电机学课件--变压器基础知识.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,电机学,第三章 变压器,*,第三章 变压器,3-6,标么值,3-7,变压器的运行特性,3-8,三相变压器的磁路、联结组、电动势波形,3-9,变压器的并联运行,3-10,三相变压器的不对称运行,1,电机学,第三章 变压器,3-6,标么值,在电力工程中，对,电压、电流、阻抗和功率等物理量,的计算，常常采用其,标么值,。,所谓标么值就是先选定一个物理量的,同单位,某一数值作为基准值（简称基值）然后取该物理量的实际值与该基准值相比所得的比值即称为该物理量的标么值，即,一、定义,标幺值在其原符号右上角加,“,*,”,号表示。,基值采用下标,“,b,”,。,实际值：有名值,2,电机学,第三章 变压器,二、基值的确定,基值的选取是任意的，,通常以额定值为基准值。,各侧的物理量以各自侧的额定值为基准；线值以额定线值为基准值，相值以额定相值为基准值；单相值以额定单相值为基准值，三相值以额定三相值为基准值；,例如：变压器一、二次侧：,S,1b,=S,2b,=S,N,、,U,1b,=U,1N,、,U,2b,=U,2N,三相变压器基值：,S,b,=S,N,=3U,N,I,N,=3U,N,I,N,3,电机学,第三章 变压器,存在有相互关系的四个物理量（,U,、,I,、,Z,、,S,）中，所选基值的个数并不是任意的，当某两个物理量的基值已被确定，其余物理量的基值跟着确定。,例如单相变压器，选定一次侧的额定电压,U,1N,和额定电流,I,1N,作为电压和电流的基值：,一次侧阻抗的基值即：,Z,1b,=Z,1N,=U,1N,/I,1N,一次侧功率的基值即：,S,1b,=S,1N,=U,1N,I,1N,4,电机学,第三章 变压器,3.,U,和,E,的基准值为,U,B,；,R,、,X,、,Z,的基准值为,Z,B,；,P,、,Q,和,S,的基准值为,S,B,。,4.,系统装有多台变压器（电机），选择某一特定的,S,b,作为整个系统的功率基值。系统中各变压器标幺值均换算到以,S,b,作为功率基值时的标幺值。,5.,百分值,=,标么值,100%,5,电机学,第三章 变压器,四、应用标幺值的优缺点,额定值的标幺值等于,1,。,采用标幺值时，不论变压器的容量大小，变压器的参数和性能指标总在一定的范围内，便于分析和比较。,如电力变压器的短路阻抗标幺值,z,k,*,=0.030.10,，,如果求出的短路阻抗标幺值不在此范围内，就应核查一下是否存在计算或设计错误。,例如,p138 I,0,*,、,z,k,*,的范围,1,、应用标幺值的优点,6,电机学,第三章 变压器,采用标幺值时，原、副边各物理量不需进行折算，便于计算。,如副边电压向原边折算，采用标幺值：,注意基值选择，应选一次侧基值,采用标幺值能直观地表示变压器的运行情况。如已知一台运行着的变压器端电压和电流为,35kV,、,20A,，从这些实际数据上判断不出什么问题，但如果已知它的标幺值为,U,k,*=1.0,、,I,k,*=0.6,，说明这台变压器欠载运行。,7,电机学,第三章 变压器,相电压和线电压标幺值恒相等，相电流和线电流标幺值恒相等；,某些意义不同的物理量标么值相等,8,电机学,第三章 变压器,采用标幺值时，变压器的短路阻抗标幺值与额定电流下的短路电压标幺值相等，即有：,短路阻抗电压的电阻分量,短路阻抗电压的电抗分量,短路阻抗电压,9,电机学,第三章 变压器,2,、缺点,标么值没有单位，物理意义不明确。,10,电机学,第三章 变压器,3-7,变压器的运行特性,电压变化程度,由于变压器内部存在着电阻和漏抗，负载时产生电阻压降和漏抗压降，导致次级侧电压随负载电流变化而变化。,电压变化率,定义：一次侧加,50Hz,额定电压、二次空载电压与带负载后在某功率因数下的二次电压之差，与二次额定电压的比值。,一、电压变化率,用副边量表示,用原边量表示,11,电机学,第三章 变压器,分析,U,公式,1,、电压调整率随着负载电流的增加而正比增大。,I,2,2,、,电压调整率与负载的性质有关。,3,、与漏阻抗值有关,a,、,2,=0,:,cos,2,=1,；,sin,2,=0,电阻性负载 ,I,2,U,很小,R,k,*,X,k,*,b,、,2,0:cos,20,；,sin,2,0,电阻电感性负载,R,k,*,cos,2,0,，,X,k,*,sin,2,0 ,U0,，说明：,1,）负载后,U,2,U,20,=U,2N,；,2,）随着,I,2,U,，,U,2,。,12,电机学,第三章 变压器,c,、,2,0,；,sin,2,0,，,X,k,*,sin,2,0,；,R,k,*,cos,2,X,k,*,sin,2,UU,20,=U,2N,；,2),随着,I,2,U0,U,2,。,1.0,0,1.0,超前,滞后,图 变压器的外特性,13,电机学,第三章 变压器,由外特性图，负载功率因数性质不同，对主磁通的影响不同，变压器的端电压变化亦不同。,纯电阻负载，端电压变化较小；,感性负载时主磁通,呈,去磁作用，为了维持,不变，必须使原边电流增加，同时短路阻抗压降也增加，其结果造成副边电压下降；,容性负载对主磁通,呈增磁作用，为了维持,不变，必须减小原边电流，除了补偿短路阻抗压降外，其余部分使副边电压增高。,1.0,0,1.0,14,电机学,第三章 变压器,1,、损耗,变压器运行中有两种损耗：铜耗,p,Cu,；铁耗,p,Fe,（每一类包括基本损耗和杂散损耗）,p,Cu,：指电流流过绕组时所产生的直流电阻损耗,基本铜耗,:,一次绕组铜耗,p,cu1,=I,1,2,R,1,；二次绕组铜耗,p,cu2,=I,2,2,R,2,附加损耗,:,因集肤效应引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等,铜损耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。,二、效率,15,电机学,第三章 变压器,基本铁耗,p,Fe,:,磁滞损耗和涡流损耗。,附加损耗,:,由铁心叠片间绝缘损伤引起的局部涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。,铁损耗与外加电压,(,B,m,),大小有关，,U,1,一般不变，称为不变损耗。,p19,p20,铁耗公式,16,电机学,第三章 变压器,2,、效率的定义,效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。,效率大小反映变压器运行的经济性能的好坏，是表征变压器运行性能的重要指标之一。,一般小型变压器的效率,95,大型变压器的效率高达,9917,电机学,第三章 变压器,假定：,3,、间接法求效率,18,电机学,第三章 变压器,变压器效率的大小与负载的大小、功率因数及变压器本身参数有关。,效率特性：在功率因数一定时，变压器的效率与负载电流之间的关系,=f(),称为变压器的效率特性。,轻载,负载较大,19,电机学,第三章 变压器,当铜损耗,=,铁损耗,(,可变损耗,=,不变损耗,),时,变压器效率最大：,或,为了提高变压器的运行效益，设计时应使变压器的铁耗小些。,变压器长期工作在额定电压下，但不可能长期满载运行，为了提高运行效率,设计时取,m,=0.4,0.6,P,0,/P,kN,=3,6,；我国新,S,9,系列配电变压器,p,kN,/P,0,=6,7.5,20,电机学,第三章 变压器,3-8,三相变压器磁路、联结组、电动势波形,一、三相变压器磁路系统,1,、组式磁路变压器,特点：三相磁路彼此无关联,，各相的励磁电流在数值上完全相等,21,电机学,第三章 变压器,2,、心式磁路变压器,特点：三相磁路彼此有关联,，磁路长度不等，当外加三相对称电压时，三相磁通对称，三相磁通之和等于零。,22,电机学,第三章 变压器,二、联接组别（一）联结法,绕组标记,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,A,X,A、B、C,X、Y、Z,N,低压绕组,a,x,a、b、c,x、y、z,n,23,电机学,第三章 变压器,两种三相绕组接线,:,星形联结、三角形联结,1,、星形联结,把三相绕组的三个末端连在一起，而把它们的首端引出,三个末端连接在一起形成中性点，如果将中性点引出，就形成了三相四线制了，表示为,YN,或,yn,。,顺时针方向：,A,超前,B,超前,C,各,120,24,电机学,第三章 变压器,2,、三角形联结,把一相的末端和另一相的首端连接起来，顺序连接成一闭合电路。两种接法：,AX-BY-CZ,AX-CZ-BY,25,电机学,第三章 变压器,（二）联结组,变压器的同一相高、低压绕组都是绕在同一铁芯柱上，并被同一主磁通链绕，当主磁通交变时，在高、低压绕组中感应的电势之间存在一定的极性关系。,1,、高低压绕组中电势的相位,同名端决于绕组的绕制方向,26,电机学,第三章 变压器,2,、同名端,在任一瞬间，高压绕组的某一端的电位为正时，低压绕组也有一端的电位为正，这两个绕组间同极性的一端称为同名端，记作“”。,27,电机学,第三章 变压器,一、二次绕组的同极性端同标志时，一、二次绕组的电动势同相位。,一、二次绕组的同极性端异标志时，一、二次绕组的电动势反相位。,28,电机学,第三章 变压器,3,、时钟表示法,高压绕组线电势,长针，永远指向,“,12,”,点钟,低压绕组线电势,短针，根据高、低压绕组线电势之间的相位指向不同的钟点。,29,电机学,第三章 变压器,例如 单相变压器,II,表示初级、次级都是单相绕组,0,和,6,表示联结组号。,单相变压器的标准连接组,I,I0,30,电机学,第三章 变压器,（三）、三相变压器的连接组别,联结组别：反映三相变压器连接方式及一、二次线电动势（或线电压）的相位关系。,三相变压器的连接组别不仅与绕组的绕向和首末端标志有关，而且还与三相绕组的连接方式有关。,理论和实践证明，无论采用怎样的连接方式，一、二次侧线电动势（电压）的相位差总是,30,的整数倍。,31,电机学,第三章 变压器,C,B,A,1,、,Yy0,C,B,A,X,、,Y,、,Z,a,b,c,x,、,y,、,z,AB,ab,32,电机学,第三章 变压器,2,、,Yy6,180,33,电机学,第三章 变压器,3,、,Yy4,注意,abc,顺序错过一个铁心柱,120,34,电机学,第三章 变压器,4,、,Yd1,30,35,电机学,第三章 变压器,5,、,Yd5,A,C,B,c x,z b,a y,150,36,电机学,第三章 变压器,6,、,Yd11,330,A,C,B,c,b,a,37,电机学,第三章 变压器,例,1,：将变压器接成联接组标号,Dy1,，并画电动势相量图,A,B,C,X,Y,Z,初级接,AX,CZ,BY,联结,初级接,AX,BY,CZ,联结,38,电机学,第三章 变压器,A,B,C,X,Y,Z,例,1,：将变压器接成联接组标号,Dy1,，并画电动势相量图,b.,画出高压侧电势相量，并标上,AX,，,CZ,，,BY,A(Y),B(Z),C(X),AB,BY,39,电机学,第三章 变压器,c.,画出低压侧电势相量，并使,ab,滞后,E,AB,30,，,同时画出,ax,，,by,，,cz,。,(,相序原则顺时针,a-,b-c,),d.,由相量图知：,ax,与,AX,同向，表明次级,ax,绕组与初级,AX,绕组在同一铁心柱上，且,a,与,A,为同极性端。同理,by,与,BY,同相；,cz,与,CZ,同相。,A(Y),a,b,c,B(Z),C(X),AB,ab,30,e.,将次级,x,y,z,连在一起，接成,Y,形。,A,X,a,x,b,y,c,z,a,x,AX,40,电机学,第三章 变压器,例,2,将变压器接成联接组标号为,Dy1,画电动势相量图,a.,初级接,AX-BY-CZ,联结,A,B,C,X,Y,Z,b.,画初级电势相量，并标上,AX,，,BY,，,CZ,AB,A(Z),B(X),C(Y),AB,AX,41,电机学,第三章 变压器,c.,画出初级电势相量，使,ab,滞后,AB,30,，同时画,ax,，,by,，,cz,。,(,相序顺时针,a-,b-c,),d.,由相量图知：,AX,与,by,反向，表明次级,AX,绕组与初级,by,绕组在同一铁心柱上，且,A,与,y,为同极性端。同理,BY,与,cz,反相；,CZ,与,ax反相,e.,将次级,x,y,z,连在一起，接成,Y,形,A(Z),B(X),C(Y),AB,AX,a,b,c,AX,与,by,反向,A,X,a,x,b,y,c,z,Z,C,B,Y,42,电机学,第三章 变压器,例,3,变压器绕组如图，画出电动势相量图，判断联接组别,c,a,b,z,x,y,1,）画出一次绕组的相量图,2),判断相位关系,3),依据相序的原则，画二次绕组相量图，并判断联接组标号。,D,y11,X,Y,Z,A,B,C,A,a,(Y),B(Z),C(X),AB,ab,AX,BY,b,c,BY,与,ax,反向,43,电机学,第三章 变压器,练习,:,变压器绕组如图，画电动势相量图，判断联接组标号,ax,与,BY,同相,by,与,CZ,同相,cz,与,AX,同相,Y,d3,z,x,y,c,a,b,X,Y,Z,A,B,C,A,a,B,C,X,Y,Z,c(x),b(z),y,E,AB,E,ab,44,电机学,第三章 变压器,