电机学全套课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,1,章 变压器的基本工作原理和结构,第,2,章 变压器的基本理论,第,3,章 三相变压器,第,4,章 变压器的运行,第,5,章 三相变压器的不对称运行,第,6,章 特殊变压器,第,7,章,三相异步电动机的基本工作原理和结构,第,8,章 三相交流绕组、电动势及磁动势,第,9,章,三相异步电动机的基本理论,第,10,章,三相异步电动机的基本性能,第,16,章 直流电机的基本工作原理和结构,第,17,章 直流电机的运行,1,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,电机学,电子教案,2,绪 论,第,1,章 变压器的基本工作原理和结构,第,2,章 变压器的基本理论,第,3,章 三相变压器,第,4,章 变压器的运行,第,5,章 三相变压器的不对称运行,第,6,章 特殊变压器,电机学,目录,第一篇 变压器,3,第,10,章 三相异步电动机的基本性能,电机学,目录,第,9,章 三相异步电动机的基本理论,第二篇 三相异步电动机,第,8,章 三相交流绕组、感应电动势及磁动势,第,7,章 三相异步电动机的基本工作原理和结构,4,第,11,章 同步发电机的基本工作原理和结构,第,12,章 同步发电机的基本理论,第,13,章 同步发电机的并联运行,第,14,章 同步发电机的异常运行和突然短路,第,15,章 同步电动机和同步调相机,第,16,章 直流电机的基本工作原理和结构,第,17,章 直流电机的运行,电机学,目录,第四篇 直流电机,第三篇 同步电机,5,绪 论,电机是利用电磁感应原理工作的机械，应用广泛。,0.1,电机及电机学概念,电机分类：,按功能分,按电源性质分,电动机：,发电机：,变压器：,电 能,机械能,机械能,电 能,改变交流电压大小,直流电机,交流电机,（旋转电机）,（静止电机）,异步电机：,主要作电动机,同步电机：,主要作发电机,电动机，,主要用于调速场合,发电机，,已被整流电源取代,6,绪 论,电机分类,变压器*,直流电机,直流电动机*,直流发电机,交流电机,同步电机,同步发电机*,同步电动机,异步电机,异步电动机*,异步发电机,本课程任务：,工作原理,电机学：研究电机的理论，是专业基础课。,重点研究带*号的四种电机的,基本结构,运行特性,试验方法,7,绪 论,0.2,电机中所用的材料和铁磁材料的磁特性,一、电机中所用的材料,1.,导电材料,:,紫铜线、铝线，用于制成电机绕组。,2.,导磁材料,:,0.35,或,0.5mm,厚的硅钢片叠成,构成电机磁路。,3.,绝缘材料：,把导电体之间、导电体与铁磁体之间绝缘开来。,绝缘等级,A,E,B,F,H,允许温度,O,C,105,120,130,155,180,4.,结构材料：,制造电机所需要的其它金属材料。,8,绪 论,二、铁磁材料的磁特性,1.,磁化特性：,铁磁体会被外磁场磁化，即 铁磁体内磁筹受外,磁场作用形成附加磁场，而呈现出很强的磁性。,2.,高导磁性,:,铁心磁导率,H/m,空气：,3.,饱和特性,：,是非线性磁化曲线,9,绪 论,磁滞损耗,：,在交变磁场作用下，铁磁体内的磁筹反复被磁化，磁筹,反复转向产生,摩擦引起的损耗。,涡流损耗,：,在,交变磁通作用下，铁心产生感应电动势并产生,涡流，,涡流在铁心电阻上引起的损耗。,铁心损耗,：磁滞损耗与涡流损耗的统称。,4.,铁心损耗,：,10,绪 论,一、电磁感应定律,0.3,电机理论中常用的基本电磁定律,（两种形式）,1.,切割电动势,2.,变压器电动势,二、电磁力定律,（方向：右手定则）,（方向：左手定则）,（方向：右手螺旋定则）,11,绪 论,三、电量与磁量、电路定律与磁路定律对比,电 路,磁 路,电动势,E,产生电流的源。如发电机、电池等。,磁动势,产生磁通的源：载流线圈。,I,为,电流，,N,为,匝。,电 流,I,由电动势产生，在导体中流通。,磁 通,由磁动势产生，在磁路中流通。,电流密度,J=I/S,磁通密度,B,=/S,电场强度,E,表示电场的强弱。,磁场强度,H,表示磁场的强弱。,电阻率,反映导体对电流阻力大小的系数。,磁阻率,反映磁体对磁通阻力大小的系数。,电导率,磁导率,12,绪 论,电 路,磁 路,电 阻,磁 阻,电 导,磁 导,电压降,U,U=RI,磁压降,F=Hl,电路基尔霍夫第一定律,磁路基尔霍夫,第一定律,电路基尔霍夫第二定律,磁路基尔霍夫,第二定律,电磁感应定律 电磁力定律,13,绪 论,本章结束,1,.1,变压器的基本工作原理和分类,1,.2,变压器的基本结构,1,.3,变压器的,型号和额定值,变压器：,改变交流电压的,静止电机。,内容,掌握变压器的基本工作原理；,要求,了解变压器的分类、基本结构和各部件的作用；,掌握变压器的额定值。,1.1,变压器的基本工作原理和分类,一、变压器的基本工作原理,变压器主要部件：,一次绕组、,二次绕组。,N,1,N,2,u,1,i,1,只要一、二次绕组匝数不,同，即可实现改变电压。,可见,:,铁心；,二、变压器 的分类,按,用途,分：,按,绕组数,分：,按,相数,分：,按,容量大小,分,：,按,调压方式,分,：,按,冷却方式,分,：,电力变压器、特种变压器。,单绕组,(,自耦,),、双绕组、三绕组变压器。,单相变压器、三相变压器。,无励磁调压变压器、有载调压变压器,。,干式、油浸式、充气式变压器。,小型,(630kVA,以下,),、中型,(800,6300kVA),、,大型,(8000,63000kVA),、特大型,(90000,以上,),。,1.2,变压器的基本结构,连接发电机与电网的升压变压器,变压器的器身,:,即,铁心与绕组装配。,调压器（自耦变压器）,几种小型特殊变压器,1.2,变压器的基本结构,一、铁心,1.,材料：,用导磁性能好、铁损耗小的,0.35,或,0.5mm,厚表面涂,有绝缘漆的硅钢片叠成。铁心,是变压器的主磁路。,交错叠装,冷轧硅钢片斜角接缝叠装,2.,结构：,心式；壳式。,3.,叠装方法：,作用：变压器的电路。,二、绕组,三相绕组接法,:,Y,、,D,高压绕组,绕组和铁心的装配示意图,材料：用绝缘铜线或,铝线绕制而成。,匝数多,导线细,低压绕组,匝数少,导线粗,分接开关,为保证电网电压波动,5,U,N,，,应适时对变压器进行调压。,三、分接开关,高压绕组有三个抽头，接到分接开关上，以便调节输出电压大小。,分接开关调压有两种：,无励磁调压，即断电调压；,有载调压，即带电进行调压。,变压器的器身浸在变压器油的油箱中。,油是冷却介质，又是绝缘介质。,冷却装置：油浸自冷、油浸风冷、,强迫油循环冷却。,将高、低压线圈的出线端引到箱外，起绝缘和固定的作用。,四、油箱和冷却装置,五、绝缘套管,储油柜、吸湿器、安全气道、净油器和气体继电器。,瓷制充油式套管,六、保护装置,一、型号,表示变压器的结构、容量、电压等级、冷却方式等信息。,“,-,”,前表示：结构信息，见下页表所示；,“,-,”,后表示：额定容量,/,高压额定值。,1.3,变压器的型号和额定值,电力变压器分类及代表符号,二、额定值,额定容量,S,N,（,kVA,）：额定运行时所能输出的视在功率。,额定电压,U,1N,/,U,2N,（,kV,）,U,1N,是,一次侧所加的额定电压,;,U,2N,是在加,U,1N,时二次侧的开路电压。,额定电流,I,1N,/,I,2N,（,A,）：,在额定容量下允许长期通过的电流。,三相变压器,:,额定电压指线电压；,额定电流指线电流。,额定频率,f,N,=50 H,Z,单相：,S,N,=,U,1N,I,1N,=,U,2N,I,2N,三相：,例题,一台三相电力变压器，,S,N,3150kVA,，,U,1N,/,U,2N,=35/6.3kV,Y/d,联结。,试求：一、二次额定电流，一次额定相电压，二次额定相电流。,解,1.,变压器基本工作原理是,基于电磁感应定律,变压器可以把一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级,的交流电能。,一、二次绕组之间虽然没有电的直接联系，却有磁的耦合。,变压器能够把一次侧交流电能传递到二次侧是通过磁耦合实现的；,能够改变电压是通过一、二次绕组具有不同的匝数来实现的。,三相：,三相变压器的额定电压和额定电流是指线电压和线电流。,本章小结：,单相：,2,变压器可按用途、绕组数、相数、调压方式、冷却方式、容量大小进行分类。,3,变压器最基本的结构部件是铁心和绕组。铁心是磁路，绕组是电路。,4,变压器额定值：额定容量、额定电压、额定电流和额定频率。,本章结束,2,.1,单相变压器的,空载运行,2,.2,单相变压器的,负载运行,2,.3,变压器,参数,的,测定,内容,掌握变压器空载和负载运行时的电磁过程；,要求,2,.4,标么值及其应用,掌握变压器的基本方程式、等效电路和相量图；,掌握变压器绕组折算的目的和方法；,掌握变压器空载试验和负载试验的方法；,掌握标么值的概念，理解采用标么值的优点。,2.1,单相变压器的空载运行,一、空载时的电磁过程,与 平衡,1.,电磁过程,(,关系图,),(,示意图,),空载运行：二次侧不带负载，,2.,主磁通和漏磁通比较,主磁路磁阻小，多；漏磁路磁阻大，很少。,磁路不同：,数量不同：,作用不同：,沿铁心闭合，与 成非线性。,沿空气闭合，与 成线性。,性质不同：,起传递能量作用，只在绕组上产生漏抗压降。,是互感磁通；同时交链一、二此绕组。,是自感磁通；只交链自身绕组。,一次侧遵循电动机惯例，,二次侧遵循发电机惯例；,磁通与产生它的电流之,间符合右手螺旋定则；,3.,各电磁量参考方向的规定,电动势与感应它的磁通之间符合右手螺旋定则。,二、感应电动势与变比,1.,主磁通感应电动势,设,则,有效值,相量,结论：,主电动势大小与匝数、频率、,主磁通成正比，相位滞后主磁通,90,0,。,同理,2.,漏磁通,感应电动势,与主电动势推导相同，漏电动势相量为,为一次绕组的漏感系数；,为一次绕组漏电抗。,变比,k,的定义是：一、二次绕组的主电动势之比，即,3.,变比,注意：三相变压器的变比等于一、二次绕组额定,相电压,之比。,变比等于一、二次绕组匝数比，近似等于一、二次额定电压比。,三、空载电流和空载损耗,1.,空载电流,无功分量，用来建立磁场，称为励磁电流；,性质,：,空载时，一次绕组就是一个,带铁心的电感线圈，故 滞后于,近,90,o,，所以空载电流主要是,感性无功性质,的电流。,组成,：,有功分量，用来供给铁耗，称为铁耗电流。,故常把空载电流直接称为励磁电流。,大小,：,变压器的空载电流通常为额定电流的,2,10,。,2.,空载损耗,空载时电源输入的功率为空载损耗，包括：,空载损耗为,对于已制成变压器：,空载损耗占额定容量的,0.2%,1%,，随变压器容量增大而下降。,一次绕组铜耗,铁 心 损 耗,四、空载时的电动势方程、等效电路和相量图,1,电动势平衡方程式,为一次绕组漏阻抗,.,一次,:,二次：,可见，主磁通大小与电源电压、频率、一次匝数有关，对于制成的变压器，当电压不变时，主磁通大小是不变的。,2,等效电路和相量图,仿照,可将主电动势表示为以下形式：,，称为励磁阻抗。,称为励磁电阻，反映铁心损耗的等效电阻，即,称为励磁电抗，是反映主磁通大小的电抗。,一次电动势方程式变为,于是可得出空载时的等效电路：,空载运行时,，功率因数很低，,根据空载时的方程式，可以画出相量图。,一、负载时的电磁过程,负载运行：变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流,电源上，二次侧接上负载的运行状态。,2.2,单相变压器的负载运行,关系图：,与 平衡,与 平衡,二、负载时的基本方程式,电动势平衡方程式,一,次,侧,二,次,侧,漏磁通感应电动势,用漏电抗压降表示,一、二次绕组漏阻抗,反映了一、二次绕组漏磁通大小。,是一、二次绕组漏电抗，,2.,磁动势平衡方程式,因此可得磁动势平衡方程式,由电磁过程分析可知，当,不变时，空载和负载时的主磁通,基本不变。,由,空载时,产生,由,负载时,产生,上式表明，变压器负载运行时，一次绕组磁动势,由两个分量组成：,，用来产生负载时的主磁通,一个是励磁磁动势,一个是负载分量磁动势,，,用以抵消二次绕组磁动势对主磁通,的影响，以保持主磁通不变。,可见，电磁关系将一、二次联系起来,二次电流（或功率）,增加或减少必然引起一次电流（或功率）的增加或减少,.,从而,实现了电能由一次侧向二次侧的传递。,磁动势平衡方程式可用电流表达为,一个是用来建立负载主磁通的励磁电流,一个是与二次绕组电流相平衡的负载分量电流,与磁动势相对应，负载运行时的一次绕组电流,也由两个分量组成：,综合空载和负载电磁过程分析，可归纳出变压器负载运行时的基本方程式,基本方程式综合地反映了变压器内部的电磁关系，利用它可以,对变压器进行定量计算。但是求解复数方程组是相当困难和繁琐的，,对变压器进行定量计算，通常采用变压器的等效电路。,三、负载时的等效电路,一次电路 二次电路,根据方程式可以画出变压器的一、二次等效电路,表面上：一、二次电路是两个分离的电路,事实上：两个电路有磁耦合 磁动势平衡关系,绕组折算 体现磁动势平衡方程 变压器等效电路,1.,绕组折算,折算目的：,将变比为,k,的变压器等效成变比为,1,的变压器，,从而可以把一、二次两个分离的电路画在一起。,通常是把二次绕组折算成一次绕组。,(1),折算的物理解释,折算原则：,保持折算前、后二次绕组产生的电磁作用不变，即保持变压器内部,的电磁关系不变。就是二次绕组产生的磁动势、有功损 耗、无功损,耗、视在功率以及变压器的主磁通等均保持不变。,折算的概念可从物理意义和数学变换解释。,将二次绕组折算成一次绕组，就是用匝数为,的绕组来等效实际,的二次绕组，达到变比等于,1,的目的。,匝数为,根据折算前、后磁动势不变，可得,根据折算前、后二次绕组有功、无功损耗不变，可得,根据折算前、后主磁通不变，可得,二次绕组向一次绕组折算有如下规律：,单位为,V,的物理量，其折算值等于实际值,乘,以,k,；,单位为,A,的物理量，其折算值等于实际值,除,以,k,；,单位为,的物理量，其折算值等于实际值乘以 。,(2),绕组折算的数学解释,从数学意义上来说，将二次绕组折算成一次,绕组，就是对二次侧方程式进行变量替换。,将二次侧方程式两边同时乘以,k:,作,变,量,替,换,与折算关系相同,对二次绕组折算后，,变压器的基本方程式为：,根据这组方程式，可以地画出,变压器的等效电路。,T,型等效电路,近似等效电路,简化等效电路,称为短路电阻；,称为短路电抗；,称为短路阻抗。,短路阻抗,是变压器的重要参数：,大，稳态短路电流 小，,小，内阻抗压降 小，输出电压稳定。,由于短路阻抗值很小，所以变压器的短路电流较大，一般可达额定电流的,1020,倍。,四、负载时的相量图,简化相量图（感性负载）,思考题,作出变压器带电阻性和电容性负载时的简化相量图。,方 程 式：适宜定性分析各物理量之间关系；,等效电路：适宜进行定量计算，是分析变压器运行的主要工具；,相 量 图：适宜分析各物理量之间相位关系。,分析变压器运行的三种工具：,2.3,变压器的参数测定,短路参数,励磁参数,变压器的参数：,可用空载试验测得,可用短路试验测得,一、空载实验,1.,目的,求取变比 、空载电流百分数 、铁耗 和励磁阻抗,2.,接线图,为安全和仪表选择方便，空载试验通常在低压侧进行；,为减小功率的测量误差，应选用低功率因数瓦特表来测量空载损耗；,为减小电流的测量误差，应把电流表串联在变压器线圈侧。,接线图 等效电路,A,X,a,x,调节外加电压,为额定值，读取,电流表读数,功率表读数,3.,测,数据,电压表读数,、,4.,计算参数,若要得到高压侧参数，须折算,：,即将励磁参数再乘以,k,2,。,对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率要用一相值来计算。,5.,注意,二、短路实验,1.,目的,2.,接线图,求取短路电压百分数 、铜损耗 和短路阻抗 。,为了安全和仪表选择方便，短路试验通常在高压侧进行,为了避免过大的短路电流损坏绕组，外加电压必须很低,为减小电压测量误差，电压表和功率表电压线圈应并联在变压器线圈侧,接线图 等效电路,3.,测,数据,缓慢升高外加电压,直到短路电流,立即读取,电流表读数,功率表读数,电压表读数,称为短路电压，又称为阻抗电压,称为短路损耗，又称为负载损耗,4.,计算参数,5.,注意,对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率要用一相值来计算。,试验时应记录室温 ，,将测得的电阻值应该换算到基准工作温度,75,o,时的数值,:,6.,短路电压,短路电压常用百分值表示,短路电压,有功分量,无功分量,短路电压大小反映了变压器额定运行时内部阻抗压降的大小，对变压器运行性能有很大影响。,从正常运行角度，希望它小些，负载变化时二次电压波动小些；,从限制短路电流角度，希望它大些，相应的短路电流就小些。,一般电力变压器,（讲解例题,【2.4.1】,）,2.4,标么值及其应用,一、定义,二、基值的选取,所谓标么值是指某一物理量的,实际值与该物理量的基值之比：,变压器等效电路中，有四个基本物理量：电压、电流、阻抗和功率。,当电压和电流的基值选定后，阻抗和功率的基值可根据电路定律来确定。,由于等效电路为一相电路，其中的电压、电流、阻抗和功率均为一相值，所以,取相额定值作为它们的基值。,线电压和线电流的基值取额定线电压和额定线电流,三相功率的基值取三相额定容量,已知标么值和基值，很容易求得实际值：实际值,=,标么值,基值,三、采用表么值的优点,采用标么值表示时，各参数及性能数据通常都在一定范围内，便于比较和分析。例如，电力变压器的,=0.04,0.175,=0.02,0.1,2.,由于折算前、后的标么值相等，所以采用标么值表示参数,时，不必进行绕组折算。例如,3.,采用标么值可使计算得到简化。例如：,线电压与相电压、线电流与相电流的标么值分别相等；,单相功率与三相功率的标么值相等。,额定值的标么值等于,1:,短路电阻与短路损耗的标么值相等：,短路阻抗与短路电压的标么值相等：,有功功率和无功功率的标么值：,4.,采用标么值表示电压和电流，可以直观地反映变压器的运行状况。,表示变压器二次电压低于额定值；,表示变压器已过载,10%,。,采用标么值的缺点,：因为标么值没有量纲，物理概念不够清晰，,也无法用量纲来检查计算结果是否正确。,讲解,【,例,2.4.2】,例如,本章结束,3,.1,三相变压器的,磁路结构,3,.2,三相变压器的,联结组别,3,.3,磁路结构和联结组别,对电动势波形的影响,内容,要求,掌握三相组式变压器和三相心式变压器磁路结构的特点；,掌握三相变压器联结组别的概念，联结组别的判定方法；,掌握联结组别和磁路结构对相绕组感应电动势波形的影响,。,3.1,三相变压器的磁路结构,一、三相组式变压器的磁路特点,（,1,）三相磁路彼此独立，互不关联，即各相主磁通都有自己独立的磁路；,（,3,）外加三相对称电压时，三相主磁通对称，三相空载电流也对称。,（,2,）三相磁路几何尺寸完全相同，即各相磁路的磁阻相等；,三相组式变压器：,由三台相同的单相变压器组合而成。,磁路特点：,三相变压器的磁路结构：组式、心式。,二、三相心式变压器的磁路特点,三相心式变压器的铁心结构是从三相组式变压器铁心演变而来的。,（,2,）各相磁路长度不等。中间相磁路长度略小于其它两相磁路长度，中间相磁阻,略小于其它两相的磁阻；,（,1,）各相磁路不独立，每相磁通都要借助其它两相磁路而闭合；,磁路特点：,（,3,）外加三相对称电压时，三相主磁通对称，三相空载电流近似对称。,3.2,三相变压器的联结组别,连接组别,：是反映变压器连接方式及一、二次电动势相位关系的一种标志。,三相绕组有两种连接方式：星形联结、三角形联结。,一、三相绕组的连接方式,变压器绕组的首、末端标志,绕组名称,单相变压器,三相变压器,中性点,首端,末端,首端,末端,高压绕组,U1,U2,U1,、,V1,、,W1,U2,、,V2,、,W2,N,低压绕组,u1,u2,u1,、,v1,、,w1,u2,、,v2,、,w2,n,为了正确连接三相绕组，变压器每相绕组的两个出线端都有一个标志,星形联结与三角形联结的接线图,二、单相变压器的联结组别,1,同名端（同极性端）,判别法：,在绕组电流与磁通正方向符合右手螺旋关系时，可根据：,“凡是从,同名端流进的电流所产生的磁通是同方向的”,这一特点来判断同名端。,同名端：,高、低压绕组感应电动势是交变的，即高、低压绕组的极性是交变的。,某一瞬间，高、低压绕组为,同极性,的两个端点，称为同名端。,相量图,绕向同、标志反,绕向反、标志同,U1,、,u1,为异名端,绕向同、标志同,绕向反、标志反,相量图,U1,、,u1,为同名端,2,高、低压绕组电动势相位关系,规定：,（,1,）当,U1,、,u1,为同名端时，,（,2,）当,U1,、,u1,为异名端时，,根据,:,由同名端指向非同名端的电动势同相位，则,3,单相变压器的联结组别,时钟表示法：,时钟分针（长针），固定指向时钟的,“,0,点,”,时钟时针（短针），,它指向的时钟数字，就是联结组别号。,I,I0,I,I6,单相变压器的联结组别有两种：,I,表示单相绕组,I,I0,是标准联结组,三、三相变压器的联结组别,高、低压绕组的连接方式,高、低压线电动势相位关系,三相变压器的联结组别反映：,时钟表示法：,分针（长针），固定指向时钟的,“,0,点,”,时针（短针），,它指向的时钟数字，就是联结组别号。,三相变压器连接组别判别方法：,（,1,）高、低压侧电动势相序必须一致；,（,2,）电动势相量图形与绕组连接方式相对应：,Y,联结绕组，相量图呈,Y,形；,D,联结绕组，相量图呈,D,形。,（,1,）根据高压侧三相绕组连接方式（,Y,或,D,）画出高压侧电动势相量图，并使 指向“,0,点”,（,2,）根据低压侧三相绕组连接方式（,y,或,d,）及低压侧与高压侧相电动势相位关系（同向或反,向）画出低压侧电动势的相量图，并画出 ，它指向的数字就是联结组别号。,画相量图时注意两点：,Y,y0,联结组,Y,y6,联结组,Y,y0,含义：,高、低压绕组均为星形连接，,高、低压侧对应线电动势同相位。,Y,y6,含义：,高、低压绕组均为星形连接，,高、低压侧对应线电动势反相位。,低压绕组三相标志依次后移，,可得到,Y,y4,、,Y,y8,联结组别。,低压绕组三相标志依次后移，,可得到,Y,y10,、,Y,y2,联结组别。,Y,d11,联结组,Y,d1,联结组,Y,d11,含义：,高压绕组为,Y,接，低压绕组为,d,接，,低压线电动势超前高压线电动势,30,o,。,低压绕组三相标志依次后移，,可得到,Y,d3,、,Y,d7,联结组别。,Y,d1,含义：,高压绕组为,Y,接，低压绕组为,d,接，,低压线电动势滞后高压线电动势,30,o,。,低压绕组三相标志依次后移，,可得到,Y,d5,、,Y,d9,联结组别。,总之,:,对于,Y,y,（或,D,d,）连接，可得到,0,、,2,、,4,、,6,、,8,、,10,等六个偶数组别；,对于,Y,d,（或,D,y,）连接，可得到,1,、,3,、,5,、,7,、,9,、,11,等六个奇数组别。,标准连接组别有,5,种：,Y,yn0,：,二次带中线构成三相四线制，作,400V,配电变压器供三相动力和单相照明负载。,Y,d11,：用于低压侧电压超过,400V,，高压侧电压在,35kV,以下的变压器中。,YN,d11,：用在高压输电线路中，高压侧可以接地，电压一般在,35110kV,及以上。,YN,y0,：用在高压侧中性点需要接地的场合。,Y,y0,：用在只供三相负载的场合。,其中，前三种最为常用。,3.3,联结组别和磁路结构对相电动势波形影响,一、励磁电流与主磁通的波形关系,为正弦波时,，,将是尖顶波,为正弦波时，,将是平顶波,原因：磁路的饱和特性,尖顶波电流分解成基波和三次谐波,平顶波磁通分解成基波和三次谐波,根据数学中的级数理论，,尖顶波和平顶波都,可分解成基波和一系列奇次谐波。,忽略幅值很小的五次及以上谐波情况下,2.,非正弦波的分解,在三相系统中，三相三次谐波分量,大小相等、相位相同,。例如,3.,三次谐波的特点,4.,三次谐波的流通情况,在单相变压器中：,在三相变压器中：,能否流通，取决于三相绕组的连接方式。,一样可流过单相绕组，故单相变压器的空载电流为尖顶波。,能否流通取决于三相铁心结构。,能通过中线流通,能在三角形内部流通,无中线，不能流通,3,i,流通情况,能在各相独立的主磁,路铁心中流通，其值很大。,组式,不能在“,Y,形”铁心中流通，只,能通过漏磁路流通，其值很小,。,心,式,流通情况,二、联结组别和磁路结构对相电动势波形的影响,1,YN,y,联结时的电动势波形,一次侧有中线，,i,03,能流通，,i,0,为尖顶波，,为正弦波，,e,也为正弦波。,2,Y,y,联结时的电动势波形,一次侧无中线，,i,03,不能流通，,i,0,为,正弦波，,为平顶波，,=,1,+,3,但,3,能否流通取决于铁心结构：,（,1,）对于组式变压器：,3,能在铁心中流通，,=,1,+,3,为尖顶波,E,3,可达,50%,E,1,，使,e,最大值升高很多，可能击穿绕,组绝缘，因此，三相组式变压器不采用,Y,y,联结。,3,只能通过磁阻很大的漏磁路闭合，,3,很小，,基本为正弦波，,e,基本为正弦波。,（,2,）对于心式变压器：,但,3,通过油箱壁时将产生涡流损耗，造成局部过热，降低变压器的效率。,因此，只有小容量（,1800kVA,以下）三相心式变压器才可以采用,Y,y,联结。,一次,D,联结，,i,03,能在三角形内部流通，故,i,0,为尖顶波，,为正弦波，,e,为正弦波,。,3,D,y,联结时的电动势波形,4,Y,d,联结时的电动势波形,一次,Y,接无中线，,i,03,=0,，,i,0,为正弦波，,=,1,+,3,为平顶波；,其中,3,在二次绕组中产生,e,23,，并在,d,接绕组内产生,i,23,；,i,23,建立的磁通,23,将大大削弱,3,的作用，,因此合成磁通和电动势均接近正弦波。,i,23,对,3,去磁作用,从磁动势平衡关系来看,:,由于一次侧没有,i,03,与二次侧,i,23,相平衡，因此二次侧,i,23,起励磁电流作用，此时变压器的主磁通由一次侧,i,01,与二次侧,i,03,共同建立，其效果与一次侧单方面提供尖顶波励磁电流的效果是相同的。,滞后,R,2,X,23,近,滞后,与 同相,二次,y,接带中线，负载时为,i,23,提供通路，与,Y,d,联结类似，可以改善,电动势波形。但由于负载阻抗较大，,i,23,很小，因此电动势波形改善不多。,这种联结与,Y,y,联结一样，只适用于容量较小的三相心式变压器，,组式变压器不能采用。,5,Y,yn,联结时的电动势波形,结论,（,1,）因磁饱和：,为正弦波时，,i,0,为尖顶波；若,i,0,为正弦波，则,为平顶波。,尖顶波电流或平顶波磁通可以看成是由基波和三次谐波组成。,（,2,）为了使相电动势为正弦波，主磁通应为正弦波，这就要求励磁电流为尖,顶波，即要求变压器能为三次谐波电流提供通路。,（,5,）无论相电动势中有无三次谐波分量，线电动势中都没有三次谐波分量。,带中线的星形联结绕组，其线电流（即相电流）中有三次谐波分量；,三角形联结绕组，其相电流中有三次谐波分量，线电流中没有三次谐波分量。,（,4,）,Y,y,联结的三相变压器，没有三次谐波电流通路，而含有三次谐波磁通分量。,对于心式变压器：其三次谐波磁通成为很小的漏磁通，故相电动势接近正弦波；,对于组式变压器：其三次谐波磁通成为较大的主磁通，故相电动势波形发生严,重畸变，产生过电压现象。,所以小容量心式变压器可以采用,Y,y,联结，组式变压器不能采用,Y,y,联结。,（,3,）单相变压器和采用,YN,y,、,D,y,、,Y,d,联结的三相变压器能为三次谐波电流,提供通路，因此它们的主磁通及相电动势为正弦波。,所以大容量变压器多采用,Y,d,或,D,y,联结。,本章结束,4,.1,变压器的运行特性,4,.2,变压器的并联运行,4,.3,变压器空载合闸电流,4,.4,变压器的突然短路,内容,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。,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。,4.1,变压器的运行特性,运行特性,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,一、电压变化率和外特性,1.,电压变化率,从空载到负载时二次侧电压变化的百分值：,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。,称为负载系数。,负载大小,负载性质,短路阻抗,有关,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,5%,左右。,2.,外特性,（,1,）电阻负载,即端电压随负载增加而下降。,（,2,）感性负载,即端电压随负载增加而下降，且比电阻负载时要下降的多。,（,3,）容性负载,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,2,为代表。,3.,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头，记作,U,N,5%,。,大型电力变压器采用五个或多个分接头。,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。,损耗,磁通在结构部件中引起的局部涡流损耗等,铁耗,基本铁耗：铁心中的磁滞损耗和涡流损耗,附加铁耗：,铜耗,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,故铁耗称为不变损耗。,铁耗,铜耗,为额定铜耗,变压器的总损耗为,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：,将,代入上式得效率计算式：,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,99%,以上。,3.,变压器的效率特性,效率特性曲线形状解释：,令 ，,可求得变压器达到最高效率的条件：,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。,最高效率时的负载系数,变压器的最高效率：,由于电力变压器经常处于,50,70,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,0.5,0.7,。,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（,0.5,0.7,）倍额定负载时才具有最高效率。,例,4.1.1,4.2,变压器的并联运行,并联运行是指将几台变压器的一、二次绕组分别接在一、二次侧的公共母线上，共同向负载供电的运行方式。,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。,二、并联运行的理想条件,并联运行的理想情况是：,（,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。,（,2,）负载时各变压器的负载系数相等；,“大马拉大车、小马拉小车”，充分利用。,（,3,）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。,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,实际并联时，第,（,2,）,条必须满足，,（,1,）（,3,）,两条允许稍有偏差。,（,1,）额定电压相等，即变比相等；,（,2,）联结组别相同；,实现理想情况,（,1,）,实现理想情况,（,2,）（,3,）,三、不满足并联条件时的运行分析,1.,变比不等时并联运行,折算到二次测的简化等效电路,则二次侧引起开路电压差,它将在两台变压器二次绕组之间产生环流：,由于漏阻抗,很小，即使,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,5%,，变比差,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，,这既占用了变压器的容量，又增加了变压器损耗。,2.,联结组别不同时并联运行,Y,y0,与,Y,d11,并联时,二次侧线电压相量图,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倍，这会烧毁绕组。,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 相位差，,将形成很大的电压差。,例如：,Y,y0,与,Y,d11,并联时，,所以联结 组别不同的变压器,绝不允许并联。,二次侧的线电压差为：,3.,短路阻抗标么值不等时并联运行,由于变比相等，联结组别相同，,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。,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，这就要求各台变压器的短路阻抗标值相等。,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。,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。通常要求各变压器的短路阻抗标么值相差不应超过其平均值的,10,。,负载分配不合理。,因此，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，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。,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：,总电流为各变压器输出电流的代数和（最大）。,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，因此要求并联运行变压器的最大容量与最小容量之比不超过,3:1,。,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 以内时，电流的相量和与代数和之间相差很小，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。,四、并联运行时的负载分配计算,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。,各台变压器所分担负载大小的计算公式：,若要求任一台变压器都不过载，,可令 最小的变压器的,变压器的设备利用率,:,越高，运行经济性越好。,例,4.2.1,*4.3,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,2%,10,。,空载合闸时，一次侧电压方程为,忽略,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。,稳态分量,暂态分量,稳态时磁通的最大值,即当电压瞬时值为最大时进行合闸，磁通为,此时，,说明合闸后磁通将不经历过渡过程而立即进入稳态，,空载合闸电流也不经历过渡过程而立即进入稳态，不出现励磁涌流。,即当电压瞬时值为,0,时进行合闸，磁通为,在合闸以后半个周期瞬间,磁通达到最大值,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,由于,的存在，是衰减的，衰减快慢由一次绕组时间常数,决定。,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。,*4.4,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,解为,变压器发生突然短路故障时，短路电流将经历一个暂短