东北电力大学电气工程学院电机学 第二章解析

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1、东北电力大学 电气工程学院 2.1变压器的结 构和额定值 2.2 变压器 空载运行 2.3 变压器的 负载运行 2.4 变压器 的基本方程 和等效电路 2.6 三相变压 器 2.7 标幺值 2.5 等效电路 参数的测定 2.8 变压器运行性能 第二章 变压器 东北电力大学 电气工程学院 重点与难点 重点: 1.变压器的基本方程和等效电路; 2.等效电路参数的测定; 3.标幺值; 4.变压器的运行性能。 难点: 1.变压器的运行原理和运行性能; 2.三相变压器。 东北电力大学 电气工程学院 一、变压器的基本结构 2-1 变压器的基本结构和额定值 铁心 绕组 其他部件 变压器的基本结构 东北电力大

2、学 电气工程学院 1.铁心 铁心由心柱和铁轭两部分组成。 心柱用来套装绕组，铁轭将心柱连接起来，使 之形成闭合磁路。为减少铁心损耗，铁心用厚 0.30-0.35mm的硅钢片叠成，片上涂以绝缘漆， 以避免片间短路。 按照铁心的结构，变压器可分为心式和壳式两 种。 东北电力大学 电气工程学院 心式变压器: 结构 心柱被绕组所包围，如图21所示。 特点 心式结构的绕组和绝缘装配比较容易， 所以电力变压器常常采用这种结构。 壳式变压器: 结构 铁心包围绕组的顶面、底面和侧面， 如图22所示。 特点 壳式变压器的机械强度较好，常用于低 电压、大电流的变压器或小容量电讯变压器。 东北电力大学 电气工程学院

3、 2.绕组 定义 变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁 线或圆线（铜或铝）绕成。 一次绕组 : 输入电能的绕组。 二次绕组:输出电能的绕组。 高压绕组的匝数多,导线细；低压绕组的匝数少， 导线粗。 从高,低压绕组的相对位置来看,变压器的绕组可分 为同心式和交迭式。 东北电力大学 电气工程学院 同心式 结构 同心式绕组的高、低压绕组同心地套装 在心柱上。 特点 同心式绕组结构简单、制造方便，国产 电力变压器均采用这种结构。 交迭式 结构 交迭式绕组的高、低压绕组沿心柱高度 方向互相交迭地放置。 交迭式绕组用于特种变压器中。特点 东北电力大学 电气工程学院 3.其他部件 器身 油箱 变压器油典型

4、的油浸电 力变压器 散热器 绝缘套管 分接开关 继电保护装置等部件 东北电力大学 电气工程学院 二、额定值 额定容量 在铭牌规定的额定状态下变压器输出 视在功率的保证值 ，单位为kV或kVA。 三相变压器指三相容量之和。 额定电压 铭牌规定的各个绕组在空载、指定分 接开关位置下的端电压，单位为V或kV。 三相变压器指线电压。 额定电流 根据额定容量和额定电压算出的电流 称为额定电流，单位为A。 三相变压器指线电流。 东北电力大学 电气工程学院 三相变压器： 额定频率 我国的标准工频规定为50赫(Hz)。 此外还有额定效率、额定温升。 单相变压器： 返回 东北电力大学 电气工程学院 一、一次和二

5、次绕组的感应电动势，电压比: 1.物理情况 图24。 2.电压方程 2-2 变压器的空载运行 变压器的一次绕组接交流电源,二次绕组开路,负载 电流为零(即空载)时的运行,称为空载运行。 东北电力大学 电气工程学院 3.变压器的变比及变压原理 k 二、主磁通和激磁电流 通过铁心并与一次、二次绕组相交链的磁通 ，用 表示. 1主磁通 东北电力大学 电气工程学院 东北电力大学 电气工程学院 2激磁电流 产生主磁通所需要的电流，用 表示。 空载运行时，空载电流就是激磁电流，即 激磁电流包括两个分量，一个是磁化电流 , 一个是铁耗电流 。 东北电力大学 电气工程学院 若铁心中主磁通的幅值 使磁路达到饱和

6、,则 需由图解法来确定，如图2-6(a)和(b)所示。 磁化电流 用于激励铁心中的主磁通，属于无功电 流。对已经制成的变压器， 的大小和波形取决于 主磁通 和铁心磁路的磁化曲线 当磁路不饱和时，磁化曲线是直线，磁化电流与磁 通成正比。 （1）磁化电流: 东北电力大学 电气工程学院 由于铁心中存在铁心损耗，故激磁电流 中除无 功的磁化电流 外，还有一个与铁心损耗相对应 的铁耗电流 ，与 同相位。 于是用复数表示时，激磁电流 为: 相应的相量图如图2-5所示 （）铁耗电流: 东北电力大学 电气工程学院 三、激磁阻抗 1.磁化电抗与铁耗电阻 东北电力大学 电气工程学院 又： 所以有铁心线圈的并联等效

7、电路。 磁化电抗：式中 称为变压器的磁化电 抗，是表征铁心磁化性能的一个参数。 另外： 铁耗电阻： 称为铁耗电阻，是表征铁心 损耗的一个参数。 东北电力大学 电气工程学院 2.激磁电抗与激磁电阻 由上式可得： 激磁电抗：是表征铁心的磁化性能的一个等效参 数; 激磁电阻：是表征铁心损耗的一个等效参数。 激磁阻抗： 铁心线圈的串联等效电路 返回 东北电力大学 电气工程学院 变压器的一次绕组接到交流电源，二次绕组接到 负载阻抗 时，二次绕组中便有电流流过，这种 情况称为变压器的负载运行，如图28所示。 一、磁动势平衡和能量传递 1.磁动势平衡关系 2-3 变压器的负载运行 东北电力大学 电气工程学院

8、 2能量传递 式中，左端的负号表示输入功率，右端的正号表 示输出功率。上式说明，通过一次、二次绕组的 磁动势平衡和电磁感应关系，一次绕组从电源吸 收的电功率就传递到二次绕组，并输出给负载。 这就是变压器进行能量传递的原理。 东北电力大学 电气工程学院 二、磁动势方程 正常负载时，i1和i2都随时间正弦变化，此 时磁动势方程可用复数表示为： 上式表明负载时用以建立主磁通的激磁磁 动势是一次和二次绕组的合成磁动势。 东北电力大学 电气工程学院 三、漏磁通和漏磁电抗 1.漏磁通 在实际变压器中，除了通过铁心、并与一次和二 次绕组相交链的主磁通之外，还有少量仅与一个绕 组交链且主要通过空气或油而闭合的

9、漏磁通。 一次绕组的漏磁通：由电流 产生且仅与一次绕组相 交链的磁通，用 表示； 东北电力大学 电气工程学院 二次绕组的漏磁通：由电流 产生且仅与二次绕 组相交链的磁通，用 表示。 东北电力大学 电气工程学院 和 分别称为一次和二次绕组的漏磁电抗， 简称漏抗 漏抗是表征绕组漏磁效应的一个参数,且都为常值 。 2.漏磁电抗 返回 东北电力大学 电气工程学院 一、变压器的基本方程 2-4 变压器的基本方程和等效电路 磁动势磁通感应电动势 一次绕组 二次绕组 东北电力大学 电气工程学院 若各电压、电流均随时间正弦变化，则相应的复 数形式 : 根据基尔霍夫第二定律，有: 东北电力大学 电气工程学院 变

10、压器的基本方程为： 东北电力大学 电气工程学院 二、变压器的等效电路 1.绕组归算 （A）方法 通常是把二次绕组归算到一次绕组，也就是假 想把二次绕组的匝数变换成一次绕组的匝数，而不 改变一次和二次绕组原有的电磁关系。 （B）原则 只要归算前后二次绕组的磁动势保持不变，则 对一次绕组来说,变换是等效的；即一次绕组将从电 网吸收同样大小的功率和电流，并有同样大小的功 率传递给二次绕组。 东北电力大学 电气工程学院 . (1)电流的归算: 归算前、后二次绕组的磁动势保持不变，可得 ： (2)电势的归算: 归算前、后二次绕组的磁动势保持不变，则 铁心中的主磁通保持不变，可得： 东北电力大学 电气工程

11、学院 (3)阻抗的归算: 归算前、后二次绕组的传输功率、损耗保 持不变，可得： 东北电力大学 电气工程学院 归算后，变压器的基本方程变为 : 东北电力大学 电气工程学院 2.T形等效电路 一次和二次绕组以及激磁部分的的等效电路， 如图210(a),(b)和(c)所示。根据 两式，把这三个电路连接在一起，即可得到变压器的 T形等效电路，如图211所示。 东北电力大学 电气工程学院 k)。 3.近似和简化等效电路 近似等效电路如图212a 所示。 简化等效电路如图 所示212b 东北电力大学 电气工程学院 在简化等效电路中，变压器的等效阻抗表现为 一串联阻抗： 称为等效漏阻抗, 可由短路实验测出,

12、故亦称 短路阻抗； 和 分别称为短路电阻和短路电 抗。 返回 东北电力大学 电气工程学院 一、开路试验 亦称空载试验。 试验接线图：如图213所示。 试验方法：二次绕组开路，一次绕组加以额定 电压，测量此时的输入功率 、电压 和电流 。 2.5 等效电路参数的测定 为试验方便和安全，通常在低压侧加电压，高压 侧开路。 东北电力大学 电气工程学院 数据处理： 东北电力大学 电气工程学院 二、短路试验 亦称为负载试验。 试验接线图：如图214所示。 试验方法：二次绕组短路，一次绕组上加 一可调的低电压。调节外加的低电压，使短路 电流达到额定电流，测量此时的一次电压 输 入功率 和电流 ，由此即可确

13、定等效漏阻抗 。 短路试验常在高压侧加电压，低压侧短路 。 东北电力大学 电气工程学院 数据处理： 电阻应折算到： 若为铜线，则： 东北电力大学 电气工程学院 短路电压（阻抗电压）：短路是试验时,使电流达 到额定值时所加的电压。 【例题 2-1】 返回 东北电力大学 电气工程学院 一、三相变压器的磁路 1.三相变压器组 图216表示三台单相变压器在电路上联接 起来，组成一个三相系统，这种组合称为三 相变压器组。三相变压器组的磁路彼此独立 ，三相各有自己的磁路。 2-6 三相变压器 三相变压器对称运行时，其各相的电压，电流 大小相等，相位相差 ，因此在在运行原理的 分析与计算时，可以取三相中一相

14、来研究，即 三相问题可以转化为单相问题。 东北电力大学 电气工程学院 2.三相心式变压器 如果把三台单相变压器的铁心拼成星形磁 路，则当三相绕组外施三相对称电压时，由 于三相主磁通也对称，故三相磁通之和将等 于零，即 这样，中间心柱将无磁通通过，可省略。进 而把三个心柱安排在同一平面内，可得三相 心式变压器。如图2-17。 东北电力大学 电气工程学院 二、三相变压器绕组的联结 三相心式变压器的三个心柱上分别套有A相、B相 和C相的高压和低压绕组，三相共六个绕组，如图 218所示。为绝缘方便，常把低压绕组套在里面 ，靠近心柱，高压绕组套装在低压绕组外面。 三相绕组常用(用Y或y表示)或三角形联结

15、(用D或 d)表示。 东北电力大学 电气工程学院 星形联结是把三相绕组的三个首端A,B,C引出， 把三个尾端X,Y,Z联结在一起作为中点。如图2- 19a）。 三角形联结是把一相绕组的尾端和另一相绕组的 首端相联，顺次联成一个闭和的三角形回路，最 后把首端A,B,C引出。如图2-19b）。 三相变压器高压绕组的首端通常用大写的A、B、C 表示，尾端用大写的X、Y、Z表示，低压绕组的首 端用小写的a、b、c表示，尾端用x、y、z表示。 1.高、低压绕组相电压的相位关系 东北电力大学 电气工程学院 为了确定相电压的相位关系，高压和低压绕组相电 压相量的正方向统一规定为从绕组的首端指向尾端 。 高压

16、和低压绕组的相电压既可能是同相位，亦可能 是反相位，取决于绕组的同名端是否同在首端或尾 端。如图2-20。 东北电力大学 电气工程学院 时钟表示法：即把高、低压绕组两个线电压三 角形的重心重合，把高压侧线电压三角形的一 条中线作为时钟的长针，指向钟面的12，再 把低压侧线电压三角形中对应的中线作为短针 ，它所指的钟点就是该联结组的组号。 2.高、低压绕组线电压的相位关系 东北电力大学 电气工程学院 （1）Y，y0联结组 如 若把低压侧的同名端改为尾端，则联结组 变为Y，y6。 （2）Y，d11联结组 如 若把低压侧的同名端改为尾端，则联结组变为Y ，d5；若把低压侧由顺接改为逆接，则联结组 变为Y，d51。 （3）标准联结组 Y，yn0 ； Y，d11；YN，d11 ； YN，y0 ；Y，y0五种，前三种常用。在实际 电力系统中所用变