單相變壓器工作原理學習教案

1、會計學1單相單相(dn xin)變壓器工作原理變壓器工作原理第一頁，共96頁。 變壓器是一種靜止電器,它通過線圈間的電磁感應(yīng),將一種電壓等級(dngj)的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等級(dngj)的交流電能。確切地說，它具有變壓、變流、變換阻抗和隔離電路的作用。 例如，在電力系統(tǒng)中用電力變壓器把發(fā)電機發(fā)出的電壓升高后進行遠距離輸電，到達(dod)目的地以后再用變壓器把電壓降低供用戶使用； 在實驗室用自耦變壓器改變電源(dinyun)電壓； 在測量上利用儀用變壓器擴大對交流電壓、電流的測量范圍； 在電子設(shè)備和儀器中用小功率電源變壓器提供多種電壓，用耦合變壓器傳遞信號并隔離電路上的聯(lián)系等等。

2、 變壓器雖然大小懸殊，用途各異，但其基本結(jié)構(gòu)和工作原理是相同的。第1頁/共95頁第二頁，共96頁。第一節(jié) 變壓器的工作原理(yunl)、分類及和結(jié)構(gòu)第二節(jié) 變壓器的空載(kn zi)運行 第三節(jié) 變壓器的負載(fzi)運行第四節(jié) 變壓器的等效電路及相量圖第五節(jié) 變壓器參數(shù)的測定和標么值第六節(jié) 變壓器的運行特性第七節(jié) 三相變壓器第八節(jié) 其它用途的變壓器 變壓器是一種靜止電器,它通過線圈間的電磁感應(yīng),將一種電壓等級的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等級的交流電能.第三章 變壓器第2頁/共95頁第三頁，共96頁。一、變壓器的基本(jbn)結(jié)構(gòu) 鐵心由鐵心柱和鐵軛兩部分組成。變壓器的主磁路，為了提高(

3、t go)導(dǎo)磁性能和減少鐵損，用厚為、表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊成。 變壓器的基本(jbn)結(jié)構(gòu)分為四個部分：鐵心變壓器的磁路；繞組變壓器的電路；絕緣結(jié)構(gòu)；油箱等其它部分。（一）鐵心 變壓器的鐵心中，每片硅鋼片為拼接片。在疊片時，采用疊接式，即將上下兩層疊片的接縫錯開，可縮小接縫間隙，以減小勵磁電流。如下圖所示。鐵軛鐵心柱第3頁/共95頁第四頁，共96頁。第4頁/共95頁第五頁，共96頁。 鐵心柱的截面(jimin)在小型變壓器中采用方形。在容量較大的變壓器中，采用階梯形截面(jimin)，如圖3-6所示。 繞組是變壓器的電路(dinl)，一般用絕緣銅線或鋁線（扁線或圓線）繞制而成。（

4、二）繞組(roz) 鐵軛的截面有矩形及階梯形的，如圖3-7所示，其截面一般比鐵心柱截面大（510）%，以減小空載電流和空載損耗。 疊裝好的鐵心其鐵軛用槽鋼（或焊接夾件）及螺桿固定。鐵心柱則用環(huán)氧無緯玻璃絲粘帶綁扎。 當采用冷軋硅鋼片時，應(yīng)用斜切鋼片的疊裝方法，可提高導(dǎo)磁系數(shù)，降低損耗，如圖3-5所示。第5頁/共95頁第六頁，共96頁。1U2U1u2u一次側(cè)接電源二次側(cè)接負載(fzi) 如下圖所示有兩組：一個繞組與電源相連(xin lin)，稱為一次繞組（或原繞組），這一側(cè)稱為一次側(cè)（或原邊）；另一個繞組與負載相連(xin lin)，稱為二次繞組（或副繞組），這一側(cè)稱為二次側(cè)（或副邊）。第6頁/

5、共95頁第七頁，共96頁。同心式繞組交迭式繞組 對于三相變壓器，根據(jù)(gnj)兩組繞組的相對位置，繞組可分為同心式和交疊式兩種，如以下兩圖所示。第7頁/共95頁第八頁，共96頁。 根據(jù)繞組和鐵心的相對位置，變壓器有殼式結(jié)構(gòu)(jigu)和心式結(jié)構(gòu)(jigu)兩種，如以下兩圖所示。（三）其它(qt)結(jié)構(gòu)部件 如下圖所示，油浸式電力變壓器的結(jié)構(gòu)中還包括油箱、絕緣套管、儲油(ch yu)柜、安全氣道等。第8頁/共95頁第九頁，共96頁。第9頁/共95頁第十頁，共96頁。二、變壓器的分類(fn li) 按用途(yngt)分：電力變壓器和特種變壓器。 按繞組(roz)數(shù)目分：單繞組(roz)（自耦）變壓器

6、、雙繞組(roz)變壓器、三繞組(roz)變壓器和多繞組(roz)變壓器。 按相數(shù)分：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。 按鐵心結(jié)構(gòu)分：心式變壓器和殼式變壓器。 按調(diào)壓方式分：無勵磁調(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。 我國變壓器的主要系列：SJL1（三相油浸鋁線電力變壓器）、SEL1（三相強油風冷鋁線電力變壓器）、SFPSL1（三相強油風冷三線圈鋁線電力變壓器）、SWPO（三相強油水冷自耦電力變壓器）等。 按容量分：小型、中型、大型和特大型變壓器。第10頁/共95頁第十一頁，共96頁。連接發(fā)電機與電網(wǎng)的升壓變壓器連接發(fā)電機的封閉母線

7、 與電網(wǎng)相連的高壓出線端第11頁/共95頁第十二頁，共96頁。三相干式變壓器接觸調(diào)壓器第12頁/共95頁第十三頁，共96頁。電源變壓器環(huán)形變壓器控制變壓器第13頁/共95頁第十四頁，共96頁。三、變壓器的工作(gngzu)原理 變壓器的主要部件是一個鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。在一次繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生(chnshng)交鏈一、二次繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應(yīng)電動勢e1、e2。根據(jù)電磁感應(yīng)定律可寫出電動勢的瞬時方程式：1212de = - Ndtde = - Ndt1U2U1u2uLZ1u1i1e2e2u2i 只要：(1)磁通有變化(binhu)量;(2)一

8、、二次繞組的匝數(shù)不同，就能達到改變電壓的目的。第14頁/共95頁第十五頁，共96頁。四、變壓器的額定值指銘牌規(guī)定的額定使用條件下所能輸出的視在功率。是輸出能力保證值。額定容量NS (kVA)指長期運行時所能承受的工作電壓，單位：V、KV。額定電壓12NNU/ U(kV )指在額定容量下，變壓器在連續(xù)運行時允許通過的最大電流有效值。在三相變壓器中指的是線電流。額定電流12NNI/ I( A )單位(dnwi)：VA、KVA、MVA其實際輸出功率取決于負載的大小(dxio)和性質(zhì)，即P=Scos。 U1N是指根據(jù)絕緣強度和允許(ynx)發(fā)熱所規(guī)定的應(yīng)加在一次繞組上的正常電壓有效值。 U2N是指一次

9、側(cè)加額定電壓時二次側(cè)的開路電壓。 在三相變壓器中額定電壓為線電壓。單位：A第15頁/共95頁第十六頁，共96頁。 此外，額定值還有效率、溫升等。除額定值外，銘牌上還標有變壓器的相數(shù)、聯(lián)結(jié)組和接線圖、短路電壓（或短路阻抗）的標么值、變壓器的運行方式(fngsh)及冷卻方式(fngsh)等。三者關(guān)系：1122112233NNNNNNNNNNSUIUISUIUI單相：三相：額定( dng)頻率fN指電源頻率，我國規(guī)定(gudng)標準工頻為50Hz。 為考慮運輸，有時銘牌上還標有變壓器的總重、油重、器身重量和外形尺寸等附屬數(shù)據(jù)。第16頁/共95頁第十七頁，共96頁。第二節(jié) 變壓器的空載(kn zi)

10、運行第17頁/共95頁第十八頁，共96頁。一、空載運行(ynxng)時的物理情況 變壓器的空載運行是指變壓器一次繞組接在額定電壓的交流電源上，而二次繞組開路時的工作(gngzu)情況。1U2U1u2uu1i0主磁通 當變壓器的一次繞組加上交流電壓u1時，一次繞組內(nèi)便有一個交變電流i0（即空載(kn zi)電流）流過,并建立交變磁場。N1N21漏磁通 根據(jù)電磁感應(yīng)原理，分別在一、二次繞組產(chǎn)生電動勢e1、e1和e2。e1e1e2u02i2=0u02第18頁/共95頁第十九頁，共96頁。 根據(jù)基爾霍夫電壓定律，按上圖所示電壓、電流和電動勢的正方向(fngxing)，可寫出一、二次繞組的電動勢方程式為

11、：u1=i0R1-e1-e1i0R1+N1d/dt u02=e2=N2d/dt 在一般變壓器中，電阻壓降i0R1很小，僅占一次繞組電壓的0.1%以下，故可近似(jn s)認為u1e1。tsinm設(shè)0011112-9090mmdeNfN sin(t)Esin()dtt 則114.44mEfN 有效值同理，e2=2fN2msin(t-90)=E2msin（t-90）有效值 E2=fN2m1.EmfNj144.42.EmfNj244.4相量表達式第19頁/共95頁第二十頁，共96頁。因此(ync)，可得出：E1/E2=N1/N2U1/U2=k定義112112022NNUUENkENUU 式中k為變壓

12、器的電壓(diny)比，即變比。根據(jù)(gnj)主電動勢e1的分析方法，同樣有1114.44mEjfN 1114.44EfN 漏電動勢也可以用漏抗壓降來表示，即11001EjL IjI X 由于漏磁通主要經(jīng)過非鐵磁路徑,磁路不飽和,故磁阻很大且為常數(shù),所以漏電抗 很小且為常數(shù),它不隨電源電壓負載情況而變.1XK1變壓器為降壓變壓器；K1變壓器為升壓變壓器。第20頁/共95頁第二十一頁，共96頁。（1）一次側(cè)電動勢平衡(pnghng)方程變壓器空載運行(ynxng)時電動勢平衡方程：1114.44mUEfN 220EU10111RIEEU忽略(hl)很小的漏阻抗壓降，并寫成有效值形式，有11114

13、.444.44mEUfNfN則重要公式 可見，影響主磁通大小的因素有電源電壓和頻率，以及一次線圈的匝數(shù)。（2）二次側(cè)電動勢平衡方程101111001ZIxjREEIIU第21頁/共95頁第二十二頁，共96頁。二、空載電流(dinli)和空載損耗1. 作用(zuyng)與組成（一）空載(kn zi)電流空載電流i0包含兩個分量：2、性質(zhì)和大小性質(zhì)：由于空載電流的無功分量遠大于有功分量，所以空載電流主要是感性無功性質(zhì)也稱勵磁電流。 另一個是鐵損耗分量iFe,稱為鐵耗電流，主要作用是供鐵損耗（磁滯損耗和渦流損耗），超前于主磁通90度，即與E1反相。 一個是勵磁分量(無功分量) i，稱為磁化電流，作用

14、是建立磁場，與主磁通同相；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)，用空載電流百分數(shù)I0%來表示：00N100II %I第22頁/共95頁第二十三頁，共96頁。與兩個(lin )分量的相量關(guān)系：I0=I+IFE 通常IFE10%I0，故I0I3、空載電流(dinli)波形由于磁路飽和，空載(kn zi)電流與由它產(chǎn)生的主磁通呈非線性關(guān)系。因此，當主磁通按正弦規(guī)律變化時，空載電流呈尖頂波形。實際空載電流為非正弦波，但為了分析、計算和測量的方便，在相量圖和計算式中常用正弦的電流代替實際的空載電流。t0i3211230i第23頁/共95頁第二十四頁，共96頁。（二）空載(kn zi)

15、損耗 空載損耗約占額定容量的0.2%1%，而且隨變壓器容量的增大而下降。為減少空載損耗，改進設(shè)計結(jié)構(gòu)的方向是采用優(yōu)質(zhì)鐵磁材料(cilio)：優(yōu)質(zhì)硅鋼片、激光化硅鋼片或應(yīng)用非晶態(tài)合金。 變壓器空載運行時，一次繞組從電源中吸取了少量的電功率P0，主要(zhyo)用來補償鐵心中的鐵耗以及少量的繞組銅耗，可認為P0 pFe。第24頁/共95頁第二十五頁，共96頁。三、空載(kn zi)時的相量圖和等效電路1、相量圖（1）以 為參考相量mm（2） 與 同相， 超前 ，mar0III00090aI0rI0aI0rI00I101111001ZIxjREEIIU220EU可作出變壓器空載(kn zi)時的相量

16、圖：根據(jù)一次側(cè)電動勢平衡(pnghng)方程：二次側(cè)電動勢平衡方程：1E（3） 滯后 ， ；090m21E,E1E1E2E1001XI j,IR（4）10XI j01IR1U（5）1U第25頁/共95頁第二十六頁，共96頁。2、等效電路其中一個是沒有鐵心的線圈，其阻抗為Z =R1+jX ; 另一個是帶有鐵心的線圈，其阻抗為Zm=Rm+jXm 11由公式： 可知101111001ZIxjREEIIU空載變壓器可以看作是兩個電抗線圈串聯(lián)的電路。第26頁/共95頁第二十七頁，共96頁。100mmmEI (RjX)I Z 01101011I)jX(RI)jX(RZIEUmm即一次側(cè)的電動勢平衡(png

17、hng)方程為mmmZ,X,R勵磁電阻、勵磁電抗、勵磁阻抗。由于磁路具有飽和特性，所以 不是常數(shù)，隨磁路飽和程度增大而減小。mmmjXRZ11XX,RRmm由于 ，所以有時忽略漏阻抗，空載等效電路只是一個 元件的電路。在 一定的情況下， 大小取決于 的大小。從運行角度講，希望 越小越好，所以變壓器常采用高導(dǎo)磁材料，增大 ，減小 ，提高運行效率和功率因數(shù)。 mZmZ0I0ImZ1U0I第27頁/共95頁第二十八頁，共96頁。空載運行(ynxng)小結(jié)（1）感應(yīng)電動勢E的大小(dxio)與電源頻率f、繞組匝數(shù)N及鐵心中主磁通的最大值m 成正比，在相位上滯后產(chǎn)生它的主磁通90度。而主磁通的大小(dx

18、io)由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝數(shù)決定，與磁路所用材料的性質(zhì)及幾何尺寸基本無關(guān)。（3）空載電流大小與主磁通、線圈匝數(shù)及磁路的磁阻有關(guān)。鐵心的飽和程度(chngd)越高，則磁導(dǎo)率越低，勵磁電抗越小，空載電流越大。因此要合理選擇鐵心截面，使磁通密度Bm為最大。（4）鐵心所用材料的導(dǎo)磁性能越好，則勵磁電抗越大，空載電流越小。因此變壓器的鐵心均用高導(dǎo)磁的材料硅鋼片疊成。（2）電抗是交變磁通所感應(yīng)的電動勢與產(chǎn)生該磁通的電流的比值，線性磁路中，電抗為常數(shù)，非線性電路中，電抗的大小隨磁路的飽和而減小。（5）氣隙對空載電流影響很大，氣隙越大，空載電流越大。因此要嚴格控制鐵心疊片接縫之間的氣隙。第28頁/

19、共95頁第二十九頁，共96頁。第三節(jié) 變壓器的負載(fzi)運行第29頁/共95頁第三十頁，共96頁。一、負載運行(ynxng)時的物理情況 變壓器一次側(cè)接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次接上負載(fzi)的運行狀態(tài)，稱為負載(fzi)運行。AXaxLZ1U1Im11E1E2E2U2I22E第30頁/共95頁第三十一頁，共96頁。用圖示負載運行(ynxng)時的電磁過程1U1I2I2U11 1FN I22 2FN I01 0FN I01E2E11E22E11IR22IR二、負載運行(ynxng)時的基本方程式（一）磁動勢平衡(pnghng)方程式:,U,U.FF;F,因因此此有有磁磁動動

20、勢勢平平衡衡方方程程大大小小基基本本不不變變由由空空載載到到負負載載不不變變保保持持只只要要大大小小主主要要取取決決于于共共同同作作用用產(chǎn)產(chǎn)生生次次磁磁動動勢勢和和二二負負載載時時一一次次磁磁動動勢勢產(chǎn)產(chǎn)生生主主磁磁通通一一次次磁磁動動勢勢空空載載時時011002100第31頁/共95頁第三十二頁，共96頁。120FFF或112210N IN IN I用電流形式表示LII)kI(II)NN(II102021201。,I;,I:L作用它起平衡二次磁動勢的另一個是負載分量產(chǎn)生主磁通它用來一個是勵磁電流兩個分量變壓器的一次電流包括表明10 電磁關(guān)系將一、二次聯(lián)系起來,二次電流(dinli)增加或減少

21、必然引起一次電流(dinli)的增加或減少.負載運行時,忽略空載電流有:1221211或NNkIIkII表明(biomng)，一、二次電流比近似與匝數(shù)成反比?？梢?，匝數(shù)不同，不僅能改變電壓，同時也能改變電流。第32頁/共95頁第三十三頁，共96頁。（二）電動勢平衡(pnghng)方程式根據(jù)(gnj)基爾霍夫定律可得:11.1.111.1.1.)(ZIEjxRIEU22.2.222.2.2.)(ZIEjxRIEU或LZIU2.2.2.1.m0.1.22.2.2.11.1.1.10.22.11.EKEZEZEUZEUIIINININI綜上所述，變壓器負載運行(ynxng)方程式總結(jié)為:第33頁/共

22、95頁第三十四頁，共96頁。第四節(jié) 變壓器的等效電路及相量圖第34頁/共95頁第三十五頁，共96頁。一、繞組(roz)折算 需要注意的一點(y din)是：習慣上，我們都是將變壓器二次側(cè)數(shù)據(jù)折算到一次測。（一）二次側(cè)電動勢和電壓的折算值 由于折算后的二次繞組和一次繞組有相同的匝數(shù)，根據(jù)電動勢與匝數(shù)成正比的關(guān)系可得：第35頁/共95頁第三十六頁，共96頁。122212222EKEEkNNNNEE（二）二次側(cè)電流(dinli)的折算值 根據(jù)折算(sh sun)前后一二次繞組磁動勢不變的原則，可得：2221ININkIINNI22212（三）二次側(cè)阻抗(zkng)的折算值 根據(jù)折算前后二次繞組的銅損

23、耗不變的原則，可得：第36頁/共95頁第三十七頁，共96頁。22)22(22222222)22(22222)22(2ZkjxRkjxRZxkxIIxRkRIIR為：所以，漏阻抗的折算值功損耗不變，得由折算前后漏磁通及無LLZIkkUIUZk212222負載(fzi)阻抗的折算值：第37頁/共95頁第三十八頁，共96頁。二、等效電路根據(jù)(gnj)折算后的方程，可以作出變壓器的等效電路。T型等效電路：1R1X2R2XmRmX1U2ULZ2I1I0I近似(jn s)等效電路1R1X2R2X21IIL1I1U2ULZ第38頁/共95頁第三十九頁，共96頁。簡化(jinhu)等效電路：1U2ULZ2II

24、1SRSX其中121SS2SSSRRRXXXZRjX分別稱為短路電阻、短路電抗和短路阻抗。 由簡化等效電路可知，短路阻抗起限制短路電流的作用(zuyng)，由于短路阻抗值很小，所以變壓器的短路電流值較大，一般可達額定電流的1020倍。第39頁/共95頁第四十頁，共96頁。三、變壓器負載(fzi)時的相量圖作相量圖的步驟對應(yīng)T型等效電路， 假定變壓器帶感性(gnxng)負載。21 U)22 I ) 223RI )224IXj )12) 5EE0190)6Em超前0)7 I)() 8201III1)9E11)10RI11)11IjX1)12 U第40頁/共95頁第四十一頁，共96頁。作相量圖的步驟

25、（假定(jidng)帶感性負載）對應(yīng)簡化等效電路由等效電路可知(k zh)212112212SSUI ZIIUUI RjX I 根據(jù)方程(fngchng)可作出簡化相量圖21II2USRI1SXI j11U2第41頁/共95頁第四十二頁，共96頁。第五節(jié) 變壓器參數(shù)(cnsh)的測定和標么值第42頁/共95頁第四十三頁，共96頁。一、空載(kn zi)試驗（一）目的(md)：通過測量空載電流和一、二次電壓及空載功率來計算變比、空載電流百分數(shù)、鐵損和勵磁阻抗。（二）接線圖：WAVV*（三）要求(yoqi)及分析：1）為了便于測量和安全，通常在低壓側(cè)加電壓，高壓側(cè)開路；曲線曲線和和畫出畫出和和測出

26、測出向調(diào)節(jié)向調(diào)節(jié)范圍內(nèi)單方范圍內(nèi)單方在在電壓電壓)U(fP)U(fI,PI ,U,U.U)N1010002012102 FepP,XR) 0113即即和和忽忽略略201001100NNUkUII %I1002022NmmmmmUZIPRIXZR4）求出參數(shù)第43頁/共95頁第四十四頁，共96頁。5）空載電流(dinli)和空載功率必須是額定電壓時的值，并以此求取勵磁參數(shù)；6）若要得到高壓側(cè)參數(shù)(cnsh)，須折算；7）對三相變壓器，各公式(gngsh)中的電壓、電流和功率均為相值。二、短路試驗（一）目的：通過測量短路電流、短路電壓及短路功率來計算變壓器的短路電壓百分數(shù)、銅損和短路阻抗。（二）接

27、線圖：WAV*（三）要求及分析：1）高壓側(cè)加電壓，低壓側(cè)短路；;)U(fP)U(fI,PI ,U,I.I,)SSSSSSSNS曲曲線線和和畫畫出出和和測測出出對對應(yīng)應(yīng)的的范范圍圍內(nèi)內(nèi)變變化化在在讓讓短短路路電電流流通通過過調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)電電壓壓 31023）同時記錄實驗室的室溫；第44頁/共95頁第四十五頁，共96頁。4）由于外加電壓很小，主磁通很少，鐵損耗很少，忽略鐵損，認為：CuSpP5）參數(shù)(cnsh)計算數(shù)據(jù)(shj)結(jié)果：在短路情況下， 短路阻抗： 短路電阻： 短路電抗： RkZkXkIpRIUZNkkNkk22121第45頁/共95頁第四十六頁，共96頁。6）溫度折算：電阻應(yīng)換算到基準(

28、jzhn)工作溫度時的數(shù)值。Rk75 =Rk （對銅線(tn xin)而言） Rk75 = Rk （對鋁線而言）2357523522875228Zk75 =xRC22750短路(dunl)損耗和短路(dunl)電壓也應(yīng)換算到75的值 PkN = I2N1 Rk75 UkN = IN1 Zk75 注意：另外由于實驗是在高壓側(cè)進行的，故得到的實驗參數(shù)是高壓側(cè)的數(shù)據(jù)，不用再向高壓測折算。第46頁/共95頁第四十七頁，共96頁。7）對三相(sn xin)變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值；三、標么值 在工程計算中，各物理量往往不用實際值表示，而采用相應(yīng)的標幺值來進行表示，通常取各量的額定值作為

29、基值，利用(lyng)公式:標么值=實際值/基值計算，各物理量的標幺值都用在其右上角加“*”表示。例如(lr)：111*NUUU111*NIII標幺值經(jīng)常作為重要參數(shù)標注在變壓器的銘牌上。第47頁/共95頁第四十八頁，共96頁。采用標幺值的優(yōu)點： 1.采用標么值可以簡化(jinhu)各量的數(shù)值，并能直觀地看出變壓器的運行情況。用標么值表示，電力變壓器的參數(shù)和性能指標總在一定的范圍之內(nèi)，便于分析比較。 2.采用標么值表示時，高、低壓側(cè)的阻抗標么值都是相等的，不需要折算 ，例如： 。21*ZZ標么值沒有單位，物理(wl)意義不明確。缺點(qudin)：第48頁/共95頁第四十九頁，共96頁。第六節(jié)

30、 變壓器的運行(ynxng)特性第49頁/共95頁第五十頁，共96頁。一、變壓器的電壓調(diào)整(tiozhng)率和外特性1)電壓調(diào)整(tiozhng)率 是指當一次側(cè)接在額定電壓的電網(wǎng)上，負載的功率因數(shù)為常數(shù)時，空載與負載時二次側(cè)端電壓變化的相對值，用U*表示。即：UUUNNU121*%100)sin*cos*(*221kkXRIU 電壓調(diào)整(tiozhng)率是表征變壓器運行性能的重要指標之一,它大小反映了供電電壓的穩(wěn)定性。 由表達式可知，電壓調(diào)整率的大小與負載大小、性質(zhì)及變壓器的本身參數(shù)有關(guān)。用相量圖可以推導(dǎo)出電壓變化率的表達式：第50頁/共95頁第五十一頁，共96頁。2)變壓器的外特性(t

31、xng).),I(fU,特特性性稱稱為為變變壓壓器器的的外外即即規(guī)規(guī)律律變變化化的的二二次次端端電電壓壓隨隨負負載載電電流流定定時時因因數(shù)數(shù)一一當當電電源源電電壓壓和和負負載載功功率率22 .,UcosRsinX.,U,)(;,U,)()(*s*s次電壓比空載時高次電壓比空載時高說明二說明二為負值為負值時時當當也可能為負值也可能為負值能為正能為正可可時時帶阻容性負載帶阻容性負載時低時低這時二次端電壓比空載這時二次端電壓比空載正值正值為為時時和阻感性負載和阻感性負載當變壓器帶阻性負載當變壓器帶阻性負載22222000 變壓器在負載運行(ynxng)中，隨著負載的增加，負載電流隨之增加，一、二次繞

32、組上的電阻壓降及漏磁電動勢都隨之增加，二次繞組的端電壓U2將會降低。*2U)(*2I1.001.01cos28 . 0cos28 . 0)cos(2第51頁/共95頁第五十二頁，共96頁。3)電壓(diny)調(diào)整 為了保證二次端電壓在允許范圍之內(nèi),通常在變壓器的高壓側(cè)設(shè)置抽頭(chu tu),并裝設(shè)分接開關(guān),調(diào)節(jié)變壓器高壓繞組的工作匝數(shù),來調(diào)節(jié)變壓器的二次電壓。 中、小型電力變壓器一般有三個分接頭，記作UN 5%。大型電力變壓器采用(ciyng)五個或多個分接頭,例UN 2x2.5%或UN 8x1.5%。 分接開關(guān)有兩種形式：一種只能在斷電情況下進行調(diào)節(jié)，稱為無載分接開關(guān)-這種調(diào)壓方式稱為無勵

33、磁調(diào)壓；另一種可以在帶負荷的情況下進行調(diào)節(jié)，稱為有載分接開關(guān)-這種調(diào)壓方式稱為有載調(diào)壓。第52頁/共95頁第五十三頁，共96頁。二、變壓器的損耗(snho)與效率1)變壓器的損耗(snho)變壓器的損耗(snho)主要是鐵損耗(snho)和銅損耗(snho)兩種。 鐵損耗包括基本鐵損耗和附加鐵損耗?；捐F損耗為磁滯損耗和渦流損耗。附加損耗包括由鐵心疊片間絕緣損傷引起的局部渦流損耗、主磁通在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。 鐵損耗與外加電壓大小有關(guān)，而與負載大小基本無關(guān)，故也稱為不變損耗。 銅損耗分基本銅損耗和附加銅損耗。基本銅損耗是在電流在一、二次繞組直流電阻上的損耗；附加損耗包括因集膚效應(yīng)引起的

34、損耗以及漏磁場在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。 銅損耗大小與負載電流平方成正比，故也稱為可變損耗。第53頁/共95頁第五十四頁，共96頁。2)變壓器的效率(xio l)效率(xio l)是指變壓器的輸出功率與輸入功率的比值。21100P=%P%100)21 (%100)11(%10012CuFeCuFepppppPpppp 效率(xio l)大小反映變壓器運行的經(jīng)濟性能的好壞，是表征變壓器運行性能的重要指標之一。 根據(jù)上式，可通過空載試驗和短路試驗，求出變壓器的鐵心損耗和銅損，然后計算效率。第54頁/共95頁第五十五頁，共96頁。對上式采用以下幾個假設(shè)：1)以額定電壓下的空載(kn zi)損耗p

35、0作為鐵心損耗pFe，并認為鐵耗不隨負載發(fā)生變化。2222cosImUP %100)*0cos*1 (2222220KNNKNpIpSIpIp2) 以額定電流時的短路損耗(snho)PKN作為銅損耗(snho)PCu，并認為銅耗與負載電流的平方成正比。3)由于變壓器的電壓(diny)調(diào)整率很小，負載時U2的變化可以不考慮。因此：功率公式可以寫成:變壓器效率與負載的大小及功率因數(shù)有關(guān)。第55頁/共95頁第五十六頁，共96頁。效率(xio l)特性：在功率因數(shù)一定時，變壓器的效率(xio l)與負載電流之間的關(guān)系=f(I2),稱為變壓器的效率(xio l)特性。0maxppkN0 為了提高變壓器的

36、運行效益，設(shè)計(shj)時應(yīng)使變壓器的鐵損耗小些。第56頁/共95頁第五十七頁，共96頁。第七節(jié) 三相(sn xin)變壓器第57頁/共95頁第五十八頁，共96頁。一、三相變壓器的磁路(c l)系統(tǒng)（一）三相(sn xin)變壓器組特點是：三相(sn xin)磁路彼此無關(guān)。1U2Uu1V2Vv1W2Ww（二）三相心式變壓器1U2U1u2uu1V2V1v2vv1W2W1w2ww特點是：三相磁路彼此有關(guān)聯(lián)。第58頁/共95頁第五十九頁，共96頁。二、三相(sn xin)變壓器的電路系統(tǒng)聯(lián)結(jié)組（一）變壓器的端頭標號(bioho)繞組名稱單相變壓器三相變壓器中性點首端末端首端末端高壓繞組U1U2U1、

37、V2、W1U2、V2、W2N低壓繞組u1u2u1、v1、w1u2、v2、w2n中壓繞組U1mU2mU1m、V1m、W1mU2m、V2m、W2mNm第59頁/共95頁第六十頁，共96頁。（二）單相(dn xin)變壓器的極性*1U2U1u2u*1u2u1U2U1U2U1u2u一、二次繞組(roz)的同極性端同標志時，一、二次繞組(roz)的電動勢同相位。1u2u*1U2U*1U2U1u2u1U2U1u2u一、二次繞組(roz)的同極性端異標志時，一、二次繞組(roz)的電動勢反相位。第60頁/共95頁第六十一頁，共96頁。（三）三相(sn xin)變壓器的連接組別1、聯(lián)結(jié)(linji)組的定義定

38、義：按一、二次側(cè)線電勢的相位關(guān)系(gun x),把變壓器繞組的連接分成各種不同的組合,稱為繞組的聯(lián)結(jié)組。2、聯(lián)結(jié)組的表達形式在三相變壓器中，對于一次繞組或二次繞組，主要采用星型和三角形兩種聯(lián)結(jié)形式。我國生產(chǎn)的三相電力變壓器常用Y,yn、Y,d、YN,d等三種聯(lián)結(jié)。3、聯(lián)結(jié)組別號的判定方法（1）時鐘表示法第61頁/共95頁第六十二頁，共96頁。123456789101112將一次側(cè)線電勢的向量作為(zuwi)時鐘的分針，始終指向12（0）點；二次側(cè)線電勢的向量作為(zuwi)時鐘的時針，它所指的鐘點即為變壓器的聯(lián)結(jié)組別號。鐘表上時間的確定是由分針和時針在順時針方向(fngxing)的夾角確定的。

39、第62頁/共95頁第六十三頁，共96頁。（2）判定(pndng)的步驟繞組的連接(linji)形式UVWUVW各相繞組末端(m dun)連接在一起，首端引出為星型連接。各相繞組首、末端依次連接在一起形成回路，首端引出為星型連接。第63頁/共95頁第六十四頁，共96頁。相序的判定(pndng)UVW對于星型連接U、V、W為順向序，做向量圖是按照順時針方向(fngxing)畫圖。UVWEU.EV.Ew.第64頁/共95頁第六十五頁，共96頁。UVW對于星型連接，逆相序時，做向量(xingling)圖依然按照順時針方向畫圖。VWEU.EV.Ew.U第65頁/共95頁第六十六頁，共96頁。對于三角型連

40、接U、V、W為順向序，做向量(xingling)圖是按照順時針方向畫圖。UVWUVWEU.EV.Ew.第66頁/共95頁第六十七頁，共96頁。對于三角型連接為逆向序時，做向量圖是按照(nzho)逆時針方向畫圖。WUVWEV.EW.EU.UV第67頁/共95頁第六十八頁，共96頁。同名端的(dund)判斷同名端是指一、二次側(cè)繞組(roz)相電動勢間的極性關(guān)系，用“.”標記。極性相同時為同名端，對應(yīng)相電勢同向。EU.Eu.EU.Eu.反之為非同名(tngmng)端，對應(yīng)相電勢反向。Uu第68頁/共95頁第六十九頁，共96頁。作向量(xingling)圖判定組別號UV Wuv wUVWEU.EV.E

41、w.EUV.uvwEuv.Eu.組別號(biho)為：Y,y0第69頁/共95頁第七十頁，共96頁。UV WUVWEU.EV.Ew.EUV.uvwEuv.Eu.組別號(biho)為：Y,y6180UV WUV WUV W第70頁/共95頁第七十一頁，共96頁。UV WUVWEU.EUV.uEu.vw組別號(biho)為：Y,d130第71頁/共95頁第七十二頁，共96頁。UV WUVWEU.EUV.uEu.vwEuv.330組別號(biho)為：Y,d11第72頁/共95頁第七十三頁，共96頁。 U V WUEU.EV.EW.VWEUV.vEV.uwEuV.180組別號(biho)為：D,d6

42、第73頁/共95頁第七十四頁，共96頁。思考題有一三相(sn xin)變壓器，其一、二次繞組的同名端及端點標記如圖所示，試把該變壓器連成Y,d7。UV WUVWEU.EUV.uEuv.vEu.210第74頁/共95頁第七十五頁，共96頁。UV WUVWEU.EUV.uEuv.vEv.210wvuwY,d7第75頁/共95頁第七十六頁，共96頁。有一三相變壓器，其一、二次繞組(roz)的同名端及端點標記如圖所示，試把該變壓器連成D,d4。EU.EUV.E.E.第76頁/共95頁第七十七頁，共96頁。（四）聯(lián)結(jié)組別號的特點(tdin)及應(yīng)用1、特點(tdin)：當變壓器一、二次側(cè)繞組(roz)連接

43、形式都為星型時，可得0、2、4、6、8、10、六個偶數(shù)組號。當變壓器一次側(cè)繞組連接形式為星型，二次繞組連接形式為三角型時，可得1、3、5、7、9、11六個奇數(shù)組號。2、應(yīng)用： 為了制造和并聯(lián)運行時的方便，我國規(guī)定Y,yn0;Y,d11;YN,d11;YN,y0;Y,y0等五種作為三相電力變壓器的標準聯(lián)結(jié)組。第77頁/共95頁第七十八頁，共96頁。三、三相(sn xin)變壓器的聯(lián)結(jié)法和磁路系統(tǒng)對電動勢波形的影響 i0中有無i03 ,看電路連接中有無i03通路，Y連接中，無i03通路,i0為正弦波;YN或D連接,i03可以(ky)在繞組中流過，i0為尖頂波。 單相變壓器，當磁路飽和時，u1為正弦

44、波，和e1也是正弦波，而i0為尖頂波分解為基波i01和三次諧波i03（忽略(hl)其它高效次諧波）。 對三相變壓器，由于繞組的連接方式不同，i0 中可能i03 ，使和e1為非正弦波同樣可分解為基波和三次諧波（忽略其它高效次諧波） 。 中有無3 ，看磁路結(jié)構(gòu)，三相組式變壓器， 3可以在鐵心中流過， 為平頂波；三相心式變壓器， 3不能在鐵心中流過，只能借助油和油箱壁等形成回路，磁路磁阻很大， 3很小， 基本為正弦波。第78頁/共95頁第七十九頁，共96頁。（一）Y，y聯(lián)結(jié)的三相(sn xin)變壓器的電動勢波形一次側(cè)Y接線(ji xin)，i03=0，i0為正弦波，磁通應(yīng)為平頂波。（2）對三相心式

45、變壓器，3不能在鐵心中流過，只能借助油和油箱壁等形成回路，磁路磁阻很大， 3很小， 基本為正弦波，感應(yīng)電動勢 e 也基本為正弦波 。但通過油箱壁時將產(chǎn)生(chnshng)渦流損耗，造成局部過熱，降低變壓器的效率，因此，容量不大于1600kVA的三相心式變壓器，才允許采用Y，d聯(lián)結(jié)。1、對三相變壓器組，3可以在鐵心中存在，所以為平頂波，感應(yīng)電動勢e 為尖頂波，其中的三次諧波幅值可達基波幅值的45%60%，使相電動勢的最大值升高很多，可能擊穿繞組絕緣，因此，三相組式變壓器不采用Y，y連接。第79頁/共95頁第八十頁，共96頁。 一次繞組Y連接， i03=0， i0為正弦波，應(yīng)為平頂波，其中的3在二

46、次繞組中感應(yīng)電動勢e23，并在D內(nèi)產(chǎn)生i23。i23建立的磁通23大大削弱3的作用(zuyng)，因此合成磁通和電動勢均接近正弦波。（二）D，y連接的三相(sn xin)變壓器的電動勢波形 一次側(cè)D接線，i03可以(ky)流過，i0為尖頂波，磁通應(yīng)為正弦波，感應(yīng)電動勢 e 也為正弦波 。（三）Y，d連接的三相變壓器的電動勢波形結(jié)論：（1）變壓器一次側(cè)是YN連接時，電動勢波為正弦。（2）變壓器有一側(cè)是D連接時，電動勢波為正弦。（3）無論相電動勢是否為正弦波，但線電動勢一定是正弦波。（4）若一定需要Y，y連接，則可以增加第三繞組，采用D接線。第80頁/共95頁第八十一頁，共96頁。四、變壓器的并聯(lián)

47、(bnglin)運行并聯(lián)(bnglin)運行的理想情況：并聯(lián)(bnglin)運行的優(yōu)點： 并聯(lián)運行是指將幾臺變壓器的一、二次繞組分別接在一、二次側(cè)的公共母線上，共同向負載供電的運行方式。1、空載時各變壓器繞組之間無環(huán)流；2、負載時，各變壓器的負載系數(shù)相等；3、負載后，各變壓器的負載電流與總的負載電流同相位。1、提高供電的可靠性；3、提高供電的經(jīng)濟性。2、可以根據(jù)負載的大小調(diào)整投入并聯(lián)運行變壓器的臺數(shù)，以提高運行效率。第81頁/共95頁第八十二頁，共96頁。 為了達到(d do)上述理想運行情況，并聯(lián)運行的變壓器需滿足以下條件：1、各臺變壓器一、二次側(cè)的額定電壓應(yīng)分別相等(xingdng)，并且

48、各臺變壓器的變比應(yīng)相等(xingdng)；2、各臺變壓器的聯(lián)結(jié)組別必須(bx)相同；3、各臺變壓器的短路阻抗（或短路電壓）的標么值要相等。其中，第二條必須絕對滿足。第82頁/共95頁第八十三頁，共96頁。變比不等的兩臺變壓器并聯(lián)運行時，二次空載(kn zi)電壓不等。折算到二次側(cè)的等效電路如圖所示。由等效電路可以(ky)列出方程式：1212IIIISIIIISIIIII = I + IU- U= I ZkU- U= IZk則二次側(cè)電流(dinli)為：1111SIIIIIICLISISIISISIISIIIIIICLISISIISISIIUU-ZkkI=+I = I + IZ+ ZZ+ ZUU-ZkkI=+I = - I + IZ+ Z