变压器培训教材.ppt

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1、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

2、、 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

3、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

4、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:

5、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

6、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

7、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

8、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

9、（ ），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

10、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

11、，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

12、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

13、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

14、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）

15、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

16、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

17、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、

18、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

19、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

20、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,