變壓器(自動化)

變壓器的運行原理1變壓器的空載運行原邊加額定電壓，額定頻率的電源，副邊開路時的運行情況，稱為變壓器的空載運行。一、電磁關系分析變壓器空載運行示意圖e2e1e1＋u1－i0i2Φ1一次繞組二次繞組2

電勢與磁通的關系34漏磁感應電動勢5結論：漏磁電動勢可用空載電流I0在一次繞組漏電抗X1產(chǎn)生的負壓降-jI0X1表示，漏磁電動勢滯后I0900電角度。6激磁阻抗磁化電抗ImIFeIμE1RFexμImE1rmxm7變壓器各電磁量正方向電機學的中心任務是電磁分析,我們討論變壓器就是要討論變壓器中的各個電路參數(shù)(電壓、電流、功率），電磁量（磁通、磁密、磁勢）之間的關系，為了寫出它們之間的關系式，必須事先規(guī)定各自的正方向，原則上正方向的規(guī)定可以是任意的，不影響各個量瞬時值之間的相對關系，但是為了分析方便，便于交流，我們往往采用通用的慣例來規(guī)定正方向。8XaΦme1e2e1σu1u2i0i2Φ1σAx9二、空載運行電壓方程10忽略漏阻抗壓降后有效值：影響主磁通大小的因素是電源電壓、電源頻率和一次側線圈的匝數(shù)，與鐵芯的材質和幾何尺寸無關。11三、等效電路U1.I0.r1x1E1.一次側等效電路U1.I0.r1x1E1.變壓器空載等效電路rmxm空載狀態(tài)運行的變壓器可近似為一個鐵心電感接于電網(wǎng)。磁滯、渦流效應建立空載磁通12四、變壓器空載運行相量圖ΦmE1E2U20-E1I0αI0r1jI0x1U1I0rI0a13五、勵磁電流Φi0wtwt不考慮磁滯時勵磁電流波形wti0尖頂波勵磁電流分解為基波和３次諧波電流14Φ,i0wt勵磁電流i0半波波形不對稱，勵磁電流i0波形超前磁通Φ一個角度，渦流損耗也會使i0波形超前磁通波形。由于鐵耗的存在使勵磁電流i0波形超前主磁通α角度，該角度稱為鐵耗角。15小結:（1）一次側主電動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，與磁路所用的材質及幾何尺寸基本無關。（3）空載電流大小與主磁通、線圈匝數(shù)及磁路的磁阻有關，鐵心所用材料的導磁性能越好，空載電流越小。（4）電抗是交變磁通所感應的電動勢與產(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。16

變壓器的負載運行原邊接入電源、副邊接負載阻抗ZL時的運行情況，稱為變壓器的負載運行。一、電磁關系分析U2變壓器負載運行.ΦmE1E1σΦ1σU1I1I2......E2E2σ..Φ2σ..zL17二、磁勢平衡方程式空載時：I2=0，鐵心內(nèi)的磁通Φm是由原邊磁勢F0=N1I0單獨建立負載時：一次繞組的電流產(chǎn)生的磁勢為F1=N1I1，二次繞組中的電流產(chǎn)生磁勢為F2=N2I2N1I1+

N2I2=N1I0

F1＋F２=Ｆｍ＝Ｆ０磁通勢平衡方程：N1I1+

N2I2=0

I1=－N2N1

I2

N2N1

I2

I1=I０－18三、電壓平衡方程式ΦmE1E1σΦ1σU1I1I2......E2E2σ..Φ2σ..ZL原繞組：

U1=-E1+Ｉ1(r1+jx1)副繞組：U2=E2-I2(r2+jx2)U2=I2zL19變壓器負載運行時的基本方程式20變壓器負載時的電路圖由圖可見：變壓器一、二次繞組的電路是獨立的，只有磁的聯(lián)系，沒有電的聯(lián)系，不便于計算。.I2.U1.I1Ｒ1E1.Ｒ2U2.E2.x1σx2σo1o2四、副繞組歸算和變壓器等效電路211、繞組的歸算注意：二次繞組匝數(shù)變化后，二次繞組的電流必須調整，否則改變了變壓器的電磁關系。歸算是把二次側繞組匝數(shù)變換成一次側繞組的匝數(shù)，而不改變一、二次側繞組的電磁關系。1）二次側繞組電流的歸算電流歸算原則是：保持歸算前后繞組的磁效應不變（磁勢不變），歸算后的量帶’表示。22有功功率不變R2'

I2'2=R2I22R2'

=R2I22I2'2=k2R2無功功率不變X2'I2'2=X2I22X2'=X2I22I2'2=k2X2因而Z2'

=k2Z2ZL'

=k2ZL折算實質上是在功率和磁通勢保持不變的條件下，對繞組的電壓、電流所進行的一種線性變換。2）二次側阻抗的歸算233）二次側繞組電勢和電壓的歸算根據(jù)電勢與匝數(shù)成正比關系得：二次側端電壓：24結論：（1）歸算前后，二次側電流變化1/K倍（1）二次側電勢、電壓變化K倍（2）二次側電阻、阻抗、負載變化K2倍R2'=k2R2X2'=k2X225項目折算前

折算后一次側電壓方程二次側電壓方程電流關系感應電動勢感應電動勢的關系輸出電壓2.基本方程式U1=－E1＋Z1I1U1=－E1＋Z1I1U2=E2－Z2I2U2'=E2'－

Z2'I2'N1I1＋N2I2=N1I0

I1＋I2'

=I0

E1=－ZmI0

E1=－ZmI0

E1=kE2E1=E2'U2=ZLI2U2'=ZL'I2'26根據(jù)歸算后的基本方程畫出的部分等效電路得到變壓器T型等效電路圖.I’2.U1.I1r1x1E1.rmxmIm.r’2x’2U’z.E’2.I1+.I’2.=I0.E1=.E’2=.-I0.zm.273T型等效電路ZL'＋U1－I1r1jx1－

E1

=E2'＋I0'－U2'

＋jx2'

r2'I2'28U1.I1.r1x1E1.rmxmIm.r′2x′2-U2.-I′2.4變壓器形等效電路z′L295簡化等效電路

該電路用于滿載或接近滿載運行時的分析、計算。

短路電阻：

rｋ

=r1+r2'

短路電抗：

xｋ

=x1+x2'

短路阻抗：

zｋ

=rｋ+jxｋI0很小，I1≈I2

zL'＋U1－

I1＝－I2'rｋ

jxｋ－U2'

＋30

五.相量圖※設：

U2=U20°U2'I2'

電感性負載2E1=E2'r2'I2'jx2'I2'－E1I0－I2'I1r1I1jx1I11U131

電容性負載U2'I2'E1=E2'r2'I2'jx2'I2'I0－I2'U12－E1I1r1I1jx1I11

電阻性負載U2'I2'E1=E2'r2'I2'jx2'I2'I0－I2'U1－E1r1I1jx1I11I132U1I1I1N1U2U2=I2ZLI2I2N2I1N1+I2N2=I0N1I0N1ΦmE1E2E1/E2=kΦs1Eσ1=-jI1x1Φs2Eσ2=-jI2x2I1r1I2r2U1=-E1+I1(r1+jx1)U2=E2-I2(r2+jx2)主磁通33

標幺值

34一次側二次側功率線電壓相電壓線電流相電流阻抗35

2、取標幺值的優(yōu)點

(一)一個量與它的折合值的標幺值相等(二)線值與相值電壓(流)的標幺值相等(三)便于判斷變壓器的運行情況（四）不論變壓器或電機容量的大小，用標幺值表示時，各個參數(shù)和典型的性能數(shù)據(jù)通常都在一定的范圍以內(nèi)，因此便于比較和分析。36(五)不同的量具有相同的值

37

變壓器的參數(shù)測定

1.空載試驗測量:k、PFe、Zm原邊副邊＋U1－VAWV

實驗數(shù)據(jù)：

U1N、I0、P0、U20。(1)鐵損耗

P0=

PFe＋PCu

=

rmI02＋r1I02PFe≈P0

(2)勵磁阻抗模

|Zm|≈|Z1+Zm|

=U1NI038(3)

勵磁電阻rm≈r1＋rm

=P0I02(4)勵磁電抗Xm=√|Zm|2－rm2(5)電壓比U20U1Nk=(6)折算對于降壓變壓器，rm

、Xm和Zm需要折算。實際值為rm=k2P0I02Xm=√|Zm|2－rm2392.短路試驗測量：PCu、短路參數(shù)。實驗方法：逐漸增加U1，使電流達到額定值：I1=I1N。U1=(3%~10%)U1N高壓側低壓側＋U1－AVW實驗數(shù)據(jù)：

US=U1、IK=I1N、PK。(1)銅損耗

PCu≈

PFe+PCu=PK(2)短路阻抗模

|ZK|=UKIK40(3)

短路電阻

|rK

|=PKIK2(4)短路電抗XK=√|

ZK

|

2－rK2(5)阻抗電壓UK=|

ZK

|

I1N銘牌上的標注方法：①用百分數(shù)表示:US％=UKU1N×100%②用標幺值表示:標幺值

=實際值基值※電壓、電流與阻抗（電阻和電抗）的基值:U1N、

I1N、U2N、

I2N、I1NU1N、I2NU2N41變壓器的運行特性1.外特性:

當U1、cos2為常數(shù)時U2=f(I2)(1)電壓調整率的定義U2

I2OU2Nλ2=1λ2=0.8(電感性)λ2=0.8(電容性)

I2N

U2△U=

U2N－U2U2N×100%

運行特性：外特性、效率特性。42(2)折算至一次側的公式△U=U1N－U2'U1N×100%(3)利用短路參數(shù)的公式－U2'*I1=－I2`*2rkI1*jXkI1*U1N*=1ZL'＋U1－I1＝－I2'－U2'

＋rkxk431.001.044

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設置抽頭,并裝設分接開關,調節(jié)變壓器高壓繞組的工作匝數(shù),來調節(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五個或多個分接頭,例UN±2x2.5%或UN±8x1.5%。X1X2X3+5%-5%有載調壓無載調壓452.效率特性(1)功率電源輸入變壓器的有功功率

P1=mU1I1cos1變壓器輸出的有功功率

P2=mU2I2cos2損耗

P1－P2=PCu＋PFe①

銅損耗

PCu=R1I12＋R2I22=R1I12＋R2'I2'2（用T型等效電路）46I1=I1N時的短路損耗PCu=Rk

I12

=Rk

I2'2

（用簡化等效電路）

=

2

Pk

（用短路試驗）式中:——負載系數(shù)。由于:PCu∝I

2=I1I1N——

可變損耗。②

鐵損耗

PFe=RmI02

（用T型等效電路）

=P0（用空載試驗）由于PFe∝Φm、f等，當

U1、f均不變時，

PFe不變（與I2

大小無關）——不變損耗。47(2)效率P1P2=×100%P2=mU2I2cos2=mU2NI2cos2=mU2NI2Ncos2I2I2N=

SNcos2=

SN2

SN2

SN2＋P0＋

2Pk×100%

=48當U1=U1N、cos2為常數(shù)時：

=f(I2)

或：

=f(β)(3)效率特性求得

P0=

2

PS即

PCu=

PFe時

=max——效率特性。令d

d=0※小型電力變壓器:ηN

=80%

～90%※大型電力變壓器:ηN

=98%

～99%049三相變壓器(1)三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相組式變壓器、三相心式變壓器。①

三相組式變壓器特點：三相之間只有電的聯(lián)系，沒有磁的聯(lián)系。U1

U2u1

u2V1

V2v1

v2W1

W2w1

w250ΦCΦA..ΦB.ΦA.ΦC.ΦB.ABC②三相心式變壓器

特點：三相之間既有電的聯(lián)系，又有磁的聯(lián)系。三相心式鐵心的形成51三相變壓器的聯(lián)結組一.單相變壓器聯(lián)結的組別EUEu**U1U2u1u2相位關系:EUEuEUEu(1)相電動勢的相位關系EUEu**U1U2u2u152AXax（2）時鐘表示法：把一次繞組電動勢EU看作時鐘的長針(分針),永遠指向12點,二次繞組電動勢Eu看作時鐘的短針,由短針指向確定變壓器的聯(lián)結組標號.EUEuEUEuII12II653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、V1、W1U2、V2、W2N低壓繞組u1u2u1、v1、w1u2、v2、w2n中壓繞組U1mU2mU1m、V1m、W1mU2m、V2m、W2mNm（1)、變壓器的端頭標號二、三相變壓器的聯(lián)結組別54星形聯(lián)結(Y聯(lián)結)U1V1W1U2V2W2EVEUEWEUVEUU1V2EVV1U2EWW1W2EUV55三角形聯(lián)結(D聯(lián)結)U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2EUEVEWEUUWEVVEWEUVEUUVEVWEWEUV56結論:1.ΔUVW是一個等邊三角形.2.三相相序為UVWU時,位形圖中UVW順時針排列.3.線電勢EUV由U指向V57三相變壓器的聯(lián)結組別我國的三相電力變壓器,繞組的標準聯(lián)結一般采用星形聯(lián)結和三角形聯(lián)結.聯(lián)結組可分為哪幾大類?Y，y聯(lián)結Y，d聯(lián)結D，d聯(lián)結D，y聯(lián)結58Yy聯(lián)結AXBYCZaxbyczEAEBECEaEbEcEABEabABCXYZaxbyczEABEabY，y059axbyczEAEBECEaEbEcEabAXBYCZBCAEABXYZaxbyczEabY，y660AXBYCZczaxbyEAEBECEcEaEbEABEabY，y4ABCXYZczyEABaxbEabyz61AXBYCZbyczaxEAEBECEbEcEaEABEab請大家判斷一下聯(lián)結組標號?Y，y862czaxbyEAEBECEcEaEbEabAXBYCZBCAEABY，y10XYZazxEabbyc63byczaxEAEBECEbEcEaAXBYCZEab請大家判斷一下聯(lián)結組標號?Y，y264Yy聯(lián)結小結Yy

聯(lián)結只有6種聯(lián)結組標號

Yy0Yy2Yy4Yy6Yy8Yy10標號數(shù)全為偶數(shù)低壓側ax,by,cz，A與a同名端時為Ｙy0

cz,ax,byYy4

by,cz,axYy8低壓側ax,by,cz，A與a異名端時為Ｙy６

cz,ax,byYy10

by,cz,axYy2

65Yd聯(lián)結AXBYCZEAEBECEABaxbyczEaEbEcＥabBCAEABXYZaxczbyEabY，d1166AXBYCZEAEBECEABaxbyczEabBCAEABXYZaxbyczYd167Yd聯(lián)結小結共有６種聯(lián)結組標號Yd1Yd3Yd5Yd7Yd9Yd11聯(lián)結組標號為奇數(shù)Yd1Yd5Yd9為一類Yd3Yd7Yd11為一類68類推Ｄd聯(lián)結Dy聯(lián)結Ｄd聯(lián)結共有６種(與Ｙy聯(lián)結類似）Dd0Dd2Dd4Dd6Dd8Dd10Ｄy聯(lián)結共有６種（與Yd聯(lián)結類似）Ｄy1Dy3Dy5Dy7Dy9Dy1169三相變壓器的并聯(lián)運行定義:把變壓器一、二次繞組相同標志的出線端聯(lián)在一起，分別接到母線上，這種運行方式稱為并聯(lián)運行。CBAcbaCBAcbaCBAcba70并聯(lián)運行的優(yōu)點提高供電可靠性，便于檢修變壓器。減小備用容量，變電站的負載逐年發(fā)展，根據(jù)負載發(fā)展陸續(xù)添加變壓器更經(jīng)濟。負載隨晝夜和季節(jié)發(fā)生變化，采用并聯(lián)運行可以節(jié)電。71并聯(lián)運行的變壓器應滿足要求電壓比相等，以保證二次側的空載電壓相等。

聯(lián)結組相同，以保證二次側空載電壓相位相同。(3)短路阻抗標幺值相等，阻抗角要相同。

72變壓器變比不等并聯(lián)運行ⅠⅡU1I1ⅠI1ⅡU2U2ⅠU2ⅡAXaxKΔU27374AXaxKαβU1I1αI1βU2負載K`刀閘K`合上,變壓器帶負載運行時,各變壓器的電流除了負載時分配的電流之外,還各自都增加了一個環(huán)流.為了限制環(huán)流,規(guī)定并聯(lián)變壓器變比之間相差小于0.5%,從而保證環(huán)流不超過額定電流的5%.7576變壓器聯(lián)結組標號對并聯(lián)運行的影響聯(lián)接組標號不同的變壓器,雖然一次側,二次側額定電壓相同,但二次側電壓相量相位至少相差300例如Yy0Yd11并聯(lián)運行，相位差為300U2βU2αΔU2ΔU2已達到額定電壓的51.8%，Ic更大，很可能損壞變壓器，因此不同聯(lián)結組標號的變壓器絕對不允許并聯(lián)運行。77并聯(lián)運行變壓器的負載分配α、β三臺變壓器并聯(lián)運行，一、二次額定電壓相同，聯(lián)結組標號相同，短路阻抗不等。abU1I1IαIβIγU`2ZkαZkβZkγZ`L各臺變壓器負載電流與它們的短路阻抗成反比。78并聯(lián)運行變壓器各臺變壓器負載系數(shù)與短路阻抗標么值成反比。若各臺變壓器|Zk|相同，則β也相等，負載分配最合理。由于容量相近的變壓器|Zk|值相差較小，因此，一般并聯(lián)運行的變壓器的容量比不超過3:1798081

【例】兩臺電壓比和聯(lián)結組相同的變壓器并聯(lián)運行。已知SNⅠ=100kV·A，SNⅡ=100kV·A，試求當總負載為200kV·A時，兩臺變壓器各自分擔的負載是多少？為了不使兩臺變壓器過載，最大負載應是多少？

|UkⅠ|

=0.04，*|UkⅡ|

=0.045，*解：(1)

*|UkⅡ||UkⅠ|*=SⅠSⅡ**=0.0450.04SⅠ/SNⅠSⅡ/SNⅡ=SⅠ＋SⅡ=SL=200kV·ASⅠ=106kV·A，SⅡ=94

kV·A

(2)

應當使SⅠ=100kV·A則SⅡ=0.040.045SⅠ=89

kV·ASLmax=SⅠ+SⅡ=189kV·A82

一、自耦變壓器1.自耦變壓器的基本結構只有一個繞組。手柄特種變壓器832.自耦變壓器的