华中科技大学电机学第三章变压器ppt课件.ppt

电机学Electric Machinery,（第三章 变压器）,变压器结构、空载及负载运行,3.1 概述,3.2 变压器的运行原理与特性,3.3 三相变压器,变压器的分类,变压器的基本结构,变压器的额定值,空载运行,负载运行,等效电路,参数测定,标幺值,三相变压器磁路,三相变压器电路,对空载电动势的影响,运行特性,3.4 变压器并联运行,变比不等变压器并联运行,连接组号不同变压器并联运行,短路阻抗不等变压器并联运行,3, 重点与难点,重点: 1.变压器的基本方程和等效电路; 2.等效电路参数的测定; 3.标幺值; 4.变压器的运行性能。,难点: 1.变压器的运行原理和运行性能; 2.三相变压器。,4,变压器是静止电气设备， 根据电磁感应原理，将一种形态（电压、电流、相数）的交流电能， 转换成另一种形态的交流电能。,3.1 概述一、变压器的分类,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,6,按相数分为： 单相变压器 三相变压器 多相变压器,按绕组分为： 双绕组变压器 三绕组变压器 自耦变压器,7,(4)按冷却方式： 油浸自冷变压器,(3)按用途分为：,油浸水冷变压器,干式空气自冷变压器,油浸风冷变压器,升压变压器 降压变压器 隔离变压器,8,二、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。1、铁心 铁心是变压器的磁路，分为芯柱和铁轭。 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0.27mm、0.3mm、0.35mm的冷轧高硅钢片叠装而成。,9,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，从而减少了磁路和磁阻，使磁路便于流通 接逢处气隙小，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，从而减少磁路的磁阻。,10,心柱截面是内接于圆的多级矩形，铁轭与心柱截面相等。,11,小型变压器铁心,12,13,2、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。,14,单相和三相芯式变压器,15,3、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。,16,4、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。,17,三、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U1N、U2N。二次侧额定电压U2N是当变压器一次侧外加额定电压U1N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I1N、I2N。对于三相变压器，额定电流指线电流。,18,Y接：Y-connection,接：,变压器额定数据之间的关系,3.2 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。,基本电磁关系感应电动势电压变比,空载电流 空载等效电路 电路方程 相量图,20,一、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、二次侧绕组相交链的磁通。,e2,21,一次侧绕组的漏磁通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。,22,空载运行时基本电磁关系,23,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。,24,假定正向：与i呈右手螺旋关系； e与i同方向。感应电动势瞬时值 主磁通在一次绕组（匝数N1）、二次绕组（匝数N2）中感应电动势的瞬时值为：e1= -N1ddte2= -N2ddt,二、空载运行时的感应电动势,25,感应电动势有效值 设空载电流i0的频率为f，=msint，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,26,漏电动势 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则正弦稳态下表示为：,一次侧绕组的漏电感 式中1为漏磁通路磁导,27,结 论：,主磁通 决定了感应电动势 的大小。,感应电动势 落后于主磁通 。,漏电动势 即空载电流 在一次绕组漏电抗 产生负压降,漏电动势 在相位上落后于 。,28,三、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、二次侧电压平衡方程式 u1= -e1-e1+i0R1 u2= e2则相量形式为： 式中，Z1=R1+jX1 为一次绕组漏阻抗。,29,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：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,30,四、空载电流,1、空载电流的波形 电源电压为正弦波，铁心中主磁通亦为正弦波。,曲线f(i)与磁化曲线Bf(H) 一致，呈非线性,31,空载电流波形若磁路不饱和（Bm1.3T），曲线f(i)呈线性，空载电流i0也是正弦波。若磁路开始饱和，曲线f(i)呈非线性，空载电流i0为尖顶波，尖顶的大小取决于饱和程度。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。电力变压器，Bm=1.4T1.73T，铁心饱和。,32,2.励磁电流和主磁通的相位关系,考虑主磁通磁滞效应时，可见，磁通在相位上落后于励磁电流一定的相位角度 。 称为铁耗角。,如果考虑铁磁材料的饱和及磁滞, 磁通为正弦波时, 励磁电流 为不对称的尖顶波。,33,等效正弦波励磁电流,由于励磁电流不是正弦波，不能用相量表示，工程上用等效正弦波概念来表征实际励磁电流，并用相量 表示。,等效条件：1）等效正弦波电流角频率等于实际励磁电流基波角频率；2）等效正弦波电流有效值为：3）等效正弦波电流相位等于实际励磁电流基波相位。,34,3.空载运行等效电路,Rm和Xm都不是常数，随铁心饱和程度变化。当电压升高时，铁心更加饱和。因此Rm和Xm都随外施电压的增加而减小。实际上，当变压器接入的电网电压在额定值附近变化不大时，可以认为Zm不变。,Rm励磁电阻（等效铁耗电阻）Xm励磁电抗 Zm励磁阻抗,35,电压平衡方程式为,可以得到与上式对应的等效电路图。等效电路表明，变压器空载运行时，它就是一个电感线圈，它的电抗值等于X1Xm它的电阻值等于R1 Rm。,36,作相量图的主要过程:,选参考向量-主磁通相量 ；,根据一次主电动势 和励磁电流 关系分解励磁电流有功分量 和无功分量 。,画出感应主电动势 、 ；,画出空载励磁电流 ；,根据一次侧电压方程画出 。,4.变压器空载运行的相量图,37,变压器空载运行的相量图,38,是一个常数，不随变压器运行状态的改变而改变,是一个变数，因为铁心中的主磁通会出现磁饱和现象。也就是说激磁电抗随铁心中磁密的变化而变化；由于磁密的大小决定于励磁电流，励磁电流的大小又决定于电压。所以根本上激磁电抗的大小受所施加电压幅值的影响：通常电压 越高激磁 电抗会减小。,思考一次漏电抗和激磁电抗有何区别？,3.2 变压器运行原理与特性3.2.2 变压器的负载运行,变压器的一次侧绕组AX接在电源上、二次侧绕组ax接负载，此运行状态称为负载运行。,绕组折算 相量图 等效电路,u2,电磁物理过程磁动势平衡方程电压平衡方程,绕组归算 相量图,40,一、负载运行时的电磁过程,e、i 同方向, i的方向与 的方向符合右手螺旋定则。二次侧采用如图假定方向。,41,变压器负载运行时电磁关系,返回,42,负载时一次绕组：,一次电流从空载到负载时，由于 比较小，仍有：,所以：,空载时一次绕组：,由于 比较小， 也比较小，所以有：,二、磁动势平衡方程式,43,负载时，一次绕组漏阻抗压降I1Z1很小，仍有U1E1=4.44fN1m 铁心中与E1相对应的主磁通m近似等于空载时的主磁通，从而产生m的合成磁动势Fm与空载磁动势F0近似相等，负载时的励磁电流与空载电流I0也近似相等，有：,44,将上一页的第二个式子 同除以N1 ，得,变压器一次侧电流 有两个分量： ， 。 是励磁电流用于建立变压器铁心中的主磁通 ； 是负载分量用于建立磁动势 去抵消二次侧磁动势 ， 即,45,三、电压平衡方程式,类似于 ， 也可以看成一个漏抗压降，即,若二次侧绕组电阻为R2，则二次侧绕组的漏阻抗Z2=R2+jX2 。 联合列出一次侧、二次侧电压电流方程式：,对一般电力变压器，变比k值较大，使得一次侧、二次侧的电压、电流数值的数量级很大，计算不方便，画相量图更是困难，因此下面将介绍分析变压器的一个重要方法等效电路。,46,四、绕组归算,绕组折算：用虚拟绕组替代其中一个绕组使成为k1的变压器。 一次侧折算到二次侧 二次侧折算到一次侧二次侧折算到一次侧：用一个匝数为N1 的虚拟等效绕组，去替代变压器匝数为N2二次侧绕组，折算后的变压器变比N1/ N1=1 。 折算量在原符号加上标号 区别，折算后的值称为折算值或归算值。 折算原则：折算不改变实际变压器内部的电磁平衡关系（F2不变） 即：折算前后变压器内部的电磁过程、能量传递完全等效，也就是说从一次侧看进去，各物理量不变，因为变压器二次侧绕组是通过F2来影响一次侧的，只要保证二次侧绕组磁动势F2不变，则铁心中合成磁动势F0不变，主磁通m 不变，m 在一次侧绕组中感应的电动势E1 不变，一次侧从电网吸收的电流、有功功率、无功功率不变，对电网等效。,47,1、二次侧电流的折算 根据折算前后二次侧绕组磁动势F2 不变的原则，有,2、二次侧电动势的折算 由于折算前后F2 不变，从而铁心中主磁通m 不变，则折算后二次侧绕组的感应电动势,48,3、二次侧阻抗的折算,要求在任何负载和功率因素下都等效，则等效折算条件可表示为：,49,二次侧端电压折算值是实际值的k倍,折算前后二次侧阻抗功率因数不变,折算前后二次侧的铜耗不变,折算前后输出功率不变,50,折算后的方程式组为：,51,五、负载时相量图,已知U2、I2、变压器参数k、R1、X1、R2、X2、Rm、Xm,3.2 变压器运行原理与特性3.2.3 变压器等效电路,一、T型等效电路,53,T型等效电路,54,二、型等效电路 对于电力变压器，一般I1NZ10.08U1N，且I1NZ1与-E1是相量相加，因此可将励磁支路前移与电源并联，得到型等效电路。,55,三、简化等效电路 对于电力变压器，由于I00.03I1N，故在分析变压器满载及负载电流较大时，可以近似地认为I00，即励磁支路断开， 等效电路进一步简化成一个串联阻抗，得简化等效电路。,56,将一次侧、二次侧的参数合并，即：稳态短路时，短路电流Ik = U1 / Zk可达到额定电流10-20倍。对应于简化等效电路，电压方程式为,短路阻抗， 短路电阻， 短路电抗,57,简化相量图,对应简化等效电路的相量图,3.2 变压器运行原理与特性,3.2.4 变压器的参数测定,3.2.5 标幺值,3.2.6 变压器的运行特性,空载试验,短路试验,电压变化率,效率,59,3.2.4 变压器的参数测定一、空载试验,目的：求变比k、空载损耗p0、空载电流I0以及励磁阻抗Zm,条件：一次侧施加额定电压，二次侧开路,测量参数：一次侧端电压U1、二次侧端电压U20、空载电流I0以及输入功率P0,60,求取: k 、 Zm,已知空载试验测到的参数 ，,变压器的变比 k =U1U20,61,上述计算是对单相变压器进行的，如求三相变压器的参数，必须根据一相的空载损耗、相电压、相电流来计算； 空载试验可以在一次侧或二次侧任何一侧做，测得的励磁阻抗为该侧折算值，即 ，为了安全和方便，一般空载试验在低压侧进行； 空载试验必须外接额定电压； 在一次侧和二次侧分别施加额定电压做空载试验，测得的空载损耗相等。,62,二、短路试验,目的：求得变压器的负载损耗、短路阻抗Zk,测量参数：一次侧电压Uk，电流Ik，输入功率Pk,条件：二次侧短路，一次侧施加一很低的电压，以使一次侧电流接近额定值,63,已知短路试验测到的参数 ，,求取负载损耗、Zk,称为负载损耗,64,同空载试验，上述分析是对单相变压器进行的，求三相变压器的参数时，必须根据一相的负载损耗、相电压、相电流来计算；短路试验可以在高压侧做也可以在低压侧做，所求得的Zk是折算到测量侧的，且负载损耗值相等；在低压侧做短路试验时， 太小， 太大，调节设备难以满足要求，试验误差也较大，故短路试验通常在高压方进行。,65,3.2.5 标幺值,在电力工程的计算中，电压、电流、阻抗、功率等通常不用它们的实际值表示，而用其实际值与某一选定的同单位的数值之比来表示，此选定的值称为基值，此比值称为该物理量的标幺值或相对值。,66,一、变压器基值的选择,（1）以额定值为基值 相电压(流)的基值分别是相电压(流)的额定值,（2）有功、无功和视在功率的基值均为额定容量,67,(3) 阻抗的基值,一次绕阻阻抗的基值:,二次绕阻阻抗的基值:,星形联结：,三角形联结：,(4) 电阻、电抗与阻抗取同一基值,68,变压器基值,69,一、二次侧相电压、相电流的标幺值：,一、二次侧短路阻抗的标幺值：,70,二、标幺值的优点,（3）折算前后标幺值相等,（2）线值与相值电压(流)的标幺值相等,当 满载 ; 过载; 欠载。,（1）便于判定电机运行情况,71,（5）不论电力变压器容量相差多大，用标幺值表示的参数及性能数据变化范围很小。,（4）标幺后，某些物理量具有相同的标幺值，如：,72,一、电压变化率,定义：一次侧绕组施加额定电压，负载大小I2及其功率因数cos2一定时，二次侧空载电压U20与负载电压U2之差与二次侧额定电压之比，通常用百分数表示，即,3.2.6 变压器的运行特性,73,用标幺值的简化等值电路,感性负载简化相量图,74, 和 的夹角, 的阻抗角,75,式中，=I2I2N称为负载系数。 U的大小与短路阻抗的标幺值Zk*（Rk*、Xk*）、负载大小（I2*）和负载性质（cos2）有关；短路阻抗标幺值Zk*，U越大，负载变化时，负载电压波动较大；因此，从运行角度看，希望Zk*小些较好，但从限制短路电流大小的角度看，Zk*又不能太小；感性负载时，U0，二次侧端电压U2随负载电流I2的增大而下降；容性负载时，U可能小于0，二次侧端电压可能随负载电流I2的增加而升高。,76,其中:,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,变压器的效率定义为,77,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P0作为铁耗，并认为铁耗不随负载而变化。（2）以额定电流时的负载损耗PkN作为额定负载电流时的铜耗，并认为铜耗与负载系数的平方成正比。（3） 计算P2时，忽略负载运行时二次侧电压的变化。,78,单相变压器：,三相变压器：,P2的计算:,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,79,，计算：,80,变压器的效率公式：, 一定时，, 一定时，曲线 称为效率特性曲线。,=0，=0；较小时，2PkN(铜耗)P0(铁耗)，随的增大而增大；较大时，2PkNP0，随的增大的而下降。,81,在的增加过程中，有一值对应的效率达到最大，此值可用微分法求得，即,通常， 条件下，中小型变压器的效率约为0.950.98，大型变压器的效率一般在0.99以上。,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，P0是常年损耗，而负载系数随时间变化较大，故pkN / p0 =67.5。,3.3 三相变压器,3.3.1 三相变压器的磁路系统,3.3.2 三相变压器的电路系统联接组,3.3.3 三相变压器绕组联接法和磁路系统对空载电动势波形的影响,83,3.3.1 三相变压器的磁路系统,三相变压器按磁路可分为组式变压器和心式变压器两类。,三相组式变压器：由三台单相变压器组成，各相主磁通都有自己独立的磁路，互不相关联。,铁心独立，磁路不关联各相磁路的磁阻相同当三相绕组接对称三相电压时，各相激磁电流和磁通对称,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来，各相磁路是彼此关联的。,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在结构上省去中间的心柱将三相铁心布置在同一平面内,85,三相心式变压器磁路特点,磁路彼此关联，一相磁路以另外 两相磁路作为闭合磁路；三相磁路长度不相等，中间B相磁路较短，两边A、C相磁路较长；A、C相磁阻也较B相大，当外施三相对称电压时，三相空载电流不相等，即B相较小，A、C相较大；与负载电流相比，激磁电流很小（ 0.6%2.5%额定电流）， 若负载对称，三相电流基本对称。,86,一、连接法 为了说明连接方法，首先对绕组的首端、末端的标记作如下表的规定：,3.3.2 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,87,星形接法,把三相绕组的三个末端连在一起，而把它们的首端引出 以字母Y/y表示 若中点引出，以字母N/n表示,88,三角形接法,把一相的末端和另一相的首端连接起来，顺序连接成一闭合电路 以字母D/d表示 两种连接顺序AX-CZ-BYAX-BY-CZ,89,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单相变压器：I，i三相变压器： Y，y 或 YN，y 或 Y，yn； Y，d 或 YN，d； D，y 或 D，yn； D，d。,90,二、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：,91,同名端,同名端，即为电流流入端，用来表示绕组的绕向,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，在绕组旁边用符号 表示。,92,从高压绕组首端A和低压绕组首端a出发，若两绕组绕向相同，即A和a为同名端，则两绕组电动势相位相同。,单相变压器（两绕组同绕向）,物理电路 向量图 等效电路,同名端同标记,93,从高压绕组首端A和低压绕组首端a出发，若两绕组绕向相反时，即A和x为同名端，则两绕组电动势相位相反。,单相变压器（两绕组反绕向）,物理电路 向量图 等效电路,同名端异标记,94,从上面两个图中的等效电路可以得出下面的规律：,95,连接组的时钟表示,同名端同标记：高、低压绕组感应电动势相位差为0 ，短针指向0点，用时钟表示法为I, i0同名端异标记：高、低压绕组感应电动势相位差为180，短针指向6点，用时钟表示法为I, i6,单相变压器：将高压绕组电动势相量作为长针，指向12点；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。,96,三相变压器：,将高、低压绕组两个线电压三角形重心重合，将高压侧相电动势 矢量作为时钟长针，指向12点；把低压侧线电压三角形中对应的 矢量作为短针，所指钟点即为该连接组组号。,连接组号须根据高、低绕组的同名端和绕组连接方式确定。,97,星接时相、线电动势关系,相、线电动势关系：,98,角接时相、线电动势关系,99,例1 Y，y0连接组（1）作出高压侧相、线电动势相量图，满足 ；（2）对于Aa心柱，A、a都是首端又是同名端， 、 同方向，同理 与 、 与 同方向；（3）根据IEC标准，以oA表示 ，以oa表示 ， 滞后 零角度，即组号为0，连接组为Y，y0。,Y，y0连接组,100,例2 Y，y4连接组（1）作出高压侧相、线电动势相量图，满足 ；（2）对于Ac心柱，A、c都是首端又是同名端， 、 同方向，同理 与 、 与 同方向（3） 滞后 120，即组号为4，连接组为Y，y4。,Y，y4联接组,101,例3 Yd11连接组（1）作出高压侧相、线电动势相量图，满足 ；（2）对于Aa心柱， 与 反方向，同理 与 反方向， 与 反方向，作相量三角形abc（3）连接oA作长针，oa作短针，oa滞后于oA 330，即组号为11，连接组为Y，d11。,Y，d11连接组,102,例4 D，y5连接组（1）作出D，y5连接组的相量图（2）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,103,三相变压器组别总结： Y，y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； Y，d或D， y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； 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 Y，y0； 我国国家标准规定对1600kVA以下的配电变压器采用Y，y0、D，y11；而大于1600kVA的电力变压器采用Y，d11、D，y11。,104,一、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,磁化曲线的非线性,正弦波电流产生的磁通波形,正弦波磁通产生的电流波形,磁通正弦时，电流含三次谐波；电流正弦时，磁通含三次谐波。,105,二、Y，y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Y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接近正弦波。,三相组式变压器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；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；一、二次绕组中除了基波磁通感应的基波电动势外，还有3次谐波感应的谐波电动势；三次谐波电动势幅值可达基波幅值的45至60甚至更大。,平顶波磁通产生的电动势波形,三相组式变压器不能采用Y，y联接,106,三相芯式变压器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；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；变压器容量不大于1600kVA才采用这种联接组。,三相心式铁心中三次谐波磁通,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。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Y，d联接的三相变压器。我国制造的1600kVA以上的变压器，一次侧、二次侧总有一方是角接。,三角形绕组中的三次谐波,三、Y，d和D，y连接的三相变压器,108,小结,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、次级侧对应线电势(或电压)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30的倍数，通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，其激磁电流中的三次谐波分量流通情况不同Y或D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,3.4.1 变比不等的变压器并联运行,3.4.2 连接组号不同时变压器并联运行,3.4.3短路阻抗不等时变压器的并联运行,2.重点：并联运行的变压器负载分配问题。,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出现的问题。,110,一、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、二次绕组分别接在各自的公共母线上，同时对负载供电。,111,1、并联的必要性,2、并联运行变压器的理想运行情况,1. 空载运行时，各台变压器间无环流；,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量成正比关系。,(1)适应用电量的增加随着负载的发展，必须相应地增加变压器容量及台数；(2)提高运行效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；(3)提高供电可靠性允许其中部分变压器由于检修或故障退出并联。,112,二、 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,113,理想的并联运行条件,内部不会产生环流空载时，各变压器的相应的二次侧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；每台变压器所分担的负载电流均为最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。,114,3.4.1 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。在空载时，两变压器绕组之间的环流为：,结论：要求变比 k 相差小于0.5%,115,3.4.2 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至少相差30。例如Yy0与Yd11一次侧接入电网，二次侧电压就相差30，相量差为： 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，其值将达到额定电流的5.2倍，这是绝对不允许的。,结论：连接组号不同的变压器不能并联运行,116,3.4.3 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，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。,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比，标么值小的变压器先达到满载,结论：变压器容量之比小于3，漏阻抗标幺值之差小于10%,118,总结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（k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）；,3) 短路阻抗标幺值 相等。,相差小于10%，额定容量SN的比值不小于3,变比 k 相差小于0.5%,（ 必要条件 ),119,变压器连接组,Y，d11连接组,D，y5连接组,3.7 特殊用途的变压器,3.7.1 三绕组变压器,三绕组变压器可以连接不通电压的电网，方便地实现电力调度，在电力系统中应用广泛。,3.7 特殊用途的变压器,3.7.2 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。,122,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、二次侧所共有；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行，也可作为降压变压器运行。,一、自耦变压器的结构特点,123,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，则副边电流在副绕组中从非同名端流向同名端！,首先分析双绕组变压器电流方向。,忽略励磁电流则：,实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(1),二、自耦变压器的电磁特点,124,实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(2),忽略励磁电流,当原边电流从同名端流向非同名，则副绕组电流从非同名端流向同名端！,原副绕组电流,原副边电流实际方向示意图,副边实际电流则等于原副绕组电流之和。,125,实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(3),联结成自耦变压器空载时:,126,实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(4),原副边电流实际方向示意图,与双绕组变压器类似，原绕组220V、10A时，副绕组200V、1A，则负载电流11A。,原边输入容量副边输出容量,127,三、自耦变压器基本方程(要求：参考下图与上述学习自行推导),128,电压关系,原、副边的电压方程式,自耦变压器变比：（若忽略漏阻抗压降）,129,根据全电流定律，励磁磁动势 为串联绕组磁动势 与公共绕组磁动势 之和，即：,若忽略励磁电流（ ），则：,磁动势平衡及电流关系,结论：自耦变压器负载运行时，原、副边电压之比近似等于副、原边电流之比，这点与双绕组变压器一样。,130,容量关系,1）由原边直接传到副边的容量称为传导容量，它既不消耗材料，也不产生损耗；,2）绕组通过电磁作用得到的容量称为电磁容量，也叫绕组容量；,3）自耦变压器额定容量为传导容量和电磁容量之和；,4）自耦变压器的电磁容量与额定容量的比值称为效益系数 。,131,效益系数 = = ,电磁容量,额定容量,额定容量,额定容量 传导容量,电磁容量,越接近1, 越小, 电磁容量越小, 传导容量越大,节材效果越明显。,132,四、简化等效电路（推导过程不要求）,代入,得,133,134,主要用在高压电力系统中两个电压相差不大的电网上，小容量自耦变压器也被用作实验室中的调压设备。,总 结,用途：,优点：,比双绕组电力变压器省材料，成本低，效率高。 越接近1， 越小，电磁容量(绕组容量)越小，节材效果越明显.,缺点：,1）短路阻抗标幺值比双绕组小，短路电流较大。2）由于自耦变压器原副边有电的直接联系，高压边过电压时，低压边也产生严重的过电压，两边均需要装设避雷器。,3.7 特殊用途的变压器,3.7.3 电流互感器与电压互感器,互感器是一种用于测量的小容量变压器，分为电流互感器和电压互感器两种。 采用互感器的目的： （1）确保工作人员和仪表的安全； （2）用小量程仪表测量大电流或高电压。,3.7 特殊用途的变压器,3.7.3 电流互感器与电压互感器,电流互感器 电压互感器,