电机及拖动技术第五章

1、第五章第五章 变压器变压器第一节第一节 变压器的分类变压器的分类、基本结构及额定值基本结构及额定值第二节第二节 变压器空载运行变压器空载运行第三节第三节 变压器负载运行变压器负载运行第四节第四节 标幺值标幺值第五节第五节 变压器参数测定变压器参数测定 第五章第五章 变压器变压器第六节第六节 变压器运行特性变压器运行特性第七节第七节 变压器联接组别变压器联接组别第八节第八节 变压器的并联运行变压器的并联运行第九节第九节 自耦变压器自耦变压器第十节第十节 电流互感器及电压互感器电流互感器及电压互感器第一节第一节 变压器的分类、基本结构及额定值变压器的分类、基本结构及额定值一一、变压器的分类变压器的

2、分类v 按用途分类为：电力变压器、调压变压器、仪用互感器、按用途分类为：电力变压器、调压变压器、仪用互感器、特殊变压器、控制用变压器；特殊变压器、控制用变压器；v 按相数分类为：单相变压器、三相变压器、多相变压器。按相数分类为：单相变压器、三相变压器、多相变压器。v 按绕组数目分类为：双绕组变压器、三绕组变压器、按绕组数目分类为：双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器、多绕组变压器。自耦变压器、多绕组变压器。 v 按冷却方式分类为：干式变压器、油浸变压器。按冷却方式分类为：干式变压器、油浸变压器。v 按铁芯结构分类为：心式变压器和壳式变压器。按铁芯结构分类为：心式变压器和壳式变压器。v 铁芯铁

3、芯 铁心是变压器的磁路，它分为心柱和铁轭两部分。心柱铁心是变压器的磁路，它分为心柱和铁轭两部分。心柱上套绕组，铁轭将心柱连接起构成闭合磁路。上套绕组，铁轭将心柱连接起构成闭合磁路。第一节第一节 变压器的分类、基本结构及额定值变压器的分类、基本结构及额定值图图3.2 3.2 单相铁心叠片单相铁心叠片 图图3.3 3.3 三相铁心叠片三相铁心叠片图图 3.3 3.3 心柱和铁轭截面心柱和铁轭截面 为了减少交变磁通在铁心中产生磁滞损耗和涡流损耗，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变压器铁心由厚度为 0.27mm、0.3mm、0.35mm 的冷轧高硅的冷轧高硅钢片叠装而

4、成。钢片叠装而成。二二、变压器的基本结构变压器的基本结构 铁芯铁芯和和绕组绕组是变压器最主要的部分。此外，还包括油箱、是变压器最主要的部分。此外，还包括油箱、套管等。套管等。第一节第一节 变压器的分类、基本结构及额定值变压器的分类、基本结构及额定值v 绕组绕组 绕组是变压器的电路部分，由带有绝缘层的导线绕制绕组是变压器的电路部分，由带有绝缘层的导线绕制而成。而成。 装配时低压绕组靠着铁装配时低压绕组靠着铁心，高压绕组套在低压绕组心，高压绕组套在低压绕组外面，高低压绕组间设置有外面，高低压绕组间设置有油道油道( (或气道或气道) )，以加强绝缘，以加强绝缘和散热。和散热。图图5.4 5.4 圆筒

5、式绕组圆筒式绕组 第一节第一节 变压器的分类、基本结构及额定值变压器的分类、基本结构及额定值变压器的铁芯和绕组装配到一起称为变压器的器身。变压器的铁芯和绕组装配到一起称为变压器的器身。 图图5.5 5.5 三相变压器器身三相变压器器身第一节第一节 变压器的分类、基本结构及额定值变压器的分类、基本结构及额定值v 油箱油箱v 套管套管 除了干式变压器以外，电力变压器的器身都放在充满除了干式变压器以外，电力变压器的器身都放在充满变压器油的油箱中，以提高绝缘强度，加强散热。变压器油的油箱中，以提高绝缘强度，加强散热。 变压器的引线从油箱内穿过油箱盖时，必须经过绝缘变压器的引线从油箱内穿过油箱盖时，必须

6、经过绝缘套管，以使引线和油箱绝缘。绝缘套管一般由陶瓷制成，套管，以使引线和油箱绝缘。绝缘套管一般由陶瓷制成，为了增强绝缘性能，套管外形做成多级伞形。为了增强绝缘性能，套管外形做成多级伞形。 图图5.6 35KV5.6 35KV套管套管第一节第一节 变压器的分类、基本结构及额定值变压器的分类、基本结构及额定值 图图5.7 5.7 三相油浸式电力变压器外形图三相油浸式电力变压器外形图 1一铭牌一铭牌 2一信号式温度计一信号式温度计3一吸湿器一吸湿器 4油表油表 5储油柜储油柜6一安全气道一安全气道7气体继电器气体继电器图图5.7是一台油浸式电力变压器示意图。是一台油浸式电力变压器示意图。8一高压套

7、一高压套9低压套管低压套管10分接开关分接开关11油箱油箱12一放油阀门一放油阀门13器身器身14接地板接地板15一小车一小车第一节第一节 变压器的分类、基本结构及额定值变压器的分类、基本结构及额定值三三、变压器的额定值变压器的额定值 NSv 额定容量额定容量 : : 它是变压器的它是变压器的视在功率视在功率。单位为。单位为 VA 或或kVA。一次绕组、二次绕组的额定容量相等。一次绕组、二次绕组的额定容量相等。12/NNUU12/NNIIv 额定电压额定电压 : 指指线电压线电压，单位为，单位为 V 或或 kV。 是电是电源加到一次绕组上的额定电压，源加到一次绕组上的额定电压， 是一次绕组加上

8、额定电是一次绕组加上额定电压后二次侧开路即空载运行时二次绕组的端电压。压后二次侧开路即空载运行时二次绕组的端电压。v 额定电流额定电流 : 指指线电流线电流，单位为，单位为 A 。 1NU2NU第一节第一节 变压器的分类、基本结构及额定值变压器的分类、基本结构及额定值v 额定频率额定频率 ：我国规定标准工业用电频率为：我国规定标准工业用电频率为50Hz。 fv 额定运行时绕组温升：单位为额定运行时绕组温升：单位为K。油浸变压器的线圈温升。油浸变压器的线圈温升限值为限值为 65K 。 v 此外，额定值还有联接组别、短路阻抗、空载损耗、短此外，额定值还有联接组别、短路阻抗、空载损耗、短路损耗、空载

9、电流等。路损耗、空载电流等。 第一节第一节 变压器的分类、基本结构及额定值变压器的分类、基本结构及额定值 变压器的额定容量、额定电压和额定电流之间的关系变压器的额定容量、额定电压和额定电流之间的关系 ：单相变压器：单相变压器：三相变压器：三相变压器：1122NNNNNSUIUI112233NNNNNSUIUI第二节第二节 变压器的空载运行变压器的空载运行一一、空载运行时的磁通、感应电动势空载运行时的磁通、感应电动势图图 3.7 3.7 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行第二节第二节 变压器的空载运行变压器的空载运行1u0i01 0FN im1s1e2e1se0i R第二节第二节 变压器的

10、空载运行变压器的空载运行1uf0i 交流电压交流电压 随时间以频率随时间以频率 做正弦变化，因此励磁电流做正弦变化，因此励磁电流 、主磁通主磁通 及一次绕组漏磁通及一次绕组漏磁通 也都随时间交变，频率均为也都随时间交变，频率均为 。m1sfsinmt 根据电磁感应定律根据电磁感应定律 ：1111cossin(90 )ommdeNNtNtdt 222sin(90 )omdeNNtdt 第二节第二节 变压器的空载运行变压器的空载运行其相量形式为：其相量形式为：111124.4422mmmNf NEjjjf N 222224.4422mmmNf NEjjjf N 绕组中感应电动势与绕组的匝数及主磁通

11、的最大值绕组中感应电动势与绕组的匝数及主磁通的最大值成正比，相位则落后于主磁通成正比，相位则落后于主磁通 。 90第二节第二节 变压器的空载运行变压器的空载运行二二、电压平衡方程式电压平衡方程式根据基尔霍夫第二定律，可得一次绕组电压平衡方程式：根据基尔霍夫第二定律，可得一次绕组电压平衡方程式： 11101sUEEI R 将漏磁通在绕组中产生的电动势看成是励磁电流在将漏磁通在绕组中产生的电动势看成是励磁电流在漏电抗上产生的电压降。即：漏电抗上产生的电压降。即：10101ssEjILjI X 11sXL为对应一次绕组漏磁通的漏电抗。为对应一次绕组漏磁通的漏电抗。 第二节第二节 变压器的空载运行变压

12、器的空载运行因此，一次绕组电压平衡方程式为：因此，一次绕组电压平衡方程式为：110101101UEjI XI REI Z 二次侧电压平衡方程式：二次侧电压平衡方程式：202UE第二节第二节 变压器的空载运行变压器的空载运行 忽略一次绕组漏阻抗时，空载运行的变压器一、二次侧忽略一次绕组漏阻抗时，空载运行的变压器一、二次侧电压关系为：电压关系为：11UE 220UE 在变压器中，一次绕组的电动势与二次绕组的电动势在变压器中，一次绕组的电动势与二次绕组的电动势之比称为之比称为变比变比，用，用 表示。表示。1112220ENUkENUk第二节第二节 变压器的空载运行变压器的空载运行三三、空载电流空载电

13、流 变压器空载运行时，由空载电流建立主磁通，所以空载变压器空载运行时，由空载电流建立主磁通，所以空载电流也就是励磁电流。电流也就是励磁电流。 1. 空载电流波形空载电流波形图图5.8 5.8 空载电流波形空载电流波形 0i空载电流空载电流 与由它产生的主磁通与由它产生的主磁通 呈非线性关系。呈非线性关系。当磁通按正弦规律变化时，励磁电流呈当磁通按正弦规律变化时，励磁电流呈尖顶波尖顶波。第二节第二节 变压器的空载运行变压器的空载运行2. 空载电流与主磁通的相量关系空载电流与主磁通的相量关系 0I图图5.9 5.9 变压器空载时各物理量的相位关系变压器空载时各物理量的相位关系 m1E1E2E铁耗角

14、铁耗角m0I滞后滞后一个角度一个角度 。第二节第二节 变压器的空载运行变压器的空载运行四四、空载运行相量图空载运行相量图 图图5.10 5.10 变压器空载运行相量图变压器空载运行相量图 01I R01jI X1E00Im2E1E1U 电源电压电源电压 与励磁电流与励磁电流 之间的夹角之间的夹角 ，称为空载运，称为空载运行的行的功率因数角功率因数角。 1U0I0第二节第二节 变压器的空载运行变压器的空载运行五五、空载运行时的等效电路空载运行时的等效电路 引入励磁阻抗引入励磁阻抗 ，将，将 和和 联系起来，即联系起来，即 mZ1E0I10mEI Z mmmZRjX式中：式中： ：励磁阻抗励磁阻抗

15、； ：励磁电阻励磁电阻； ：励磁电抗励磁电抗。mZmRmX第二节第二节 变压器的空载运行变压器的空载运行mZ1Z用用 、 表示的电压平衡方程式为：表示的电压平衡方程式为： mZ1Z1001mUI ZI Z图图5.11 5.11 变压器空载时的等效电路变压器空载时的等效电路等效电路等效电路变压器空载运行时，相当于一个电感线圈。变压器空载运行时，相当于一个电感线圈。1mZZ0ImZ变压器运行时，希望变压器运行时，希望 较小，因此较小，因此 一般设计得较大。一般设计得较大。第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行 变压器的一次绕组接在电源上，二次绕组接负载运行，称变压器的一次绕组接在电源上，二

16、次绕组接负载运行，称为变压器的负载运行。为变压器的负载运行。 图图5.12 5.12 变压器的负载运行变压器的负载运行第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行1u2u1i2i11 1FN i22 2FN i01 0FN i1sm2s1 1Ri2se1se1e2e2 2R i第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行一一、磁动势平衡方程式磁动势平衡方程式 变压器负载运行时，一、二次侧绕组都有电流流过，都要变压器负载运行时，一、二次侧绕组都有电流流过，都要产生磁动势，铁芯中的主磁通是由这两个磁动势共同产生的。产生磁动势，铁芯中的主磁通是由这两个磁动势共同产生的。 即负载时的合成磁动势为：

17、即负载时的合成磁动势为： 12FF一次侧电流产生一次侧电流产生二次侧电流产生二次侧电流产生第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行由于变压器原边绕组的漏阻抗压降由于变压器原边绕组的漏阻抗压降 很小，负载时：很小，负载时：11I ZmfNEU11144. 4故与故与 相对应的主磁通相对应的主磁通 近似等于空载时的主磁通。近似等于空载时的主磁通。m所以：所以：120FFF即即1 1221 0N IN IN I1E第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行m于是有：于是有：21201NIIIN即：即：102011LIIIIIk 建立主磁通建立主磁通 建立磁动势抵消二次侧建立磁动势抵消二次侧

18、电流产生的磁势。电流产生的磁势。1 1220LN IN I第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行二二、电压平衡方程式电压平衡方程式 变压器负载运行时，二次绕组电流变压器负载运行时，二次绕组电流 产生漏磁通产生漏磁通 ，感应，感应电动势电动势 。可把它看成一个漏抗压降。可把它看成一个漏抗压降 ： 2I2sE22222ssEjILjI X 二次绕组的漏阻抗二次绕组的漏阻抗 ： 222ZRjX二次侧回路电压平衡方程式：二次侧回路电压平衡方程式： 2222UEI Z 二次绕组二次绕组漏电抗漏电抗线圈电阻线圈电阻2s第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行变压器稳态负载运行时的六个基本方程

19、式变压器稳态负载运行时的六个基本方程式 ：11112222121122011022mLUEI ZUEI ZEkEI NI NI NEI ZUI Z 第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行三三、折合算法折合算法 当当 k k 较大时，变压器原、副边电压相差很大，为计算较大时，变压器原、副边电压相差很大，为计算和作图带来不便。和作图带来不便。 变压器原边和副边没有直接电路的联系，只有磁路的联变压器原边和副边没有直接电路的联系，只有磁路的联系。副边的负载通过磁势影响原边。因此只要副边的磁势不系。副边的负载通过磁势影响原边。因此只要副边的磁势不变，原边的物理量没有改变。这为折算提供了依据。变，

20、原边的物理量没有改变。这为折算提供了依据。第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行显然，进行绕组折算的条件就是折算前后显然，进行绕组折算的条件就是折算前后磁动势不变磁动势不变。 实际绕组的各个量称为实际值，等效绕组的各个量称为实际绕组的各个量称为实际值，等效绕组的各个量称为折合值。折合值上角加折合值。折合值上角加“ ”以示区别。以示区别。 磁势不变而假想改变它的匝数与电流的方法，称磁势不变而假想改变它的匝数与电流的方法，称折合算法折合算法。第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行1.二次侧电流的折算二次侧电流的折算 把实际的二次绕组折算成匝数为把实际的二次绕组折算成匝数为 、电流、

21、电流 为的等效二次为的等效二次绕组，而保持磁动势不变。即：绕组，而保持磁动势不变。即：1N2I22221FI NI N因此：因此：22221NIIINk第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行2.二次侧电动势的折算二次侧电动势的折算 由于折算前后由于折算前后 不变，从而铁芯中主磁通不变，从而铁芯中主磁通 不变，于是不变，于是折算后的二次绕组的感应电动势折算后的二次绕组的感应电动势 2Fm214.44mEjf N 折算前后的感应电动势之间的关系：折算前后的感应电动势之间的关系： 12222NEEkEN 第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行3.二次侧阻抗的折算二次侧阻抗的折算 折算

22、后二次侧的阻抗为：折算后二次侧的阻抗为：22222222221LLEkEEZZkkZZIIIk则则222222222222LLLLLLZk ZRk RXk XZk ZRk RXk X 阻抗折合值为实际值的阻抗折合值为实际值的 倍，倍，2k折合前后的阻抗角不变。折合前后的阻抗角不变。第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行折合后端电压换算关系：折合后端电压换算关系：22222222IUEI Zk Ek Zk2222()k EI ZkU 以上换算关系表明，各参数折合时，只改变大小、不改以上换算关系表明，各参数折合时，只改变大小、不改变阻抗角；电压、电流、电动势折合时，只改变大小、不改变阻抗角

23、；电压、电流、电动势折合时，只改变大小、不改变相位。变相位。 折合算法不改变变压器的功率关系。折合算法不改变变压器的功率关系。 第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行二次侧输出的有功功率不变：二次侧输出的有功功率不变：22222222221coscoscosPmU ImkUImU Ik二次侧输出的无功功率不变二次侧输出的无功功率不变 ：22222222221sinsinsinQmU ImkUImU Ik 折合算法也可以由一次侧向二次侧折合，这时二次侧参折合算法也可以由一次侧向二次侧折合，这时二次侧参数为实际值，一次侧参数为折合值。数为实际值，一次侧参数为折合值。第三节第三节 变压器的负

24、载运行变压器的负载运行四四、等效电路等效电路 采用折合算法后，变压器的基本方程式为：采用折合算法后，变压器的基本方程式为： 11112222121201022mLUEI ZUEI ZEEIIIEI ZUI Z 第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行1. T T型等效电路型等效电路 图图5.13 5.13 变压器的变压器的T T型等效电路型等效电路 第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行2.简化等效电路简化等效电路 变压器负载运行时，可以认为变压器负载运行时，可以认为 无穷大而开路，于是得无穷大而开路，于是得到了简化等效电路到了简化等效电路 ：mZ5.14 5.14 变压器的简化

25、等效电路变压器的简化等效电路第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行五五、相量图相量图 1U11jI X11I R1E12I1I0Im2I22U22I R22jI X12EE给定给定 、 、 及各个参数。及各个参数。2U2I2cos2U2I 作出作出 和和 ， 再根据再根据 2222UEI Z作出作出 ，2E 且且12EE 1Em 作出领先作出领先 的的 。 9001/mIE Z 0I 根据根据作出作出 。 102III1I 根据根据作出作出 。110101UEjI XI R 1U 根据根据作出作出 。第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行 相量图最大的优点就是直观，它把六个方程

26、式的关系清相量图最大的优点就是直观，它把六个方程式的关系清楚地体现出来了。楚地体现出来了。 相量图在理论上分析是有意义的，但已制好的变压器，相量图在理论上分析是有意义的，但已制好的变压器，很难用试验方法把很难用试验方法把 和和 分开，因此实际应用时常常采用简分开，因此实际应用时常常采用简化相量图。化相量图。1X2X第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行1kjI X1kI R1U2U12II 12图图5.16 5.16 容性负载时的简化相量图容性负载时的简化相量图 简化相量图：简化相量图：第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行 变压器负载运行的变压器负载运行的基本方程式基本方程式

27、、等效电路等效电路、相量相量图图是分析变压器运行的三种方法，其物理本质是一致是分析变压器运行的三种方法，其物理本质是一致的。在进行定量计算时，宜采用等效电路；定性讨论的。在进行定量计算时，宜采用等效电路；定性讨论各物理量间关系时，宜采用方程式；而表示各物理量各物理量间关系时，宜采用方程式；而表示各物理量之间大小、相位关系时，相量图比较方便。之间大小、相位关系时，相量图比较方便。 总结总结第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行550NSkVA12/=10000/ 400NNUUV/Y1.85kzj0.30.1LZj 例例5.2 某三相电力变压器某三相电力变压器 ， ， 接法，短路阻抗接法

28、，短路阻抗 。二次侧带。二次侧带Y接的三相负载，接的三相负载，每相负载阻抗每相负载阻抗 ，计算：，计算：（1）一次侧电流）一次侧电流 及额定电流及额定电流 ；（2）二次侧电流）二次侧电流 及额定电流及额定电流 ；（3）二次侧电压）二次侧电压 及其与额定电压及其与额定电压 相比降低的百分值；相比降低的百分值；（4）变压器输出容量。）变压器输出容量。 1I1NI2I2NI2U2NU第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行解解:（1）变比变比121000043.3/3400/3NNUkU负载阻抗负载阻抗0.30.10.316 18.43oLZj2562.5187.5LLZk Zj每相总阻抗每相

29、总阻抗1.85562.5187.5596.23 18.84kLkkLLZZZRjXRjXjj第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行一次侧电流一次侧电流1133 1000029.05596.23NUIAZ一次侧额定电流一次侧额定电流311550 1031.7633 10000NNNSIAU（2）二次侧电流）二次侧电流1121000043.3726.23596.233NUIIkkAZ二次侧额定电流二次侧额定电流322550 10793.8833400NNNSIAU第三节第三节 变压器的负载运行变压器的负载运行（3）二次侧电压）二次侧电压2233 726.23 0.316397.47LUI

30、ZV二次侧电压比额定值降低二次侧电压比额定值降低 22400397.472.53NUUUV二次侧电压降低的百分值二次侧电压降低的百分值22.530.63%400NUU（4）变压器的输出容量）变压器的输出容量22233 397.47 726.23499950SU IVA第四节第四节 标幺值标幺值 标幺值，是指一个物理量的实际数值与选定的一个同单标幺值，是指一个物理量的实际数值与选定的一个同单位的值之比。该选定的值称为基值，此比值称为该物理量位的值之比。该选定的值称为基值，此比值称为该物理量的标幺值或相对值。即的标幺值或相对值。即 实际值标幺值=基值一般基值都选为额定值。一般基值都选为额定值。 第

31、四节第四节 标幺值标幺值 电压基值：电压基值： ， 电流基值：电流基值： ，1NU2NU1NI2NI阻抗的基值则是电压基值除以电流的基值：阻抗的基值则是电压基值除以电流的基值： ，为了区别，在各物理量符号下边加为了区别，在各物理量符号下边加“”表示其标幺值。表示其标幺值。 11NNUI22NNUI对于变压器对于变压器第四节第四节 标幺值标幺值采用标幺值具有下列优点：采用标幺值具有下列优点： v 不论变压器的容量大小，标么值表示的各参数和典型的不论变压器的容量大小，标么值表示的各参数和典型的性能数据，通常都在一定的范围，便于比较和分析。性能数据，通常都在一定的范围，便于比较和分析。v 采用标幺值

32、表示电压和电流时，便于直观地表示变压器采用标幺值表示电压和电流时，便于直观地表示变压器的运行情况。比如，的运行情况。比如， ， ，就可直观地看出变压器，就可直观地看出变压器处于额定运行状态。处于额定运行状态。 1=1.0U1=1.0Iv 三相变压器的电压和电流在三相变压器的电压和电流在Y或联接时，线值与相值或联接时，线值与相值的标幺值相等。的标幺值相等。 第四节第四节 标幺值标幺值v 二次侧物理量对二次侧基值的标幺值等于该物理量的折二次侧物理量对二次侧基值的标幺值等于该物理量的折算值对一次侧基值的标幺值。不需要再将二次侧的物理量折算值对一次侧基值的标幺值。不需要再将二次侧的物理量折算到一次侧算

33、到一次侧 。v 变压器各阻抗参数折合到一次侧与折合到二次侧的数值变压器各阻抗参数折合到一次侧与折合到二次侧的数值相差相差 倍，用标幺值表示时，二者是一样的。倍，用标幺值表示时，二者是一样的。 2k22111111212222122NNNNNNNNRk Rk RRRRUkUUUkIIIIkv 标幺值是一个相对值概念，应用它还有其他许多好处，标幺值是一个相对值概念，应用它还有其他许多好处，比如说使公式简化，使计算简化等，因此在各种电机包括变比如说使公式简化，使计算简化等，因此在各种电机包括变压器中都广泛采用标幺值。压器中都广泛采用标幺值。第五节第五节 变压器参数的测定变压器参数的测定 当用基本方程

34、式、等效电路、相量图求解变压器的运行当用基本方程式、等效电路、相量图求解变压器的运行性能时，必须知道变压器的电路参数如性能时，必须知道变压器的电路参数如 、 等。这些参等。这些参数在设计变压器时可用计算方法求得数在设计变压器时可用计算方法求得 。mRmX 对于已制成的变压器对于已制成的变压器 ，励磁参数和短路参数可通过，励磁参数和短路参数可通过空空载试验载试验和和短路试验短路试验测出。测出。第五节第五节 变压器参数的测定变压器参数的测定一一、变压器的空载试验变压器的空载试验 mZ 根据变压器的空载试验，可以求出变比根据变压器的空载试验，可以求出变比 k ，铁损耗，铁损耗 ，励磁阻抗励磁阻抗 等

35、。等。Fep图图5.17 5.17 单相变压器空载试验线路图单相变压器空载试验线路图 一次侧接额定电压一次侧接额定电压 ，二次侧开路，测量，二次侧开路，测量 、 、输、输入功率入功率 及及 。 1NU1U0I0P20U第五节第五节 变压器参数的测定变压器参数的测定Cup 空载试验时，变压器功率损耗包括一次绕组铜损耗空载试验时，变压器功率损耗包括一次绕组铜损耗 及铁芯中铁损耗及铁芯中铁损耗 两部分。两部分。201I R20mI R1mRR图图5.18 5.18 空载试验的等效电路空载试验的等效电路Fep由于由于 ，可以近似认为只有铁损耗。，可以近似认为只有铁损耗。第五节第五节 变压器参数的测定变

36、压器参数的测定v 变压器变比：变压器变比：120UkUv 空载阻抗：空载阻抗：100UZIv 空载电阻：空载电阻：0020PRI01mZZZ01mRRR由于由于 和和 ，因此，因此 ：1mRR1mZZv 励磁电阻：励磁电阻： 020mPRI第五节第五节 变压器参数的测定变压器参数的测定v 励磁阻抗：励磁阻抗： 10mUZIv 励磁电抗：励磁电抗：22mmmXZR 空载试验可以在一次侧做，也可以在二次侧做，结空载试验可以在一次侧做，也可以在二次侧做，结果都是一样。通常为方便起见，试验都在果都是一样。通常为方便起见，试验都在低压边低压边做。做。 上面的计算是对单相变压器进行的，求三相变压器上面的计

37、算是对单相变压器进行的，求三相变压器的参数，必须根据一相的空载损耗、相电压、相电流来的参数，必须根据一相的空载损耗、相电压、相电流来计算。计算。第五节第五节 变压器参数的测定变压器参数的测定二二、变压器的短路试验变压器的短路试验 根据变压器的短路试验可以求出铜损耗根据变压器的短路试验可以求出铜损耗 和短路阻抗和短路阻抗 。图图5.19 5.19 单相变压器短路试验线路图单相变压器短路试验线路图 CupkZ 二次侧短路，一次侧通以额定电流二次侧短路，一次侧通以额定电流 称为称为短路电压短路电压。 1kNkUIZ1NI第五节第五节 变压器参数的测定变压器参数的测定 短路试验时，由于电压短路试验时，

38、由于电压 很低，铁芯中主磁通很小，铁芯很低，铁芯中主磁通很小，铁芯中的损耗可忽略。从电源输入的功率中的损耗可忽略。从电源输入的功率 等于铜耗，亦称为负载等于铜耗，亦称为负载损耗。短路试验的等效电路：损耗。短路试验的等效电路： kP图图5.20 5.20 短路试验时的等效电路短路试验时的等效电路kU第五节第五节 变压器参数的测定变压器参数的测定v 短路阻抗：短路阻抗：1kkUZIv 短路电阻：短路电阻：21kkPRIv 短路电抗：短路电抗：22kkkXZR 上面的计算是对单相变压器进行的，如求三相变压器的上面的计算是对单相变压器进行的，如求三相变压器的参数，必须根据一相的短路损耗、相电压、相电流

39、来计算。参数，必须根据一相的短路损耗、相电压、相电流来计算。 短路试验可在一次侧做，也可在二次侧做，结果一样。短路试验可在一次侧做，也可在二次侧做，结果一样。一般为了方便都在一般为了方便都在高压边高压边做。做。 第六节第六节 变压器的运行特性变压器的运行特性变压器的运行性能主要有两个重要指标：变压器的运行性能主要有两个重要指标：v 电压变化率电压变化率 当一次侧绕组端电压和负载功率因数不变时，当一次侧绕组端电压和负载功率因数不变时， 二二次侧端电压随负载变化的规律。次侧端电压随负载变化的规律。v 效率特性效率特性 当一次侧绕组外加电压和二次侧绕组的负载功率当一次侧绕组外加电压和二次侧绕组的负载

40、功率因数不变时，变压器效率随负载电流变化的规律。因数不变时，变压器效率随负载电流变化的规律。电压变化率电压变化率效率效率第六节第六节 变压器的运行特性变压器的运行特性一一、电压调整率电压调整率 2022222100%100%NNNUUUUUUU若采用标幺值，则有若采用标幺值，则有 2211UUU 第六节第六节 变压器的运行特性变压器的运行特性电压调整率，可以用简化的等效电路及其相量图分析与计算。电压调整率，可以用简化的等效电路及其相量图分析与计算。图图5.21 5.21 用标幺值表示的简化等效电路用标幺值表示的简化等效电路12kUIZUkZ第六节第六节 变压器的运行特性变压器的运行特性1222

41、122cos()(coscossinsi(co)snsin)kkkkkkkUI ZIEFRZX负载系数阻抗角20感性负载感性负载20容性负载容性负载第六节第六节 变压器的运行特性变压器的运行特性v 当电流的标幺值相等、负载阻抗角当电流的标幺值相等、负载阻抗角 相等时，变压器短路相等时，变压器短路阻抗标幺值越大，它的电压变化率阻抗标幺值越大，它的电压变化率 也越大。也越大。2U2Uv 同一台变压器在同一台变压器在 相同的条件下，负载越大，相同的条件下，负载越大， 越大。越大。v 带感性负载或纯电阻负载时，二次侧电压降低；带容性负带感性负载或纯电阻负载时，二次侧电压降低；带容性负载时，二次侧电压却

42、有可能升高。载时，二次侧电压却有可能升高。 第六节第六节 变压器的运行特性变压器的运行特性 当变压器带额定负载，即当变压器带额定负载，即 时，这时的时，这时的 称为变压器称为变压器的的额定电压调整率额定电压调整率，用来表征变压器输出电压的稳定程度。，用来表征变压器输出电压的稳定程度。1U图图5.23 5.23 变压器的外特性变压器的外特性 变压器二次侧端电压与负载电流的关系称为变压器的变压器二次侧端电压与负载电流的关系称为变压器的外特性外特性。 第六节第六节 变压器的运行特性变压器的运行特性二二、变压器的效率变压器的效率 211121PPppPPPp 总损耗包括铁损耗总损耗包括铁损耗 和铜损耗

43、和铜损耗 ，即，即FepCupFeCuppp输入有功功率输入有功功率输出有功功率输出有功功率总损耗总损耗不变损耗不变损耗可变损耗可变损耗第六节第六节 变压器的运行特性变压器的运行特性 额定电压下的铁损耗近似等于空载试验时输入的有功功额定电压下的铁损耗近似等于空载试验时输入的有功功率率 ，即，即 0P0FepP 额定电流下的铜损耗近似等于短路试验电流为额定值时额定电流下的铜损耗近似等于短路试验电流为额定值时输入的有功功率输入的有功功率 ；忽略空载电流；忽略空载电流 在一次绕组电阻上产生在一次绕组电阻上产生的损耗，铜损耗与负载系数的平方成正比，即的损耗，铜损耗与负载系数的平方成正比，即 kNP0I

44、2CukNpP第六节第六节 变压器的运行特性变压器的运行特性 202201coskNNkNPPSPP 变压器的效率：变压器的效率： 对于一台给定的变压器，运行效率的高低与负载的大小和对于一台给定的变压器，运行效率的高低与负载的大小和负载功率因数有关：负载功率因数有关： 当负载电流不变时，负载的功率因数越高，效率越高当负载电流不变时，负载的功率因数越高，效率越高;第六节第六节 变压器的运行特性变压器的运行特性mmax图图5.24 5.24 效率特性效率特性 当负载功率因数一定时，效率当负载功率因数一定时，效率 与负载系数的大小有关，与负载系数的大小有关，用用 表示，称为表示，称为效率特性效率特性

45、 。( )f 当输出电流从零增加时，当输出电流从零增加时，总损耗虽然随总损耗虽然随 增加，但是增加，但是输出功率增加得更快，因此输出功率增加得更快，因此效率增加。效率增加。 当铜损耗随着当铜损耗随着 增加而增加而与铁耗相等时，效率达到与铁耗相等时，效率达到最大值。最大值。mC up 当当 后，后， 成了损耗成了损耗中的主要部分，而且铜损耗的中的主要部分，而且铜损耗的增加超过了输出功率，因此增加超过了输出功率，因此 随着随着 增加反而降低了。增加反而降低了。 第六节第六节 变压器的运行特性变压器的运行特性最高效率时的负载系数最高效率时的负载系数m0mkNPP即：即： 20mkNPP上式表明，最大

46、效率出现在铜损耗与铁损耗上式表明，最大效率出现在铜损耗与铁损耗相等相等的时候。的时候。 第七节第七节 变压器的联接组别变压器的联接组别 变压器除了能够变电压、变电流、变阻抗之外，还可以变变压器除了能够变电压、变电流、变阻抗之外，还可以变相位。某些情况下，也需要知道变压器一、二次侧电压相位的相位。某些情况下，也需要知道变压器一、二次侧电压相位的变化，也就是要知道变压器绕组的联接组别。此外，电力变压变化，也就是要知道变压器绕组的联接组别。此外，电力变压器并联运行时对其联接组别也有严格的要求。器并联运行时对其联接组别也有严格的要求。 第七节第七节 变压器的联接组别变压器的联接组别一一、单相变压器绕组

47、的联接组别单相变压器绕组的联接组别 图图5.25 5.25 变压器绕组的同极性端变压器绕组的同极性端图图5.25(a)中，中，1和和3为同名端为同名端图图5.25(b)中，中，1和和4为同名端。为同名端。第七节第七节 变压器的联接组别变压器的联接组别aEAEAE 为了表示单相变压器高、低压绕组的相位关系，采用为了表示单相变压器高、低压绕组的相位关系，采用时钟法时钟法。 图图5.26 5.26 单相变压器高、低压绕组电动势的相位关系单相变压器高、低压绕组电动势的相位关系aEIi0Ii6第七节第七节 变压器的联接组别变压器的联接组别 所谓时钟法，就是把高压绕组电动势相量所谓时钟法，就是把高压绕组电

48、动势相量 作为钟表作为钟表的分针，指向钟面上的的分针，指向钟面上的0点，低压绕组电动势相量点，低压绕组电动势相量 作为钟作为钟表的时针。表的时针。 AEaE 当当 指向钟面上的指向钟面上的“0”时，其联接组别的标号为时，其联接组别的标号为0，记为记为 Ii0 。 aE 若若 指向指向“6” 时，联接组别的标号为时，联接组别的标号为“6”，记为，记为 Ii6 。 aE第七节第七节 变压器的联接组别变压器的联接组别二二、三相变压器绕组的联接组别三相变压器绕组的联接组别 三相绕组可以联接成三相绕组可以联接成星形星形（Y）接法或）接法或三角形三角形（）接法。（）接法。 v 星形联接星形联接 图图5.2

49、7 Y5.27 Y接法的相电动势与线电动势接法的相电动势与线电动势 第七节第七节 变压器的联接组别变压器的联接组别0120240ABCEEEEEEABABBCBCCACAEEEEEEEEE相电动势：相电动势：线电动势：线电动势：第七节第七节 变压器的联接组别变压器的联接组别v 三角形联接三角形联接由于联结顺序的不同，存在两种接法。由于联结顺序的不同，存在两种接法。 联接顺序联接顺序 AX-BY-CZ-AX 第七节第七节 变压器的联接组别变压器的联接组别 联接顺序是联接顺序是 CZ-BY-AX-CZCZ-BY-AX-CZ 第七节第七节 变压器的联接组别变压器的联接组别 三相变压器高、低压绕组相应

50、线电动势之间的相位差总三相变压器高、低压绕组相应线电动势之间的相位差总是是 的整数倍。的整数倍。 30其相位关系，仍采用时钟表示法。其相位关系，仍采用时钟表示法。 高压边线电动势高压边线电动势 为分针，指向钟面上的为分针，指向钟面上的0点，低压边点，低压边线电动势线电动势 为时针，指向钟面的数字，该数字则为联接组别为时针，指向钟面的数字，该数字则为联接组别的标号。的标号。 ABEabE第七节第七节 变压器的联接组别变压器的联接组别v Y/y联结联结 图图5.30 Yy05.30 Yy0联接组别联接组别 与与 方向相同，因此该变压器联接组别表示为方向相同，因此该变压器联接组别表示为 Yy0 。A

51、BEabE第七节第七节 变压器的联接组别变压器的联接组别 由于高、低压绕组的不同接法，由于高、低压绕组的不同接法，Y/Y 联接的三相变压器联接的三相变压器可以有可以有 Yy0 、Yy2 、Yy4 、Yy6 、Yy8 和和 Yy10 等六个偶数等六个偶数联接组别。联接组别。 第七节第七节 变压器的联接组别变压器的联接组别v Y/联接联接 联接顺序为联接顺序为 AX-BY-CZ-AX 图图5.31 Yd15.31 Yd1联接组别联接组别 第七节第七节 变压器的联接组别变压器的联接组别联接顺序为联接顺序为 CZ-BY-AX-CZ 图图5.32 Y1d115.32 Y1d11联接组别联接组别 第七节第

52、七节 变压器的联接组别变压器的联接组别 Y/联接的变压器，可以有联接的变压器，可以有 Yd1 、Yd3 、Yd5 、Yd7、Yd9 、Yd11 等六个奇数联接组别。等六个奇数联接组别。 第八节第八节 变压器的并联运行变压器的并联运行 在大容量的变电站中，常采用几台变压器并联的运行方在大容量的变电站中，常采用几台变压器并联的运行方式，即将这些变压器的一次、二次绕组分别并联到一次、二式，即将这些变压器的一次、二次绕组分别并联到一次、二次侧的公共母线上，共同对负载供电。次侧的公共母线上，共同对负载供电。 图图 5.33 5.33 两台变压器并联运行两台变压器并联运行 并联运行的优点：并联运行的优点：

53、v 能提高供电的可靠性。能提高供电的可靠性。v 可以减少备用容量。可以减少备用容量。 第八节第八节 变压器的并联运行变压器的并联运行一一、并联运行的理想情况和条件并联运行的理想情况和条件 变压器并联运行的理想情况：变压器并联运行的理想情况：v 负载时并联的各变压器间无环流；负载时并联的各变压器间无环流；v 负载时各变压器所负担的负载电流按容量成比例分配。负载时各变压器所负担的负载电流按容量成比例分配。第八节第八节 变压器的并联运行变压器的并联运行变压器并联运行满足的条件：变压器并联运行满足的条件： 1. 一、二次侧额定电压对应相同。一、二次侧额定电压对应相同。 2. 联接组别相同。联接组别相同

54、。 3. 短路阻抗标幺值相等。短路阻抗标幺值相等。 三个条件中，第二个条件必须严格满足，其他两个条件三个条件中，第二个条件必须严格满足，其他两个条件允许有一定的误差。允许有一定的误差。 第八节第八节 变压器的并联运行变压器的并联运行 二二、变比不等时的并联运行变比不等时的并联运行 设两台变压器的联接组别相同，但变比不相等。设两台变压器的联接组别相同，但变比不相等。图图5.345.34变比不等并联运行的变压器等效电路变比不等并联运行的变压器等效电路 第八节第八节 变压器的并联运行变压器的并联运行两变压器绕组间的环流两变压器绕组间的环流 为：为： cI11 ckkUUkkIZZ 由于变压器的短路阻

55、抗很小，即使变比相差很小，也能产由于变压器的短路阻抗很小，即使变比相差很小，也能产生较大的环流。生较大的环流。 为了限制环流，通常规定并联运行的电力变压器变比误差为了限制环流，通常规定并联运行的电力变压器变比误差不超过不超过0.5%。 第八节第八节 变压器的并联运行变压器的并联运行 三三、短路阻抗标幺值不等的并联运行短路阻抗标幺值不等的并联运行 设两台变压器设两台变压器 、 并联运行，其一、二次侧额定电压相并联运行，其一、二次侧额定电压相同，联接组别相同，但短路阻抗不等。同，联接组别相同，但短路阻抗不等。 图图5.35 5.35 变压器并联运行等效电路变压器并联运行等效电路第八节第八节 变压器

56、的并联运行变压器的并联运行等效电路中等效电路中 a、b 两点间的电压两点间的电压 ：abUabkkUI ZI Z用标幺值表示则有：用标幺值表示则有：abkkkkUI ZI ZZZ因此，并联运行的变压器之间则有因此，并联运行的变压器之间则有 11:kkZZ第八节第八节 变压器的并联运行变压器的并联运行 并联运行的各台变压器负载系数与短路阻抗标幺值成并联运行的各台变压器负载系数与短路阻抗标幺值成反比反比。 由于容量相近的变压器由于容量相近的变压器 值相差较小，尽量使并联运值相差较小，尽量使并联运行的变压器容量之比小于行的变压器容量之比小于 3 。 kZ实际各台变压器分担的容量比：实际各台变压器分担

57、的容量比：:SSII第八节第八节 变压器的并联运行变压器的并联运行 四四、联接组别问题联接组别问题 如果并联运行的变压器额定电压等级相同，而联接组别不如果并联运行的变压器额定电压等级相同，而联接组别不一样时，就等于只保证了二次侧额定电压的大小相等，而电压一样时，就等于只保证了二次侧额定电压的大小相等，而电压相量的相位至少相差相量的相位至少相差 ，造成，造成 的数值较大，这样一、二次的数值较大，这样一、二次侧绕组中都出现极大的环流，这是绝对不允许的。侧绕组中都出现极大的环流，这是绝对不允许的。2U因此并联运行的变压器必须保证因此并联运行的变压器必须保证联接组别相同联接组别相同。30第八节第八节

58、变压器的并联运行变压器的并联运行2000kVANS0.0725kZ1000kVANS0.0690kZ，连接组别为，连接组别为 Yd11 ，额定电压为，额定电压为 35/10kV，连接组别为，连接组别为 Yd11 ，额定电压为，额定电压为 35/10kV，当负载为当负载为 3000kVA 时，计算：时，计算： （1）每台变压器的电流、容量及负载系数；）每台变压器的电流、容量及负载系数； （2）若不使任何一台变压器过载，能带的最大负载）若不使任何一台变压器过载，能带的最大负载是多少？是多少？ 例例5.6 两台变压器并联运行，其额定数据为两台变压器并联运行，其额定数据为 。第八节第八节 变压器的并联

59、运行变压器的并联运行解：解：（1）一次侧总负载电流）一次侧总负载电流333000 1049.49A3 35 10III一次侧额定电流一次侧额定电流3132000 1033A3 35 10NI3131000 1016.5A3 35 10NI负载系数关系负载系数关系0.6900.9520.725kkZZ0.952第八节第八节 变压器的并联运行变压器的并联运行电流关系电流关系110.952NNIIII11330.9520.9521.90416.5NNIIIIII1.90449.49AIII求得：求得：17.04AI32.45AI容量容量33133 35 1032.451967 10 VANSUI33

60、13335 1017.041033 10 VANSUI第八节第八节 变压器的并联运行变压器的并联运行实际负载系数实际负载系数 32.45=0.98333I17.04=1.0316.5I（2）最大负载时的负载系数）最大负载时的负载系数10.06900.9520.0725kkzz最大负载时各台变压器容量最大负载时各台变压器容量 0.952 20001903VANSS1000VANNSSS最大负载最大负载2903kVASSS第九节第九节 自耦变压器自耦变压器 一、二次侧共用一部分绕组的变压器称为自耦变压器。一、二次侧共用一部分绕组的变压器称为自耦变压器。 图图5.36 5.36 自耦变压器自耦变压器