《城軌控制電源設(shè)備維護(hù)》教學(xué)課件合集

《城軌控制電源設(shè)備維護(hù)》?精品課件合集城軌控制電源設(shè)備維護(hù)第一章信號(hào)設(shè)備的供電概況第二章變壓器第三章交流穩(wěn)壓器第四章低壓電器第五章電機(jī)第六章開(kāi)關(guān)電源第七章UPS和蓄電池第八章電磁式信號(hào)電源屏系統(tǒng)第九章

信號(hào)智能電源屏第十章通信電源系統(tǒng)概述第一章信號(hào)設(shè)備的供電概況第一節(jié)信號(hào)設(shè)備對(duì)供電的基本要求可靠性穩(wěn)定性安全性第二節(jié)信號(hào)設(shè)備的供電概況車站聯(lián)鎖設(shè)備區(qū)間閉塞設(shè)備CTC，TDCS第一節(jié)信號(hào)設(shè)備對(duì)供電的基本要求三大基本要求穩(wěn)定性可靠性安全性第一節(jié)信號(hào)設(shè)備對(duì)供電的基本要求一、信號(hào)設(shè)備對(duì)電源可靠性的要求為了保證供電可靠，按信號(hào)設(shè)備與行車的關(guān)系劃分供電等級(jí)以便管理，并設(shè)置備用電源。鐵路對(duì)路外供給的電源，按其可靠程度分為三類。第一類電源：能取得兩路可靠的獨(dú)立電源，其中一路為專盤專線，或雖不能取得專用電源，但能由其他重要線路接引供電；供電容量滿足信號(hào)設(shè)備的最大用電量；電壓、頻率的波動(dòng)在容許范圍之內(nèi)，或電壓波動(dòng)雖較大但能穩(wěn)壓。第二類電源：只能取得一路電源，但質(zhì)量較好，供電容量、電壓和頻率的波動(dòng)情況與第一類電源相同。第三類電源：不能滿足第一、二類電源條件的其他電源。第一節(jié)信號(hào)設(shè)備對(duì)供電的基本要求

獨(dú)立電源：不受其他電源影響的電源。

可靠電源：能晝夜連續(xù)供電，因維修和事故的停電有一定限制的電源。專盤專線：是指供給信號(hào)設(shè)備10

kV以下的不與其他負(fù)荷共用的專用配電設(shè)備和專用的電線路。第一節(jié)信號(hào)設(shè)備對(duì)供電的基本要求按因事故停電所造成的后果，可將信號(hào)設(shè)備的負(fù)荷等級(jí)劃分如下：一旦發(fā)生停電就會(huì)造成運(yùn)輸秩序混亂的負(fù)荷為一級(jí)負(fù)荷；偶爾發(fā)生短時(shí)間停電不會(huì)馬上打亂行車計(jì)劃，但長(zhǎng)時(shí)間停電也會(huì)影響運(yùn)輸秩序的負(fù)荷為二級(jí)負(fù)荷；其他為三級(jí)負(fù)荷。第一節(jié)信號(hào)設(shè)備對(duì)供電的基本要求鐵路信號(hào)設(shè)備中的大站繼電集中聯(lián)鎖、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、自動(dòng)閉塞、調(diào)度集中和調(diào)度監(jiān)督、駝峰信號(hào)設(shè)備等都是一級(jí)負(fù)荷。非自動(dòng)閉塞區(qū)段的中、小站繼電集中聯(lián)鎖為二級(jí)負(fù)荷。一級(jí)負(fù)荷由第一類電源供電時(shí)，一般不需另設(shè)備用電源，但要求自動(dòng)或手動(dòng)轉(zhuǎn)換兩路電源時(shí)，供電中斷時(shí)間不大于0.15

s，以免在電源轉(zhuǎn)接過(guò)程中使原吸起的繼電器落下而影響行車。自動(dòng)閉塞雖為一級(jí)負(fù)荷，但因相鄰兩變電所可互為備用，故每一變電所并不要求引入兩路獨(dú)立電源，然而相鄰兩變電所的電源應(yīng)相互獨(dú)立。在第二類電源地區(qū)，除自動(dòng)閉塞外，是否適用于屬于一級(jí)負(fù)荷的其他信號(hào)設(shè)備，需結(jié)合電源情況慎重考慮。一般可用該電源作主電源，但需設(shè)備用電源。二級(jí)負(fù)荷可由第二類電源供電，但也需設(shè)置備用電源。第三類電源原則上不用作一級(jí)負(fù)荷的電源。各種采用計(jì)算機(jī)的信號(hào)系統(tǒng)，為保證不中斷供電，需使用UPS。第一節(jié)信號(hào)設(shè)備對(duì)供電的基本要求二、信號(hào)設(shè)備對(duì)電源穩(wěn)定性的要求為使信號(hào)設(shè)備可靠工作，必須對(duì)信號(hào)設(shè)備供電電壓的波動(dòng)范圍及交流電源的頻率波動(dòng)范圍進(jìn)行規(guī)定。供電電壓、頻率的允許波動(dòng)范圍及允許的負(fù)荷功率因數(shù)在正常情況下應(yīng)符合下列標(biāo)準(zhǔn)：交流供電電壓波動(dòng)，一般在380

V供電母線上為±10%，因一般供電變壓器輸出為400

V，已提高了5%，所以實(shí)際上允許的交流供電電壓波動(dòng)范圍為V。直流供電電壓波動(dòng)一般為±10%。但對(duì)于電子設(shè)備，還必須采用專用的穩(wěn)壓設(shè)備。頻率波動(dòng)一般為50[1±(0.5%～1%)]Hz。負(fù)荷功率因數(shù)不低于0.85。第一節(jié)信號(hào)設(shè)備對(duì)供電的基本要求三、信號(hào)設(shè)備對(duì)電源安全性的要求為了保證供電安全，信號(hào)電源設(shè)備必須采取以下措施：（1）供給信號(hào)設(shè)備專用的低壓交、直流電源都要對(duì)地絕緣，以免發(fā)生接地故障時(shí)造成電路錯(cuò)誤動(dòng)作。供電變壓器的初級(jí)和次級(jí)間應(yīng)用銅板隔離接地，以免初、次級(jí)間擊穿造成漏電而影響安全。（2）信號(hào)設(shè)備所需要的供電種類和電壓等級(jí)較多，必須分路供電，并用變壓器隔離，力求發(fā)生故障時(shí)縮小故障范圍，避免故障擴(kuò)大化。（3）使用電纜供電時(shí)要考慮電纜芯線間的分布電容形成串電的問(wèn)題，必要時(shí)應(yīng)分開(kāi)電纜供電。第一節(jié)信號(hào)設(shè)備對(duì)供電的基本要求（4）一般交流電源均由架空線路供電，必須防止浪涌電壓影響，考慮防雷以及安全接地問(wèn)題。（5）信號(hào)設(shè)備的保安系統(tǒng)如采用斷路器組成，斷路器的容量需要經(jīng)過(guò)計(jì)算確定，并應(yīng)滿足動(dòng)作的選擇性（即分支斷路器先動(dòng)作，總斷路器后動(dòng)作）及靈敏度（即動(dòng)作時(shí)間）的要求。（6）高壓（交流直流以上）設(shè)備要隔離，以保證人身安全。第二節(jié)信號(hào)設(shè)備的供電概況一、車站聯(lián)鎖設(shè)備的供電概況（一）大站繼電集中聯(lián)鎖的供電概況大站繼電集中聯(lián)鎖屬于一級(jí)負(fù)荷，信號(hào)樓應(yīng)引入兩路可靠的獨(dú)立電源，一般將兩路電源降壓后同時(shí)引入信號(hào)樓在低壓側(cè)進(jìn)行自動(dòng)切換。第二節(jié)信號(hào)設(shè)備的供電概況圖1.1大站繼電集中聯(lián)鎖供電方式示意圖第二節(jié)信號(hào)設(shè)備的供電概況（二）中、小站繼電集中聯(lián)鎖的供電概況在自動(dòng)閉塞區(qū)段，中、小站繼電集中聯(lián)鎖通常由自動(dòng)閉塞高壓線路接引供電。在非自動(dòng)閉塞區(qū)段，中、小站繼電集中聯(lián)鎖為二級(jí)負(fù)荷，一般只接引一路第二類電源供電即可，但還應(yīng)考慮在計(jì)劃停電檢修時(shí)，能采用備用電源的條件。為了滿足電氣集中設(shè)備的供電，在非自動(dòng)閉塞區(qū)段也架設(shè)信號(hào)專用電力線路，專為沿線各站電氣集中聯(lián)鎖供電。中、小站繼電聯(lián)鎖采用中、小站電源屏供電。它們是單相引入，能進(jìn)行兩路電源的自動(dòng)、手動(dòng)切換；有交流穩(wěn)壓裝置；能供給中、小站電氣集中聯(lián)鎖所需的各種交直流電源。第二節(jié)信號(hào)設(shè)備的供電概況在電力牽引區(qū)段，由于電源波動(dòng)和牽引電流的影響，對(duì)電氣集中聯(lián)鎖的供電還需考慮以下各點(diǎn)：為取得可靠的50

Hz電源，往往直接由27.5

kV接觸網(wǎng)接引供電，由此引起兩個(gè)需要解決的問(wèn)題：第一，由接觸網(wǎng)接引的是單相電源，對(duì)大站電源屏需作相應(yīng)改動(dòng)；第二，因受牽引電流的影響，電壓波動(dòng)較大，為滿足信號(hào)設(shè)備用電要求，要增設(shè)交流穩(wěn)壓裝置，一般使用CW-10/220型交流穩(wěn)壓器，它采用晶體管電路控制橋式飽和電抗器來(lái)穩(wěn)壓。為防止?fàn)恳娏鲗?duì)信號(hào)設(shè)備的干擾，軌道電路必須采用與50

Hz不同的頻率電源?，F(xiàn)多采用25

Hz相敏軌道電路，由參數(shù)式鐵磁變頻器或者電子變頻器產(chǎn)生25

Hz軌道電源和局部電源。第二節(jié)信號(hào)設(shè)備的供電概況二、區(qū)間閉塞設(shè)備的供電概況（一）半自動(dòng)閉塞的供電概況半自動(dòng)閉塞的電源分為線路電源和局部電源，線路電源用于向鄰站發(fā)送閉塞信號(hào)，局部電源供本站閉塞電路使用。當(dāng)站間距離小于11.4

km時(shí)，兩者可以合用。（一）自動(dòng)閉塞的供電概況

自動(dòng)閉塞是一級(jí)負(fù)荷。自動(dòng)閉塞的用電點(diǎn)是沿鐵路線均勻分布的，一般每隔1～2

km就有一個(gè)信號(hào)點(diǎn)要供電。第二節(jié)信號(hào)設(shè)備的供電概況各信號(hào)點(diǎn)的主要負(fù)荷有信號(hào)機(jī)、軌道電路、繼電器和電子元件等。同時(shí)，在自動(dòng)閉塞區(qū)段的車站一般都采用繼電集中聯(lián)鎖。為了保證自動(dòng)閉塞區(qū)段的可靠供電，需沿鐵路線修建一條信號(hào)專用電力線路。此電力線路除供自動(dòng)閉塞及該區(qū)段的其他信號(hào)設(shè)備用電外，一般不供其他負(fù)荷用電，以免受其他負(fù)荷影響而降低供電的可靠性和質(zhì)量。只有在保證信號(hào)設(shè)備用電的條件下，才允許兼供下列負(fù)荷用電：（1）通信設(shè)備；（2）無(wú)電源中間站的車站值班員室的照明設(shè)備。第二節(jié)信號(hào)設(shè)備的供電概況為保證供電可靠和符合質(zhì)量要求，在自動(dòng)閉塞供電系統(tǒng)中要考慮以下問(wèn)題：變電所盡可能設(shè)置于當(dāng)?shù)赜械谝?、二類電源的車站，每個(gè)變電所通常只接引一路專用電源，相鄰兩變電所之間電源應(yīng)相互獨(dú)立。供電臂不宜太長(zhǎng)，以縮小故障停電影響的范圍；也不要太短，否則將增加變電所數(shù)量，投資、定員都要相應(yīng)增加。一般長(zhǎng)度為40～70

km。電氣化區(qū)段的自動(dòng)閉塞變電所盡可能布置在牽引變電所所在的車站，以便由牽引變電所的低壓自用母線或10

kV母線上接引電源。自動(dòng)閉塞是單相負(fù)荷，為了減小對(duì)通信線路的干擾，供電臂上各相負(fù)荷的分配應(yīng)力求平衡。對(duì)于機(jī)車信號(hào)車上的設(shè)備，內(nèi)燃機(jī)車上由蓄電池（或）浮充供電，電力機(jī)車上從控制屏引出直流電源。第二節(jié)信號(hào)設(shè)備的供電概況三、CTC、TDCS的供電概況CTC、TDCS都屬于一級(jí)負(fù)荷。CTC和TDCS分機(jī)設(shè)在各站繼電器室或信號(hào)樓內(nèi)，由所在車站電源設(shè)備供電。CTC和TDCS總機(jī)設(shè)在調(diào)度所內(nèi)，必須引入兩路可靠的獨(dú)立電源，再用專用電源供電。謝謝您的耐心聆聽(tīng)specialreportandworksummary《城軌控制電源設(shè)備維護(hù)》?精品課件合集

第一章信號(hào)設(shè)備的供電概況第二章變壓器第三章交流穩(wěn)壓器第四章低壓電器第五章電機(jī)第六章開(kāi)關(guān)電源第七章UPS和蓄電池第八章電磁式信號(hào)電源屏系統(tǒng)第九章

信號(hào)智能電源屏第十章通信電源系統(tǒng)概述第二章變壓器第一節(jié)變壓器的工作原理、分類及結(jié)構(gòu)工作原理基本結(jié)構(gòu)額定值第二節(jié)變壓器的空載運(yùn)行空載運(yùn)行時(shí)的物理狀況空載運(yùn)行時(shí)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式、相量圖以及等效電路第三節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理狀況負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式繞組歸算、等效電路及相量圖第四節(jié)變壓器參數(shù)的測(cè)定空載試驗(yàn)短路試驗(yàn)第二章變壓器第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性外特性和電壓調(diào)整率變壓器的損耗與效率第六節(jié)三相變壓器三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相變壓器的電路系統(tǒng)——連接組磁路結(jié)構(gòu)及連接組對(duì)電動(dòng)勢(shì)波形的影響變壓器的并聯(lián)運(yùn)行第七節(jié)其他用途的變壓器自耦變壓器儀用互感器第八節(jié)變壓器的維護(hù)與維修運(yùn)行前檢查項(xiàng)目運(yùn)行中檢查項(xiàng)目第一節(jié)變壓器的工作原理、分類及結(jié)構(gòu)一、變壓器的工作原理

以單相雙繞組變壓器為例分析變壓器工作原理。

圖2.1單相雙繞組變壓器原理圖第一節(jié)變壓器的工作原理、分類及結(jié)構(gòu)與電源相連的繞組，接受交流電能，通常稱為原邊繞組（初級(jí)繞組、一次繞組），以A、X標(biāo)注其出線端；與負(fù)載相連的繞組，送出交流電能，通常稱為副邊繞組（次級(jí)繞組、二次繞組），以a、x標(biāo)注其出線端。原邊的匝數(shù)、電壓、電動(dòng)勢(shì)、電流分別以n1、u1、e1、i1來(lái)表示；副邊的匝數(shù)、電壓、電動(dòng)勢(shì)、電流分別以n2、u2、e2、i2來(lái)表示。當(dāng)原邊繞組接通電源時(shí)，便會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生與電源電壓同頻率的交變磁通。若忽略漏磁，該磁通便同時(shí)與原、副邊繞組相交鏈，耦合系數(shù)kc＝1，這樣的變壓器稱為理想變壓器。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，可寫出電壓、電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)方程式分別為第一節(jié)變壓器的工作原理、分類及結(jié)構(gòu)（2.1）于是可得電動(dòng)勢(shì)比為第一節(jié)變壓器的工作原理、分類及結(jié)構(gòu)若磁通、電動(dòng)勢(shì)均按正弦規(guī)律變化，k稱為變壓器的變比，也稱為匝比，通常用有效值之間的比值來(lái)表示，即

式（2.2）表明，變壓器一、二次繞組的電壓比就等于一、二次繞組的匝數(shù)比。因此，要使一、二次繞組有不同的電壓，只要使一、二次繞組有不同的匝數(shù)即可。

（2.2）第一節(jié)變壓器的工作原理、分類及結(jié)構(gòu)二、變壓器的基本結(jié)構(gòu)

變壓器的主要結(jié)構(gòu)部件有鐵芯、繞組（鐵芯和繞組兩個(gè)基本部分組成變壓器的器身）以及放置器身且盛滿變壓器油的油箱。此外，還有一些為確保變壓器運(yùn)行安全的輔助器件。圖2.2為一臺(tái)油浸式電力變壓器的外形圖。圖2.2油浸式電力變壓器外形第一節(jié)變壓器的工作原理、分類及結(jié)構(gòu)（一）鐵芯表面具有絕緣膜的硅鋼片鐵芯由鐵芯柱和鐵軛兩部分組成，是構(gòu)成變壓器磁路的主要部分。為了減小交變磁通在鐵芯中引起的損耗，鐵芯通常用厚度為0.3～0.5mm的硅鋼片疊裝而成。

交變磁通在鐵芯中引起渦流損耗和磁滯損耗，為使鐵芯的溫度不致太高，在大容量的變壓器的鐵芯中往往設(shè)置油道，而鐵芯則浸在變壓器油中，當(dāng)油從油道中流過(guò)時(shí)，可將鐵芯中產(chǎn)生的熱量帶走。第一節(jié)變壓器的工作原理、分類及結(jié)構(gòu)

圖2.3芯式變壓器（a）單相芯式變壓器（b）三相芯式變壓器

第一節(jié)變壓器的工作原理、分類及結(jié)構(gòu)圖2.4殼式結(jié)構(gòu)變壓器

第一節(jié)變壓器的工作原理、分類及結(jié)構(gòu)

（二）繞組繞組構(gòu)成變壓器電路的主要部分。原、副邊繞組一般用銅或鋁的絕緣導(dǎo)線纏繞在鐵芯柱上。高壓繞組電壓高，絕緣要求高，如果高壓繞組在內(nèi)，離變壓器鐵芯近，則應(yīng)加強(qiáng)絕緣，這將提高變壓器的成本造價(jià)。因此，為了絕緣方便，一般將低壓繞組緊靠著鐵芯，高壓繞組則套裝在低壓繞組的外面。兩個(gè)繞組之間留有油道，既可以起絕緣作用，又可以使油把熱量帶走。在單相變壓器中，高、低壓繞組均分為兩部分，分別纏繞在兩個(gè)鐵芯柱上，兩部分既可以串聯(lián)又可以并聯(lián)。三相變壓器中屬于同一相的高、低壓繞組全部纏繞在同一鐵芯柱上。第一節(jié)變壓器的工作原理、分類及結(jié)構(gòu)（三）其他結(jié)構(gòu)部件變壓器的器身放在裝有變壓器油的油箱內(nèi)。變壓器油既是一種絕緣介質(zhì)，又是一種冷卻介質(zhì)。為使變壓器油能長(zhǎng)久地保持良好狀態(tài)，在變壓器油箱上面裝有圓筒形的儲(chǔ)油柜。儲(chǔ)油柜通過(guò)連通管與油箱相通，柜內(nèi)油面高度隨著油箱內(nèi)變壓器油的熱脹冷縮而變動(dòng)，儲(chǔ)油柜使油與空氣的接觸面積減小，從而減少油的氧化和水分的侵入。另外氣體繼電器和安全氣道是在故障時(shí)保護(hù)變壓器安全的輔助裝置。第一節(jié)變壓器的工作原理、分類及結(jié)構(gòu)三、變壓器的額定值變壓器的額定值（或稱為銘牌數(shù)據(jù)）：按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，標(biāo)注在銘牌上的、代表變壓器在規(guī)定使用環(huán)境和運(yùn)行條件下的主要技術(shù)數(shù)據(jù)。

（1）額定容量：變壓器在正常運(yùn)行時(shí)的視在功率，通常以SN來(lái)表示，單位為伏安（V·A）或千伏安（kV·A）。對(duì)于一般的變壓器，原、副邊的額定容量都設(shè)計(jì)成相等。

（2）額定電壓：在正常運(yùn)行時(shí)，規(guī)定加在原邊繞組上的電壓，稱為原邊的額定電壓，以U1N來(lái)表示；當(dāng)副邊繞組開(kāi)路（即空載）、原邊繞組加額定電壓時(shí)，副邊繞組的測(cè)量電壓即為副邊額定電壓，以U2N來(lái)表示。第一節(jié)變壓器的工作原理、分類及結(jié)構(gòu)在三相變壓器中，額定電壓系指線電壓，單位為伏（V）或千伏（kV）。（3）額定電流：根據(jù)額定容量和額定電壓計(jì)算出來(lái)的電流值。原、副邊的額定電流分別用I1N、I2N來(lái)表示，單位為安（A）。

（4）額定頻率：我國(guó)以及大多數(shù)國(guó)家都規(guī)定fN＝50Hz。額定容量、額定電壓和額定電流之間的關(guān)系如下：（單項(xiàng)變壓器）（三相變壓器）此外，變壓器銘牌上一般還會(huì)標(biāo)注效率、溫升、絕緣等級(jí)等參數(shù)。第二節(jié)變壓器的空載運(yùn)行一、空載運(yùn)行時(shí)的物理狀況變壓器的各電磁量都是交流量，為分析和計(jì)算方便，必須規(guī)定出其正方向。圖2.5所示變壓器各量的正方向是遵循慣例、按下面所述的相應(yīng)電磁規(guī)律來(lái)規(guī)定的。（1）u1、u2：u1的正方向規(guī)定由首端指向末端；u2的正方向規(guī)定從末端指向首端。（2）Φm、Φσ：其正方向與產(chǎn)生它們的電流符合右手螺旋定則。因此，判定磁通的正方向時(shí)必須注意繞組的繞向。（3）e1、e1σ和e2、e2σ：正方向與產(chǎn)生它們的磁通符合右手螺旋定則，即符合電磁感應(yīng)定律：（4）i1、i2：正方向與相應(yīng)的電勢(shì)方向一致。圖2.5變壓器工作原理示意圖第二節(jié)變壓器的空載運(yùn)行第二節(jié)變壓器的空載運(yùn)行變壓器空載時(shí)各量的正方向規(guī)定與上述類似，如圖2.6所示。圖2.6變壓器空載運(yùn)行原理圖第二節(jié)變壓器的空載運(yùn)行

變壓器在空載運(yùn)行時(shí)，原邊繞組N1接入電壓為u1的電網(wǎng)后，便會(huì)有空載電流i0流過(guò)，進(jìn)而產(chǎn)生空載交變磁勢(shì)F0＝i0N1，建立空載磁場(chǎng)。磁場(chǎng)由兩部分磁通組成：因?yàn)殍F芯磁導(dǎo)率比油或空氣的磁導(dǎo)率大得多，絕大部分磁通存在于鐵芯中，這部分磁通同時(shí)與原邊、副邊繞組相交鏈，稱為主磁通Φm；少量的磁通Φ1σ只與原邊繞組相交鏈，稱為原邊側(cè)漏磁通。由于主磁通同時(shí)與原邊、副邊繞組相交鏈，因此從原邊側(cè)到副邊側(cè)的能量傳遞主要是依靠主磁通的媒介而實(shí)現(xiàn)的。選擇圖2.6所示的正方向，根據(jù)基爾霍夫第二定律（KVL）及電磁感應(yīng)定律，可得第二節(jié)變壓器的空載運(yùn)行

如果各物理量均按正弦規(guī)律變化，便可用如下的相量形式來(lái)表示：第二節(jié)變壓器的空載運(yùn)行

（一）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)首先研究主磁通所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于漏磁通遠(yuǎn)小于主磁通，故e1σ﹤e1，空載時(shí)的原邊繞組壓降也很小。忽略這兩者（它們之和只有u1的0.2%左右）的影響時(shí)，可認(rèn)為u1≈e1?？梢?jiàn)當(dāng)u1為正弦波時(shí)，e1和Φm也按正弦規(guī)律變化。設(shè)Φm＝Φmsinwt，則第二節(jié)變壓器的空載運(yùn)行

e1、e2的有效值分別為相應(yīng)的相量表達(dá)式為第二節(jié)變壓器的空載運(yùn)行

由上式可以看出，和

在相位都比產(chǎn)生它們的磁通

滯后90

。由以上分析可以得到

，k稱為變壓器的變比。由此可見(jiàn)，只要選擇適當(dāng)?shù)脑?、副邊繞組匝數(shù)，就可以產(chǎn)生所需要的電壓。考慮到u1≈e1，于是有實(shí)際上變壓器在空載運(yùn)行時(shí)，存在少量的與原邊繞組相交鏈的漏磁鏈Φ1σ，它也是隨時(shí)間交變的，因而也會(huì)在原邊繞組中感應(yīng)產(chǎn)生漏電動(dòng)勢(shì)e1σ，下面對(duì)其進(jìn)行分析。第二節(jié)變壓器的空載運(yùn)行

由于漏磁通的路徑大部分在磁導(dǎo)率比較小的空氣或油中，它一般不會(huì)飽和，可以認(rèn)為漏磁通Φ1σ與空載電流i0成正比，所以Φ1σ是一常數(shù)。于是可得漏磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為當(dāng)i0按正弦規(guī)律變化時(shí)，上式可以寫成相量形式：第二節(jié)變壓器的空載運(yùn)行

（二）空載電流

變壓器的空載電流i0一方面建立磁場(chǎng)，另一方面要補(bǔ)償空載運(yùn)行時(shí)變壓器的損耗。前者僅起磁化作用，稱為勵(lì)磁電流或磁化電流，是i0中的無(wú)功分量，以im表示；后者是有功分量，以iFe表示。因此，i0＝im＋iFe。一般來(lái)說(shuō)，iFe極小，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，常忽略iFe，將i0看成勵(lì)磁電流，即i0≈im。由于變壓器的鐵芯材料是鐵磁物質(zhì)，有磁飽和現(xiàn)象存在，其飽和程度對(duì)i0的大小、波形都有一定的影響。（1）當(dāng)鐵芯未飽和時(shí)，磁通與勵(lì)磁電流之間按線性關(guān)系變化，如圖2.7所示。在這種情況下，如果磁通隨時(shí)間正弦變化，則勵(lì)磁電流也是正弦波，并且它們?cè)跁r(shí)間上同相位。第二節(jié)變壓器的空載運(yùn)行

圖2.7鐵芯未飽和時(shí)勵(lì)磁電流和磁通波形圖第二節(jié)變壓器的空載運(yùn)行

（2）當(dāng)鐵芯飽和時(shí)，鐵磁材料的磁化曲線便是呈飽和特性的曲線，勵(lì)磁電流和磁通之間便失去了線性關(guān)系。當(dāng)磁通為正弦波時(shí)，勵(lì)磁電流則是一個(gè)尖頂波，如圖2.8（a）所示。此時(shí)可采用諧波分析方法，將im分解成基波和一系列高次諧波。由于勵(lì)磁電流關(guān)于橫軸對(duì)稱，故只存在奇次諧波，即im＝im1sinwt＋im3sin3wt＋im5sin5wt＋…在工程上，通常用一個(gè)等效的正弦波代替尖頂波，且等效的正弦波與基波具有相同的頻率和相位。該等效正弦波的幅值為第二節(jié)變壓器的空載運(yùn)行

（a）磁通為正弦波，勵(lì)磁電流為尖頂波（b）勵(lì)磁電流為正弦波，磁通為平頂波圖2.8磁路飽和時(shí)勵(lì)磁電流和磁通波形圖如果勵(lì)磁電流是正弦波，磁通便為一平頂波，如圖2.8（b）所示。第二節(jié)變壓器的空載運(yùn)行

二、空載運(yùn)行時(shí)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式、相量圖以及等效電路（一）電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，上面的分析有時(shí)是在忽略漏磁通和原邊繞組電阻的情況下進(jìn)行的。然而，它們都是客觀存在的，考慮到其影響，有相應(yīng)的瞬時(shí)值表達(dá)式為第二節(jié)變壓器的空載運(yùn)行

（二）相量圖及等效電路根據(jù)變壓器空載運(yùn)行時(shí)的實(shí)際物理情況，可以把原邊繞組等效為一個(gè)電阻、一個(gè)空心線圈和一個(gè)實(shí)心線圈串聯(lián)組成，如圖2.9所示。電阻即為繞組內(nèi)阻，空心線圈所產(chǎn)生的磁通為原邊繞組的漏磁通，實(shí)心線圈產(chǎn)生的磁通為鐵芯中的主磁通。這樣就可以把實(shí)際的原邊繞組與三個(gè)理想元件相等效，便于作進(jìn)一步分析。圖2.9空載時(shí)原邊繞組等效圖第二節(jié)變壓器的空載運(yùn)行

空載電流i0流過(guò)實(shí)心線圈時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生主磁通Φm，該磁通在與原邊、副邊繞組相交鏈的同時(shí)，也會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗。所以，由產(chǎn)生磁通的無(wú)功分量和用以補(bǔ)償鐵芯損耗的有功分量共同組成，即。為了弄清這三者之間的相位關(guān)系，可進(jìn)一步把實(shí)心線圈等效為一個(gè)電阻與一個(gè)線圈相并聯(lián)的形式。其中，流過(guò)電阻所消耗的功率與鐵芯的損耗相等效，流過(guò)則產(chǎn)生主磁通，如圖2.10所示。圖2.10空載時(shí)電流分析等效圖第二節(jié)變壓器的空載運(yùn)行

這樣等效完全不改變變壓器空載運(yùn)行時(shí)的實(shí)際情況，由此便可得出這3個(gè)電流量之間的相位關(guān)系，如圖2.11所示。圖2.11勵(lì)磁電流相量圖從圖2.11可以看出，在相位上超前一個(gè)Fe角，這是由于磁通流過(guò)鐵芯時(shí)產(chǎn)生鐵耗引起的，故可以把這一角度稱為鐵耗角。把和并聯(lián)支路經(jīng)過(guò)串并聯(lián)等效變換，便可等效為一個(gè)電阻Rm和一個(gè)電感Xm相串聯(lián)的形式?？紤]到,于是有第二節(jié)變壓器的空載運(yùn)行

通過(guò)以上的分析，便可以得到變壓器在空載運(yùn)行時(shí)的等效電路，如圖2.12所示。圖2.12變壓器空載時(shí)的等效電路圖第二節(jié)變壓器的空載運(yùn)行

在繪制相量圖時(shí)，可以選擇為參考相量，、在相位上滯后,超前一個(gè)鐵耗角，根據(jù)公式便可進(jìn)一步得到。相量圖如圖2.13所示。圖2.13變壓器空載運(yùn)行時(shí)的相量圖第三節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行

一、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理狀況副邊接上了負(fù)載ZL后，在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，副邊繞組便會(huì)有電流產(chǎn)生，進(jìn)而產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)，該磁動(dòng)勢(shì)也作用在主磁路上，企圖改變空載運(yùn)行時(shí)所建立起來(lái)的主磁通。正是的出現(xiàn)，使變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)內(nèi)部的物理情況與空載運(yùn)行時(shí)有所不同。但是，一般變壓器Z1是很小的，即便是在額定運(yùn)行時(shí)，I1Z1也只占到U1的2%～6%，故仍可忽略，所以有。所以只要原邊繞組所加電壓U1不變，就可以認(rèn)為變壓器由空載到負(fù)載時(shí)保持不變，這在工程上是完全允許的。由可知，基本保持不變，這就是變壓器恒磁通原理。即無(wú)論變壓器工作在空載狀態(tài)還是負(fù)載狀態(tài)，其主磁通近似保持不變。由此可知，負(fù)載與空載時(shí)，產(chǎn)生主磁通的總磁動(dòng)勢(shì)應(yīng)該相同，即第三節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行

于是有上式表明，變壓器從空載到負(fù)載，副邊繞組中便會(huì)有電流產(chǎn)生，與此同時(shí)，原邊繞組中必定產(chǎn)生一個(gè)電流增量，來(lái)抵消對(duì)主磁通的影響，以保持恒磁通關(guān)系，這樣才能把電能從原邊繞組傳遞到副邊繞組。第三節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行

二、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式（一）磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式由前面的討論可知，變壓器在負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)平衡方程為即

上式表明，負(fù)載運(yùn)行時(shí)，原邊繞組中的電流可以看成是由兩部分組成：一部分為產(chǎn)生主磁通的勵(lì)磁分量，一部分為抵消副邊繞組磁動(dòng)勢(shì)作用的負(fù)載分量。第三節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行

（二）電動(dòng)勢(shì)平衡方程式

變壓器在負(fù)載運(yùn)行時(shí)，除了原邊、副邊繞組共同產(chǎn)生主磁通外，還會(huì)分別產(chǎn)生只與自身繞組相交鏈的、少量漏磁通、，它們又分別會(huì)在原邊、副邊繞組中感應(yīng)產(chǎn)生漏電動(dòng)勢(shì)E1σ、E2σ

；另外，繞組本身也會(huì)存在電阻壓降。于是在各量所選參考方向如圖2.5所示的情況下，根據(jù)基爾霍夫第二定律（KVL），可得原邊、副邊繞組電動(dòng)勢(shì)平衡方程為或第三節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行

三、繞組歸算、等效電路及相量圖（一）電流歸算

根據(jù)歸算前后的磁動(dòng)勢(shì)保持不變，有，考慮到

，于是有（二）電動(dòng)勢(shì)與電壓歸算

由于歸算前、后磁動(dòng)勢(shì)保持不變，因此主磁通也不會(huì)改變，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就與所對(duì)應(yīng)的匝數(shù)成正比，根據(jù)歸算前、后的副邊繞組從原邊繞組得到的視在功率不變，有即同理，二次側(cè)漏磁電動(dòng)勢(shì)、端電壓的折算值為第三節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行

（三）阻抗歸算

根據(jù)歸算前后副邊繞組的銅耗和無(wú)功功率保持不變的原則，有同理，有

根據(jù)以上的歸算規(guī)律，變壓器的基本方程式可歸納為第三節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行

根據(jù)所學(xué)過(guò)的電路知識(shí)可以看出，與基本方程式相對(duì)應(yīng)的等效電路應(yīng)該具有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)（只有一個(gè)KCL方程）、兩個(gè)單孔回路（有兩個(gè)KVL方程），其等效電路如圖2.14所示。圖2.14變壓器的T形等效電路圖第三節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行

圖2.14所示的等效電路為變壓器在負(fù)載運(yùn)行時(shí)的T形等效電路。當(dāng)變壓器在額定點(diǎn)附近運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁支路上的電流遠(yuǎn)小于原邊電流，勵(lì)磁支路便可以提到原邊支路的前面，這種電路稱為變壓器的Г形等效電路，如圖2.15所示。圖2.15變壓器的Г形等效電路圖第三節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行

在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為近似等效電路，如圖2.16所示。圖2.16變壓器的近似Г形等效電路圖第三節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行

選擇為參考相量，根據(jù)基本方程式可以畫出變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的相量圖，假定所帶負(fù)載為感性負(fù)載，滯后一個(gè)角度φ2，根據(jù)基本方程可畫出變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)電壓相量圖如圖2.17所示。圖2.17變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的相量圖第四節(jié)變壓器參數(shù)的測(cè)定

一、空載試驗(yàn)通過(guò)空載試驗(yàn)可以測(cè)定：（1）變比k；（2）空載損耗P0；（3）勵(lì)磁參數(shù)Rm、Xm、Zm。理論上空載試驗(yàn)既可以在高壓側(cè)進(jìn)行，也可以在低壓側(cè)進(jìn)行，但為了安全起見(jiàn)，一般是在低壓側(cè)進(jìn)行。單相變壓器空載試驗(yàn)接線圖如圖2.18所示。假定試驗(yàn)對(duì)象為一臺(tái)升壓變壓器，則原邊繞組為低壓側(cè)。在原邊繞組施加額定電壓U1N，分別測(cè)取I0、P0、U20?？蛰d運(yùn)行時(shí)，I0比較小，所以繞組銅耗也比較小，但所施加的電壓為額定電壓，根據(jù)可知，主磁通為額定值，而鐵耗的大小取決于磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，故空載時(shí)所測(cè)功率P0可認(rèn)為近似等于鐵芯中的鐵耗pFe，即。又因?yàn)橹鞔磐ㄟh(yuǎn)大于漏磁通，因而有第四節(jié)變壓器參數(shù)的測(cè)定

圖2.18空載試驗(yàn)接線圖第四節(jié)變壓器參數(shù)的測(cè)定

其等效電路如圖2.19所示?？蛰d時(shí)所測(cè)阻抗可近似等效為勵(lì)磁阻抗，即對(duì)三相變壓器而言，公式中的各量都要采用相值，即一相的損耗、相電壓和相電流。所測(cè)勵(lì)磁阻抗是否需要?dú)w算，應(yīng)視要求而定。例如一臺(tái)降壓變壓器，副邊繞組屬于低壓側(cè)，試驗(yàn)在副邊繞組進(jìn)行，測(cè)的參數(shù)便屬于副邊繞組參數(shù)，如要求得到歸算到原邊繞組的參數(shù)，便需在計(jì)算值的基礎(chǔ)上乘以變比的平方。需要指出的是，勵(lì)磁阻抗與鐵芯的飽和程度有關(guān)，電壓超過(guò)額定值越多，飽和程度越高，Zm越小。常用的勵(lì)磁阻抗為對(duì)應(yīng)于額定電壓下所測(cè)的Zm。圖2.19空載試驗(yàn)等效電路圖第四節(jié)變壓器參數(shù)的測(cè)定

二、短路試驗(yàn)

通過(guò)短路試驗(yàn)可以測(cè)定：（1）短路參數(shù)Rk、Xk；（2）額定銅耗pk。短路試驗(yàn)接線圖如圖2.20所示。下面以降壓變壓器為例來(lái)說(shuō)明其試驗(yàn)步驟。原邊繞組為高壓側(cè)，故在原邊繞組加壓。開(kāi)始時(shí)電壓必須很低，直到原邊、副邊繞組電流達(dá)到額定值。此時(shí)測(cè)得Uk、Ik、pk。由于短路試驗(yàn)所施加電壓很低，Uk僅為U1N的4%～10%,根據(jù)，可知很小，鐵耗也很小，鐵芯的飽和程度低，故Zm就很大，勵(lì)磁支路可認(rèn)為處于開(kāi)路狀態(tài)，從電源所吸收的功率也可以認(rèn)為是全部消耗在繞組電阻上。此時(shí)，等效電路如圖2.21所示。第四節(jié)變壓器參數(shù)的測(cè)定

圖2.20短路實(shí)驗(yàn)接線圖圖2.21短路試驗(yàn)等效電路圖第四節(jié)變壓器參數(shù)的測(cè)定

可以由以下公式求取短路參數(shù)繞組電阻與溫度有關(guān)，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于絕緣等級(jí)為A、B、E的油浸式變壓器，在試驗(yàn)溫度下所測(cè)得電阻值需折算到75C。折算規(guī)律如下式所示：當(dāng)繞組為銅線時(shí)，上式中T＝234.5

C；為鋁線時(shí)，T＝228

C。短路試驗(yàn)中，把繞組電流達(dá)到額定值時(shí)加在原邊繞組兩端的電壓，稱為短路電壓或阻抗電壓；此時(shí)所測(cè)得Zk稱為短路阻抗。它們一般用標(biāo)幺值來(lái)表示。第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性

變壓器的運(yùn)行特性包含兩個(gè)方面：（1）外特性

。即原邊繞組施加額定電壓、負(fù)載的功率因數(shù)保持不變時(shí)，副邊繞組端電壓隨負(fù)載電流的變化規(guī)律。（2）效率特性

。第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性

一、外特性和電壓調(diào)整率由于原邊繞組所加電壓始終為額定值，所以主磁通

保持不變，副邊繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也保持不變。當(dāng)副邊電流I2發(fā)生變化時(shí)，副邊漏阻抗壓降也會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致副邊端電壓U2隨之變化。將其變化規(guī)律用曲線描述出來(lái)，就是變壓器的外特性曲線。變壓器在純電阻或感性負(fù)載時(shí)，外特性曲線呈下降趨勢(shì)，而在容性負(fù)載時(shí)可能出現(xiàn)上翹的情況。純電阻時(shí)，端電壓變化比較小；感性或容性成分增加時(shí)，端電壓變化量會(huì)加大。在變壓器分析過(guò)程中，通常用電壓調(diào)整率

U%來(lái)衡量端電壓變化的程度。電壓調(diào)整率是指在原邊繞組施加額定電壓、負(fù)載功率因數(shù)一定、變壓器從空載到負(fù)載時(shí)，端電壓之差

（U20－U2）與副邊額定電壓U2N之比的百分值。即第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性

通過(guò)對(duì)變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)簡(jiǎn)化電路的相量圖的分析，以及以感性負(fù)載為例，對(duì)電壓調(diào)整率作進(jìn)一步分析可以得出式中，

為負(fù)載系數(shù)。當(dāng)所帶負(fù)載為額定負(fù)載時(shí)，。第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性

對(duì)三相變壓器而言，在利用上式計(jì)算電壓調(diào)整率時(shí)，電壓、電流分別用相電壓、相電流的額定值來(lái)代替。從該式還可以看出，一般

比

大得多，故在純電阻負(fù)載時(shí)

U*很?。辉诟行载?fù)載時(shí)，

2＞0，

U*較大且為正值，說(shuō)明負(fù)載時(shí)二次側(cè)端電壓比空載時(shí)低；當(dāng)所帶負(fù)載呈容性時(shí)，

2＜0，sin

2＜0，當(dāng)

時(shí)，

U*為負(fù)值，則說(shuō)明負(fù)載時(shí)二次側(cè)端電壓比空載時(shí)高，外特性便會(huì)呈上翹的特性。在一定程度上，電壓調(diào)整率可以反映變壓器的供電品質(zhì)，是衡量變壓器性能的一個(gè)非常重要的指標(biāo)。不同性質(zhì)的負(fù)載的外特性U2＝f

(I2)曲線如圖2.22所示。第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性

圖2.22變壓器的外特性第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性

二、變壓器的損耗與效率變壓器的效率是指輸出的有功功率與輸入的有功功率之比，即首先認(rèn)為變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，副邊端電壓的變化可以忽略。則三相變壓器的輸出功率與上式具有相同的形式，只不過(guò)需要把式中變壓器的容量用

代替，下面對(duì)變壓器的損耗加以分析。第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性

在負(fù)載運(yùn)行時(shí)，變壓器存在兩種損耗，即鐵耗與銅耗。變壓器的鐵耗與原邊繞組所施加的電壓有關(guān)，在原邊電壓不變的前提下，鐵耗為一常數(shù)，通常稱為不變損耗；由于變壓器原邊繞組所加電壓為額定電壓，所以其鐵耗可認(rèn)為與空載試驗(yàn)時(shí)所測(cè)的空載損耗相等。變壓器的銅耗為原邊、副邊繞組電阻上所消耗的功率，由變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的簡(jiǎn)化等效電路可知由上式可以看出，變壓器的銅耗隨負(fù)載的變化而變化，故可稱之為可變損耗。變壓器的效率（慣例效率）為第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性

變壓器的效率特性曲線

＝f

(I2)如圖2.23所示。從該特性曲線可以看出，在某一負(fù)載時(shí)效率最高。我們可以根據(jù)高等數(shù)學(xué)的理論，求得效率最高的條件為

。即當(dāng)不變損耗（鐵耗）等于可變損耗（銅耗）時(shí)，變壓器具有最高效率。考慮到變壓器的實(shí)際情況，一般并不在額定狀態(tài)下運(yùn)行，在設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，常常讓變壓器在

＜1時(shí)達(dá)到最高效率。這樣做的目的主要是讓鐵耗盡量的小一些。

效率的高低可以反映出變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性能，它也是一項(xiàng)重要指標(biāo)。由于變壓器是一種靜止的裝置，在能量傳遞過(guò)程中沒(méi)有機(jī)械損耗，所以其效率比同容量的旋轉(zhuǎn)電機(jī)要高一些。一般電力變壓器的額定效率

＝0.95～0.99。圖2.23變壓器的效率曲線第六節(jié)三相變壓器

一、三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相變壓器的磁路系統(tǒng)，可分為各相磁路彼此無(wú)關(guān)和彼此相關(guān)的兩類。（一）三相組式變壓器三相組式變壓器是由3個(gè)磁路相互獨(dú)立的單相變壓器所組成的，三相之間只有電的聯(lián)系而無(wú)磁的聯(lián)系。如圖2.24所示。雖然各磁路相互獨(dú)立，原邊、副邊繞組可根據(jù)要求接成星形（Y）或三角形（△），但當(dāng)對(duì)原邊繞組施加對(duì)稱的三相電壓時(shí)，

、

、

便會(huì)對(duì)稱，空載電流也是對(duì)稱的。

第六節(jié)三相變壓器

圖2.24三相變壓器組的磁路系統(tǒng)第六節(jié)三相變壓器

（二）三相心式變壓器與三相組式變壓器不同，三相心式變壓器的磁路相互關(guān)聯(lián)。它是通過(guò)鐵軛把3個(gè)鐵芯柱連在一起的，如圖2.25所示。這種鐵芯結(jié)構(gòu)是從單相變壓器演變過(guò)來(lái)的，把3個(gè)單相變壓器鐵芯柱的一邊組合到一起，而將每相繞組纏繞在未組合的鐵芯柱上。由于在對(duì)稱的情況下，組合在一起的鐵芯柱中不會(huì)有磁通存在，故可以省去。和同容量的三相組式變壓器相比，三相心式變壓器所用的材料較少、質(zhì)量輕。三相心式變壓器的缺點(diǎn)在于：（1）采用三相心式變壓器供電時(shí)，任何一相發(fā)生故障，整個(gè)變壓器都要進(jìn)行更換，如果采用三相組式變壓器，只要更換出現(xiàn)故障的一相即可。所以三相心式變壓器的備用容量為組式變壓器的3倍。（2）對(duì)于大型變壓器來(lái)說(shuō)，如果采用心式結(jié)構(gòu)，體積較大，運(yùn)輸不便?；谝陨峡紤]，為節(jié)省材料，多數(shù)三相變壓器采用心式結(jié)構(gòu)。但對(duì)于大型變壓器而言，為減少備用容量以及確保運(yùn)輸方便，一般都是三相組式變壓器。第六節(jié)三相變壓器

圖2.25三相心式變壓器的磁路系統(tǒng)第六節(jié)

三相變壓器二、三相變壓器的電路系統(tǒng)——連接組（一）變壓器原邊、副邊繞組首末端標(biāo)記及連接方法單相變壓器原邊繞組的首、末端被標(biāo)記為U、X；副邊繞組的首、末端標(biāo)記為u、x。對(duì)三相變壓器而言，為研究方便，也對(duì)其首、末端加以標(biāo)記，如表2.1所示。。

繞組名稱首

端末

端中

點(diǎn)原邊繞組U、V、WX、Y、ZO副邊繞組u、v、wx、y、zo

表2.1三相變壓器首末端標(biāo)記第六節(jié)

三相變壓器理論上來(lái)說(shuō)，三相變壓器的原、副邊繞組都可以根據(jù)需要接成星形（Y）或三角形（△）。一旦按規(guī)定的接法連接完成，其表示方法便隨之確定。為方便起見(jiàn)，用Y/y表示原、副邊的星形接法；用D/d來(lái)表示原、副邊的三角形接法。原邊繞組在接成星形（Y）時(shí)，如果有中線引出，則用YN表示；副邊繞組在接成星形（Y）時(shí)，如果有中線引出，則用yn表示。例如：YN，d表示原邊繞組為星形接法，并且有中線引出，副邊繞組為三角形接法；D，y表示原邊繞組為三角形接法，副邊繞組為星形接法，無(wú)中線引出。。

第六節(jié)

三相變壓器（二）單相變壓器的連接組

。

單相變壓器的原邊、副邊繞組纏繞在同一根鐵芯柱上，并被同一主磁通所交鏈，任何時(shí)刻兩個(gè)繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都會(huì)在某一端呈現(xiàn)高電位的同時(shí)，在另外一端呈現(xiàn)出低電位。借用電路理論的知識(shí)，把原邊、副邊繞組中同時(shí)呈現(xiàn)高電位（低電位）的端點(diǎn)稱為同名端，并在該端點(diǎn)旁加“

”來(lái)表示。

按照慣例，統(tǒng)一規(guī)定原邊、副邊繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向均從首端指向末端。一旦兩個(gè)繞組的首、末端定義完之后，同名端便唯一由繞組的繞向決定。當(dāng)同名端同時(shí)為原邊、副邊繞組的首端（末端）時(shí)，

和

同相位，用連接組I/I-12表示，如圖2.26所示；否則，

和

相位相差180

，用連接組I/I-6表示，如圖2.27所示。圖2.27I/I-6連接組圖2.26I/I-12連接組第六節(jié)

三相變壓器（三）三相變壓器的連接組三相變壓器的連接組由兩部分組成，一部分表示三相變壓器的連接方法，一部分表示連接組的標(biāo)號(hào)。下面詳細(xì)介紹確定連接組的方法。連接組標(biāo)號(hào)是由原邊、副邊線電動(dòng)勢(shì)的相位差決定的。三相變壓器的3個(gè)鐵芯柱上都有分別屬于原邊繞組和副邊繞組的一相，它們的相位關(guān)系與單相變壓器原邊、副邊繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系完全一樣。根據(jù)電路理論可知，當(dāng)三相繞組Y接時(shí)，線電動(dòng)勢(shì)的大小為相電動(dòng)勢(shì)的

倍，相位則超前相應(yīng)相電動(dòng)勢(shì)30

；當(dāng)三相繞組△接時(shí)，線電動(dòng)勢(shì)與相電動(dòng)勢(shì)相等。所以在原邊、副邊相電動(dòng)勢(shì)的相位關(guān)系確定之后，線電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系也隨之確定，由此便可根據(jù)線電動(dòng)勢(shì)的相位關(guān)系來(lái)確定連接組標(biāo)號(hào)。連接組標(biāo)號(hào)有兩層含義：一方面原邊、副邊線電動(dòng)勢(shì)相位差都是30

的整倍數(shù)，該倍數(shù)即為連接組標(biāo)號(hào)；另一方面代表著時(shí)鐘的整點(diǎn)數(shù)，如果規(guī)定原邊線電動(dòng)勢(shì)作為分針始終指向12點(diǎn)不動(dòng)，副邊繞組的線電動(dòng)勢(shì)作為時(shí)針，按順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，指向幾點(diǎn)，則連接組標(biāo)號(hào)就是幾，這就是所謂的鐘表法。。

第六節(jié)

三相變壓器1.由三相變壓器的接線圖確定連接組在已知三相變壓器接線圖的情況下，可以按如下步驟來(lái)確定其連接組：首先畫出原邊繞組相電動(dòng)勢(shì)的相量圖，并根據(jù)其連接方式求出線電動(dòng)勢(shì)；然后把U點(diǎn)當(dāng)做u點(diǎn)，根據(jù)同名端，確定副邊繞組相電動(dòng)勢(shì)與原邊相電動(dòng)勢(shì)的相位關(guān)系，畫出副邊相電動(dòng)勢(shì)的相量圖，再由其連接方式求出副邊的線電動(dòng)勢(shì)；最后根據(jù)相量圖所示的原邊、副邊線電動(dòng)勢(shì)相位差，得到連接組標(biāo)號(hào)。下面就以Y/y連接組、Y/d連接組為例來(lái)說(shuō)明如何確定三相變壓器連接組標(biāo)號(hào)，在以下分析中，如無(wú)特殊說(shuō)明，都認(rèn)為原邊繞組所接電源的相序?yàn)椋篣→V→W。。

第六節(jié)

三相變壓器（1）Y/y連接組。圖2.28～圖2.33給出了所有Y/y連接組的接線圖和相量圖。。

圖2.28Y/y-12連接組

圖2.29Y/y-2連接組第六節(jié)

三相變壓器。

圖2－29 Y，y2連接組圖2.30Y/y-4連接組

圖2.31Y/y-6連接組圖2.32Y/y-8連接組

圖2.33Y/y-10連接組第六節(jié)

三相變壓器（2）Y/d連接組。圖2.34～圖2.39給出了所有Y/d連接組的接線圖和相量圖。

圖2.34Y/d-1連接組

圖2.35Y/d-3連接組。

第六節(jié)

三相變壓器

圖2.36Y/d-5連接組

圖2.37Y/d-7連接組。

圖2－29 Y，y2連接組圖2.39Y/d-11連接組圖2.38Y/d-9連接組

第六節(jié)

三相變壓器2.由三相變壓器的連接組確定接線圖這可以看成是上一過(guò)程的逆過(guò)程。其步驟如下：首先根據(jù)連接組所示的連接方法，初步畫出原邊、副邊繞組的連線方式，并且按照常規(guī)，定義原邊繞組的出線端標(biāo)志及相電動(dòng)勢(shì)、線電動(dòng)勢(shì)，在此基礎(chǔ)上，畫出原邊繞組相量圖；然后把U點(diǎn)當(dāng)做u點(diǎn)，根據(jù)連接組標(biāo)號(hào)，在相量圖中畫出副邊繞組的線電動(dòng)勢(shì)、相電動(dòng)勢(shì)；最后根據(jù)原邊、副邊線電動(dòng)勢(shì)的相位關(guān)系，確定副邊繞組的出線端標(biāo)志及同名端。。

圖2－29 Y，y2連接組第六節(jié)

三相變壓器三、磁路結(jié)構(gòu)及連接組對(duì)電動(dòng)勢(shì)波形的影響變壓器的鐵芯是由鐵磁材料構(gòu)成的，鐵磁材料的磁化曲線是一條呈飽和特性的曲線。在鐵芯處于飽和狀態(tài)時(shí)，如果磁通為正弦波，則勵(lì)磁電流i0為尖頂波，除基波電流外，以三次諧波電流分量最大；如果勵(lì)磁電流i0為正弦波，則磁通

為平頂波，除基波磁通外，以三次諧波磁通分量最大。如果忽略影響不大的其他高次諧波，繞組中的電動(dòng)勢(shì)主要由基波磁通和三次諧波磁通感應(yīng)產(chǎn)生。三相變壓器的磁路結(jié)構(gòu)與連接組會(huì)影響磁通的流通路徑，因而也會(huì)對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形有直接影響。下面以YN/y、Y/y以及Y/d、D/y為例對(duì)其進(jìn)行研究。。

圖2－29 Y，y2連接組第六節(jié)

三相變壓器（一）YN/y、Y/y連接的三相變壓器勵(lì)磁電流i0中三次諧波分量的幅值、相位均相同，故可構(gòu)成零序?qū)ΨQ組。在原邊繞組有中線（YN/y連接）的情況下，三次諧波電流會(huì)以中線作為自己的回路。由于三次諧波電流的存在，勵(lì)磁電流呈尖頂波，所對(duì)應(yīng)磁通及繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)接近于正弦波。但當(dāng)原邊繞組沒(méi)有中線（Y/y連接）時(shí)，三次諧波電流由于沒(méi)有回路而無(wú)法存在，因此勵(lì)磁電流呈正弦波，所對(duì)應(yīng)磁通便是含有三次諧波分量的平頂波。磁通的三次諧波分量的流通路徑與三相變壓器的磁路結(jié)構(gòu)有關(guān)。1.三相組式變壓器構(gòu)成三相組式變壓器的3個(gè)單相變壓器磁路彼此獨(dú)立，所以在每個(gè)單相變壓器的鐵芯中，三次諧波磁通分量都可以流過(guò)。每相繞組的電動(dòng)勢(shì)由基波磁通和三次諧波磁通共同感應(yīng)產(chǎn)生。相電動(dòng)勢(shì)的波形會(huì)發(fā)生畸變而成尖頂波。這種現(xiàn)象會(huì)引起危險(xiǎn)的過(guò)電壓，嚴(yán)重時(shí)有可能擊穿繞組絕緣。但在線電動(dòng)勢(shì)中，由于相電動(dòng)勢(shì)的三次諧波分量相互抵消，因而仍呈正弦波。。

圖2－29 Y，y2連接組第六節(jié)

三相變壓器2.三相心式變壓器三相心式變壓器的磁路彼此關(guān)聯(lián)，勵(lì)磁電流的三次諧波分量由于沒(méi)有回路而無(wú)法在鐵芯中流通。雖然它仍可以通過(guò)油路或空氣形成閉合回路，但由于該磁路的磁導(dǎo)率小、磁阻大，所以其總量是不大的。因此可以忽略三次諧波磁通所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，認(rèn)為繞組中的電動(dòng)勢(shì)單獨(dú)由磁通的基波分量感應(yīng)產(chǎn)生，呈正弦波。但以三倍于基波頻率交變的三次諧波磁通，會(huì)在油箱中產(chǎn)生渦流損耗，致使油箱局部過(guò)熱，降低變壓器的效率。（二）Y/d、D/y連接的三相變壓器在Y/d連接的三相變壓器中，原邊繞組采用沒(méi)有中線的星形（Y）連接，所以勵(lì)磁電流便呈正弦波，而不存在三次諧波電流分量。鐵芯中會(huì)出現(xiàn)三次諧波磁通

，每相繞組中便會(huì)感應(yīng)出三次諧波電動(dòng)勢(shì)

。由于副邊繞組采用三角形（d）連接方式，自身形成一閉合回路，因此便會(huì)有

產(chǎn)生的三次諧波電流

流通。原邊繞組中不存在三次諧波電流，

無(wú)法抵消

對(duì)鐵芯中磁通的影響，

便會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生三次諧波磁通

。因?yàn)槔@組的電抗遠(yuǎn)大于電阻，致使

在相位上滯后

近90

，即

滯后

近90

，而

在相位上超前它所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

90

。由此可見(jiàn)，三次諧波電流

所產(chǎn)生的

會(huì)抵消鐵芯中原先存在的三次諧波磁通

，從而大大削弱繞組中的三次諧波電動(dòng)勢(shì)，使其趨近于正弦波。。

圖2－29 Y，y2連接組第六節(jié)

三相變壓器在D/y連接的三相變壓器中，原邊繞組采用三角形（D）連接方式，可以流過(guò)三次諧波電流，從而使得勵(lì)磁電流呈正弦波，致使鐵芯中的磁通為正弦波，繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為正弦波。由以上的分析可以看出，為了改善繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形，最好使原邊、副邊繞組中的一個(gè)為三角形連接。四、變壓器的并聯(lián)運(yùn)行（一）變壓器并聯(lián)運(yùn)行的意義（1）可以提高供電的可靠性。在同時(shí)運(yùn)行的多臺(tái)變壓器中，如果有變壓器發(fā)生故障，可以在其他變壓器繼續(xù)工作的情況下將其切除，并進(jìn)行維修，不會(huì)影響供電的連續(xù)性和可靠性。（2）可以提高供電的經(jīng)濟(jì)效益。變壓器所帶負(fù)載是隨季節(jié)、氣候、早晚等外部情況的變化而改變的，可以對(duì)變壓器的負(fù)載進(jìn)行監(jiān)控，來(lái)決定投入運(yùn)行的變壓器的臺(tái)數(shù)，以提高運(yùn)行效率。。

圖2－29 Y，y2連接組第六節(jié)

三相變壓器（二）變壓器理想并聯(lián)運(yùn)行的條件1.變壓器并聯(lián)運(yùn)行的理想情況①空載時(shí)，為減少繞組銅耗，應(yīng)保證并聯(lián)運(yùn)行的各變壓器之間無(wú)環(huán)流。②負(fù)載時(shí)，為使各變壓器都能得到充分利用，每臺(tái)變壓器應(yīng)該按其容量成比例地承擔(dān)負(fù)載。③負(fù)載時(shí)，為了提高帶載能力，并聯(lián)運(yùn)行的各變壓器的副邊繞組電流相位應(yīng)相同。2.理想并聯(lián)運(yùn)行的條件①各臺(tái)變壓器的額定電壓相等，并且各臺(tái)變壓器的電壓比應(yīng)相等。②各臺(tái)變壓器的連接組別必須相同。③各臺(tái)變壓器的短路阻抗（或短路電壓）的標(biāo)幺值

（或

）要相等。④并聯(lián)運(yùn)行的變壓器最大容量與最小容量之比應(yīng)小于3∶1。。

圖2－29 Y，y2連接組第七節(jié)

其他用途的變壓器一、自耦變壓器（一）自耦變壓器的工作原理圖2.40所示為一臺(tái)單相降壓自耦變壓器的工作原理圖。副邊繞組N2為原邊繞組N1的一部分，并且與鐵芯中的磁通

同時(shí)交鏈。與普通變壓器一樣，根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與匝數(shù)成正比，所以原邊、副邊繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別為

。

圖2－29 Y，y2連接組圖2.40自耦變壓器的原理圖自耦變壓器原邊、副邊的電動(dòng)勢(shì)比為第七節(jié)

其他用途的變壓器在忽略漏阻抗壓降時(shí)，有自耦變壓器與普通變壓器有著相同的磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式，即如果忽略影響不大的勵(lì)磁電流

，上式可以變成

即上式說(shuō)明，

與

反相，并且I2＞I1。

。

圖2－29 Y，y2連接組第七節(jié)

其他用途的變壓器由于原邊、副邊繞組為同一繞組，存在電的聯(lián)系，在副邊繞組的抽頭處可以看成是電路的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。自耦變壓器的輸出功率為另外，自耦變壓器也通常設(shè)計(jì)成原邊、副邊容量相等，即。

圖2－29 Y，y2連接組第七節(jié)

其他用途的變壓器（二）自耦變壓器的優(yōu)、缺點(diǎn)（1）通過(guò)以上的分析可以看出，自耦變壓器從原邊傳遞到副邊的能量中，一部分是由于電磁感應(yīng)作用，一部分是由于直接傳導(dǎo)作用。而對(duì)普通變壓器而言，輸出功率只有電磁功率。所以，在同樣容量的前提下，自耦變壓器要比普通變壓器所用材料少、體積小、重量輕，效率也要高一些，從而可以降低成本、提高經(jīng)濟(jì)效益。但當(dāng)電壓比k較大時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益就不明顯，一般自耦變壓器電壓比k設(shè)計(jì)為1.25～2。（2）自耦變壓器由于副邊繞組為原邊繞組的一部分，兩繞組之間存在著電的聯(lián)系，低壓側(cè)容易受到高壓側(cè)過(guò)電壓的影響，所以絕緣和過(guò)電壓保護(hù)要加強(qiáng)。（3）自耦變壓器由于只有一個(gè)繞組，漏電抗較普通變壓器要小，因此，短路阻抗小，短路電流就大，要加強(qiáng)短路保護(hù)。。

圖2－29 Y，y2連接組第七節(jié)

其他用途的變壓器二、儀用互感器

。

圖2－29 Y，y2連接組

儀用互感器是配電系統(tǒng)中供測(cè)量和保護(hù)用的設(shè)備，分為電流互感器和電壓互感器兩類。它們的工作原理和變壓器相似，其作用是把高電壓設(shè)備和母線的運(yùn)行電壓、大電流（即設(shè)備和母線的負(fù)荷或短路電流）按規(guī)定比例變換成測(cè)量?jī)x表、繼電保護(hù)及控制設(shè)備的低電壓和小電流。第七節(jié)

其他用途的變壓器（一）電壓互感器電壓互感器又稱儀表變壓器，也稱PT或TV，工作原理、結(jié)構(gòu)和接線方式都與普通變壓器相同。其接線圖如圖2.41所示。電壓互感器原邊繞組并接于被測(cè)量線路，副邊接有電壓表，相當(dāng)于一個(gè)副邊開(kāi)路的變壓器。電壓互感器按其絕緣結(jié)構(gòu)形式，可分為干式、澆注式、充氣式、油浸式等幾種；根據(jù)相數(shù)可分為單相和三相；根據(jù)繞組數(shù)可分為雙繞組和三繞組。。

圖2－29 Y，y2連接組圖2.41電壓互感器原理圖第七節(jié)

其他用途的變壓器電壓互感器的特點(diǎn)如下：（1）與普通變壓器相比，容量較小，類似一臺(tái)小容量變壓器；（2）副邊負(fù)荷比較恒定，所接測(cè)量?jī)x表和繼電器的電壓線圈阻抗很大，因此，在正常運(yùn)行時(shí)，電壓互感器接近于空載狀態(tài)。電壓互感器的原、副邊繞組額定電壓之比，稱為電壓互感器的額定電壓比，即k＝U1N/U2N，其中原邊繞組額定電壓U1N是電網(wǎng)的額定電壓，且已標(biāo)準(zhǔn)化，如10

kV、35

kV、110

kV、220

kV等，副邊電壓U2N則統(tǒng)一定為100

V（或100），所以k也就相應(yīng)地實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。為安全起見(jiàn)，副邊繞組必須有一點(diǎn)可靠接地，并且副邊繞組絕對(duì)不能短路。。

圖2－29 Y，y2連接組第七節(jié)

其他用途的變壓器（二）電流互感器電流互感器也是按電磁感應(yīng)原理制成的，也稱CT或TA。其原邊繞組串接于被測(cè)線路中，副邊繞組與測(cè)量?jī)x表或繼電器的電流線圈串聯(lián)，副邊繞組的電流按一定的變比反應(yīng)原邊電路的電流。其接線圖如圖2.42所示。與電壓互感器的情況相似，電流互感器的副邊繞組也必須有一點(diǎn)接地。由于作為電流互感器負(fù)載的電流表或繼電器的電流線圈阻抗都很小，所以，電流互感器在正常運(yùn)行時(shí)接近于短路狀態(tài)。。

圖2－29 Y，y2連接組

電流互感器的種類很多，根據(jù)安裝地點(diǎn)可分為戶內(nèi)式和戶外式；根據(jù)安裝方式可分為穿墻式、支持式和套管式；根據(jù)絕緣結(jié)構(gòu)可分為干式、澆注式和油浸式；根據(jù)原邊繞組的結(jié)構(gòu)形式可分為單匝式和多匝式等。圖2.42電流互感器原理圖第七節(jié)

其他用途的變壓器電流互感器的特點(diǎn)如下：（1）原邊繞組串聯(lián)在被測(cè)線路中，并且匝數(shù)很少，因此，原邊繞組中的電流完全取決于被測(cè)電路的負(fù)荷電流，而與副邊電流無(wú)關(guān)；（2）電流互感器副邊繞組所接電流表或繼電器的電流線圈阻抗都很小，所以正常情況下，電流互感器在近于短路狀態(tài)下運(yùn)行。。

圖2－29 Y，y2連接組第八節(jié)

變壓器的維護(hù)與維修變壓器運(yùn)行前檢查項(xiàng)目如下：（1）檢查變壓器的額定電壓和容量是否符合要求。（2）檢查變壓器內(nèi)、外是否清潔，各部螺絲是否完好，安裝是否牢固，硅鋼片是否夾緊。（3）檢查分接頭調(diào)壓板是否安裝牢固，分接頭的選定是否與所需電壓相適應(yīng)。（4）檢查高、低壓繞組接線是否正確，引線有無(wú)破裂或斷股情況，絕緣是否包扎完好。（5）用1

000

V兆歐表測(cè)量繞組間絕緣電阻及繞組對(duì)地絕緣電阻。如線圈受潮，應(yīng)進(jìn)行干燥處理。（6）檢查變壓器接地線是否連接完好。（7）檢查變壓器的斷路器是否符合要求。。

圖2－29 Y，y2連接組第八節(jié)

變壓器的維護(hù)與維修運(yùn)行中檢查內(nèi)容如下：（1）檢查變壓器有無(wú)異常聲音。（2）檢查各引線接頭有無(wú)松動(dòng)及跳火情況。（3）檢查斷路器是否完好。（4）檢查變壓器的溫升是否超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。變壓器在運(yùn)行中的不正常狀態(tài)及原因如下：（1）變壓器的嗡聲很大，主要是鐵芯硅鋼片未夾緊所致。（2）在正常的負(fù)荷和冷卻條件下，變壓器過(guò)熱、冒煙和局部發(fā)生弧光。原因有：鐵芯穿通螺栓絕緣損壞、鐵芯硅鋼片間絕緣損壞、高低壓繞組間短路、匝間短路、引出線混線及過(guò)負(fù)荷等。（3）變壓器斷路器脫扣，應(yīng)先檢查變壓器本身有無(wú)短路等異常情況，再查找外部故障，待故障排除后，再投入運(yùn)行。。

圖2－29 Y，y2連接組謝謝您的耐心聆聽(tīng)specialreportandworksummary《城軌控制電源設(shè)備維護(hù)》?精品課件合集城軌控制電源設(shè)備維護(hù)第一章信號(hào)設(shè)備的供電概況第二章變壓器第三章交流穩(wěn)壓器第四章低壓電器第五章電機(jī)第六章開(kāi)關(guān)電源第七章UPS和蓄電池第八章電磁式信號(hào)電源屏系統(tǒng)第九章

信號(hào)智能電源屏第十章通信電源系統(tǒng)概述第三章交流穩(wěn)壓器第一節(jié)感應(yīng)調(diào)壓器單相感應(yīng)調(diào)壓器三相感應(yīng)調(diào)壓器使用感應(yīng)調(diào)壓器時(shí)的注意事項(xiàng)第二節(jié)自動(dòng)補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器自動(dòng)補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理自動(dòng)補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器的電氣特性自動(dòng)補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器的特點(diǎn)第三節(jié)穩(wěn)壓變壓器鐵磁諧振穩(wěn)壓變壓器第四節(jié)參數(shù)穩(wěn)壓器參數(shù)穩(wěn)壓器

信號(hào)電源由外電網(wǎng)供電，電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和負(fù)荷的變化都會(huì)引起電壓的不穩(wěn)定，超過(guò)規(guī)定的電壓波動(dòng)范圍，往往會(huì)影響信號(hào)設(shè)備的正常工作，甚至造成錯(cuò)誤工作。因此，必須對(duì)交流電源進(jìn)行穩(wěn)壓，以保證供電電壓的穩(wěn)定。交流穩(wěn)壓器的種類很多，大體上可分為兩大類。

（a）圖所示的第一類穩(wěn)壓器包括調(diào)整部分和控制部分。當(dāng)輸出電壓發(fā)生變動(dòng)時(shí)，則通過(guò)控制部分控制調(diào)整部分進(jìn)行調(diào)壓，以保持輸出電壓的穩(wěn)定。由于它是對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣控制，因此無(wú)論是對(duì)于電網(wǎng)電壓的波動(dòng)還是對(duì)于因負(fù)荷的變化所引起的輸出電壓的變動(dòng)，均具有穩(wěn)壓作用。其穩(wěn)壓精度可通過(guò)調(diào)節(jié)控制部分的靈敏度來(lái)進(jìn)行控制，穩(wěn)壓精度通?？蛇_(dá)到1%～3%。調(diào)整部分常用飽和電抗器、晶閘管元件、自耦變壓器、感應(yīng)調(diào)壓器、正弦能量分配器等，分別稱為飽和電抗器式、晶閘管移相調(diào)壓式、自耦變壓器式、感應(yīng)調(diào)壓器式、正弦能量分配器式交流穩(wěn)壓器?？刂撇糠执蠖嗖捎镁w管等構(gòu)成的比較放大電路，有的還使用繼電器控制電路。這類穩(wěn)壓器穩(wěn)壓精度高且可調(diào)節(jié)，除晶閘管式外，輸出波形畸變小，穩(wěn)壓性能較理想，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修較困難。（a）

（b）所示的第二類交流穩(wěn)壓器采用對(duì)電壓具有“惰性”的設(shè)備，由于它的“惰性”作用，使輸出電壓不隨輸入電壓的波動(dòng)而變動(dòng)。但對(duì)于因負(fù)荷變化而引起的輸出電壓變動(dòng)則不能起穩(wěn)壓作用。目前廣泛采用的“惰性”設(shè)備大多是輸出繞組所在鐵芯處于磁飽和狀態(tài)的特殊變壓器，因此其效率較低，輸出波形有失真。穩(wěn)壓變壓器和參數(shù)穩(wěn)壓器（統(tǒng)稱鐵磁諧振式）屬于這一類。雖然第二類交流穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓性能欠佳，但因其具有設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維修方便等突出優(yōu)點(diǎn)，因此在負(fù)荷變動(dòng)不劇烈、對(duì)于輸出電壓的波形要求不高的場(chǎng)合得到廣泛的應(yīng)用。（b）第一節(jié)感應(yīng)調(diào)壓器

感應(yīng)調(diào)壓器有單相和三相之分。

感應(yīng)調(diào)壓器的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組之間既有電的聯(lián)系，又有磁的聯(lián)系，它們共處于一個(gè)磁場(chǎng)中，很像一個(gè)自耦變壓器，但兩繞組的相對(duì)位置是可以改變的。

感應(yīng)調(diào)壓器按冷卻方式，可分為干式和油浸式兩種，信號(hào)電源設(shè)備中所用的都是干式的。

感應(yīng)調(diào)壓器式交流穩(wěn)壓器的功率可達(dá)數(shù)百千伏安，它的穩(wěn)壓范圍寬，穩(wěn)壓精度可調(diào)節(jié)，輸出電壓波形幾乎無(wú)畸變，穩(wěn)壓性能是理想的。但它體積大、價(jià)格貴、功耗大。

第一節(jié)感應(yīng)調(diào)壓器一、單相感應(yīng)調(diào)壓器

單相感應(yīng)調(diào)壓器由公共繞組g和二次串聯(lián)繞組C組成。通常g置于定子上，C置于轉(zhuǎn)子上。

單相感應(yīng)調(diào)壓器的繞組連接有正接和反接兩種接法。（a）正接法（b）反接法第一節(jié)感應(yīng)調(diào)壓器

單相感應(yīng)調(diào)壓器的公共繞組平面與串聯(lián)繞組平面在空間有一定的夾角，如圖3.3所示。圖3.3單相感應(yīng)調(diào)壓器公共繞組與串聯(lián)繞組的空間位置第一節(jié)感應(yīng)調(diào)壓器

公共繞組g的勵(lì)磁磁勢(shì)產(chǎn)生一個(gè)單相脈動(dòng)磁場(chǎng)，即在串聯(lián)繞組C中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。當(dāng)C的線圈平面和g的線圈平面重合時(shí)，C繞組中的感應(yīng)電勢(shì)為最大值ECmax。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)

角度時(shí)，與C繞組所交鏈的磁通量相應(yīng)發(fā)生變化，EC的大小隨之變化，其方向與g繞組的感應(yīng)電勢(shì)Eg相同或相反（視其連接方式以及

角的大小而定）；而此時(shí)感應(yīng)電勢(shì)不隨角位移的變化產(chǎn)生相位的變化，因?yàn)榇艌?chǎng)是脈動(dòng)的。空載輸出電壓為：U20≈±ECmaxcos

，正接法取“＋”，反接法取“－”。當(dāng)

在0

～180

變化時(shí)，U20在U1±ECmaxcos

到U1

ECmaxcos

間變化。改變角位移

的大小，即可調(diào)節(jié)輸出電壓而達(dá)到穩(wěn)壓的目的。第一節(jié)感應(yīng)調(diào)壓器

在正接法中，輸入電壓降低時(shí)，輸出電壓也會(huì)降低，當(dāng)輸出電壓低于額定下偏值的整定值時(shí)，轉(zhuǎn)子將被控制向著一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，使得公共繞組和串聯(lián)繞組之間的夾角減小，使輸出電壓上升至額定值；輸入電壓上升，輸出電壓也上升，當(dāng)輸出電壓高于額定值的上偏整定值時(shí)，轉(zhuǎn)子被控制向另一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，公共繞組和串聯(lián)繞組之間的夾角增大，使輸出電壓下降到額定值，如圖（a）所示。（a）正接法第一節(jié)感應(yīng)調(diào)壓器

在反接法中，若輸入電壓降低，則輸出電壓也下降，當(dāng)輸出電壓低于額定值的下偏整定值時(shí)，轉(zhuǎn)子被控制向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，公共繞組和串聯(lián)繞組之間的夾角增大，使輸出電壓回復(fù)到額定值；輸入電壓上升，輸出電壓也上升，當(dāng)輸出電壓高于額定值的上偏整定值時(shí)，轉(zhuǎn)子被控制向著另一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，公共繞組和串聯(lián)繞組之間的夾角減小，使輸出電壓回復(fù)到額定值，如圖（b）所示。（b）反接法第一節(jié)感應(yīng)調(diào)壓器

單相感應(yīng)調(diào)壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，負(fù)載電流在C繞組中產(chǎn)生磁勢(shì)，當(dāng)g繞組與C繞組的軸線重合時(shí)，這個(gè)磁勢(shì)將被g繞組所產(chǎn)生的磁勢(shì)相平衡；而當(dāng)兩繞組的軸線不重合時(shí)，這個(gè)磁勢(shì)的垂直分量不能被g繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)所平衡，于是就會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生很大的磁通通過(guò)C繞組，使C繞組的電抗增大而降低輸出電壓，特性變壞，附加損耗增加。

為了消除這一影響，在g繞組的同側(cè)必須設(shè)置一個(gè)自身短路且軸線又與g的軸線相垂直的補(bǔ)償繞組B，用來(lái)補(bǔ)償負(fù)載電流產(chǎn)生的磁勢(shì)，以免負(fù)載運(yùn)行時(shí)有較大的電壓降落。此時(shí)橫軸磁勢(shì)分量所產(chǎn)生的磁通會(huì)在B繞組中產(chǎn)生橫軸磁勢(shì)分量。單相感應(yīng)調(diào)壓器的磁勢(shì)平衡用下式表示：式中，I0

——

勵(lì)磁電流；Kg、KC、KB

——

g、C、B繞組的系數(shù)；

KgWg、KCWC、KBWB

——

g、C、B繞組的有效匝數(shù)。

單相感應(yīng)調(diào)壓器的輸入、輸出線都裝在機(jī)殼的接線端子上，輸入為AX，輸出為ax。第一節(jié)

感應(yīng)調(diào)壓器二、三相感應(yīng)調(diào)壓器

三相感應(yīng)調(diào)壓器通常采用自耦式連接方法。圖3.5為正接法接線圖。因?yàn)槿喔袘?yīng)調(diào)壓器在結(jié)構(gòu)上是對(duì)稱的，所以只需討論其中一相的調(diào)壓情況。圖3.6所示為A相電路圖，輸入電壓接入轉(zhuǎn)子繞組WZ，定子繞組WD與WZ串聯(lián)后輸出。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由WZ產(chǎn)生。接通電源后，在WZ中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)E1。WD中由于磁場(chǎng)的作用也產(chǎn)生了感應(yīng)電勢(shì)E2。E2和E1的大小與各繞組的有效匝數(shù)成正比，且

，式中n12為WZ和WD的匝數(shù)比。圖3.5三相感應(yīng)調(diào)壓器正接法接線圖圖3.6單相等效電路圖第一節(jié)感應(yīng)調(diào)壓器當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組平面和定子繞組平面相垂直（與其法線相重合）時(shí)，兩繞組的感應(yīng)電勢(shì)同時(shí)達(dá)到最大值。若將轉(zhuǎn)子繞組逆著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向由重合位置轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度

，則

滯后

一個(gè)同樣的角度

，見(jiàn)圖3.7。若不考慮繞組間的漏阻抗及勵(lì)磁電流等因素，根據(jù)電勢(shì)平衡，可得

（a）（b）圖3.7相位差角的形成根據(jù)余弦定理，輸出相電壓的有效值為第一節(jié)感應(yīng)調(diào)壓器圖3.8為三相感應(yīng)調(diào)壓器正接法空載調(diào)壓相量圖，從圖中可看出輸出電壓與定、轉(zhuǎn)子繞組間夾角

的關(guān)系。輸入電壓變化時(shí)，可改變定、轉(zhuǎn)子繞組間相對(duì)角位移的大小，使輸出

電壓獲得平滑無(wú)級(jí)的調(diào)節(jié)而達(dá)到穩(wěn)壓的目的。（a）電源電壓下降時(shí)（b）電源電壓上升時(shí)圖3.8三相感應(yīng)調(diào)壓器正接法空載調(diào)壓相量圖第一節(jié)感應(yīng)調(diào)壓器

若電源電壓降低，則輸出電壓也隨之降低，當(dāng)輸出電壓降到低于額定值的下偏整定值時(shí)，轉(zhuǎn)子被驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，兩繞組間的夾角減小，使輸出電壓上升回復(fù)到額定范圍內(nèi)。

若電源電壓上升，則輸出電壓也上升，當(dāng)輸出電壓升到高于額定的上偏整定值時(shí)，轉(zhuǎn)子被驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)向另一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，兩繞組間的夾角增大，輸出電壓則降低直到回復(fù)到額定范圍內(nèi)。第一節(jié)感應(yīng)調(diào)壓器

三相感應(yīng)調(diào)壓器的反接法連接如圖3.9（a）所示。這時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由定、轉(zhuǎn)子繞組共同產(chǎn)生。它的單相等效電路如圖3.9（b）所示。輸出電壓

。同樣的，在輸入電壓變化時(shí)，可通過(guò)改變兩繞組間的相對(duì)角位移的大小，使輸出電壓穩(wěn)定在額定范圍內(nèi)。（a）（b）圖3.9三相感應(yīng)調(diào)壓器反接法接線圖第一節(jié)感應(yīng)調(diào)壓器

圖3.10所示為三相感應(yīng)調(diào)壓器反接法的空載調(diào)壓向量圖。在反接法中，若電源電壓降低，則輸出電壓也降低，當(dāng)輸出電壓降至低于額定值的下偏整定值時(shí)，轉(zhuǎn)子被帶動(dòng)向著一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，兩繞組間的夾角增大，使輸出電壓升至額定范圍內(nèi)。若電源電壓升高，則輸出電壓也升高，當(dāng)輸出電壓升到高于額定值的上偏整定值時(shí)，轉(zhuǎn)子被帶動(dòng)向著另一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，兩繞組間的夾角減小，使輸出電壓降低直至回復(fù)到額定范圍內(nèi)。（a）電源電壓下降時(shí)（b）電源電壓上升時(shí)圖3.10三相感應(yīng)調(diào)壓器反接法空載調(diào)壓相量圖第一節(jié)感應(yīng)調(diào)壓器

三相感應(yīng)調(diào)壓器運(yùn)行時(shí)，由于負(fù)載變化而引起的輸出電壓波動(dòng)，也可以通過(guò)改變兩繞組間的夾角來(lái)使輸出電壓回復(fù)到額定范圍內(nèi)。

經(jīng)三相感應(yīng)調(diào)壓器穩(wěn)壓后的輸出電壓與輸入電壓不再同相位，但保持了正弦波形，頻率也未改變，這對(duì)使用沒(méi)有影響。

三相感應(yīng)調(diào)壓器的輸入、輸出線均接在機(jī)殼接線盒內(nèi)的接線板上，輸入為A、B、C，輸出為a、b、c。

感應(yīng)調(diào)壓器的傳動(dòng)控制為電動(dòng)/手動(dòng)兩用式，并有標(biāo)明“升壓”“、降壓”傳動(dòng)方向的指示牌。

第一節(jié)感應(yīng)調(diào)壓器三、使用感應(yīng)調(diào)壓器時(shí)的注意事項(xiàng)

（1）新安裝或長(zhǎng)期不用的感應(yīng)調(diào)壓器在投入運(yùn)行前