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1、变压器,注册电气工程师执业资格考试 专业基础电气工程,4.6.1 三相变压器的结构特点,三相组式变压器 体积小 重量轻 用于超高压、特大容量场合,三相芯式变压器 材料省 效率高 经济,分析要点： 铁芯结构 磁路特点 励磁电流和磁通情况,了解,4.6.1.1 组式各相磁路彼此独立,各相主磁通以各自铁芯作为磁路。铁芯独立，磁路不关联 各相磁路的磁阻相同，当三相绕组接对称的三相电压时，各相的激磁电流和磁通对称。,由三台完全相同（容量、变比）的单相变压器按三相连接方式连接而成三相组成变压器,4.6.1.2 芯式各相磁路彼此相关,通过中间三个芯柱的磁通等于三相磁通的总和。 当外施电压为对称三相电压，三相
2、磁通也对称，其总和A+B+c=0，即在任意瞬间，中间芯柱磁通为零。 在结构上省去中间的芯柱,三相三铁芯柱变压器,三相铁心互不独立 三相磁路互相关联 中间相的磁路较短，令外施电压为对称三相电压，三相激磁电流也不完全对称，中间相激磁电流较其余两相为小。 与负载电流相比激磁电流很小，如负载对称，三相电流基本对称。,中间相磁路短，磁阻小，激磁电流较小 （F=R）,4.6.2 变压器的额定值,额定电压U1N/U2N由制造厂所规定的变压器在空载时额定分接头上的电压保证值。单位为V或kV。当变压器初级侧在额定分接头处接有额定电压U1N，次级侧空载电压即为次级侧额定电压U2N。对于三相变压器而言，铭牌上的额定
3、电压是指线电压 额定频率50 Hz,掌握,4.6.2 变压器的额定值,额定容量 SN制造厂所规定的在额定条件下使用时输出能力的保证值。单位为VA或kVA。对于三相变压器而言是指三相的总容量视在功率。 由于效率高，原、副方的额定容量设计得相等，与体积、用铜量有关 .中国最大的资料库下载,掌握,4.6.2 变压器的额定值,额定电流 I1N/I2N额定容量除以各绕组的额定电压所计算出来的线电流值。单位用A或kA。,掌握,单相变压器 三相变压器,注意： 对三相变压器，额定电压和电流值均指线值，额定容量为三相的总容量（不是有功功率）,4.6.3 变压器的变比和参数测定,定义：一次绕组感应电动势E1对二次
4、绕组感应电动势E2之比 实用：,了解,次级空载时端点电压,讲解：升压与降压,4.6.3 变压器的变比和参数测定,一次绕组匝数N1的确定,Bm磁密最大值（T），热轧硅钢片1.1-1.475，冷轧片1.5-1.7,4.6.4 变压器的工作原理,空载运行 负载运行 等效电路,掌握,注意：正方向的规定,电压u1与电流i0同方向 磁通正方向与电流正方向符合右手螺旋定则 e的正方向与电流同方向。 e1=N1d/dt 例如正在增加，d/dt为正值，e1 N1d/dt0为负值，若外电路能使e1产生电流，其电流方向必与i0正方向相反，该电流产生磁通，与方向相反，起阻止增加的作用，即符合楞次定律。,箭头方向来表示
5、正方向 规定电流的正方向与该电流所产生的磁通正方向符合“右手螺旋”定则，规定磁通的正方向与其感应电势的正方向符合“右手螺旋”定则。 电流正方向与电势正方向一致。,正方向的规定,4.6.4.1 变压器的空载运行,空载：原边接额定电压u1n电源，副边开路 原边绕组电流i0为空载电流，产生空载励磁磁势F0=I0N1产生磁通 磁通分为两部分 主磁通流径闭合铁心，同时匝链了原边和副边绕组,并感应出电势e1和e2。是变压器传递能量的主要媒介 漏磁通1，仅与原边绕组匝链，通过变压器油或空气形成闭路。 变压器铁心由高导磁材料硅钢片制成（导磁系数r2000)，大部分磁通都在铁心中流动，主磁通约占总磁通的99以上
6、，而漏磁通占总磁通的1以下。,掌握,4.6.4.1 变压器的空载运行,空载：原边接额定电压u1n电源，副边开路 原边绕组电流i0为空载电流，产生空载励磁磁势F0=I0N1产生磁通 空载激磁电流 Im： 磁化电流分量I0w: 产生磁通，超前电势E1 90，无功性质 铁耗电流分量I0r：供给涡流损耗和磁滞损耗，有功性质 空载电势 E1:,掌握,4.6.4.1 变压器的空载运行,空载电势 E1:,掌握,Rm励磁电阻等效铁耗 Xm励磁电抗反映主磁通,-铁耗角,空载相量图,4.6.4.2 负载运行,变压器的初级、次级绕组没有电的联系，功率传递依靠互感。在功率传递过程中应满足能量守恒，在电路上需满足电压平
7、衡、磁路上需满足磁势平衡。,负载时的磁势平衡二次电流的影响,次级电流的存在、建立起次级磁势，它也作用在铁芯磁路上。试图改变原有的磁势平衡状态，迫使主磁通变化，导致电势也随之改变。电势的改变又破坏已建立的电压平衡，迫使原电流随之改变，直到电路和磁路又达到新的平衡为止。 （磁势平衡式） 负载时作用在主磁路上的全部磁势应等于产生磁通所需的激磁磁势。,u14.44fN1m,当有负载电流时：初级电流I1应包含有二个分量。其中I0用以激励主磁通。I1L所产生负载分量磁势I1LN1，用以抵消次级磁势I2N2对主磁路的影响。 激磁电流的值决定于主磁通 m，即决定于E1或端电压U1。,初级、次级电流间的约束关系
8、,忽略激磁电流：,负载时的电势平衡,4.6.4.3 变压器的等效电路,变压器的绕组归算 归算为1：1 的变压器 P289图4-53 等效电路,变压器的归算,绕组归算用一假想的绕组替代其中一个绕组使成为k1的变压器。 归算量在原符号加上标号 区别，归算后的值称为归算值或折算值。 原则：归算不改变实际变压器内部的电磁平衡关系,负载后的等效电路,注意： 由等效电路写出电势平衡式正方向 了解各参数的含义,近似等效电路,把激磁支路移至端点处。计算时引起的误差不大：变压器的激磁电流(即空载电流)为额定电流的3-8，（大型变压器不到1）。,简化等效电路,简化等效电路：略去激滋电流（支路）常用于定性分析,4.
9、6.5 变压器电压调整率的定义,由于变压器内部存在着电阻和漏抗(原因)，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（结果）。电压变化程度通常用电压变化率表示 设外施电压为额定电压，取空载与额定负载两种情况下的次级侧电压的算术差与空载电压之比定义为电压变化率(又称电压调整率),掌握,电压变化率与负载性质,U与负载电流的功率因数有关 与负载电流的大小也有关,4.6.6 变压器空载合闸时产生冲击电流的原因,现象： 合闸瞬间有超过额定电流的冲击电流（大大超过正常的空载电流） 原因： 铁芯的饱和现象和剩磁的存在。 影响：使保护误动作，影响合闸,了解,1. 合闸瞬间的励磁电流,励磁电
10、流瞬时值im：,忽略r1im。假设电感为常数Lav，则：,1. 合闸瞬间的励磁电流,磁通的解，包括稳态分量1和瞬态分量1 ：,接通电源瞬间=0 接通电源瞬间=90,暂态磁通与合闸相角有关； 考虑剩磁（20%-30%）后，磁通最大值更大。 由磁化曲线确定需要的激磁电流p291(图4-57),2. 空载合闸过电流的影响,数倍于额定电流，小于短路电流，对变压器本身无直接危害 合闸开始后数周期内的冲击电流可能使变压器的保护装置误动作 措施：合闸使串如限流电阻，（1）限制冲击电流；（2）使其快速衰减。,4.6.7 变压器的效率的最大效率,了解,定义：输出功率与输入功率之比 输入功率应该是输出功率与全部损
11、耗之和 转换能量过程中同时产生损耗： 初级绕组铜耗pcu1=I12r1 次级绕组铜耗pcu2i22r2 铁芯损耗pFeIm2rm 全部损耗为p =P2/P1=P2/(P2+ p)=(P1- p)/P1,间接法计算效率_损耗分离法,由空载试验和短路试验测出空载和额定电流时的短路损耗,可计算出任意给定负载时的效率,效率大小与负载大小和功率因数有关,意义：当可变损耗等于不变损耗时效率达到最大,最大效率的极值条件：,4.6.8 三相变压器不同连接组中的电势和电流波形,激磁要求： 磁通和电势为正弦波形； 励磁电流： 尖顶波形，含有谐波（3次最大）,关键：若三次谐波电流在绕组中不能流通，则产生的磁通和感应
12、的电势为非正弦形,了解,3次谐波电流的性质,大小相等 相位一致,连接组与3次谐波电流,Y形：i3a+i3b+i3c=0 =i3a=i3b=i3c=0,YN形：i3a+i3b+i3c=i0 =i3a=i3b=i3c=1/3 i0 D形：i3a=i3b=i3c,4.6.8.1 YN,y或D,y连接组,三次谐波电流可以在原边流通， 则三相磁通和感应电势均呈（接近）正弦波形,4.6.8.2 Y,y连接组,初级为Y连接，激磁电流中所必需的三次谐波电流分量不能流通磁化电流正弦形 磁通波近似于平顶波 在各次谐波磁通中以三次谐波磁通幅度最大,分析： 3次谐波磁通能否流通及其影响,三次谐波磁通与基波磁通有相同磁
13、路，其磁阻较小，相电势中三次谐波电势相当大。其振幅可达基波振幅的50一60。 导致电势波形严重畸变。所产生的过电压有可能危害线圈绝缘。 规定：三相变压器组不能接成Y，y运行。,思考： 相电势中存在三次谐波电势， 则线电势的波形如何？ 三次谐波电势，大小相等，相位一致，则线电势中相互抵消。线电势呈正弦形,1 三相组式变压器,2 三相铁芯式Y，y连接,三次谐波电流不能流通，有三次谐波磁通存在 磁路特点： 三相铁芯式变压器的三相磁路彼此相关， 各相的三次谐波磁通在时间上是同相位,三次谐波磁通的路径 铁芯周围的油、油箱壁和部分铁轭 特点：磁阻较大，三次谐波磁通及其三次谐波电势很小 磁通接近正弦，相电势
14、接近于正弦波形,三相铁芯式变压器可以接成Y，y 三次谐波磁通经过油箱壁，在其中感应电势，产生损耗，会引起油箱壁局部过热 容量限制在1800kVA以下,4.6.8.3 三相变压器Y，d连接,次级侧三角形接法：对三次谐波电势短路，在三角形电路中产生的三次谐波电流（环流）。该环流（供给励磁电流中所需的3次谐波电流分量）对原有的三次谐波磁通起去磁作用，三次谐波电势被削弱，量值是很小的。相电势波形接近正弦波形。 由初级侧提供了磁化电流的基波分量，由次级侧提供了磁化电流的三次谐波分量。 在高压线路中的大容量变压器需接成Y，d,基波电势形成环流？,分析点： 一次侧相电流中是否有三次谐波电流？ 磁通中有无三次
15、谐波 一次侧线电流、相电势与线电势中有无三次谐波 二次侧电势、电流中是否存在三次谐波,4.6.9 判断三相连接组别,用初级、次级绕组的线电势相位差来表示 与绕组的接线方法和绕组的极性端标志方法有关,了解,Y，y0连接,同极性端相同首端标志 初级、次级相电势同相位，次级侧线电势Eab与初级侧线电势EAB同相位。,Y，d11 Y，d1,Eab滞后EAB 330 Eab滞后EAB 30,区别：低压绕组的连接次序不同,标准组别,五种标准连接组：Y，yn0；Y，d11，YN，d11；YN，y0，Y、y0。 YN-高压侧的中点可以直接接地或通过阻抗接地 对不同的应用场合，使用不同的标准组别 常用的连接组别
16、： Y，yn0；Y，d11,4.6.10 绝缘系统、冷却方式、允许温升,绝缘：,了解,主绝缘：绕组对地和绕组相间的绝缘，如一二次绕组间的绝缘、绕组与介质间的绝缘、绕组与铁心的绝缘，引线端子绝缘等。 纵绝缘：绕组匝间绝缘和段间绝缘。,4.6.10 绝缘系统、冷却方式、允许温升,冷却：,了解,干式变压器：干式浇注、干式空气自冷 油浸式变压器：自冷、风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷等,4.6.10 绝缘系统、冷却方式、允许温升,温升：,了解,假定：铁芯和各个绕组都是独立的发热单位。即认为铁芯的发热仅来源于铁芯损耗，各绕组的发热来源于各自的铜耗，它们相互间并没有热量交换。 由于油的对流作用，油在受热后将上升、而在冷却后又将下降。油浸变压器中，沿着油箱高度，上部的温度要比下部的温度略高 油浸变压器的绕组均用A级绝缘。根据我国的气候情况，国家标准规定以+40作为周围环境空气的最高温度，并据此规定变压器各部分的容许温升,绕组最高允许温度为105 ,
