电力变压器的基本工作原理和结构.ppt

第三章 变压器3.1 3.1 变压器的基本工作原理和器的基本工作原理和结构构3.2 3.2 单相相变压器的空器的空载运行运行 3.3 3.3 单相相变压器的器的负载运行运行3.4 3.4 变压器的参数器的参数测定定3.5 3.5 标么么值3.6 3.6 变压器的运行特性器的运行特性3.7 3.7 三相三相变压器器3.8 3.8 变压器的并器的并联特性特性 变压器是一种静止器是一种静止电器器,它通它通过线圈圈间的的电磁感磁感应,将一种将一种电压等等级的交流的交流电能能转换成同成同频率的另一种率的另一种电压等等级的交流的交流电能能.第三章 变压器3.1 变压器的基本工作原理和结构3.1.1 3.1.1 基本工作原理和分基本工作原理和分类一、基本工作原理 变压器的主要部件是器的主要部件是铁心和套在心和套在铁心上的心上的两个两个绕组。两。两绕组只有磁耦合没只有磁耦合没电联系。在一系。在一次次绕组中加上交中加上交变电压，产生交生交链一、二次一、二次绕组的交的交变磁通，在两磁通，在两绕组中分中分别感感应电动势。只要只要(1)磁通有磁通有变化量化量;(2)一、二一、二次次绕组的匝数不同，的匝数不同，就能达到改就能达到改变压的的目的。目的。第三章 变压器二、分类按用途分：按用途分：电电力力变压变压器和特种器和特种变压变压器。器。按按绕组绕组数目分：数目分：单绕组单绕组（自耦）（自耦）变压变压器、双器、双绕组变压绕组变压器、三器、三绕组变压绕组变压器和多器和多绕组变压绕组变压器。器。按相数分：按相数分：单单相相变压变压器、三相器、三相变压变压器和多相器和多相变压变压器。器。按按铁铁心心结结构分：心式构分：心式变压变压器和壳式器和壳式变压变压器。器。按按调压调压方式分：无励磁方式分：无励磁调压变压调压变压器和有器和有载调压变压载调压变压器器。按冷却介按冷却介质质和冷却方式分：干式和冷却方式分：干式变压变压器、油浸式器、油浸式变压变压器和器和充气式充气式变压变压器。器。第三章 变压器3.1.23.1.2 基本基本结结构构一、铁心 变压变压器的主磁路，器的主磁路，为为了提高了提高导导磁性能和减少磁性能和减少铁损铁损，用厚，用厚为为0.35-0.5mm0.35-0.5mm、表面涂有、表面涂有绝缘绝缘漆的硅漆的硅钢钢片叠成。片叠成。变压变压器的器的电电路，一般用路，一般用绝缘铜线绝缘铜线或或铝线绕铝线绕制而成。制而成。油浸式油浸式变压变压器的器身浸在器的器身浸在变压变压器油的油箱中。油是冷却介器油的油箱中。油是冷却介质质，又是又是绝缘绝缘介介质质。油箱。油箱侧侧壁有冷却用的管子（散壁有冷却用的管子（散热热器或冷却器）。器或冷却器）。将将线线圈的高、低圈的高、低压压引引线线引到箱外，是引引到箱外，是引线对线对地的地的绝缘绝缘，担，担负负着固定的作用。着固定的作用。二、绕组四、油箱三、绝缘套管此外，此外，还还有有储储油柜油柜、吸湿器吸湿器、安全气道安全气道、净净油器油器和和气体气体继电继电器器。第三章 变压器连连接接发电发电机与机与电电网的升网的升压变压压变压器器连连接接发电发电机的机的封封闭闭母母线线 与与电电网相网相连连的高的高压压出出线线端端返回第三章 变压器三相干式变压器接触调压器第三章 变压器电源变压器环形变压器控制变压器第三章 变压器3.1.33.1.3 型号与型号与额额定定值值一、型号 型号表示一台型号表示一台变压变压器的器的结结构、构、额额定容量、定容量、电压电压等等级级、冷却方、冷却方式等内容，表示方法式等内容，表示方法为为如如OSFPSZ-250000/220OSFPSZ-250000/220表明自耦三相表明自耦三相强强迫油循迫油循环风环风冷三冷三绕组铜线绕组铜线有有载调压载调压，额额定容量定容量250000kVA250000kVA，高，高压额压额定定电压电压220kV220kV电电力力变压变压器器第三章 变压器二、额定值此外，此外，额额定定值还值还有有额额定定频频率率、效率、温升效率、温升等。等。指指铭铭牌牌规规定的定的额额定使用条件定使用条件下所能下所能输输出的出的视视在功率。在功率。额额定容量定容量指指长长期运行期运行时时所能承受的工作所能承受的工作电压电压额额定定电压电压 是指一次是指一次侧侧所加的所加的额额定定电压电压，是指一次是指一次侧侧加加额额定定电压时电压时二二次次侧侧的开路的开路电压电压。在三相。在三相变压变压器中器中额额定定电压为线电压电压为线电压。三者关系三者关系：单单相：相：三相：三相：指在指在额额定容量下，允定容量下，允许长许长期通期通过过的的额额定定电电流。在三相流。在三相变压变压器中指的是器中指的是线电线电流流额额定定电电流流第三章 变压器3.2 单相变压器的空载运行3.2.1 电磁关系一、物理情况第三章 变压器二、各电磁量参考方向的规定1 1）性）性质质上：上：与与 成非成非线线性关系；性关系；与与 成成线线性关系性关系；2 2）数量上：）数量上：占占99%99%以上，以上，仅仅占占1%1%以下以下；3 3）作用上：）作用上：起起传递传递能量的作用，能量的作用，起漏抗起漏抗压压降作用。降作用。主磁通与漏磁通的区主磁通与漏磁通的区别别一次一次侧侧遵循遵循电动电动机机惯惯例，二次例，二次侧侧遵循遵循发电发电机机惯惯例。例。强强调调：磁通与磁通与产产生它的生它的电电流之流之间间符合右手螺旋定符合右手螺旋定则则；电动势电动势与感与感应应它的磁通之它的磁通之间间符合右手螺旋定符合右手螺旋定则则。第三章 变压器三、感应电动势分析 1.主磁通感主磁通感应应的的电动势电动势主主电动势电动势设则有效值相量同理，二次主同理，二次主电动势电动势也有同也有同样样的的结论结论。可可见见，当主磁通按正弦，当主磁通按正弦规规律律变变化化时时，所，所产产生的一次主生的一次主电动电动势势也按正弦也按正弦规规律律变变化，化，时间时间相位上滞后主磁通相位上滞后主磁通 。主。主电动势电动势的的大小与大小与电电源源频频率、率、绕组绕组匝数及主磁通的最大匝数及主磁通的最大值值成正比。成正比。第三章 变压器2.漏磁通感漏磁通感应应的的电动势电动势漏漏电动势电动势漏漏电动势电动势也可以用漏抗也可以用漏抗压压降来表示，即降来表示，即根据主根据主电动势电动势的分析方法，同的分析方法，同样样有有由于漏磁通主要由于漏磁通主要经过经过非非铁铁磁路径磁路径,磁路不磁路不饱饱和和,故磁阻很大且故磁阻很大且为为常数常数,所以漏所以漏电电抗抗 很小且很小且为为常数常数,它不随它不随电电源源电压负载电压负载情况情况而而变变.第三章 变压器3.2.2 3.2.2 空空载电载电流和空流和空载损载损耗耗一、空载电流1.作用与组成2、性质和大小 性性质质：由于空由于空载电载电流的无功分量流的无功分量远远大于有功分量，所以空大于有功分量，所以空载电载电流主要是感性无功性流主要是感性无功性质质也称励磁也称励磁电电流；流；大小大小：与与电电源源电压电压和和频频率、率、线线圈匝数、磁路材圈匝数、磁路材质质及几何尺寸有及几何尺寸有关，用空关，用空载电载电流百分数流百分数I I0 0%来表示来表示：空空载电载电流流 包含两个分量，一个是励磁分量包含两个分量，一个是励磁分量 ，作用是建立磁，作用是建立磁场场，另一个是，另一个是铁损铁损耗分量耗分量 ，主要作用是供，主要作用是供铁损铁损耗。耗。第三章 变压器3、空载电流波形由于磁路由于磁路饱饱和，空和，空载电载电流流与由它与由它产产生的主磁通生的主磁通呈非呈非线线性关系。性关系。当磁通按正弦当磁通按正弦规规律律变变化化时时，空，空载电载电流呈尖流呈尖顶顶波形。波形。当空当空载电载电流按正弦流按正弦规规律律变变化化时时，主磁通呈尖，主磁通呈尖顶顶波形。波形。实际实际空空载电载电流流为为非正弦波，但非正弦波，但为为了分析、了分析、计计算和算和测测量的方便，在量的方便，在相量相量图图和和计计算式中常用正弦的算式中常用正弦的电电流代替流代替实际实际的空的空载电载电流。流。第三章 变压器二、空载损耗 对对于已制成于已制成变压变压器，器，铁损铁损与磁通密度幅与磁通密度幅值值的平方成正比，的平方成正比，与与电电流流频频率的率的1.31.3次方成正比，即次方成正比，即 空空载损载损耗耗约约占占额额定容量的定容量的0.2%0.2%1%1%，而且随，而且随变压变压器容量的器容量的增大而下降。增大而下降。为为减少空减少空载损载损耗，改耗，改进设计结进设计结构的方向是采用构的方向是采用优优质铁质铁磁材料：磁材料：优质优质硅硅钢钢片、激光化硅片、激光化硅钢钢片或片或应应用非晶用非晶态态合金。合金。第三章 变压器3.2.3 3.2.3 空空载时载时的的电动势电动势方程、等效方程、等效电电路和相量路和相量图图一、电动势平衡方程和变比1 1、电动势电动势平衡平衡方程平衡平衡方程（1 1）一次）一次侧电动势侧电动势平衡方程平衡方程忽略很小的漏阻抗忽略很小的漏阻抗压压降，并写成有效降，并写成有效值值形式，有形式，有则 可可见见，影响主磁通大小的因素有，影响主磁通大小的因素有电电源源电压电压和和频频率率，以及，以及一一次次线线圈的匝数圈的匝数。重要公式第三章 变压器（2 2）二次）二次侧电动势侧电动势平衡方程平衡方程2 2、变变比比定定义义 对对三相三相变压变压器，器，变变比比为为一、二次一、二次侧侧的相的相电动势电动势之比，近似之比，近似为额为额定相定相电压电压之比，具体之比，具体为为Y，d接接线线D，y接接线线第三章 变压器二、空二、空载时载时的等效的等效电电路和相量路和相量图图1 1、等效、等效电电路路一次一次侧侧的的电动势电动势平衡方程平衡方程为为空空载时载时等效等效电电路路为为第三章 变压器励磁励磁电电阻、励磁阻、励磁电电抗、励磁阻抗。由于磁路具有抗、励磁阻抗。由于磁路具有饱饱和特性，所以和特性，所以 不是常数，随磁路不是常数，随磁路饱饱和程度增大而减小。和程度增大而减小。由于由于 ，所以有，所以有时时忽略漏阻抗，空忽略漏阻抗，空载载等效等效电电路只路只是一个是一个 元件的元件的电电路。在路。在 一定的情况下，一定的情况下，大小取决于大小取决于 的大小。从运行角度的大小。从运行角度讲讲，希望，希望 越小越好，所以越小越好，所以变压变压器常采用器常采用高高导导磁材料，增大磁材料，增大 ，减小，减小 ，提高运行效率和功率因数。，提高运行效率和功率因数。第三章 变压器2 2、相量、相量图图根据前面所学的方程，可作根据前面所学的方程，可作出出变压变压器空器空载时载时的相量的相量图图：（1）以 为参考相量（2）与 同相，滞后 ，（3）滞后 ，；（4）（5）第三章 变压器空空载载运行小运行小结结（1 1）一次）一次侧侧主主电动势电动势与漏阻抗与漏阻抗压压降降总总是与外施是与外施电压电压平衡平衡,若忽若忽略漏阻抗略漏阻抗压压降，降，则则一次主一次主电势电势的大小由外施的大小由外施电压电压决定决定.（2 2）主磁通大小由）主磁通大小由电电源源电压电压、电电源源频频率和一次率和一次线线圈匝数决定，圈匝数决定，与磁路所用的材与磁路所用的材质质及几何尺寸基本无关及几何尺寸基本无关。（3 3）空）空载电载电流大小与主磁通、流大小与主磁通、线线圈匝数及磁路的磁阻有关，圈匝数及磁路的磁阻有关，铁铁心所用材料的心所用材料的导导磁性能越好，空磁性能越好，空载电载电流越小。流越小。（4 4）电电抗是交抗是交变变磁通所感磁通所感应应的的电动势电动势与与产产生生该该磁通的磁通的电电流的比流的比值值，线线性磁路中，性磁路中，电电抗抗为为常数，非常数，非线线性性电电路中，路中，电电抗的大小随抗的大小随磁路的磁路的饱饱和而减小。和而减小。第三章 变压器3.3 单相变压器的负载运行3.3.13.3.1 负载负载运行运行时时的的电电磁关系磁关系变压变压器一次器一次侧侧接在接在额额定定频频率、率、额额定定电压电压的交流的交流电电源上，二次接源上，二次接上上负载负载的运行状的运行状态态，称，称为为负载负载运行运行。第三章 变压器用用图图示示负载负载运行运行时时的的电电磁磁过过程程第三章 变压器3.3.23.3.2 基本方程基本方程一、磁动势平衡方程或 电电磁关系将一、二次磁关系将一、二次联联系起来系起来,二次二次电电流增加或减少必然引起流增加或减少必然引起一次一次电电流的增加或减少流的增加或减少.用用电电流形式表示流形式表示。,I;,I:L作用作用它起平衡二次磁它起平衡二次磁动势动势的的另一个是另一个是负载负载分量分量产产生主磁通生主磁通它用来它用来一个是励磁一个是励磁电电流流两个分量两个分量变压变压器的器的负载电负载电流包括流包括表明表明10&第三章 变压器二、电动势平衡方程根据基根据基尔尔霍夫霍夫电压电压定律可写出一、二次定律可写出一、二次侧电动势侧电动势平衡方程平衡方程负载负载运行运行时时,忽略空忽略空载电载电流有流有:表明，一、二次表明，一、二次电电流比近似与匝数成反比。可流比近似与匝数成反比。可见见，匝数不，匝数不同，不同，不仅仅能改能改变电压变电压，同，同时时也能改也能改变电变电流。流。第三章 变压器3.3.33.3.3 等效等效电电路及相量路及相量图图一、折算折算原折算原则则：1 1）保持二次保持二次侧侧磁磁动势动势不不变变；2 2）保持二次）保持二次侧侧各功率各功率或或损损耗不耗不变变。方法方法：（将二次（将二次侧侧折算到一次折算到一次侧侧)折算：折算：将将变压变压器的二次（或一次）器的二次（或一次）绕组绕组用另一个用另一个绕组绕组(N(N2 2=N=N1 1)来等来等效，同效，同时对该绕组时对该绕组的的电电磁量作相磁量作相应应的的变换变换，以保持两，以保持两侧侧的的电电磁关磁关系不系不变变,用一个等效的用一个等效的电电路代替路代替实际实际的的变压变压器。器。第三章 变压器折算后的方程式折算后的方程式为为第三章 变压器二、等效电路根据折算后的方程，可以作出根据折算后的方程，可以作出变压变压器的等效器的等效电电路。路。T T型等效型等效电电路路：近似等效近似等效电电路路第三章 变压器简简化等效化等效电电路：路：其中分分别别称称为为短路短路电电阻阻、短路短路电电抗抗和和短路阻抗短路阻抗。由由简简化等效化等效电电路可知，短路阻抗起限制短路路可知，短路阻抗起限制短路电电流的作用，流的作用，由于短路阻抗由于短路阻抗值值很小，所以很小，所以变压变压器的短路器的短路电电流流值较值较大，一般大，一般可达可达额额定定电电流的流的1010 2020倍。倍。第三章 变压器三、相量图作相量作相量图图的步的步骤骤对对应应T T型等效型等效电电路，路，假定假定变压变压器器带带感性感性负载负载。第三章 变压器作相量作相量图图的步的步骤骤（假定（假定带带感性感性负载负载）对应简对应简化等效化等效电电路路由等效由等效电电路可知路可知根据方程可作出根据方程可作出简简化相量化相量图图思考思考题题 作出作出变压变压器器带带上不同性上不同性质质负载时负载时的的简简化相量化相量图图?第三章 变压器3.4 变压器的参数测定3.4.13.4.1 空空载实验载实验一、目的：通通过测过测量空量空载电载电流和一、二次流和一、二次电压电压及空及空载载功率来功率来计计算算变变比、空比、空载电载电流百分数、流百分数、铁损铁损和励磁阻抗和励磁阻抗。二、接二、接线图线图三、要求及分析WAVV*1 1）低）低压侧压侧加加电压电压，高，高压侧压侧开路；开路；第三章 变压器4 4）求出参数）求出参数5 5）空）空载电载电流和空流和空载载功率必功率必须须是是额额定定电压时电压时的的值值，并以此求取，并以此求取励磁参数；励磁参数；6 6）若要得到高）若要得到高压侧压侧参数，参数，须须折算折算；7 7）对对三相三相变压变压器，各公式中的器，各公式中的电压电压、电电流和功率均流和功率均为为相相值值；第三章 变压器3.4.23.4.2 短路短路实验实验1.目的：通通过测过测量短路量短路电电流、短路流、短路电压电压及短路功率来及短路功率来计计算算变压变压器器的短路的短路电压电压百分数、百分数、铜损铜损和短路阻抗。和短路阻抗。2.接线图3.要求及分析1 1）高）高压侧压侧加加电压电压，低，低压侧压侧短路；短路；WAV*3 3）同）同时记录实验时记录实验室的室温；室的室温；4 4）由于外加）由于外加电压电压很小，主磁通很少，很小，主磁通很少，铁损铁损耗很少，忽略耗很少，忽略铁损铁损，认为认为 。第三章 变压器5 5）参数）参数计计算算对对T T型等效型等效电电路：路：四、短路电压短路短路时时，当短路，当短路电电流流为额为额定定值时值时一次所加的一次所加的电压电压，称，称为为短路短路电压电压，记记作作短路短路电压电压也称也称为为阻抗阻抗电压电压。6 6）温度折算：）温度折算：电电阻阻应换应换算到基准工作温度算到基准工作温度时时的数的数值值。8 8）对对三相三相变压变压器，各公式中的器，各公式中的电压电压、电电流流和功率均和功率均为为相相值值；7 7）若要得到低）若要得到低压侧压侧参数，参数，须须折算；折算；第三章 变压器短路短路电压电压常用百分常用百分值值表示表示 短路短路电压电压的大小直接的大小直接反映短路阻抗的大小，而反映短路阻抗的大小，而短路阻抗又直接影响短路阻抗又直接影响变压变压器的运行性能。器的运行性能。从正常运行角度看，从正常运行角度看，希望短路希望短路电压电压小些，小些，这样这样可使副可使副边电压边电压随随负载负载波波动动小些；从限制短路小些；从限制短路电电流角流角度，希望它大些，相度，希望它大些，相应应的的短路短路电电流就小些。流就小些。第三章 变压器3.5 标么值 标标么么值值,就是指某一物理量的就是指某一物理量的实际值实际值与与选选定的同一定的同一单单位的位的基准基准值值的比的比值值,即即一、定义二、基准值的确定1 1、通常以、通常以额额定定值为值为基准基准值值。2 2、各、各侧侧的物理量以各自的物理量以各自侧侧的的额额定定值为值为基准；基准；线值线值以以额额定定线值为线值为基准基准值值，相，相值值以以额额定相定相值为值为基准基准值值；单单相相值值以以额额定定单单相相值为值为基准基准值值，三相，三相值值以以额额定三相定三相值为值为基准基准值值；3 3、标标么么值值=实际值实际值基准基准值值第三章 变压器三、优点四、缺点标标么么值值没有没有单单位，物理意位，物理意义义不明确。不明确。3 3、折算前、后的、折算前、后的标标么么值值相等。相等。线值线值的的标标么么值值=相相值值的的标标么么值值；单单相相值值的的标标么么值值=三相三相值值的的标标么么值值；1 1、额额定定值值的的标标么么值为值为1 1。2 2、百分、百分值值=标标么么值值100%100%；4 4、某些意、某些意义义不同的物理量不同的物理量标标么么值值相等相等第三章 变压器3.6 变压器的运行特性3.6.1 3.6.1 电压变电压变化率化率用相量用相量图图可以推可以推导导出出电压变电压变化率的表达式化率的表达式：定定义义：是指一次：是指一次侧侧加加50Hz50Hz额额定定电压电压、二次空、二次空载电压载电压与与带负载带负载后后在某功率因数下的二次在某功率因数下的二次电压电压之差，与二次之差，与二次额额定定电压电压的比的比值值，即，即 电压变电压变化率是表征化率是表征变压变压器运行性能的重要指器运行性能的重要指标标之一之一,它大小它大小反映了供反映了供电电压电电压的的稳稳定性。定性。式中式中称称为负载为负载系数系数 由表达式可知，由表达式可知，电压变电压变化率的大小与化率的大小与负载负载大小、性大小、性质质及及变压变压器的本身参数有关。器的本身参数有关。第三章 变压器1.001.0第三章 变压器3.6.2 电压调整 为为了保了保证证二次端二次端电压电压在允在允许许范范围围之内之内,通常在通常在变压变压器的高器的高压侧设压侧设置抽置抽头头,并装并装设设分接开关分接开关,调节变压调节变压器高器高压绕组压绕组的工作匝的工作匝数数,来来调节变压调节变压器的二次器的二次电压电压。分接开关有两种形式：一种只能在断分接开关有两种形式：一种只能在断电电情况下情况下进进行行调节调节，称，称为为无无载载分接开关分接开关-这这种种调压调压方式称方式称为为无励磁无励磁调压调压；另一种可以；另一种可以在在带负带负荷的情况下荷的情况下进进行行调节调节，称，称为为有有载载分接开关分接开关-这这种种调压调压方方式称式称为为有有载调压载调压。中、小型电力变压器一般有三个分接头，记作UN 5%。大型电力变压器采用五个或多个分接头,例UN 2x2.5%或UN 8x1.5%。第三章 变压器3.6.33.6.3 损损耗、效率及效率特性耗、效率及效率特性 铁损铁损耗与外加耗与外加电压电压大小有关，而与大小有关，而与负载负载大小基本无关，故也大小基本无关，故也称称为为不不变损变损耗。耗。一、变压器的损耗 铜损铜损耗耗分基本分基本铜损铜损耗和附加耗和附加铜损铜损耗。基本耗。基本铜损铜损耗是在耗是在电电流流在一、二次在一、二次绕组绕组直流直流电电阻上的阻上的损损耗；附加耗；附加损损耗包括因集肤效耗包括因集肤效应应引起的引起的损损耗以及漏磁耗以及漏磁场场在在结结构部件中引起的构部件中引起的涡涡流流损损耗等。耗等。变压变压器的器的损损耗主要是耗主要是铁损铁损耗耗和和铜损铜损耗耗两种。两种。铁损铁损耗耗包括基本包括基本铁损铁损耗和附加耗和附加铁损铁损耗。基本耗。基本铁损铁损耗耗为为磁滞磁滞损损耗和耗和涡涡流流损损耗。附加耗。附加损损耗包括由耗包括由铁铁心叠片心叠片间绝缘损伤间绝缘损伤引起的局部引起的局部涡涡流流损损耗、主磁通在耗、主磁通在结结构部件中引起的构部件中引起的涡涡流流损损耗等。耗等。铜损铜损耗大小与耗大小与负载电负载电流平方成正比，故也称流平方成正比，故也称为为可可变损变损耗。耗。第三章 变压器 效率大小反映效率大小反映变压变压器运行的器运行的经济经济性能的好坏，是表征性能的好坏，是表征变压变压器器运行性能的重要指运行性能的重要指标标之一。之一。二、效率及效率特性效率是指效率是指变压变压器的器的输输出功率与出功率与输输入功率的比入功率的比值值。其中第三章 变压器效率表达式效率表达式 变压变压器效率的大小与器效率的大小与负载负载的的大小、功率因数及大小、功率因数及变压变压器本身参数器本身参数有关。有关。效率特性：效率特性：在功率因数一定在功率因数一定时时，变变压压器的效率与器的效率与负载电负载电流之流之间间的关系的关系=f(),=f(),称称为变压为变压器的效率特性。器的效率特性。第三章 变压器 即当即当铜损铜损耗等于耗等于铁损铁损耗耗(可可变损变损耗等于不耗等于不变损变损耗耗)时时,变压变压器效率最大：器效率最大：或或 为为了提高了提高变压变压器的运行效益，器的运行效益，设计时应设计时应使使变压变压器的器的铁铁损损耗小些。耗小些。令令 ,则则 第三章 变压器3.7 三相变压器3.7.1 3.7.1 磁路系磁路系统统一、组式磁路变压器二、心式磁路变压器特点是：三相磁路特点是：三相磁路彼此无关彼此无关联联。特点是：三相磁路特点是：三相磁路彼此有关彼此有关联联。第三章 变压器3.7.23.7.2 电电路系路系统统一、变压器的端头标号第三章 变压器二、单相变压器的极性*一、二次一、二次绕组绕组的同极性端的同极性端同同标标志志时时，一、二次，一、二次绕组绕组的的电动势电动势同相位。同相位。*一、二次一、二次绕组绕组的同极性端的同极性端异异标标志志时时，一、二次，一、二次绕组绕组的的电动势电动势反相位。反相位。第三章 变压器三、三相变压器的连接组别连连接接组别组别：反映三相：反映三相变压变压器器连连接方式及一、二次接方式及一、二次线电动势线电动势（或（或线电压线电压）的相位关系。）的相位关系。三相三相变压变压器的器的连连接接组别组别不不仅仅与与绕组绕组的的绕绕向和首末端向和首末端标标志有志有关，而且关，而且还还与三相与三相绕组绕组的的连连接方式有关。接方式有关。理理论论和和实实践践证证明，无明，无论论采用怎采用怎样样的的连连接方式，一、二次接方式，一、二次侧线电动侧线电动势势（可（可电压电压）的相位差）的相位差总总是是30300 0的整数倍。因此可以采用的整数倍。因此可以采用时钟时钟表表示法示法 作作为时钟为时钟的分的分针针，指向，指向1212点，点，作作为时钟为时钟的的时针时针，其指向的数字就是三相其指向的数字就是三相变压变压器的器的组别组别号。号。组别组别号的数字乘以号的数字乘以30300 0，就是二次，就是二次绕组绕组的的线电动势线电动势滞后于一次滞后于一次侧电动势侧电动势的相位角。的相位角。第三章 变压器连连接接组别组别可以用相量可以用相量图图来判断：来判断：若高若高压绕组压绕组三相三相标标志不志不变变，低，低压绕组压绕组三相三相标标志依次后移，可志依次后移，可以得到以得到Y,y4Y,y4、Y,y8Y,y8连连接接组别组别。1 1、Y Y，y y连连接接 同名端在同名端在对应对应端，端，对应对应的的相相电动势电动势同相位，同相位，线电动势线电动势 和和 也同相位，也同相位，连连接接组别为组别为Y Y，y0y0。同理，若异名端在同理，若异名端在对应对应端，可端，可得到得到Y Y，y6y6、Y,y10Y,y10和和Y,y2Y,y2连连接接组别组别。第三章 变压器若高若高压绕组压绕组三相三相标标志不志不变变，低，低压绕组压绕组三相三相标标志依次后移，可志依次后移，可以得到以得到Y,d3Y,d3、Y,d7Y,d7连连接接组别组别。2 2、Y Y，d d连连接接-11-11 同名端在同名端在对应对应端，端，对应对应的相的相电动势电动势同相位，同相位，线电动势线电动势 和和 相差相差3303300 0，连连接接组别组别为为Y Y，d11d11。同理，若异名端在同理，若异名端在对应对应端，可端，可得到得到Y Y，d5d5、Y,d9Y,d9和和Y,d1Y,d1连连接接组别组别。第三章 变压器若高若高压绕组压绕组三相三相标标志不志不变变，低低压绕组压绕组三相三相标标志依次后移，志依次后移，可以得到可以得到Y,d5Y,d5、Y,d9Y,d9连连接接组组别别。3 3、Y Y，d d连连接接-1-1同名端在同名端在对应对应端，端，对应对应的的相相电动势电动势同相位，同相位，线电动线电动势势 和和 相差相差30300 0，连连接接组别为组别为Y Y，d1d1。同理，若异名端在同理，若异名端在对应对应端，端，可得到可得到Y Y，d7d7、Y,d11Y,d11和和Y,d3Y,d3连连接接组别组别。第三章 变压器 总总之，之，对对于于Y Y，y y（或（或D D，d d）连连接，可以得到接，可以得到0 0、2 2、4 4、6 6、8 8、1010等六个偶数等六个偶数组别组别；而；而Y Y，d d（或（或D D，y y）连连接，可以得到接，可以得到1 1、3 3、5 5、7 7、9 9、1111等六个奇数等六个奇数组别组别。变压变压器的器的连连接接组别组别很多，很多，为为了便于制造和并了便于制造和并联联运行，国运行，国家家标标准准规规定，定，Y Y，yn0yn0、Y Y，d11d11、YNYN，d11d11、YNYN，y0y0和和Y Y，y0y0连连接接组为组为三相双三相双绕组电绕组电力力变压变压器的器的标标准准连连接接组别组别。其中前三种最其中前三种最为为常用：常用：Y,yn0Y,yn0 连连接的二次接的二次绕组绕组可以引出中可以引出中线线，成，成为为三相四三相四线线制，用作配制，用作配电变压电变压器器时时可兼供可兼供动动力和照明力和照明负负载载。Y,d11Y,d11连连接用于低接用于低压侧电压压侧电压超超过过400V400V的的线线路中。路中。YN,d11YN,d11连连接主要用于高接主要用于高压输电线压输电线路中，使路中，使电电力系力系统统的高的高压侧压侧可以接地。可以接地。第三章 变压器3.7.3 3.7.3 磁路系磁路系统统和和绕组连绕组连接方式接方式对电动势对电动势波形的影响波形的影响 i i0 0中有无中有无i i0303,看看电电路路连连接中有无接中有无i i0303通路，通路，Y Y连连接中，无接中，无i i0303通路通路,i,i0 0为为正弦波正弦波;YN;YN或或D D连连接接,i,i0303可以在可以在绕组绕组中流中流过过，i i0 0为为尖尖顶顶波。波。单单相相变压变压器，当磁路器，当磁路饱饱和和时时，u u1 1为为正弦波，正弦波，和和e e1 1也是正弦也是正弦波，而波，而i i0 0为为尖尖顶顶波波分解分解为为基波基波i i0101和三次和三次谐谐波波i i0303（忽略其它（忽略其它高效次高效次谐谐波）。波）。对对三相三相变压变压器，由于器，由于绕组绕组的的连连接方式不同，接方式不同，i i0 0 中可能中可能i i0303 ，使使和和e e1 1为为非正弦波非正弦波同同样样可可分解分解为为基波和三次基波和三次谐谐波波（忽略其（忽略其它高效次它高效次谐谐波）波）。中有无中有无3 3 ，看磁路，看磁路结结构，三相构，三相组组式式变压变压器，器，3 3可以可以在在铁铁心中流心中流过过，为为平平顶顶波；三相心式波；三相心式变压变压器，器，3 3不能在不能在铁铁心中流心中流过过，只能借助油和油箱壁等形成回路，磁路磁阻很大，只能借助油和油箱壁等形成回路，磁路磁阻很大，3 3很小，很小，基本基本为为正弦波。正弦波。第三章 变压器三三相相励励磁磁电电流流返回第三章 变压器磁磁通通与与电电势势的的相相位位关关系系返回第三章 变压器一、Y，y连接的三相变压器一次一次侧侧Y Y接接线线，i i0303=0=0，i i0 0为为正弦波，磁通正弦波，磁通应为应为平平顶顶波。波。（2 2）对对三相心式三相心式变压变压器器，3 3不能在不能在铁铁心中流心中流过过，只能借助油和，只能借助油和油箱壁等形成回路，磁路磁阻很大，油箱壁等形成回路，磁路磁阻很大，3 3很小，很小，基本基本为为正弦正弦波，感波，感应电动势应电动势 e e 也基本也基本为为正弦波正弦波 。但通。但通过过油箱壁油箱壁时时将将产产生生涡涡流流损损耗，造成局部耗，造成局部过热过热，降低，降低变压变压器的效率，因此，容量大器的效率，因此，容量大于于1800kVA1800kVA时时，不宜采用心式，不宜采用心式Y Y，y y连连接。接。（1 1）对对三相三相组组式式变压变压器器，3 3可以在可以在铁铁心中存在，所以心中存在，所以为为平平顶顶波，感波，感应电动势应电动势e e 为为尖尖顶顶波，其中的三次波，其中的三次谐谐波幅波幅值值可达基波幅可达基波幅值值的的45%60%45%60%，使相，使相电动势电动势的最大的最大值值升高很多，可能升高很多，可能击击穿穿绕组绝绕组绝缘缘，因此，三相，因此，三相组组式式变压变压器不采用器不采用Y Y，y y连连接。接。第三章 变压器二、YN，y连接的三相变压器 一次一次侧侧YNYN接接线线，i i0303可以流可以流过过，i i0 0为为尖尖顶顶波，磁通波，磁通应为应为正弦波，感正弦波，感应电动势应电动势 e e 也也为为正弦波正弦波 。一次一次绕组绕组Y Y连连接，接，i i0303=0=0，i i0 0为为正弦波，正弦波，应为应为平平顶顶波，其波，其中的中的3 3在二次在二次绕组绕组中感中感应电动势应电动势e e2323，并在，并在D D内内产产生生i i2323。i i2323建立建立的磁通的磁通2323大大削弱大大削弱3 3的作用，因此合成磁通和的作用，因此合成磁通和电动势电动势均接近均接近正弦波。正弦波。三、D，y连接的三相变压器 一次一次侧侧D D接接线线，i i0303可以流可以流过过，i i0 0为为尖尖顶顶波，磁通波，磁通应为应为正正弦波，感弦波，感应电动势应电动势 e e 也也为为正弦波正弦波 。四、Y，d连接的三相变压器第三章 变压器五、Y，yn连接的三相变压器 二次二次侧侧 yn yn 接接线线，负载时负载时可以可以为为三次三次谐谐波提供通路，使波提供通路，使相相电动势电动势波形得到改善。但是由于波形得到改善。但是由于负载负载的影响，的影响，产产生生i i2323不能不能很大，所以相很大，所以相电动势电动势波形不能得到很好改善，波形不能得到很好改善，这这种情况基本种情况基本与与Y Y，y y连连接一接一样样，只适用于容量，只适用于容量较较小的三相心式小的三相心式变压变压器，而器，而组组式式变压变压器仍然不采用。器仍然不采用。结论结论：（1 1）变压变压器一次器一次侧侧是是YNYN连连接接时时，电动势电动势波波为为正弦。正弦。（2 2）变压变压器有一器有一侧侧是是D D连连接接时时，电动势电动势波波为为正弦正弦。（3 3）无无论论相相电动势电动势是否是否为为正弦波，但正弦波，但线电动势线电动势一定是正弦波。一定是正弦波。（4 4）若一定需要）若一定需要Y Y，y y连连接，接，则则可以增加第三可以增加第三绕组绕组，采用，采用D D接接线线第三章 变压器3.8 变压器的并联运行3.8.13.8.1 并并联联运行的理想条件运行的理想条件并并联联运行的运行的优优点：点：并并联联运行是指将几台运行是指将几台变压变压器的一、二次器的一、二次绕组绕组分分别别接在一、接在一、二次二次侧侧的公共母的公共母线线上，共同向上，共同向负载负载供供电电的运行方式。的运行方式。并并联联运行的理想情况是：运行的理想情况是：1 1、空、空载时载时各各变压变压器器绕组绕组之之间间无无环环流；流；2 2、负载负载后，各后，各变压变压器的器的负载负载系数相等；系数相等；3 3、负载负载后，各后，各变压变压器的器的负载电负载电流与流与总总的的负载电负载电流同相位。流同相位。1 1、提高供、提高供电电的可靠性；的可靠性；2 2、提高供、提高供电电的的经济经济性。性。第三章 变压器 为为了达到上述理想运行情况，并了达到上述理想运行情况，并联联运行的运行的变压变压器需器需满满足足以下条件：以下条件：1 1、各、各变压变压器一、二次器一、二次侧侧的的额额定定电压电压分分别别相等，即相等，即变变比相同；比相同；2 2、各、各变压变压器的器的连连接接组别组别相同；相同；3 3、各、各变压变压器的短路阻抗（短路器的短路阻抗（短路电压电压）的）的标标么么值值相等，且短路相等，且短路阻抗角也相等。阻抗角也相等。其中，第二条必其中，第二条必须绝对满须绝对满足。足。第三章 变压器3.8.2 3.8.2 并并联联条件不条件不满满足足时时的运行分析的运行分析变变比不等的两台比不等的两台变压变压器并器并联联运行运行时时，二次空，二次空载电压载电压不等。折算到不等。折算到二次二次侧侧的等效的等效电电路如路如图图所示。所示。由等效由等效电电路可以列出方程式：路可以列出方程式：则则二次二次侧电侧电流流为为：一、变比不等时并联运行第三章 变压器 为为了保了保证证空空载时环载时环流不超流不超过额过额定定电电流的流的10%10%，通常，通常规规定并定并联联运行的运行的变压变压器的器的变变比差不大于比差不大于1%1%。当当变压变压器的器的变变比不等比不等时时，在空，在空载时载时，环环流流 就存在。就存在。变变比差越大，比差越大，环环流越大。由于流越大。由于变压变压器的短路阻抗很小，即使器的短路阻抗很小，即使变变比差很小，也会比差很小，也会产产生很大的生很大的环环流。流。环环流的存在，既占用了流的存在，既占用了变变压压器的容量，又增加了器的容量，又增加了变压变压器的器的损损耗，耗，这这是很不利的。是很不利的。二、连接组别不同时并联运行 连连接接组别组别不同不同时时，二次，二次侧线电压侧线电压之之间间至少相差至少相差30300 0，则则二二次次线电压线电压差差为线电压为线电压的的51.8%51.8%，由于，由于变压变压器的短路阻抗很小器的短路阻抗很小,这这么大的么大的电压电压差将差将产产生几倍于生几倍于额额定定电电流的空流的空载环载环流，会流，会烧烧毁毁绕组