變壓器介紹綜述

第四章變壓器第一節(jié)變壓器的用途、工作原理及結(jié)構(gòu)第二節(jié)變壓器空載運(yùn)行第三節(jié)變壓器負(fù)載運(yùn)行第四節(jié)變壓器運(yùn)行特性第五節(jié)三相變壓器第六節(jié)特殊變壓器2023/1/151一、變壓器的用途變壓器：是一種靜止的電機(jī)，它利用電磁感應(yīng)原理將一種電壓、電流的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓、電流的電能。換句話說，變壓器就是實(shí)現(xiàn)電能在不同等級之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。發(fā)電升壓降壓用戶2023/1/152～二、變壓器的簡單工作原理一次繞組二次繞組鐵芯負(fù)載2023/1/153簡單的單相變壓器：在兩個(gè)線圈沒有電的直接聯(lián)系，只有磁的耦合。原繞組：也稱一次繞或初級繞組。是變壓器的兩個(gè)線圈中接交流電源的線圈，其匝數(shù)為N1副繞組：也稱二次繞組或次級繞組。是變壓器接到用電設(shè)備上的線圈，其匝數(shù)為N2交變磁通同時(shí)與原、副繞組交鏈，在原、副繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢?！?023/1/154三、變壓器的分類

變壓器的種類很多，可按其用途、結(jié)構(gòu)、相數(shù)、冷卻方式等不同來進(jìn)行分類。

1、按用途分類，可分為電力變壓器（主要用在輸配電系統(tǒng)中，又分為升壓變壓器、降壓變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器和廠用變壓器）、儀用互感器（電壓互感器和電流互感器）、特種變壓器（如調(diào)壓變壓器、試驗(yàn)變壓器、電爐變壓器、整流變壓器、電焊變壓器等）。2023/1/155

2、按鐵心結(jié)構(gòu)分類，有心式變壓器和殼式變壓器。

3、按繞組數(shù)目分類:可分為雙繞組變壓器,三繞組變壓器、多繞組變壓器和自耦變壓器。

4、按相數(shù)分類，有單相變壓器、三相變壓器。

5、按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分類，可分為油浸式變壓器（包括油浸自冷式、油浸風(fēng)冷式、油浸強(qiáng)迫油循環(huán)式）、干式變壓器、充氣式變壓器。

6、電力變壓器按容量大小通常分為小型變壓器（容量為10～630kVA）、中型變壓器（容量為800～6300kVA）、大型變壓器（容量為8000～63000kVA）和特大型變壓器（容量在90000kVA及以上）。2023/1/156電力變壓器電源變壓器環(huán)形變壓器接觸調(diào)壓器控制變壓器三相干式變壓器2023/1/157

鐵心和繞組：是構(gòu)成變壓器的器身的主要部件，。

1）鐵心：構(gòu)成了變壓器的磁路，同時(shí)又是套裝繞組的骨架。鐵心由鐵心柱和鐵軛兩部分構(gòu)成。鐵心柱上套繞組，鐵軛將鐵心柱連接起來形成閉合磁路。鐵心材料：為了提高磁路的導(dǎo)磁性能，減少鐵心中的磁滯、渦流損耗，鐵心一般用高磁導(dǎo)率的磁性材料——硅鋼片疊成。硅鋼片有熱軋和冷軋兩種，其厚度為0.35～0.5mm，兩面涂以厚0.02～0.23mm的漆膜，使片與片之間絕緣。變壓器的主要結(jié)構(gòu)：鐵心和繞組。鐵心是變壓器的磁路部分；繞組是變壓器的電路部分。四、變壓器基本結(jié)構(gòu)2023/1/158

鐵芯繞組單相殼式變壓器鐵軛鐵芯柱2023/1/159

2）繞組：繞組是變壓器的電路部分，它由銅或鋁絕緣導(dǎo)線繞制而成。

一次繞組（原繞組）：輸入電能二次繞組（副繞組）：輸出電能他們通常套裝在同一個(gè)心柱上，一次和二次繞組具有不同的匝數(shù)，通過電磁感應(yīng)作用，一次繞組的電能就可傳遞到二次繞組，且使一、二次繞組具有不同的電壓和電流。其中，兩個(gè)繞組中，電壓較高的我們稱為高壓繞組，相應(yīng)的電壓較低的稱為低壓繞組。從高、低壓繞組的相對位置來看，變壓器的繞組又可分為同心式、交迭式。由于同心式繞組結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，所以，國產(chǎn)的均采用這種結(jié)構(gòu)，交迭式主要用于特種變壓器中。2、其他部件：除器身外，典型的油鋟電力變壓器中還有油箱、變壓器油、絕緣套管及繼電保護(hù)裝置等部件。

2023/1/1510繞組是變壓器的電路部分，一般用銅或鋁的絕緣導(dǎo)線繞成。繞組有同心式和交疊式兩種。高壓繞組低壓繞組高壓繞組低壓繞組2023/1/1511

心式結(jié)構(gòu)比較簡單，繞組的裝配及絕緣比較容易，電力變壓器的鐵心主要采用心式結(jié)構(gòu)。鐵心疊裝：變壓器的鐵心一般是由剪成一定形狀的硅鋼片疊裝而成。為了減小接縫間隙以減小激磁電流，一般采用交錯(cuò)式疊法，使相鄰層的接縫錯(cuò)開。鐵心截面:鐵心柱的截面一般作成階梯形，以充分利用繞組內(nèi)圓空間。容量較大的變壓器，鐵心中常設(shè)有油道，以改善鐵心內(nèi)部的散熱條件，如圖所示。2023/1/1512四、變壓器基本結(jié)構(gòu)變壓器鐵心的結(jié)構(gòu)有心式、殼式等形式。殼式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是鐵心包圍繞組的頂面、底面和側(cè)面，心式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是鐵心柱被繞組包圍，殼式結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度較好，但制造復(fù)雜，圖4-3心式變壓器圖4-5殼式變壓器2023/1/15132023/1/1514變壓器其它附件1.溫度計(jì)；2.吸濕器；3.儲油柜；4.油表；5.安全氣道；6.氣體繼電器；7.高壓套管；8.低壓套管；9.分接開關(guān)；10.油箱；11.鐵芯；12.線圈；13.放油閥2023/1/1515額定值是制造廠對變壓器在指定工作條件下運(yùn)行時(shí)所規(guī)定的一些量值。額定值通常標(biāo)注在變壓器的銘牌上。變壓器的額定值主要有：1、額定容量SN

額定容量是指額定運(yùn)行時(shí)的視在功率。以VA、kVA或MVA表示。由于變壓器的效率很高，通常一、二次側(cè)的額定容量設(shè)計(jì)成相等。五、變壓器額定值2023/1/15162、額定電壓U1N和U2N

正常運(yùn)行時(shí)規(guī)定加在一次側(cè)的端電壓稱為變壓器一次側(cè)的額定電壓U1N。二次側(cè)的額定電壓U2N是指變壓器一次側(cè)加額定電壓時(shí)二次側(cè)的空載電壓。額定電壓以V或kV表示。對三相變壓器，額定電壓是指線電壓。3、額定電流I1N和I2N

根據(jù)額定容量和額定電壓計(jì)算出的線電流，稱為額定電流，以A表示。2023/1/1517對單相變壓器對三相變壓器4、額定頻率fN我國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)50Hz

除額定值外，變壓器的相數(shù)、繞組連接方式及聯(lián)結(jié)組別、短路電壓、運(yùn)行方式和冷卻方式等均標(biāo)注在銘牌上。額定狀態(tài)是電機(jī)的理想工作狀態(tài)，具有優(yōu)良的性能，可長期工作。2023/1/15181．空載運(yùn)行時(shí)的電磁狀況2．變壓器中各量正方向的規(guī)定3．磁通、電動(dòng)勢和空載電流4.電動(dòng)勢平衡方程式，等效電路圖和相量圖第二節(jié)

單相變壓器的空載運(yùn)行2023/1/1519一、電磁關(guān)系

2023/1/1520主磁通與漏磁通的區(qū)別1）性質(zhì)上：與成非線性關(guān)系；與成線性關(guān)系；2）數(shù)量上：占99%以上，僅占1%以下；3）作用上：起傳遞能量的作用，起漏抗壓降作用?？蛰d電流很小，僅為額定電流的百分之幾2023/1/1521二、各量參考方向的規(guī)定一次側(cè)遵循電動(dòng)機(jī)慣例，二次側(cè)遵循發(fā)電機(jī)慣例。一次繞組的電壓方程式為：二次繞組：2023/1/1522三、磁通、電動(dòng)勢和空載電流1、磁通一次繞組的電壓方程式為：可近似寫成：因此，可以假定磁通是正弦量，寫成：

即基本上和大小相等，相位相反，或者說是的倒影。2023/1/15232、電動(dòng)勢

1)主磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢——主電動(dòng)勢由前面的正方向規(guī)定，依據(jù)電磁感應(yīng)定律：式中，4.44公式

可見，當(dāng)主磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，所產(chǎn)生的一次主電動(dòng)勢也按正弦規(guī)律變化，時(shí)間相位上滯后主磁通。主電動(dòng)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。有效值2023/1/1524同理，二次主電動(dòng)勢也有同樣的結(jié)論：寫成相量的形式：一次繞組與二次繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢與匝數(shù)成正比，即一次繞組與二次繞組產(chǎn)生的電壓比也是二者的匝數(shù)比2023/1/1525（三）空載電流：變壓器空載運(yùn)行時(shí)原繞組中的電流主要用來產(chǎn)生磁場，又稱為勵(lì)磁電流，分析它的波形：

1）當(dāng)不考慮鐵心損耗時(shí)，勵(lì)磁電流是純磁化電流，用來表示。由于磁路有飽和現(xiàn)象，磁化電流與產(chǎn)生它的磁通φ之間的關(guān)系是非線性的。當(dāng)磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，勵(lì)磁電流為尖頂波。2023/1/1526ΦΦΦi0i0i0只考慮飽和時(shí)的勵(lì)磁電流ωt2023/1/15273、空載電流和空載損耗1）空載電流2023/1/15282023/1/1529i0ΦΦΦi0i0考慮磁滯回線時(shí)的勵(lì)磁電流i0勵(lì)磁電流可分解為兩個(gè)分量：（1）與同相的磁化電流（2）導(dǎo)前900有功分量IFeωtα2023/1/1530從上圖中，可以看出磁化電流與磁通φ是同相位的。

2）當(dāng)考慮鐵心損耗時(shí)，勵(lì)磁電流0中還必須包含鐵耗分量，即

這時(shí)勵(lì)磁電流將超前磁通一相位角

2023/1/1531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32根據(jù)對正方向的規(guī)定，得到空載時(shí)電動(dòng)勢平衡方程式：四、電動(dòng)勢平衡方程式、等效電路及相量圖2023/1/1533漏磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢——漏抗電動(dòng)勢由于漏磁通主要經(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(fù)載情況而變.根據(jù)主電動(dòng)勢的分析方法，同樣有漏抗電動(dòng)勢也可以用漏抗壓降來表示，即341、等效電路一次側(cè)的電動(dòng)勢平衡方程為空載時(shí)等效電路為2023/1/1535由于，所以有時(shí)忽略漏阻抗，空載等效電路只是一個(gè)元件的電路。在一定的情況下，大小取決于的大小。從運(yùn)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(yùn)行效率和功率因數(shù)。

2023/1/1536對于電力變壓器，空載時(shí)原繞組的漏阻抗壓降I0Z1很小，其數(shù)值不超過U1的0.2%，將I0Z1忽略，則上式變成：在副方，由于電流為零，則副方的感應(yīng)電動(dòng)勢等于副方的空載電壓，即：

2023/1/15372、相量圖根據(jù)前面所學(xué)的方程，可作出變壓器空載時(shí)的相量圖：（1）以為參考相量（2）與同相，滯后，（3）滯后，；（4）（5）2023/1/1538

而變壓器空載時(shí)從原側(cè)看進(jìn)去的等效阻抗Z0為

式中：稱為變壓器的勵(lì)磁阻抗。這樣,變壓器原方的電動(dòng)勢方程可寫成2023/1/1539變壓器等值電路等值電路綜合了空載時(shí)變壓器內(nèi)部的物理情況，在等值電路中r1、x1是常量；rm、xm是變量，它們隨鐵心磁路飽和程度的增加而減少。電壓方程：2023/1/1540（1）r1為原繞組的電阻；x1是原繞組的漏電抗，與匝數(shù)和幾何尺寸有關(guān)，表征漏磁通對電流的電磁效應(yīng)。

（2）rm：變壓器的勵(lì)磁電阻，反映鐵耗：

Zm：變壓器的勵(lì)磁阻抗。

xm:變壓器的勵(lì)磁電抗，反映勵(lì)磁過程（3）主磁通大小，取決于電網(wǎng)電壓、頻率和匝數(shù)。等值電路參數(shù)2023/1/1541空載運(yùn)行小結(jié)（1）一次側(cè)主電動(dòng)勢與漏阻抗壓降總是與外施電壓平衡,若忽略漏阻抗壓降，則一次主電勢的大小由外施電壓決定.（2）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)，鐵心所用材料的導(dǎo)磁性能越好，空載電流越小。（4）氣隙對空載電流的影響很大，氣隙越大，空載電流越大。因此，要嚴(yán)格控制鐵心疊片接縫之間的氣隙。

2023/1/1542第三節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行在前面我們通過分析了解了變壓器的空載運(yùn)行情況，當(dāng)變壓器原方接入交流電源，副方接上負(fù)載時(shí)的運(yùn)行方式稱為變壓器的負(fù)載運(yùn)行。一、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁情況：如圖所示2023/1/1543一、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系2023/1/1544參照圖中正方向，電動(dòng)勢平衡方程式為（一）電動(dòng)勢平衡方程式二、基本方程式2023/1/1545一次側(cè)從空載電流I0變?yōu)樨?fù)載時(shí)的電流I1原繞組的磁動(dòng)勢也從空載磁動(dòng)勢F0變?yōu)镕1=I1N1。負(fù)載時(shí)的主磁通Φm就是由原、副繞組的合成磁動(dòng)勢產(chǎn)生的，即:F1+F

2=F0

變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)副方通過磁動(dòng)勢平衡對原方產(chǎn)生影響，副方電流的改變必將引起原方電流的改變，電能從原方傳到了副方。變壓器在負(fù)載時(shí)的電磁關(guān)系重新達(dá)到平衡。（一）磁動(dòng)勢平衡方程式2023/1/1546空載和負(fù)載時(shí)電壓不變，感應(yīng)電勢E1也不變，所以主磁通不變。即：負(fù)載時(shí)磁路總磁動(dòng)勢＝空載磁動(dòng)勢負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢平衡方程式可寫為：F1+F2=F0或：抵消二次側(cè)的磁動(dòng)勢總磁勢不變2023/1/1547變壓器的基本方程綜合分析，變壓器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的六個(gè)基本方程式各電磁量之間同時(shí)滿足這六個(gè)方程利用，k，Z1，Z2，Zm，ZL求解出，，。2023/1/1548由于原、副繞組的匝數(shù)Ｎ１Ｎ２，原、副繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢Ｅ1Ｅ2，變壓器原邊和副邊沒有直接電路的聯(lián)系，只有磁路的聯(lián)系。副邊的負(fù)載通過磁勢影響原邊。因此只要副邊的磁勢不變，可保證原邊的物理量不變。常用一假想的繞組來代替副邊繞組，使之成為變比k=１的變壓器，這樣就可以把原、副繞組聯(lián)成一個(gè)等效電路，從而大大簡化變壓器的分析計(jì)算。這種方法稱為繞組折算。折算后的量在原來的符號上加一個(gè)上標(biāo)號“′”以示區(qū)別。三、變壓器參數(shù)的折算2023/1/1549折算的本質(zhì)：只要保持副方的磁動(dòng)勢不變，則變壓器內(nèi)部電磁關(guān)系的本質(zhì)就不會改變。即折算前后副方對整個(gè)回路的電磁關(guān)系的影響關(guān)系不能發(fā)生變化！折算的原則：二次側(cè)磁動(dòng)勢關(guān)系不變，功率關(guān)系不變副方各量折算方法如下：1）副方電流的折算值

:

由副邊向原邊折算折算后磁勢折算前磁勢2023/1/15502）副方電動(dòng)勢的折算值：

因折算后的變壓器變比為1，所以

=或=同樣二次側(cè)的電壓、漏電勢也可以按同樣的辦法折算，得

=

=

2023/1/15513）副方漏阻抗的折算值：根據(jù)折算前后副繞組的銅損耗不變的原則：得

根據(jù)折算前后二次側(cè)繞組漏磁無功功率不變的原則，得同樣2023/1/1552銅耗：有功輸出：無功輸出：2023/1/1553副邊繞組經(jīng)折算后與原來的基本方程形式一樣：四、等效電路和相量圖2023/1/1554（一）等效電路2023/1/1555（1）T型等效電路：2023/1/1556（2）相量圖2023/1/1557五、型等值電路與簡化等值電路實(shí)際變壓器中，I1N>>I0，負(fù)載變化時(shí)變化不大。則將T型等效電路中的勵(lì)磁支路移出，并聯(lián)在電源端口,得到型等值電路。（一）型等值電路2023/1/1558（二）簡化的等值電路負(fù)載運(yùn)行時(shí)，I0在I1N中所占的比例很小。在工程實(shí)際計(jì)算中，忽略I0，將激磁回路去掉，得到更簡單的阻抗串聯(lián)電路。rk稱為短路電阻；xk稱為短路電抗；Zk為短路阻抗?？蛰d運(yùn)行時(shí)，不能用簡化的等值電路。2023/1/1559感性負(fù)載和容性負(fù)載的簡化相量圖變壓器接感性負(fù)載，負(fù)載阻抗由電阻和電感組成。為落后；接容性負(fù)載，負(fù)載阻抗由電阻和電容組成，為超前。2023/1/1560分析單相變壓器基本方法分析計(jì)算變壓器負(fù)載運(yùn)行方法有基本公式、等值電路和相量圖。基本方程式：是變壓器的電磁關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式；等值電路：是基本方程式的模擬電路；相量圖：是基本方程的圖示表示；三者是統(tǒng)一的，一般定量計(jì)算用等效電路，討論各物理量之間的相位關(guān)系用相量圖。2023/1/1561第四節(jié)變壓器參數(shù)的測定變壓器等效電路中的各種電阻、電抗或阻抗如Rk、xk、rm、xm等稱為變壓器的參數(shù)，它們對變壓器運(yùn)行能有直接的影響。所以，我們有必要看一下各種參數(shù)是如何測定得通過實(shí)驗(yàn)的方法。一、空載實(shí)驗(yàn)：試驗(yàn)?zāi)康?測定變壓器的空載電流I0、變比k、空載損耗p0及勵(lì)磁阻抗Zm=rm+jxm?？蛰d試驗(yàn)接線：如圖所示

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注意：為了便于測量和安全起見，通常在低壓側(cè)加電壓，將高壓側(cè)開路。實(shí)驗(yàn)過程：外加電壓從額定電壓開始在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模涸陔妷鹤兓倪^程中，記錄相應(yīng)的空載電流，空載損耗，作出相應(yīng)的曲線，找出當(dāng)電壓為額定時(shí)相對應(yīng)的空載電流和空載損耗，作為計(jì)算勵(lì)磁參數(shù)得依據(jù)。

結(jié)論：在空載情況下，我們可以從前面所學(xué)的空載等效電路圖中看出，空載時(shí)，2023/1/1563Z0=Z1+Zm=（r1+jχ1）+（rm+jχm）。通常rm>>r1，χm>>χ1，故可認(rèn)為Z0＝Zm=rm+jχm，于是：測得相關(guān)勵(lì)磁參數(shù)。2023/1/1564注意：1.由于勵(lì)磁參數(shù)與磁路的飽和程度有關(guān)，故應(yīng)取額定電壓下的數(shù)據(jù)來計(jì)算勵(lì)磁參數(shù)。2.對于三相變壓器，按上式計(jì)算時(shí)U1、I0、p0均為每相值。但測量給出的數(shù)據(jù)卻是線電壓、線電流和三相總功率，3.此時(shí)的空載損耗p0為鐵耗.。由于空載試驗(yàn)是在低壓側(cè)進(jìn)行的，故測得的激磁參數(shù)是折算至低壓側(cè)的數(shù)值。如果需要折算到高壓側(cè)，應(yīng)將上述參數(shù)乘κ2。這里κ是變壓器的變化，可通過空載試驗(yàn)求出：2023/1/1565二、短路實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)過程：將變壓器的副邊直接短路，副邊的電壓等于零，稱為變壓器短路運(yùn)行方式。實(shí)驗(yàn)方法：為便于測量，通常在高壓側(cè)加電壓，將低壓側(cè)短路。短路試驗(yàn)將在降低電壓下進(jìn)行，使Ik不超過1.2I1N。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模涸诓煌碾妷合聹y出短路特性曲線Ik=f(Uk)、pk=f（Uk），如圖所示，根據(jù)額定電流時(shí)的pk、Uk值，可以計(jì)算出變壓器的短路參數(shù)。

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注意：1.短路時(shí)，從短路的等效電路圖可以看出，此時(shí)的短路損耗以銅耗為主2.因電阻會隨著溫度發(fā)生變化，所以，我們的所得值要換算到標(biāo)準(zhǔn)工作溫度下75度：（對銅導(dǎo)線而言）

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（對鋁線）所以，相應(yīng)的短路損耗和短路電壓也應(yīng)換算到750C的值pkN=rk75℃

UkN=I1NZk75℃

對于三相變壓器，按上式計(jì)算時(shí)pk、Ik、Uk均為一相的數(shù)值。2023/1/1568變壓器的標(biāo)么值在工程計(jì)算中，各物理量（電壓、電流、功率等）除采用實(shí)際值來表示和計(jì)算外，有時(shí)用這些物理量與所選定的同單位的基值之比，即所謂的標(biāo)么值表示。用“*”表示。2023/1/1569對標(biāo)幺值的認(rèn)識（1）標(biāo)么值是兩個(gè)具有相同單位的物理量（實(shí)際值和選定的固定值）之比，沒有量綱。（2）選定基值時(shí)，對于電路計(jì)算U、I、Z和S中，兩個(gè)量的基值是任意選定，其余兩個(gè)量的基值根據(jù)電路的基本定律計(jì)算。（3）功率的基值是指視在功率的基值，同時(shí)也是有功和無功功率的基值。阻抗基值也是電阻和電抗的基值。（4）計(jì)算單臺變壓器時(shí)，通常以變壓器的額定值作為基值。2023/1/1570標(biāo)么值的優(yōu)點(diǎn)（1）不論變壓器的容量大小，標(biāo)么值表示的各參數(shù)和典型的性能數(shù)據(jù)，通常都在一定的范圍，便于比較和分析；如（2）用標(biāo)么值表示，歸算到原邊和副邊的變壓器參數(shù)恒相等。換言之，用標(biāo)么值計(jì)算時(shí)不需要折算。（3）某些物理量的標(biāo)么值具有相同的數(shù)值，簡化計(jì)算（4）可通過標(biāo)么值判斷運(yùn)行情況。2023/1/1571三、變壓器的阻抗電壓短路試驗(yàn)時(shí)，繞組電流達(dá)到額定值時(shí)，加于原繞組的電壓為UkN＝I1NZk，此電壓稱為變壓器的阻抗電壓或額定短路電壓。阻抗電壓的大小用百分比來表示：阻抗電壓的大小反映了變壓器在額定負(fù)載下運(yùn)行時(shí)漏阻抗壓降的大小。從運(yùn)行觀點(diǎn)來看，阻抗電壓小，代表輸出電壓受負(fù)載變化的影響小。一般為4％～10.5%.2023/1/1572第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性一、外特性與電壓調(diào)整率I2U2U1NIN（超前）（落后）外特性是指一次電壓和負(fù)載性質(zhì)不變時(shí)，輸出電壓隨負(fù)載電流變化的關(guān)系曲線輸出電壓的變化不僅與漏阻抗和負(fù)載電流有關(guān)，而且與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。2023/1/1573用標(biāo)么值表示：電壓變化率是指一次側(cè)加額定電壓、二次側(cè)負(fù)載性質(zhì)功率因數(shù)一定的情況下，二次側(cè)空載電壓與負(fù)載電壓之差對空載電壓的比值，常用百分值或標(biāo)幺值表示

電壓變化率是表征變壓器運(yùn)行性能的重要指標(biāo)之一,它大小反映了供電電壓的穩(wěn)定性。用相量圖可以推導(dǎo)出電壓變化率的表達(dá)式：輸出電壓的變化程度用電壓調(diào)整率（電壓變化率）表示2023/1/1574用簡化相量圖求ΔUoBACEFD2023/1/1575可以用簡化相量圖求ΔUoBACEFD用標(biāo)么值表示：當(dāng)I1＝I1N2023/1/1576由參數(shù)表達(dá)的電壓變化率可以看出：（1）感性負(fù)載時(shí)，2>0，U為正；容性負(fù)載，2<0，U可正可負(fù)。實(shí)際運(yùn)行中一般是感性負(fù)載，端電壓下降5~8%。（2）如果不在額定負(fù)載時(shí)運(yùn)行，定義負(fù)載系數(shù)2023/1/1577二、變壓器的效率與效率特性變壓器效率的大小與負(fù)載、功率因數(shù)及變壓器本身參數(shù)有關(guān)。效率是指變壓器的輸出有功功率與輸入有功功率的比值。變壓器的損耗變壓器的損耗主要是鐵損耗和銅損耗兩種。鐵損耗包括基本鐵損耗和附加鐵損耗。基本鐵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(fù)載大小基本無關(guān)，故也稱為不變損耗。2023/1/1578銅損耗也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(fù)載電流平方成正比，故也稱為可變損耗。短路實(shí)驗(yàn)電流額定：在任意負(fù)載下：2023/1/1579應(yīng)用間接法計(jì)算電力變壓器效率，又稱損耗分析法。其優(yōu)點(diǎn)在于無需給變壓器直接加負(fù)載，也無需運(yùn)用等效電路計(jì)算，只要進(jìn)行空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)，測出額定電壓時(shí)的空載損耗p0和額定電流時(shí)的短路損耗pkN就可以方便地計(jì)算出任意負(fù)載下的效率。不考慮變壓器負(fù)載電流引起的副邊電壓的變化，即認(rèn)為U2=U2N不變：2023/1/1580當(dāng)原繞組外施電壓和副繞組的負(fù)載功率因數(shù)不變時(shí)，變壓器效率隨負(fù)載電流變化的規(guī)律。＝f(I2)或η=f(β),稱為變壓器的效率特性。2023/1/1581即當(dāng)銅損耗等于鐵損耗(可變損耗等于不變損耗)時(shí),變壓器效率最大：或?yàn)榱颂岣咦儔浩鞯倪\(yùn)行效益，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使變壓器的鐵損耗小些2023/1/1582第六節(jié)三相變壓器現(xiàn)代電力系統(tǒng)都采用三相制，故三相變壓器使用最廣泛。三相變壓器在平衡負(fù)載下，三相對稱，取其中一相進(jìn)行分析，所以可利用單相變壓器的方程、電路、相量圖。本節(jié)主要討論三相變壓器的幾個(gè)特殊問題2023/1/1583一、三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相變壓器的磁路系統(tǒng)可分為各相磁路獨(dú)立和各相磁路相關(guān)兩大類。磁路獨(dú)立的三相變壓器組或稱三相組式變壓器:2023/1/1584各相磁路相關(guān)的三相心柱變壓器：中間鐵心柱的主磁通為三相主磁通的總和可以省去鐵心柱。為結(jié)構(gòu)簡單，將三個(gè)鐵芯柱排在一個(gè)平面磁路長短不一，勵(lì)磁電流占很小比例，影響不大。2023/1/1585各相磁通之間是相互聯(lián)系的，三相對稱時(shí)三相磁通也對稱，即：

中間鐵心柱沒有磁通：將三個(gè)鐵芯柱排在一個(gè)平面作成圖4-24b.c2023/1/1586各相磁路相關(guān)的三鐵心柱變壓器：中間鐵心柱的主磁通為三相主磁通的總和可以省去鐵心柱。為結(jié)構(gòu)簡單，將三個(gè)鐵芯柱排在一個(gè)平面磁路長短不一，勵(lì)磁電流占很小比例，影響不大。2023/1/1587心式磁路變壓器特點(diǎn)是：三相磁路彼此有關(guān)聯(lián)。2023/1/1588二、三相變壓器的電路---繞組聯(lián)結(jié)組繞組的端點(diǎn)標(biāo)志與極性：首先，我們來了解一下變壓器出線端的標(biāo)志符號：繞組名

單相變壓器三相變壓器首端末端首端末端中點(diǎn)高壓繞組U1U2U1V1W1U2V2W2N低壓繞組u1u2u1v1w1

u2v2w2n2023/1/1589（一）三相繞組的聯(lián)結(jié)法：對于三相變壓器，不論是高壓繞組還是低壓繞組，我國主要采用星形連接（Y連接），三角形連接（D連接）和曲折聯(lián)結(jié)（Z聯(lián)結(jié)）三種。有中性點(diǎn)時(shí)用YN、ZN表示。星形連接方式：以高壓繞組為例，把三相繞組的３個(gè)末端U2V2W2連在一起，結(jié)成中點(diǎn)，而把它們的三個(gè)首端U1、V1、W1引出，便是星形連接，以符號Y表示。三角形連接方式：如果把一相的末端和另一相首端連接起來，順序形成一閉合電路，稱為三角形連接，用D表示。注意：相應(yīng)的是對于低壓側(cè)而言，用y,d表示。

2023/1/1590單相變壓器的極性**一、二次繞組的同名端同標(biāo)志時(shí)，一、二次繞組的電動(dòng)勢同相位。******一、二次繞組的同名端異標(biāo)志時(shí)，一、二次繞組的電動(dòng)勢反相位。聯(lián)結(jié)組I,I0聯(lián)結(jié)組I,I6a）d）b）c）（二）單相變壓器的聯(lián)結(jié)組2023/1/1591同極性(名)端：由于變壓器高、低壓繞組交鏈著同一主磁通，當(dāng)某一瞬間高壓繞組的某一端為正電位時(shí)，在低壓繞組上必有一個(gè)端點(diǎn)的電位也為正，則這兩個(gè)對應(yīng)的端點(diǎn)稱為同極性端，并在對應(yīng)的端點(diǎn)上用符號*標(biāo)出。對于單相變壓器高、低壓繞組都是單相繞組。當(dāng)高、低壓繞組電動(dòng)勢相位相同時(shí)，聯(lián)結(jié)組為I，I0。當(dāng)高、低壓繞組電動(dòng)勢相位相反時(shí)，其聯(lián)結(jié)組為I，I6。2023/1/1592連接組別：反映三相變壓器聯(lián)結(jié)方式及一、二次繞組線電動(dòng)勢（或線電壓）之間的相位關(guān)系。三相變壓器的連接組別不僅與繞組的繞向和首末端標(biāo)志方法有關(guān)，而且還與三相繞組的聯(lián)結(jié)方式有關(guān)。（三）三相變壓器聯(lián)結(jié)組各相繞組在聯(lián)結(jié)成星形或三角形時(shí)必須注意各相的極性，各相繞組自首端至尾端的繞向應(yīng)當(dāng)一致，否則聯(lián)結(jié)成三相就會出現(xiàn)不正常現(xiàn)象，甚至造成嚴(yán)重事故。2023/1/1593理論和實(shí)踐證明，無論采用怎樣的聯(lián)結(jié)方式，一、二次側(cè)線電動(dòng)勢（電壓）的相位差總是300的整數(shù)倍。因此可以采用時(shí)鐘表示法——作為時(shí)鐘的分針，指向12點(diǎn)，作為時(shí)鐘的時(shí)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(dòng)勢滯后于一次側(cè)電動(dòng)勢的相位角。一次繞組和二次繞組的聯(lián)結(jié)方式用Yy,Yd,Dz等表示2023/1/15941）繞組的極性只表示繞組的繞法，與繞組首末端的標(biāo)志無關(guān)；2）高、低壓繞組的相電動(dòng)勢均從末端指向首端，線電動(dòng)勢從U1指向V1；3）同一鐵心柱上的繞組（在聯(lián)結(jié)圖中為上下對應(yīng)的繞組），首端為同極性時(shí)相電動(dòng)勢相位相同，首端為異極性時(shí)相電動(dòng)勢相位相反；4）相量圖中U、V、W與u、v、w的排列順序必須同為順時(shí)針排列，即原、副方同為正相序。聯(lián)結(jié)組別可以用相量圖來判斷時(shí)注意：2023/1/1595同名端在對應(yīng)端，對應(yīng)的相電動(dòng)勢同相位，線電動(dòng)勢和也同相位，聯(lián)結(jié)組別為Y，y0。1、Y，y連接2023/1/1596若高壓繞組三相標(biāo)志不變，在Y,y0聯(lián)結(jié)組基礎(chǔ)上，低壓繞組三相標(biāo)志依次右移(w1→u1→v1)

，可以得到Y(jié),y4聯(lián)結(jié)組;再次右移(v1→w1→u1)

，可以得到Y(jié),y8

聯(lián)結(jié)組。2023/1/1597U1U1V1Y/Y－6在Y,y0基礎(chǔ)上，如果高/低壓繞組對應(yīng)端是異名端，可得到Y(jié)，y6V1W1u1v1w1W1

v11262023/1/1598若高壓繞組三相標(biāo)志不變，在Y,y6聯(lián)結(jié)組基礎(chǔ)上，低壓繞組三相標(biāo)志依次右移，可以得到Y(jié),y10、Y,y2聯(lián)結(jié)組別。2023/1/1599當(dāng)各相繞組同鐵心柱時(shí)，Y，y接法有兩種情況。

1）、高、低壓繞組同極性端有相同的首端標(biāo)志，高、低壓繞組相電動(dòng)勢相位相同，則高、低壓繞組對應(yīng)線電動(dòng)勢和也同相位，其聯(lián)結(jié)組為Y，y0。

2）、同極性端有相異的端點(diǎn)標(biāo)志，高、低壓繞組相電動(dòng)勢相位相反，則對應(yīng)的線電動(dòng)勢和相位也相反，因此其聯(lián)結(jié)組為Y，y6。2023/1/151002、Y，d連接同名端在對應(yīng)端，對應(yīng)的相電動(dòng)勢同相位，線電動(dòng)勢和相差3300，連接組別為Y，d11。2023/1/15101若高壓繞組三相標(biāo)志不變，在Y，d11基礎(chǔ)上，低壓繞組三相標(biāo)志依次右移，可以得到Y(jié),d3、Y,d7聯(lián)結(jié)組別。2、Y，d連接2023/1/151022、Y，d連接同理，若改變2次側(cè)聯(lián)結(jié)順序，可得到Y(jié),d1聯(lián)結(jié)組2023/1/15103若高壓繞組三相標(biāo)志不變，低壓繞組三相標(biāo)志依次后移，可以得到Y(jié),d5連接組。2、Y，d連接2023/1/15104若高壓繞組三相標(biāo)志不變，低壓繞組三相標(biāo)志依次后移，可以得到Y(jié),d9連接組別。2、Y，d連接2023/1/15105總之，對于Y，y（或D，d）連接，可以得到0、2、4、6、8、10等六個(gè)偶數(shù)組別；而Y，d（或D，y）連接，可以得到1、3、5、7、9、11等六個(gè)奇數(shù)組別。變壓器的連接組別很多，為了便于制造和并聯(lián)運(yùn)行，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，Y，yn0、Y，d11、YN，d11、YN，y0和Y，y0連接組為三相雙繞組電力變壓器的標(biāo)準(zhǔn)連接組別。其中前三種最為常用：Y,yn0連接的二次繞組可以引出中線，成為三相四線制，用作配電變壓器時(shí)可兼供動(dòng)力和照明負(fù)載。Y,d11連接用于低壓側(cè)電壓超過400V的線路中。YN,d11連接主要用于高壓輸電線路中，使電力系統(tǒng)的高壓側(cè)可以接地。2023/1/15106

單相變壓器，當(dāng)磁路飽和時(shí)，u1為正弦波，Φ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（忽略其它高次諧波）。三、三相變壓器繞組聯(lián)結(jié)方式和磁路系統(tǒng)對電動(dòng)勢波形的影響2023/1/15107

i0中有無i03

，看電路聯(lián)結(jié)中有無i03通路，Y聯(lián)結(jié)中，無i03通路，i0為正弦波；YN或D聯(lián)結(jié)，i03可以在繞組中流過，i0為尖頂波。

對三相變壓器，由于繞組的聯(lián)結(jié)方式不同，i0

中可能無i03

，使Φ和e1為非正弦波——同樣可分解為基波和三次諧波（忽略其它高次諧波）。2023/1/151082023/1/15109不同聯(lián)結(jié)組電勢波形分析1)為了保證磁通和感應(yīng)電勢為正弦，勵(lì)磁電流必須為尖頂波，即必須含有3次諧波分量。可見聯(lián)接組的接線應(yīng)當(dāng)提供3次諧波的流通路徑。否則，勵(lì)磁電流中不會有3次諧波。2)單相變壓器的3次諧波電路是通的，所以單相變壓器的勵(lì)磁電流中含有3次諧波(為尖頂波)，其磁通和感應(yīng)電勢均為正弦波。3)YN,Y、D,y聯(lián)結(jié)的三相變壓器：3次諧波電流可以通過中線或者在三角形回路中流通，所以這類聯(lián)結(jié)組的勵(lì)磁電流中含有3次諧波，其磁通和電勢均為正弦波。2023/1/151102023/1/15111（-）、Yy聯(lián)結(jié)的三相變壓器一次側(cè)Y接線，i03=0，i0為正弦波，磁通Φ應(yīng)為平頂波。（1）對三相組式變壓器，磁通Φ應(yīng)為平頂波。平頂波磁通分解成基波和三次諧波磁通。三次諧波磁通在時(shí)間上同相位。因三相組式變壓器的三相磁路彼此獨(dú)立，三次諧波磁通可以在鐵心磁路中自由流通，并在一次繞組和二次繞組中感應(yīng)相應(yīng)的電動(dòng)勢。2023/1/151122023/1/15113在三相組式變壓器中，各相有單獨(dú)的磁路，互不相關(guān)。因此，三次諧波磁通可以和基波磁通一樣，在各相的獨(dú)立磁路中，磁阻很小，三次諧波磁通較大，加上三次諧波磁通的頻率為基波頻率的3倍，所以，三次諧波電勢有較大的數(shù)值，可達(dá)基波電勢的45～60%，而且e1和e3的峰值正好出現(xiàn)在同一時(shí)刻，結(jié)果使相電勢的最大值升高很多，形成波形嚴(yán)重畸變，這對變壓器絕緣是一個(gè)很大的威脅（影響絕緣的是電勢峰值而不是有效值），嚴(yán)重時(shí)可能擊穿絕緣。因此Yy聯(lián)結(jié)不宜用于三相變壓器組。但在三相線電勢中，由于三次諧波電勢互相抵消，故線電勢呈正弦波形。2023/1/15114（2）對三相心式變壓器，Φ3不能在鐵心中流過，只能借助鐵心夾件和油箱壁等形成回路，磁路磁阻很大，Φ3很小，Φ基本為正弦波，感應(yīng)電動(dòng)勢e也基本為正弦波。但通過油箱壁時(shí)將產(chǎn)生較大的附加鐵損耗，造成局部過熱，降低變壓器的效率，因此，容量大于1800kVA時(shí)，不宜采用心式Y(jié)，y連接。2023/1/15115一次繞組Y連接，i03=0，i0為正弦波，Φ應(yīng)為平頂波，其中的Φ3在二次繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢e23，并在D內(nèi)產(chǎn)生i23。i23建立的磁通Φ23大大削弱Φ3的作用，因此合成磁通和電動(dòng)勢均接近正弦波。（二）Yd聯(lián)結(jié)的三相變壓器2023/1/15116

綜上所述，三相變壓器的相電勢波形與繞組接法和磁路系統(tǒng)有密切關(guān)系。只要變壓器一次側(cè)是三角形聯(lián)結(jié)，就能保證主磁通和電勢為正弦波形，這是因?yàn)殍F心中的磁通決定于一次側(cè)、二次側(cè)繞組中的總電勢，所以三角形接線的繞組在一次側(cè)、二次側(cè)是一樣的，并且對變壓器的運(yùn)行有利。在高壓電力系統(tǒng)中，常需借助于變壓器的中點(diǎn)將高壓電網(wǎng)接地，這時(shí)變壓器一次側(cè)、二次側(cè)繞組中有時(shí)都接成形，但另加一個(gè)三角形接法的第三繞組，用以提供三次諧波電流的通路，以保證主磁通接近于正弦波，改善相電勢波形。2023/1/15117結(jié)論：（1）變壓器一次側(cè)是YN連接時(shí)，電動(dòng)勢波為正弦。（2）變壓器有一側(cè)是D連接時(shí)，電動(dòng)勢波為正弦。（3）無論相電動(dòng)勢是否為正弦波，但線電動(dòng)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2023/1/15118

第七節(jié)特殊變壓器