变压器运行特性和三相变压器.docx

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变压器运行特性和三相变压器

第一章变压器运行特性和三相变压器

教学要求：

1．熟悉变压器运行特性；

2．了解三相变压器磁路特点；

3．掌握三相变压器的连接组别。

1.6变压器的运行特性

变压器的运行特性有外特性U2=?

（I2）和效率特性η=?

（I2），而变压器的主要性能指标是电压变化率。

1.6.1电压变化率和外特性

变压器外特性是指当U1=U1N，cosφ2=常数时，副边端电压随负载电流变化的规律，即：

U2=?

（I2）曲线，如图1-17所示画图。

为了表征电压随负载电流变化的程度，可用电压变化率ΔU*表示。

电压变化率是指在原边加额定电压，副边空载电压与某一功率因数下的额定负载的副边电压差值与副边额定电压的比值用百分数来表示，即有：

（1-64）

电压变化率反映了变压器电压的稳定性，是一项重要的性能指标。

可根据简化等值电路的相量图（如图1-18所示）推导出电压变化率的公式为：

（1-65）

分析：

变压器的电压变化率与短路参数rk和xk、负载系数β、负载功率因数角φ2有关，当负载为电阻性或感性时，电压变化率ΔU*>0，且电阻性负载的电压变化率小于感应负载的电压变化率；当负载容性时，一般情况下，|rkcosφ2|<|xksinφ2|，使电压变化率ΔU*<0,外特性上翘。

1.6.2变压器效率和效率特性

变压器的效率为：

（1-67）

式中∑p=pFe+pCu是变压器的总损耗，P1为变压器的输入功率，P2为变压器的输出功率。

由前面分析可知，变压器的空载损耗主要是铁损，它不随负载变化而变化，有P0≈pFe，所以铁损是不变损耗。

铜损耗包括原、副绕组上的铜损，它与负载电流的平方成正比，随负载电流的变化而变化的，并与短路实验电流为额定值时的输入功率存在如下关系：

β2PkN≈pCu，所以铜损耗是可变损耗。

设P2=mU2I2cosφ2≈mU2NβI2Ncosφ2=βSNcosφ2，则效率公式为：

（1-68）（写在黑板上）

从上式中可见，变压器的效率与P0、PkN、负载的性质以及负载率有关。

效率特性是指当负载功率因数为常数时，效率与负载系数的关系，即η=?

（β），如图1-19所示。

由曲线可见，当负载变化到某一值时，效率为最大，即为ηmax，对应的负载系数为βm，对式（1-68）求导，并令

，得最高效率时的负载系数为：

（1-69）

可见，当不变损耗等于可变损耗时，变压器效率为最高。

1.7三相变压器

1.7.1三相变压器的磁路系统

三相变压器的磁路系统分两种，一种是由三个容量与结构完全相同的单相变压器组成的三相变压器，如图1-20所示画图。

它的特点是每相都有自己独立的磁路，互不相关，各相的励磁电流在数值上完全相等。

这种结构的变压器称为三相组式变压器，其优点是：

对特大容量的变压器制造容易，备用量小。

但其铁芯用料多，占地面积大，只适用于超高压、特大容量的场合。

另一种三相变压器如图1-21所示画图，它的特点是三相磁路相互关联，磁路长度不等，当外加三相对称电压时，三相励磁电流不对称，但因励磁电流很小，可忽略对负载运行的影响，这种结构的变压器称为三相芯式变压器，其优点是：

节省材料，体积小，效率高，维护方便。

故目前大、中、小容量的变压器广泛采用芯式变压器。

1.7.2三相变压器的绕组联接组别

1.高低压绕组中电势的相位

单相变压器高、低压绕组电势相位关系只有同相位和反相位两种。

单相变压器联结组别标号为“6”，记作“ⅠⅠ6”，具有这种联结组别的变压器称为反相变压器。

2.三相变压器联结组别

三相变压器联结组别不仅与绕组的同名端和首、末端标记有关，还与三相绕组的连接方法有关。

确定三相变压器联结组别的步骤是：

①根据三相变压器绕组联结方式（Y或y、D或d）画出高、低压绕组接线图（绕组按A、B、C相序自左向右排列）；②在接线图上标出相电势和线电势的假定正方向；③画出高压绕组电势相量图，根据单相变压器判断同一相的相电势方法，将A、a重合，再画出低压绕组的电势相量图（画相量图时应注意三相量按顺相序画）；④根据高、低压绕组线电势相位差，确定联结组别的标号。

下面举例具体说明。

1）Yy联结组别

图1-25所示画图为三相变压器Yy的一种接线。

第一步：

在接线图中标出相电势èA、èB、èC和èa、èb、èc和线电势èAB、èab的假定正方向和同名端，如图1-35（a）所示，从图中可见，每一铁芯柱上的高、低压绕组的首端为同名端。

第二步：

根据接线图画相量图。

先画出高压绕组的相量图，一般习惯上将A点画在左下方，按顺相序排列èA、èB、èC三相量，再根据同一铁芯柱上高、低压绕组相位关系，将A点与a点重合，画èa相量，由于A、a为同名端，则èA、èa同相位，降压变压器èA比èa画得长些，相量èax确定后，顺相序画出èb和èc相量，使x、y、z重合，则低压绕组的相量图画完。

第三步：

在相量图上分别画出线电势èAB、èab，根据èAB、èab相量的相位关系，确定联结组别的标号，由图1-25（b）可见，èAB和èab同相位，则联结组别的标号为0，联结组别为“Yy0”。

如果将上述接线图中的同名端改为异名端，如图1-26（a）所示画图，则其相量图见图1-26（b）画图，根据相量图可得三相变压器的联结组别为Yy6。

如果在与高压绕组AX、BY、CZ套在同一铁芯柱上的低压绕组依次为cz、by、ax时其接线图和相量图如图1-27所示画图，联结组别为“Yy4”。

因此，Yy联结的三相变压器，共有Yy0、Yy4、Yy8、Yy6、Yy10、Yy2六种联结组别，标号为偶数。

2）Yd联结组别

如果低压绕组按ax、by、cz顺序接法，同一铁芯柱上绕组首端为同名端，则其接线图如图1-28（a）所示画图，此时高、低压绕组相电势同相位，但低压绕组线电势èab滞后高压绕组线电势èAB30°，其相量图见图1-28（b）画图，从而可得三相变压器的联结组别为Yd1。

如果低压绕组按ax、cz、by顺序接法，同一铁芯柱上绕组首端为同名端，则其接线图如图1-29（a）所示画图，此时高、低压绕组相电势同相位，但低压绕组线电势èab超前高压绕组线电势èAB30°，其相量图见图1-29（b）画图，从而可得三相变压器的联结组别为Yd11。

考虑到高、低压绕组的首端可以是同名端也可以是异名端，而且与高压绕组AX、BY、CZ套在同一铁芯柱上的低压绕组可以是ax、by、cz，也可以是cz、ax、by或by、cz、ax，则Yd联结的三相变压器，共有Yd1、Yd5、Yd9、Yd7、Yd11、Yd3六种联结组别，标号为奇数。

3）标准联结组别

理论上，变压器可以有很多联结组别。

但实际上，为了避免制造和使用上的混乱，国家标准规定对单相双绕组电力变压器只有ⅠⅠ0联结组别一种。

对三相双绕组电力变压器规定只有Yyn0、Yd11、YNd11、YNy0和Yy0五种。

其中Yyn0组别的三相电力变压器用于三相四线制配电系统中，供电给动力和照明的混合负载；Yd11组别的三相电力变压器用于低压高于0.4kV的线路中；YNd11组别的三相电力变压器用于110kV以上的中性点需接地的高压线路中；YNy0组别的三相电力变压器用于原边需接地的系统中；Yy0组别的三相电力变压器用于供电给三相动力负载的线路中。

1.7.3实验确定绕组的极性和三相变压器的联结组别*（自学）

1.实验确定绕组极性

2.实验确定三变压器联结组别

课后复习要点：

1．熟悉变压器负载运行特性；

2．掌握三相变压器的组别判别。

作业：

P881-19、1-26（a）、（b）、1-27、1-28

（1）、

（2）