电机原理与拖动——第四章变压器.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,*,第四章 变压器,变压器：是一种静止的电机，它利用电磁感应原理将一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另一种电压、电流的电能。换句话说，变压器实现电能在不同等级之间的转换。,4.1 变压器的基本结构、工作原理及分类,一、变压器的基本结构：,电力变压器的基本构成部分有：铁心、绕组、绝缘套管、油箱及其他附件等，其中铁心和绕组是变压器的主要部件，称为器身。下图是油浸式电力变压器的结构图。,油浸式电力变压器,简化图,:,1、铁心和绕组：最主要的部 件，构成变压器的器身。,铁心：构成变压器的磁路，同时又是套装绕组的骨架。,铁心由,铁心柱和铁轭,两部分构成。铁心柱上套绕组，铁轭将铁心柱连接起来形成闭合磁路。,铁心材料,：为了提高磁路的导磁性能，减少铁心中的磁滞、涡流损耗，铁心一般用高磁导率的磁性材料,硅钢片叠成。硅钢片有热轧和冷轧两种，其厚度为0.350.5,mm，,两面涂以厚0.020.23,mm,的漆膜，使片与片之间绝缘。,铁心型式,：,心式、壳式,和,渐开线式,等形式。,壳式结构的特点：铁心包围绕组的顶面、底面和侧面；,心式结构的特点：铁心柱被绕组包围。,壳式变压器,心式变压器,壳式结构的机械强度较好，但制造复杂；,心式结构比较简单，绕组的装配及绝缘比较容易,，电力变压器的铁心主要采用心式结构。,铁心叠装,：,一般由剪成一定形状的硅钢片叠装而成。为了减小接缝间隙以减小激磁电流，一般采用,交错式叠法，使,相邻层的接缝错开,。,铁心截面,:铁心柱的截面一般做成阶梯形，以充分利用绕组内圆空间。容量较大的变压器，铁心中常设有油道，以改善铁心内部的散热条件。,绕组：,绕组是变压器的电路部分，它由铜或铝绝缘导线绕制而成,。,一次绕组（原绕组）：输入电能,二次绕组（副绕组）：输出电能,一次和二次绕组通常套装在同一铁心柱上，具有不同的匝数，通过电磁感应作用，一次绕组的电能就可传递到二次绕组，且使一、二次绕组具有不同的电压和电流。,两个绕组中，电压较高的称为,高压绕组,；电压较低的称为,低压绕组,。,从高、低压绕组的相对位置来看，变压器的绕组又可分为,同心式、交叠式,。,由于同心式绕组结构简单，制造方便，所以，国产电力变压器均采用这种结构，交叠式主要用于特种变压器中。,2、其他部件：,除器身外，典型的油浸式电力变压器中还有,油箱、变压器油、绝缘套管及继电保护装置,等部件。,二、变压器的工作原理：,工作原理,：,其中：,可见，,只要改变线圈的匝数，就能达到改变电压的目的,。,若：,三、变压器的分类：,变压器的种类很多，可按其,用途、结构、相数、冷却方式,等不同来进行分类。,1、按用途分类：,电力变压器,（主要用在输配电系统中，又分为升压变压器、降压变压器、联络变压器和厂用变压器）,仪用互感器,（电压互感器和电流互感器）,特种变压器,（如调压变压器、试验变压器、电炉变压器、整流变压器、电焊变压器）等。,2、按绕组数目分类:有双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器、自耦变压器；,3、按铁心结构分类：有心式变压器和壳式变压器；,4、按相数分类：有单相变压器、三相变压器和多相变压器；,5、按冷却介质和冷却方式分类：有油浸式变压器（包括油浸自冷式、油浸风冷式、油浸强迫油循环式）、干式变压器、充气式变压器。,6、电力变压器按容量大小通常分为：,小型变压器（容量10630,kVA,）,中型变压器（容量8006300,kVA,）,大型变压器（容量800063000,kVA,）,特大型变压器（容量90000,kVA,及以上）,四、额定值：,额定值是制造厂对变压器在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。额,定值通常标注在变压器的铭牌上。变压器的额定值主要有：,额定容量,S,N,额定运行时的视在功率。以,VA、kVA,或,MVA,表示。由于变压器的效率很高，通常一、二次侧的额定容量设计成相等；,额定电压,U,1N,和,U,2N,正常运行时规定：加在一次侧的端电压称为变压器一次侧的额定电压,U,1N,；,二次侧的额定电压,U,2N,是指变压器一次侧加额定电压,U,1N,时,二次侧的空载电压,；,额定电压以,V,或,kV,表示。,对三相变压器，额定电压是指线电压。,额定电流,I,1N,和,I,2N,根据额定容量和额定电压计算出的线电流，称为 额定电流，以,A,表示。,对单相变压器：,对三相变压器,：,额定频率,f,N,：,我国工频50,HZ。,除额定值外，,变压器的相数,、,绕组连接方式,及,联结组别,、,短路电压,、,运行方式,和,冷却方式,等均标注在铭牌上。,额定状态是变压器的理想工作状态，具有优良的性能，可长期工作。,4.2,变压器的,空载运行,一、空载运行的物理现象：,1.空载运行：,是指变压器一次绕组接到额定电压、额定频率的电源上，二次绕组开路时的运行状态。,2.,物理现象：,主磁通,漏磁通,变压器的,空载运行,变压器空载时的电磁关系,主磁通和漏磁通的区别：,1）由于铁磁材料有饱和现象，主磁路的磁阻不是常数主磁通与建立它的电流之间呈非线性关系。,而漏磁通的磁路大部分是非铁磁材料组成，所以漏磁路的磁阻基本上是常数，,漏磁通与产生它的电流呈线性关系；,2）主磁通在一次、二次绕组中均感应电动势，当二次方接上负载时便有电功率向负载输出，故,主磁通起传递能量的作用,。而漏磁通仅在一次绕组中感应电动势，,不能传递能量，仅起压降作用；,因此，在分析变压器和交流电机时常将主磁通和漏磁通分开处理。,二、正方向的规定：,从理论上讲，正方向可以任意选择，因各物理量的变化规律是一定的，并不依正方向的选择不同而改变。但正方向规定不同，列出的电磁方程式和绘制的相量图也不同。,在电机学科中通常按习惯方式规定正方向，称为惯例。,具体原则如下：,1）,在负载支路，电流的正方向与电压降的正方向一致，而在电源支路，电流的正方向与电动势的正方向一致；,2）,磁通,的正方向与产生它的,电流,的正方向符合右手螺旋定则；,3）,感应电动势,的正方向与产生它的,磁通,的正方向符合右手螺旋定则。,电压,u,1,u,2,的正方向表示电位降低，电动势,e,1,e,2,的正方向表示电位升高；,在一次边,，,u,1,由首端指向末端，,i,1,从首端流入；,当,u,1,与,i,1,同时为正或同时为负时，表示电功率从一次方输入，称为电动机惯例；,在二次方，,u,2,和,i,2,的正方向由,e,2,的正方向决定，即,i,2,沿,e,2,的正方向流出。当,u,2,和,i,2,同时为正或同时为负时，电功率从二次方输出，称为发电机惯例。,三、空载时的电磁关系：,1）电动势与磁通的关系：,设主磁通按正弦规律变化，即,=,m,sint,根据电磁感应定律，一、二次绕组中感应电动势的瞬时值为：,式中：,注意：,从表达式可以看出，电动势总是滞后于产生的他的磁通90,。,相量：,2）,电动势平衡方程式：,根据对正方向的规定，可以得到空载时电动势平衡方程式：,将漏感电动势写成压降的形式,：,式中,Z,1,=R,1,+jx,1,一次绕组的漏阻抗。,对于电力变压器，空载时一次绕组的漏阻抗压降,I,0,Z,1,很小，其数值不超过,U,1,的0.2%，将,I0,Z,1,忽略，则上式变成：,在二次方，由于电流为零，则其感应电动势等于二次方的空载电压，即：,3）变压器的变比：,一次、二次绕组的感应电动势,E,1,和,E,2,之比称为变压器的变比，用,K,表示，即:,当变压器空载运行时，由于,U,1,E,1,，U,20,E,2,，,故可近似地用空载运行时一次、二次方的电压比来作为变压器的变比，即,对于三相变压器，变比是指一次、二次方,相电动势,之比，即额定相电压之比。,4）空载电流：,变压器空载运行时,i,0,主要用来产生磁场，又称为励磁电流。,不考虑铁心损耗时，励磁电流是纯磁化电流，用,i,来表示。由于磁路饱和现象，磁化电流,i,与产生它的磁通,之间的关系是非线性的。当磁通按正弦规律变化时，励磁电流为尖顶波，根据谐波分析方法，尖顶波可分解为基波和3、5、7次谐波。除基波外，三次谐波分量最大。,这就是说，由于铁磁材料磁化曲线的非线性关系，要在变压器中建立正弦波磁通，励磁电流必须包含三次谐波分量。,为了在相量图中表示励磁电流,i,，,可以用等效正弦波电流来代替非正弦波励磁电流，其有效值为,从上图中，可以看出励磁电流,i,与磁通,是同相位的。,当考虑铁心损耗时，励磁电流,i,0,中还必须包含铁耗分量，即,i,Fe,=,这时激磁电流,i,0,将超前磁通一相位角,。,或,四、空载时的向量图和等效电路,:,1),空载时的向量图,:,我们已知,Z,m称为变压器的激磁阻抗。,这样,变压器一次边的电动势方程可写成：,令：,R,1,是一次绕组的电阻，,x,1,是对应一次绕组的漏磁电抗，它们数值很小且为常数；,R,m,、Z,m,却受铁心饱和度的影响，不是常数。,当频率一定时，若外加电压升高，则主磁通增大，铁心饱和度程度,增加，磁导,m,下降,，,减小。同时铁耗,p,Fe,增大，但,p,Fe,增大的程度比,I,0,2,增大的程度小，由,p,Fe,=,I,0,2,R,m,，,则,R,m,亦减小,。反之,若外加电压降低,则,R,m,、,x,m,增大。,即,Z,m,随,铁心饱和度程度,增加,而减小。,但通常外加电压是一定的,在正常运行范围内(从空载到满载)，,主磁通基本不变，磁路的饱和程度也基本不变，因而,R,m,、,x,m,可近似看着常数。,从上面的分析可以总结出：,R,m,是表征铁心损耗的一个参数，而,X,m,是表征主磁通磁化性能的一个参数。,Z,m,随,铁心饱和程度,增加,而减小。,2）,变压器,空载时的等效电路,x,m,R,1,x,1,R,m,小结,（1）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡,若忽略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定.,（2）主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关,。,（3）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。,（4）电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的电流的比值，线性磁路中，电抗为常数，非线性电路中，电抗的大小,随磁路的饱和而减小,。,4.3 变压器的负载运行,当变压器一次边接入交流电源，二次边接上负载时的运行方式称为变压器的,负载运行,。,一、负载运行时的物理情况：,即从空载电流,0,变为负载时的电流,1,。一次绕组的磁动势也从空载磁动势,F,0,变为,F,1,=I,1,N,1,。,负载时的主磁通,m,就是由一次、二次绕组的合成磁动势产生的，即：,变压器的负载运行,负载运行时的电磁关系,二、电动势平衡方程式：,在一次方，电动势平衡方程式为：,在二次方，电动势平衡方程式为：,式中，Z,2,=R,2,+jx,2,二次绕组的漏阻抗，,R,2,、x,2,分别为二次绕组的电阻和漏电抗。,三、负载运行时的磁动势平衡方程式,负载运行时的磁动势平衡方程式可写为,：,将上式进行变化，可得：,或：,这说明变压器负载运行时通过磁动势平衡，使一次、二次方的电流紧密地联系在一起，二次方通过磁动势平衡对一次方产生影响，二次方电流的改变必将引起一次方电流的改变，电能就是这样从一次方传到了二次方。,四、变压器参数的折算：,由于一次、二次绕组的匝数,、,，感应电动势,1,、,2,不相等，给分析变压器的工作特性和绘制相量图增加了困难；,为了克服这个困难，常用一假想的绕组来代替其中一个绕组，使之成为变比k=,的变压器，这样就可以把一次、二次绕组联成一个等效电路，简化变压器的分析计算。这种方法称为,绕组折算,；,折算后的量在原来的符号上加一个上标号“,”以示区别。,折算目的,：获得等效电路；简化计算；画相量图,。,折算方法,：,(,二次方折算到一次方）。,折算原则,：和二次侧的各功率保持不变。,1）二次方电流的折算值,:,2）二次方电动势的折算值：,折算前后主磁通和漏磁通均未改变，根据电动势与匝数成正比的关系可得：,3）二次方漏阻抗的折算值：,根据折算前后,二次绕组的铜损耗不变的原则,，有,：,五、折算后得基本方程式、等效电路和相量图：,1）基本方程式：,2）等效电路：,T,型等效电路,3）相量图：,六、等效电路图的简化：,考虑到,Z,1,Z,m,，I,0,I,1N,，,当负载变化时，变化很小，可以认为不随负载的变化而变化。这样，便可把,T,型等效电路进行简化处理：,型等效电路,简化等效电路,R,k,、,x,k,、,z,k,分别为短路电阻、短路电抗、短路阻抗；,通常在做定性分析时用相量图比较形象直观，而在做定量计算时用等效电路比较简便。,4.4 变压器参数的测定,变压器等效电路中的各种电阻、电抗或阻抗如,R,k,、,x,k,、,R,m,、,x,m,等称为变压器的参数，它们对变压器运行能有直接的影响。,一、空载试验：,试验目的,:,测定,I,0,、,变比,k,、,空载损耗,p,0,及励磁阻抗,Z,m,=,R,m,+jx,m,。,空载试验接线：如图所示,为了便于测量和安全起见，通常,在低压侧加电压，将高压侧开路。,实验过程：,电源电压由,01.2,U,N,（,或1.2,U,N,0）,，,测,U,1,、U,20,、I,0,和,p,0,值；可得,I,0,=f(U,1,),及,p,0,=f(U,1,),*,单方向激磁。,V,计算：,变比：,由空载简化等效电路，得：,x,m,R,1,x,1,R,m,注意：,R,m,和,x,m,是随电压的大小而变化的(,励磁参数与磁路的饱和程度有关,),，故,取对应额定电压时的值,；,测得的励磁参数是折算至低压侧的数值，如果需要折算到高压侧，应将上述参数乘,2,；,三相变压器，按上式计算时,U,1,、I,0,、p,0,均为每相值。但测量给出的数据是线电压、线电流和三相总功率，,三相变压器必须使用一相的值,；,二、短路实验：,实验目的：,测,I,K,、U,K,及,P,K,，,计算,U,K,%，,p,Cu,Z,K,=,R,K,+jx,K,实验方法：,高压侧接电源，低压侧短接；,电压由0，使,I,K,=01.2I,N,，,分别测,I,K,、U,K,及,P,K,；,可得,I,K,=f(U,K,)，,线性；,P,K,=f(U,K,)，,抛物线。,接线：为便于测量，通常高压侧加压，低压侧短路；,计算：,p,Cu,p,K,=P,K,(P,K,=,p,Cu,+p,Fe,p,Cu,，,电源电压很低,p,Fe,0),温度折算：线圈电阻与温度有关，国标规定向75换算；,由简化等效电路，得：,*一般认为：,对铜线：,则,注意：,三相变压器必须使用一相的值；,短路试验在任何一方做均可，高压侧参数是低压侧的,k,2,倍。,三、标,么,值,标么值的定义,*,实际值与基准值必须具有相同的单位。,基准值的选取,1.,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。,例如：变压器一次侧选；,变压器二次侧选；,由于变压器一、二次侧容量相等，均选,注意：,额定值的标么值为1；,标么值的表示为在原符号右上角加“*”表示；,使用标么值表示的基本方程式与采用实际值时的方程式在形式上一致。,优缺点,优点：,便于分析比较；,直观反映变压器运行情况，如：,物理意义不同的物理量，具有相同的数值；,采用标么值后，不必折算了；,采用标么值后，三相变压器的计算公式与单相变压器的计算公式完全相同。,缺点:,没有单位；,物理概念比较模糊。,4.5 变压器的运行特性,变压器的运行特性指：,*变压器二次侧端电压的变化,*变压器的效率,一、变压器的外特性,变压器一次侧外施电压额定电压,U,1,=U,1N,、,负载功率因数,cos,2,不变时，二次侧端电压,U,2,随二次侧负载电流,I,2,变化的关系曲线，即,U,2,=f(I,2,)。,一般用电压调整率表示。,变压器的外特性,U,2,=f(I,2,),二、电压调整率：,定义式：,参数表达式：,b,c,a,d,由简化相量图，有：,b,c,a,d,1,2,参数表达式：,参数表达式：,上式说明，电压调整率与负载的大小,（值）成正比；,在一定的负载系数下，漏阻抗（阻抗电压）的标么值越大，电压调整率也越大；,电压调整率还与负载的性质，即功率因数角,2,的大小和正负有关。,电压调整率表征了电网电压的稳定性，反映了电能的质量，是变压器的主要性能之一。,U=,R,k,*,cos,2,+x,k,*,sin,2,100%,三、变压器的损耗和效率：,1、变压器的功率关系：,变压器的效率为：,2、效率的求解：,1）,按给定负载条件直接给变压器加负载，测出输出和输入有功功率来计算效率。这种方法称为,直接负载法,；,2）,电力变压器可以应用,间接法,计算效率，,间接法又称损耗分析法,。,优点：无需给变压器直接加负载，也无需运用等效电路计算，只要进行空载试验和短路试验，测出额定电压时的空载损耗,p,0,和额定电流时的短路损耗,p,kN,就可以方便地计算出任意负载下的效率。,应用间接法求变压器的效率时作如下假定：,1.,忽略变压器空载运行时的铜耗，用额定电压下的空载损耗,p,0,来代替铁耗,p,F,e,，,即,p,Fe,=,p,0,，,它不随负载大小而变化，称为不变损耗；,2.,忽略短路试验时的铁耗，用额定电流时的短路损耗,p,kN,来代替额定电流时的铜耗。但需要注意的是：不同负载时的铜耗与负载系数的平方成正比，,p,cu,=,2,p,kN,；,当短路损耗,p,k,不是在,I,K,=I,N,时测的，,p,kN,=(I,N,/I,K,),2,p,K,。,3,.,不考虑变压器副边电压的变化，即认为,U,2,=U,2N,不变，这样便有,P,2,=mU,2,I,2,cos,2,=mU,2N,I,2N,(I,2,/I,2N,)cos,2,=,S,N,cos,2,则：,以上的假定引起的误差不大（不超过,0.5,），却给计算带来很大方便，电力变压器规定都用这种方法来计算效率。,3.效率特性：,上式说明，当负载的功率因数,cos,2,一定时，效率随负载系数而变化。图为变压器的效率曲线。,变压器的效率曲线,特性分析：,空载时输出功率为零，所以,=0,；,负载较小时，损耗相对较大，效率,较低；,负载增加，效率,亦随之增加。超过某一负载时，因铜耗增大，效率,反而降低，最大效率,出现在,d,/d,=0,的地方。因此，最高效率,max,时的负载系数,m,为：,即当不变损耗（铁耗）等于可变损耗（铜耗）时效率最大；,由于变压器总是在额定电压下运行，但不可能长期满负载。为了提高运行的经,济性，通常设计成,m,=0.50.6,，,这样，使铁耗较小；,4.6,三相变压器,电力系统中普遍采用三相制，三相变压器在平衡负载下，取其一相按单相变压器进行分析即可；,本节着重研究三相变压器的特殊问题。即：三相变压器的磁路系统、三相变压器绕组的连接方法和联结组、三相变压器空载电动势的波形等。,一、三相变压器的磁路系统,三相变压器的磁路系统,可分为,各相磁路独立,和,各相磁路相关,两大类。,1、各相磁路独立:,三相变压器组或组式三相变压器,如图所示,特点：,显然各相磁路相互独立彼此无关；,当一次方接三相对称电源时，各相主磁通和励磁电源也是对称的。,2、各相磁路相关：如图所示,可见，此时的各相磁通之间是相互联系的，即：,特点：,在这种铁心结构的变压器中，任一瞬间某一,相的磁通均以其他两相铁心为回路，因此各相磁路彼此相关联。,二、三相变压器的电路系统绕组联结组,1、绕组的端点标志与极性：,绕组名,单相变压器,三相变压器,首 端,末 端,首 端,末 端,中 点,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,中压绕组,N,m,变压器出线端的标志符号,同名端,：,变压器高、低压绕组交链着同一主磁通，当某一瞬间高压绕组的某一端为正电位时，在低压绕组上必有一个端点的电位也为正，则这两个对应的端点称为同名端，并在对应的端点上用符号“,”标出。,规定绕组电动势的正方向为从首端指向末端。当同一铁心柱上高、低压绕组,首端的极性相同时(,同名端),，其电动势相位相同,，如图所示。,当首端极性不同时(,异名端),，高、低压绕组电动势相位相反,，如图：,2、单相变压器的联结组：,变压器的联结组：,三相变压器高、低压绕组对应的,线电动势,之间的相位差，通常用时钟法来表示，称为,变压器的联结组；,时钟法：,把高压绕组的线电动势相量作为时钟的长针，且固定指向,12,的位置，对应的低压绕组的线电动势相量作为时钟的短针，其所指的钟点数就是变压器联结组的标号；,单相变压器的联结组号：,如上图：,对于单相变压器，当高、低压绕组电动势相位相同时，联结组为,I,，,I0,，,其中,I,，,I,表示高、低压绕组都是单相绕组。当高、低压绕组电动势相位相反时，其联结组为,I,，,I6,。,3、三相绕组的联结方式：,对于三相变压器不论是高压绕组还是低压绕组，我国主要采用,星形连接（,Y,连接）和三角形连接（,D,连接）两种。,星形连接方式：,以高压绕组为例，把三相绕组的个末端,X,、,Y,、,Z,连在一起，结成中点，而把它们的三个首端,A,、,B,、,C,引出，便是星形连接，以符号,Y,表示；,三角形连接方式：,如果把一相的末端和另一相首端连接起来，顺序形成一闭合电路，称为三角形连接，用,D,表示。,注意：相应的对于低压侧而言，用,y,d,表示。,4、三相变压器的联结组：,三相变压器的联结组,高、低绕组对应线电动势之间的相位差，不仅与绕组的极性（绕法）和首末端的标志有关，而且与绕组的连接方式有关,。,（1）,Y，y,接法,各相绕组同铁心柱时，,Y,，,y,接法有两种情况,高、低压绕组同极性端有相同的首端标志，高、低压绕组相电动势相位相同，则高、低压绕组对应线电动势和也同相位，其联结组为,Y，y0；,同极性端有相异的端点标志，高、低压绕组相电动势相位相反，则对应的线电动势和相位也相反，因此其联结组为,Y，y6。,如果高低绕组的三相标记不变，将低压绕组的三相标记依次轮换，如,b,a,，,c,b,，,a,c,；,y,x,，,z,y,，,x,z,，,则可得到其他联结组别，例如,Y,，,y4,；,Y,，,y8,；,Y,，,y10,；,Y,，,y2,等偶数联结组。,（2）,Y，d,接法,在用相量图判断变压器的联结组时应注意以下几点：,1）,高、低压绕组首端的极性相同时(,同名端),，其,相,电动势相位相同，当首端极性不同时(,异名端),，高、低压绕组电动势相位相反,；,2）高、低压绕组的相电动势均从首端指向末端，线电动势从,A,指向,B；,3）,同一铁心柱上的绕组（在连接图中为上下对应的绕组），首端为同极性时相电动势相位相同，首端为异极性时相电动势相位相反；,4）相量图中,A、B、C,与,a、b、c,的排列顺序必须同为,顺时针,排列，即一、二次边同为正相序。,5),对于,Y,y,连接而言,可的,0,2,4,6,8,10,六个偶数的联结组号；,相对于,Y,d,而言,就可的,1,3,5,7,9,11,六个奇数的联结组号。,5、标准联结组：,为了使用和制造上的方便，我国国家标准规定只生产下列5种标准联结组别的电力变压器，即,Y，yn0；Y，d11；YN，d11；YN，y0；Y，y0。,其中前3种最为常用。对于单相变压器，标准联结组为,I，I0。,三,、,三相变压器空载电动势的波形,在分析单相变压器的空载运行时指出，,由于外加电压为正弦波形，决定了电动势和磁通也基本上是正弦波形。,由于磁路存在着饱和现象，当,主磁通为正弦波时，励磁电流为尖顶波，其中除基波外还主要包含有三次谐波。,但在三相变压器中，三次谐波电流在时间上相位相同。即,可见，在三相中三次,谐波,在时间上是同相位的，所以，它的流通与否与三相绕组的连接方式有关：,当三相变压器的一次绕组为,YN,或,D,接法，则三次谐波电流可以流通，各相磁化电流为尖顶波。在这种情况下，不论二次方是,y,接法或,d,接法，铁心中的主磁通均为正弦波，因此各相电动势也为正弦波。对三相电动势波形无影响。,当一次绕组为,Y,接法，则励磁电流的三次谐波没有通路，无法流通，使相电动势波形发生变化，,下面进行详细分析：,1、Y,y,联接的三相变压器：,在这种接法里，三次谐波电流不能流通，,励磁电流近似为正弦波。由于铁心的饱和现象，磁通近似为平顶波，,除基波外，还主要包含有三次谐波磁通，如图所示。但三次谐波磁通的大小决定于三相变压器的磁路系统。,(1)各相磁路独立的三相变压器组,三次谐波磁通较大，加之,f,3,=3,f,1,所以三次谐波电动势相当大，其幅值可达基波电动势幅值的4560%，导致相电动势波形严重畸变，所产生的过电压可能危害绕组的绝缘；,因此，,三相变压器组不能采用,Y，y,连接,，,但在线电动势中，由于三次谐波电动势互相抵消，其波形仍为正弦波,。,(2)磁路彼此关联的三相心式变压器,在这种磁路结构中，各相大小相等、相位相同的三次谐波磁通不能在主磁路中闭合，只能沿铁心周围的油箱壁等形成闭路，由于该磁路磁阻大，故三次谐波磁通很小，可以忽略不计，,主磁通及相电动势仍可近似地看作正弦波,。因此，,三相心式变压器可以接成,Y，y,连接（包括,Y，yn,连接）;,但因三次谐波磁通经过油箱壁及其它铁夹件时会在其中产生涡流，引起局部发热，增加损耗。因此这种接法的三相心式变压器,其容量一般不超过,1800,KVA,。,2、,Y，d,联接的三相变压器,励磁电流中的三次谐波也无法流通，磁通趋于平顶波，其中的三次谐波磁通,3,将在二次绕组中感应,e,23,，,e,23,落后,3,90,。因二次侧为,d,连接，,e,23,可在三角形闭合回路中产生,i,23,，由于绕组中的电阻远小于电抗，,i,23,差不多也落后,e,23,90,，,i,23,产生,23,，,23,落后,i,23,一个小的磁滞角，因此,23,几乎落后,3,180,，因,23,基本抵消了,3,，所以,Y，d,联接中，相电动势波形仍接近正弦波,；,从全电流定律解释，作用在主磁路的磁动势为一次、二次边磁动势之和，在,Y,，,d,联,接中，由一次方提供了磁化电流的基波分量，由二次方提供了磁化电流的三次谐波分量，其作用与由一次方单独提供尖顶波磁化电流是等效的。,4.7,特殊变压器,一、自耦变压器,1、定义：,把普通双绕组变压器的高压绕组和低压绕组串联连接，便构成一台自耦变压器；,如图所示。正方向规定与双绕组变压器相同。,2、电流关系和电压关系：,如图,C,所示，在分析时我们可忽略自耦变压器的漏磁通和绕组电阻，这样我们可以得到以下等式：,k,：,自耦变压器的变比。,负载时磁动势平衡关系为：,若忽略励磁电流，则有：,电流关系为：,代入上式，得：,K,1,，,所以 ，,K,越接近1，越小,由简化相量图知，忽略励磁电流，与 相位总是差180,因此三个电流之间的相量关系变为标量关系：,3、容量关系：,S,N,=U,1N,I,1N,=U,2N,I,2N,=U,2N,（I,1N,+I）,=U,2N,I,1N,+U,2N,I,上式表明自耦变压器额定容量由两部分组成:,通过电磁感应作用传到二次侧的电磁容量,U,2N,I,；,直接由电路传到,二次侧的传导容量,U,2N,I,1N,，,传导容量占总容量的,1/,k,4、主要优缺点：,优点：,当额定容量相同时，自耦变压器与双绕组变压器相比，其单位容量所消耗的材料少、变压器的体积小、造价低，而且铜耗和铁耗也小，因而效率高。这就是自耦变压器的主要优点。,缺点：,由于自耦变压器,一次,、,二次绕组之间有直接电的联系,，为了防止因高压边单相接地故障而引起低压边的过电压，用在电力系统中的三相自耦变压器中性点必须可靠接地。同样，由于一次、二次绕组之间有直接电的联系，当高压边遭受过电压时，会引起低压边严重过电压，为避免这种危险，需要在一次、二次边都装设避雷器。,二、电压互感器和电流互感器,电压互感器和电流互感器又称,仪用互感器，,是电力系统中使用的测量设备，其工作原理与变压器基本相同。使用互感器的目的是：,1与小量程的标准化电压表和电流表配合测量高电压、大电流；,2使测量回路与被测回路隔离，以保障工作人员和测试设备的安全；,3为各类继电保护和控制系统提供控制信号。,（一）、电压互感器：,当忽略漏抗时：,这样，被测电压,U,1,=K,u,U,2,很明显，电压互感器存在着误差，这个误差包括变比误差和相位误差。,使用电压互感器时应注意：,1二次方不允许短路，否则会产生很大的短路电流，烧坏互感器的绕组；,2二次方应可靠接地；,3二次方接入的阻抗不得小于规定值，以减小误差。,(二)、电流互感器：,如果将励磁电流忽略，根据磁动势平衡关系：,k,i,为电流互感器的变流比，,I,1,=,k,i,I,2,在实际中，,由于励磁电流和漏阻抗的影响，电流互感器也存在着误差。,电流互感器在使用时应注意,：,1,在运行过程中绝对不允许二次方开路,；,2二次方应可靠接地；,3二次方回路阻抗不应超过规定值，以免增大误差。,本章完，谢谢！,