第四章變壓器

1、第四章變壓器Tran sformers本章教學基本要求1. 了解變壓器的主要結(jié)構(gòu)、基本工作原理及主要額定值的意義；2. 通過變壓器的負載運行分析，深入理解負載運行時變壓器各物理量之間的關系， 繞組折算的物理意義及其計算方法，掌握負載運行時的等值電路、相量圖、參數(shù)測 定及求解電壓變化率和效率，學會分析變壓器的運行性能；3. 熟悉三相變壓器的聯(lián)接組別，并能根據(jù)繞組接線圖判別其聯(lián)接組別或按照已知的 聯(lián)接組別畫出繞組的接線圖。本章教學重點和難點重點：1. 理解在不同運行狀態(tài)下 10、11和12等參數(shù)的物理意義；2. 變壓器的基本方程式、等值電路、相量圖；3. 三相變壓器的聯(lián)接組別。難點：負載運行時各量

2、之間的關系。本次課程內(nèi)容、重點和難點 內(nèi)容：變壓器的用途、基本工作原理、分類、 基本結(jié)構(gòu)、額定值；變壓器空載運行電磁狀 況、基本方程式、等值電路以及相量圖等。 重點：基本工作原理、空載運行時方程式、等 值電路以及相量圖。難點：電磁狀況4.1概述變壓器是一種變換交流電的靜止電氣設 備，本書以雙繞組電力變壓器為研究對象。變壓器的用途與分類變壓器按用途可分為：輸配電用的電力變 壓器，包括升、降壓變壓器等；供特殊電源用 的特種變壓器，包括電焊變壓器、整流變壓 器、電爐變壓器、中頻變壓器等；供測量用的 儀用變壓器，包括電流互感器、電壓互感器、 自耦變壓器（調(diào)壓器）等；用于自動控制系統(tǒng) 的小功率變壓器；用

3、于通信系統(tǒng)的阻抗變換器變壓器基本工作原理在同一鐵芯上分別繞有匝數(shù)為N1和N2的兩個高、低壓繞組，其中接電源的、ax繞從電網(wǎng)吸收電能的 AX繞組稱為原繞組（一次繞組），接負載的、向外電路輸出電能的 組稱為副繞組（二次繞組）。工作原理當原繞組外加電壓 U1時，原邊就有電流11流過，并在鐵芯中產(chǎn)生與 U1同頻率的交變主磁通，主磁通同時鏈繞原、副繞組，根據(jù)電磁感應定律，會在原、副繞組中產(chǎn)生感應電勢 E1、E2,副邊在E2的作用下產(chǎn)生負載電流12,向負載輸出電能。原理根據(jù)電磁感應定律則有：UiE1U2 E2UiU2EinE2 N2 deiNidtEiNi k“ dE2N2e2N2dt式中k為變壓器變比。

4、若忽略繞組內(nèi)阻和漏磁通，原、副繞組端電壓近似為:油浸式電力變壓器汕衣安全氣道變壓器主要結(jié)構(gòu)變壓器主要有：鐵芯、繞組、油箱、附件等組成硅鋼片疊法鐵芯是變壓器的磁路部分，由鐵芯柱（柱上套裝繞組）、鐵軛（連接鐵芯以形成閉合磁路）組成，為了減小渦流和磁滯損耗，提高磁路的 導磁性，鐵芯采用 0.35mm0.5mm厚的硅鋼片 涂絕緣漆后交錯疊成。小型變壓器鐵芯截面為矩形或方形，大型 變壓器鐵芯截面為階梯形，這是為了充分利用 空間。主要結(jié)構(gòu)2繞組是變壓器的電路部分，采用銅線或鋁線繞 制而成，原、副繞組同心套在鐵芯柱上。為便于絕緣，一般低壓繞組在里，高壓繞組在外，但大容量的低壓大電流變壓器，考慮到引出線工藝困

5、難，往往把低壓繞組套在高壓 繞組的外面。主要結(jié)構(gòu)3器身是指鐵芯和繞組裝在一起的整體。油箱是裝器身和變壓器油的，為了便于散熱，有的箱壁上焊有散熱管。變壓器油的作用是絕緣和冷卻。變壓器銘牌數(shù)據(jù)和主要系列1. 變壓器銘牌數(shù)據(jù)每臺變壓器都有一銘牌，上面標注著型號、額定值及其它數(shù)據(jù)，便于用戶了解變 壓器的運行性能。電力變壓器產(chǎn)品型號SL7 315/10產(chǎn)品編號額定容量315kV 使用條件戶外式額定電壓10000/400V冷卻條件ONAN額定電流18.2/454.7A短路電壓4%額定頻率50 Hz器身吊重 765kg相數(shù)三相油重380kg聯(lián)接組別Y yno總重 1525kg制造廠生產(chǎn)日期電力變壓器銘牌示意

6、圖變壓器銘牌數(shù)據(jù)1額定容量 SN它是變壓器額定工作條件下輸出能力的保 證值，是額定視在功率，單位：伏安（V?A）或千伏安（kV?A）或兆伏安（MVA）。一般容量在630kVA以下的為小型電力變壓器；8006300kVA的為中型電力變壓器；800063000kVA為大型電力變壓器；90000kVA及以上的為特大型電力變壓器。變壓器銘牌數(shù)據(jù)2額定電壓U1N/12N均指線值電壓。原邊額定電壓U1N是指電源加在原繞組上的額定電壓；副邊額定電壓 U2N是指原邊加額定電壓副邊空載時副繞組的 端電壓，單位有：伏（V）或千伏（kV）。變壓器銘牌數(shù)據(jù)3額定電流I1N/I2N均指線值電流。原、副邊額定電流是指在額

7、定容量和額定電壓時所長期允許通過的電流，單位有：安（A） 額定頻率fN指工業(yè)用電頻率，我國規(guī)定為50Hz。各量之間關系變壓器的額定容量、額定電壓、額定電流之間的關系為:單相變壓器Sn u 1N I 1N U 2N I 2N三相變壓器SN'- 3U 1N I 1N2N I 2N2. 主要系列（1）型號說明變壓器型號包括：基本代號、額定容量、額定電壓以及結(jié)構(gòu)性能特點。例如型號為：SL7-630/10，其中S”代表三相，L”代表鋁導線，7”代表設計序號，630”代表額定容量為 630kV?A, 10”代表高壓繞組額定電壓為10kV。(2)主要系列我國生產(chǎn)的各種變壓器系列產(chǎn)品有：S7、SL7、

8、S9、SC8等。其中SC8型為環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器。4.2單相變壓器的空載運行變壓器空載運行時的磁場變壓器空載運行也稱無載運行，它是指原邊加電源電壓，畐U邊開路的運行狀況。deiNi -U1i° MF 0i。s1es1me2N1- s1-t-t -N2 -tu空載運行N1、N2分別為原、副繞組匝數(shù)；U1為電源電壓；10為原邊空載電流； msi分別為主 磁通和漏磁通；E1、Es1、E2分別為原邊感應電勢、漏感電勢和副邊感應電勢；U20為副邊空載電壓。収釦I用空龍遠竹審肌圖說明漏磁通s1只占主磁通的(0.10.2)%，主磁通m與i0之間呈非線性關系，能向副邊傳遞 能量；而漏磁通s1與i

9、 0之間呈線性關系，不能向副邊傳遞能量。A la覺壓諾主尿行廉理禺變壓器各電磁量正方向規(guī)定各電磁量的正方向原則為：原繞組是電源的負載，則原邊各量按電動機慣例；副繞組是電源，則副邊各量按發(fā)電機慣例。具體規(guī)定如下：1. 由于u1是交流電，先任意規(guī)定u1的正方向；2. 正方向的 u1確定了 D的正方向；3. msi正方向與 0的正方向之間符合右手螺旋定則；4. E1、Es1正方向分別與 msi正方向之間符合右手螺旋定則；5. E2正方向與m正方向之間符合右手螺旋定則；6. E2正方向與u2的正方向相反。電壓、電勢與主磁通的關系1. 電勢與主磁通的關系電源電壓為正弦交流量，則主磁通也是正弦交流量，設主

10、磁通瞬時值為:mSin t根據(jù)電磁感應定律，原邊感應電勢為：eiN1ddtN d( mSin t) i dtN1mcos式中：Eim Ni電勢與主磁通的關系 同理可得副邊感應電勢為:dN2dttEimSin( t90 )e2N2mCOS tE2m sin( t 90 )用相量式表示為：EiE2廣2jN；j4.44 fN1j4.44 fN2(4-5 )90°。可見，感應電勢的大小與匝數(shù)和主磁通幅值成正比，相位滯后于主磁通相量2. 忽略繞組內(nèi)阻和漏磁通時原副邊電壓關系設忽略原繞組內(nèi)阻ri和原邊漏磁通si，則有：Ui EiU 2 U20 E2UiUiEiNi_kU2U20E2N2當k>

11、;i為降壓變壓器；k<i為升壓變壓器。 忽略繞組內(nèi)阻和漏磁通時空載運行相量圖叫,-E：乩詮苛屮 k軸i#Ei：i V：: | E2, Iho14Ei惟略1/L血：M變$玄找遠杠駁比T Eiit利博應電蚪柏就圖3. 考慮繞組內(nèi)阻和漏磁通時的電壓方程式I Or 1，同時考慮漏磁通的影響，原邊設原繞組內(nèi)阻為rl,當繞組內(nèi)通過電流時會產(chǎn)生壓降 電壓方程為：U i Ei Esi I o ri(4-7)式中Esi漏感電勢漏感電勢計算漏感電勢計算如下：N1根據(jù)d s1 則有：E si j siGNi'丘dt又根據(jù)電感定義可得:式中Lsi為原繞組漏電感，由于漏磁路中變壓器油和空氣這些非導磁物質(zhì)，

12、所以磁阻基本為常數(shù)，即漏磁路為線性磁路，則漏電感也為常數(shù)。Esi Nij 2j Lsi I ojxi I o(4-8)電壓方程式U i E i E si I 0 r1(4-10)Ei I o(r-i jx1)Ei I o z1式中x仁3 Lsi為原繞組的漏電抗，它是一個常數(shù)。所以，z仁ri+jxi為原邊的漏阻抗，它也是個常數(shù)。一般電力變壓器中，存在I or1<<E1，貝U ui - - ei，在研究ui和ei時，為了分析問題方便，往往忽略lori的影響。變壓器的空載電流問題： 由于電源電壓 ui為正弦交流電，所 以在單相變壓器中 ei和m也是按正弦 規(guī)律變化的。但變壓器磁路是由鐵磁

13、材 料組成的，是非線性磁路。在非線性磁 路中鐵磁材料具有飽和現(xiàn)象，所以當主 磁通為正弦變化，空載電流應如何變化 呢？1. 不考慮空載損耗時的空載電流在交流磁路中由于磁滯和渦流 的存在會產(chǎn)生鐵芯損耗，在原繞組 內(nèi)阻上會產(chǎn)生銅損耗，鐵損和銅損 之和即為變壓器空載損耗。如果不 考慮空載損耗時，變壓器空載電流I 0即為建立空載磁場的磁化電流I ，只起勵磁作用，不消耗有功功 率，它滯后-e190o,與主磁通同方 向不考慮空載損耗時的空載電流一般變壓器鐵芯工作在具有一定飽和程度的狀態(tài)下，所以當電源電壓為正弦波，感應電勢為正弦波，主磁通為正弦波時，磁化電流為尖頂波，讀者可通過平均磁化曲線©=?(i

14、卩)和主磁通曲線 =?( 3 t)，畫出磁化電流曲線 i卩=?( 3 t)，證明磁化電流為尖頂波。2. 考慮空載損耗時的空載電流空載損耗中主要是鐵損，銅損只占空載損耗的2%考慮空載損耗時，變壓器的空載電流I 0包含兩個分量：一個是磁化電流I 起勵磁作用，另一個是鐵損電流IFe,是有功分量，它與-el同相位?？蛰d電流用相量表示為：Io II Fe(4-6 )I2iFe說明空載電流、主磁通和感應電勢的相量圖如下圖所示。電力變壓器空載電流只占額定電流的(0.55 ) %隨著容量增大，空載電流相對越小?？蛰d電流中磁化電流是主要的，它一般約比鐵損電流大10倍，所以鐵損角aFe很小。變壓器空載運行時相量圖

15、與等值電路1.相量圖ih1:11-E1ipH, f ho吏壓Li空"ffoffUHS相量圖的說明實際上Dr 1和j 0x1都很小，為了能清楚表示它們之間的相位關系，將這兩相量放大畫了,一般漏阻抗壓降小于 0.5%UN, u1疋-e1，圖中為 0與u1之間的夾角，稱為空載時的功率 因數(shù)角，cos 0 0 - 90o,所以變壓器一般不空載運行，因為功率因數(shù)很低。2.等值電路變壓器中既有電路、磁路問題，又有電與磁之間相互聯(lián)系問題。為了分析問題方便，在不改變變壓器電磁關系條件下，工程上常用一個線性電路來代替變壓器這種復雜的電磁關系, 這個線性電路就稱為等值電路。等值電路的推導由原邊AX端看存

16、在：U1 E1 I。乙Zo-I 0 I o式中廠E1ZmrmI 0其中zm稱為勵磁阻抗；rZ1ZmZ1I 0jXmm稱為勵磁電阻，它表示鐵芯中的損耗；xm稱為勵磁電抗，它表示鐵芯中主磁通產(chǎn)生的電抗。zm rm xm統(tǒng)稱為變壓器勵磁參數(shù)。等值電路變壓器空找 運彳亍時的鴿值電路勵磁參數(shù)它們可通過實驗測得，由于鐵芯有飽和現(xiàn)象，rm和xm不是常數(shù)，是隨鐵芯飽和程度增大而減小的參數(shù)，但實際上，電源電壓可近似認為穩(wěn)定，故勵磁參數(shù)也可近似認為 常數(shù)。課后復習要點與作業(yè)復習要點：變壓器空載運行時電磁關系、工作原理、等值電路和相量圖等。思考題：P131 4-1、4-3、作業(yè)：1. P132 4-2、4-8、4-

17、92. 試證明磁路飽和條件下，當磁通為正弦波時，勵磁電流為尖頂波。（畫圖證明）本次課程內(nèi)容、重點內(nèi)容：變壓器負載運行電磁狀況、基本方程式、等值電路、相量圖、繞組折算、變壓器等參數(shù)測定。重點：負載運行時方程式、等值電路、相量圖以及折算。參數(shù)測定結(jié)合實驗報告自學4.3單相變壓器的負載運行變壓器負載運行是指原邊接電源，副邊接負載zL時的工作狀態(tài)。如下圖所示，這時副邊有負載電流12通過，原邊電流為I 1 ,各量正方向規(guī)定與空載運 行時相同。變壓器負戟適f丁麻理圏變壓器負載運行時電磁關系UiiisiiiNiesiFieme2U2i2N2F2丿2s2es2負載運行時的磁勢平衡方程式 從負載運行的電磁關系分

18、析可知，由于 副邊出現(xiàn)了負載電流12,在副邊要產(chǎn)生磁勢 F2=I 2N2，使主磁通發(fā)生變化，從而引起曰、E2的變化，Ei的變化又使原邊從空載電流I 0變化為負載電流11，產(chǎn)生的磁勢為 F仁IiNi，它 一方面要建立主磁通 m,另一方面要抵消 F2 對主磁通的影響。由于負載時的I izi很小，約占6%U1N,忽略I izi時有ui - ei，則可認為 空載時主磁通與負載時主磁通近似相等 磁勢平衡方程式磁勢方程式Fi Fo ( F2)Ii NiI 0 Ni ( I2N2)(4-13 )將上式兩邊同除于 N1，得：N2I2Il I 0 (2丨2) I0 (-)N1k說明負載時原邊負載電流由兩部分組成

19、：一部分是勵磁分量O用以產(chǎn)生負載時的主磁通，它基本不隨負載變化； 另一部分是負載分量-2/k,用以抵消副邊電流 2對主磁通 產(chǎn)生的影響，它隨負載變化而變化。由于2<< n，忽略時，原、副邊電流關系為：Ii或用有效值表示為：上血 1I2 N1 k上式表明，負載運行時，原、畐燦電流與它們的匝數(shù)成反比，說明變壓器在變電壓的同時, 也能變電流。負載運行時的基本方程式原邊：E1|0(咕 jXm) I0 ZmE1 I0(rmjXm) I 0 Zm副邊：U2E2l2(2jx2)E2 I 2 z2U2I 2(rLjXL)I2 Zl原、副邊 Ei k E2 I 110( 12/k)式中r2、x2、z

20、2分別為副繞組的內(nèi)阻、漏電抗和漏阻抗，zL為負載阻抗。變壓器的參數(shù)折算1. 折算的目的在對變壓器進行定量計算時可用上述6個方程聯(lián)立求解，但計算復雜，為了方便計算，引入折算法。變壓器折算目的是：簡化定量計算和得出變壓器原、副邊之間有電的聯(lián)系的等 值電路折算原則和折算方法2. 折算原則變壓器折算原則：折算前后變壓器中的主磁通、原、副邊的漏磁通的數(shù)量和空間分布情況 不變，保持輸出功率、損耗不變。3. 折算方法將原、副邊繞組匝數(shù)變換成相同匝數(shù)，一般是副邊向原邊折算，即用匝數(shù)為N1的原繞組匝數(shù)，代替副繞組匝數(shù)，并保持副邊的磁勢不變， 折算后的各物理量右上角都加 "”。 (1)電壓、電勢的折算E

21、2j4.44fN2 m, E2j4.44 fN1 mE2 E1 k E2同理有：U2 kU2(2)電流的折算 保持副邊磁勢不變則有:巴I2 SNik(4-17 )(3)阻抗的折算根據(jù)折算前后功率不變原則有:同理有:X2k2x2(4-19 )Z2k2z2Zlk2ZL(4-19)說明副邊向原邊折算時，單位為V”勺折算值等于原值乘變比 k ；單位為A”的 折算值等于原值乘變比 k的倒數(shù)；單位 為”的折算值等于原值乘變比k的平方。如果原邊向副邊折算，求折算值時 做逆運算。4.3.4折算后變壓器的基本方程式原邊：UiEl liziElI0 ZmU 2 E 2 I 2 Z2副邊：U 2 I 2 ZLE2E

22、iZ2Zl原、副邊：11 lo ( l2)Ei E24.3.5等值電路1. T”型等值電路由原邊AX端看存在:(4-20)z匕旦山ZiIiliEiIo ( I 2 )ZiZi說明EiE211 1ZmZ2Zl上式表明，從 AX端看進去的等效 阻抗是由負載阻抗 zL /與副邊漏阻抗Z2 /串聯(lián)后再與勵磁阻抗 zm并聯(lián)，最后 與原邊漏阻抗z1串聯(lián)。所以等值電路因 為其形狀像字母 T,故稱為T”型等值電 路。T”型等值電路Ei=Ei0-1d變爪益T熨等值電路2. r”型簡化等值電路r型等值電路雖能準確反映變壓器內(nèi)部電磁關系，但它是串、并聯(lián)電 路，計算較復雜。由于 z1<<zm,為了簡 化計

23、算，將勵磁支路左移到電源端，使 其成為T”等值電路，近似后所引起的 誤差，工程上允許。r”型等值電路丄 a變壓器F型等值電路3. 簡化等值電路由于10<<|1,當忽略10時，勵磁支路可忽略，則等值電路變成了一”字形，稱為 簡化等值電路，如下圖（a）所示。如果令 zzkjXk乙Z2（ri D） j（M X2）式中zk、rk、xk分別稱為短路阻抗、短路電阻和短路電抗，它們統(tǒng)稱為變壓器的 短路參數(shù)，可通過短路實驗測得。簡化等值電路也可表示為下圖（b）的形式。簡化等值電路A o_ J_買f_丄戎【訐i；gUl(n)變床器的簡化等值電路Cl) I436相量圖和功率關系1.相量圖相量圖能直觀的

24、表現(xiàn)變壓器各物理量之間的相位關系。變壓器所帶的負載不同，相量圖也不同，通常變壓器的負載為感性，如已知U2、12、I2滯后U2 0 2角、變比k、變壓器參數(shù)門、x1、r2、x2、rm xm繪制相量圖的步驟如下。繪制相量圖的步驟 根據(jù)變比k計算出U2'、I2 '、r2 '、x2' 按比例畫相量u2/> 2使u2,超前 2 0 2角 在相量 u2'上依次畫相量2' r2'(使 2 r2'/ 2 )和2 ' x2 '(使 2' X2'丄2'),得到相量 e仁02 畫出超前 e190 °

25、;的主磁通m 根據(jù)2=- ei/zm畫出相量 0,使它超前m鐵損角a Fe 畫出相量-2'，根據(jù) 2= 2+(- 2')畫相量2; 畫出相量-ei，在-ei上依次畫出相量 1rl( 1rl / 1)和nxi( nxi± H)，便得到相量 ui, ui與1的夾角是原邊的 功率因數(shù)角。變壓器帶感性負載的相量圖如圖4-i4所示，為了清楚起見圖中原、畐U邊的阻抗放大了，但實際存在 Ui Ei, L2 E2o變壓器帶感性負載的相量圖和變壓器帶感性負載的簡化相量圖聽延廳吋的mas2. 功率關系根據(jù)原邊電壓方程式與原邊電流i點積再乘以相數(shù)m后得:jx) limU i 11 m( E

26、i) 11 m11(ri2 m( Ei) (I o 12) mIi ri2 2 ml 0rm m Ei 12 mIi r22 2ml 0rm m E2 12 mli riPFeml 2rmPcuimli2ri其中勵磁電阻rm上的鐵損為:原繞組內(nèi)阻r1上的銅損為： 原邊功率原邊傳遞到副邊的電磁功率為：Pem mE2 I2pFeFemPcui從電源輸入的有功功率為：R mUi Ii mU1I1cos 1式中m為相數(shù)，當n=i為單相變壓器；n=3為三相 變壓器，U1、Ii分別為原邊的相電壓和相電流。副邊功率根據(jù)副邊電壓方程式與副邊電流2點積再乘以相數(shù) m后得：mU 2 12 m E2 12m|2（r

27、2 jx2 ） 122mE2 |2 ml22Fem Pcu2 R22式中副繞組內(nèi)阻r2上的銅損為：pCu2 ml2 r2ml；r2變壓器輸出的有功功率為：P2 mU 2 l 2 mUzCOS 2Rem Pcu2式中U2 '（或C2）、12 '（或12）分別為副邊的相電壓和相電流。4.4變壓器參數(shù)的實驗測定變壓器的參數(shù)有勵磁參數(shù)和短路參數(shù)，只有已知參數(shù)，才能運用 前面所介紹的基本方程式、等值電 路或相量圖求解各量。對制造好的 變壓器，其參數(shù)可通過實驗測得。變壓器空載實驗通過空載實驗可得勵磁參數(shù)、 變比和鐵損等數(shù)據(jù)。空載實驗接線圖變壓器空載實驗按技n說明為了便于測量和安全，空載實驗

28、一般在副邊做，即在低壓繞組 ax上加電壓 12N,高壓繞組 AX開路，測量電壓 12、 空載電流120、輸入功率P0和開路電壓 U10o因變壓器空載時無功率輸出，所以 輸入的功率全部消耗在變壓器的內(nèi)部，為鐵芯損耗pFe和空載銅耗l202r2之和，但 空載電流120很小，pFe»l202r2,故可忽略空載銅耗，認為 P0 pFe=I 202rmo空載實驗數(shù)據(jù)計算根據(jù)測得的空載實驗數(shù)據(jù)可計算單相變壓器的參數(shù):變比為：U 2NZ01空載阻抗：1 20Z0U 2NR)I 20空載電阻：r°I 21 20其中Z。ZiZm；r°rirm實驗說明1由于ZmZi；rmri勵磁阻抗

29、：U 2N1ZmZ0P0I 20勵磁電阻：rmr0 2I 20勵磁電抗：實驗說明2Xm.Z；2rm由于空載實驗在低壓側(cè)做，計算所得的勵Zm 乙；rm可認為k吐旦Ni U10ri磁參數(shù)是低壓側(cè)的值，如需折算到高壓側(cè)，各 計算值應乘k2，還應注意的是，勵磁參數(shù)隨電壓的大小而變化，計算時要取額定電壓下的數(shù) 據(jù)。對于三相變壓器測得的功率是三相的，而 勵磁參數(shù)是指每一相的，故在計算時應將三相 功率除以3，即取一相功率計算，同時應將測得的線值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相值數(shù)據(jù)，讀者可自己推導 三相變壓器空載實驗的參數(shù)計算公式。442變壓器短路實驗通過短路實驗可得短路參數(shù)、銅損等數(shù) 據(jù)。短路實驗接線圖如下圖所示。單相變圧器

30、(b三相變壓罷變壓器短路實驗後線圖短路實驗說明1變壓器短路實驗一般在高壓側(cè)做，即原邊加電 壓，副邊短路。應注意的是，由于變壓器的短路阻抗 zk 一般很小，當原邊的電流達到額定值時，原邊所加 的電壓很低，所以在短路實驗時，變壓器的高壓繞組 前接自耦變壓器，將自耦變壓器的輸出電壓由零開始 慢慢升高，直至短路電流為額定電流為止，記錄原邊 的短路電壓Uk、電流11和輸入功率Pk數(shù)據(jù)。 短路實驗說明2短路實驗時，變壓器副邊無功率輸出，輸入功 率全部消耗在內(nèi)部，由于當繞組中短路電流為額定 值時，原邊所加的電壓很低，主磁通比正常運行時 小很多，鐵芯損耗 pFe與銅損pCu相比可忽略，短路 損耗中主要是原、副

31、邊的銅損，即有：Pk- pCu=pCu1+ pCu2。短路參數(shù)計算根據(jù)測得的短路實驗數(shù)據(jù)可計算單相變壓器的參數(shù)短路阻抗：Zk 上Il(4-24)短路電阻：rk 與I1；2 2短路電抗：Xk : Zk rk根據(jù)規(guī)定，測得的電阻應換算到國標規(guī)定的對于銅線:對于鋁線:k75 Crk75 Crk234.5 75234.575 C時的數(shù)值，換算公式為:(4-25)228 75228式中B為實驗時的環(huán)境溫度(C)說明在75 C時的短路阻抗為:(4-26 )對于三相變壓器應注意用相值計算，所得的參數(shù)也是每相值。如果要將原、副邊參數(shù)分開，可近似認為：r 1 r2'； x1 x2 '；z1 z2

32、'。標幺值標幺值是指某個物理量的實際值與其所選定的同一單位的固定值的比值，即:標幺值實際值（任意單位） 基值（與實際值同單位_）為了與實際值區(qū)分，標幺值都用在其右上角加* ”號表示。基值的選取是任意的，在變壓器中，一般選額定值作為各物理量的基值，但存在有相互關系的幾個物理量 中，所選基值的個數(shù)并不是任意的，當某幾個物理量的基值已被確定，其它物理量 的基值也就跟著確定了。如單相變壓器，當選定原邊的額定電壓和額定電流作為電 壓和電流的基值時，原邊每相阻抗的基值也就確定了，應為額定電壓除以額定電流，即：Z1N=U1N/I1N標幺值在變壓器和電機的工程計算中，為了分析和運算的方便，往往采用標幺

33、值。變壓器 原、副邊電壓、電流、阻抗的標幺值為：U2 .U 2N* U1 . 廣;M*U1*U1 金;U2Il1 .I 1N乙U1 /11Z1Z1NU 1 N/I1NZ2Z2I 2I 2I 2NU2/I2u2*U 2N/I2N I 2采用標幺值時，變壓器的短路阻抗標幺值與額定電流下的短路電壓標幺值相等，即 有：zkzkI kzkU kZkU kZ1NU 1 n/I1N U1N U 1 N用標幺值來表示各物理量的優(yōu)點1. 采用標幺值時，不論變壓器的容量大小，變壓器的參數(shù)和性能指標總在一定的范圍內(nèi)，便于分析和比較。例如電力變壓器的短路阻抗標幺值zk*=0.050.10，如果求出的短路阻抗標幺值不在

34、此范圍內(nèi)，就應核查一下是否存在計算或設計錯誤。2. 采用標幺值能直觀地表示變壓器的運行情況。例如已知一臺運行著的變壓器端電 壓和電流為 35kV、20A,從這些實際數(shù)據(jù)上判斷不出什么問題，但如果已知它的標 幺值為Uk*=1.0、|k*=0.6，說明這臺變壓器欠載運行。3. 采用標幺值時，原、副邊各物理量不需進行折算，便于計算。例如副邊電壓向原邊折算為：，采用標幺值時為:課后復習要點I*U2U2U1NkU2kU2NU2U 2N*U21. 變壓器負載運行時的電磁關系、工作原理、等值電路、功率關系等2. 結(jié)合實驗指導書自學變壓器參數(shù)的實驗測定內(nèi)容3. 自學標幺值內(nèi)容4. 預習變壓器運行特性和三相變壓

35、器思考題：P132 4-9、4-17 作業(yè)：1） P132 4-18、2）分別定性畫出變壓器 帶感性負載、電阻性負載和電容性負載的相量圖 本次課程內(nèi)容、要求和重點 內(nèi)容:變壓器的運行特性和三相變壓器要求：1. 了解三相變壓器結(jié)構(gòu)和磁路特點2. 掌握三相變壓器聯(lián)結(jié)組別3. 了解標準聯(lián)結(jié)組別的應用 重點：變壓器外特性、聯(lián)結(jié)組別。4.5變壓器的運行特性變壓器的運行特性有外特性U2=?( I 2)和效率特性n =?( I 2)而變壓器的主要性能指標是電壓 變化率。電壓變化率和外特性變壓器外特性是指當 U1=U1N, cos 0 2=常數(shù) 時，副邊端電壓隨負載電流變化的規(guī)律， 即：U2=?( I 2)曲

36、線。變壓器外特性由于變壓器內(nèi)部存在漏阻抗，當有負 載電流時，就會產(chǎn)生 電壓降，輸出電壓是 隨負載電流變化而變 化，其變化規(guī)律與負 載的性質(zhì)有關。電壓變化率為了表征電壓隨負載電流變化的程度，可用電壓變化率 U*表示。電壓變化率是指在原邊 加額定電壓，副邊空載電壓與某一功率因數(shù)下的 額定負載的副邊電壓差值與副邊額定電壓的比值 用百分數(shù)來表示，即有：(4-28 )U* U2N U2100% 皿坐 100%U 2NU 1N電壓變化率反映了變壓器電壓的穩(wěn)定性，是 一項重要的性能指標。電壓變化率可根據(jù)簡化等值電路的相量圖，推導出電壓變化率的公式為：u* UlN U 2 100%U 1 N(4-31 )IW

37、kCOS 2 XkSin 2)U1N式中卩=I 1/I 1N=I 2/1 2N,稱為變壓器的負載系數(shù)。簡化等值電路的相量圖用標幺值表示時電壓變化率公式用標幺值表示時，電壓變化率公式為:U *(r；cos 2 x；sin 2)(4-33)從上式可見，變壓器的電壓變化率與短路參數(shù) rk和xk、負載系數(shù)卩、負載功率因數(shù)角 0 2有關，當 負載為電阻性或感性時，電壓變化率U*>0，且電阻性負載電壓變化率小于感應負載的電壓變化率； 當負載容性時，一般情況下，Irkcos 0 2|<| xksin 0 2|使電壓變化率 U*<0,外特性上翹變壓器效率和效率特性變壓器的效率為：P2P Pp

38、1 -P PP2P式中刀p=pFe+pCu是變壓器的總損耗，P1為變壓器的輸入功率，P2為變壓器的輸出功率。 變壓器損耗由前面分析可知，變壓器的空載損耗主要是鐵損，它不隨負載變化而變化，有P0疋pFe,所以鐵損是不變損耗。銅損耗包括原、副繞組上的銅損，它 與負載電流的平方成正比，隨負載電流的變化而變 化的，并與短路實驗電流為額定值時的輸入功率存 在如下關系：®2PkN pCu,銅損耗是可變損耗。變壓器效率公式設：P2=mUI 2cos 0 2 mUN 卩 I 2Ncos 0 2=卩 SNcos 0 2則效率公式為:P。PkNSn cos 2F0(4-36 )從上式中可見，變壓器的效率

39、與P0、PkN、負載的性質(zhì)以及負載率有關。效率特性是指當負載 功率因數(shù)為常數(shù)時，效率與負載系數(shù)的關系，即n =?（卩）。變壓器效率曲線n =? （ 3） 由曲線可見，當負載變 化到某一值時，效率為最大， 即為n max對應的負載系數(shù)時的負載系數(shù)為:m PkNP或m(4-37 )為卩m對式（4-36 ）求導， 并令d n /d 3 =0,得最高效率可見，當不變損耗等于可變損 耗時，變壓器效率為最高 。三相變壓器廣泛應用于電力系統(tǒng)中。特點：在對稱三相負載下運行時，變壓器 的各相電壓、電流大小相等，互差 120 ° 相角，三相完全對稱。三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相變壓器結(jié)構(gòu)分：組式、芯式。 組

40、式：由三個容量與結(jié)構(gòu)完全相同的單相 變壓器組成的三相變壓器。特點：是每相都有自己獨立的磁路，互不相 關，各相的勵磁電流在數(shù)值上完全相等。 組式如也7匚相組式變壓器磁路系統(tǒng)組式應用三相組式變壓器優(yōu)點是：對特大容 量的變壓器制造容易，備用量小。但其鐵 芯用料多，占地面積大，只適用于超高 壓、特大容量的場合。芯式變壓器特點：是三相磁路相互關聯(lián)，磁路 長度不等，當外加三相對稱電壓 時，三相勵磁電流不對稱，但因 勵磁電流很小，可忽略對負載運 行的影響，這種結(jié)構(gòu)的變壓器稱 為三相芯式變壓器。芯式變壓器應用：大、中、小容量的變壓器廣泛用于 電力系統(tǒng)中。優(yōu)點：節(jié)省材料，體積小，效率高，維護 方便。芯式變壓器結(jié)

41、構(gòu)芯式變壓器三相芯式變壓器磁路系統(tǒng)462三相變壓器的繞組聯(lián)接組別 三相繞組接線有：星形聯(lián)結(jié)、三角形聯(lián)結(jié) 星形聯(lián)結(jié)記作：Y”或“三角形聯(lián)結(jié)記作：D”或d”繞組標記繞組名稱單相變壓器二相變壓器中性點首端末端首端末端高壓繞組AXA、B、CX、Y、ZN低壓繞組axa、b、cx、y、zn星形聯(lián)結(jié)星形聯(lián)結(jié)的三相繞組特點：三個末端連接在一起形成中性點，如果將中性點引出，就形成 了三相四線制了，表示為 YN或yn。ABCX Y Z星形聯(lián)結(jié)三角形聯(lián)結(jié)三角形聯(lián)結(jié)的三相繞組接法 有兩種。三憑形聯(lián)結(jié)1. 高低壓繞組中電勢的相位變壓器的同一相高、低壓繞組都是繞在同一鐵芯柱上，并被同一主磁通鏈繞，當 主磁通交變時，在高、

42、低壓繞組中感應的電勢之間存在一定的極性關系同名端同名端：在任一瞬間，高壓繞組的 某一端的電位為正時，低壓繞 組也有一端的電位為正，這兩 個繞組間同極性的一端稱為同 名端，記作“”。EakG）繞向相同,標記相同繞向相反,標記相反（小相量圖同相位單相變壓器2. 聯(lián)結(jié)組別通過變換變壓器繞組的聯(lián)接方式，改變變壓器原副邊感應電勢或電壓的相位。變壓器聯(lián)結(jié)組別用時鐘表示法表示規(guī)定：各繞組的電勢均由首端指向末端，高壓繞組電勢從 A指向X,記為“沁，簡記為"eA，低壓繞組電勢從 a指向x,簡記為ea o時鐘表示法時鐘表示法：把高壓繞組線電勢作為時鐘的長針，永遠指向12”點鐘，低壓繞組的線電勢作為短針，

43、根據(jù)高、低壓繞組線電勢之間的相位指向不同的鐘點。單相變壓器組別單相變壓器高、低壓繞組電勢相位關系只有同相位和反相位兩種，因此只有同相變壓器和反相變 同相變壓器記作 “II 0”EakG）繞向相同，（b）繞向相反標記相同標記相反同相位單相變壓器反相變壓器記作 “II 6”（溯野（常齡©相量圖 反相位單相變壓器3. 三相變壓器聯(lián)結(jié)組別確定三相變壓器聯(lián)結(jié)組別的步驟是： 根據(jù)三相變壓器繞組聯(lián)結(jié)方式（Y或y、D或d）畫出高、低壓繞組接線圖（繞組按A BC相序自左向右排列）； 在接線圖上標出相電勢和線電勢的假定正方向 畫出高壓繞組電勢相量圖，根據(jù)單相變壓器判斷同一相的相電勢方法，將A、a重合，再

44、畫出低壓繞組的電勢相量圖（畫相量圖時應注意三相量按順相序畫）； 根據(jù)高、低壓繞組線電勢相位差，確定聯(lián)結(jié)組別的標號。Y接、D接的相量圖要點：采用雙下標、順相序 例題1接線圖川以圏Y弭聯(lián)結(jié)組別的接線圖和相量圖例題3(a)樓線圖0:Yy4廄薩紹別的諼我僅禮相苛陽總結(jié)Yy聯(lián)結(jié)的三相變壓器，共有 YyO、Yy4、Yy8、Yy6、Yy1O、Yy2六種聯(lián)結(jié)組別，標號 為偶數(shù)。例題4Ydl茨結(jié)組別的接蜿圈和相雄國例題53）按線閨相軸圖Ydim結(jié)押別的接次閹和相觥餌Yd聯(lián)結(jié)組別總結(jié)Yd聯(lián)結(jié)的三相變壓器，共有 Ydl、Yd5 Yd9、Yd7、Yd11、Yd3六種聯(lián)結(jié)組別，標號為奇數(shù)。標準聯(lián)結(jié)組別為了避免制造和使用

45、上的混亂，國家標準規(guī)定對單相雙繞組電力變壓器只有II0聯(lián)結(jié)組別一種。對三相雙繞組電力變壓器規(guī)定只有 Yyn0、Yd11、YNd11、YNy0和Yy0五種。標準組別的應用Yyn0組別的三相電力變壓器用于三相四線制配電系統(tǒng)中，供電給動力和照明的混合負載；Yd11組別的三相電力變壓器用于低壓高于0.4kV的線路中；YNd11組別的三相電力變壓器用于110kV以上的中性點需接地的高壓線路中；YNy0組別的三相電力變壓器用于原邊需接地的系統(tǒng)中；Yy0 組別的三相電力變壓器用于供電給三相動力負載的線路中。 其他用途變壓器（自學）自學具體要求：1、自耦變壓器 分析自耦變壓器結(jié)構(gòu)特點和工作原理。 熟悉電壓關系

46、、電流關系、容量關系，特別要注意變壓器容量和繞組容量的概念。 自耦變壓器的優(yōu)缺點和適用范圍。2、交流互感器 電壓互感器的工作原理和使用注意事項。 電流互感器的工作原理和使用注意事項課后復習要點 ：自學 實驗確定繞組的極性和三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別 * 熟練： 已知接線圖 畫向量圖 判別組別 已知組別 畫向量圖 畫接線圖 思考題： P133 4-23 、4-31 、4-32 、4-31 、4-32作業(yè)： P133 4-22 、4-24 （1）（3）、 4-25 （1）（3）、 4-33本章小結(jié)本章內(nèi)容：主要介紹了變壓器基本工作原理和運行特性； 三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別問題； 自耦 變壓器、儀用互感器的結(jié)

47、構(gòu)和特點等。1 變壓器是利用電磁感應原理將某一電壓等級的電能轉(zhuǎn)換成相同頻率的另一電壓等級的電能 的靜止電器，在變換電壓的同時，還能變換電流2 在變壓器中不僅有電路問題，還有磁路問題，所以它的基本工作原理是建立在電磁 感應和磁勢平衡關系上的?；痉匠淌?、等值電路、相量圖是描述變壓器內(nèi)部電磁 關系的工具，有關變壓器的基本理論也可推廣應用于交流電機中。3 通過空載和短路實驗，可求得變壓器勵磁和短路等參數(shù)。 變壓器的電壓調(diào)整率是表征負載運行時的副邊電壓穩(wěn)定性和供電質(zhì)量 效率特性表征負載運行時的經(jīng)濟性。4 表示三相變壓器原、副邊線電勢的相位關系是聯(lián)結(jié)組別； 若已知接線圖，可根據(jù)接線圖畫出相量圖，從而判斷

48、出聯(lián)結(jié)組別； 若已知聯(lián)結(jié)組別，可根據(jù)組別畫出相量圖，從而畫出接線圖； 變壓器的極性和聯(lián)結(jié)組別也可通過實驗確定。5自耦變壓器除通過電磁感應傳遞能量外， 還能從原邊直接向副邊傳導能量， 所以在相同容量 情況下，它比普通雙繞組變壓器耗材少，體積小，效率高。6使用互感器的目的是使測量回路與高壓線路隔離， 便于測量， 同時也為了操作人員和設備的 安全，互感器的使用注意事項是確保互感器正常工作的前提。其他用途變壓器（自學）自學要求：1. 掌握自耦變壓器、電壓互感器、電流互感器工作原理2. 熟悉自耦變壓器、電壓互感器、電流互感器適用范圍。其他用途變壓器（自學） 其它用途的變壓器*1自耦變壓器自耦變壓器的特點

49、是副繞組是原繞組的一部分，原、副繞組既有磁的耦合，又有電 的聯(lián)系。自耦變壓器有單相和三相，有升壓，也有降壓。圖1-33所示為單相雙繞組自耦變壓器接線圖I 1A |圖1-33變壓器接線圖自耦變壓器從圖中可見，AX為原繞組，匝數(shù)為 N1, ax為副繞組，匝數(shù)為 N2，其中副繞組也是 原繞組的一部分，稱為公共繞組，將Aa繞組稱為串聯(lián)繞組。1. 電壓關系與雙繞組變壓器一樣，當在原邊加電壓時，有主磁通和漏磁通產(chǎn)生，主磁通在原、副繞組中產(chǎn)生感應電勢 01、e2，如果忽略漏阻抗壓降，則原、副邊的電壓關系為：式中kA為自耦變壓器的變比，kA>1時為降壓變壓器。2. 電流關系負載運行時，主磁通可認為與空載

50、時近似相等，則有磁勢平衡方程式:|1 N1 I 2 N2 Io N1自耦變壓器忽略勵磁電流時可得:11 N1 I 2 N20;或 |1I 2kA上式表明，電流 1與2的實際方向相反。對于圖1-33節(jié)點a /利用基爾霍夫電流定律，可得公共繞組a / x中的電流I為:當忽略0時,I =I 2-1 1 oI丨1丨2H與2反相，在kA>1時,I 2kA12 (1則有2> 1,在節(jié)點a /上的電流有效值為:自耦變壓器3. 容量關系自耦變壓器中存在變壓器容量和繞組容量這兩個容量。變壓器容量是指原邊輸入容 量或副邊輸出容量，又稱通過容量，數(shù)值上等于額定電壓與額定電流的乘積。繞組 容量是指該繞組的電壓與電流的乘積，又稱電磁容量。