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指广
5 years ago
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1 . 变压器的数学模型变压器正负序参数与等值电路变压器零序阻抗与等值电路

2 一变压器的用途与分类变压器是一种静止电机, 将电能从一种电压形式 ( 等级 ) 转换成另一种电压形式 ( 等级 ) 根据用途不同, 变压器可以分为 : 电力变压器与特种变压器电力变压器 : 在电力系统中传输和分配电能特种变压器 : 其他用途的变压器, 包括电炉变压器试验变压器 ( 互感器 ), 等

3 根据相数, 分为 : 单相三相多相变压器等根据绕组数目, 分为 : 双绕组自耦三绕组多绕组变压器等根据铁心型式, 分为 : 心式壳式变压器等根据冷却方式, 分为 : 干式油浸式变压器等

4 心式壳式变压器

5 二电力变压器的结构变压器主要部件是绕组和铁心 : 绕组是变压器的电路, 铁心是变压器的磁路, 两者构成变压器的核心即电磁部分铁心的型式包括心式 ( 结构简单, 工艺简单, 应用广泛 ) 和壳式 ( 用在小容量变压器 ) 两种, 通常由.35mm 或.5mm 硅钢片叠成绕组用绝缘铜线在绕线模上绕制而成, 套装在变压器铁心柱上, 为了提高绝缘性能, 通常将低压绕组置于在内层, 而高压绕组套装在低压绕组外层除了电磁部分, 还有油箱冷却装置绝缘套管调压和保护装置等部件

6 三变压器的基本工作原理当一次绕组接交流电压后, 励磁电流在铁心中产生交变的主磁通 Φ Ф 在两个绕组中分别产生感应电势 e 和 e e dφ dt e dφ dt

7 不计绕组电阻和漏抗压降, 则 : / (-e )/(-e ) / 定义为变压器的变比 >, 为升压变压器 <, 为降压变压器

8 四变压器空载运行变压器的一次绕组接交流电源, 二次绕组开路, 负载电流为零, 称为变压器的空载运行一次绕组电流 i 产生励磁磁势 F i F 产生的磁通分为两部分 : 大部分以铁心为磁路, 同时与一次绕组和二次绕组匝链, 在两个绕组中产生电势 e 和 e, 称为主磁通 Ф; 另一部分磁通仅与一次绕组匝链, 通过油或空气形成闭路, 称为一次绕组的漏磁通 Ф σ

9 一次绕组电流 i 分为两部分,i μ 和 i Fe :i μ 用于激励主磁通, 称为磁化电流, 与电势 e 之间的相位差是 9, 是无功电流 ; i Fe 与铁心损耗相对应, 与 - e 同相位, 是有功电流 i 即是励磁电流 E m j X m X m 反映了变压器铁心的导磁性能, 代表了主磁通 Φ 对电路的电磁效应, 称为励磁电抗 ; m 是用来代表铁耗的等效电阻, 称为励磁电阻

10 用阻抗 m jx m 表示主磁通 Φ 的作用, 用阻抗 jx σ 表示一次侧绕组电阻和漏抗 X σ 的作用, 即可得到空载时变压器的等效电路和 X σ 受饱和程度的影响很小, 基本上保持不变 m 和 X m 随着饱和程度的增大而减小, 变压器正常工作时, 由于电源电压变化范围小, 铁心中主磁通的变化不大, 可以认为励磁阻抗 m jx m 基本不变

11 五变压器负载运行变压器的一次绕组接交流电源, 二次绕组接负载阻抗时, 二次绕组中有电流流过, 称为变压器的负载运行二次侧接负载 Z L, 流过电流 i, 一次绕组电流不再是 i, 而是 i 二次侧电流产生磁势 F i, 该磁势将力图改变磁通 Φ, 而 Φ 是由电源电压决定的, 基本不变一次绕组电流 i 产生磁势 F i,f 与 F 共同作用, 建立励磁磁势 F m, 相当于空载磁势 F, 保持 Φ 不变

12 磁势平衡方程则 m i i i i ( i i i ) i i L 其中,i L 为负载后一次绕组增加的电流负载后, 一次绕组中的电流由两个分量组成, 励磁分量 i 和负载分量 i L, 负载分量 i L 产生的磁势与二次绕组电流产生的磁势大小相等方向相反, 互相抵消满载时,i 只占 i L 的 -8, 可以忽略不计, 即 i i

13 除了通过铁心并与一次和二次绕组相交链的主磁通 Φ 之外, 还有少量仅与一个绕组交链且主要通过空气或油而闭合的漏磁通, 包括一次绕组的漏磁通 Φ σ 和二次绕组的漏磁通 Φ σ 分别用漏抗 X σ 和 X σ 表征两侧绕组的漏磁效应

14 负载时变压器的电压方程及两侧的等效电路 u u e e i i i i L L σ σ di dt di dt i m φ σ φ E ( jx E ( jx φ σ e e σ σ ) ) di L dt dφ dt dφ dt di L dt eσ σ eσ σ

15 由于一二次侧绕组匝数不同, 电势也不同, 难以将两侧的等效电路合并成一个完整的等效电路归算 : 将二次绕组归算到一次侧, 即假想将二次绕组的匝数变换成一次绕组的匝数, 而不改变一次和二次绕组原有的电磁关系 ( 归算前后二次绕组的磁势保持不变 ) 电流的归算 : 归算前后二次绕组的磁势保持不变电势的归算 : 归算前后铁心中的主磁通保持不变 E E 即 E E

16 阻抗的归算 : 归算前后二次绕组的传输功率损耗保持不变 X X σ σ 归算后变压器的电压方程及型等效电路与近似等效电路 ()

17 双绕组变压器型等效电路 σ X X σ m m X m E E ) ( ) ( jx E jx E σ

18 双绕组变压器近似等效电路 (Γ 型 ) X X X σ σ m m X m

19 双绕组变压器近似等效电路将励磁支路用导纳 Y m G jb m jx m 来表示, 近似等效电路 ()

20 六变压器的额定值额定容量 S : 在铭牌规定的额定状态下变压器输出的视在功率, 三相变压器指三相容量之和额定电压 : 铭牌规定的各个绕组在空载指定分接开关位置下的端电压, 三相变压器指线电压额定电流 : 根据额定容量和额定电压计算出的电流, 三相变压器指线电流

21 七变压器等效电路参数的测定 ( 双绕组 ) 等效电路中的参数 X m Xm 等通常通过短路试验和空载试验来确定短路试验 : 将变压器一侧三相短接, 在另一 W jx 侧施加可调的三相对称电压在试验中逐渐增加外施电压使电流 G jb A 达到额定值, 这时测得的三相变压器消耗的有功功率称为短路损耗, 测得的外施线电压值称为短路电压, 通常用占额定电压的百分数表示

22 短路电压 : 短路试验时, 使电流达到额定值时所加的电压 3 Z 因为 X >> 所以 3 X X 3 S 短路试验时, 加入电压较低磁通很小, 铁耗可以忽略, 近似等于铜耗 S 3 注意单位变化 S

23 空载试验 : 将变压器一侧三相开路 ( 不接负荷 ), 在另一侧施加额定的三相对称电压测出总的有功功率损耗和空载电流, 常用所占额定电流的百分数来表示 G jb jx 空载电流 : 空载试验时, 加额定电压, 一次绕组的电流 Ym Ym 3 S 因为 B >> 所以 B G B S S

24 空载试验时, 二次侧开路, 一次绕组电流是励磁电流, 较负荷电流小得多, 铜耗可以忽略, 近似等于铁耗注意单位变化 3G G G 3

25 例 - 有一台 SFL-/ 型降压变压器向 V 网络供电铭牌上给出的试验数据为 : 短路损耗 35W, 短路电压百分数. 5, 空载损耗 W, 空载电流百分数.8, S VA, / / V 求归算到高压侧的变压器参数, 并作等值电路解 : X 变压器的串联阻抗为 S 35.5 S 变压器的并联导纳为 G B 4.8 ( Ω) S.8 3. ( Ω) ( S) 6 ( S).8 等值电路 : -6 S 4.8 j63.53ω j3. -6 S

26 八变压器等效电路参数的测定 ( 三绕组 ) 以导纳表示励磁支路, 三绕组变压器的近似等效电路励磁支路的导纳参数的测定方法与双绕组变压器的相同, 绕组电阻与漏磁电抗的测定方法取决于绕组的容量关系三绕组容量关系有 ://() //5() /5/() jx jx G jb jx 3

27 直接提供三个短路试验所得到的短路损耗 (-) (-3) (3-) Ⅰ 类容量比变压器的短路试验 jx jx / 3 () ( )

28 jx 3 (3 ) 3 3 / jx (3) 3

29 / 3 jx jx (3) (3) 3 3 3

30 .. 变压器正序参数与等值电路 ) ( ) ( ) ( ) ( ) (3 3) ( 3 ) (3 3) ( ) ( 3) ( ) (3 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (3 3) ( 3 ) (3 3) ( ) ( 3) ( ) (3 ) ( S S S S X S X S X 3 3 3

31 Ⅱ 类容量比变压器的短路试验绕组的额定容量 3 绕组的额定容量 S S S S 3. 5S - 侧短路试验按额定电流测得 ( ), ( ) -3 侧短路试验按.5 倍额定电流测得 3- 侧短路试验按.5 倍额定电流测得, ( 3) (3), ( 3) (3)

32 短路损耗与电流的平方成正比, 短路电压与电流成正比 3) ( 3 3 3) ( ) (3 3 3 ) (3 4 ) ( 4 ) ( ) ( 4 ) ( 4 ) ( ) ( 3) ( 3) ( ) (3 ) (3 4 4 ) ( ) )( ( ) ( ) )( ( 3) ( 3 3 3) ( ) (3 3 3 ) (3 3) ( 3) ( ) (3 ) (3

33 .. 变压器正序参数与等值电路同理, 类容量比变压器的短路试验 ( ) (3) 4 4 () (3) () (3) () (3) 若只给出一个短路损耗, 即最大短路损耗,max, 则 () (5),max S ()

34 例 - 某发电厂内装设一台三绕组变压器, 容量为 VA, 三个绕组容量比为 //5, 额定电压为 4//.5V, 空载损耗 9W, 空载电流百分数.65, 高 - 中高 - 低中 - 低三个短路损耗 ( 未经归算 ) 分别为 ( ) 465W ( 3) 76W ( 3) 58W 高 - 中高 - 低中 - 低三个短路电压百分数 ( 已经归算 ) 分别为 ( ) ( 3) ( 3) 求归算到高压侧的变压器参数, 并作等值电路解 : 短路损耗的折算 (-3) (-3) () 4 4 ( ) (-3) (-3) 465(W) (W) (W)

35 例 - ( 续 ) 各绕组的短路损耗为 ( ) ( ) ( ) 5(W) ) 3 (4 96.5(W) 4) 3 ( (W) 3) 4 (465 ) ( ) (3 3) ( 3 ) (3 3) ( ) ( 3) ( ) (3 ) ( 各绕组的电阻为 ) 3.398( ).799( ).9( Ω Ω Ω S S S 各绕组的短路电压为 ( ) ( ) ( ) ) 8.8 ( ) 8.8 ( ) 4.7 (4.7 ) ( ) (3 3) ( 3 ) (3 3) ( ) ( 3) ( ) (3 ) (

36 例 - ( 续 ) 各绕组的电抗为 ).98( 4.6 ) ( ) ( Ω Ω Ω S X S X S X 并联导纳为 ( ) S G ( ) S S B S j3.3-6 S j45.875ω j.98ω j74.669ω 等值电路

37 变压器零序参数与等值电路变压器是静止元件, 其负序参数与正序参数相同变压器绕组中有无零序电流及其大小与变压器的结构和绕组的接线方式密切相关一双绕组变压器零序电压施加在变压器绕组的三角形侧或不接地星形侧时, 无论另一侧绕组的接线方式如何, 变压器中都没有零序电流流通, 变压器的零序阻抗等于无穷大零序电压施加在绕组联结成接地星形一侧时, 大小相等, 相位相同的零序电流将通过三相绕组经中性点流入大地, 构成回路, 在另一侧, 零序电流流通的情况则随该侧的接线方式而异?

38 变压器零序参数与等值电路从形式上来说, 双绕组变压器的零序等值电路仍然可以用前面介绍的型等值电路表示, 但是其中的激磁阻抗与变压器的结构以及中性点的接地情况有关, 而且等值电路中两侧端点与外电路之间的关系决定于绕组的连接方式 jx jx m jx m

39 变压器结构对零序激磁阻抗的影响我们知道, 正序的励磁电抗都是很大的, 这是由于正序励磁磁通均在铁芯内部, 磁阻很小零序的励磁电抗和正序不一样, 它与变压器的结构有很大关系由三个单相变压器组成的三相变压器, 各相磁路独立, 零序磁通可以按相在本身的铁芯中形成回路, 因而各序励磁电抗相等, 而且数值很大, 可以近似认为励磁电抗为无穷大对于三相五柱式和壳式变压器, 零序磁通可以通过没有绕组的铁芯部分形成回路, 零序励磁电抗也相当于无穷大三个单相变压器组成三相变压器三相五柱式变压器

40 变压器结构对零序激磁阻抗的影响对于三相三柱式变压器, 当在三相绕组上施加零序电压后, 三相磁通同相位, 磁通只能由箱壁返回, 在箱壁中产生感应电流, 油箱类似一个具有一定阻抗的短路绕组因此这种变压器的零序励磁电抗远小于正负序的激磁电抗, 其值可用试验方法求得

41 变压器零序参数与等值电路 z z z z z m z m 3 3 z n 3z n Y d(y/ 三角形 ) 联结三角形各相绕组中将感应零序电动势, 因零序电流三相大小相等相位相同, 所以它只在三角形绕组中形成环流, 而流不到绕组以外的线路上去零序阻抗 zzm z z 3zn z zm

42 变压器零序参数与等值电路 z z z z z m z m 3 3 z n 3z n Y y(y/y) 联结变压器星形接地侧流过零序电流, 不接地星形侧各相绕组中将感应零序电动势但由于不接地星形侧中性点不接地, 零序电流没有通路, 所以不接地星形侧没有零序电流, 变压器相当于空载零序阻抗 z z zm 3zn

43 变压器零序参数与等值电路 z z z m 3 z n 3z n Y yn(y/y) 联结变压器一次星形侧流过零序电流, 二次星形侧各绕组中将感应零序电动势, 二次星形侧的零序电流能否流通, 要看与二次星形侧相连的电路中是否还有接地中性点如果有, 则二次绕组中将有零序电流流通, 如果没有, 则二次绕组中便没有零序电流流通

44 变压器零序参数与等值电路二三绕组变压器在三绕组变压器中, 为了消除三次谐波磁通的影响, 一般总有一个绕组是联结成三角形的, 以提供三次谐波电流的通路因为三绕组变压器有一个绕组是三角形联结的, 在等值电路中可以忽略零序励磁阻抗通常的联结方式为 Y y d (Y /Y/ 三角形 ) Y yn d (Y /Y/ 三角形 ) Y d d(y/ 三角形 / 三角形 ) 等

45 变压器零序参数与等值电路 z z 3 z n z 3z n Y,y,d 联结变压器绕组中没有零序电流通过 z z z 3z 零序阻抗 n

46 变压器零序参数与等值电路 z z z 3 z n 3z n Y,yn,d 联结变压器绕组可通过零序电流, 绕组中能否有零序电流取决于外电路有无接地点

47 变压器零序参数与等值电路 z z z 3 z n 3z n Y,d,d 联结绕组都有零序电流零序阻抗 z z z z 3zn z z

48 例 -3 对于例 - 中的三绕组变压器, 在高压侧施加三相对称的零序电压, 试计算在以下四种情况下从该变压器高压侧看进去的等值零序阻抗 :() 高 / 中 / 低绕组的接线方式为 Y/ Y /Δ;() 高 / 中 / 低绕组的接线方式为 Y/ Y/Δ, 与中压绕组相连的电路的等值零序阻抗为.5j8.Ω, 高压侧中性点经.5Ω 的电抗接地 ; (3) 高 / 中 / 低绕组的接线方式为 Y/Δ/Δ, 高压侧中性点经.5Ω 的电抗接地解 : () 根据图 -a, 从高压侧看进去的变压器等值零序阻抗为 z z z (.9 j74.669) (3.398 j.98) 4.49 j7.74( Ω)

49 例 -3 ( 续 ) () 根据图 -b, 从高压侧看进去的变压器等值零序阻抗为 z ( z z ) z z 3z ( z z ) z ((.799 j45.875) (.5 j8.)) (3.398 j.98) (.9 j74.669) ((.799 j45.875) (.5 j8.)) (3.398 j.98) 3 ( j.5) j9.8( Ω) n (3) 根据图 -c, 从高压侧看进去的变压器等值零序阻抗为 z z z 3z n z z (.799 j45.875) (3.398 j.98) (.9 j74.669) 3 ( j.5) (.799 j45.875) (3.398 j.98) 4.94 j55.( Ω) z

电力工程基础——系统篇

电力工程基础——系统篇电气工程基础 - 系统篇石访 Email: shiang@sdu.edu.cn 上节回顾 : 对称分量法不对称三相系统的对称分量合成 F 12 = S Fabc -1 F abc = S F12-1 S 1 1 1 2 a a 1 2 a a 1 F c1 12 12 F a1 12 F b2 12 F a2 F b F a F c F c F c F F c2 b F c1 Fa F a F