变压器培训教材.ppt

变压器,考试大纲6.1 了解三相组式变压器及三相芯式变压器结构特点6.2 掌握变压器额定值的含义和作用6.3 了解变压器变比和参数的测定方法 6.4 掌握变压器工作原理6.5 了解变压器电势平衡方程式及各量含义6.6 掌握变压器电压调整率的含义,6 变压器,6.7 了解变压器在空载合闸时产生很大冲击冲击电流的原因6.8 了解变压器的效率计算及变压器具有最高效率的条件6.9 了解三相变压器联结组和铁心结构对谐波电流、谐波磁通的影响6.10 了解用变压器组接线方式及极性判断三相变压器连接组别的方法6.11 了解变压器的绝缘系统及冷却方式、允许升温,6.1 三相组式变压器及三相芯式变压器结构特点,一、  基本结构 变压器的主要部件是铁心和绕组，它们构成了变压器的器身。 除此之外，还有放置器身的盛有变压器油的油箱、绝缘套管、分接开关、安全气道等部件。,变压器铁芯的作用是构成磁路。为减小涡流损耗，铁芯用0.350.35mm厚的硅钢片交错叠装而成，在硅钢片表面涂有绝缘漆并经氧化处理形成绝缘层。 绕组（线圈）的作用是构成交流电的通路，通以励磁电流建立磁场。变压器接电源一边的绕组，称为一次绕组；接负载一边的绕组称为二次绕组。 变压器的铁芯、一次绕组和二次绕组之间是彼此绝缘的。,6.1 三相组式变压器及三相芯式变压器结构特点,6.2 变压器额定值的含义和作用,1.额定容量 ：指变压器的视在功率。对三相变压器指三相容量之和。 单位：伏安（VA） 千伏安（kVA） 2.额定电压 ： 指电源加到原边绕组上的电压， 是副边绕组开路即空载运行时副绕组的端电压。对于三相变压器一般指线电压值。 单位：伏（V） 千伏（kV）,6.2 变压器额定值的含义和作用,3.额定电流 ：由 和 计算出来的电流，即为额定电流对单相变压器： 对三相变压器：,6.2 变压器额定值的含义和作用,3.额定电流 ：由 和 计算出来的电流，即为额定电流对单相变压器： 对三相变压器：,6.2 变压器额定值的含义和作用,4.额定频率 ：我国规定标准工业用电频率为50赫（Hz）有些国家采用60赫。 此外，额定工作状态下变压器的效率、温升等数据均属于额定值。,6.3 变压器变比和参数的测定方法,1.变压器的空载运行 变压器一次绕组接电源，二次绕组开路，负载电流 为零，这种情况即为变压器的空载运行。 和 为一、二次绕组的匝数分别绕在两个铁心柱上。,6.3 变压器变比和参数的测定方法,2.变压器的负载运行 一次侧接交流电源，二次侧接负载，二次侧中便有负载电流流过，这种情况称为负载运行。,6.3 变压器变比和参数的测定方法,3.变压器等效电路参数的测定 （1）空载实验 用大写字母表示高压端,小字母表示低压端.空载试验可在任一边作.但考虑到空载试验所加电压较高,其电流较小,为试验的安全和仪器仪表选择方便,一般在低压侧作。如下图所示: 测定方法:在 原边侧加 副边 侧开路，读取 、 、 、 。,6.3 变压器变比和参数的测定方法,（2）短路试验 因短路试验电流大, 电压低, 一般在高压侧作，从等效电路可见 ,外加电压仅用来克服变压器本身的漏阻抗压降,所以当 很低时,电流即到达额定,该电压为 。 在 时,读取 、 计算短路参 数。,6.3 变压器变比和参数的测定方法,短路试验时使电流达到额定值时所加电压 称为阻抗电压或短路电压。 阻抗电压用额定电压百分比表示时有: 阻抗电压百分比是铭牌数据之一， 是变压器的主要参数，阻抗电压的大小反映变压器在额定负载下运行时，漏阻抗压降的大小。,6.4 变压器工作原理,变压器的一次绕组（一次绕组）与交流电源接通后，经绕组内流过交变电流产生磁通 ，在这个磁通作用下，铁芯中便有交变磁通 ，即一次绕组从电源吸取电能转变为磁能， 在铁芯中同时交（环）链原、副边绕组（二次绕组），由于电磁感应作用，分别在原、二次绕组产生频率相同的感应电动势。如果此时二次绕组接通负载，在二次绕组感应电动势作用下，便有电流流过负载，铁芯中的磁能又转 换为电能。这就是变压 器利用电磁感应原理将 电源的电能传递到负载 中的工作原理。,6.5 变压器电势平衡方程式及各量含义,1.磁动势方程式 负载后作用于主磁路上的磁势有两个 和 而 励磁磁势，维持不变，与空载时相同，负载时，作用于铁心上的磁动势是一、二次绕组的合成磁动势，且为空载时的磁动势，即激磁磁动势。,6.5 变压器电势平衡方程式及各量含义,上式表明负载后，一次侧电流由两部分组成，一部分维持主磁通的 。另一部分用来抵消二次侧的负载分量， 能量由一次侧传到二次侧。,6.5 变压器电势平衡方程式及各量含义,1、          2.电压方程式  由主磁通在一、二次绕组中分别感应电势 和 ， 漏磁通在一、二次绕组中感应漏电势，此外，一、二次侧绕组还分别有电阻压降，根据基尔霍夫定律及负载运行示意图中各量正方向的规定，可列写一、二次侧电压方程如下：式中 一、二次侧绕组漏磁抗； 一、二次侧绕组漏电阻； 一、二次侧绕组漏电抗。,6.5 变压器电势平衡方程式及各量含义,归纳起来变压器的基本方程式为： 按磁路性质不同，分为主磁通和漏磁通两部分。并分别用不同的电路参数表征，漏感磁通感应电势用 和 表征。主磁通感应电势用 表征， 和 为常数， 不为常数。,6.6 变压器电压调整率的含义,1.变压器的外特性 在电源电压不变的情况下，变压器二次侧接入负载后，一、二次绕组都有电流通过，必然产生一、二次侧的内阻抗压降，从而使二次电压随负载的增减而变化。二次电压从随二次电流变化的特性曲线 称为变压器的外特性。,6.6 变压器电压调整率的含义,2. 电压调整率 一般情况下，外特性曲线近似一条略向下倾斜的直线，且倾斜的程度与负载的功率因数有关，对于感性负载，功率因数愈低，下倾愈烈。从空载到满载（ ），二次电压变化的数值与空载电压的比值称为电压调整率，即  电力变压器的电压调整率一般为23。,6.7 变压器在空载合闸时产生很大冲击冲击电流的原因,在变压器副绕组开路的情况下，把原边线圈接到电网成为空载合闸。由于变压器铁心存在饱和现象，当变压器空载合闸时，会出现冲击电流，此电流与主磁场的建立有关。 当电压 的初相角 时合闸即建立了稳态磁通，合闸电流也没有瞬变过程就进入了稳态空载。,6.7 变压器在空载合闸时产生很大冲击冲击电流的原因,当电压 的初相角 时合闸，变压器中的磁通除了稳态分量，还有暂态分量，在合闸后半个周波，磁通达到最大值，为稳态值的2倍，加上铁心的磁饱和特性，故合闸电流增加的倍数远远超过磁通增加的倍数。冲击电流的数值最大可以达到额定电流的68倍。 解决的办法是在变压器的原边串联一个合闸电阻，合闸完后将电阻切除。,6.8 变压器的效率计算及变压器具有最高效率的条件,1.变压器的损耗 变压器运行时将产生损耗，变压器的损耗分两大类 铜耗：基本铜耗和杂散铜耗 铁耗：基本铁耗和杂散铁耗 基本铜耗：一、二次绕组内电流所引起时的直流电阻损耗。 杂散铜耗：主要是由漏磁通所引起的集肤效应，使绕组的有效电阻增大而增加的铜耗。以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。,6.8 变压器的效率计算及变压器具有最高效率的条件,铜耗与负载电流的平方成正比。因此也称为可变损耗。 铜耗与绕组的温度有关，一般都用77度时的电阻值来计算。 基本铁耗：变压器铁心中的磁滞与涡流损耗。 杂散铁耗：主要是铁心接连处由于磁通密度分布不均匀所引起的损耗，和主磁通在铁轭夹件，油箱等结构部件中所引起的涡流损耗。铁耗可近似认为 与 或成正比。由于变压器一侧电压保持不变。故铁耗可视为不变损耗。（F不变的前提下） 。,6.8 变压器的效率计算及变压器具有最高效率的条件,因变压器无转动部分，一般效率都很高，大多数在95%以上。大型变压器可达99%。 测量变压器的效率一般不采用直接测 、 的方法，因 与 相差很小。测量仪器本身的误差就可能超出次范围，一般用间接法测量变压器的效率。即测出各种损耗，再计算效率。,6.8 变压器的效率计算及变压器具有最高效率的条件,当变压器的可变损耗与不变损耗相等时，产生最大效率，此时 对应最大效率时负载电流的标幺值为,6.9 三相变压器联结组和铁心结构对谐波电流、谐波磁通的影响,考虑铁心磁路的饱和，不会同时为正弦，一个为正弦，另一个就为非正弦，如为正弦，电流I为尖顶波，电流中除基波分量外，还有3次谐波分量。,6.9 三相变压器联结组和铁心结构对谐波电流、谐波磁通的影响,1.Y，y联结组 三次谐波电流构成零序对称组,不能存在于无中线的星形连接的三相电路中,所以当正弦电压施加于Y连接的变压器时,电流接近正弦波,主磁通为平顶波,其中三次谐波磁通的大小及对电势波形的影响还要看磁路系统的结构.,6.9 三相变压器联结组和铁心结构对谐波电流、谐波磁通的影响,（1）三相变压器组 组成磁路系统的特点是互相独立,彼此无关,所以三次谐波磁通和基波一样可以存在于各相磁路中,在一,二次侧绕阻中每相感应电势为: 三次谐波频率 ,所以感应的三次谐波电势相当大，可达基波的50%，结果使相电势波形严重畸形，幅值很高，可使绕阻绝缘击穿，所以三相变压器组不允许采用Y，y联结。,6.9 三相变压器联结组和铁心结构对谐波电流、谐波磁通的影响,（2）三相心式变压器 心式磁路特点是互相联系，彼此相关，而三次谐波磁通，也是零序对称组，由于磁路构成三相行星形磁路，三个同相，同大小的磁通不能沿铁心磁路闭和，这和三次谐波电流不能在Y接三相电路中流通相似，但他们可以经油箱壁等形成闭路，由于这些磁路的磁阻很大，使三次谐波磁通大为削弱，所以相电势中也接近正弦波。但三相谐波磁通沿油箱闭和，引起附加涡流损耗，降低变压器效率，因此，对心式变压器Y，y接仅在容量为1600千伏安以下的中，小容量的变压器中采用。,6.9 三相变压器联结组和铁心结构对谐波电流、谐波磁通的影响,2.Y，d或D，y联结组 （1）D，y联结组 D，y联结组的三相变压器，因一次侧为 接，三次谐波电流可在 接的电路中流通，所以主磁通为正弦波，由它感应的一二次侧相电势e都接近正弦波。,6.9 三相变压器联结组和铁心结构对谐波电流、谐波磁通的影响,（2）Y，d联结组 Y，d联结组的三相变压器，因一次侧电流无三次谐波分量，所以主磁通和一，二次侧相电动势出现电动势出现三次谐波分量。 只要变压器有一侧采用“角形”接，就能保证主磁通及电势波形为正弦波。在大容量变压器中，当一、二侧都是“Y”联结时，可另加一个接成“角形”的小容量第三侧。供改善电势波形之用。,6.9 三相变压器联结组和铁心结构对谐波电流、谐波磁通的影响,综上所述：三相变压器的相电势波形与绕组接法和磁路系统有密切的关系。只要变压器有一侧是角接。就能保证主磁通及电势波形为正弦波。,6.10 三相变压器组接线方式及极性端判断三相变压器组别的方法,1.联结方法 在三相变压器中用大写字母A、B、C表示高压端首端，X、Y、Z表示尾端，小写字母a、b、c表示低压端首端，x、y、z表示尾端，连接可采用星型（Y连接）用Y（或y）表示，角型（连接）用D(或d)表示。 三相变压器的原、副绕组的连接方法有星（Y）形连接和三角（D）形连接两种。,6.10 三相变压器组接线方式及极性端判断三相变压器组别的方法,2.联结组 根据变压器原、付方对应的线电压之间的相位关系，把变压器绕组的连接分成不同的组合称为绕组的联结组。实践与理论证明，变压器高、低压方相对应的线电压的相位差总是30度的倍数。因此采用“时钟表示法”来表示这种相位差是很简明的。 “时钟表示法”：把高压边线电压作为长针始终指向“12”。而低压边相对应的线电压作为短时，短针指向的数字称为三相变压器连接组的组号。,6.10 三相变压器组接线方式及极性端判断三相变压器组别的方法,3.同名端 无论单相变压器的高、低压绕组还是三相变压器同一相的高、低压绕组都是绕在同一铁心柱上的。它们是被同一主磁通所交链，高、低压绕组的感应电势的相位关系只能有两种可能，一种同相，一种反相(差180度)。 当电流从线圈的同极性端流入（或流出）时，产生的磁通的方向相同；当磁通变化（增大或减小）时，在同极性端感应电动势的极性也相同。,6.10 三相变压器组接线方式及极性端判断三相变压器组别的方法,4.国家标准联结组 Y yn0 、Y d11、Yn d11、Yn y0、Y y0 5.变压器绕组的极性及其测定 进行绕组极性测定时，首先用万用表的欧姆档确认出哪两个出线端属于同一线圈的端子，然后再辨认不同线圈的同极性端。,6.10 三相变压器组接线方式及极性端判断三相变压器组别的方法,（1）交流测定法 实验电路如图所示，首先用一段粗导线将一、二次绕组中各选出的一个端子（如端子1和3）联接起来，然后在一个绕组的端子上（一般取高压绕组）加上一较低的交流电压，用电压表测量一、二次绕组另外两端子（即2和4）之间的电压 和 两绕组电压 、 。 若 ，则 被短接的两个端子（1和3） 为同名端；反之，则为异名 端，而这时即可判定端子1 和4或2和3为同名端。,6.10 三相变压器组接线方式及极性端判断三相变压器组别的方法,（2）直流测定法 实验电路如图所示。在端子1、2间串联接入一个直流电源E和开关S，在另一绕组的两端子（3和4）串接一个直流毫安表。当电源E和毫安表的极性如图所示时，在S合上的瞬间，若毫安表的指针正向摆动，则表明接表正极的端子3和接电源正极的端子1为同名端；若表针反向摆动， 则端子1和4为同名端。,6.11 变压器的绝缘系统及冷却方式、允许升温,1.变压器的绝缘 （1）外绝缘：油箱外部以空气为绝缘介质称为外绝缘。外绝缘击穿后能够自动恢复。 （2）内绝缘：油箱内以变压器油和绝缘纸板、绝缘纸为绝缘介质称为内绝缘。内绝缘击穿后不能够自动恢复。,6.11 变压器的绝缘系统及冷却方式、允许升温,变压器内绝缘又分为全绝缘结构和分级绝缘结构。 变压器绕组中性点和绕组出线端具有相同的绝缘水平时，为全绝缘结构。全绝缘结构适用于中性点绝缘的电力系统中。 变压器绕组中性点的绝缘水平低于绕组出线端的绝缘水平时，为分级绝缘结构。分级绝缘结构适用于中性点有效接地的电力系统中。,6.11 变压器的绝缘系统及冷却方式、允许升温,2.变压器的发热和传热 变压器运行时，有铁损和铜损及附加损耗，这些损耗导致变压器发热。 油浸式变压器的油箱和油管靠辐射和对流方式散热。,6.11 变压器的绝缘系统及冷却方式、允许升温,3.变压器的冷却方式 干式变压器自冷式 干式变压器风冷式 油浸自冷式 油浸风冷式 油浸水冷式,6.11 变压器的绝缘系统及冷却方式、允许升温,4.变压器的允许温升油浸式变压器温升限度,