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1、1,变压器的运行原理,2,变压器的空载运行,原边加额定电压，额定频率的电源，副边开路时的运行情况，称为变压器的空载运行。,一、电磁关系分析,3,电势与磁通的关系,4,5,漏磁感应电动势,6,结论：漏磁电动势可用空载电流I0在一次绕组漏电抗X1产生的负压降-jI0X1表示，漏磁电动势滞后I0900电角度。,7,激磁阻抗,8,变压器各电磁量正方向,电机学的中心任务是电磁分析,我们讨论变压器就是要讨论变压器中的各个电路参数(电压、电流、功率），电磁量（磁通、磁密、磁势）之间的关系，为了写出它们之间的关系式，必须事先规定各自的正方向，原则上正方向的规定可以是任意的，不影响各个量瞬时值之间的相对关系，但
2、是为了分析方便，便于交流，我们往往采用通用的惯例来规定正方向。,9,X,a,m,A,x,10,二、空载运行电压方程,11,忽略漏阻抗压降后有效值：,影响主磁通大小的因素是电源电压、电源频率和一次侧线圈的匝数，与铁芯的材质和几何尺寸无关。,12,三、等效电路,U1,.,I0,.,r1,x1,E1,.,一次侧等效电路,U1,.,I0,.,r1,x1,E1,.,变压器空载等效电路,rm,xm,空载状态运行的变压器可近似为一个铁心电感接于电网。,磁滞、涡流效应,建立空载磁通,13,四、变压器空载运行相量图,E2,jI0 x1,14,五、励磁电流,不考虑磁滞时励磁电流波形,尖顶波励磁电流分解为基波和次谐
3、波电流,15,励磁电流i0半波波形不对称，励磁电流i0波形超前磁通一个角度，涡流损耗也会使i0波形超前磁通波形。由于铁耗的存在使励磁电流i0波形超前主磁通角度，该角度称为铁耗角。,16,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
4、随磁路的饱和而减小。,17,变压器的负载运行,原边接入电源、副边接负载阻抗ZL时的运行情况，称为变压器的负载运行。,一、电磁关系分析,U2,变压器负载运行,.,18,二、磁势平衡方程式,空载时：I2=0，铁心内的磁通m是由原边磁势 F0=N1I0单独建立,磁通势平衡方程：,19,三、电压平衡方程式,原绕组： U1=-E1+1(r1+jx1),副绕组：U2=E2-I2(r2+jx2),U2=I2zL,20,变压器负载运行时的基本方程式,21,变压器负载时的电路图,由图可见：变压器一、二次绕组的电路是独立的，只有磁的联系，没有电的联系，不便于计算。,四、副绕组归算和变压器等效电路,22,1、绕组的
5、归算,注意：二次绕组匝数变化后，二次绕组的电流必须调整，否则改变了变压器的电磁关系。,归算是把二次侧绕组匝数变换成一次侧绕组的匝数，而不改变一、二次侧绕组的电磁关系。,1）二次侧绕组电流的归算,电流归算原则是：保持归算前后绕组的磁效应不变（磁势不变），归算后的量带表示。,23,有功功率不变,R2 I22 = R2 I22,= k2 R2,无功功率不变,X2I22 = X2 I22,= k2 X2,因而,Z2 = k2 Z2 ZL = k2 ZL,折算实质上是在功率和磁通势保持不变的条件 下，对绕组的电压、电流所进行的一种线性变换。,2）二次侧阻抗的归算,24,3）二次侧绕组电势和电压的归算,根
6、据电势与匝数成正比关系得：,二次侧端电压：,25,结论：,（1）归算前后，二次侧电流变化1/K倍 （1）二次侧电势、电压变化K倍 （2）二次侧电阻、阻抗、负载变化K2倍,26,2. 基本方程式,27,根据归算后的基本方程画出的部分等效电路,得到变压器T型等效电路图,.,28,3 T 型等效电路,29,U1,.,I1,.,r1,x1,E1,.,rm,xm,r2,x2,-U2,.,4 变压器 形等效电路,zL,30,5简化等效电路,该电路用于满载 或接近满载运行 时的分析、计算。 短路电阻： r = r1 + r2 短路电抗： x = x1 + x2 短路阻抗： z = r + j x,I0 很小
7、，I1 I2,31,五. 相量图,电感性负载,32,33,U1,I1,I1N1,U2,U2=I2ZL,I2,I2N2,I1N1+I2N2=I0N1,I0N1,m,E1,E2,E1/E2=k,s1,E1=-jI1x1,s2,E2=-jI2x2,I1r1,I2r2,U1=-E1+I1(r1+jx1),U2=E2-I2(r2+jx2),主磁通,34,标幺值,35,36,2、取标幺值的优点,(一)一个量与它的折合值的标幺值相等,(二) 线值与相值电压(流)的标幺值相等,(三) 便于判断变压器的运行情况,（四）不论变压器或电机容量的大小，用标幺值表示时，各个参数和典型的性能数据通常都在一定的范围以内，因
8、此便于比较和分析。,37,(五)不同的量具有相同的值,38,变压器的参数测定,1. 空载试验 测量: k、PFe、Zm,实验数据： U1N、I0、P0、U20。,(1) 铁损耗 P0 = PFePCu = rmI02r1I02 PFeP0 (2) 励磁阻抗模 |Zm | Z1+Zm |,39,(3) 励磁电阻,rmr1rm,(4) 励磁电抗,(5) 电压比,(6) 折算 对于降压变压器，rm 、Xm 和 Zm 需要折算。 实际值为,40,2. 短路试验,测量：PCu、短路参数。,实验方法： 逐渐增加 U1 ，使电 流达到额定值：I1 = I1N 。,U1 = (3%10%)U1N,实验数据：
9、US = U1、IK = I1N 、PK 。 (1) 铜损耗 PCu PFe + PCu = PK (2) 短路阻抗模,41,(3) 短路电阻,(4) 短路电抗,(5) 阻抗电压,UK = | ZK | I1N,铭牌上的标注方法： 用百分数表示:,用标幺值表示:,电压、电流与阻抗（电阻和电抗）的基值: U1N 、 I1N 、 U2N 、 I2N 、,42,变压器的运行特性,1. 外特性: 当 U1、cos2 为常数时U2 = f ( I2),(1) 电压调整率的定义,运行特性：外特性、效率特性。,43,(2) 折算至一次侧的公式,(3) 利用短路参数的公式,44,45,为了保证二次端电压在允许
10、范围之内,通常在变压器的高压侧设置抽头,并装设分接开关,调节变压器高压绕组的工作匝数,来调节变压器的二次电压。,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%。,有载调压 无载调压,46,2. 效率特性 (1) 功率 电源输入变压器的有功功率 P1 = mU1I1cos1 变压器输出的有功功率 P2 = mU2I2cos2 损耗 P1P2 = PCuPFe 铜损耗 PCu = R1I12R2I22 = R1I12R2I22（用 T 型等效电路）,47,I1 = I1N 时 的短路损耗,PCu = Rk I12 =
11、 Rk I22 （用简化等效电路） = 2 Pk （用短路试验）,式中:, 负载系数。,由于: PCu I 2, 可变损耗。, 铁损耗 PFe = Rm I02 （用 T 型等效电路） = P0（用空载试验） 由于 PFe m、f 等，,当 U1、f 均不变时，,PFe 不变（与 I2 大小无关） 不变损耗。,48,(2) 效率,P2 = mU2I2cos2 = mU2NI2cos2,= SN cos2 = SN 2,49,当 U1= U1N、cos2 为常数时： = f ( I2) 或： = f (),(3) 效率特性,求得 P0= 2 PS 即 PCu= PFe 时 = max, 效率特性
12、。,令, 小型电力变压器:N = 80% 90% 大型电力变压器:N = 98% 99%,50,三相变压器,(1) 三相变压器的磁路系统 三相组式变压器、三相心式变压器。 三相组式变压器 特点：三相之间只有电的联系，没有磁的联系。,51, 三相心式变压器 特点：三相之间既有电的联系，又有磁的联系。,三相心式铁心的形成,52,三相变压器的联结组,一. 单相变压器联结的组别,相位关系:,(1) 相电动势的相位关系,53,（2）时钟表示法：把一次绕组电动势EU看作时钟的长针(分针),永远指向12点,二次绕组电动势Eu看作时钟的短针,由短针指向确定变压器的联结组标号.,II12,II6,54,（1)、
13、变压器的端头标号,二、三相变压器的联结组别,55,星形联结(Y联结),EU,U1,V2,EV,V1,U2,EW,W1,W2,EUV,56,三角形联结(D联结),57,结论: 1.UVW是一个等边三角形. 2.三相相序为UVWU时,位形图中UVW顺时针排列. 3.线电势EUV由U指向V,58,三相变压器的联结组别,我国的三相电力变压器,绕组的标准联结一般采用星形联结和三角形联结. 联结组可分为哪几大类? Y，y联结 Y，d联结 D，d联结 D，y联结,59,Yy联结,A,B,C,a,x,b,y,c,z,EAB,Eab,Y，y0,60,a,Y，y6,61,Y，y4,62,请大家判断一下联结组标号?
14、,Y，y8,63,Y，y10,64,请大家判断一下联结组标号?,Y，y2,65,Yy联结小结,Yy 联结只有6种联结组标号 Yy0 Yy2 Yy4 Yy6 Yy8 Yy10 标号数全为偶数 低压侧ax,by,cz，A与a同名端时为y0 cz,ax,by Yy4 by,cz,ax Yy8 低压侧ax,by,cz，A与a异名端时为y cz,ax,by Yy10 by,cz,ax Yy2,66,Yd联结,Eab,Y，d11,67,Yd1,68,Yd联结小结,共有种联结组标号 Yd1 Yd3 Yd5 Yd7 Yd9 Yd11 联结组标号为奇数 Yd1 Yd5 Yd9为一类 Yd3 Yd7 Yd11为一
15、类,69,类推d联结Dy联结,d联结共有种(与y联结类似） Dd0 Dd2 Dd4 Dd6 Dd8 Dd10 y联结共有种（与Yd联结类似） y1 Dy3 Dy5 Dy7 Dy9 Dy11,70,三相变压器的并联运行,定义: 把变压器一、二次绕组相同标志的出线端联在一起，分别接到母线上，这种运行方式称为并联运行。,71,并联运行的优点 提高供电可靠性，便于检修变压器。 减小备用容量，变电站的负载逐年发展，根据负载发展陆续添加变压器更经济。 负载随昼夜和季节发生变化，采用并联运行可以节电。,72,并联运行的变压器应满足要求 电压比相等，以保证二次侧的空载电压相等。 联结组相同，以保证二次侧空载电压相位相同。 (3) 短路阻抗标幺值相等，阻抗角要相同。,73,变压器变比不等并联运行,U2,74,75,刀闸K合上,变压器带负载运行时,各变压器的电流除了负载时分配的电流之外,还各自都增加了一个环流.,为了限制环流,规定并联变压器变比之间相差小于0.5%,从而保证环流不超过额定电流的5%.,76,77,变压器联结组标号对并联运行的影响,联接组标号不同的变压器,虽然一次侧,二次侧额定电压相同,但二次侧电压相量相位至少相差300,例如Yy0 Yd11并联运行，相位差为300,U2,U2,U2,U2已达到额定电压的51.8%，I
