2.4 三相变压器（课件）-《电机与拖动》同步精品课堂（人邮版）

项目2 变压器 2.4 三相变压器 《电机与拖动》人邮版（第4版） 同步精品课堂 1 学习目标 知识目标 1.能够理解三相变压器组和三相心式变压器磁路结构的特点，包括各相磁路的独立性、关联性以及铁芯结构的差异。 2.掌握变压器极性的概念，明确其反映的是原、副绕组感应电动势之间的相位关系。 能力目标 1.能够运用所学的三相变压器磁路结构知识，分析在不同工况下（如过载、三相不平衡等）变压器的运行性能，提出可能出现的问题及解决方案。 2.在面对综合性的电力工程问题时，能够从三相变压器相关知识出发，与其他电力知识（如电路原理、电机学等）相结合，构建完整的解决方案。 情感目标 1.培养学生对电气工程学科的兴趣和热爱，通过三相变压器知识的学习，感受到电力系统知识的系统性和复杂性，激发深入探索电气工程领域的好奇心。 2.通过小组协作，能够学会与他人沟通交流、分工合作，共同解决遇到的问题，培养团队协作精神，提高团队合作能力。 项目2 变压器 导入情景 01 电力变压器 新知学习 02 一、三相变压器磁路结构 三相变压器的磁路结构: 组式、心式。 （1）三相组式变压器的磁路特点 三相组式变压器： 由三台相同的单相变压器组合而成。 磁路特点: (1)三相磁路彼此独立，互不关联，即各相主磁通都有自己独立的磁路； (2)三相磁路几何尺寸完全相同，即各相磁路的磁阻相等； (3)外加三相对称电压时，三相主磁通对称，三相空载电流也对称。 新知学习 02 一、三相变压器磁路结构 （1）三相心式变压器的磁路特点 三相心式变压器的铁心结构是 从三相组式变压器铁心演变而来的。 磁路特点: (1)各相磁路不独立，每相磁通都要借助其它两相磁路而闭合; (2)各相磁路长度不等。中间相磁路长度略小于其它两相磁路长度，中间相磁阻略小于其它两相的磁阻； (3)外加三相对称电压时，三相主磁通对称，三相空载电流近似对称。 新知学习 02 二、三相变压器的极性与连接组 1.变压器的极性 因为变压器的一次绕组、二次绕组绕在同一个铁芯上，都被磁通Φ交链，故当磁通交变时，在两个绕组中感应出的电动势有一定的方向关系，即当一次绕组的某一端点瞬时电位为正时，二次绕组也必有一个电位为正的对应端点。这两个对应的端点，称为同极性端或同名端，通常用符号“”表示。 注意:绕组的极性只决定于绕组的绕向，与绕组首、尾端的标志无关。 新知学习 02 二、三相变压器的极性与连接组 在使用变压器或其他磁耦合线圈时，经常会遇到两个线圈极性的正确连接问题，如某变压器的一次绕组由两个匝数相等、绕向一致的绕组组成，如图 2-20(a)所示的绕组1-2和34。如每个绕组的额定电压为 110V，则当电源电压为 220V 时，应把两个绕组串联起来使用，接法如图 2-20(b所示;如电源电压为 110V，则应将它们并联起来使用，接法如图 2-20(c)所示。 新知学习 02 二、三相变压器的极性与连接组 当接法正确时,两个绕组产生的磁通方向相同，它们在铁芯中互相叠加。如果接法错误，如图 2-21 所示，则两个绕组产生的磁通方向相反，它们在铁芯中互相抵消，使铁芯中的合成磁通为零，在每个绕组中也就没有感应电动势产生，相当于短路状态，会把变压器烧毁。因此，同名端的判定是相当重要的。 新知学习 02 二、三相变压器的极性与连接组 2.变压器极性的判定 (1)对两个绕向已知的绕组。当电流从两个同极性端流入(或流出)时铁芯中产生的磁通方向是一致的。如图 2-20 所示，1 端和3 端为同名端，电流从这两个端点流入时，它们在铁芯中产生的磁通方向相同。同样可判断图2-22 中的两个绕组，1端和4端为同名端。 新知学习 02 二、三相变压器的极性与连接组 (2)对一台已经制成的变压器，无法从外部观察其绕组的绕向,因此无法辨认其同名端，此时可用试验的方法测定,测定的方法有交流法和直流法两种。 交流法。如图 2-23 所示，将一次绕组、二次绕组各取个接线端连接在一起，如图中的 2和4并在一个绕组上(图中为绕组)加一个较低的交流电压，再用交流电压表分别测量 各值，如果测量结果为=，则说明、绕组为同极性串联，故1和3 为同名端。如果=，则1和4为同名端。 新知学习 02 二、三相变压器的极性与连接组 直流法。用1.5V或3V 的直流电源，按图 2-24 所示方法连接，直流电源接在高压绕组上，而直流毫伏表接在低压绕组两端。在开关 S 合上的一瞬间，如毫伏表指针向正方向摆动则接直流电源正极的端子与接直流毫伏表正极的端子为同名端。 新知学习 02 二、三相变压器的极性与连接组 3.三相变压器的连接组 (1)三相变压器绕组的连接方法。三相电力变压器高、低压绕组的出线端都分别予以标记以供正确连接及使用变压器，绕组的首端和末端的标记如表 2-1 所示。 新知学习 02 二、三相变压器的极性与连接组 在三相电力变压器中，不论是高压绕组，还是低压绕组，我国均采用星形连接及三角形连接两种方法。 星形连接：把三相绕组的末端、、(或、、)连接在一起，而把它们的首端 (或、、）分别用导线引出，如图(a)所示。 三角形连接：把一相绕组的未端和另一相绕组的首端连接在一起，顺次连接成一个闭合回路，然后从首端、、(或、、）用导线引出，如图(b)及图(c)所示。 其中图(b)的三相绕组按、、的次序连接，称为序(逆时针)三角形连接。 而图(c)的三相绕组按、、的序接，称为顺序(顺时针)三角形连接。 新知学习 02 二、三相变压器的极性与连接组 新知学习 02 二、三相变压器的极性与连接组 (2)Yy 连接组。如图2-26(a)所示，变压器一次绕组、二次绕组都采用星形连接，而且首端为同名端，故一次绕组、二次绕组相互对应的相电动势之间相位相同，因此对应的线电动势之间的相位也相同，如图 2-26(b)所示。当一次绕组线电动势(长针)指向时钟的“12”时，二次绕组线电动势(短针)也指“12”，这种连接方式称为 Yy0连接组如图2-26(c)所示。 新知学习 02 二、三相变压器的极性与连接组 若在图2-26所示的连接绕组中，变压器一次绕组、二次绕组的首端不是同名端，而是异名端，则一次绕组、二次绕组相互对应的电动势相量均反向，将指向时钟的“6”，成为 Yy6连接组，如图 2-27所示。 新知学习 02 三、三相变压器并联运行 在变电站中，总的负载经常由两台或多台三相电力变压器并联供电，原因如下。 (1)变电站所供的负载一般总是在若年内不断发展、不断增加的，随着负载的不断增加可以相应地增加变压器的台数，这样做可以减少建站、安装时的一次投资。 (2)当变电站所供的负载有较大的昼夜或季节波动时，可以根据负载的变动情况，随时调整投入并联运行的变压器台数，以提高变压器的运行效率。 (3)当某台变压器需要检修(或故障)时，可以切换下来，用备用变压器投入并联运行以提高供电的可靠性。 三相变压器的并联运行是指几台三相变压器的高压绕组及低压绕组分别连接到高压电源及低压电源母线上，共同向负载供电的运行方式。 新知学习 02 三、三相变压器并联运行 为了使变压器能正常地投入并联运行，各并联运行的变压器必须满足以下条件。 (1)一次绕组、二次绕组电压应相等，即变比应相等。 (2)连接组别必须相同。 (3)短路阻抗(即短路电压)应相等。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 1： 三相心式变压器的磁路特点是（ ） A. 三相磁路彼此独立 B. 三相磁路长度相等 C. 中间相磁路较短 D. 三相磁路共用部分铁芯 答案：D 解析：三相心式变压器的三相磁路是相互关联的，它们共用部分铁芯，这是三相心式变压器磁路的典型特征。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 2： 判定变压器极性的常用方法是（ ） A. 直流法 B. 交流法 C. 电阻法 D. A 和 B 答案：D 解析：直流法和交流法是判定变压器极性常用的两种方法。直流法通过直流电源和指针式万用表判断极性；交流法利用交流电源和电压表测量来判定极性。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 3： 三相变压器的连接组与（ ）有关。 A. 绕组的绕向 B. 绕组的首末端标记 C. 三相电源的相序 D. 以上都是 答案：D 解析：三相变压器的连接组取决于绕组的绕向、首末端标记以及三相电源的相序，这些因素都会影响原、副绕组电动势之间的相位关系。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 4： 变压器连接组标号主要反映了变压器（ ）的关系。 A. 原、副边电压 B. 原、副边电流 C. 原、副边相序 D. 原、副边电动势相位 答案：D 解析：连接组标号是用来表示变压器原、副边电动势相位关系的一种标识。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 5： 在三相变压器中，同一相高、低压绕组的首端为同名端时，它们的感应电动势（ ） A. 同相 B. 反相 C. 相位差 90° D. 相位差 180° 答案：A 解析：同名端的定义决定了同一相高、低压绕组的首端为同名端时，它们的感应电动势同相。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 6： 连接组别不同时变压器并联运行，会导致（ ） A. 很大的环流 B. 负载分配不均匀 C. 电压波动大 D. 效率降低 答案：A 解析：连接组别不同时变压器并联运行，变压器二次侧电压的相位差很大，会在变压器之间产生很大的环流。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 7： 短路阻抗（短路电压）不等时变压器并联运行，会出现（ ） A. 负载分配不均匀 B. 环流 C. 过电压 D. 频率波动 答案：A 解析：短路阻抗（短路电压）不等时变压器并联运行，短路阻抗小的变压器分担的负载电流大，短路阻抗大的变压器分担的负载电流小，导致负载分配不均匀。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 8： 为了使变压器能良好地并联运行，要求（ ） A. 变比相等 B. 连接组别相同 C. 短路阻抗（短路电压）的标幺值相等 D. 以上都是 答案：D 解析：为了保证变压器并联运行的良好性能，变比相等、连接组别相同、短路阻抗（短路电压）的标幺值相等是基本要求。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 9： 当连接组别不同时，三相变压器并联运行会出现什么问题？为什么？ 答案： 问题：会产生很大的环流。 原因：连接组别不同意味着三相变压器二次侧电压的相位差很大。根据变压器并联运行原理，当将这样的变压器并联时，由于二次侧电压存在较大的相位差，就会在变压器之间形成很大的环流。环流会增加变压器的损耗，严重时可能损坏变压器，使变压器无法正常并联运行。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 10： 分析短路阻抗（短路电压）不等时三相变压器并联运行的情况。 答案： 情况：会出现负载分配不均匀的现象。 分析：在三相变压器并联运行中，根据负载分配与短路阻抗成反比的原理。当短路阻抗（短路电压）不等时，短路阻抗小的变压器分担的负载电流大，短路阻抗大的变压器分担的负载电流小。这种负载分配不均匀可能导致部分变压器过载，而其他变压器未充分利用，影响整个并联系统的效率和安全性，长期运行可能会缩短过载变压器的使用寿命并影响供电质量。 1.三相变压器组：各相磁路彼此独立。由三个单相变压器组成，每个单相变压器都有独立的铁芯。优点：便于运输、制造大型变压器，可单独对各相进行维修和试验。缺点：耗材多、成本高。 2.变压器的极性：指原、副绕组感应电动势之间的相位关系。同名端：同一时刻，两绕组中感应电动势极性相同的端钮。 3.变压器极性的判定 直流法：给变压器原绕组通直流电流，观察副绕组感应电动势的方向，从而确定同名端。 交流法：在原绕组施加交流电压，测量原、副绕组电压的相位关系来判定同名端。 课堂小结 04 作业布置 05 画出三相变压器组和三相心式变压器的磁路结构示意图，并简要说明各自的特点。 简述变压器极性的概念，并用自己的话解释为什么变压器极性的判定很重要。 分别阐述直流法和交流法判定变压器极性的原理和操作步骤。 感谢观看 $$