电机学电子教案、习题解答04第4章 变压器的运行ppt课件

1、第4章 变压器的运行4.1 4.1 变压器的运行特性变压器的运行特性4.2 4.2 变压器的并联运行变压器的并联运行 4.3 4.3 变压器空载合闸电流变压器空载合闸电流4.4 4.4 变压器的突然短路变压器的突然短路 内容内容 要求要求 掌握电压变化率定义及参数表达式、负载性质不同时的外特性特点。掌握电压变化率定义及参数表达式、负载性质不同时的外特性特点。掌握变压器的损耗、效率计算式、取得最大效率的条件。掌握变压器的损耗、效率计算式、取得最大效率的条件。掌握并联运行条件、条件不满足时产生的后果、并联运行负载分配计算。掌握并联运行条件、条件不满足时产生的后果、并联运行负载分配计算。理解空载合闸

2、瞬态过程、空载合闸过电流产生的原因及其影响。理解空载合闸瞬态过程、空载合闸过电流产生的原因及其影响。理解突然短路瞬态过程、突然短路电流大小及对变压器的影响。理解突然短路瞬态过程、突然短路电流大小及对变压器的影响。第4章 变压器的运行4.1 4.1 变压器的运行特性变压器的运行特性运行特性运行特性外特性：反映变压器供电电压的稳定性外特性：反映变压器供电电压的稳定性效率特性：反映变压器运行的经济性效率特性：反映变压器运行的经济性一、电压变化率和外特性一、电压变化率和外特性1. 电压变化率电压变化率从空载到负载时二次侧电压变化的百分值：从空载到负载时二次侧电压变化的百分值： 常数，指211cos,N

3、UU%100%100%1001212222220NNNNNUUUUUUUUUU这是定义表达式，下面利用变压器的简化相量图求出其参数表达式。这是定义表达式，下面利用变压器的简化相量图求出其参数表达式。 第4章 变压器的运行bcaboaocUUN21%100121NNUUUU%100sincos12121NssUXIRI%100sincos1212111NsNsNNUXIRIII%100)sincos(2*2*ssXR2121sincosssXIRI*2*1II 称为负载系数。称为负载系数。 与U负载大小负载大小负载性质负载性质短路阻抗短路阻抗有关有关2*ssXR 、电压变化率是表征变压器运行性能

4、电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之一，它的大小反映了的重要指标之一，它的大小反映了变压器供电电压的稳定性。变压器供电电压的稳定性。 电力变压器的额定电压变化率在电力变压器的额定电压变化率在5%左右。左右。 第4章 变压器的运行2. 外特性外特性 常数时：指211cos,NUU)(22IfU （1电阻负载电阻负载, 02, 0sin2, 0*sRRUNUU22即端电压随负载增加而下降。即端电压随负载增加而下降。 （2感性负载感性负载 , 02, 0sin2NUU220)sincos(2*2*RssRLUXRU即端电压随负载增加而下降，且比电阻负载时要下降的多。即端电压随负载增加而下降，且

5、比电阻负载时要下降的多。 （3容性负载容性负载 02, 0sin2则若，2*2*cossinssRX0)sincos(2*2*ssRCXRU则若，2*2*cossinssRX0)sincos(2*2*ssRCXRUNUU22NUU22即容性负载时端电压随负载增加可能上升。即容性负载时端电压随负载增加可能上升。 通常电力变压器的负载为感性负载，所以变压器的外特性以曲线通常电力变压器的负载为感性负载，所以变压器的外特性以曲线2为代表。为代表。第4章 变压器的运行3.3.电压调整电压调整 为保证二次端电压在允许范围之内,通常在变压器的高压侧设置抽头,并装设分接开关,调节变压器高压绕组的工作匝数,来调

6、节二次电压。 分接开关有两种形式：（1在断电情况下进行调节，称为无载分接开关，这种调压方式称为无励磁调压；（2在带负荷情况下进行调节，称为有载分接开关，这种调压方式称为有载调压。 中、小型电力变压器一般有三个分接中、小型电力变压器一般有三个分接头，记作头，记作UN UN 5%5%。大型电力变压器采用。大型电力变压器采用五个或多个分接头。五个或多个分接头。第4章 变压器的运行二、损耗、效率及效率特性二、损耗、效率及效率特性1. 变压器的损耗由于铜耗随负载电流平方关系而变化，故铜耗称为可变损耗。由于铜耗随负载电流平方关系而变化，故铜耗称为可变损耗。损耗损耗磁通在结构部件中引起的局部涡流损耗等磁通在

7、结构部件中引起的局部涡流损耗等Fep铁耗铁耗基本铁耗：铁心中的磁滞损耗和涡流损耗基本铁耗：铁心中的磁滞损耗和涡流损耗附加铁耗：附加铁耗：Cup铜耗铜耗基本铜耗：电流在一、二次绕组直流电阻上的损耗基本铜耗：电流在一、二次绕组直流电阻上的损耗附加铜耗：集肤效应引起的损耗等附加铜耗：集肤效应引起的损耗等不变，不变，不变，由于、mBfU11故铁耗称为不变损耗。故铁耗称为不变损耗。0ppFe3 . 12fBpmFe铁耗铁耗sCuRIp21铜耗铜耗sNsNsCupRIRIp2)C75(212)C75(21sNp为额定铜耗为额定铜耗变压器的总损耗为变压器的总损耗为CuFeppp第4章 变压器的运行效率是表征

8、变压器运行性能的重要指标，反映变压器运行时经济性能的好坏。效率是表征变压器运行性能的重要指标，反映变压器运行时经济性能的好坏。2. 变压器的效率指变压器的输出功率与输入功率的比值：指变压器的输出功率与输入功率的比值：%10012PP%100%1002222CuFeppPPpPP%100coscossN202N2NppSS 22cosNSP将将0ppFesNCupp2代入上式得效率计算式：代入上式得效率计算式：中、小型电力变压器额定效率在中、小型电力变压器额定效率在95%以上，大型电力变压器额定效率达以上，大型电力变压器额定效率达99%以上。以上。22222222coscoscosNNNNSIU

9、IUP故因，NUU22第4章 变压器的运行3. 变压器的效率特性)(f常数时：指211cos,NUU%100coscossN202N2NppSS即：时，m；很小，Cup时，m达到最大值；，FeCupp时，m。很大，Cup效率特性曲线形状解释：效率特性曲线形状解释：0dd令令 ，可求得变压器达到最高效率的条件：，可求得变压器达到最高效率的条件：02ppsNm即当铁耗不变损耗等于铜耗可变损耗时，变压器的效率最高。即当铁耗不变损耗等于铜耗可变损耗时，变压器的效率最高。 第4章 变压器的运行最高效率时的负载系数最高效率时的负载系数 sNmpp0变压器的最高效率：变压器的最高效率： %1002cosco

10、s022maxpSSNmNm由于电力变压器经常处于由于电力变压器经常处于5070额定负载下运行。为了使长期轻载运行的变额定负载下运行。为了使长期轻载运行的变压器具有最高效率，设计变压器时应使铁耗小于额定铜耗，常取压器具有最高效率，设计变压器时应使铁耗小于额定铜耗，常取 m0.50.7。 所以，一般电力变压器的额定效率并非是最高效率，而运行在所以，一般电力变压器的额定效率并非是最高效率，而运行在0.50.7倍倍额定负载时才具有最高效率。额定负载时才具有最高效率。 例4.1.1 第4章 变压器的运行4.2 4.2 变压器的并联运行变压器的并联运行 并联运行是指将几台并联运行是指将几台变压器的一、二

11、次绕组分变压器的一、二次绕组分别接在一、二次侧的公共别接在一、二次侧的公共母线上，共同向负载供电母线上，共同向负载供电的运行方式。的运行方式。一、并联运行的优点一、并联运行的优点 可以提高供电的可靠性：其中一台发生故障时，其余变压器可继续供可以提高供电的可靠性：其中一台发生故障时，其余变压器可继续供电。电。 可以提高供电的经济性：可根据负载大小变化，随时调整投入并联台可以提高供电的经济性：可根据负载大小变化，随时调整投入并联台数。数。 可以减少备用容量和初次投资：可随负荷不断增加，分期安装变压器。可以减少备用容量和初次投资：可随负荷不断增加，分期安装变压器。 第4章 变压器的运行二、并联运行的

12、理想条件二、并联运行的理想条件并联运行的理想情况是：并联运行的理想情况是：（1 1空载时各变压器绕组之间无环流；否则将增加绕组铜损耗。空载时各变压器绕组之间无环流；否则将增加绕组铜损耗。（2 2负载时各变压器的负载系数相等；负载时各变压器的负载系数相等；“大马拉大车、小马拉小车大马拉大车、小马拉小车”，充分，充分利用。利用。（3 3负载时各变压器的输出电流同相位。总的输出电流最大。负载时各变压器的输出电流同相位。总的输出电流最大。（3短路阻抗标么值相等，短路阻抗角也相等。短路阻抗标么值相等，短路阻抗角也相等。为了实现上述理想情况，变压器并联运行的理想条件是：各变压器的为了实现上述理想情况，变压

13、器并联运行的理想条件是：各变压器的实际并联时，第实际并联时，第2条必须满足，（条必须满足，（1）（）（3两条允许稍有偏差。两条允许稍有偏差。（1额定电压相等，即变比相等；额定电压相等，即变比相等；（2联结组别相同；联结组别相同；实现理想情况实现理想情况1）实现理想情况实现理想情况2）（）（3）第4章 变压器的运行三、不满足并联条件时的运行分析三、不满足并联条件时的运行分析1. 变比不等时并联运行IIIkk ：设两台变压器变比不等折算到二次测的简化等效电路折算到二次测的简化等效电路 sIIsIII1I1sIIsIcZZkUkUZZUIII1I1kUkUU则二次侧引起开路电压差则二次侧引起开路电压

14、差 它将在两台变压器二次绕组之间产生环流：它将在两台变压器二次绕组之间产生环流： sIZsIIZU由于漏阻抗由于漏阻抗很小，即便很小，即便不大，也会引起较大的环流。不大，也会引起较大的环流。 为了控制环流不超过额定电流的为了控制环流不超过额定电流的5%，变比差，变比差kkkkk|不应超过不应超过0.5%。 根据磁动势平衡关系，此时两台变压器一次绕组也将产生环流，根据磁动势平衡关系，此时两台变压器一次绕组也将产生环流，这既占用了变压器的容量，又增加了变压器损耗。这既占用了变压器的容量，又增加了变压器损耗。 第4章 变压器的运行2. 联结组别不同时并联运行 Y,y0与与 Y,d11 并联时并联时

15、二次侧线电压相量图二次侧线电压相量图 由于短路阻抗很小由于短路阻抗很小, ,这么大的电压差产生的环流将是额定电流几这么大的电压差产生的环流将是额定电流几倍，这会烧毁绕组。倍，这会烧毁绕组。30 联结组别不同的变压器并联运行时，联结组别不同的变压器并联运行时，二次侧线电压之间至少有二次侧线电压之间至少有 相位差，相位差，将形成很大的电压差。将形成很大的电压差。 例如：例如：Y,y0与与Y,d11并联时，并联时，uvuv518. 0230sin2UUU所以联结所以联结 组别不同的变压器绝不允许并联。组别不同的变压器绝不允许并联。二次侧的线电压差为：二次侧的线电压差为：第4章 变压器的运行3. 短路

16、阻抗标么值不等时并联运行sIIIIsIIZIZINsIINIINIIIINsININIIUZIIIUZIII*sIIII*sIIZZ*sII*sIIII/1/1ZZ由于变比相等，联结组别相同，由于变比相等，联结组别相同，此时环流为零。由图可得此时环流为零。由图可得即各变压器所分担的负载电流大小与其短路阻抗标么值成反比。即各变压器所分担的负载电流大小与其短路阻抗标么值成反比。短路阻抗标么值不等时并联运行的简化等效电路短路阻抗标么值不等时并联运行的简化等效电路 为了能充分利用变压器的容量，理想的负载分配是各负载系数相等，这就要求为了能充分利用变压器的容量，理想的负载分配是各负载系数相等，这就要求各

17、台变压器的短路阻抗标值相等。各台变压器的短路阻抗标值相等。第4章 变压器的运行时，当*sII*sIZZIII两台变压器同时满载或同时以同样的程度欠载，负载分配合理，容量充分利用。两台变压器同时满载或同时以同样的程度欠载，负载分配合理，容量充分利用。 时，当*sII*sIZZIII负载分配不合理，容量得不到充分利用。负载分配不合理，容量得不到充分利用。这种情况下，变压器的容量得不到充分利用，是不经济的。通常要求各变这种情况下，变压器的容量得不到充分利用，是不经济的。通常要求各变压器的短路阻抗标么值相差不应超过其平均值的压器的短路阻抗标么值相差不应超过其平均值的10。，例如：若*sII*sIZZI

18、II则（满载）1I（欠载）1II（满载）1II（过载）1I负载分配不合理。负载分配不合理。 因而，当因而，当 不等的变压器并联运行时，为了不使任何一台变压器过载运行，不等的变压器并联运行时，为了不使任何一台变压器过载运行，应使应使 小的变压器处于满载运行，其它变压器只能处于欠载运行。小的变压器处于满载运行，其它变压器只能处于欠载运行。 *sZ*sZ第4章 变压器的运行各变压器的输出电流是否同相位，与它们的短路阻抗角有关：各变压器的输出电流是否同相位，与它们的短路阻抗角有关： sIsIIsIsIsIIsIIIIIZZjXRjXRII)(sIsII时，当sIIsI同相位，与IIIII总电流为各变压

19、器输出电流的代数和最大）。总电流为各变压器输出电流的代数和最大）。 时，当sIIsI有相差，与IIIII总电流为各变压器输出电流的相量和减小）。总电流为各变压器输出电流的相量和减小）。 通常，变压器容量相差越大，短路阻抗角相差也越大，因此要求并联通常，变压器容量相差越大，短路阻抗角相差也越大，因此要求并联运行变压器的最大容量与最小容量之比不超过运行变压器的最大容量与最小容量之比不超过3:13:1。 为了使各台变压器输出电流同相位，要求各变压器的短路阻抗角相等。 实际上，当短路阻抗角相差实际上，当短路阻抗角相差 以内时，电流的相量和与代数和之间以内时，电流的相量和与代数和之间相差很小，故一般可不

20、考虑阻抗角的影响，即认为二次电流是同相位的。相差很小，故一般可不考虑阻抗角的影响，即认为二次电流是同相位的。 o20第4章 变压器的运行四、并联运行时的负载分配计算四、并联运行时的负载分配计算设设n台变压器并联运行，其联结组别和变比均相同，但短路阻抗标么值不等。台变压器并联运行，其联结组别和变比均相同，但短路阻抗标么值不等。*sN*snNnn*sN*sIINIIII*sN*sINIIZZSZZSZZSSSSSSSSSS各台变压器所分担负载大小的计算公式：各台变压器所分担负载大小的计算公式：为变压器承担的总负载S*sNZS*snNn*sIINII*sINIZZZSSS若要求任一台变压器都不过载，

21、若要求任一台变压器都不过载，可令可令 最小的变压器的最小的变压器的 *sZ1NSS变压器的设备利用率变压器的设备利用率: 越高，运行经济性越好。越高，运行经济性越好。 例4.2.1 第4章 变压器的运行* *4.3 4.3 变压器空载合闸电流变压器空载合闸电流变压器的稳态空载电流很小，一般只有额定电流的变压器的稳态空载电流很小，一般只有额定电流的2%10。空载合闸时，一次侧电压方程为空载合闸时，一次侧电压方程为)sin(m11tUudtdNRi110 忽略忽略 10Ri)sin(m11tUdtdNdttNUd)sin(1m1)cos(mt cosm 变压器空载合闸时，空载电流在一次绕组电感线圈

22、中出现过渡过程，变压器空载合闸时，空载电流在一次绕组电感线圈中出现过渡过程，可能出现很大的冲击电流励磁涌流），可达额定电流的几倍。可能出现很大的冲击电流励磁涌流），可达额定电流的几倍。第4章 变压器的运行稳态分量稳态分量 )cos(mt暂态分量暂态分量 cosm11111m1m44. 422fNUfNUNU稳态时磁通的最大值稳态时磁通的最大值 901）当（ 即当电压瞬时值为最大时进行合闸，磁通为即当电压瞬时值为最大时进行合闸，磁通为 )90cos(mt90cosmtsinm 此时，此时，0 , 说明合闸后磁通将不经历过渡过程而立即进入稳态，说明合闸后磁通将不经历过渡过程而立即进入稳态，空载合闸

23、电流也不经历过渡过程而立即进入稳态，不出现励磁涌流。空载合闸电流也不经历过渡过程而立即进入稳态，不出现励磁涌流。 第4章 变压器的运行02）当（ 即当电压瞬时值为即当电压瞬时值为0时进行合闸，磁通为时进行合闸，磁通为 mmcost在合闸以后半个周期瞬间在合闸以后半个周期瞬间 ）（t磁通达到最大值磁通达到最大值 mmax2此时变压器铁心处于深度饱和，空载合闸电流急剧增加，即出现励磁涌流此时变压器铁心处于深度饱和，空载合闸电流急剧增加，即出现励磁涌流mi01R111/ RLT 由于由于的存在，的存在， 是衰减的，衰减快慢由一次绕组时间常数是衰减的，衰减快慢由一次绕组时间常数决定。决定。 mi0励磁涌流对变压器本身没有危害，可能引起过电流保护装置误动作，使变压器不励磁涌流对变压器本身没有危害，可能引起过电流保护装置误动作，使变压器不能正常合闸。为此常加装重合闸装置。能正常合闸。为此常加装重合闸装置。第4章 变压器的运行* *4.4 4.4 变压器的突然短路变压器的突然短路一、突然短路电流突然短路时的电压方程式为突然短路时的电压方程式为dtdiLRitUussss)sin(211ssTtsssiieItIis c