第一章變壓器的基本原理

1、4.1 變壓器的基本工作原理變壓器的基本工作原理4.1.1 變壓器的用途變壓器的用途變壓器是電力系統(tǒng)中使用最為廣泛的電氣設(shè)備之一，它變壓器是電力系統(tǒng)中使用最為廣泛的電氣設(shè)備之一，它的主要用途是用來(lái)升高或降低電壓。發(fā)電廠中發(fā)電機(jī)發(fā)出的的主要用途是用來(lái)升高或降低電壓。發(fā)電廠中發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓相對(duì)較低，要將這些電能輸送到較遠(yuǎn)的用電地區(qū)，必須電壓相對(duì)較低，要將這些電能輸送到較遠(yuǎn)的用電地區(qū)，必須升高電壓，采用高壓輸電。當(dāng)輸送的電功率一定時(shí)，電壓愈升高電壓，采用高壓輸電。當(dāng)輸送的電功率一定時(shí)，電壓愈高，輸電電流愈小，線(xiàn)路上的電壓降和功率損耗也愈小，輸高，輸電電流愈小，線(xiàn)路上的電壓降和功率損耗也愈小，輸電線(xiàn)

2、的有色金屬耗量也少。當(dāng)電能輸送到用電中心后，需要電線(xiàn)的有色金屬耗量也少。當(dāng)電能輸送到用電中心后，需要用降壓變壓器將電壓降低，再輸送到配電系統(tǒng)供各種負(fù)載使用降壓變壓器將電壓降低，再輸送到配電系統(tǒng)供各種負(fù)載使用?？梢?jiàn)，電力輸送過(guò)程中升壓和降壓都需要用變壓器來(lái)完用。可見(jiàn)，電力輸送過(guò)程中升壓和降壓都需要用變壓器來(lái)完成。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電力系統(tǒng)中變壓器的安裝總?cè)萘考s為發(fā)電機(jī)總成。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電力系統(tǒng)中變壓器的安裝總?cè)萘考s為發(fā)電機(jī)總?cè)萘康娜萘康?8倍。倍。第四章第四章 變壓器變壓器根據(jù)發(fā)、配電及用電要求的不同，電力系統(tǒng)中的電根據(jù)發(fā)、配電及用電要求的不同，電力系統(tǒng)中的電壓分為許多等級(jí)，壓分為許多等級(jí)，500 V及以下的

3、電壓稱(chēng)為低壓系統(tǒng)，及以下的電壓稱(chēng)為低壓系統(tǒng)，3 kV、6 kV、35 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV、750 kV及以上稱(chēng)為高壓系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)中用作電能輸及以上稱(chēng)為高壓系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)中用作電能輸送與分配的變壓器稱(chēng)為送與分配的變壓器稱(chēng)為“電力變壓器電力變壓器”，如圖，如圖4-1所示，所示，其次，變壓器在其他方面應(yīng)用也十分廣泛，如電解、化其次，變壓器在其他方面應(yīng)用也十分廣泛，如電解、化工用的整流變壓器；工用的整流變壓器； 冶煉用的電爐變壓器；冶煉用的電爐變壓器； 焊接用的焊焊接用的焊接變壓器；接變壓器； 測(cè)量用的儀用變壓器等。測(cè)量用的儀用變壓器等。變壓器除變換電壓

4、外，還可變換電流和阻抗等。變壓器除變換電壓外，還可變換電流和阻抗等。4-1電力系統(tǒng)示意圖4.1.2 變壓器的基本工作原理變壓器的基本工作原理變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備，它是利用電磁變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備，它是利用電磁感應(yīng)原理工作的。它把輸入的電壓升高或降低為同感應(yīng)原理工作的。它把輸入的電壓升高或降低為同頻率的交流電壓輸出，以滿(mǎn)足輸電、配電的需要。頻率的交流電壓輸出，以滿(mǎn)足輸電、配電的需要。圖圖4-2所示是單相變壓器的工作原理示意圖。變所示是單相變壓器的工作原理示意圖。變壓器的主要部件是一個(gè)鐵芯和套在鐵芯上的兩個(gè)繞壓器的主要部件是一個(gè)鐵芯和套在鐵芯上的兩個(gè)繞組組N1和和N2，其中繞組，其中繞

5、組N1接交流電源，稱(chēng)為原邊繞組接交流電源，稱(chēng)為原邊繞組或一次繞組，有些也稱(chēng)為原邊；或一次繞組，有些也稱(chēng)為原邊； 繞組繞組N2接負(fù)載，稱(chēng)接負(fù)載，稱(chēng)為副邊繞組或二次繞組，有些也稱(chēng)為副邊。原、副為副邊繞組或二次繞組，有些也稱(chēng)為副邊。原、副邊繞組具有不同的匝數(shù)且互相絕緣，它們之間只有邊繞組具有不同的匝數(shù)且互相絕緣，它們之間只有磁的耦合而沒(méi)有電的聯(lián)系。磁的耦合而沒(méi)有電的聯(lián)系。圖4-2 單相變壓器工作原理示意圖U1E1E2U2I1I2ZL變壓器的基本結(jié)構(gòu)AXe1U1高高U1+ e1=0一次側(cè)等效電路(假定一次側(cè)線(xiàn)圈電阻值為零)e2高ZLU2高U2e2=0二次側(cè)等效電路變壓器中各電磁量正方向的規(guī)定變壓器中各

6、電磁量正方向的規(guī)定vU1的正方向：通常將的正方向：通常將U1的正方向規(guī)定為由繞組的始的正方向規(guī)定為由繞組的始端端A指向繞組末端指向繞組末端X，當(dāng)，當(dāng)A點(diǎn)電位高于點(diǎn)電位高于X點(diǎn)時(shí)，瞬時(shí)點(diǎn)時(shí)，瞬時(shí)值值u為正，否則為負(fù)。為正，否則為負(fù)。vI1的正方向：把變壓器的原繞組看成電源的負(fù)載，的正方向：把變壓器的原繞組看成電源的負(fù)載，I1的正方向應(yīng)當(dāng)與的正方向應(yīng)當(dāng)與U1的正方向一致，即的正方向一致，即“正電壓產(chǎn)生正電壓產(chǎn)生正電流正電流”。v磁通的正方向：與電流磁通的正方向：與電流I1的正方向符合右手螺旋定的正方向符合右手螺旋定則。則。vE1的正方向：的正方向：E1的正方向與的正方向與I1的正方向相同。的正方向

7、相同。vE2的正方向：由于變壓器原副邊的電勢(shì)是由的正方向：由于變壓器原副邊的電勢(shì)是由同一個(gè)磁通產(chǎn)生的，所以根據(jù)右手螺旋定則同一個(gè)磁通產(chǎn)生的，所以根據(jù)右手螺旋定則可以確定可以確定E2的方向。的方向。vI2的正方向：把變壓器的副邊看作負(fù)載的電源，的正方向：把變壓器的副邊看作負(fù)載的電源，按照按照“正電勢(shì)產(chǎn)生正電流正電勢(shì)產(chǎn)生正電流”的原則，的原則，I2的正方的正方向與向與E2的應(yīng)該保持一致。的應(yīng)該保持一致。vU2的正方向：的正方向：U2是電流是電流I2流過(guò)負(fù)載所產(chǎn)生的，流過(guò)負(fù)載所產(chǎn)生的，所以所以U2的正方向與的正方向與I2的正方向相同。的正方向相同。v總之：在電壓產(chǎn)生電流和電流產(chǎn)生電壓降的總之：在電壓

8、產(chǎn)生電流和電流產(chǎn)生電壓降的關(guān)系上，電流與電壓的正方向一致，電壓降關(guān)系上，電流與電壓的正方向一致，電壓降與電流的正方向相同；在電流產(chǎn)生磁通的關(guān)與電流的正方向相同；在電流產(chǎn)生磁通的關(guān)系上，遵循右手螺旋定則，在交變磁通產(chǎn)生系上，遵循右手螺旋定則，在交變磁通產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系上，電勢(shì)的正方向與產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系上，電勢(shì)的正方向與產(chǎn)生它的電流保持一致。它的電流保持一致。當(dāng)原邊繞組N1接到交流電壓u1時(shí)，便有交流電流i1流入，因而在鐵芯中產(chǎn)生與u1同頻率的交變磁通 。磁通同時(shí)與繞組N1和N2交鏈。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，交變磁通 分別在繞組N1和N2中感應(yīng)出同頻率的電動(dòng)勢(shì)e1和e2，并且， (4-1)式中：

9、 N1、N2為原、副邊繞組匝數(shù)。副邊繞組有了電動(dòng)勢(shì)e2，便可向負(fù)載輸出電能。由于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與繞組的匝數(shù)成正比，因此，改變?cè)吚@組和副邊繞組的匝數(shù)即可改變副邊電壓的大小，這就是變壓器的基本工作原理。tNetNedd dd2211變壓器的應(yīng)用十分廣泛，種類(lèi)很多，其分類(lèi)方法也很變壓器的應(yīng)用十分廣泛，種類(lèi)很多，其分類(lèi)方法也很多，常用的有以下幾種：多，常用的有以下幾種：按用途分類(lèi)，可分為電力變壓器和特種變壓器。按用途分類(lèi)，可分為電力變壓器和特種變壓器。電力變壓器主要用于輸、配電系統(tǒng)中，按功能又可分電力變壓器主要用于輸、配電系統(tǒng)中，按功能又可分為升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓為升壓變壓

10、器、降壓變壓器、配電變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器。特種變壓器可分為整流變壓器、電爐變壓器、試器。特種變壓器可分為整流變壓器、電爐變壓器、試驗(yàn)變壓器、調(diào)壓變壓器和焊接變壓器等。驗(yàn)變壓器、調(diào)壓變壓器和焊接變壓器等。按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)，可分為單相變壓器和三相變壓按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)，可分為單相變壓器和三相變壓器及多相變壓器。器及多相變壓器。按絕緣介質(zhì)分類(lèi)，可分為油浸式和干式變壓器。按絕緣介質(zhì)分類(lèi)，可分為油浸式和干式變壓器。按鐵芯形式分類(lèi)，可分為心式和殼式變壓器。按鐵芯形式分類(lèi)，可分為心式和殼式變壓器。4.1.3 變壓器的分類(lèi)變壓器的分類(lèi)按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分類(lèi)，可分為油浸自冷式、油按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分類(lèi)，可分為油浸自

11、冷式、油浸風(fēng)冷式、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷式、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷式和氣冷浸風(fēng)冷式、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷式、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷式和氣冷式等。式等。變壓器按其容量大小可分為五類(lèi)，第變壓器按其容量大小可分為五類(lèi)，第類(lèi)容量為類(lèi)容量為100 kVA,電壓為電壓為10 kV及以下；及以下； 第第類(lèi)容量為類(lèi)容量為125630 kVA，電壓為電壓為10 kV及以下。第及以下。第、類(lèi)為小型變壓器。第類(lèi)為小型變壓器。第類(lèi)類(lèi)容量為容量為8006300 kVA，電壓為，電壓為35 kV及以下，為中型變及以下，為中型變壓器。第壓器。第類(lèi)容量為類(lèi)容量為800063 000 kVA，電壓為，電壓為35 kV及及以下，為大型變壓器。以下，為大型變壓

12、器。90000 kVA及以上為第及以上為第類(lèi)類(lèi)(特大特大型變壓器型變壓器)。我國(guó)目前可以設(shè)計(jì)、制造容量為。我國(guó)目前可以設(shè)計(jì)、制造容量為5105 kVA、電壓為電壓為500 kV的特大型變壓器。的特大型變壓器。變壓器的基本結(jié)構(gòu)主要有：變壓器的基本結(jié)構(gòu)主要有： 鐵芯、繞組、鐵芯、繞組、絕緣套管、箱絕緣套管、箱體、分接開(kāi)關(guān)及其附件。體、分接開(kāi)關(guān)及其附件。鐵芯和繞組是變壓器的主要部分，由它們組成變壓鐵芯和繞組是變壓器的主要部分，由它們組成變壓器的器身。油浸式變壓器的器身浸放在盛滿(mǎn)變壓器油的器的器身。油浸式變壓器的器身浸放在盛滿(mǎn)變壓器油的封閉油箱中，各繞組的出線(xiàn)端經(jīng)絕緣套管引出。為了變封閉油箱中，各繞組

13、的出線(xiàn)端經(jīng)絕緣套管引出。為了變壓器能夠安全、可靠地運(yùn)行，通常還設(shè)有儲(chǔ)油柜、安全壓器能夠安全、可靠地運(yùn)行，通常還設(shè)有儲(chǔ)油柜、安全氣道和氣體繼電器等附件。圖氣道和氣體繼電器等附件。圖4-3所示是三相油浸式電所示是三相油浸式電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)示意圖。力變壓器的基本結(jié)構(gòu)示意圖。4.1.4變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器的基本結(jié)構(gòu)圖4-3 三相油浸式變壓器基本結(jié)構(gòu)示意圖(a) SJ1系列變壓器； (b) S系列變壓器一、一、 鐵芯鐵芯鐵芯是變壓器的磁路部分，也是繞組的支撐骨架，原鐵芯是變壓器的磁路部分，也是繞組的支撐骨架，原邊繞組和副邊繞組都繞在鐵芯上。鐵芯分為鐵芯柱和鐵軛邊繞組和副邊繞組都繞在鐵芯上。鐵芯分為

14、鐵芯柱和鐵軛兩部分。裝配好的鐵芯形似窗戶(hù)框，套入繞組的垂直部分兩部分。裝配好的鐵芯形似窗戶(hù)框，套入繞組的垂直部分叫鐵芯柱，水平部分叫鐵軛，鐵軛將鐵芯柱連接起來(lái)形成叫鐵芯柱，水平部分叫鐵軛，鐵軛將鐵芯柱連接起來(lái)形成閉合磁路閉合磁路, 如圖如圖4-4(a)所示。所示。1. 鐵芯材料鐵芯材料為了提高磁路的導(dǎo)磁性能，減少鐵芯損耗為了提高磁路的導(dǎo)磁性能，減少鐵芯損耗(鐵損、渦鐵損、渦流及磁滯損耗流及磁滯損耗)，鐵芯一般采用高磁導(dǎo)率的硅鋼片疊成。，鐵芯一般采用高磁導(dǎo)率的硅鋼片疊成。硅鋼片厚度為硅鋼片厚度為0.35 mm或或0.5 mm，表面涂有絕緣漆膜，疊，表面涂有絕緣漆膜，疊成鐵芯后片與片間是絕緣的。硅

15、鋼片有熱軋和冷軋兩種，成鐵芯后片與片間是絕緣的。硅鋼片有熱軋和冷軋兩種，冷軋硅鋼片比熱軋硅鋼片磁導(dǎo)率高，損耗小。冷軋硅鋼片比熱軋硅鋼片磁導(dǎo)率高，損耗小。2. 鐵芯形式鐵芯形式圖圖4-4(a)為變壓器的鐵芯結(jié)構(gòu)，按繞組套入鐵芯柱的為變壓器的鐵芯結(jié)構(gòu)，按繞組套入鐵芯柱的形式，鐵芯分為心式和殼式兩種，如圖形式，鐵芯分為心式和殼式兩種，如圖4-4(b)、(c)所示。所示。心式變壓器的原邊繞組和副邊繞組套在鐵芯柱上，心式變壓器的原邊繞組和副邊繞組套在鐵芯柱上，鐵芯被繞組包圍，如圖鐵芯被繞組包圍，如圖4-4(b) 所示。所示。 這種結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，這種結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，繞組的裝配及絕緣比較容易，適用于大容量，高

16、電壓的繞組的裝配及絕緣比較容易，適用于大容量，高電壓的變壓器。電力變壓器大多采用心式結(jié)構(gòu)。殼式變壓器的變壓器。電力變壓器大多采用心式結(jié)構(gòu)。殼式變壓器的鐵芯包圍繞組的上、下面和側(cè)面，如圖鐵芯包圍繞組的上、下面和側(cè)面，如圖4-4 (c) 所示。所示。這種結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度好，鐵芯容易散熱，但耗用鐵芯這種結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度好，鐵芯容易散熱，但耗用鐵芯材料較多，制造工藝較復(fù)雜。只有一些特殊變壓器材料較多，制造工藝較復(fù)雜。只有一些特殊變壓器(如電如電爐變壓器爐變壓器)和小型干式變壓器采用殼式結(jié)構(gòu)。和小型干式變壓器采用殼式結(jié)構(gòu)。圖4-4 變壓器鐵芯和形式(a) 變壓器鐵芯； (b) 心式變壓器； (c) 殼式變壓器3

17、. 鐵芯疊裝鐵芯疊裝鐵芯一般由剪成一定形狀的硅鋼片疊裝而成。為了鐵芯一般由剪成一定形狀的硅鋼片疊裝而成。為了減小接縫間隙，提高導(dǎo)磁性能，減小勵(lì)磁電流，常采用減小接縫間隙，提高導(dǎo)磁性能，減小勵(lì)磁電流，常采用交錯(cuò)式疊裝，使相鄰層疊縫錯(cuò)開(kāi)。由于冷軋硅鋼片和熱交錯(cuò)式疊裝，使相鄰層疊縫錯(cuò)開(kāi)。由于冷軋硅鋼片和熱軋硅鋼片導(dǎo)磁性能的不同，因此它們疊裝的方法也不同。軋硅鋼片導(dǎo)磁性能的不同，因此它們疊裝的方法也不同。熱軋硅鋼片疊裝的次序如圖熱軋硅鋼片疊裝的次序如圖4-5所示，冷軋硅鋼片疊裝所示，冷軋硅鋼片疊裝的次序如圖的次序如圖4-6所示。疊裝之后，用特殊的緊固件夾緊，所示。疊裝之后，用特殊的緊固件夾緊，即組成了

18、變壓器的鐵芯。由于各層硅鋼片的排列互不相即組成了變壓器的鐵芯。由于各層硅鋼片的排列互不相同，因此在疊裝后各層的接縫不在同一點(diǎn)，這可以有效同，因此在疊裝后各層的接縫不在同一點(diǎn)，這可以有效地提高導(dǎo)磁性能。目前，大、中型變壓器的鐵芯均采用地提高導(dǎo)磁性能。目前，大、中型變壓器的鐵芯均采用圖圖4-6所示的疊裝方法。所示的疊裝方法。圖4-5 熱軋硅鋼片疊法 圖4-6 冷軋硅鋼片疊法二、二、 繞組繞組繞組是變壓器的電路部分，一般用絕緣銅線(xiàn)或絕緣鋁繞組是變壓器的電路部分，一般用絕緣銅線(xiàn)或絕緣鋁線(xiàn)繞制而成。變壓器中，工作電壓高的繞組稱(chēng)為高壓繞組，線(xiàn)繞制而成。變壓器中，工作電壓高的繞組稱(chēng)為高壓繞組，工作電壓低的繞

19、組稱(chēng)為低壓繞組。根據(jù)高、低壓繞組在鐵工作電壓低的繞組稱(chēng)為低壓繞組。根據(jù)高、低壓繞組在鐵芯上套裝的位置及形狀，繞組可分為同心式和交疊式兩種芯上套裝的位置及形狀，繞組可分為同心式和交疊式兩種類(lèi)型。類(lèi)型。1. 同心式繞組同心式繞組同心式繞組是將高、低壓繞組同心地套裝在同一鐵芯同心式繞組是將高、低壓繞組同心地套裝在同一鐵芯柱上，如圖柱上，如圖4-10(a)所示，為便于絕緣，低壓繞組套在靠近所示，為便于絕緣，低壓繞組套在靠近鐵芯柱處，高壓繞組套在低壓繞組外面。高、低壓繞組之鐵芯柱處，高壓繞組套在低壓繞組外面。高、低壓繞組之間留有通道，有利于繞組散熱、絕緣。這種繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、間留有通道，有利于繞組散熱、絕

20、緣。這種繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，電力變壓器常采用這種形式。它又分為圓筒式、制造方便，電力變壓器常采用這種形式。它又分為圓筒式、螺旋式和連續(xù)式等幾種基本形式，如圖螺旋式和連續(xù)式等幾種基本形式，如圖4-11所示。所示。圖圖4-10 同心式繞組與交疊式繞組同心式繞組與交疊式繞組(a) 同心式繞組；同心式繞組；(b) 交疊式繞組交疊式繞組圖圖4-11 同心式繞組基本形式同心式繞組基本形式(a) 圓筒式圓筒式(雙層雙層)；(b) 螺旋式螺旋式(多層多層)；(c) 連續(xù)式連續(xù)式(盤(pán)狀盤(pán)狀)2. 交疊式繞組交疊式繞組交疊式繞組是把高、低壓繞組分成若干個(gè)線(xiàn)餅沿鐵交疊式繞組是把高、低壓繞組分成若干個(gè)線(xiàn)餅沿鐵芯柱

21、交替排列，所以也稱(chēng)為餅式繞組。為了便于絕緣，芯柱交替排列，所以也稱(chēng)為餅式繞組。為了便于絕緣，通常在最上層和最下層放置低壓繞組，如圖通常在最上層和最下層放置低壓繞組，如圖4-10(b)所示。所示。這種繞組漏抗小、機(jī)械強(qiáng)度高，易構(gòu)成多條并列支路，這種繞組漏抗小、機(jī)械強(qiáng)度高，易構(gòu)成多條并列支路，引出線(xiàn)方便，主要用于低電壓大電流的電焊、電爐變壓引出線(xiàn)方便，主要用于低電壓大電流的電焊、電爐變壓器及殼式變壓器中。器及殼式變壓器中。三、分接開(kāi)關(guān)三、分接開(kāi)關(guān)變壓器常用改變繞組匝數(shù)的方法來(lái)調(diào)整電壓比。通變壓器常用改變繞組匝數(shù)的方法來(lái)調(diào)整電壓比。通常從高壓繞組引出若干抽頭，即分接頭，然后與切換裝常從高壓繞組引出若

22、干抽頭，即分接頭，然后與切換裝置連接在一起，即分接開(kāi)關(guān)。分接開(kāi)關(guān)分為有載調(diào)壓分置連接在一起，即分接開(kāi)關(guān)。分接開(kāi)關(guān)分為有載調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)和無(wú)載調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)，前者必須在變壓器停電情接開(kāi)關(guān)和無(wú)載調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)，前者必須在變壓器停電情況下切換，后者可以在不停電情況下切換。調(diào)節(jié)電壓的況下切換，后者可以在不停電情況下切換。調(diào)節(jié)電壓的范圍是額定輸出電壓的范圍是額定輸出電壓的5%，原理如圖，原理如圖4-12所示。所示。圖圖4-12 電力變壓器的分接開(kāi)關(guān)電力變壓器的分接開(kāi)關(guān)四、四、 絕緣套管絕緣套管將油箱中的變壓器繞將油箱中的變壓器繞組的輸入，輸出線(xiàn)從箱內(nèi)組的輸入，輸出線(xiàn)從箱內(nèi)與電網(wǎng)相接，對(duì)它的要求與電網(wǎng)相接，對(duì)它

23、的要求是絕緣性能和密封性能要是絕緣性能和密封性能要好。如圖好。如圖4-13所示。所示。圖圖4-13 絕緣套管絕緣套管五、五、 油箱和保護(hù)裝置油箱和保護(hù)裝置油箱是變壓器的外殼，內(nèi)部裝有變壓器油，鐵芯和繞組。油箱是變壓器的外殼，內(nèi)部裝有變壓器油，鐵芯和繞組。油箱的主要作用是保護(hù)鐵芯和繞組不受外力作用而損壞，并避油箱的主要作用是保護(hù)鐵芯和繞組不受外力作用而損壞，并避免其受潮。變壓器油起絕緣、冷卻和滅弧作用。油箱一般用鋼免其受潮。變壓器油起絕緣、冷卻和滅弧作用。油箱一般用鋼板沖壓焊接而成，做成矩形或橢圓形。為加強(qiáng)散熱能力，中、板沖壓焊接而成，做成矩形或橢圓形。為加強(qiáng)散熱能力，中、小型變壓器在箱體壁上焊

24、有許多空心散熱鋼管，利用變壓器油小型變壓器在箱體壁上焊有許多空心散熱鋼管，利用變壓器油自身受熱循環(huán)進(jìn)行冷卻。新型電力變壓器多采用片式散熱器散自身受熱循環(huán)進(jìn)行冷卻。新型電力變壓器多采用片式散熱器散熱，容量大于熱，容量大于10 000 kVA的電力變壓器，采用風(fēng)吹冷卻或強(qiáng)迫的電力變壓器，采用風(fēng)吹冷卻或強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻裝置。油循環(huán)冷卻裝置。為了保證變壓器油箱內(nèi)經(jīng)常充滿(mǎn)油，使變壓器油隨溫度變?yōu)榱吮ＷC變壓器油箱內(nèi)經(jīng)常充滿(mǎn)油，使變壓器油隨溫度變化時(shí)有脹縮的空間，防止潮氣侵入油箱，一般在油箱的上部還化時(shí)有脹縮的空間，防止潮氣侵入油箱，一般在油箱的上部還裝有一儲(chǔ)油柜，又稱(chēng)為油枕，用連通管與油箱接通。通過(guò)吸濕裝有

25、一儲(chǔ)油柜，又稱(chēng)為油枕，用連通管與油箱接通。通過(guò)吸濕器與外界空氣相通。吸濕器也叫呼吸器，它內(nèi)部裝有硅膠，用器與外界空氣相通。吸濕器也叫呼吸器，它內(nèi)部裝有硅膠，用以過(guò)濾儲(chǔ)油柜內(nèi)空氣中的雜質(zhì)和水分。以過(guò)濾儲(chǔ)油柜內(nèi)空氣中的雜質(zhì)和水分。圖4-14 儲(chǔ)油柜和保護(hù)裝置新型的全充油密封式電力變壓器不設(shè)儲(chǔ)油柜，運(yùn)行時(shí)變壓器油新型的全充油密封式電力變壓器不設(shè)儲(chǔ)油柜，運(yùn)行時(shí)變壓器油的體積變化完全由設(shè)在側(cè)壁的膨脹式散熱器的體積變化完全由設(shè)在側(cè)壁的膨脹式散熱器(金屬波紋油箱金屬波紋油箱)來(lái)補(bǔ)償，來(lái)補(bǔ)償，變壓器端蓋與油箱焊為一體變壓器端蓋與油箱焊為一體, 設(shè)備免維護(hù)設(shè)備免維護(hù), 運(yùn)行安全可靠。運(yùn)行安全可靠。變壓器的保護(hù)裝

26、置主要有氣體繼電器和安全氣道，如圖變壓器的保護(hù)裝置主要有氣體繼電器和安全氣道，如圖4-14所所示。氣體繼電器也稱(chēng)瓦斯繼電器，它裝在儲(chǔ)油柜與油箱連接的管道示。氣體繼電器也稱(chēng)瓦斯繼電器，它裝在儲(chǔ)油柜與油箱連接的管道中，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，變壓器油產(chǎn)生氣體使繼電器動(dòng)作。中，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，變壓器油產(chǎn)生氣體使繼電器動(dòng)作。輕微故障時(shí)發(fā)出信號(hào)，嚴(yán)重故障時(shí)發(fā)出跳閘信號(hào)使斷路器跳閘，切輕微故障時(shí)發(fā)出信號(hào)，嚴(yán)重故障時(shí)發(fā)出跳閘信號(hào)使斷路器跳閘，切斷電源。安全氣道也稱(chēng)防爆管，裝在油箱的頂蓋上。它是一個(gè)鋼制斷電源。安全氣道也稱(chēng)防爆管，裝在油箱的頂蓋上。它是一個(gè)鋼制圓空心筒，頂端口裝有一特制的玻璃片，下端口

27、與油箱相連。當(dāng)變圓空心筒，頂端口裝有一特制的玻璃片，下端口與油箱相連。當(dāng)變壓器箱體內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重故障而氣體繼電器又失靈時(shí)，箱內(nèi)壓力超過(guò)一壓器箱體內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重故障而氣體繼電器又失靈時(shí)，箱內(nèi)壓力超過(guò)一定限度時(shí)，油和氣體將沖破玻璃片而噴出，防止油箱爆裂。近年來(lái)定限度時(shí)，油和氣體將沖破玻璃片而噴出，防止油箱爆裂。近年來(lái)在一些變壓器中用壓力釋放閥代替防爆管，這種閥可以重復(fù)使用。在一些變壓器中用壓力釋放閥代替防爆管，這種閥可以重復(fù)使用。此外，變壓器油箱蓋上還裝有測(cè)溫及溫度監(jiān)控裝置，以防變壓此外，變壓器油箱蓋上還裝有測(cè)溫及溫度監(jiān)控裝置，以防變壓器油溫過(guò)高而受損。器油溫過(guò)高而受損。3.4.5 銘牌銘牌每一臺(tái)變壓器出

28、廠時(shí)都在其醒目位置裝有一塊每一臺(tái)變壓器出廠時(shí)都在其醒目位置裝有一塊銘牌，標(biāo)明它的型號(hào)和主要參數(shù)，如圖銘牌，標(biāo)明它的型號(hào)和主要參數(shù)，如圖4-15所示。其所示。其中主要的是額定值，所謂額定值，就是制造廠家根中主要的是額定值，所謂額定值，就是制造廠家根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)變壓器正常運(yùn)行時(shí)的有關(guān)參數(shù)所做據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)變壓器正常運(yùn)行時(shí)的有關(guān)參數(shù)所做的限額規(guī)定。在額定值范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，可以保證變的限額規(guī)定。在額定值范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，可以保證變壓器長(zhǎng)期可靠地工作。所以銘牌上的主要參數(shù)是指壓器長(zhǎng)期可靠地工作。所以銘牌上的主要參數(shù)是指導(dǎo)用戶(hù)安全、經(jīng)濟(jì)、合理使用變壓器的依據(jù)。導(dǎo)用戶(hù)安全、經(jīng)濟(jì)、合理使用變壓器的依據(jù)。圖4-15

29、 電力變壓器銘牌1. 型號(hào)型號(hào)型號(hào)用以表明變壓器的類(lèi)型和所有特征，一般由字母和數(shù)字兩部分組成，形式如下：例如，型號(hào)例如，型號(hào)SL7-1000/10表示該變壓器是一臺(tái)三相油浸自冷式表示該變壓器是一臺(tái)三相油浸自冷式雙繞組鋁線(xiàn)無(wú)載調(diào)壓式電力變壓器，設(shè)計(jì)序號(hào)為雙繞組鋁線(xiàn)無(wú)載調(diào)壓式電力變壓器，設(shè)計(jì)序號(hào)為7，額定容量為，額定容量為1000 kVA，高壓繞組額定電壓為，高壓繞組額定電壓為10 kV。2. 額定容量額定容量SN額定容量是指變壓器額定運(yùn)行狀態(tài)下輸出的視在功率，單位為kVA、MVA或VA。由于變壓器的效率很高，原、副邊繞組容量可以認(rèn)為是相等的，即額定容量。單相變壓器額定容量： 三相變壓器額定容量：

30、NNNNNNNNNNIUIUSIUIUS22112211333. 額定電壓額定電壓U1N、U2NU1N是指變壓器額定工況運(yùn)行時(shí)，根據(jù)其絕緣強(qiáng)度和散熱條件、規(guī)定加于原邊繞組的電壓；U2N指原邊繞組加額定電壓時(shí)，副邊繞組側(cè)空載(開(kāi)路)時(shí)的電壓U20，U2N=U20，單位為kV或V。三相變壓器額定電壓均指線(xiàn)電壓。4. 額定電流額定電流I1N，I2N額定電流是根據(jù)絕緣和允許發(fā)熱條件能長(zhǎng)期通過(guò)繞組的電流。 此電流可通過(guò)額定容量、額定電壓計(jì)算出來(lái)。單相變壓器： 三相變壓器： 三相變壓器的額定電流均指線(xiàn)電流。(1-3)NNNNNNNNNNNNUSIUSIUSIUSI221122113,3,5. 額定頻率額定

31、頻率fN我國(guó)規(guī)定電力系統(tǒng)的額定頻率(工頻)為50 Hz。4.2 4.2 變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行一、電壓與電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系一、電壓與電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系二、勵(lì)磁電流二、勵(lì)磁電流三、原繞組的電阻和漏磁通的影響三、原繞組的電阻和漏磁通的影響四、空載運(yùn)行時(shí)的相量圖及等效電路四、空載運(yùn)行時(shí)的相量圖及等效電路一、忽略繞組電阻及漏磁通時(shí)的電壓與一、忽略繞組電阻及漏磁通時(shí)的電壓與電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系什么是空載運(yùn)行？什么是空載運(yùn)行？變壓器一次繞組加上交流電壓，二次繞組開(kāi)路的運(yùn)行情況。變壓器一次繞組加上交流電壓，二次繞組開(kāi)路的運(yùn)行情況?？蛰d運(yùn)行時(shí)的主磁通和漏磁通空載運(yùn)行時(shí)的主磁通和漏磁通1.1.空載磁場(chǎng)空載磁場(chǎng)

32、空載電流空載電流 i0 產(chǎn)生一個(gè)交變磁通勢(shì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁通勢(shì) i0N1 ，為空載磁，為空載磁通勢(shì)，在空載磁通勢(shì)的作用下產(chǎn)生磁通。（通勢(shì)，在空載磁通勢(shì)的作用下產(chǎn)生磁通。（1）交變磁場(chǎng)主磁通交變磁場(chǎng)主磁通 m通過(guò)鐵心閉合的磁通量（占通過(guò)鐵心閉合的磁通量（占絕大部分）絕大部分）漏磁通漏磁通1o通過(guò)油和空氣閉合的磁通量（占少通過(guò)油和空氣閉合的磁通量（占少量）量）.2.2.主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)主磁通在一次繞組和二次繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)主磁通在一次繞組和二次繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：dtdNtem11)(dtdNtem22)(dtdNteoo111)(3. 3. 感應(yīng)漏電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)漏電動(dòng)勢(shì)交鏈一次繞組的

33、漏磁通在交鏈一次繞組的漏磁通在一次繞組中感生漏電動(dòng)勢(shì)一次繞組中感生漏電動(dòng)勢(shì))90sin()90sin(cos)(11111tEtNtNdtdNtemmmmtmsin設(shè)：設(shè)：則有而對(duì)而對(duì) e2 e2 有：有：)90sin()90sin(cos)(22222tEtNtNdtdNtemmmm所以所以 e1 e1 和和 e2 e2 也按正弦規(guī)律變化也按正弦規(guī)律變化感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e e1 1、e e2 2 在相位上滯后于在相位上滯后于 m m 的電角度是的電角度是 9090 有效值是有效值是: :mmmfNfNNE111144. 4222mmmfNfNNE222244. 4222當(dāng)一次繞組上加上

34、額定電壓當(dāng)一次繞組上加上額定電壓 U U1N 1N 時(shí)，時(shí)，一般規(guī)定此時(shí)二次繞組開(kāi)路電壓將是額定電壓一般規(guī)定此時(shí)二次繞組開(kāi)路電壓將是額定電壓 U U2N 2N ，2121N21NNEEUUN因此可以認(rèn)為，變壓器的電壓比就是匝數(shù)比，在三因此可以認(rèn)為，變壓器的電壓比就是匝數(shù)比，在三相變壓器中，電壓比規(guī)定為高壓繞組的線(xiàn)電壓與低相變壓器中，電壓比規(guī)定為高壓繞組的線(xiàn)電壓與低壓繞組的壓繞組的線(xiàn)電壓之比線(xiàn)電壓之比忽略繞組電阻和漏磁通時(shí)的電壓與電動(dòng)勢(shì)忽略繞組電阻和漏磁通時(shí)的電壓與電動(dòng)勢(shì)2211EUEU,v二、二、 勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流我們知道，建立磁場(chǎng)時(shí)只需要從電源送入無(wú)功功我們知道，建立磁場(chǎng)時(shí)只需要從電源送入無(wú)

35、功功率，因此用來(lái)產(chǎn)生主磁通率，因此用來(lái)產(chǎn)生主磁通 的電流與主磁通的電流與主磁通 同同相位，而落后于電源電壓相位，而落后于電源電壓 的相位為的相位為90，稱(chēng)之為磁化電流，用稱(chēng)之為磁化電流，用 表示，在變壓表示，在變壓器中，也稱(chēng)之為勵(lì)磁電流的無(wú)功分量。器中，也稱(chēng)之為勵(lì)磁電流的無(wú)功分量。 磁滯和渦流損耗的結(jié)果都消耗了有功功率而在鐵磁滯和渦流損耗的結(jié)果都消耗了有功功率而在鐵心中轉(zhuǎn)化為熱，對(duì)變壓器是不利的，所以變壓器鐵心心中轉(zhuǎn)化為熱，對(duì)變壓器是不利的，所以變壓器鐵心材料應(yīng)該選取磁滯回線(xiàn)瘦窄的軟磁材料材料應(yīng)該選取磁滯回線(xiàn)瘦窄的軟磁材料(回線(xiàn)胖寬的回線(xiàn)胖寬的鐵磁材料稱(chēng)為硬磁材料鐵磁材料稱(chēng)為硬磁材料)，并且要

36、用片間彼此絕緣的，并且要用片間彼此絕緣的硅鋼片疊成，這樣可以盡量減少硅鋼片疊成，這樣可以盡量減少 的數(shù)值。的數(shù)值。 m.m.1.1.EUrI0.aI0.勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流I I0 0I0與（與（-E1）之間夾角之間夾角0 0稱(chēng)為鐵耗稱(chēng)為鐵耗角的余角，一般的變壓器都采取角的余角，一般的變壓器都采取措施減少鐵心損耗，故鐵損耗角措施減少鐵心損耗，故鐵損耗角不大。鐵損耗余角約為不大。鐵損耗余角約為9090度。度。I I0 0比比m m在相位上超前了一個(gè)小在相位上超前了一個(gè)小角稱(chēng)為角稱(chēng)為鐵耗角鐵耗角00msinII00cosIIFe實(shí)際的原繞組具有電阻實(shí)際的原繞組具有電阻r1，勵(lì)磁電流通過(guò)時(shí)，在原，勵(lì)磁電

37、流通過(guò)時(shí)，在原繞組上產(chǎn)生電壓降繞組上產(chǎn)生電壓降 。 10.rI1.110.EjxrI）（1.1.10.1.EErIUs1.10.EzI上式稱(chēng)為變壓器原邊電壓方程式。上式稱(chēng)為變壓器原邊電壓方程式。 三、原繞組的電阻和漏磁通的影響三、原繞組的電阻和漏磁通的影響111jxrZ其中其中：其中：Z Z1 1原繞組漏阻抗原繞組漏阻抗 ； x x1 1漏電抗漏電抗 ； r r1 1原繞組電阻原繞組電阻四四. .空載運(yùn)行時(shí)的相量圖及等效電路空載運(yùn)行時(shí)的相量圖及等效電路1.1.空載運(yùn)行時(shí)電勢(shì)平衡方程空載運(yùn)行時(shí)電勢(shì)平衡方程變壓器空載運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)勢(shì)平衡方程式如下：變壓器空載運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)勢(shì)平衡方程式如下：由主磁通產(chǎn)生

38、的電勢(shì)由主磁通產(chǎn)生的電勢(shì) E1 與產(chǎn)生主磁通的勵(lì)磁電流與產(chǎn)生主磁通的勵(lì)磁電流 I0 之間存在關(guān)系，可以直接用參數(shù)形式來(lái)表示，之間存在關(guān)系，可以直接用參數(shù)形式來(lái)表示，由于由于 I0 中有有功分量與無(wú)功分量，中有有功分量與無(wú)功分量，故故 -E1 可表示為可表示為 I0 流過(guò)一個(gè)阻抗時(shí)所引起的阻抗壓流過(guò)一個(gè)阻抗時(shí)所引起的阻抗壓降，即降，即)(101mmmjxrIZIE其中：其中：Z Zm m勵(lì)磁阻抗勵(lì)磁阻抗 ； x xm m勵(lì)磁電抗勵(lì)磁電抗 ； r rm m勵(lì)磁電阻勵(lì)磁電阻 變壓器空載運(yùn)行時(shí)原邊電動(dòng)勢(shì)平衡方程式變壓器空載運(yùn)行時(shí)原邊電動(dòng)勢(shì)平衡方程式mZIZIU01012.2.空載運(yùn)行時(shí)等值電路空載運(yùn)行

39、時(shí)等值電路3.3.空載運(yùn)行時(shí)相量圖空載運(yùn)行時(shí)相量圖)()(01100101101mmmjxrIjxrIzIzIEzIU【例例4-1】 一臺(tái)三相變壓器, SN=31 500 kVA，U1N=110 kV, U2N=10.5 kV，Y、d接法，原邊繞組每相的電阻r1=1.21，x1=14.45，rm=1439.3 ，xm=14 161.3 ，試求： (1) 原、副邊繞組額定電流I1N、I2N。(2) 變比k。(3) 空載電流I0及占原邊繞組額定電流I1N的百分?jǐn)?shù)。(4) 原邊繞組相電壓、相電勢(shì)及空載時(shí)的漏抗壓降。解解 (1) (2) A3 .1651011031031500333N1N1NUSIA

40、1 .1732105 .1031031500333N2N2NUSI05. 6105 .10310110333N21NUUk(3)A46. 4 )3 .1416145.14()3 .143921. 1 (310110 )()(32232m12m11N0 xxrrUI(4) 從例4-1題可以看出如下關(guān)系：%7 . 2%1003 .16546. 4%100N10IIV4 .63510310110331N1UU.78V634843 .141613 .143946. 422m01ZIEV83.4545.1421. 146. 42210ZI1110UEZI4.3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器的負(fù)載運(yùn)行負(fù)載運(yùn)行是

41、指變壓器原邊繞組接在額定頻負(fù)載運(yùn)行是指變壓器原邊繞組接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，副邊繞組接入率、額定電壓的交流電源上，副邊繞組接入負(fù)載時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，如圖所示。負(fù)載時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，如圖所示。變壓器負(fù)載運(yùn)行示意圖4.3.1 負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理狀況負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理狀況空載運(yùn)行時(shí)，副邊繞組電流為零，在原邊繞組電壓的作空載運(yùn)行時(shí)，副邊繞組電流為零，在原邊繞組電壓的作用下，原邊繞組只有較小的空載電流流過(guò)，它建立空載磁動(dòng)用下，原邊繞組只有較小的空載電流流過(guò)，它建立空載磁動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生交鏈于原、副邊繞組的主磁通勢(shì)，從而產(chǎn)生交鏈于原、副邊繞組的主磁通 和只和只交鏈于原邊繞組的漏磁通，它們?cè)谠⒏边吚@組中感應(yīng)

42、出電交鏈于原邊繞組的漏磁通，它們?cè)谠?、副邊繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)、動(dòng)勢(shì)、 、，使得、，使得 相平衡，此時(shí)相平衡，此時(shí)變壓器處在空載運(yùn)行時(shí)的電磁平衡狀態(tài)。變壓器處在空載運(yùn)行時(shí)的電磁平衡狀態(tài)。1U0I100NIFm1s1E2E1sE1011ZIEU負(fù)載運(yùn)行時(shí)，副邊繞組在作用下便產(chǎn)生副邊繞組電流負(fù)載運(yùn)行時(shí)，副邊繞組在作用下便產(chǎn)生副邊繞組電流， 建立副邊繞組磁動(dòng)勢(shì)建立副邊繞組磁動(dòng)勢(shì) ，F(xiàn)2產(chǎn)生的磁通也作產(chǎn)生的磁通也作用于主磁路中，從而企圖改變鐵芯中的主磁通用于主磁路中，從而企圖改變鐵芯中的主磁通 以及由此產(chǎn)生以及由此產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)、的感應(yīng)電勢(shì)、 ，以使空載時(shí)的電磁平衡關(guān)系遭到破壞。但，以使空載時(shí)的電磁平衡

43、關(guān)系遭到破壞。但是，由于電源電壓為常值，相應(yīng)的主磁通是，由于電源電壓為常值，相應(yīng)的主磁通 也應(yīng)基本保持也應(yīng)基本保持不變，為了維持基本不變，此時(shí)，只有原邊繞組電流不變，為了維持基本不變，此時(shí)，只有原邊繞組電流 增增加到加到 ，原邊繞組磁動(dòng)勢(shì)由，原邊繞組磁動(dòng)勢(shì)由F0變?yōu)樽優(yōu)?(其中增加的那其中增加的那部分磁動(dòng)勢(shì)用來(lái)平衡部分磁動(dòng)勢(shì)用來(lái)平衡F2)，以維持主磁通，以維持主磁通 基本不變，使變壓基本不變，使變壓器處在負(fù)載運(yùn)行時(shí)的新的電磁平衡狀態(tài)。變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物器處在負(fù)載運(yùn)行時(shí)的新的電磁平衡狀態(tài)。變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理狀況如下：理狀況如下： 2E2I2I222NIFm2E1E1Umm0I1Im111N

44、IF4.3.2 負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁通關(guān)系及原、副邊電流的關(guān)系負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁通關(guān)系及原、副邊電流的關(guān)系1. 磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式從以上分析得知，負(fù)載運(yùn)行時(shí)作用在鐵芯磁路上的合成磁動(dòng)勢(shì)為F1+F2，這兩個(gè)磁動(dòng)勢(shì)共同建立了鐵芯中的主磁通 ，從空載到負(fù)載，鐵芯中的主磁通 基本不變，而空載時(shí)產(chǎn)生這個(gè)主磁通 所需的磁動(dòng)勢(shì)為F0，這就是說(shuō)F1+F2的效果與F0是等同的，即得磁動(dòng)勢(shì)平衡方程為F1+F2=F0 (4-23)或mmm102211NININI將式(4-23)可以改寫(xiě)成以下形式： F1=F0+(-F2)或兩邊同除N1得： (4-24)式(4-24)說(shuō)明，變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，原邊繞組電流 由兩個(gè)分

45、量組成。一個(gè)分量為，用來(lái)建立主磁通 ，它基本上不變； 另一個(gè)分量為 ，稱(chēng)為負(fù)載分量，用來(lái)平衡對(duì)主磁通的影響并隨變化。 )(221011NININI20212011IkIINNII1I0Im2I2I21Ik由于 很小，分析時(shí)可忽略不計(jì)，則式(2-24)可改寫(xiě)為 (4-25) 式(4-25)說(shuō)明，變壓器中原、副邊繞組電流與其相應(yīng)的匝數(shù)成反比，當(dāng)副邊繞組負(fù)載電流I2增大時(shí)，原邊繞組電流I1隨之增大，它在變壓的同時(shí)也在改變電流大小。0IkIINNIkININI12212122111v4.3.3 負(fù)載時(shí)副邊電壓、電流的關(guān)系負(fù)載時(shí)副邊電壓、電流的關(guān)系副繞組磁通副繞組磁通 磁勢(shì)還產(chǎn)生只環(huán)鏈副繞磁勢(shì)還產(chǎn)生只環(huán)

46、鏈副繞組本身而不環(huán)鏈原繞組的副邊漏磁通組本身而不環(huán)鏈原繞組的副邊漏磁通 .根據(jù)電路的基爾霍夫電壓定律，參見(jiàn)圖中副邊各根據(jù)電路的基爾霍夫電壓定律，參見(jiàn)圖中副邊各電量的規(guī)定正方向，寫(xiě)出副邊回路電壓方程式為電量的規(guī)定正方向，寫(xiě)出副邊回路電壓方程式為 22.2.WIF2.s2.22.2.2.sErIEU22.2.22.22.2.zIExIjrIE 222jxrz稱(chēng)作副邊漏阻抗。稱(chēng)作副邊漏阻抗。 2220202xI jILjElZIU224.3.44.3.4變壓器的基本方程（變壓器的基本方程（6 6個(gè)）個(gè)）LmZIUzEINININIkNNEEzIEUzIEU2210102211212122221111

47、/圖4-6 變壓器負(fù)載時(shí)原、副邊繞組的電路圖4.3.5 負(fù)載運(yùn)行時(shí)的等值電路和相量圖負(fù)載運(yùn)行時(shí)的等值電路和相量圖1. 等值電路等值電路由圖由圖4-6可以看出，變壓器負(fù)載時(shí)原、副邊繞組的電路是可以看出，變壓器負(fù)載時(shí)原、副邊繞組的電路是兩個(gè)獨(dú)立的電路，它們之間只有磁的耦合，而沒(méi)有電的直接兩個(gè)獨(dú)立的電路，它們之間只有磁的耦合，而沒(méi)有電的直接聯(lián)系。而對(duì)于電源來(lái)說(shuō)，變壓器本身以及所接負(fù)載是一個(gè)統(tǒng)聯(lián)系。而對(duì)于電源來(lái)說(shuō)，變壓器本身以及所接負(fù)載是一個(gè)統(tǒng)一的元件，若能用一個(gè)既能正確反映變壓器內(nèi)部電磁關(guān)系，一的元件，若能用一個(gè)既能正確反映變壓器內(nèi)部電磁關(guān)系，又便于工程計(jì)算的電路來(lái)等效代替它們，將使變壓器的分析又便

48、于工程計(jì)算的電路來(lái)等效代替它們，將使變壓器的分析和計(jì)算大為簡(jiǎn)化。這種電路稱(chēng)為等值電路。和計(jì)算大為簡(jiǎn)化。這種電路稱(chēng)為等值電路。1) 繞組的折算繞組的折算要把變壓器原、副邊繞組的獨(dú)立電路用一個(gè)等效的電路要把變壓器原、副邊繞組的獨(dú)立電路用一個(gè)等效的電路來(lái)代替，其主要矛盾是由于原、副邊繞組匝數(shù)不同，而導(dǎo)致來(lái)代替，其主要矛盾是由于原、副邊繞組匝數(shù)不同，而導(dǎo)致了電動(dòng)勢(shì)、電流和阻抗不相等，這就需要引入繞組折算法。了電動(dòng)勢(shì)、電流和阻抗不相等，這就需要引入繞組折算法。所謂繞組折算，就是把原、副邊繞組的匝數(shù)變換成同一匝數(shù)所謂繞組折算，就是把原、副邊繞組的匝數(shù)變換成同一匝數(shù)(k=1)的方法。折算可以由副邊繞組向原邊

49、繞組折算，即把副的方法。折算可以由副邊繞組向原邊繞組折算，即把副邊繞組匝數(shù)變換成原邊繞組匝數(shù)；邊繞組匝數(shù)變換成原邊繞組匝數(shù)； 也可以由原邊繞組向副邊也可以由原邊繞組向副邊繞組折算。繞組折算。折算的原則是折算前后變壓器內(nèi)部的電磁效應(yīng)不變，即折算的原則是折算前后變壓器內(nèi)部的電磁效應(yīng)不變，即折算前后磁動(dòng)勢(shì)、功率以及損耗等均不變化。折算前后磁動(dòng)勢(shì)、功率以及損耗等均不變化。如由副邊繞組如由副邊繞組向原邊繞組折算時(shí)，只要保持副邊繞組的磁動(dòng)勢(shì)向原邊繞組折算時(shí)，只要保持副邊繞組的磁動(dòng)勢(shì)F2不變，則不變，則變壓器內(nèi)部的電磁效應(yīng)也就不變。為了區(qū)別，折算后的值常變壓器內(nèi)部的電磁效應(yīng)也就不變。為了區(qū)別，折算后的值常在

50、原符號(hào)的右上角加注在原符號(hào)的右上角加注“”表示。表示。2) 折算的方法(1) 副邊繞組電流的折算值 。設(shè)折算后副邊繞組的匝數(shù)為 ，折算前后副邊繞組磁動(dòng)勢(shì)不變，即 ， 則(4-29) 2I12NN2222NINIkIINNINNI22122222 (2) 副邊繞組電動(dòng)勢(shì)、電壓的折算。折算前后磁通不變， 根據(jù)電動(dòng)勢(shì)與匝數(shù)成正比關(guān)系，則 故 (4-30a) (4-30b) kNNNNEE21222222kEE 22kUU(3) 副邊繞組阻抗的折算。折算前后功率以及功率損耗不變， 則故(4-31a)同理(4-31b)(4-31c)(4-31d)222222rIrIrkrIIrIIr2221222222

51、2222xkx 222ZkZ L2LZkZ從以上各折算公式可以看出，變比從以上各折算公式可以看出，變比k是折算過(guò)程的橋梁，將是折算過(guò)程的橋梁，將副邊繞組各量折算到原邊繞組時(shí)，凡是電流量都除以副邊繞組各量折算到原邊繞組時(shí)，凡是電流量都除以k，電壓和，電壓和電動(dòng)勢(shì)各量乘以電動(dòng)勢(shì)各量乘以k，阻抗、電阻和電抗各量乘以，阻抗、電阻和電抗各量乘以k2。副邊繞組折。副邊繞組折算到原邊繞組后變壓器的基本方程式歸納為算到原邊繞組后變壓器的基本方程式歸納為 (4-32)()j()j()j(20112L222222222m0mm0111111111IIIEEZIZIExrIEUZIxrIEZIExrIEU3) 等值

52、電路等值電路(1) “T”形等值電路。根據(jù)式形等值電路。根據(jù)式(4-32)可以分別繪制出如圖可以分別繪制出如圖4-7 (a)、(b) 、(c)所示的等值電路，變壓器原、副邊繞組磁的耦合所示的等值電路，變壓器原、副邊繞組磁的耦合作用，以主磁通作用，以主磁通 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 、 形式反映了形式反映了出來(lái)。出來(lái)。2E1Em圖4-7 變壓器部分等值電路由于由于 以及以及 的關(guān)系，可將圖的關(guān)系，可將圖4-7(a)、(b)、(c)三部分組合在一起，就得到三部分組合在一起，就得到“T”形等值電路，形等值電路，如圖如圖4-8所示。所示。m021ZIEE021III圖4-8 變壓器“T”形等值

53、電路(2) 簡(jiǎn)化等值電路。簡(jiǎn)化等值電路。“T”形等值電路是一混聯(lián)電路，進(jìn)行分形等值電路是一混聯(lián)電路，進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，要用復(fù)數(shù)運(yùn)算比較麻煩。而在電力變壓器中，析計(jì)算時(shí)，要用復(fù)數(shù)運(yùn)算比較麻煩。而在電力變壓器中，I0IN，I0(2%10%)IN，因此，在工程計(jì)算中，分析負(fù)載運(yùn)行以及短，因此，在工程計(jì)算中，分析負(fù)載運(yùn)行以及短路運(yùn)行時(shí)往往可以把忽略不計(jì)，即去掉勵(lì)磁支路，從而得到路運(yùn)行時(shí)往往可以把忽略不計(jì)，即去掉勵(lì)磁支路，從而得到一個(gè)簡(jiǎn)單的串聯(lián)電路，稱(chēng)為簡(jiǎn)化等值電路，如圖一個(gè)簡(jiǎn)單的串聯(lián)電路，稱(chēng)為簡(jiǎn)化等值電路，如圖4-9所示。圖中，所示。圖中， 稱(chēng)為短路電阻；稱(chēng)為短路電阻； 稱(chēng)為短路電抗，稱(chēng)為短路電抗，Zk

54、=rk+jxk稱(chēng)稱(chēng)為短路阻抗?？梢?jiàn)為短路阻抗?？梢?jiàn), 變壓器相當(dāng)于一個(gè)短路阻抗變壓器相當(dāng)于一個(gè)短路阻抗Zk，它串接于電，它串接于電源與負(fù)載之間，源與負(fù)載之間，Zk是原、副邊繞組漏阻抗之和，數(shù)值較小，且為是原、副邊繞組漏阻抗之和，數(shù)值較小，且為常數(shù)。常數(shù)。0I21krrr21kxxx圖4-9 變壓器的簡(jiǎn)化等值電路(a) 原、副邊繞組參數(shù)分別表示圖；(b) 短路參數(shù)集中表示圖對(duì)應(yīng)于簡(jiǎn)化等值電路的電壓平衡方程式為(4-33)212k12kk11)j(IIUZIUxrIU2 2、相量圖、相量圖根據(jù)方程式根據(jù)方程式或者等效電路，或者等效電路，可以畫(huà)出相量可以畫(huà)出相量圖，從而了解圖，從而了解變壓器中電壓變

55、壓器中電壓/ /電流電流/ /磁通等磁通等量之間的相位量之間的相位關(guān)系。關(guān)系。mE1=E2-E1I0感性負(fù)載時(shí)I22U2I2R2I2jX2U1I2-I1jI1X1I1R11221221121)2(1,)34(,053.0,024.0,27.0,15.0,115380,6 .4UIIjZxrxrVUUAKVSlNNN，）（，求當(dāng)外加電壓為額定值時(shí)器，例：一臺(tái)單相電力變壓45. 035.113)34(32.3767.22)2(32.3767.2232.3787. 63 . 332.3787. 6)()(3 . 311538012222212112121jZIUAIkIAxxxjrrrUIIUUkl

56、llNNN）（4.4 標(biāo)標(biāo) 么么 值值在電力工程計(jì)算中，各物理量往往不用實(shí)際值而采用在電力工程計(jì)算中，各物理量往往不用實(shí)際值而采用標(biāo)么值進(jìn)行運(yùn)算。所謂標(biāo)么值，標(biāo)么值進(jìn)行運(yùn)算。所謂標(biāo)么值， 就是某一個(gè)物理量就是某一個(gè)物理量(如電如電壓、電流、阻抗、功率等壓、電流、阻抗、功率等)的實(shí)際值與選定的同單位的基的實(shí)際值與選定的同單位的基值之比，即值之比，即 可見(jiàn)，標(biāo)么值實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)相對(duì)值，其中的基值可可見(jiàn)，標(biāo)么值實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)相對(duì)值，其中的基值可以任意選定。通常取各物理量的額定值作基值，為區(qū)別實(shí)以任意選定。通常取各物理量的額定值作基值，為區(qū)別實(shí)際值和標(biāo)么值，通常在各物理量符號(hào)的右上角加注際值和標(biāo)么值，

57、通常在各物理量符號(hào)的右上角加注“*”來(lái)來(lái)表示該物理量的標(biāo)么值。表示該物理量的標(biāo)么值?；祵?shí)際值標(biāo)么值對(duì)于變壓器，當(dāng)選定各自的額定值為基值時(shí)，則原、副邊對(duì)于變壓器，當(dāng)選定各自的額定值為基值時(shí)，則原、副邊繞組電壓和電流的標(biāo)么值為繞組電壓和電流的標(biāo)么值為 原、副邊繞組阻抗的基值分別取原、副邊繞組阻抗的基值分別取, 則原、副邊繞組阻抗的標(biāo)么值為則原、副邊繞組阻抗的標(biāo)么值為N22*2N11*1N22*2N11*1,IIIIIIUUUUUUN2N2N2N1N1N1,IUZIUZN22N2N22*2N11N1N11*1,UZIZZZUZIZZZ采用標(biāo)么值具有以下優(yōu)點(diǎn)：采用標(biāo)么值具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1) 便于對(duì)

58、不同容量變壓器進(jìn)行分析和比較。因?yàn)椴捎脴?biāo)么便于對(duì)不同容量變壓器進(jìn)行分析和比較。因?yàn)椴捎脴?biāo)么值后，所有電力變壓器的性能數(shù)據(jù)變化范圍很小，例如短路阻抗值后，所有電力變壓器的性能數(shù)據(jù)變化范圍很小，例如短路阻抗，空載電流。，空載電流。(2) 原、副邊繞組各對(duì)應(yīng)物理量標(biāo)么值相等，無(wú)需折算，運(yùn)原、副邊繞組各對(duì)應(yīng)物理量標(biāo)么值相等，無(wú)需折算，運(yùn)算十分方便，例如：算十分方便，例如： 175. 004. 0*kZ10. 002. 0*0I*2N22N2N2222NN11N1*1*2N22N11*11ZUZIUkZkIkUZIZUkUkUUUU(3) 可簡(jiǎn)化物理量的數(shù)值，并能直觀地看出變壓器運(yùn)行情況?？珊?jiǎn)化物理量的

59、數(shù)值，并能直觀地看出變壓器運(yùn)行情況。例如某物理量等于其額定值時(shí)，標(biāo)么值為例如某物理量等于其額定值時(shí)，標(biāo)么值為1。 ，表明，表明該變壓器帶該變壓器帶90%額定負(fù)載。額定負(fù)載。(4) 使某些不同性質(zhì)的物理量具有相同數(shù)值。例如：使某些不同性質(zhì)的物理量具有相同數(shù)值。例如： 標(biāo)么值也有缺點(diǎn)，如沒(méi)有單位，導(dǎo)致物理概念不夠明確。標(biāo)么值也有缺點(diǎn)，如沒(méi)有單位，導(dǎo)致物理概念不夠明確。 (5) 負(fù)載時(shí)，原邊電流與副邊電流大小相差負(fù)載時(shí)，原邊電流與副邊電流大小相差1/k倍，而原邊和倍，而原邊和副邊的電流基值也相差副邊的電流基值也相差1/k倍，因此倍，因此 ，其大小反映了，其大小反映了負(fù)載的大小。我們稱(chēng)負(fù)載的大小。我們

60、稱(chēng) 為負(fù)載系數(shù)。為負(fù)載系數(shù)。 9 . 0*2Ik*kNN1kNN11NkN1k*kuUUUUIZZZZ21II(6)三相變壓器的電壓和電流，在或三相變壓器的電壓和電流，在或聯(lián)接時(shí)，其線(xiàn)值聯(lián)接時(shí)，其線(xiàn)值與相值不相等，相差與相值不相等，相差 倍，如果用標(biāo)么值表示時(shí)，線(xiàn)值倍，如果用標(biāo)么值表示時(shí)，線(xiàn)值與相值的基值同樣也差與相值的基值同樣也差 倍，這樣線(xiàn)值的標(biāo)么值與相值倍，這樣線(xiàn)值的標(biāo)么值與相值的標(biāo)么值二者相等。也就是說(shuō)，只要給出電壓和電流的標(biāo)的標(biāo)么值二者相等。也就是說(shuō)，只要給出電壓和電流的標(biāo)么值而不必指出是線(xiàn)值還是相值。么值而不必指出是線(xiàn)值還是相值。 334.5 變壓器參數(shù)的測(cè)定變壓器參數(shù)的測(cè)定 要用