注冊(cè)電氣工程師執(zhí)業(yè)資格考試

1、變壓器注冊(cè)電氣工程師執(zhí)業(yè)資格考試專業(yè)基礎(chǔ)電氣工程4.6.1 三相變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 三相組式變壓器體積小重量輕用于超高壓、特大容量場(chǎng)合三相芯式變壓器材料省效率高經(jīng)濟(jì)分析要點(diǎn)：鐵芯結(jié)構(gòu)磁路特點(diǎn)勵(lì)磁電流和磁通情況了解了解4.6.1.1 組式各相磁路彼此獨(dú)立各相磁路彼此獨(dú)立 各相主磁通以各自鐵芯作為磁路。鐵芯獨(dú)立，磁路不關(guān)聯(lián) 各相磁路的磁阻相同，當(dāng)三相繞組接對(duì)稱的三相電壓時(shí)，各相的激磁電流和磁通對(duì)稱。由三臺(tái)完全相同（由三臺(tái)完全相同（容量、變比容量、變比）的單相變壓器按三相連接方式連接而成）的單相變壓器按三相連接方式連接而成三相組成變壓器三相組成變壓器4.6.1.2 芯式各相磁路彼此相關(guān)各相磁路彼此相關(guān)

2、 通過(guò)中間三個(gè)芯柱的磁通等于三相磁通的總和。 當(dāng)外施電壓為對(duì)稱三相電壓，三相磁通也對(duì)稱，其總和A+B+c=0，即在任意瞬間，中間芯柱磁通為零。 在結(jié)構(gòu)上省去中間的芯柱三相三鐵芯柱變壓器三相三鐵芯柱變壓器 三相鐵心互不獨(dú)立 三相磁路互相關(guān)聯(lián) 中間相的磁路較短，令外施電壓為對(duì)稱三相電壓，三相激磁電流也不完全對(duì)稱，中間相激磁中間相激磁電流較其余兩相為小電流較其余兩相為小。 與負(fù)載電流相比激磁電流很小，如負(fù)載對(duì)稱，三相電流基本對(duì)稱。中間相磁路短，磁阻小，激磁中間相磁路短，磁阻小，激磁電流較小電流較小 （F=R）4.6.2 變壓器的額定值 額定電壓額定電壓U1N/U2N由制造廠所規(guī)定的變壓器在空載時(shí)額定

3、分接頭上的電壓保證值。單位為V或kV。當(dāng)變壓器初級(jí)側(cè)在額定分接頭處接有額定電壓U1N，次級(jí)側(cè)空載電壓空載電壓即為次級(jí)側(cè)額定電壓U2N。對(duì)于三相變壓器而言，銘牌上的額定電壓銘牌上的額定電壓是指線電壓是指線電壓 額定頻率額定頻率50 Hz掌握掌握4.6.2 變壓器的額定值 額定容量額定容量 SN制造廠所規(guī)定的在額定條件下使用時(shí)輸出能力的保證值。單位為VA或kVA。對(duì)于三相變壓器三相變壓器而言是指是指三相的總?cè)萘咳嗟目側(cè)萘恳曉诠β室曉诠β省?由于效率高，原、副方的額定容量設(shè)計(jì)得相等，與體積、用銅量有關(guān)掌握掌握4.6.2 變壓器的額定值 額定電流額定電流 I1N/I2N額定容量除以各繞組的額定電壓所

4、計(jì)算出來(lái)的線電流值。單位用A或kA。 掌握掌握單相變壓器三相變壓器NNNNNNUSIUSI2211NNNNNNUSIUSI221133注意注意：對(duì)三相變壓器，額定電壓和電流值均指線值，額定容量為三相的總?cè)萘浚ú皇怯泄β剩?.6.3 變壓器的變比和參數(shù)測(cè)定 定義：一次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1對(duì)二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2之比 實(shí)用：了解了解21212144. 444. 4NNfNfNEEkmmphphUUNNEEk2012121次級(jí)次級(jí)空載時(shí)空載時(shí)端點(diǎn)電壓端點(diǎn)電壓講解：升壓與降壓4.6.3 變壓器的變比和參數(shù)測(cè)定 一次繞組匝數(shù)N1的確定SfBUNSBfNfNEUmmm44. 444. 444. 41111

5、11Bm磁密最大值（T），熱軋硅鋼片1.1-1.475，冷軋片1.5-1.74.6.4 變壓器的工作原理 空載運(yùn)行 負(fù)載運(yùn)行 等效電路掌握掌握注意注意：正方向的規(guī)定電壓u1與電流i0同方向磁通正方向與電流正方向符合右手螺旋定則e的正方向與電流同方向。e1=N1d/dt 例如正在增加，d/dt為正值，e1 N1d/dt0為負(fù)值，若外電路能使e1產(chǎn)生電流，其電流方向必與i0正方向相反，該電流產(chǎn)生磁通，與方向相反，起阻止增加的作用，即符合楞次定律。 箭頭方向來(lái)表示正方向箭頭方向來(lái)表示正方向 規(guī)定電流的正方向與該電流所產(chǎn)生的磁通正規(guī)定電流的正方向與該電流所產(chǎn)生的磁通正方向符合方向符合“右手螺旋右手螺旋

6、”定則，規(guī)定磁通的正定則，規(guī)定磁通的正方向與其感應(yīng)電勢(shì)的正方向符合方向與其感應(yīng)電勢(shì)的正方向符合“右手螺旋右手螺旋”定則。定則。 電流正方向與電勢(shì)正方向一致電流正方向與電勢(shì)正方向一致。正方向的規(guī)定正方向的規(guī)定4.6.4.1 變壓器的空載運(yùn)行空載空載：原邊接額定電壓u1n電源，副邊開(kāi)路原邊繞組電流i0為空載電流，產(chǎn)生空載勵(lì)磁磁勢(shì)F0=I0N1產(chǎn)生磁通磁通分為兩部分主磁通流徑閉合鐵心，同時(shí)匝鏈了原邊和副邊繞組,并感應(yīng)出電勢(shì)e1和e2。是變壓器傳遞能量的主要媒介漏磁通1，僅與原邊繞組匝鏈，通過(guò)變壓器油或空氣形成閉路。 變壓器鐵心由高導(dǎo)磁材料硅鋼片制成（導(dǎo)磁系數(shù)r2000)，大部分磁通都在鐵心中流動(dòng)，主

7、磁通約占總磁通的99以上，而漏磁通占總磁通的1以下。掌握掌握4.6.4.1 變壓器的空載運(yùn)行空載空載：原邊接額定電壓u1n電源，副邊開(kāi)路原邊繞組電流i0為空載電流，產(chǎn)生空載勵(lì)磁磁勢(shì)F0=I0N1產(chǎn)生磁通空載激磁電流空載激磁電流 Im： 磁化電流分量I0w: 產(chǎn)生磁通，超前電勢(shì)E1 90，無(wú)功性質(zhì) 鐵耗電流分量I0r：供給渦流損耗和磁滯損耗，有功性質(zhì)空載電勢(shì)空載電勢(shì) E1:掌握掌握mmmmmmZIXI jRIE14.6.4.1 變壓器的空載運(yùn)行空載電勢(shì)空載電勢(shì) E1:掌握掌握mmmmmmZIXI jRIE11ERm勵(lì)磁電阻勵(lì)磁電阻等效鐵耗等效鐵耗Xm勵(lì)磁電抗勵(lì)磁電抗反映主磁通反映主磁通 I0wI

8、0rjImxmImrm-鐵耗角空載相量圖4.6.4.2 負(fù)載運(yùn)行N1N2變壓器的初級(jí)、次級(jí)繞組沒(méi)有電的聯(lián)系，功率傳遞依靠互感。在功率傳遞過(guò)程中應(yīng)滿足能量守恒，在電路上需滿足電壓平衡、磁路上需滿足磁勢(shì)平衡。負(fù)載時(shí)的磁勢(shì)平衡二次電流的影響 次級(jí)電流的存在、建立起次級(jí)磁勢(shì)，它也作用在鐵芯磁路上。試圖改變?cè)械拇艅?shì)平衡狀態(tài)，迫使主磁通變化，導(dǎo)致電勢(shì)也隨之改變。電勢(shì)的改變又破壞已建立的電壓平衡，迫使原電流隨之改變，直到電路和磁路又達(dá)到新的平衡為止。 （磁勢(shì)平衡式） 負(fù)載時(shí)作用在主磁路上的全部磁勢(shì)應(yīng)等于產(chǎn)負(fù)載時(shí)作用在主磁路上的全部磁勢(shì)應(yīng)等于產(chǎn)生磁通所需的激磁磁勢(shì)生磁通所需的激磁磁勢(shì)。u14.44fN1m1

9、012211021NINININIFFFFmm空載磁勢(shì)，勵(lì)磁磁勢(shì) 當(dāng)有負(fù)載電流時(shí)：初級(jí)電流當(dāng)有負(fù)載電流時(shí)：初級(jí)電流I I1 1應(yīng)包含有二應(yīng)包含有二個(gè)分量。其中個(gè)分量。其中I0I0用以激勵(lì)主磁通。用以激勵(lì)主磁通。I I1L1L所產(chǎn)所產(chǎn)生負(fù)載分量磁勢(shì)生負(fù)載分量磁勢(shì)I I1L1LN N1 1，用以抵消次級(jí)磁勢(shì)用以抵消次級(jí)磁勢(shì)I I2 2N N2 2對(duì)主磁路的影響。對(duì)主磁路的影響。 激磁電流的值決定于主磁通 m，即決定于E1或端電壓U1。.1.0.2.0.1LIIkIII02211NINIL初級(jí)、次級(jí)電流間的約束關(guān)系忽略激磁電流：kNNIIIkIIm10122121負(fù)載時(shí)的電勢(shì)平衡4.6.4.3 變壓

10、器的等效電路 變壓器的繞組歸算 歸算為1：1 的變壓器 P289圖4-53 等效電路變壓器的歸算 繞組繞組歸算歸算用一假想的繞組替代其中一個(gè)繞組使成為k1的變壓器。 歸算量在原符號(hào)加上標(biāo)號(hào) 區(qū)別，歸算后的值稱為歸算值或折算值。 原則：原則：歸算不改變實(shí)際變壓器內(nèi)部的電歸算不改變實(shí)際變壓器內(nèi)部的電磁平衡關(guān)系磁平衡關(guān)系kINNINNIININI/21222222222222222kEEIIE2222222rkrIIr負(fù)載后的等效電路注意：由等效電路寫出電勢(shì)平衡式正方向了解各參數(shù)的含義近似等效電路 把激磁支路移至端點(diǎn)處。把激磁支路移至端點(diǎn)處。計(jì)算時(shí)引起的誤差不大：變壓器的激磁電流(即空載電流)為額定

11、電流的3-8，（大型變壓器不到1）。短路阻抗短路電抗短路電阻kkkkkjxrZxxxrrr2121簡(jiǎn)化等效電路 簡(jiǎn)化等效電路：簡(jiǎn)化等效電路：略去激滋電流略去激滋電流（支路）常用于定性分析4.6.5 變壓器電壓調(diào)整率的定義 由于變壓器內(nèi)部存在著電阻和漏抗變壓器內(nèi)部存在著電阻和漏抗(原原因因)，負(fù)載時(shí)產(chǎn)生電阻壓降和漏抗壓降，導(dǎo)致次級(jí)側(cè)電壓隨負(fù)載電流變化而變化（結(jié)果）。電壓變化程度通常用電壓變電壓變化率化率表示 設(shè)外施電壓為額定電壓，取空載與額定負(fù)載兩種情況下的次級(jí)側(cè)電壓的算術(shù)差與空載電壓之比定義為電壓變化率(又稱電壓調(diào)整率)掌握掌握%100%100%1001212222220NNNNNUUUUUU

12、UUUU電壓變化率與負(fù)載性質(zhì) U與負(fù)載電流的功率因數(shù)有關(guān) 與負(fù)載電流的大小也有關(guān)4.6.6 變壓器空載合閘時(shí)產(chǎn)生沖擊電流的原因 現(xiàn)象： 合閘瞬間有超過(guò)額定電流的沖擊電流（大大超過(guò)正常的空載電流） 原因：鐵芯的飽和現(xiàn)象和剩磁的存在。 影響：使保護(hù)誤動(dòng)作，影響合閘了解了解1. 合閘瞬間的勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流瞬時(shí)值im：磁化曲線回路電壓方程)(sin211111mmiftUi rdtdN忽略r1im。假設(shè)電感為常數(shù)Lav，則：avmmavLNiiNL1111)sin(21111111tULNrdtdNav的線性方程1. 合閘瞬間的勵(lì)磁電流)sin(21111111tULNrdtdNav的線性方程磁通的解

13、，包括穩(wěn)態(tài)分量1和瞬態(tài)分量1 ：tLrmtLravavetCetNU11cos90sin90sin211 111(1) 接通電源瞬間=0(2) 接通電源瞬間=90電流立即進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，無(wú)沖擊tmsin1流很大磁路高度飽和，激磁電半周期后磁通最大tLrmmavet1cos1暫態(tài)磁通與合閘相角有關(guān)；暫態(tài)磁通與合閘相角有關(guān)；考慮剩磁（考慮剩磁（20%-30%）后，）后，磁通最大值更大。磁通最大值更大。由磁化曲線確定需要的激由磁化曲線確定需要的激磁電流磁電流p291(圖圖4-57)2. 空載合閘過(guò)電流的影響數(shù)倍于額定電流，小于短路電流，對(duì)變壓器本身無(wú)直接危害合閘開(kāi)始后數(shù)周期內(nèi)的沖擊電流可能使變壓器的保護(hù)裝

14、置誤動(dòng)作措施措施：合閘使串如限流電阻，（1）限制沖擊電流；（2）使其快速衰減。4.6.7 變壓器的效率的最大效率了解了解定義：輸出功率與輸入功率之比輸出功率與輸入功率之比輸入功率應(yīng)該是輸出功率與全部損耗之和轉(zhuǎn)換能量過(guò)程中同時(shí)產(chǎn)生損耗：初級(jí)繞組銅耗pcu1=I12r1次級(jí)繞組銅耗pcu2i22r2鐵芯損耗pFeIm2rm 全部損耗為p=P2/P1=P2/(P2+ p)=(P1- p)/P1間接法計(jì)算效率_損耗分離法損耗分離法 由空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)測(cè)出空載和額定由空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)測(cè)出空載和額定電流時(shí)的短路損耗電流時(shí)的短路損耗, ,可計(jì)算出任意給定負(fù)載時(shí)的效率12 2121212 222121)(

15、rIrIrIIIIIIImmm效率大小與負(fù)載大小和功率因數(shù)有關(guān)0222coscosppSSkNNN意義：當(dāng)可變損耗等于不變損耗時(shí)效率達(dá)到最大最大效率的極值條件：最大效率的極值條件：kNpp20kNPP0max 4.6.8 三相變壓器不同連接組中的電勢(shì)和電流波形激磁要求激磁要求：磁通和電勢(shì)為正弦波形；勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流：尖頂波形，含有諧波（3次最大）關(guān)鍵關(guān)鍵：若三次諧波電流在繞組中不能流通，則產(chǎn)生的磁通和感應(yīng)的電勢(shì)為非正弦形了解了解3次諧波電流的性質(zhì)240sin2120sin2sin2tIiCtIiBtIiAcba相相相基波：tItIiCtItIiBtIiAcba3sin22403sin23sin

16、21203sin23sin233333333相相相三次諧波：大小相等大小相等相位一致相位一致連接組與3次諧波電流Y形：i3a+i3b+i3c=0 =i3a=i3b=i3c=0YN形：i3a+i3b+i3c=i0 =i3a=i3b=i3c=1/3 i0D形：i3a=i3b=i3c4.6.8.1 YN,y或D,y連接組三次諧波電流可以在原邊流通，則三相磁通和感應(yīng)電勢(shì)均呈（接近）正弦波形4.6.8.2 Y,y連接組初級(jí)為Y連接，激磁電流中所必激磁電流中所必需需的三次諧波電流分量不能流三次諧波電流分量不能流通通磁化電流正弦形磁化電流正弦形磁通波近似于平頂波在各次諧波磁通中以三次諧波磁通幅各次諧波磁通中

17、以三次諧波磁通幅度最大度最大分析：3次諧波磁通能否流通及其影響 三次諧波磁通與基波磁通有相同磁路，其磁阻較小，相電勢(shì)相電勢(shì)中三次諧波電勢(shì)相當(dāng)大三次諧波電勢(shì)相當(dāng)大。其振幅可達(dá)基波振幅的50一60。 導(dǎo)致電勢(shì)波形嚴(yán)重畸電勢(shì)波形嚴(yán)重畸變變。所產(chǎn)生的過(guò)電壓有可能危害線圈絕緣。33344. 4mNfE：相電勢(shì)中存在三次諧波電勢(shì)，則線電勢(shì)的波形如何線電勢(shì)的波形如何？三次諧波電勢(shì)，大小相等，相位一致，則線電勢(shì)中相互抵消。線電勢(shì)呈正弦形線電勢(shì)呈正弦形1 三相組式變壓器2 三相鐵芯式Y(jié)，y連接 三次諧波電流不能流通，有三次諧波磁通存在三次諧波電流不能流通，有三次諧波磁通存在磁路特點(diǎn)磁路特點(diǎn)：三相鐵芯式變壓器的三

18、相磁路彼此相關(guān)，各相的三次諧波磁通在時(shí)間上是同相位三次諧波磁通的路徑鐵芯周圍的油、油箱壁和部分鐵軛特點(diǎn)：磁阻較大，三次諧波磁通及其三次諧波電勢(shì)很小三次諧波磁通及其三次諧波電勢(shì)很小磁通接近正弦，相電勢(shì)接近于正弦波形三相鐵芯式變壓器可以接成三相鐵芯式變壓器可以接成Y Y，y y三次諧波磁通經(jīng)過(guò)油箱壁，在其中感應(yīng)電勢(shì)，產(chǎn)三次諧波磁通經(jīng)過(guò)油箱壁，在其中感應(yīng)電勢(shì)，產(chǎn)生損耗生損耗，會(huì)引起油箱壁局部過(guò)熱容量限制在1800kVA以下4.6.8.3 三相變壓器Y，d連接 次級(jí)側(cè)次級(jí)側(cè)三角形接法：對(duì)三次諧波電勢(shì)短路，在在三角形電路中產(chǎn)生的三次諧波電流（三角形電路中產(chǎn)生的三次諧波電流（環(huán)流環(huán)流）。該環(huán)流（供給勵(lì)磁電

19、流中所需的環(huán)流（供給勵(lì)磁電流中所需的3 3次諧波電流次諧波電流分量）對(duì)原有的三次諧波磁通起去磁作用分量）對(duì)原有的三次諧波磁通起去磁作用，三次諧波電勢(shì)被削弱，量值是很小的。相電勢(shì)波形接近正弦波形。 由初級(jí)側(cè)提供了磁化電流的基波分量，由次級(jí)側(cè)提供了磁化電流的三次諧波分量。 在高壓線路中的大容量變壓器需接成在高壓線路中的大容量變壓器需接成Y Y，d d基波電勢(shì)形成環(huán)流？基波電勢(shì)形成環(huán)流？分析點(diǎn)分析點(diǎn)：一次側(cè)相電流中是否有三次諧波電流？磁通中有無(wú)三次諧波一次側(cè)線電流、相電勢(shì)與線電勢(shì)中有無(wú)三次諧波二次側(cè)電勢(shì)、電流中是否存在三次諧波4.6.9 判斷三相連接組別 用初級(jí)、次級(jí)繞組的線電勢(shì)相位差來(lái)表用初級(jí)、次級(jí)繞組的線電勢(shì)相位差來(lái)表示示 與繞組的接線方法和繞組的極性端標(biāo)志方