ppt

1、第一章 變壓器的用途、分類與結構,第一節(jié) 變壓器的用途、分類,變壓器是靜止電器，由鐵心(磁路)及兩個或兩個以上的繞組(電路)組成，繞組之間由鐵心中交變磁通聯(lián)系(磁耦合)實現(xiàn)從一種電壓(電流)變?yōu)榱硪环N電壓(電流)。,一、變壓器的用途,按相數(shù)分為： 單相變壓器，三相變壓器， 多相變壓器,按繞組分為：雙繞組變壓器,三繞組變壓器， 自耦變壓器,二 、 變壓器的分類,(4)按冷卻方式：油浸自冷變壓器,(3)按用途分為：,油浸水冷變壓器,干式空氣自冷變壓器,油浸風冷變壓器,升壓變壓器 降壓變壓器 隔離變壓器,第二節(jié) 變壓器的主要結構部件,2、二次繞組（副繞組）負載側,3、變壓器鐵心 磁路部分,1、一次繞

2、組（原繞組）電源側,：它是變壓器用作導磁的磁路，也是器身的機械骨架，由鐵心柱、鐵軛和夾緊裝置組成。為了減小鐵心中的磁滯和渦流損耗，鐵心用0.350.5mm厚的硅鋼片疊成，每層鋼片接縫錯開，從而減小變壓器的勵磁電流。,鐵心,繞組,：它是變壓器的電路部分，按照高低電壓繞組之間的布置，可以分為同心式和交疊式兩種繞組，同心式結構簡單，制造方便，交疊式機械強度好，引出線的布置和焊接都較方便，漏電抗小。,非晶合金與硅鋼片變壓器相比，空載損耗下降70%至80%，空載電流下降80%，節(jié)能效果顯著。非晶合金片厚度極薄，填充系數(shù)較低，采用磁密低，產(chǎn)品的設計受材料限限制程度較高，非晶合金對機械應力非常敏感，,張引力

3、和彎曲應力都會影響磁性能，結構設計特殊。,補充1：非晶合金鐵心變壓器的特點,補充2：立體卷鐵心變壓器的特點,鐵心制造工藝簡單，制造工時短，降低了制造成本變壓器制造廠具有成熟的疊鐵心工藝，成熟的質量控制管理體系不需要卷制鐵心和線圈的專用設備，降低了產(chǎn),品的制造成本鐵心材料較 “R型” 卷鐵心利用率高，能降低產(chǎn)品的制造成本。,補充3：疊鐵心變壓器的特點,鐵心和線圈需在專用設備上卷制，減少了由人工制造造成的質量波動，質量穩(wěn)定可靠；卷鐵心在經(jīng)過退火處理后，空載損耗和空載電流可大幅度下降；卷鐵心與,疊鐵心相比可減少工序生產(chǎn)效率較高，自動化程度較高；卷鐵心是連續(xù)繞制而成，可使噪聲降低。,補充4：平面卷鐵心

4、變壓器的特點,變壓器的發(fā)熱與溫升,由于繞組里有銅耗、鐵耗及各種附加損耗，一方面影響效率；一方面轉變?yōu)闊崮?，因此導致變壓器的溫度升高，并使絕緣材料老化。,第三節(jié) 變壓器的型號及額定數(shù)據(jù),3 額定電流（線電流）,，單位 A,一、 變壓器的額定數(shù)據(jù),二次繞組額定電壓是當 時，二次繞組開路電壓,Y接,接,二、變壓器額定數(shù)據(jù)之間的關系,三、何謂額定負載,當變壓器接在電壓頻率為額定頻率 ，大小為額定電壓 的電網(wǎng)上，若副邊電流為 ，原邊電流為 時，稱為額定運行狀態(tài)，此時的負載為額定負載。,第二章 變壓器的運行分析,* 以單相變壓器為例來介紹變壓器的運行分析及數(shù)學模型等，這些結果同樣適用于三相變壓器對稱穩(wěn)態(tài)運

5、行分析,基本思路:已知部分運行數(shù)據(jù)求其它 數(shù)據(jù) 主要內(nèi)容:分析物理過程,列方程, 化簡方程,得到等效電路 (數(shù)學模型) 主要分析方法: 主磁通漏磁通分析法,本章內(nèi)容體現(xiàn)了變壓器的基本電磁關系，著重研究變壓器穩(wěn)態(tài)運行分析方法。,2-1 變壓器各電磁量正方向, 2-2 變壓器空載運行,變壓器空載運行時基本電磁關系（一）,變壓器空載運行時基本電磁關系（二）,* 、 都是最大值，一般 * 、 都是由勵磁磁動勢 產(chǎn)生的。,假設主磁通正弦變化為,根據(jù)電磁感應定律,一、主磁通感應電動勢,電動勢有效值,同理：,得：,結論：,二、漏磁通感應電動勢,用相量表示,根據(jù)電磁感應定律,對一次漏電抗的總結：,漏磁通 感應

6、的漏電動勢 可以用空載電 流 在一次繞組漏電抗 產(chǎn)生的負壓降 表示，在相位上 落后于 電角度。,三、空載運行電壓方程式,其中 為一次繞組的電阻,變比近似表示為：,為一次繞組的漏電抗,為一次繞組的漏阻抗,四、勵磁電流的波形及和主磁通的關系,由 可知，當電源電壓隨時間按正弦規(guī)律變化，則電動勢、磁通必定都按正弦規(guī)律變化。根據(jù)鐵磁材料的磁飽和特性可知，主磁通和勵磁電流成飽和曲線關系。 即 呈非線性關系。,思考：主磁通 是正弦波時，勵磁電流 應該是什 么波形？,1.勵磁電流的波形,結論：勵磁電流 的波形應 該為尖頂波。,思考：單相變壓器220V/110V，如錯把低壓邊接為220V空載運行，問 的變化？,

7、2.勵磁電流和主磁通的相位關系,考慮主磁通磁滯 效應時，可見， 磁通在相位上落 后于勵磁電流一 定的相位角度 。 稱為鐵耗角。,3.等效正弦波勵磁電流的概念,由于勵磁電流不是正弦波，不能用相量表示，工程上 用等效正弦波概念來表征實際勵磁電流，并用相量 表示。,等效條件： 1）等效正弦波電流 角頻率 等于實際勵磁電流角頻率； 2）等效正弦波電流有效值為： 3）等效正弦波電流相位上超 前主磁通相量 角。,五、勵磁電流及其感應電動勢的關系 和變壓器的參數(shù),主磁通 感應了主電勢 ，而主 磁通是由勵磁電流 產(chǎn)生，根據(jù) 前面的分析，可從畫出的相量圖 中看到各物理量的相位關系。 特別注意電壓降 （負電動勢）

8、 和勵磁電流 兩個電氣量的相位 關系。,思考： 從電路物理概念出發(fā)，如何表征圖中 電壓降和其電流的相位關系？,無漏磁超 導鐵心線 圈,如下圖，可得到：,， 物理意義：,等效鐵耗電阻，又稱激磁電阻,稱激磁電抗,其大小反映了一定勵 磁電流激勵主磁通的 能力。,由于：,同理可得：,思考： 說說一次漏電抗 和激磁電抗 有何區(qū)別？,是一個常數(shù)，不隨變壓器運行狀態(tài)的改變而改變,是一個變數(shù)，因為鐵心中的主磁通會出現(xiàn)磁飽和 現(xiàn)象。 也就是說激磁電抗隨鐵心中磁密的變化而變化； 由于磁密的大小決定于勵磁電流，勵磁電流的大 小又決定于電壓。 所以根本上激磁電抗的大小受所施加電壓幅值的 影響：通常電壓 越高激磁 電抗

9、會減小。,思考： 一開始分析變壓器空載運行時假設主磁通是正弦變化， 請通過到現(xiàn)在為止的學習證明變壓器空載運行時其主 磁通確實是正弦變化的。,六、 變壓器空載運行的基本方程、相量圖和等效電路,變壓器空載運行的基本方程,作相量圖的主要過程:,選參考向量-主磁通相量 ；,根據(jù)一次主電動勢 和勵 磁電流 關系分解勵磁電 流有功分量 和無功分量 。,畫出感應主電動勢 、 ；,畫出空載勵磁電流 ；,根據(jù)一次側電壓方程畫出 。,變壓器空載運行的相量圖,勵磁電阻（等效鐵耗電阻）； 勵磁電抗 勵磁阻抗,變壓器空載運行的等效電路,主要參數(shù):,作 業(yè)習題：1-1,2-1,2-2思考： 1-11-4 2-12-8,變

10、壓器原邊接電源，副邊接負載的運行狀態(tài) 稱為負載運行, 2-3 變壓器負載運行,一、負載時一次繞組回路電壓方程,二、負載時二次繞組回路電壓方程,二次負載阻抗電壓方程：,二次繞組回路電壓方程：,和一次漏電勢采用負電抗壓降表示 一樣，二次漏電勢也可表示為下式,最后得二次繞組回路電壓方程：,根據(jù)全電流定律得： (磁動勢平衡關系),三、負載時磁動勢及一、二次電流的關系,上式稱為電流形式的磁動勢平衡關系式。 理解：一次磁動勢 由兩部分組成：一為勵磁 磁動勢 ，產(chǎn)生主磁通 ；另一部分 ， 用來平衡二次繞組產(chǎn)生的磁動勢 。,上式電流形式的磁動勢平衡關系，體現(xiàn)了變壓器負 載運行時，一二次電流之間的關系。,分析：

11、,理解：變壓器負載運行時，一次側的輸入電流 其 中一部分是勵磁電流分量 ，用來激勵主磁場；另 一部分是取決于二次側負載電流大小 的負載分量 。,對勵磁電流分量 的理解：,變壓器從空載到滿載，因為電源電壓 不變，所以 一次繞組感應電動勢 變化很?。?結論：變壓器負載運行時激磁電流分量 近似等于變 壓器的空載電流 ；有時用空載電流來表示激磁電流 分量。,那么勵磁電流分量 和電動勢 關系也可表示為：,四、 變壓器的基本方程式,根據(jù)變壓器負載時一次、二次的電壓方程， 可畫出一次、二次的分離等效電路：,思考： 上面等效電路能真實“等效”變壓器的負載運行嗎？,一、二次分離等效電路,五、 折合算法,原則：保

12、持 不變，就不會影響 的變化，才會和 實際變壓器運行時電氣關系等效。,定義：保持一個繞組的磁動勢不變而改變其電動勢、 電流和匝數(shù)的算法稱為歸算法（折合算法）。,目的: a )使一、二次繞組“有”電的連接等效電路， 能真實反映變壓器負載運行時一二次電流（功 率）關系。,具體思路和步驟：保持二次繞組磁動勢不變，而假想它的匝數(shù)與一次繞組匝數(shù)相同的折合算法，稱為二次向一次折合。,說明：折合算法其結果不能改變變壓器運行時的物理本質，既不改變變壓器內(nèi)部的電磁關系，即，不改變磁場、磁動勢，不改變功率關系。也就是說折合前后是等效的。 但是，折合完成后的二次繞組感應電動勢和一次繞組的感應電動勢相等了。那么剛才分

13、離的等效電路就可能統(tǒng)一起來了。,思考： 能不能一次向二次側折合？或者向其它匝數(shù)折合？,1）基本方程式:,六、折合后的基本方程、等效電路和相量圖,變壓器“ T ”型等值電路,2）“T”型等效電路：,用“T”型等效電路求解變壓器運行是復數(shù)阻抗的計算，比較繁復，所以工程上常常把勵磁支路略去，等到一字型簡化等效電路。,3）簡化等效電路：,思考：為什么可略去勵磁支路？,叫短路阻抗 ， 短路電阻， 短路電抗,4）短路阻抗形式的簡化等效電路：,注意：簡化等效電路不適用空載，適用正常負載運行和穩(wěn)態(tài)短路。,2、變壓器變比 可以按原副邊額定相電壓計算，但決不能按原副邊額定電壓計算。,1、等值電路中所表示的物理量及

14、參數(shù)都是相值。用在三相變壓器時，是指對稱運行時的一相的情況。,3、對稱負載時，不必考慮原副邊電路接法是否相同，只需要把所有量轉換為相值。,4、變壓器副邊與負載接法應一致，否則需把負載的接法轉換成副邊的接法：,友情說明：,已知： 及參數(shù),5）相量圖：,負載所消耗的功率是變壓器從電源吸收電功率后，經(jīng)原、副邊傳遞過來的，在能量傳遞過程，變壓器本身要有損耗。,七、功率關系,例21(p30),2-4 標幺值,一個物理量的,一、電機學中基準值的選擇 1)通常以額定值為基準值 相(線)電壓(流)的基準值分別是相(線)電壓(流)的額定值。 三相(單相)功率的基值分別是三相(單相)的額定容量。,4)視在(有功、

15、無功)功率的基準值都是額定視在功率。,2)變壓器的一次或二次側某物理量的基準值，分別是對應的該物理量一次或二次側的額定值。,基準值的選擇示意表,1)一個量與它的折合值的標幺值相等,2)線值與相值電壓(流)的標幺值相等,3)一相功率與三相功率的標幺值相等,二、標幺值的優(yōu)點,5)計算方便 例：當電流為額定值時，電阻壓降標幺值=電阻功率標幺值=電阻標幺值。,4)便于一些數(shù)據(jù)的記憶和分析,如： 左右；,當 滿載 、 過載 、 欠載。,2-5 參數(shù)測定,目的：通過試驗可以求出變比 、鐵損耗 及勵磁阻抗 。,一、變壓器空載試驗(求取 、 、 ),求取 、,空載試驗測取參數(shù)：,方法：,空載實驗注意事項：,1

16、）空載實驗時應加額定電壓；,2）空載實驗通常在低壓側加電源，高壓側開路；,3）變比的求?。?二、變壓器短路試驗（ 求取 、 ）,目的：通過短路試驗可以求出變壓器的銅損耗 和短路阻抗 。,A,w,v,短路實驗注意事項及說明：,1）短路實驗時短路電流應為額定電流；,2）短路實驗通常在高壓側加電壓，低壓側短路；,標幺值表示為：,定義：變壓器原邊接額定電壓 ,副邊開路時的副 邊端電壓為副邊額定電壓 ；帶上負載后 副邊電壓變?yōu)?， 與 的差 ， 同 相比的比值稱為電壓調(diào)整率或電壓變化 率， 用 表示：,一、電壓調(diào)整率,2-6 變壓器的運行性能,用標幺值的簡化等值電路,感性負載簡化相量圖,時， 稱為額定電

17、壓調(diào)整率，標志著變壓器的輸出電壓的穩(wěn)定程度。,變壓器的短路阻抗 越小， 也越小，供電電壓 越穩(wěn)定。,其中:,代表 副邊輸出的有功功率；,代表 原邊輸入的有功功率；,代表 變壓器的總損耗。,二、變壓器的效率,單相變壓器：,三相變壓器：,若忽略副邊端電壓在負載時的變化，則：,的計算：,銅耗 是一二次繞阻中，電流在 電阻上的有功損耗，因此與負載電流平方成正比。,從空載到負載，變壓器的主磁通基本不變，因此相應的鐵耗在額定電壓下基本不變。,不變損耗,可變損耗,，,損耗的確定：,1） 一定時，,2） 一定時， 效率特性曲線。,變壓器的效率公式：,通常， 條件下，中小型變壓器的效率約為0.950.98，大型

18、變壓器的效率一般在0.99以上，電力系統(tǒng)中要求負載的功率因數(shù)較高，這樣才有利于電壓穩(wěn)定和高效率輸電。,效率特性曲線是一條有最大值的曲線，最大值出現(xiàn)在 磁場處，此處即為最高效率，此時的負載因數(shù)記為 。,最高效率:,變壓器效率特性,第三章 三相變壓器,主要內(nèi)容：,2. 掌握三相變壓器聯(lián)接組的判別方法,3. 掌握三相變壓器空載運行時主磁通、空載電流以及電動勢的波形,1. 了解三相變壓器磁路系統(tǒng)的特點,3-2 三相變壓器的磁路系統(tǒng),1.三相變壓器組： 一種由三個單相變壓器組成的變壓器組；特點：三相 磁路彼此無關。,2.三鐵心柱變壓器,一般外加三相電壓對稱時， 三相磁通也對稱：,三鐵心柱變壓器特點： 三

19、相磁路彼此相關，一相磁路以另外兩相磁路作為閉合磁路。,3. 兩種三相變壓器磁路結構對磁通的影響,思考：假設某勵磁電流產(chǎn)生了平頂波的主磁通，分析兩種三相變壓器磁路結構對主磁通的影響。,平頂波磁通的分析：,結論：由于三相變壓器組的三相主磁路彼此無關， 所以平頂波磁通分解得到的基波及三次諧波磁通 都沿各自的鐵心主磁路閉合。,結論：由于三鐵心柱變壓器的三相主磁路彼此相關， 所以平頂波磁通分解得到的同大小、同相位的三次 諧波磁通不可能沿著 鐵心磁路閉合，只能 沿變壓器變壓器油、 油箱壁等其它路徑閉 合，這樣三次諧波磁 通所遇到的磁阻顯著 增加，會明顯削弱三 次諧波磁通的幅值， 此種情況可認為變壓 器的主

20、磁通近似正弦 波，而不是平頂波。,3-4 三相變壓器空載運行電動勢波形,單相變壓器：為了充分利用鐵心，設計變壓器時，額定運行點的磁通最大值 往往設計在鐵心飽和段，由于磁路飽和，變壓器空載時 與 的關系是非線性的，它們的波形不可能同時為正弦波。,結論： 對于單相變壓器，在飽和情況下， 為尖頂波， 為正弦波。,分析： 前面已知空載電流為尖頂波，那么除基波 電流外， 還有3次諧波電流 ， 及5、7次等高次諧波電 流 。由于 5、7等高次諧波電流數(shù) 值較小，在近似分析時 認為尖頂波的空載電流 可分解為基波電流 及3次諧波電流 。,三相變壓器：由于其三相繞組在電力系統(tǒng)中常見的接 法有兩種：Y（星接）和D

21、接（角接）。,Y接,接,一、三相變壓器空載電流波形分析,2）如果一次繞組角接的三相變壓器（比如Dd，Dy等） 空載運行，其空載電流應為什么形狀的波形？,思考：,1）如果一次繞組星接的三相變壓器（比如Yd，Yy等） 空載運行，其空載電流應為什么形狀的波形？,假設三相變壓器對稱空載運行時每相空載電流 為尖頂波，那么其中每相都含有基波電流分量 和3次諧波電流分量 ；根據(jù)分析可知各相3次 諧波電流分量一定同大小、同相位。,三相變壓器空載電流波形結論：,1）如果三相變壓器一次繞組為Y接，決定了不可能為 空載電流中的3次諧波電流提供通道，這樣一次Y接的 變壓器空載運行時的空載電流接近正弦波。,2）如果三相

22、變壓器一次繞組為D接，那么3次諧波電流 會在閉合的角接繞組內(nèi)形成環(huán)流，這樣一次D接的變壓 器空載運行時的空載電流認為是尖頂波。,一、三相變壓器空載運行時相電動勢波形分析,Yy接法的三相變壓器組：,（正弦波）,Y接法,（平頂波）,繞組接法決定,磁路飽和決定,數(shù)學分解,都沿各自鐵心主磁路閉合,基波磁通和3次諧波磁通,那么基波電勢和3次諧波電勢合 成就是為一相的感應電動勢 ， 那么合成波形是什么樣的？,結論：,實際一相電動勢 波形會畸變。因 此Yy三相變壓器 組在實際中不能 使用。,思考：線電動勢的波形如何？,由于 很弱， 也很小 接近正弦。,三鐵心柱式變壓器：,所以1800KVA及以下容量的變壓器

23、可采用此接法。,二、 Y, d 接法,不同磁路、繞組連接對相電動勢波形的影響,第二節(jié) 繞組的標志方式,目的：解決一二次繞組側匝間相位的改變問題。 在本教材中，是利用電勢 來比較相位,同名端：即同極性端，在繞組中產(chǎn)生感應電動 勢的瞬時實際方向相同，同極性端與 繞組繞向有關，用“ ”表示。,1. 單相變壓器繞組標志（I，I）,把高壓繞組電動勢相量看作為時鐘的分 針，指向數(shù)字12，把低壓繞組電動勢相 量看作為時針，指向的數(shù)字即為鐘點數(shù)。,高壓繞組：首端標記為A，尾端標記 為X 低壓繞組：首端標記為a， 尾端標記 為x,采用時鐘法后，不必考慮繞組繞向，只要看變壓器連接組標號即可知高低壓繞組電動勢的相位

24、關系。,時鐘法：,單相電力變壓器連接組只有 和 兩種。,(3)用時鐘表示法 規(guī)定 矢量始終指向12點位置。 若 也在0位置則同相位，表示為I I0 若 也在6位置則反相位，表示為I I6,2.單相變壓器的聯(lián)結組別,(1)當A, a為同名端 （簡化 ）與 （簡化 ）為同相位。,(2)當A, a為異名端 與 為反相位。,從三個相繞組首端A、B、C通入電流，產(chǎn)生的各相磁通的方向指向同一個磁路節(jié)點，此時A、B、C三端點就是同極性端。三相繞組加三相對稱電壓時，其磁通總和必為零，即,對于三鐵心柱三相變壓器，不僅每相的原、副邊繞組間存在極性端問題，而且三相繞組間存在相間極性問題。,高壓繞組:首端 A、B、

25、C，尾端 X、Y、 Z，中線 N 低壓繞組:首端 a、b、c，尾端 x、y、z，中線 n,3. 三相變壓器繞組標志,三相繞組的標志方法：,1、星形接法 Y(Y y),相、線電動勢關系：,一、三相繞組接法,第三節(jié) 三相變壓器的連接組別,2、三角形接法 (D d),二、三相變壓器的聯(lián)接組別,1、Y,y 連接,2、Y,d 連接,4、結論： 1）Y y聯(lián)結方式，只能得到偶數(shù)的聯(lián)結組別。 2）Yd或D y聯(lián)結方式，只能得到奇數(shù)的聯(lián)結組別。 3）三相雙繞組電力變壓器的標準連接組： Yyn0, Yd11, YNd11, YNy0 和 Yy0 4）單相電力變壓器只有 一種,1)平行（方向相同或相反）或重合的兩

26、個矢量是指一個鐵心柱上的高低壓繞組所表示的矢量。 2)把A和a重合，是為了使高、低壓繞組線電動勢有公共的起點。,3、畫圖的注意事項：,3-3 變壓器的聯(lián)接組標號,目的：分析一二次繞組線電壓相位之間的關系，用線電勢來比較相位（變壓器改變相位的功能）。,術語：1）同名端：即同極性端，在繞組中產(chǎn)生感應電動勢的瞬時實際方向相同,用“ ”表示。左圖1與3為同極性端，1與4為異極性端。右圖如何？,2）時鐘表示法： 把高壓繞組電動勢相量看作時鐘的分針(長針)，永遠指向數(shù)字12,把低壓繞組對應電動勢相量看作為時針(短針),以此表示兩者相位。,這樣A和a既可以是同名端也可以是異名端。,3）繞組首尾端標記及相電動

27、勢方向約定：,高壓繞組首端是標記為A,B,C的出線端, 尾端標記X,Y,Z；低壓首端a,b,c 尾端x,y,z,繞組電動勢相量方向約定，是指從首端指向尾端的電動勢。,例如A相繞組電勢 是從A指向X的電勢，而 不是X指向A的電勢。,連接組標號,一、 單相變壓器連接組標號,同名端都標記為首端,連接組標號,同名端分別標記為首、末端,總結：,從三個相繞組首端A、B、C通入電流，產(chǎn)生的各相磁通的方向指向同一個磁路節(jié)點，此時A、B、C三端點就是同極性端。,對于三鐵心柱變壓器，每相的原、副邊之間，以及三相繞組相互間均存在極性端問題。,高壓繞組:首端 A、B、 C，尾端 X、Y、 Z，中線 N 低壓繞組:首端

28、 a、b、c，尾端 x、y、z，中線 n,二、 三相變壓器繞組的聯(lián)結,1）三相變壓器原副邊繞組同名端標為首端,2）三相變壓器原副邊繞組異名端標為首端,3）同一鐵心柱上的原副繞組標以不同相的 標號，但原副邊的相序必須一致,三相繞組也存在標志方法問題一般有三種標志方法：,三相變壓器繞組同名端與出線標志（1）,三相變壓器繞組同名端與出線標志（2）,三相變壓器繞組同名端與出線標志（3）,以高壓為例：三相繞組尾端X、Y、Z 聯(lián)接在一起，首端A、B、C 引出，相序自左向右排列，若中點引出，則用 表示。,1) 星形接法 Y(Y y),相、線電動勢關系：,1. 三相繞組接法,2) 三角形接法 ,(D d),在

29、上圖中，能否根據(jù) A相繞組位置，唯一確定B,C相繞組位置？,2) 三角形接法 ,(D d),2) 三角形接法 ,(D d),2. 三相變壓器的聯(lián)結組別,3.舉例,1）Yy聯(lián)結的三相變壓器,2）Yd連結的三相變壓器,結論： 1）Y y聯(lián)結，只能得到偶數(shù)的聯(lián)結組別。 2）Yd或Dy聯(lián)結，只能得到奇數(shù)的聯(lián)結組別。 3）三相雙繞組電力變壓器的標準連接組： Yyn0, Yd11, YNd11, YNy0 和 Yy0,1)平行（方向相同或相反）或重合的兩個相量是指 一個鐵心柱上的高低壓繞組所表示的相量。 2)把A和a重合，是為了使高、低壓繞組線電動勢有 公共的起點。,畫圖的注意事項：,2.重點：并聯(lián)運行的

30、變壓器負載分配問題。,1.主要內(nèi)容：變壓器并聯(lián)運行的條件；逐一 分析不滿足條件時出現(xiàn)的問題。,第四章 變壓器的并聯(lián)運行,4-1 變壓器并聯(lián)運行及條件,一、并聯(lián)的必要性 1. 經(jīng)濟性 2. 可靠性,負載,二、并聯(lián)運行變壓器的理想運行情況,1. 空載運行時，各臺變壓器間無環(huán)流；,2. 負載運行時，各臺變壓器分擔的負載電流與它 們的額定容量成正比關系；,三、 變壓器并聯(lián)運行的理想條件,變壓器原邊接在同一母線上，需要副邊也并聯(lián)，以下通過與直流并聯(lián)對比進行分析,從直流電源（電池）并聯(lián)條件分析變壓器并聯(lián)的理想條件（1）,r1,r2,E1,E2,R,I,2,2,1,1,右圖中 一個電池所能提供的電流太小，需

31、要兩個并聯(lián)！,r1,r2,E1,E2,2,1,2,1,從直流電源（電池）并聯(lián)條件分析變壓器并聯(lián)的理想條件（1）,分析兩個電池什么條件下才能并聯(lián)？,直流電源（電池）并聯(lián)時，為了避免環(huán)流，要求電源電壓相等。,r1,r2,E1,E2,2,1,2,1,變壓器副邊并聯(lián)后，繞組本身構成閉合回路。為了避免環(huán)流，有何要求？,為避免環(huán)流，不但要求電壓相等，而且要求相位相同！聯(lián)接組問題就是研究線電壓相位的問題,2.屬于同一個聯(lián)接組別 ( 必要條件 ),1.原副邊的額定電壓要相同(變比k相等),并聯(lián)運行時各臺變壓器應滿足的理想條件,3.短路阻抗標幺值 相等,4-2 變比不等的變壓器并聯(lián)運行,兩臺單相變壓器并聯(lián)為例:

32、,1、 和 都斷開：,注：,2、刀閘 閉合，產(chǎn)生環(huán)流,3、刀閘 閉合，副邊端電壓變化不大，循環(huán)電流和空載運行時差不多一樣大。,負載時副邊電流分別為 和 ，則副邊總電流各為：,因為 ，該變壓器負荷加重，可輸出容量減小。,結論：要求變比 k 相差小于0.5%,4-3 變壓器聯(lián)接組標號對并聯(lián)運行的影響,例：假設Yy0與Yd11的兩臺變壓器并聯(lián)運行,假定：,4-4 負載分配與短路阻抗標幺值的關系,各變壓電流與總電流的關系,采用標幺值形式：,當總電流 一定時，只有各短路阻抗角 相等時有,負載分配與變壓器額定容量的關系,第五章 三繞組變壓器和自耦變壓器,主要內(nèi)容： 1. 三繞組變壓器的基本方程及等效電路；

33、 2. 自耦變壓器電壓、電流和容量的關系及 等效電路,5-1 三繞組變壓器,一、結構特點 每個鐵心柱上套有三個不同電壓級別的繞組，通常高壓繞組放在最外層，低壓繞組或中壓繞組放在內(nèi)層。,通常以最大的繞組容量命名三繞組變壓器的額定容量SN。,一般工作情況下，三繞組的任意一個（或兩個）繞組都可以作為原繞組，而其它的兩個（或一個）則為副繞組。,二、用途及繞組容量問題,三繞組變壓器可以直接連接三個不同電壓等級的電網(wǎng)。,N1,N2,N3,三、基本分析方法和思路,磁動勢平衡：,主磁通感應電動勢可表示為：,自漏磁通感應的電動勢可表示為：,還有兩兩繞組之間的互漏磁通，比如某繞組電流 產(chǎn)生的和另一個繞組交鏈的互漏

34、磁通會在這個繞 組中感應電動勢，也可用負的漏電抗壓降表示：,二次繞組電流 產(chǎn) 生的與一次繞組交鏈 的互漏磁 在一次 繞組中感應電動勢,互漏磁通感應電動勢說明：,可得各次繞組的電壓方程為：,變比：主磁通在三個繞組感應主磁電勢之比等 于變比，總共三個變比。,參數(shù)歸算：,歸算后的四個基本方程：,最后可簡寫為：,以上稱為等效電抗,其中： 稱為等效阻抗,注意：等效電路的電抗是等效電抗，不是各繞組本身的漏抗，它們綜合反映自漏抗與互漏抗的影響。磁路主要經(jīng)空氣閉合，等效電抗為常數(shù)。,5-2 自耦變壓器,一、結構特點與用途 自耦變壓器實質上是一個單繞組變壓器，原、副邊之間不僅有磁的聯(lián)系，而且還有電的直接聯(lián)系。

35、自耦變壓器每一個鐵心柱上套著兩個繞組，兩繞組串聯(lián)，繞向一致。,N1,N2,實例分析：從雙繞組變壓器到自耦變壓器,僅僅繞組改接法，雙繞組變壓器可以變?yōu)樽择钭儔浩鳎β士梢栽龃髷?shù)倍甚至數(shù)十倍！,實例：假設圖示雙繞組變壓器,實例分析：從雙繞組變壓器到自耦變壓器,分析從雙繞組變壓器到自耦變壓器哪些量改變了，哪些量沒有變化。 主要分析原副邊電壓與電流的變化情況。,原副邊電流符號相 反：當原邊電流在 原繞組中從同名端流向非同名端，則副邊電流在副繞組中從非同名端流向同名端！,實例分析：從雙繞組變壓器到自耦變壓器,首先分析雙繞組 變壓器電流方向。 忽略勵磁電流則：,實例分析：從雙繞組變壓器到自耦變壓器,聯(lián)結成

36、自耦變壓器， 空載時,如果原邊施加 ， 則繞組電勢仍為 與 。副邊輸出電壓 。,實例分析：從雙繞組變壓器到自耦變壓器,忽略勵磁電流,當原邊電流從同名端流向非同名，則副繞組電流從非同名端流向同名端！,原副繞組電流,原副邊電流實際方向示意圖,副邊實際電流則等于 原副繞組電流之和。,實例分析：從雙繞組變壓器到自耦變壓器,原副邊電流實際方向示意圖,與雙繞組變壓器類似，原繞組 ， 時，副繞組 ， 。于是負 載電流 。 原邊輸入容量 副邊輸出容量,二、自耦變壓器基本方程 要求：參考下圖與上述物理概念自行推導,（ 為自耦變壓器變化）,1.電壓、電流和容量關系,原、副邊的方程式：,若忽略漏阻抗壓降，則：,根據(jù)

37、全電流定律，勵磁磁動勢 為串聯(lián)繞組磁動勢 與公共繞組磁動勢 之和，即：,若忽略勵磁電流（ ），則：,結論：自耦變壓器負載運行時，原、副邊 電壓之比近似等于副、原邊電流之 比，這點與雙繞組變壓器一樣。,一臺單相雙繞組變壓器， ， 如單獨把高壓繞組AX的中點抽出作為副邊a，變?yōu)樽择钭儔浩?解：,例：,1）由原邊直接傳到副邊的容量稱為傳導容量，既不消耗材料，也不產(chǎn)生損耗,2）繞組通過電磁作用得到的容量稱為電磁容量，也叫繞組容量,3）自耦變壓器的繞組容量與額定容量的比值稱為效益系數(shù),定義：,效益系數(shù)= = ,繞組容量,額定容量,額定容量,額定容量 傳導容量,2.簡化等值電路,折合后,代入,得,主要用在

38、高壓電力系統(tǒng)中兩個電壓相差不大的電網(wǎng)上，小容量自耦變壓器也被用作實驗室中的調(diào)壓設備。,優(yōu)點：,比雙繞組電力變壓器省材料，成本低，效率高。,用途：,總 結,缺點：,1）短路阻抗標幺值比雙繞組小，短路電流較大。 2）由于自耦變壓器原副邊有電的直接聯(lián)系，高壓邊過電壓時，低壓邊也產(chǎn)生嚴重的過電壓，兩邊均需要裝設避雷器。,華北電力大學 電機教研室 電機學,第六章 變壓器的過渡過程,當變壓器突然改變負載、空載合閘到電源、二次繞組突發(fā)短路或受到過電壓沖擊等，變壓器各電磁量就要發(fā)生驟烈的變化，其持續(xù)過程稱為過渡過程。,分析變壓器的過渡過程，主要是由于此過程會出現(xiàn)過電壓或過電流，在極短的時間內(nèi)也會對變壓器造成破壞。,6-1 概 述,華北電力大學 電機教研室 電機學,6-2 過電流現(xiàn)象,一、變壓器空載合閘到電源,變壓器副邊開路空載，原邊合閘接到電源稱為空載合閘。,華北電力大學 電機教研室 電機學,設穩(wěn)態(tài)空載運行時不考慮鐵心飽和問題；,合閘時電壓 的初相角,當時間時空載合閘 ，則電源電壓為：,一、變壓器空載合閘到電源,華北電力大學 電機教研室 電機學,合閘后微分方程式為：,一、變壓器空載合閘到電源,瞬變過程中勵磁電流 與電感 的關系：,華北電力大學 電機教研室 電機學,解上式常系數(shù)微分方程，得其解為：,磁通與電源電壓的相位差,設合閘