注冊電氣工程師執(zhí)業(yè)資格考試

1、變壓器注冊電氣工程師執(zhí)業(yè)資格考試專業(yè)基礎電氣工程4.6.1 三相變壓器的結構特點 三相組式變壓器體積小重量輕用于超高壓、特大容量場合三相芯式變壓器材料省效率高經濟分析要點：鐵芯結構磁路特點勵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立各相磁路彼此獨立 各相主磁通以各自鐵芯作為磁路。鐵芯獨立，磁路不關聯 各相磁路的磁阻相同，當三相繞組接對稱的三相電壓時，各相的激磁電流和磁通對稱。由三臺完全相同（由三臺完全相同（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各相磁路彼此相關

2、 通過中間三個芯柱的磁通等于三相磁通的總和。 當外施電壓為對稱三相電壓，三相磁通也對稱，其總和A+B+c=0，即在任意瞬間，中間芯柱磁通為零。 在結構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 三相鐵心互不獨立 三相磁路互相關聯 中間相的磁路較短，令外施電壓為對稱三相電壓，三相激磁電流也不完全對稱，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。 與負載電流相比激磁電流很小，如負載對稱，三相電流基本對稱。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額定

3、分接頭上的電壓保證值。單位為V或kV。當變壓器初級側在額定分接頭處接有額定電壓U1N，次級側空載電壓空載電壓即為次級側額定電壓U2N。對于三相變壓器而言，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輸出能力的保證值。單位為VA或kVA。對于三相變壓器三相變壓器而言是指是指三相的總容量三相的總容量視在功率視在功率。 由于效率高，原、副方的額定容量設計得相等，與體積、用銅量有關掌握掌握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、計算出來的線電流值。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容量（不是有功功率）4.6.3 變壓器的變比和參數測定 定義：一次繞組感應電動勢E1對二次繞組感應電動勢E2之比 實用：了解了解21212144. 444. 4NNfNfNEEkmmphphUUNNEEk2012121次級次級空載時空載時端點電壓端點電壓講解：升壓與降壓4.6.3 變壓器的變比和參數測定 一次繞組匝數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 空載運行 負載運行 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為負值，若外電路能使e1產生電流，其電流方向必與i0正方向相反，該電流產生磁通，與方向相反，起阻止增加的作用，即符合楞次定律。 箭頭方向來表示正方向箭頭方向來表示正方向 規(guī)定電流的正方向與該電流所產生的磁通正規(guī)定電流的正方向與該電流所產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電勢的正方向符合方向與其感應電勢的正方向符合“右手螺旋右手螺旋”定則。定則。 電流正方向與電勢正方向一致電流正方向與電勢正方向一致。正方向的規(guī)定正方向的規(guī)定4.6.4.1 變壓器的空載運行空載空載：原邊接額定電壓u1n電源，副邊開路原邊繞組電流i0為空載電流，產生空載勵磁磁勢F0=I0N1產生磁通磁通分為兩部分主磁通流徑閉合鐵心，同時匝鏈了原邊和副邊繞組,并感應出電勢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，通過變壓器油或空氣形成閉路。 變壓器鐵心由高導磁材料硅鋼片制成（導磁系數r2000)，大部分磁通都在鐵心中流動，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 變壓器的空載運行空載空載：原邊接額定電壓u1n電源，副邊開路原邊繞組電流i0為空載電流，產生空載勵磁磁勢F0=I0N1產生磁通空載激磁電流空載激磁電流 Im： 磁化電流分量I0w: 產生磁通，超前電勢E1 90，無功性質 鐵耗電流分量I0r：供給渦流損耗和磁滯損耗，有功性質空載電勢空載電勢 E1:掌握掌握mmmmmmZIXI jRIE14.6.4.1 變壓器的空載運行空載電勢空載電勢 E1:掌握掌握mmmmmmZIXI jRIE11ERm勵磁電阻勵磁電阻等效鐵耗等效鐵耗Xm勵磁電抗勵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 負載運行N1N2變壓器的初級、次級繞組沒有電的聯系，功率傳遞依靠互感。在功率傳遞過程中應滿足能量守恒，在電路上需滿足電壓平衡、磁路上需滿足磁勢平衡。負載時的磁勢平衡二次電流的影響 次級電流的存在、建立起次級磁勢，它也作用在鐵芯磁路上。試圖改變原有的磁勢平衡狀態(tài)，迫使主磁通變化，導致電勢也隨之改變。電勢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到新的平衡為止。 （磁勢平衡式） 負載時作用在主磁路上的全部磁勢應等于產負載時作用在主磁路上的全部磁勢應等于產生磁通所需的激磁磁勢生磁通所需的激磁磁勢。u14.44fN1m1

9、012211021NINININIFFFFmm空載磁勢，勵磁磁勢 當有負載電流時：初級電流當有負載電流時：初級電流I I1 1應包含有二應包含有二個分量。其中個分量。其中I0I0用以激勵主磁通。用以激勵主磁通。I I1L1L所產所產生負載分量磁勢生負載分量磁勢I I1L1LN N1 1，用以抵消次級磁勢用以抵消次級磁勢I I2 2N N2 2對主磁路的影響。對主磁路的影響。 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、次級電流間的約束關系忽略激磁電流：kNNIIIkIIm10122121負載時的電勢平衡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繞組使成為k1的變壓器。 歸算量在原符號加上標號 區(qū)別，歸算后的值稱為歸算值或折算值。 原則：原則：歸算不改變實際變壓器內部的電歸算不改變實際變壓器內部的電磁平衡關系磁平衡關系kINNINNIININI/21222222222222222kEEIIE2222222rkrIIr負載后的等效電路注意：由等效電路寫出電勢平衡式正方向了解各參數的含義近似等效電路 把激磁支路移至端點處。把激磁支路移至端點處。計算時引起的誤差不大：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簡化等效電路 簡化等效電路：簡化等效電路：略去激滋電流略去激滋電流（支路）常用于定性分析4.6.5 變壓器電壓調整率的定義 由于變壓器內部存在著電阻和漏抗變壓器內部存在著電阻和漏抗(原原因因)，負載時產生電阻壓降和漏抗壓降，導致次級側電壓隨負載電流變化而變化（結果）。電壓變化程度通常用電壓變電壓變化率化率表示 設外施電壓為額定電壓，取空載與額定負載兩種情況下的次級側電壓的算術差與空載電壓之比定義為電壓變化率(又稱電壓調整率)掌握掌握%100%100%1001212222220NNNNNUUUUUU

12、UUUU電壓變化率與負載性質 U與負載電流的功率因數有關 與負載電流的大小也有關4.6.6 變壓器空載合閘時產生沖擊電流的原因 現象： 合閘瞬間有超過額定電流的沖擊電流（大大超過正常的空載電流） 原因：鐵芯的飽和現象和剩磁的存在。 影響：使保護誤動作，影響合閘了解了解1. 合閘瞬間的勵磁電流勵磁電流瞬時值im：磁化曲線回路電壓方程)(sin211111mmiftUi rdtdN忽略r1im。假設電感為常數Lav，則：avmmavLNiiNL1111)sin(21111111tULNrdtdNav的線性方程1. 合閘瞬間的勵磁電流)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電流立即進入穩(wěn)態(tài)，無沖擊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；暫態(tài)磁通與合閘相角有關；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. 空載合閘過電流的影響數倍于額定電流，小于短路電流，對變壓器本身無直接危害合閘開始后數周期內的沖擊電流可能使變壓器的保護裝

14、置誤動作措施措施：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該是輸出功率與全部損耗之和轉換能量過程中同時產生損耗：初級繞組銅耗pcu1=I12r1次級繞組銅耗pcu2i22r2鐵芯損耗pFeIm2rm 全部損耗為p=P2/P1=P2/(P2+ p)=(P1- p)/P1間接法計算效率_損耗分離法損耗分離法 由空載試驗和短路試驗測出空載和額定由空載試驗和短路試驗測出空載和額定電流時的短路損耗電流時的短路損耗, ,可計算出任意給定負載時的效率12 2121212 222121)(

15、rIrIrIIIIIIImmm效率大小與負載大小和功率因數有關0222coscosppSSkNNN意義：當可變損耗等于不變損耗時效率達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和電流波形激磁要求激磁要求：磁通和電勢為正弦波形；勵磁電流勵磁電流：尖頂波形，含有諧波（3次最大）關鍵關鍵：若三次諧波電流在繞組中不能流通，則產生的磁通和感應的電勢為非正弦形了解了解3次諧波電流的性質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，則三相磁通和感應電勢均呈（接近）正弦波形4.6.8.2 Y,y連接組初級為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，相電勢相電勢中三次諧波電勢相當大三次諧波電勢相當大。其振幅可達基波振幅的50一60。 導致電勢波形嚴重畸電勢波形嚴重畸變變。所產生的過電壓有可能危害線圈絕緣。33344. 4mNfE：相電勢中存在三次諧波電勢，則線電勢的波形如何線電勢的波形如何？三次諧波電勢，大小相等，相位一致，則線電勢中相互抵消。線電勢呈正弦形線電勢呈正弦形1 三相組式變壓器2 三相鐵芯式Y，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磁路特點：三相鐵芯式變壓器的三

18、相磁路彼此相關，各相的三次諧波磁通在時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：磁阻較大，三次諧波磁通及其三次諧波電勢很小三次諧波磁通及其三次諧波電勢很小磁通接近正弦，相電勢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三次諧波磁通經過油箱壁，在其中感應電勢，產三次諧波磁通經過油箱壁，在其中感應電勢，產生損耗生損耗，會引起油箱壁局部過熱容量限制在1800kVA以下4.6.8.3 三相變壓器Y，d連接 次級側次級側三角形接法：對三次諧波電勢短路，在在三角形電路中產生的三次諧波電流（三角形電路中產生的三次諧波電流（環(huán)流環(huán)流）。該環(huán)流（供給勵磁電

19、流中所需的環(huán)流（供給勵磁電流中所需的3 3次諧波電流次諧波電流分量）對原有的三次諧波磁通起去磁作用分量）對原有的三次諧波磁通起去磁作用，三次諧波電勢被削弱，量值是很小的。相電勢波形接近正弦波形。 由初級側提供了磁化電流的基波分量，由次級側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基波電勢形成環(huán)流？基波電勢形成環(huán)流？分析點分析點：一次側相電流中是否有三次諧波電流？磁通中有無三次諧波一次側線電流、相電勢與線電勢中有無三次諧波二次側電勢、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、次級繞組的線電勢相位差來表用初級、次級繞組的線電勢相位差來表示示 與繞組的接線方法和繞組的極性端標志方