第三章 变压器(3)

1、1重庆大学自动化学院重庆大学自动化学院2第三章第三章 变压器变压器3 主要内容主要内容 第六节第六节 三相变压器三相变压器 第七节第七节 变压器的稳态运行变压器的稳态运行4 电力系统用的最多的是电力系统用的最多的是三相变压器三相变压器 对称负载时，三相变压器的一、二次绕组是三相对称电路，对称负载时，三相变压器的一、二次绕组是三相对称电路，各相电压和电流大小相等、彼此相差各相电压和电流大小相等、彼此相差120120o o电角度电角度，求得一，求得一相的电压、电流后，其它两相可根据对称关系得出相的电压、电流后，其它两相可根据对称关系得出 共性问题：共性问题： 基本方程式、等效电路、相量图、运行特性

2、基本方程式、等效电路、相量图、运行特性 特有问题：特有问题： 1）三相变压器的电路系统，即）三相变压器的电路系统，即三相绕组的联结三相绕组的联结 2）三相变压器的磁路系统，即铁心的结构）三相变压器的磁路系统，即铁心的结构 3）不同电路和磁路系统下的感应电动势波形）不同电路和磁路系统下的感应电动势波形第六节第六节 三相变压器三相变压器5 联结法联结法三相变压器绕组的联结方式，三相变压器绕组的联结方式，星形星形和和三角形联结三角形联结 一次绕组一次绕组首端由首端由A、B、C表示，末端由表示，末端由X、Y、Z表示；表示； 二次绕组二次绕组首端由首端由a、b、c表示，末端由表示，末端由x、y、z表示。

3、表示。一、三相变压器的电路系统一、三相变压器的电路系统联结组联结组1 1、联结法、联结法第六节第六节 三相变压器三相变压器6 星形联结（星形联结（Y或或y）首端引出，末端连在一起称为中首端引出，末端连在一起称为中性点，用性点，用N（或（或n）表示）表示 三角形联结（三角形联结（D或或d）首端引出，首端引出，规定规定各相顺序连接各相顺序连接次序为次序为AXCZBY（axczby） 一次绕组符号在前，二次绕组符号在后，表示一次绕组符号在前，二次绕组符号在后，表示联结法联结法如：如：YNd表示一次绕组作星形联结，并引出中性点，二次表示一次绕组作星形联结，并引出中性点，二次绕组作三角形联结；绕组作三角

4、形联结；Yd；Dy；Dd第六节第六节 三相变压器三相变压器7 联结组联结组三相变压器一、二次绕组三相变压器一、二次绕组线电压的相位关系线电压的相位关系主要与主要与绕组联结法绕组联结法、绕组绕向绕组绕向、绕组端子标志绕组端子标志相关相关 同名端同名端一、二次绕组被同一交变主磁通一、二次绕组被同一交变主磁通交链，在任一交链，在任一瞬间，一次绕组某一端点电位为正，二次绕组必有一端点电瞬间，一次绕组某一端点电位为正，二次绕组必有一端点电位也为正，这两个对应端点称为位也为正，这两个对应端点称为“同名端同名端”同名端用同名端用“”标注，同名端取决于绕组绕向标注，同名端取决于绕组绕向2 2、联结组、联结组第

5、六节第六节 三相变压器三相变压器Xa8 联结组标号联结组标号一、二次绕组线电压的相位差一、二次绕组线电压的相位差对于三相变压器，无论采用什么联结法，一、二次绕组线对于三相变压器，无论采用什么联结法，一、二次绕组线电压的相位差，电压的相位差，总是总是30o电角度的倍数电角度的倍数 “时钟表示法时钟表示法”标示一、二次绕组线电压的相位关系标示一、二次绕组线电压的相位关系 按规定的同名端和端子标志，作出一、二次绕组的按规定的同名端和端子标志，作出一、二次绕组的线线电压三角形电压三角形，并将其，并将其重心重合重心重合； 将一次绕组线电压三角形的一条中性线作为将一次绕组线电压三角形的一条中性线作为“长针

6、长针”，指向指向12点点； 将二次绕组线电压三角形的对应中性线作为将二次绕组线电压三角形的对应中性线作为“短针短针”，所指向的钟点即为所指向的钟点即为联结组标号联结组标号。第六节第六节 三相变压器三相变压器9 单相变压器的联结组：单相变压器的联结组： 对于任意的同名端和端子标志，对于任意的同名端和端子标志，一、二次绕组中电压一、二次绕组中电压相位关系只有相位关系只有同相或反相同相或反相两种可能，因此两种可能，因此只有两类只有两类： a）I/I-0联结组联结组 b）I/I-6联结组联结组第六节第六节 三相变压器三相变压器Xa10 三相变压器的联结组：三相变压器的联结组： 根据时钟刻度，共计根据时

7、钟刻度，共计12种联结组种联结组： Yy0、Yy2、Yy4、Yy6、Yy8、Yy10 Yd1、Yd3、Yd5、Yd7、Yd9、Yd11 要求：画出全部要求：画出全部12种联结组的联结图和线电压相量图种联结组的联结图和线电压相量图 1）给出联结组标号）给出联结组标号画出相量图和相应的联结图；画出相量图和相应的联结图； 2）给出联结图）给出联结图画出相量图并确定联结组标号。画出相量图并确定联结组标号。 规定：规定： 1）参考正方向：首端）参考正方向：首端末端末端 2）实际正方向：高电势端标注为同名端）实际正方向：高电势端标注为同名端 3）顺时针要求：）顺时针要求：abc三相，顺时针依次相差三相，顺

8、时针依次相差120o电角度；电角度；联结，顺序连接联结，顺序连接axczby第六节第六节 三相变压器三相变压器11例例1：Y/y联结的绘制和判别联结的绘制和判别步骤步骤 按规定绕组按规定绕组端子标志端子标志，画出联结图；，画出联结图； 标明绕组的标明绕组的相电压方向相电压方向和和同名端同名端；相电压正方向规定：首端相电压正方向规定：首端末端末端 画出画出一次绕组相电压一次绕组相电压，各相顶点相连，各相顶点相连即为线电压三角形；即为线电压三角形； 根据同一铁心上一、二次绕组的根据同一铁心上一、二次绕组的相电相电压相位关系压相位关系，画出，画出二次绕组相电压二次绕组相电压，各相顶点相连即为线电压三

9、角形各相顶点相连即为线电压三角形； 将两个三角形将两个三角形重心重合重心重合； 根据一、二次绕组线电压三角形根据一、二次绕组线电压三角形对应对应中性线中性线位置，确定位置，确定联结组标号联结组标号。第六节第六节 三相变压器三相变压器ABCabcnNYy012 第六节第六节 三相变压器三相变压器例例2：Y/d联结的绘制和判别联结的绘制和判别步骤步骤 按规定绕组按规定绕组端子标志端子标志，画出联结图；，画出联结图； 标明绕组的标明绕组的相电压方向相电压方向和和同名端同名端；相电压正方向规定：首端相电压正方向规定：首端末端末端 画出画出一次绕组相电压一次绕组相电压，各相顶点相连，各相顶点相连即为线电

10、压三角形；即为线电压三角形； 根据同一铁心上一、二次绕组的根据同一铁心上一、二次绕组的相电相电压相位关系压相位关系，画出，画出二次绕组相电压二次绕组相电压，各相顶点相连即为线电压三角形各相顶点相连即为线电压三角形； 将两个三角形将两个三角形重心重合重心重合； 根据一、二次绕组线电压三角形根据一、二次绕组线电压三角形对应对应中性线中性线位置，确定位置，确定联结组标号联结组标号。ABCabcnNYd1113三相变压器联结组的几点认识和结论：三相变压器联结组的几点认识和结论： 改变变压器的改变变压器的绕组联结法（绕组联结法（Y或或D）、绕组绕向（同名绕组绕向（同名端）端）、绕组端子标志（首末端）绕组

11、端子标志（首末端），可得到不同的联结组，可得到不同的联结组 Y/y联结联结的三相变压器，的三相变压器， 其联结组号都是其联结组号都是偶数偶数 Y/d联结联结的三相变压器，其联结组号都是的三相变压器，其联结组号都是奇数奇数 D/d联结联结可以得到与可以得到与Y/y联结相同的组号联结相同的组号 D/y联结联结可以得到与可以得到与Y/d联结相同的组号联结相同的组号 最常用的联结组是最常用的联结组是Yy0和和Yd11第六节第六节 三相变压器三相变压器14 由三个容量与结构由三个容量与结构完全相同的单相变完全相同的单相变压器的铁心组成压器的铁心组成 特点：特点：三相磁路完三相磁路完全独立，互不影响全独立

12、，互不影响 特点：特点：磁路相互关磁路相互关联，一相磁路以另联，一相磁路以另外两相磁路作为闭外两相磁路作为闭合磁路合磁路1. 1. 三相组式变压器三相组式变压器2. 2. 三相芯式变压器三相芯式变压器第六节第六节 三相变压器三相变压器二、三相变压器的磁路系统二、三相变压器的磁路系统 铁心的结构形式铁心的结构形式0ABC 15 变压器运行的变压器运行的两种主要特性两种主要特性：1 1）外特性；）外特性；2 2）效率特性）效率特性 对应的对应的两个主要指标两个主要指标：1 1）电压调整率；）电压调整率；2 2）效率）效率第七节第七节 变压器的稳态运行变压器的稳态运行一、外特性一、外特性 外外特性特

13、性当一次绕组外施额定电压当一次绕组外施额定电压U1=U1N和负载功率因和负载功率因数数cos2不变不变时，二次侧端电压随负载电流变化的规律，时，二次侧端电压随负载电流变化的规律，即即U2f(I2) 二次侧电压的变化趋势：二次侧电压的变化趋势：U2下降的原因下降的原因变压器变压器“内阻内阻”上压降增大。上压降增大。112()NkUI ZU 2212kIII ZU16 变压器的外特性：变压器的外特性：阻性负载阻性负载外特性下降，外特性下降，端电压变化小端电压变化小感性负载感性负载外特性下降，外特性下降，端电压变化增大端电压变化增大容性负载容性负载外特性可上翘，外特性可上翘，端电压变化增大端电压变化

14、增大第七节第七节 变压器的稳态运行变压器的稳态运行变压器的外特性变压器的外特性 二次侧端电压二次侧端电压U2随负载变化的程度随负载变化的程度电压调整率电压调整率u17 电压调整率电压调整率一次侧外施额定电压一次侧外施额定电压U1=U1N、负载功率因、负载功率因素素cos2为一定值，空载与负载时二次侧端电压之差，用为一定值，空载与负载时二次侧端电压之差，用二次侧额定电压的百分值表示二次侧额定电压的百分值表示： 电压调整率是变压器运行性能的重要指标之一电压调整率是变压器运行性能的重要指标之一它表征了电网电压的稳定性，反映了电能的质量。它表征了电网电压的稳定性，反映了电能的质量。第七节第七节 变压器

15、的稳态运行变压器的稳态运行2022N21N22N2N1N100%100%100%UUUUUUuUUU18 电压调整率的计算电压调整率的计算通过近似等效电路及其相量图简化通过近似等效电路及其相量图简化第七节第七节 变压器的稳态运行变压器的稳态运行121112121N1N21N21N100%100%cossin100%cossin100%NNNkkkkUUabuUUI RI XUIRIXU 近似等效电路及其相量图近似等效电路及其相量图式中，式中，负载系数负载系数1212NNIIII 19 影响电压调整率影响电压调整率u的因素：的因素： 负载大小（负载大小（）；）； 负载性质（负载性质（cos2）；

16、）； 变压器本身的短路参数（变压器本身的短路参数（Rk、Xk）。）。第七节第七节 变压器的稳态运行变压器的稳态运行 由电压调整率由电压调整率u分析外特性：分析外特性：阻性负载阻性负载 ，u为正为正感性负载感性负载 ，u为正为正容性负载容性负载 ，u可正负可正负 实际运行中，实际运行中，一般是感性负载，一般是感性负载，故端电压下降故端电压下降58%当当I2=I2N、=1时时)(2fu 2020201N21N21Ncossin100%kkIRIXuU 20 效率特性效率特性当一次绕组外施额定电压当一次绕组外施额定电压U1=U1N和负载功率和负载功率因数因数cos2不变不变时，时，变压器效率随负载电

17、流变化的规律，变压器效率随负载电流变化的规律，即即f(I2) 能量传递过程：能量传递过程： 变压器中损耗主要包括变压器中损耗主要包括铜耗铜耗和和铁耗铁耗： 铜耗铜耗负载电流的平方负载电流的平方可变损耗可变损耗 铁耗铁耗外施电压大小，与负载基本无关外施电压大小，与负载基本无关不变损耗不变损耗二、效率特性二、效率特性第七节第七节 变压器的稳态运行变压器的稳态运行21 效率效率输出的有功功率与输入的有功功率之比输出的有功功率与输入的有功功率之比式中，式中， 总损耗总损耗 问题在于：问题在于：pCu和和pFe如何确定？如何确定？12112100%100%(1) 100%PppPPPPpCuFeppp第

18、七节第七节 变压器的稳态运行变压器的稳态运行22计算效率的几个假定：计算效率的几个假定：以额定电压下的空载损耗以额定电压下的空载损耗p0作为铁耗作为铁耗pFe，并认为铁耗，并认为铁耗不随负载而变化，即：不随负载而变化，即：以额定电流时的负载损耗以额定电流时的负载损耗pk作为额定电流的铜耗作为额定电流的铜耗pCu，并认为铜耗与负载系数并认为铜耗与负载系数的平方成正比，即：的平方成正比，即：计算计算P2时，忽略负载运行时的二次侧电压变化，即：时，忽略负载运行时的二次侧电压变化，即：22222222coscoscosNNNNPmUImUIS第七节第七节 变压器的稳态运行变压器的稳态运行0Fepp2Cukpp23 效率的计算效率的计算第七节第七节 变压器的稳态运行变压器的稳态运行202201100%coskNkppSpp 变压器的效率特性：变压器的效率特性：令令 ，可得，可得 即即2(