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文檔簡介
1、 3.1 變壓器的工作原理、分類和結(jié)構(gòu) 3.2 變壓器的空載運行 3.3 變壓器的負(fù)載運行 3.4 變壓器的等效電路及相量圖 3.5 變壓器參數(shù)的測定和標(biāo)么值 3.6 變壓器的運行特性 3.7 三相變壓器 3.8 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 變壓器只要一、二次繞組的匝數(shù)不同,就能到達(dá)改變壓的目的。 3.1 變壓器的工作原理、分類和結(jié)構(gòu)3.1.1 變壓器的工作原理 變壓器的主要部件是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)生交鏈一、二次繞組的交變磁
2、通,在兩繞組中分別感應(yīng)電動勢。3.1.2 變壓器的根本結(jié)構(gòu)基本的結(jié)構(gòu):鐵心、繞組器身變壓器結(jié)構(gòu)上的分類:心式變壓器殼式變壓器一、鐵心變壓器的主磁路,為了提高導(dǎo)磁性能和減少鐵損,用0.35mm厚、外表涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。鐵心的分類:疊接式鐵心漸開線式鐵心卷式鐵心疊接式鐵心的疊片次序: 變壓器的電路,一般用絕緣銅線或鋁線繞制而成。 二、繞組三、其它結(jié)構(gòu)部件 油箱 油浸式變壓器的器身浸在變壓器油的油箱中。油是冷卻介質(zhì),又是絕緣介質(zhì)。油箱側(cè)壁有冷卻用的管子散熱器或冷卻器。 絕緣套管 將線圈的高、低壓引線引到箱外,是引線對地的絕緣,擔(dān)負(fù)著固定的作用。 此外還有儲油柜、吸濕器、平安氣道、凈油器和氣體繼
3、電器。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。 符號:SN;單位:VA或kVA。 三相變壓器:三相容量之和。 S1N = S2N = SN額定電壓 指長期運行時所能承受的工作電壓。 符號:U1N / U2N ;單位:V或kV。 三相變壓器:額定值為線電壓。U1N是指加在一次側(cè)的額定電壓; U2N是指一次側(cè)加額定電壓,二次側(cè)的空載電壓; 額定容量額定電流 指在額定容量下,允許長期通過的額定電流。 符號:IN1 / IN2 ;單位:A。 三相變壓器:額定值為線電流 其數(shù)值是根據(jù)額定容量和額定電壓計算出的值。額定頻率此外,額定值還有額定頻率、效率、溫升等。 額定頻率:工頻5
4、0Hz。 溫升:電機(jī)某局部溫度和周圍冷卻介質(zhì)的溫度之差。對單相變壓器:對單相變壓器: 3.2 變壓器的空載運行3.2.1 空載運行時的物理情況性質(zhì)上: 與 成非線性關(guān)系; 與 成線性關(guān)系;數(shù)量上: 占99%以上, 僅占1%以下;作用上: 起傳遞能量的作用, 起漏抗壓降作用。主磁通與漏磁通的區(qū)別感應(yīng)電動勢分析主磁通感應(yīng)的電動勢主電動勢設(shè)則有效值相量可見,當(dāng)主磁通按正弦規(guī)律變化時,所產(chǎn)生的一次主電動勢也按正弦規(guī)律變化,時間相位上滯后主磁通 。主電動勢的大小與電源頻率、繞組匝數(shù)及主磁通的最大值成正比。 漏磁通感應(yīng)的電動勢漏電動勢漏電動勢也可以用漏抗壓降來表示,即根據(jù)主電動勢的分析方法,同樣有由于漏磁
5、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(fù)載情況而變.空載運行的電壓方程3.2.2 空載電流和空載損耗一、空載電流 作用與組成 性質(zhì)和大小性質(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)也稱勵磁電流;空載電流 包含兩個分量,一個是勵磁分量,作用是建立磁場,產(chǎn)生主磁通無功分量 ;另一個是鐵損耗分量,作用是供變壓器鐵心損耗有功分量 。 波形由于磁路飽和,空載電流 與由它產(chǎn)生的主磁通 呈非線性關(guān)系。當(dāng)磁通按正弦規(guī)律變化時,空載電流呈尖頂波形。當(dāng)空載電流按正弦規(guī)律變化時,主磁通呈尖頂波形。實際空載電流為是正弦波,但為了分析
6、、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。二、空載損耗對于已制成變壓器,鐵損與磁通密度幅值的平方成正比,與電流頻率的1.3次方成正比,即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(jìn)設(shè)計結(jié)構(gòu)的方向是采用優(yōu)質(zhì)鐵磁材料:優(yōu)質(zhì)硅鋼片、激光化硅鋼片或應(yīng)用非晶態(tài)合金。變壓器空載時,一次側(cè)從電源吸收少量的有功功率 ,用來供給鐵損 和繞組銅損 。由于 和 均很小,所以 ,即空載損耗近似等于鐵損。3.2.3 空載時的相量圖和等效電路一、相量圖根據(jù)前面所學(xué)的方程,可作出變壓器空載時的相量圖:(1)以 為參考量(2) 與 同相, 滯后 ,(3)
7、 滯后 , ;(4)(5)一次側(cè)的電動勢平衡方程為由右圖空載時等效電路可知二、等效電路和特性,所以 不是常數(shù),隨磁路飽和程度增大而減小。勵磁電阻、勵磁電抗、勵磁阻抗。由于磁路有飽由于 ,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)。 一次側(cè)主電動勢與漏阻抗壓降總是與外施電壓平衡,假設(shè)忽略漏阻抗壓降,那么一次主電勢的大小由外施電壓決定. 主磁通大小由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝數(shù)決定,與磁路所用的材質(zhì)及幾何尺寸根本無關(guān)。 空載電流大小與主磁通、線圈匝
8、數(shù)及磁路的磁阻有關(guān),鐵心所用材料的導(dǎo)磁性能越好,空載電流越小。 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。綜上所述 3.3 變壓器的負(fù)載運行變壓器一次側(cè)接在額定頻率、額定電壓的交流電源上,二次接上負(fù)載的運行狀態(tài),稱為負(fù)載運行。負(fù)載運行示意圖原邊的電勢平衡副邊的電勢平衡忽略了漏阻抗壓降, 主磁通 不變。從空載到負(fù)載,初級繞組電流 增加一個分量 以平衡次級繞組的作用,又原邊繞組從電網(wǎng)吸收的功率傳遞給副邊繞組。 副邊繞組電流增加或減小的同時,引起原邊電流的增加或減小,吸收的功率也增大或減小。3.3.1 負(fù)載運行時的物理情
9、況3.3.2 負(fù)載運行時的根本方程式一、磁動勢平衡方程式空載時,由一次磁動勢 產(chǎn)生主磁通 ,負(fù)載時,產(chǎn)生 的磁動勢為一、二次的合成磁動勢 。由于 的大小取決于 ,只要 保持不變,由空載到負(fù)載, 基本不變,因此有磁動勢平衡方程:用電流形式表示表明:變壓器的負(fù)載電流分成兩個分量,一個是勵磁電流 ,用來產(chǎn)生主磁通,另一個是負(fù)載分量 ,用來抵消二次磁動勢的作用。電磁關(guān)系將一、二次聯(lián)系起來,二次電流增加或減少必然引起一次電流的增加或減少.二、電動勢平衡方程根據(jù)基爾霍夫電壓定律可寫出一二次側(cè)電動勢平衡方程在一次繞組內(nèi)在二次繞組內(nèi) 可得出變壓器負(fù)載運行的根本方程式綜上所述 3.4 變壓器的等效電路及相量圖3
10、.4.1 繞組折算折 算:將變壓器的二次或一次繞組用另一個繞組來等效,同時對該繞組的電磁量作相應(yīng)的變換,以保持兩側(cè)的電磁關(guān)系不變。目 的:用一個等效的電路代替實際的變壓器。折算原那么:保持二次側(cè)磁動勢不變; 保持二次側(cè)各功率或損耗不變。方 法:將二次側(cè)折算到一次側(cè))折算后 變壓器的負(fù)載運行根本方程式為T型等效電路3.4.2 等效電路根據(jù)折算后的方程,可以作出變壓器的等效電路。近似等效電路簡化等效電路:其中分別為短路電阻、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,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(dá)額定電流的1020倍。 作相量圖的步 驟-對應(yīng)T
11、型等 效電路,假定變壓 器帶感性負(fù)載3.4.3 相量圖作相量圖的步驟假定變壓器帶感性負(fù)載-對應(yīng)簡化等效電路由等效電路可知 已知 、 、 、 和 便可畫出簡化相量圖 3.5 變壓器參數(shù)的測定和標(biāo)么值3.5.1 空載實驗一、目的: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?jǐn)?shù)、鐵損和勵磁阻抗。二、接線圖三、要求及分析1低壓側(cè)加電壓,高壓側(cè)開路;VWAV5空載電流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假設(shè)要得到高壓側(cè)參數(shù),須折算;7對三相變壓器,各公式中的電壓、電流和功率均為相值;4求出參數(shù)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?jǐn)?shù)
12、、銅損和短路阻抗。二、接線圖三、要求及分析1高壓側(cè)加電壓,低壓側(cè)短路;3同時記錄實驗室的室溫;4)由于外加電壓很小,主磁通很少,鐵損耗很少,忽略鐵損,認(rèn)為 。3.5.2 短路實驗WAV5)參數(shù)計算:6溫度折算:電阻應(yīng)換算到基準(zhǔn)工作溫度時的數(shù)值。8對三相變壓器,各公式中的電壓、電流和功率均為相值;7假設(shè)要得到低壓側(cè)參數(shù),須折算;四、短路電壓:短路時,當(dāng)短路電流為額定值時一次所加的電壓,稱為短路電壓短路電壓也稱為阻抗電壓。短路電壓常用百分值表示短路電壓的大小直接反映短路阻抗的大小,而短路阻抗又直接影響變壓器的運行性能。 從正常運行角度看,希望它小些,這樣可使副邊電壓隨負(fù)載波動小些;從限制短路電流角
13、度,希望它大些,相應(yīng)的短路電流就小些.3.5.3 標(biāo)么值 標(biāo)么值,就是指某一物理量的實際值與選定的同一單位的基準(zhǔn)值的比值,即一、定義通常以各物理量的額定值作為基準(zhǔn)值二 、基準(zhǔn)值確實定當(dāng)以額定值為基值時,一、二次電壓、電流的標(biāo)么值為一、二次繞組阻抗的標(biāo)么值為 不管變壓器的容量大小和電壓上下,用標(biāo)么值表示時,所有電力變壓器的性能數(shù)據(jù)變化范圍很小,這就便于對不同容量的變壓器進(jìn)行分析和比較。 用標(biāo)么值表示時,無論從高壓側(cè)或低壓看進(jìn)去的阻抗標(biāo)么值都是相等的,故不必進(jìn)行折算,使運算大為簡便。以上各式中,電壓、電流及阻抗均為一相的數(shù)值。三、標(biāo)么值的優(yōu)點由上式可見,短路阻抗的標(biāo)么值 就是短路電壓的標(biāo)么值 ,短
14、路電阻的標(biāo)么值 就是短路電壓有功分量的標(biāo)么值 ,短路電抗的標(biāo)么值 就是短路電壓無功分量的標(biāo)么值 。3.6 變壓器的運行特性3.6.1變壓器的電壓調(diào)整率和外特性 由于變壓器內(nèi)部存在電阻和漏電抗,因此負(fù)載運行時,當(dāng)負(fù)載電流流過二次側(cè)時,變壓器內(nèi)部將產(chǎn)生阻抗壓降,使二次側(cè)端電壓隨負(fù)載電流的變化而變化,這種變化關(guān)系可用變壓器的外特性來描述。 變壓器的外特性:指一次側(cè)的電源電壓和二次側(cè)負(fù)載的功率因數(shù)均為常數(shù)時,二次側(cè)端電壓隨負(fù)載電流變化的規(guī)律,即 U2 = f ( I2 ) 。 變壓器帶負(fù)載運行時,二次側(cè)端電壓的變化程度通常用電壓調(diào)整率來表示。 電壓調(diào)整率:指當(dāng)一次側(cè)接在額定頻率額定電壓的電網(wǎng)上,負(fù)載功
15、率因數(shù)為常值時,空載與負(fù)載時二次側(cè)端電壓變化的相對值,用U*表示,即或假設(shè)需要精細(xì)計算,那么電壓的調(diào)整率為: 一般情況下,在 (感性)時,額定負(fù)載的電壓調(diào)整率約為(4-5.5)%左右。 當(dāng) 二次側(cè)端電壓隨負(fù)載電流變化的規(guī)律U2=f(I2),稱為變壓器的外特性,如圖所示。變壓器在純電阻和感性負(fù)載時,外特性是下降的而容性負(fù)載時,外特性可能上翹。電壓調(diào)整率與變壓器的參數(shù)、負(fù)載的性質(zhì)和大小有關(guān),可由簡化相量圖求出,以下圖重繪了變壓器感性負(fù)載時簡化相量圖。3.6.2變壓器的損耗與效率 變壓器在能量傳遞過程中會產(chǎn)生損耗。變壓器的損耗分為銅損耗和鐵損耗兩大類,每一類損耗中又包括根本損耗和附加損耗兩種。 根本
16、銅耗是電流在繞組中產(chǎn)生的直流電阻損耗。 附加損耗包括因集膚效應(yīng)、導(dǎo)體中電流分布不均勻而使電阻變大所增加的銅耗以及漏磁通在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。 根本鐵耗是變壓器鐵心中的磁滯和渦流損耗。磁滯損耗與硅鋼片材料的性質(zhì)、磁通密度的最大值以及頻率有關(guān)。 附加鐵損耗包括鐵心疊片間由于絕緣損傷而引起的局部渦流損 耗以及主磁通在結(jié)構(gòu)部件中所引起的渦流損耗等。附加鐵損耗難以準(zhǔn)確計算,一般取根本損耗的15-20%。 變壓器效率是指變壓器的輸出功率P2與輸入功率P1之比,用百分?jǐn)?shù)表示,即 由于變壓器效率很高,用直接負(fù)載法測量輸出功率P2和輸入功率P1來確定效率,很難得到準(zhǔn)確的結(jié)果,工程上常用間接法計算效率,即
17、通過空載試驗和短路試驗,求出變壓器的鐵心損耗PFe和銅耗Pcu,然后按下式計算效率式中:P=PFe+Pcu 在用上式計算效率時,采取以下幾個假定: 以額定電壓下的空載損耗P0作為鐵心損耗PFe,并認(rèn)為鐵心損耗不隨負(fù)載而變化,即PFe=P0=常值。 由于變壓器的電壓調(diào)整率很小,負(fù)載時U2的變化可不予考慮(即認(rèn)為U2UN2)于是輸出功率 以額定電流時的短路損耗PkN作為額定電流時的銅耗PcuN,且認(rèn)為銅耗與負(fù)載電流的平方成正比,即于是上式可寫成 由上式算出的效率稱為慣例效率。對已制成的變壓器,P0和PkN是一定的,所以效率與負(fù)載的大小及功率因數(shù)有關(guān)。 在 =常值下,效率隨負(fù)載電流變化的曲線 稱為效
18、率曲線,如圖所示。 將此式代入 式即可求出變壓器的最大效率。 從效率曲線上可以看出, 當(dāng)負(fù)載變化到某一數(shù)值時將出現(xiàn)最大效率max。與分析直流電機(jī)的最大效率一樣,當(dāng)變壓器的可變損耗等于不變損耗時,效率達(dá)最大值,即變壓器的效率曲線3.7 三相變壓器電力系統(tǒng)普遍采用三相供電制, 電力系統(tǒng)用的最多的是三相變壓器。當(dāng)三相變壓器的原邊和副邊繞組均以一定的接法現(xiàn)接, 帶上三相對稱負(fù)載, 原邊加上對稱的三相電壓時 ,因為三相對稱電壓本身大小相等、相位互差1200,因此求得一相的電壓、電流, 其它兩相按對稱關(guān)系求出。 特殊問題: 三相繞組的聯(lián)接,即電路問題; 三相變壓器的磁路系統(tǒng); 不同磁路下的感應(yīng)電勢的波形;
19、3.7.1 三相變壓器的磁路系統(tǒng)一、三相變壓器組二、心式磁路變壓器特點:三相磁路彼此無關(guān)聯(lián)。特點:三相磁路彼此有關(guān)聯(lián)。3.7.2 三相變壓器的電路系統(tǒng)聯(lián)結(jié)組一、繞組的首端和末端的標(biāo)志規(guī)定末端首端末端首端NmU2m、V2m、W2mU1m、V1m、W1mU2mU1m中壓繞組nu2、v2、w2u1、v1、w1u2u1低壓繞組NU2、V2、W2U1、V2、W1U2U1高壓繞組中性點三相變壓器單相變壓器繞組名稱二、繞組的聯(lián)結(jié)法三相變壓器中,不管一次繞組或二次繞組,我國主要采用星形和三角形兩種聯(lián)結(jié)。W2W1U1V1U2V2星形聯(lián)結(jié)U1V1W1U2V2W2三角形聯(lián)結(jié)把三相繞組的三個末端U2、V2、W2聯(lián)接在
20、一起,而把它們的首端U1、V1、W1引出,便是星形聯(lián)結(jié)Y接法用字母Y或y表示把一相繞組的末端和另一相繞組的首端連在一起,順次聯(lián)接成一閉合回路,然后從首端U1、V1、W1引出,如下圖,便是三角形聯(lián)結(jié),用字母D或d表示。一、二次繞組的同極性端同標(biāo)志時,一、二次繞組的電動勢同相位。一、二次繞組的同極性端異標(biāo)志時,一、二次繞組的電動勢反相位。三、 單相變壓器一、二側(cè)電壓的相位同相位反相位四、三相變壓器的連接連接組號:反映三相變壓器連接方式及一、二次線電動勢或線電壓的相位關(guān)系。三相變壓器的連接組號不僅與繞組的繞向和首末端標(biāo)志有關(guān),而且還與三相繞組的連接方式有關(guān)。理論和實踐證明:無論采用怎樣的連接方式,一
21、、二次側(cè)線電動勢(可電壓)的相位差總是300的整數(shù)倍。因此可以采用時鐘表示法 作為時鐘的分針,指向12點, 作為時鐘的時針,其指向的數(shù)字就是三相變壓器的組別號。組別號的數(shù)字乘以300,就是二次繞組的線電動勢滯后于一次側(cè)電動勢的相位角。連接組別可以用相量圖來判斷:1、Y,y連接將一、二次繞組的同名端標(biāo)記首端。這時一、二次側(cè)對應(yīng)的相電動勢同相位,同時一、二次側(cè)的電動勢 也同相位,如右圖b所示。這時如把 指向鐘面的12,則 也指向12,是為零點,故其組號為“0”用Y,y0表示。 Y,y0聯(lián)結(jié)時的接線圖相位圖Y,y6聯(lián)結(jié)時的接線圖相位圖如將上例中一、二次繞組的非同名端作為首端,如右圖所示,這時一、二次
22、側(cè)對應(yīng)相的相電動勢反向,則線電動勢 的相位相差180,如圖b所示,因而就得到了Y,y6聯(lián)結(jié)組。2、Y,d連接第一、二次繞組的同名端標(biāo)為首端。二次繞按u1v2v1w2w1u2u1的順序依次聯(lián)接成三角形聯(lián)結(jié)。這時一、二次側(cè)對應(yīng)相的相電動勢也同相位線電動勢 的相位差為330如圖b所示。當(dāng) 指向鐘面的12時,則 指向11,故其組號為11,用Y,d11表示。Y,d11聯(lián)結(jié)時的接線圖相位圖Y,d1聯(lián)結(jié)時的接線圖相位圖如下圖所示。這時一、二次繞組對應(yīng)相的相電動勢也同相,但線電動勢 的相位差為30,如圖b所示,故其組號為1,則得到了Y,d1聯(lián)結(jié)組。 不管是Y,y聯(lián)結(jié)組還是Y,d聯(lián)結(jié)組,如果一次繞組的三相標(biāo)記不
23、變,把二次繞組的三相標(biāo)記u、v、w順序改為w、u、v(相序不能變),那么二次側(cè)的各線電動勢相量將分別轉(zhuǎn)過120,相當(dāng)于轉(zhuǎn)過4個鐘點;假設(shè)改標(biāo)記為v、w、u,那么相當(dāng)于轉(zhuǎn)過8個鐘點 對Y,y聯(lián)結(jié)而言,可得0、4、8、6、10、2等六個偶數(shù)組號; 對Y,d聯(lián)結(jié)而言,可得11、3、7、5、9、1等六個奇數(shù)組號。變壓器聯(lián)結(jié)組的種類很多,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和Y,y0等五種作為三相雙繞組電力變壓器的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組。其中以前三種最為常用。 Y,Yn0聯(lián)結(jié)組的二次側(cè)可引出中性線,成為三相四線制,用作配電變電器時可兼供動力和照明負(fù)載。 Y,d11聯(lián)結(jié)
24、組用于二次側(cè)電壓超過400V的線路中,這時二次側(cè)接成三角形,對運行有利。 YN,d11聯(lián)結(jié)組主要用于高壓輸電線路中,使電力系統(tǒng)的高壓側(cè)有可能接地。3.7.3 三相變壓器的聯(lián)結(jié)法和磁路系統(tǒng)對電動勢波形的影響 單相變壓器,當(dāng)外加電壓u1是正弦波時,電動勢e1及產(chǎn)生e1的主磁通 也應(yīng)是正弦波,但由于磁路飽和的關(guān)系,空載電流i0將是尖頂波,其中除基波外,還含有較強(qiáng)的3次諧波和其它高次諧波 對三相變壓器中,由于一、二次繞組的聯(lián)接方法不同,空載電流中不一定能含有3次諧波分量,這就將影響到主磁通和相電動勢的波形,并且這種影響還與變壓器的磁路系統(tǒng)有關(guān)。一、Y,y聯(lián)結(jié)三相變壓器的電動勢波形 電路理論中已分析過,
25、3次諧波電流因構(gòu)成零序?qū)ΨQ組,而不能存在于無中性線星形聯(lián)結(jié)的對稱三相電路中。因而當(dāng)一次繞組采用星形聯(lián)結(jié)且無中性線引出時,空載電流中不可能含有三次諧波分量,空載電流就呈正弦波形5次及其以上的高次諧波,由于其值不大,可不計。由于變壓器磁路的飽和特性,正弦波形的空載電流,鼓勵出呈平頂波的主磁通,如以下圖所示。平頂波主磁通中除基波磁通 外,還含有3次諧波磁通 。3次諧波磁通多大,影響如何,這取決于磁路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),現(xiàn)分三相變壓器組和三相心式變壓器兩種情況來討論。正弦空載電流產(chǎn)生的主磁通波形 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,如右圖,磁路磁阻很大, 3很小, 根本為正弦波,感
26、應(yīng)電動勢 e 也根本為正弦波 。但通過油箱壁時將產(chǎn)生渦流損耗,造成局部過熱,降低變壓器的效率,因此,容量大于1600kVA時,不宜采用心式Y(jié),y連接。 三相組式變壓器Y,y聯(lián)接三相變壓器的相電動勢波形心式變壓器中3次諧波磁路的路徑 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(dá)基波幅值的45%60%,如右圖,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。一、D,y或Y,d聯(lián)結(jié)三相變壓器的電動勢波動 當(dāng)三相變壓器采用D,y接法時,一次側(cè)空載電流以的三次諧波分量可以流通,于是主磁通和由它感應(yīng)的相電動勢e1和e2都是正弦波。 當(dāng)
27、三相變壓器采用Y,d聯(lián)結(jié)時,如以下圖所示。 Y,d聯(lián)結(jié)三相變壓器一次側(cè)空載電流中不存在3次諧波分量,因此主磁通和一、二次側(cè)相電動勢中都會有3次諧波分量。但因二次側(cè)是三角形聯(lián)結(jié),三次諧波相電動勢 也是零序?qū)ΨQ組,沿三角形聯(lián)結(jié)回路之和不等于零,于是在二次繞組中產(chǎn)生三次諧波電流 。由于二次繞組的電阻遠(yuǎn)小于繞組對3次諧波的電抗,所以 接近滯后 90, 建立的磁通 在相位上接近相反,其結(jié)果幾乎完全抵消了 的作用,如右圖所示。因此合成磁通及其感應(yīng)的電動勢都接近正弦波形。Y,d聯(lián)接變壓器3次諧波電流的去磁作用 三相變壓器的相電動勢波形與繞組接法及磁路系統(tǒng)有密切關(guān)系。 只要變壓器有一側(cè)是三角形聯(lián)結(jié),就能保證主
28、磁通和電動勢為正弦波形,這是因鐵心中的磁通取決于一、二次繞組中總磁動勢,所以三角形聯(lián)結(jié)的繞組在一次側(cè)或在二次側(cè),其作用是一樣的。因此一般三相變壓器常采用Y,d或D,y聯(lián)結(jié)。 在大容量高壓變壓器中,當(dāng)需要一、二次側(cè)都是星形聯(lián)結(jié)時,可另加一個接成三角形的小容量的第三繞組,兼供改善電動勢波形之用。綜上所述3.7.4 變壓器的并聯(lián)運行并聯(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(fù)載供電的運行方式。并聯(lián)運行的優(yōu)點:提高供電的可靠性。并聯(lián)運行時,如果某臺變壓器發(fā)生故障,可以把它從電網(wǎng)切除檢修,而電網(wǎng)仍能繼續(xù)供電。可以根據(jù)負(fù)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
29、??梢詼p少總的備用容量,并可隨著用電量的增加分批增加新的變壓器。并聯(lián)的臺數(shù)過多也是不經(jīng)濟(jì)的,因為一臺大容量變壓器的造價要比總?cè)萘肯嗤膸着_小變壓器的造價低,占地面積也小。空載時并聯(lián)的各變壓器之間沒有環(huán)流,以防止環(huán)流銅耗。負(fù)載時,各變壓器所承擔(dān)的負(fù)載電流應(yīng)按其容量的大小成正比例分配,防止其中某臺過載或欠載,使并聯(lián)組的容量得到充分利用。負(fù)載后,各變壓器所分擔(dān)的電流應(yīng)與總的負(fù)載電流同相位。 這樣在總的負(fù)載電流一定時,各變壓器所分擔(dān)的電流最小。 如果各變壓器的二次電流一定,那么共同承擔(dān)的負(fù)載電流為最大。 要到達(dá)上述理想并聯(lián)運行的要求,需滿足以下諸條件:各臺變壓器的額定電壓應(yīng)相等,并且各臺變壓器的電壓比
30、 應(yīng)相等。各臺變壓器的聯(lián)結(jié)組別必須相同。各臺變壓器的短路阻抗或短路電壓的標(biāo)么值應(yīng)相等。 變壓器并聯(lián)運行的理想情況: 兩臺變壓器的電壓比和短路阻抗標(biāo)么值均相等,但是聯(lián)結(jié)組別不同,并聯(lián)運行時其后果更為嚴(yán)重。因為聯(lián)結(jié)組別不同,兩臺變壓器二次側(cè)線電壓的相位就不同,至少相差30,因此會產(chǎn)生很大的電壓差。 由于變壓器的短路阻抗很小,這樣大的電壓差將在兩臺變壓器的二次繞組中產(chǎn)生很大的環(huán)流,其數(shù)值會超過額定電流的很多倍,可能使變壓器的繞組燒毀,所以聯(lián)結(jié)組別不同的變壓器是絕對不允許并聯(lián)運行的。滿足條件的必要性一、聯(lián)結(jié)組別不同時變壓器的并聯(lián)運行 假設(shè)有兩臺電壓比相等,聯(lián)結(jié)組別也相同的變壓器并聯(lián)運行?,F(xiàn)在來研究這個
31、并聯(lián)組在負(fù)載時,如何到達(dá)負(fù)載的合理分配。二、短路抗阻標(biāo)么值不等時變壓的并聯(lián)運行 由于兩臺變壓器的一、二次側(cè)分別并聯(lián)在公共母線上,其電壓比、組別又相同,故可得所示的簡化等效電路。由圖可知 此外兩臺變壓器內(nèi)部的阻抗壓降應(yīng)相等,即 從上式知,并聯(lián)運行各臺變壓器所分擔(dān)的電流與其短路阻抗成反比,即短路阻抗大的分擔(dān)的是電流小,短路阻抗小的分擔(dān)電流大。 并聯(lián)運行的簡化等效電路 把式 表示為相對值可得即或上式說明:各變壓器負(fù)載電流的標(biāo)么值與其短路阻抗(或短路電壓)的標(biāo)么值成反比分配。合理的分配是,各臺變壓器應(yīng)根據(jù)其本身的能力(容量)來分擔(dān)負(fù)載,即 。這就要求各臺變壓器短路阻抗標(biāo)么值相等,即 。 由于并聯(lián)運行的
32、變壓器容量不一定相等,故負(fù)載的分配是否合理,不能直接從電流的安培值來判斷,而應(yīng)從相對值(即負(fù)載電流與額定電流之比,也就是標(biāo)么值)的大小來判斷。由于 即 從上式可知,要使各臺變壓器所分擔(dān)的電流均為同相,那么各臺變壓器的短路阻抗的幅角均應(yīng)相等。根據(jù)實際計算得知,即使各變壓器的阻抗角相差10 30,影響也不大,故在實際計算中,一般都不考慮阻抗角的差異,故認(rèn)為總的負(fù)載電流是各變壓器二次電流的代數(shù)和。 實際并聯(lián)時,希望各變壓器的電流標(biāo)么值相差不超過10%,所以要求各變壓器的短路阻抗標(biāo)么值相差不大于10%。3.8 其它用途變壓器3.8.1 自耦變壓器一、自耦變壓器的聯(lián)接法和容量關(guān)系 普通雙繞組變壓器的一、
33、二次繞組之間互相絕緣,它們之間只有磁的耦合,沒有電的聯(lián)系。自耦變壓器的特點在于一、二次繞組之間不僅有磁的耦合,而且還有電的直接聯(lián)系。 保持一臺雙繞組單相變壓器兩個繞組的額定電壓和額定電流不變,把一、二次繞組串聯(lián)起來作為新的一次繞組,而二次繞組還同時作為二次側(cè),它的兩個端點接到負(fù)載阻抗ZL上,便得到一臺降壓自耦變壓器。如以下圖:對于降壓自耦變壓器,由圖可見,一、二次電壓為 從原理上看,自耦變壓器屬于單繞組變壓器,當(dāng)作為降壓變壓器使用時,一次繞組的一部分兼作二次繞組用;當(dāng)作為升壓變壓器使用時,二次繞組的一部分兼作一次繞組用。把同時屬于一次側(cè)和二次側(cè)的一部分線匝稱作公共線圈,其余的部分串聯(lián)線圈。無論
34、用作降壓或升壓,其基本原理是相同的。降壓自耦變壓器接線圖原理圖自耦變壓器的電壓比: 式中, ,是雙繞組變壓器的電 壓比。一次電流為 對于接點u,利用基爾霍夫定律,可得自耦變壓器的二次電流為 在忽略勵磁電流的情況下,根據(jù)磁動勢平衡關(guān)系得 即 將上式代入式 便得 上式表明,當(dāng)忽略勵磁電流時, 同相位,并 且 ,就有效值來說 。 于是,從式可求得自耦變壓器的額定容量為 上述可見:當(dāng)把額定容量為SN、電壓比為k的普通雙繞組變壓器改接成自耦變壓器后,自耦變壓器的額定容量增加到 ,而電壓比為(1+k)。這時自耦變壓器的額定容量SaN可以分成兩部分,第一部為 ,與這一部分容量對應(yīng)的功率是公共線圈和串聯(lián)線圈之
35、間通過電磁感應(yīng)關(guān)系傳遞給負(fù)載的,即通常所說的電磁功率。這一部分容量決定了變壓器的主要尺寸和材料消耗,是變壓器的設(shè)計依據(jù),稱為自耦變壓器的計算容量。第二部分為 ,與此對應(yīng)的功率是一次電流IN1通過傳導(dǎo)關(guān)系直接傳遞給負(fù)載的,稱為傳導(dǎo)功率。傳導(dǎo)功率不影響變壓器的計算容量。 可得自耦變壓器計算容量SN與額定容量SaN的關(guān)系為 由上式可見,自耦變壓器的計算容量比額定容量小,當(dāng)ka越接近1時,計算容量越小,自耦變壓器的優(yōu)點就越顯著。因此自耦變壓器適用于變壓比ka不大的場合,一般ka2。二、自耦變壓器的特點繞組容量小于額定容量, 與額定容量相同的普通變壓器比, 消耗的材料少、體積小、造價低, 同時效率高。短
36、路電流較大。為了提高自耦變壓承受突然短路的能力,設(shè)計時對自耦變壓器的機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng),必要時可適當(dāng)增大短路阻抗以限制短路電流。由于自耦變壓器一、二次之間有電的直接聯(lián)系,當(dāng)高壓側(cè)過電壓時,會引起低壓側(cè)產(chǎn)生嚴(yán)重的過電壓。為防止這種危險,一、二次側(cè)都需裝設(shè)避雷器。3.8.2 儀用互感器 互感器是一種測量用的設(shè)備,有電流互感器和電壓互感 器兩種,它們的作用原理與變壓器相同。 使用互感器目的: 為了工作人員的平安,使測量回路與高壓電網(wǎng)隔離 可以使用小量程的電流表測量大電流,用低量程的電 壓表測量高電壓。 互感器除了用于測量電流和電壓外,還用于各種繼電保 護(hù)裝置的測量系統(tǒng),因此它的應(yīng)用很廣泛。一、電流互
37、感器 由于電流互感器要求誤差較小,所以勵磁電流越小越好,因此鐵心磁通密度較低,一般在0.08-0.10Wb/m2范圍。如忽略勵磁電流,由磁動勢平衡關(guān)系可得 電流互感器的一次繞組由1-n匝截面較大的導(dǎo)線構(gòu)成,并與需要測量電流的電路串聯(lián);二次繞組的匝數(shù)較多,導(dǎo)線截面較小,并與阻抗很小的儀表如電流表、瓦特表的電流線圈等接才閉路。因此電流互感器的運情況相當(dāng)于變壓器的短路運行式中 ki電流互感器的額定電流比?;螂娏骰ジ衅髟韴D 互感器內(nèi)總有一定的勵磁電流,因此測量的電流總是有一定的誤差,按照誤差的大小,電流互感器分為0.2,0.5,1.0,3.0和10.0等五個標(biāo)準(zhǔn)等級。本卷須知: 副邊絕對不允許開路。
38、 開路時, 原邊電流將成為勵磁電流, 造成鐵損耗急劇上升, 過熱, 燒毀絕緣, 并在副邊出現(xiàn)極高的電壓。 副邊可靠接地 串入阻抗值不能超過規(guī)定值副邊阻抗大后, 副邊電流減小, 勵磁電流增大, 誤差增加。 二、電壓互感器 U1/U2=N1/N2=kuku為電壓互感器的電壓比。因此,利用一、二次側(cè)不同的匝數(shù)比可將線路上的高電壓變?yōu)榈碗妷簛頊y量。電壓互感器二次側(cè)的額定電壓一般都設(shè)計為100V,而一次側(cè)繞組可以有許多抽頭,根據(jù)被測電壓的大小,可適中選取電壓互感器的電壓比ku。 電壓互感器的的一次繞組匝數(shù)N1很多,直接并聯(lián)到被測的高壓線路上;二次繞組匝數(shù)N2較少,接在高阻抗的測量儀表例如電壓表、互特表的
39、電壓線圈等上。由于二次繞組接在高阻抗的儀表上,二次側(cè)電流很小,所以電壓互感器的運行情況相當(dāng)于變壓器的空載運行狀態(tài)。如果忽略漏阻抗壓降,那么有電壓互感器原理圖 為了提高電壓互感器的準(zhǔn)確度,必須減小勵磁電流和一、二次繞組的漏阻抗,所以電壓互感器的鐵心一般采用性能較好的硅鋼片制成,且使鐵心不飽和,磁通密度約0.6-0.8Wb/m2。 我國目前生產(chǎn)的電力電壓互感器,按準(zhǔn)確分為0.5,1.0和3.0等三級。本卷須知: 副邊絕對不允許短路 正常運行時,接近空載。短路時, 電流將變得很大, 引 起繞組 過熱而燒毀。 副邊可靠接地 串入阻抗值不能太小 副邊阻抗小后,原、 副邊電流增大, 原、副邊漏阻抗壓降增加
40、, 誤差增加。 三、電焊變壓器 交流電弧焊在生產(chǎn)實際中應(yīng)用很廣泛。從結(jié)構(gòu)上來看,交流弧焊機(jī)就是一臺特殊的降壓變壓器,通稱為電焊變壓器。 電焊變壓器的幾點要求: 電焊變壓器應(yīng)具有60-75V的空載電壓,以保證容易起弧,為了操作者的平安,電壓一般不超過85V。 電焊變壓器應(yīng)具有迅速下降的外特性,以適應(yīng)電弧特性的要求。 為了適應(yīng)不同的焊件和不同的焊條,還要求能夠調(diào)節(jié)焊接電流的大小。 短路電流不應(yīng)過大,一般不超過額定電流的兩倍,在工作中電流要比較穩(wěn)定。 滿足上述要求,電焊變壓器必須具有較大的電抗,而且可以調(diào)節(jié)。電焊變壓器的一、二次繞組一般分裝在兩個鐵心柱上,使繞組的漏抗比較大。 改變漏抗的方法很多,常
41、用的有磁分路法和串聯(lián)可變電抗法,如以下圖所示。磁分路電焊變壓器帶電抗器的電焊變壓器電焊變壓器的原理圖IWbOv*#oxLb9%HMT9-n*a%A$0kX0(0IGVn58DOyN7BbF8JtIeShOR*-T65NBu#wmGN-aLoe+D1AnvU&G5Y62HiK7Y$17AfbywyZ!nbs2FEEvo3bc4+&TONCU5sfLmPUqp+zJA*(O-Y6-Vu!(L4pa+$-r&nBu*-Mbp0vcPMamZi#rDw66nTOCcm)+R3xneW6ab*akfbFwDdK$E+jt#M*#qPbFeO+4#V&nmuSdBWeXlGhTB4MdtGQ#$HWq(d
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