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电机学课件电机学课件-变压器基础知识变压器基础知识1第1页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器23-6 标么值标么值n在电力工程中，对在电力工程中，对电压、电流、阻抗和功率等物理量电压、电流、阻抗和功率等物理量的计算，常常采用其的计算，常常采用其标么值标么值。n所谓标么值就是先选定一个物理量的所谓标么值就是先选定一个物理量的同单位同单位某一数值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，该基准值相比所得的比值即称为该物理量的标么值，即即一、定义一、定义 标幺值在其原符号右上角加标幺值在其原符号右上角加“*”“*”号表示。号表示。基值采用下标基值采用下标“b”“b”。实际值：有名值实际值：有名值第2页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器3二、基值的确定二、基值的确定1.1.基值的选取是任意的，通常以额定值为基准值。基值的选取是任意的，通常以额定值为基准值。2.2.各侧的物理量以各自侧的额定值为基准；线值以额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值以额定单相值为基准值，三相值以额定三相值为基准值；基准值；例如：变压器一、二次侧：例如：变压器一、二次侧：S S1b1b=S=S2b2b=S=SN N、U U1b1b=U=U1N1N、U U2b2b=U=U2N2N三相变压器基值：三相变压器基值：S Sb b=S=SN N=3U=3UN NI IN N=3U=3UN NI IN N第3页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器4n存在有相互关系的四个物理量（存在有相互关系的四个物理量（U U、I I、Z Z、S S）中，所）中，所选基值的个数并不是任意的，当某两个物理量的基值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。已被确定，其余物理量的基值跟着确定。u例如单相变压器，选定一次侧的额定电压例如单相变压器，选定一次侧的额定电压U U1N1N和额定和额定电流电流I I1N1N作为电压和电流的基值：作为电压和电流的基值：l一次侧阻抗的基值即：一次侧阻抗的基值即：Z Z1b1b=Z=Z1N1N=U=U1N1N/I/I1N1Nl一次侧功率的基值即：一次侧功率的基值即：S S1b1b=S=S1N1N=U=U1N1NI I1N1N第4页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器53.3.U U和和E E的基准值为的基准值为U UB B；R R、X X、Z Z的基准值为的基准值为Z ZB B；P P、Q Q和和S S的基的基准值为准值为S SB B。4.4.系统装有多台变压器（电机），选择某一特定的系统装有多台变压器（电机），选择某一特定的S Sb b作为整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个系统的功率基值。系统中各变压器标幺值均换算到以S Sb b作作为功率基值时的标幺值。为功率基值时的标幺值。5.5.百分值百分值=标么值标么值100%100%第5页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器6四、应用标幺值的优缺点四、应用标幺值的优缺点额定值的标幺值等于额定值的标幺值等于1。采用标幺值时，不论变压器采用标幺值时，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。范围内，便于分析和比较。u如电力变压器的短路阻抗标幺值如电力变压器的短路阻抗标幺值z zk k*=0.030.10=0.030.10，如果求出的短路阻抗标幺值不在此范围内，就应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。核查一下是否存在计算或设计错误。u例如例如 p138 Ip138 I0 0*、z zk k*的范围的范围1 1、应用标幺值的优点、应用标幺值的优点第6页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器7采用标幺值时，原、副边各物理量不需进行折算，采用标幺值时，原、副边各物理量不需进行折算，便于计算。便于计算。n如副边电压向原边折算，采用标幺值：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。采用标幺值能直观地表示变压器的运行情况。u如已知一台运行着的变压器端电压和电流为如已知一台运行着的变压器端电压和电流为35kV35kV、20A20A，从这，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 Uk k*=1.0*=1.0、I Ik k*=0.6*=0.6，说明这台变压器欠载运行。，说明这台变压器欠载运行。第7页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器8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；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某些意义不同的物理量标么值相等第8页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器9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：标幺值相等，即有：短路阻抗电压短路阻抗电压的电阻分量的电阻分量短路阻抗电压短路阻抗电压的电抗分量的电抗分量短路阻抗电压短路阻抗电压第9页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器102、缺点、缺点n标么值没有单位，物理意义不明确。标么值没有单位，物理意义不明确。第10页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器113-7 3-7 变压器的运行特性变压器的运行特性n电压变化程度电压变化程度由于变压器内部存在着电阻和漏抗，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。载电流变化而变化。n电压变化率定义：一次侧加电压变化率定义：一次侧加50Hz50Hz额定电压、二次空载电额定电压、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。额定电压的比值。一、电压变化率一、电压变化率用副边量表示用副边量表示用原边量表示用原边量表示第11页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器12 分析分析 U U公式公式1 1、电压调整率随着负载电流的增加而正比增大。、电压调整率随着负载电流的增加而正比增大。I I2 22 2、电压调整率与负载的性质有关。电压调整率与负载的性质有关。3、与漏阻抗值有关、与漏阻抗值有关a a、2 2=0=0:coscos 2 2=1=1；sinsin 2 2=0=0 电阻性负载电阻性负载 I I2 2 U U很小很小R Rk k*X Xk k*b b、2 20:cos0:cos 2 200；sinsin 2 20 0 电阻电感性负载电阻电感性负载RRk k*coscos 2 200，X Xk k*sinsin 2 20 0 U0U0，说明：，说明：1 1）负载后）负载后U U2 2UU2020=U=U2N2N；2 2）随着）随着I I2 2 U U，U U2 2。第12页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器13c c、2 20:cos00；sinsin 2 20 00，X Xk k*sinsin 2 200；RRk k*coscos 2 2XXk k*sinsin 2 2,U0,UUU2020=U=U2N2N；2)2)随着随着I I2 2 U0,UU0,U2 2。1.001.0超前超前滞后滞后图图 变压器的外特性变压器的外特性第13页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器14n由外特性图，负载功率因数性质不同，对主磁通的影由外特性图，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。响不同，变压器的端电压变化亦不同。u纯电阻负载，端电压变化较小；纯电阻负载，端电压变化较小；u感性负载时主磁通感性负载时主磁通呈呈去磁作用，为了维持去磁作用，为了维持不变，不变，必须使原边电流增加，同时短路阻抗压降也增加，其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；结果造成副边电压下降；u容性负载对主磁通容性负载对主磁通呈增磁作用，为了维持呈增磁作用，为了维持不变，不变，必须减小原边电流，除了补偿短路阻抗压降外，其余必须减小原边电流，除了补偿短路阻抗压降外，其余部分使副边电压增高。部分使副边电压增高。1.001.0第14页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器151、损耗、损耗n变压器运行中有两种损耗：铜耗变压器运行中有两种损耗：铜耗p pCuCu；铁耗；铁耗p pFeFe（每一类包括基本损耗（每一类包括基本损耗和杂散损耗）和杂散损耗）p pCuCu：指电流流过绕组时所产生的直流电阻损耗：指电流流过绕组时所产生的直流电阻损耗基本铜耗基本铜耗:一次绕组铜耗一次绕组铜耗p pcu1cu1=I=I1 12 2R R1 1；二次绕组铜耗；二次绕组铜耗p pcu2cu2=I=I2 22 2R R2 2附加损耗附加损耗: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。铜损耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。二、效率二、效率第15页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器16基本铁耗基本铁耗p pFeFe:磁滞损耗和涡流损耗。磁滞损耗和涡流损耗。附加损耗附加损耗: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。通在结构部件中引起的涡流损耗等。铁损耗与外加电压铁损耗与外加电压(B(Bm m)大小有关，大小有关，U U1 1一般不变，称为不变损耗。一般不变，称为不变损耗。p19p19p20 p20 铁耗公式铁耗公式第16页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器172、效率的定义、效率的定义n效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。n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一般小型变压器的效率9595 大型变压器的效率高达大型变压器的效率高达9999第17页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器18假定：假定：3、间接法求效率、间接法求效率第18页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器19n变压器效率的大小与负载的大小、功率因数及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。本身参数有关。n效率特性：在功率因数一定时，变压器的效率与负载效率特性：在功率因数一定时，变压器的效率与负载电流之间的关系电流之间的关系=f(),=f(),称为变压器的效率特性。称为变压器的效率特性。轻载轻载负载较大负载较大第19页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器20当铜损耗当铜损耗=铁损耗铁损耗(可变损耗可变损耗=不变损耗不变损耗)时时,变压器效率最大：变压器效率最大：或u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。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。u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,设计时设计时取取m m=0.4=0.40.6P0.6P0 0/P/PkNkN=3=36 6；我国新；我国新S S9 9系列配电变压器系列配电变压器p pkNkN/P/P0 0=6=67.57.5第20页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器213-8 三相变压器磁路、联结组、电动势波形三相变压器磁路、联结组、电动势波形一、三相变压器磁路系统一、三相变压器磁路系统1、组式磁路变压器、组式磁路变压器特点：三相磁路彼此无关联特点：三相磁路彼此无关联，各相的励磁电流在数值，各相的励磁电流在数值上完全相等上完全相等第21页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器222、心式磁路变压器、心式磁路变压器n特点：三相磁路彼此有关联，磁路长度不等，当外特点：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，三相磁通之和加三相对称电压时，三相磁通对称，三相磁通之和等于零。等于零。第22页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器23二、联接组别二、联接组别（一）（一）联结法联结法绕组标记绕组标记绕组名称绕组名称 单相变压器单相变压器 三相变压器三相变压器 中性点中性点 首端首端 末端末端首端首端 末端末端高压绕组高压绕组AXA、B、CX、Y、ZN低压绕组低压绕组axa、b、c x、y、zn第23页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器24两种三相绕组接线两种三相绕组接线:星形联结、三角形联结星形联结、三角形联结1、星形联结、星形联结n把三相绕组的三个末端连在一起，而把它们的首端引出n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：顺时针方向：A A超前超前B B超前超前C C各各120120第24页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器252、三角形联结、三角形联结n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：路。两种接法：AX-BY-CZAX-BY-CZAX-CZ-BYAX-CZ-BY第25页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器26（二）联结组（二）联结组n变压器的同一相高、低压绕组都是绕在同一铁芯柱上，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。绕组中感应的电势之间存在一定的极性关系。1 1、高低压绕组中电势的相位、高低压绕组中电势的相位同名端决于绕组的绕制方向同名端决于绕组的绕制方向第26页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器272、同名端、同名端n在任一瞬间，高压绕组的某一端的电位为正时，低压在任一瞬间，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，记作端称为同名端，记作“”。第27页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器28一、二次绕组的同极性端一、二次绕组的同极性端同标志时，一、二次绕组同标志时，一、二次绕组的电动势同相位。的电动势同相位。一、二次绕组的同极性端异一、二次绕组的同极性端异标志时，一、二次绕组的电标志时，一、二次绕组的电动势反相位。动势反相位。第28页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器293、时钟表示法、时钟表示法n高压绕组线电势高压绕组线电势长针，永远指向长针，永远指向“12”12”点钟点钟n低压绕组线电势低压绕组线电势短针，根据高、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。之间的相位指向不同的钟点。第29页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器30例如例如 单相变压器单相变压器uI,II,I表示初级、次级都是单相绕组表示初级、次级都是单相绕组u0 0和和6 6表示联结组号。表示联结组号。u单相变压器的标准连接组单相变压器的标准连接组I,I0I,I0第30页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器31（三）、三相变压器的连接组别（三）、三相变压器的连接组别n联结组别：反映三相变压器连接方式及一、二次线电联结组别：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。动势（或线电压）的相位关系。n三相变压器的连接组别不仅与绕组的绕向和首末端标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。志有关，而且还与三相绕组的连接方式有关。n理论和实践证明，无论采用怎样的连接方式，一、二理论和实践证明，无论采用怎样的连接方式，一、二次侧线电动势（电压）的相位差总是次侧线电动势（电压）的相位差总是3030的整数倍。的整数倍。第31页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器32CBA1、Yy0CBAX、Y、Zabcx、y、zABab第32页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器332、Yy6180第33页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器343、Yy4注意注意abcabc顺序错过顺序错过一个铁心一个铁心柱柱120第34页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器354、Yd130第35页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器365、Yd5ACBc xz ba y150第36页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器376、Yd11330ACBc b a 第37页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器38例例1 1：将变压器接成联接组标号：将变压器接成联接组标号Dy1Dy1，并画电动势相量图，并画电动势相量图ABCXYZ初级初级接接AXAXCZCZBYBY联结联结初级初级接接AXAXBYBYCZCZ联结联结第38页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器39ABCXYZ例例1 1：将变压器接成联接组标号：将变压器接成联接组标号Dy1Dy1，并画电动势相量图，并画电动势相量图b.画出高压侧电势相量画出高压侧电势相量，并标上，并标上AX，CZ，BYA(Y)B(Z)C(X)ABBY第39页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器40c.c.画出低压侧电势相量画出低压侧电势相量，并使，并使 abab滞后滞后E EABAB3030，同时画出，同时画出 axax，byby，czcz。(相序原则顺时针相序原则顺时针a-b-c)a-b-c)d.d.由相量图知：由相量图知：axax与与 AXAX同向，表明次级同向，表明次级axax绕组与初级绕组与初级AXAX绕组在同一铁心绕组在同一铁心柱上，且柱上，且a a与与A A为同极性端。同理为同极性端。同理byby与与BYBY同相；同相；czcz与与CZCZ同相。同相。A(Y)abcB(Z)C(X)ABAB abab30e.e.将次级将次级x,y,zx,y,z连在一起，接成连在一起，接成Y Y形。形。AXaxbyczaxAX第40页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器41例例2 2 将变压器接成联接组标号为将变压器接成联接组标号为Dy1,Dy1,画电动势相量图画电动势相量图 a.a.初级初级接接AX-BY-CZAX-BY-CZ联结联结ABCXYZb.b.画初级电势相量画初级电势相量，并标上，并标上AXAX，BYBY，CZCZABA(Z)A(Z)B(X)B(X)C(Y)C(Y)ABAX第41页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器42c.c.画出初级电势相量画出初级电势相量，使，使 abab滞后滞后 ABAB3030，同时画，同时画 axax，byby，czcz。(相相序顺时针序顺时针a-b-c)a-b-c)d.d.由相量图知：由相量图知：AXAX与与 byby反向，表明次级反向，表明次级AXAX绕组与初级绕组与初级byby绕组在同一绕组在同一铁心柱上，且铁心柱上，且A A与与y y为同极性端。同理为同极性端。同理BYBY与与czcz反相；反相；CZCZ与与axax反相反相e.e.将次级将次级x,y,zx,y,z连在一起，接成连在一起，接成Y Y形形A(Z)A(Z)B(X)B(X)C(Y)C(Y)ABAXabc AXAX与与 byby反向反向AXaxbyczZCBY第42页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器43例例3 3 变压器绕组如图，画出电动势相量图，判断联接组别变压器绕组如图，画出电动势相量图，判断联接组别cabzxy1 1）画出一次绕组的相量图）画出一次绕组的相量图2)2)判断相位关系判断相位关系3)3)依据相序的原则，画二次绕组相量图，并判断联接组依据相序的原则，画二次绕组相量图，并判断联接组标号。标号。D,y11 D,y11XYZABCAa(Y)B(Z)C(X)ABabAXBYbcBY与与ax反向反向第43页，本讲稿共44页电机学 第三章 变压器44练习练习:变压器绕组如图，画电动势相量图，判断联接组标号变压器绕组如图，画电动势相量图，判断联接组标号ax与与BY同相同相by与与CZ同相同相cz与与AX同相同相 Y,d3zxycabXYZABCA aBCXYZc(x)b(z)yEABEab第44页，本讲稿共44页