第3章 變壓器

1、電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT第三章第三章 變壓器變壓器Chapter3 Chapter3 TransformerTransformer電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT第一節(jié)第一節(jié) 變壓器的工作原理、分類及結(jié)構(gòu)變壓器的工作原理

2、、分類及結(jié)構(gòu)一、變壓器的工作原理一、變壓器的工作原理(1)變壓器的主要部件變壓器的主要部件鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。(2)兩繞組兩繞組只有只有磁耦合磁耦合沒電聯(lián)系沒電聯(lián)系。(3)在一次繞組中加在一次繞組中加上交變電壓上交變電壓，產(chǎn)生交鏈一、二次繞組的，產(chǎn)生交鏈一、二次繞組的交變磁通交變磁通，在，在兩繞組中分別感應(yīng)電動(dòng)兩繞組中分別感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)勢(shì)。構(gòu)成變壓器磁路的主要部構(gòu)成變壓器磁路的主要部分。分。當(dāng)鐵心內(nèi)的磁通發(fā)生交變當(dāng)鐵心內(nèi)的磁通發(fā)生交變時(shí)，在繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電時(shí)，在繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。動(dòng)勢(shì)。理想變壓器模型為理想變壓器模型為電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric Machi

3、neryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT電工慣例：電工慣例：電工慣例用于規(guī)定變壓器中物理量的正方向。規(guī)定：（1）在同一支路中，電壓和電流的正方向一致；（2）磁通正方向與電流正方向符合右手螺旋法則；（3）由交變磁通量產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)正方向與產(chǎn)生該磁通量的電流正方向一致，并有e=-(d/dt)的關(guān)系。AX （1）當(dāng)電流由）當(dāng)電流由A流到流到X時(shí)，時(shí)，A點(diǎn)的電位高于點(diǎn)的電位高于X點(diǎn)的電位點(diǎn)的電位 （2）當(dāng)電流由）當(dāng)電流由A流到流到X時(shí)，按時(shí)，按照右手螺旋法則確定磁通。照

4、右手螺旋法則確定磁通。電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUTdtdNeu111dtdNeu222 忽略繞組的電阻壓降，則端電忽略繞組的電阻壓降，則端電壓只能由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)平衡。壓只能由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)平衡。u1e1=0電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering,

5、HFUTKNNEEUU212121K匝比匝比忽略鐵心中的損耗，根據(jù)忽略鐵心中的損耗，根據(jù)能量守恒定律能量守恒定律，有：，有：2211IUIU認(rèn)為變壓器只是單純的將能量由原邊（一次側(cè)）傳遞到了副邊（二次認(rèn)為變壓器只是單純的將能量由原邊（一次側(cè)）傳遞到了副邊（二次側(cè)）。側(cè)）。變壓器實(shí)際上是以磁場(chǎng)為介質(zhì)進(jìn)行了電能的轉(zhuǎn)換。變壓器實(shí)際上是以磁場(chǎng)為介質(zhì)進(jìn)行了電能的轉(zhuǎn)換。電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT二、變壓器的分類二、變

6、壓器的分類按用途分：電力變壓器和特種變壓器。按用途分：電力變壓器和特種變壓器。按繞組數(shù)目分：?jiǎn)卫@組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。按繞組數(shù)目分：?jiǎn)卫@組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。按相數(shù)分：?jiǎn)蜗嘧儔浩鳌⑷嘧儔浩骱投嘞嘧儔浩?。按相?shù)分：?jiǎn)蜗嘧儔浩?、三相變壓器和多相變壓器?按鐵心結(jié)構(gòu)分：芯式變壓器和殼式變壓器。按鐵心結(jié)構(gòu)分：芯式變壓器和殼式變壓器。 按調(diào)壓方式分：無勵(lì)磁調(diào)壓變壓器和有載調(diào)壓變壓器。按調(diào)壓方式分：無勵(lì)磁調(diào)壓變壓器和有載調(diào)壓變壓器。 按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器。按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分：干式變壓

7、器、油浸式變壓器和充氣式變壓器。 電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT電源變壓器電源變壓器電力變壓器電力變壓器控制變壓器控制變壓器接觸調(diào)壓器接觸調(diào)壓器三相干式變壓器三相干式變壓器電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT三、變壓器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介三

8、、變壓器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介鐵心鐵心變壓器中主要的磁路部分，變壓器中主要的磁路部分，分為鐵心柱與鐵軛兩部分。變壓器分為鐵心柱與鐵軛兩部分。變壓器鐵心一般采用鐵心一般采用0.230.230.35mm0.35mm厚的厚的取取向硅鋼片疊壓而成向硅鋼片疊壓而成。三相芯式變壓器三相芯式變壓器1-1-鐵心柱鐵心柱 2-2-鐵軛鐵軛3 3高壓線圈高壓線圈 4 4低壓線圈低壓線圈電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT單相芯式變壓器單相芯式變壓

9、器1-1-鐵心柱鐵心柱 2-2-鐵軛鐵軛3 3高壓線圈高壓線圈 4 4低壓線圈低壓線圈電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT單相殼式變壓器單相殼式變壓器1-1-鐵心柱鐵心柱 2-2-鐵軛鐵軛 3 3繞組繞組繞組繞組變壓器中的電路部分。變壓器中的電路部分。1 1低壓繞組低壓繞組 2 2高壓繞組高壓繞組交疊式繞組交疊式繞組電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical

10、Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT油浸式電力變壓器油浸式電力變壓器1 1信號(hào)式溫度計(jì)信號(hào)式溫度計(jì)2 2吸濕器吸濕器3 3儲(chǔ)油柜儲(chǔ)油柜4 4油位計(jì)油位計(jì)5 5安全氣道安全氣道6 6氣體繼電器氣體繼電器7 7高壓套管高壓套管8 8低壓套管低壓套管9 9分接開關(guān)分接開關(guān)1010油箱油箱1111鐵心鐵心1212線圈線圈1313放油閥門放油閥門電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrica

11、l Engineering, HFUT變壓器的額定值變壓器的額定值額定容量額定容量為變壓器的為變壓器的視在功率視在功率（用（用SN 表示，單位表示，單位 kVA ，VA）額定電壓額定電壓（一次和二次繞組上分別為（一次和二次繞組上分別為U1N 和和U2N ，單位單位V, kV）額定電流額定電流（一次和二次繞組上分別為（一次和二次繞組上分別為I1N 和和I2N ，單位單位 A , kA）單相變壓器單相變壓器NNNNNIUIUS2211三相變壓器三相變壓器NNNNNIUIUS221133額定頻率額定頻率fN 我國(guó)的規(guī)定為我國(guó)的規(guī)定為50Hz電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepar

12、tment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT額定頻率：額定頻率：50Hz額定容量：額定容量：910kVA額定電壓（一次側(cè)）：額定電壓（一次側(cè)）：6300V額定電壓（二次側(cè)）：額定電壓（二次側(cè)）：400/231V額定電流（一次側(cè)）：額定電流（一次側(cè)）：83.4A額定電流（二次側(cè)）：額定電流（二次側(cè)）：1313A電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electri

13、cal Engineering, HFUT例例3-13-1 有一臺(tái)三相油浸自冷式鋁線電力變壓器，有一臺(tái)三相油浸自冷式鋁線電力變壓器，AkVSN160聯(lián)結(jié)0, ynYkVkVUUNN4 . 0/35/21試求一次、二次繞組的額定電流。試求一次、二次繞組的額定電流。解：解：AAUSINNN64. 2103531016033311AAUSINNN9 .230104 . 031016033322電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering,

14、HFUT第第二節(jié)節(jié) 單相變壓器的空載運(yùn)行單相變壓器的空載運(yùn)行一一 空載運(yùn)行時(shí)的物理情況空載運(yùn)行時(shí)的物理情況變壓器空載條件：變壓器空載條件：一次側(cè)加上交流電壓，二次側(cè)開路。一次側(cè)加上交流電壓，二次側(cè)開路。（1 1）一次側(cè)加上交流電壓后，產(chǎn)生交流電流；）一次側(cè)加上交流電壓后，產(chǎn)生交流電流；（2 2）交流電流在鐵心中產(chǎn)生交變的磁通（含）交流電流在鐵心中產(chǎn)生交變的磁通（含主磁通主磁通和和漏磁通漏磁通）；）；（3 3）交變的磁通在一次、二次側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；）交變的磁通在一次、二次側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；1u0im0i1e2e20u電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of

15、Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT一次繞組和二次繞組的一次繞組和二次繞組的電動(dòng)勢(shì)平電動(dòng)勢(shì)平衡方程式衡方程式dtdNdtdNRieeRium1111011101)()(dtdNeum2220i0 空載電流；空載電流；u20 二次繞組的空載電壓；二次繞組的空載電壓；R1 一次繞組的電阻。一次繞組的電阻。m 主磁通；主磁通；1 一次繞組一次繞組漏磁通。漏磁通。dtdiLdtdiLRieeRiu01011011101)()(電感計(jì)算方法：電感計(jì)算方法：(m ) Fm (1/ Rm 1/ R)e-N

16、1d (m ) /dt= -N12 (1/ Rm 1/ R)(di0 /dt)= - (Lm+ L1 )(di0 /dt)= e1+e1dtdiMeu0220互感計(jì)算方法：互感計(jì)算方法：mFm / Rm =N1 i0 / Rme2-N2(dm /dt)= -N1N2/ Rm (di0 /dt)= -M (di0 /dt)電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT1 1、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與主磁通、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與主磁通空載運(yùn)行時(shí)，空

17、載運(yùn)行時(shí)，忽略忽略i1r1和和e1 11eutmmsin設(shè)：設(shè)：mmmfNjNjdtdNE11112mmmfNjNjdtdNE22222以上兩式說明：以上兩式說明：（1 1）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1 和和e2 與與m的相位關(guān)系：均滯后于的相位關(guān)系：均滯后于的電角度的電角度90；（2） e1 和和e2 是正弦交變信號(hào)，其有效值與是正弦交變信號(hào)，其有效值與m的關(guān)系為的關(guān)系為mmmfNfNEE111144. 4222mmmfNfNEE222244. 4222mfNjE1144. 4mfNjE2244. 44.441.414電機(jī)學(xué)中一個(gè)非常重要的電機(jī)學(xué)中一個(gè)非常重要的參數(shù)。參數(shù)。dtdiLdtdiL

18、RieeRiu01011011101)()(dtdiMeu0220電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT2、空載電流、空載電流空載電流包含兩個(gè)分量，空載電流包含兩個(gè)分量，一個(gè)是一個(gè)是勵(lì)磁分量勵(lì)磁分量，作用是建立磁場(chǎng)，產(chǎn)生主磁通，作用是建立磁場(chǎng)，產(chǎn)生主磁通無功分量無功分量Im；另一個(gè)是另一個(gè)是鐵損耗分量鐵損耗分量，作用是供變壓器鐵心損耗，作用是供變壓器鐵心損耗有功分量有功分量Iu。 性質(zhì)：由于空載電流的無功分量遠(yuǎn)大于有

19、功分量，所以空載電流主要是性質(zhì)：由于空載電流的無功分量遠(yuǎn)大于有功分量，所以空載電流主要是感性無功性質(zhì)感性無功性質(zhì)也稱也稱勵(lì)磁電勵(lì)磁電流流；大?。号c電源電壓和頻率、線圈匝數(shù)、磁路材質(zhì)及幾何尺寸有關(guān)，用空載電流百分?jǐn)?shù)大?。号c電源電壓和頻率、線圈匝數(shù)、磁路材質(zhì)及幾何尺寸有關(guān)，用空載電流百分?jǐn)?shù) I I0 0% % 來表示：來表示：%100%00NIII電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT3、漏磁通和漏電抗、漏磁通和漏電抗漏

20、電動(dòng)勢(shì)漏電動(dòng)勢(shì)E 1mmmIjXIfLjIjxdtdNE111112漏電抗是由漏磁通所產(chǎn)生的，它是表征漏電抗是由漏磁通所產(chǎn)生的，它是表征漏磁通對(duì)于變壓器影響所引入的一個(gè)參數(shù)漏磁通對(duì)于變壓器影響所引入的一個(gè)參數(shù)。漏電感計(jì)算方法：漏電感計(jì)算方法： Fm / R =N1 i0 / R e2-N1(d /dt)= -N12 / R (di0 /dt)= - L1 (di0 /dt)電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT二、空

21、載運(yùn)行時(shí)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式、向量圖及等效電路二、空載運(yùn)行時(shí)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式、向量圖及等效電路 研究交流正弦電路的最有效手段就是相量法以及由此引出的向量圖。研究交流正弦電路的最有效手段就是相量法以及由此引出的向量圖。電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT)()()(1111111EXI jRIEERIUmmm)()()(11111EZIEjXRImm220EU)(1mmmmmjXRIZIEm1EIFeImI1RIm1

22、XI jm1U1E變壓器運(yùn)行時(shí)相量形式的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為：變壓器運(yùn)行時(shí)相量形式的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為：如果不計(jì)變壓器飽和的影響，可以講感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)表示為勵(lì)磁電流流過一個(gè)阻抗所產(chǎn)生如果不計(jì)變壓器飽和的影響，可以講感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)表示為勵(lì)磁電流流過一個(gè)阻抗所產(chǎn)生的壓降：的壓降：一次繞組漏阻抗一次繞組漏阻抗變壓器勵(lì)磁阻抗變壓器勵(lì)磁阻抗變壓器勵(lì)磁電抗變壓器勵(lì)磁電抗變壓器勵(lì)磁電阻變壓器勵(lì)磁電阻電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUTmm

23、IEZ12mFemIpr 22mmmrZx變壓器的一次繞組阻抗、勵(lì)磁阻抗可以采用如下方式計(jì)算變壓器的一次繞組阻抗、勵(lì)磁阻抗可以采用如下方式計(jì)算:根據(jù)變壓器一次側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程式，可以畫出變壓器空載電路圖：根據(jù)變壓器一次側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程式，可以畫出變壓器空載電路圖：一次繞組電阻一次繞組電阻變壓器勵(lì)磁電阻變壓器勵(lì)磁電阻一次繞組漏電抗一次繞組漏電抗變壓器勵(lì)磁電抗變壓器勵(lì)磁電抗一次繞組漏阻抗一次繞組漏阻抗變壓器勵(lì)磁阻抗變壓器勵(lì)磁阻抗mmmmmmZIXI jRIEXI jRIU111111)(電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engine

24、ering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT第第三節(jié)節(jié) 單相變壓器的基本方程式單相變壓器的基本方程式 變壓器變壓器一次側(cè)接在一次側(cè)接在額定頻率、額定電壓額定頻率、額定電壓的交流電源的交流電源上，上，二次接上負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，二次接上負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，稱為稱為負(fù)載運(yùn)行負(fù)載運(yùn)行。FZ1e1u0im10i1e2e20u2i210ii電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HF

25、UT一一 負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理情況負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理情況條件：條件：電源電壓恒定，即電源電壓恒定，即U1= =常數(shù)，則常數(shù)，則E1常數(shù)，常數(shù)，m常數(shù)。常數(shù)。結(jié)果：結(jié)果：新的電動(dòng)勢(shì)平衡的條件是新的電動(dòng)勢(shì)平衡的條件是使一次繞組的電流增量所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)與二次繞組電流所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)相抵使一次繞組的電流增量所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)與二次繞組電流所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)相抵消消，以維持主磁通基本不變，以及由主磁通所感應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)基本不變。，以維持主磁通基本不變，以及由主磁通所感應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)基本不變。例如一臺(tái)變壓器一次側(cè)額定電壓為例如一臺(tái)變壓器一次側(cè)額定電壓為10kV，一次側(cè)漏阻抗為，一次側(cè)漏阻抗為7.14歐姆，當(dāng)變壓器工作在額

26、定電流歐姆，當(dāng)變壓器工作在額定電流36.4A時(shí)，可知此時(shí)感應(yīng)時(shí)，可知此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小值為電動(dòng)勢(shì)最小值為9740V。02211NINI2121INNI電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT二、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式二、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式1 1、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式11111)(NIINIFmm10221121)(NIFNINIIFFmmmmm變壓器負(fù)載時(shí)一次側(cè)所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)為變壓器負(fù)載時(shí)一次側(cè)所產(chǎn)生

27、的磁動(dòng)勢(shì)為222NIFm變壓器負(fù)載時(shí)二次側(cè)所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)為變壓器負(fù)載時(shí)二次側(cè)所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)為變壓器在空載和負(fù)載時(shí)，主磁通近似不變，負(fù)載時(shí)凈的磁動(dòng)勢(shì)應(yīng)等于空載變壓器在空載和負(fù)載時(shí)，主磁通近似不變，負(fù)載時(shí)凈的磁動(dòng)勢(shì)應(yīng)等于空載時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)12211NININIm磁動(dòng)勢(shì)平衡方程磁動(dòng)勢(shì)平衡方程mIINNI)(2121負(fù)載時(shí)變壓器一次側(cè)電流分為兩個(gè)部分：負(fù)載時(shí)變壓器一次側(cè)電流分為兩個(gè)部分：（1）維持主磁通的勵(lì)磁分量；）維持主磁通的勵(lì)磁分量；（2）補(bǔ)償二次側(cè)磁動(dòng)勢(shì)的負(fù)載分量；）補(bǔ)償二次側(cè)磁動(dòng)勢(shì)的負(fù)載分量；電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrica

28、l Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT2 2、電動(dòng)勢(shì)平衡方程式、電動(dòng)勢(shì)平衡方程式FZ1U1Im10i11EE2E2U2I21111111111111UEEI REjXII REI Z 2222212222222ZIERIIjXERIEEU一次、二次繞組的電阻一次、二次繞組的電阻一次、二次繞組的漏電抗一次、二次繞組的漏電抗一次、二次繞組的漏阻抗一次、二次繞組的漏阻抗電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartme

29、nt of Electrical Engineering, HFUT變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)基本方程式變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)基本方程式(1)(1)磁動(dòng)勢(shì)平衡方程磁動(dòng)勢(shì)平衡方程12211NININIm(2)(2)一次側(cè)電壓平衡方程一次側(cè)電壓平衡方程1111ZIEU(3)(3)二次側(cè)電壓平衡方程二次側(cè)電壓平衡方程2222ZIEU(4)(4)一次側(cè)電動(dòng)勢(shì)方程一次側(cè)電動(dòng)勢(shì)方程mmZIE1(5)(5)變比方程變比方程kNNEE2121(6)(6)二次側(cè)負(fù)載方程二次側(cè)負(fù)載方程FZIU22電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUT

30、Department of Electrical Engineering, HFUT1U1I11INm11E1E2E2I222IN2E111ZIEmZIE11222ZIE1111ZIEU2222ZIEU電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT(1)(1)磁動(dòng)勢(shì)平衡方程磁動(dòng)勢(shì)平衡方程mmmIIIINNIINININI21122112211(2)(2)一次側(cè)電壓平衡方程一次側(cè)電壓平衡方程1111ZIEU(3)(3)二次側(cè)電

31、壓平衡方程二次側(cè)電壓平衡方程222222212122122122222)()(ZIEUZNNINNNNENNUZIEU(4)(4)一次側(cè)電動(dòng)勢(shì)方程一次側(cè)電動(dòng)勢(shì)方程mmZIE1(5)(5)變比方程變比方程1)(2112212121EENNEEkNNEE(6)(6)二次側(cè)負(fù)載方程二次側(cè)負(fù)載方程FFFZIUZNNNNINNUZIU2222112221222)()(這樣處理以后，這樣處理以后，E1E2 , 這說明一、二次繞組（虛擬的二次繞組）具這說明一、二次繞組（虛擬的二次繞組）具有相同的匝數(shù)。有相同的匝數(shù)。這可以簡(jiǎn)化變壓器的計(jì)算，所求的虛擬值（如二次側(cè)的電壓、電流、電這可以簡(jiǎn)化變壓器的計(jì)算，所求的虛

32、擬值（如二次側(cè)的電壓、電流、電動(dòng)勢(shì)）乘以一個(gè)系數(shù)后就可以得到真實(shí)值。動(dòng)勢(shì)）乘以一個(gè)系數(shù)后就可以得到真實(shí)值。電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT二次側(cè)真實(shí)值與虛擬值之間的關(guān)系為二次側(cè)真實(shí)值與虛擬值之間的關(guān)系為112222222222221222222222(),()1(),NNUU kUEE kENNNIIINkZ kZR kRX kX電壓?jiǎn)挝怀艘宰儽龋弘娏鲉挝怀艘宰儽龋鹤杩箚挝怀艘宰儽绕椒剑?1NNk 變壓器的變比

33、變壓器的變比電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT第四節(jié)第四節(jié) 變壓器的等效電路及相量圖變壓器的等效電路及相量圖FZ1u1i20u2i電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT第四節(jié)第四節(jié) 變壓器的等效電路及相量圖變壓器的等效電路及相量圖一、繞

34、組歸算一、繞組歸算將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個(gè)繞組（匝數(shù)變化）來等效，同時(shí)，對(duì)該繞組的將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個(gè)繞組（匝數(shù)變化）來等效，同時(shí)，對(duì)該繞組的電磁量（電壓、電流、阻抗）作相應(yīng)的變換，以保持兩側(cè)的電磁關(guān)系不變。電磁量（電壓、電流、阻抗）作相應(yīng)的變換，以保持兩側(cè)的電磁關(guān)系不變。歸算原則：歸算原則：1 1）保持二次側(cè)磁動(dòng)勢(shì)不變；保持二次側(cè)磁動(dòng)勢(shì)不變；2 2）保持二次側(cè)各功率或損耗不變。）保持二次側(cè)各功率或損耗不變。電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of

35、 Electrical Engineering, HFUT首先利用一個(gè)與一次側(cè)繞組的匝數(shù)相同的繞組來替代二次繞組，首先利用一個(gè)與一次側(cè)繞組的匝數(shù)相同的繞組來替代二次繞組，變壓器一次和二次繞組具有同樣的匝變壓器一次和二次繞組具有同樣的匝數(shù)數(shù)，即，即（一）電動(dòng)勢(shì)和電壓的歸算（一）電動(dòng)勢(shì)和電壓的歸算12NN 2020KEE22KUU在相同的交變主磁通在相同的交變主磁通m m時(shí)，時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)滿足滿足221144. 444. 4ENfjfNjEmmkNNNN2122歸算系數(shù)為歸算系數(shù)為以以“伏伏”為單位的物理量，歸算值與實(shí)際值的關(guān)系為為單位的物理量，歸算值與實(shí)際值的關(guān)系為 歸算值實(shí)際值歸算值

36、實(shí)際值歸算系數(shù)（變比）歸算系數(shù)（變比）22KEE電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT（二）電流的歸算（二）電流的歸算KII22在采用虛擬繞組替代真實(shí)繞組以后，來討論一下二次側(cè)虛擬繞組中的電流和二次側(cè)真實(shí)電流之間的關(guān)在采用虛擬繞組替代真實(shí)繞組以后，來討論一下二次側(cè)虛擬繞組中的電流和二次側(cè)真實(shí)電流之間的關(guān)系。系。電流歸算的原則是：兩種繞組內(nèi)二次側(cè)電流所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)不變電流歸算的原則是：兩種繞組內(nèi)二次側(cè)電流所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)

37、不變2222ININ得到電流歸算關(guān)系為得到電流歸算關(guān)系為以以“安安”為單位的物理量，歸算值與實(shí)際值的關(guān)系為為單位的物理量，歸算值與實(shí)際值的關(guān)系為 歸算值實(shí)際值歸算值實(shí)際值 / / 歸算系數(shù)（變比）歸算系數(shù)（變比）電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT（三）阻抗的歸算（三）阻抗的歸算阻抗歸算的原則：歸算前后電阻銅耗及漏感中無功功率不變。阻抗歸算的原則：歸算前后電阻銅耗及漏感中無功功率不變。222222rIrI22222

38、222rKrIIr222222xIxI22222222xKxIIx歸算后變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式變?yōu)槿缦滦问剑簹w算后變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式變?yōu)槿缦滦问剑簃III211111ZIEUmmZIE1FZIU2221EE2222ZIEU電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT二二 、等效電路、等效電路若若a、b之間的電位差和之間的電位差和b、d之間的電位差同相，聯(lián)接之間的電位差同相，聯(lián)接a、b和和c、d以后不會(huì)產(chǎn)生環(huán)

39、流。因此省略二次側(cè)以后不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。因此省略二次側(cè)繞組，繞組，12NN 221144. 444. 4ENfjfNjEmm二次繞組各量均已經(jīng)歸算到一次繞組，即二次繞組各量均已經(jīng)歸算到一次繞組，即電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT（1）將一次側(cè)和二次側(cè)的漏阻抗提出以后，一次側(cè)和二次側(cè)繞組（）將一次側(cè)和二次側(cè)的漏阻抗提出以后，一次側(cè)和二次側(cè)繞組（a、c端和端和b、d端）構(gòu)成了變比為端）構(gòu)成了變比為1的理想變壓器；的理想

40、變壓器；（2）若）若a、b之間的電位差和之間的電位差和b、d之間的電位差同相，聯(lián)接之間的電位差同相，聯(lián)接a、b和和c、d以后不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。因此省略以后不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。因此省略二次側(cè)繞組；二次側(cè)繞組；（3）二次側(cè)繞組省略以后，二次側(cè)電流流入）二次側(cè)繞組省略以后，二次側(cè)電流流入a端。端。電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT二二 、等效電路、等效電路作出作出變壓器的變壓器的T形等效電路形等效電路。電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electr

41、ic MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT三三 、相量圖、相量圖 根據(jù)根據(jù)T T形等效電路，可以畫出相應(yīng)的相量圖。形等效電路，可以畫出相應(yīng)的相量圖。m1E22RI mI2U 21EE22XI j2I2I1I1U11XI j11RI12mIII211111ZIEU2222ZIEUmmZIE1mfNjEE12144.4FZIU22電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering

42、, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT四四 、近似等效電路圖、近似等效電路圖一臺(tái)變壓器的參數(shù)為一臺(tái)變壓器的參數(shù)為Z13.5，Zm2637 ，Zm 遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于Z1，可以將勵(lì)磁支路向前移動(dòng)，得到可以將勵(lì)磁支路向前移動(dòng)，得到形形等效電路等效電路勵(lì)磁支路前移，不會(huì)對(duì)變壓器的勵(lì)磁支路前移，不會(huì)對(duì)變壓器的分析的準(zhǔn)確性造成太大影響分析的準(zhǔn)確性造成太大影響電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Enginee

43、ring, HFUT rs、xs和和Zs分別稱為短路電阻、短路電抗和短路阻抗。分別稱為短路電阻、短路電抗和短路阻抗。若進(jìn)一步簡(jiǎn)化，可以忽略掉勵(lì)磁支路，得到近似等效電路若進(jìn)一步簡(jiǎn)化，可以忽略掉勵(lì)磁支路，得到近似等效電路省去勵(lì)磁支路省去勵(lì)磁支路電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT第五節(jié)第五節(jié) 等效電路的參數(shù)測(cè)定等效電路的參數(shù)測(cè)定一、空載試驗(yàn)一、空載試驗(yàn)通過測(cè)量通過測(cè)量:(1):(1)空載電流；空載電流；(2)(2)一、

44、二次電壓；一、二次電壓；(3)(3)空載功率空載功率得到的參數(shù)為得到的參數(shù)為（1 1）變比；（）變比；（2 2）空載電流百分?jǐn)?shù)；（）空載電流百分?jǐn)?shù)；（3 3）鐵耗和勵(lì)磁阻抗）鐵耗和勵(lì)磁阻抗電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT變壓器空載運(yùn)行時(shí)，可以認(rèn)為變壓器空載運(yùn)行時(shí)，可以認(rèn)為輸入功率輸入功率p0完全用來抵償鐵耗。完全用來抵償鐵耗。Fepp 01U0I2UFepp 0(1)二次繞組的電流較小，可以忽略繞組電阻損耗；二

45、次繞組的電流較小，可以忽略繞組電阻損耗；(2)電壓等于額定電壓，因此磁通等于額定時(shí)候的磁通，電壓等于額定電壓，因此磁通等于額定時(shí)候的磁通，因此此時(shí)的損耗主要為鐵耗，且近似等于額定時(shí)候的鐵耗因此此時(shí)的損耗主要為鐵耗，且近似等于額定時(shí)候的鐵耗電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT從空載運(yùn)行的等效電路得出從空載運(yùn)行的等效電路得出2121010)()(mmxxrrIUZmZZ 0mrr 0mxx 021UUK 變壓器的空載實(shí)

46、驗(yàn)一般是在低壓側(cè)完成，計(jì)算得到的勵(lì)磁阻抗需要折算到高壓側(cè)，即乘以變壓器的空載實(shí)驗(yàn)一般是在低壓側(cè)完成，計(jì)算得到的勵(lì)磁阻抗需要折算到高壓側(cè)，即乘以變比的平方變比的平方。電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT二、負(fù)載試驗(yàn)二、負(fù)載試驗(yàn)( (又稱短路試驗(yàn)）又稱短路試驗(yàn)）通過測(cè)量通過測(cè)量（1）短路電流；（短路電流；（2）短路電壓；（）短路電壓；（3）短路功率）短路功率。計(jì)算：計(jì)算：（1）變壓器的短路電壓百分?jǐn)?shù)；（）變壓器的短路電

47、壓百分?jǐn)?shù)；（2）銅損；（）銅損；（3）短路阻抗。）短路阻抗。kpkIkU電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT高壓側(cè)加電壓，低壓側(cè)短路；由于外加電壓很小，主磁通很小，鐵損耗很小，忽略鐵損。高壓側(cè)加電壓，低壓側(cè)短路；由于外加電壓很小，主磁通很小，鐵損耗很小，忽略鐵損。kkkIUZ 2kkkIpr 2221212rIrIprIpCukkk22kkkrZx（2 2）短路阻抗計(jì)算）短路阻抗計(jì)算（1 1）銅耗計(jì)算）銅耗計(jì)算電機(jī)

48、學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT考慮到變壓器運(yùn)行時(shí)的溫升對(duì)參數(shù)的影響，考慮到變壓器運(yùn)行時(shí)的溫升對(duì)參數(shù)的影響，電阻隨著溫度變化，電抗不隨溫度變化電阻隨著溫度變化，電抗不隨溫度變化。折算到折算到75時(shí)的數(shù)值時(shí)的數(shù)值007575TTrrkCk227575kCkCkxrZ阻抗電壓阻抗電壓 負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)繞組中電流達(dá)到額定值，加在一次繞組上的短路電壓。用一次側(cè)額定電負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)繞組中電流達(dá)到額定值，加在一次繞組上的短路電壓

49、。用一次側(cè)額定電壓的百分值表示。壓的百分值表示。%100%10017511NCkNNkkUZIUUu電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT標(biāo)么值標(biāo)么值, ,就是指某一物理量的實(shí)際值與選定的同一單位的基準(zhǔn)值的比值（通常以額定值為就是指某一物理量的實(shí)際值與選定的同一單位的基準(zhǔn)值的比值（通常以額定值為基準(zhǔn)值）基準(zhǔn)值）, ,即即基準(zhǔn)值實(shí)際值標(biāo)么值 阻抗電壓阻抗電壓的標(biāo)么值的標(biāo)么值*75117517511*/kNCkNNCkN

50、CkNNkkZZZIUZUZIUUu*kZ其中其中為短路阻抗的標(biāo)么值為短路阻抗的標(biāo)么值電壓基值為電壓基值為 U1N電流基值為電流基值為 I1N阻抗基值為阻抗基值為 ZNU1N / I1N電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT第六節(jié)第六節(jié) 三相變壓器三相變壓器一、三相變壓器的電路系統(tǒng)一、三相變壓器的電路系統(tǒng)聯(lián)結(jié)組聯(lián)結(jié)組1 1、聯(lián)結(jié)法、聯(lián)結(jié)法 星形聯(lián)結(jié)星形聯(lián)結(jié) 三角形聯(lián)結(jié)三角形聯(lián)結(jié)電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric Mach

51、ineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUTX,Y,ZX,Y,ZA(Y)A(Y)C CA(Z)A(Z)C(Y)C(Y)B BB(X)B(X)A(Y)A(Y)C(X)C(X)B(Z)B(Z)電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT2 2 繞在同一鐵心柱上的高、低壓繞組（單相變壓器）電動(dòng)勢(shì)關(guān)

52、系繞在同一鐵心柱上的高、低壓繞組（單相變壓器）電動(dòng)勢(shì)關(guān)系單相變壓器（三相變壓器的一相）的一次側(cè)、二次側(cè)交鏈同一磁通，當(dāng)主磁通交變時(shí)，某一瞬間，若一次側(cè)所加電壓為正單相變壓器（三相變壓器的一相）的一次側(cè)、二次側(cè)交鏈同一磁通，當(dāng)主磁通交變時(shí)，某一瞬間，若一次側(cè)所加電壓為正（A端相對(duì)于端相對(duì)于X端，端，X端作為參考點(diǎn)），若隨意標(biāo)注二次側(cè)的端作為參考點(diǎn)），若隨意標(biāo)注二次側(cè)的a、x端（端（x端作為參考點(diǎn)）端作為參考點(diǎn)）,那么：那么：（1）a端相對(duì)于端相對(duì)于x端為正；（端為正；（2）換一種標(biāo)注方法，）換一種標(biāo)注方法， a端相對(duì)于端相對(duì)于x端為負(fù)端為負(fù)第一種標(biāo)注方法下，第一種標(biāo)注方法下，A、a端端X、x分別

53、構(gòu)成分別構(gòu)成同名端同名端。第一種標(biāo)注方法下，第一種標(biāo)注方法下，A、x端端X、a分別構(gòu)成分別構(gòu)成同名端同名端。電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDep

54、artment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT三相變壓器連接組標(biāo)號(hào)的確定：三相變壓器連接組標(biāo)號(hào)的確定：三相繞組，可以采用不同的聯(lián)接，使得變壓器一次、二次電壓之間出現(xiàn)不同的相位差。通常采用三相繞組，可以采用不同的聯(lián)接，使得變壓器一次、二次電壓之間出現(xiàn)不同的相位差。通常采用“時(shí)時(shí)鐘法鐘法”表示。表示。畫連接組的步驟：畫連接組的步驟：畫出一次側(cè)的連接方式，并標(biāo)注好每一個(gè)端子對(duì)應(yīng)的位置（對(duì)于三角形連接，需注意端子是如何重畫出一次側(cè)的連接方式，并標(biāo)注好每一個(gè)端子對(duì)應(yīng)的位置（對(duì)于三角形連接，

55、需注意端子是如何重合的）；合的）；判斷二次側(cè)三相繞組分別與哪一相同相或者反相。若一次側(cè)與二次側(cè)采用同名端抽頭，則一次、二判斷二次側(cè)三相繞組分別與哪一相同相或者反相。若一次側(cè)與二次側(cè)采用同名端抽頭，則一次、二次側(cè)同相，否則反相；次側(cè)同相，否則反相；按照順時(shí)針方向，一次側(cè)、二次側(cè)必須要按按照順時(shí)針方向，一次側(cè)、二次側(cè)必須要按a a、b b、c c順序出現(xiàn)。順序出現(xiàn)。電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUTX,Y,Z, X,

56、Y,Z, (x,y,z)(x,y,z)A AC CB Bc ca ab bYy0Yy0連接組連接組電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUTYy0Yy0連接組連接組Yy4Yy4連接組連接組Yy8Yy8連接組連接組電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, H

57、FUTYy6Yy6連接組連接組Yy10Yy10連接組連接組Yy2Yy2連接組連接組電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUTA AC CB Bc(x)c(x)a(y)a(y)b(z)b(z)A AC CB Bc(x)c(x)a(y)a(y)b(z)b(z)Yd11Yd11連接組連接組電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDep

58、artment of Electrical Engineering, HFUTYd11Yd11連接組連接組Yd3Yd3連接組連接組Yd7Yd7連接組連接組電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUTYd5Yd5連接組連接組Yd9Yd9連接組連接組Yd1Yd1連接組連接組電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment

59、of Electrical Engineering, HFUTA(Y)A(Y)C(X)C(X)B(Z)B(Z)a ab bc cU UA AU Ua a電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT三相變壓器的連接組編號(hào)要標(biāo)注在變壓器的銘牌上，用大小寫字母分別表示高壓、低壓三相變壓器的連接組編號(hào)要標(biāo)注在變壓器的銘牌上，用大小寫字母分別表示高壓、低壓繞組的連接形式，繞組的連接形式，對(duì)于對(duì)于Y Y聯(lián)接，若有中性點(diǎn)引出需要，用聯(lián)接

60、，若有中性點(diǎn)引出需要，用N N表示。表示。例如一臺(tái)變壓器，有高壓、中壓和低壓三套繞組，那么一種連接組編號(hào)可以寫為：例如一臺(tái)變壓器，有高壓、中壓和低壓三套繞組，那么一種連接組編號(hào)可以寫為：YNyn0d11YNyn0d11電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT二、三相變壓器的磁路系統(tǒng)二、三相變壓器的磁路系統(tǒng)a)單相芯式鐵心的合并單相芯式鐵心的合并 b)鐵心的演變鐵心的演變 c)c)三相芯式鐵心三相芯式鐵心 電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué)