第3章-變壓器

1、 3.1 變壓器的基本結構和分類變壓器的基本結構和分類一、變壓器的基本結構：一、變壓器的基本結構： 電力變壓器的基本構成部分：電力變壓器的基本構成部分： 鐵心、繞組、絕緣套管、油箱及其他附件鐵心、繞組、絕緣套管、油箱及其他附件等，其中鐵心和繞組是變壓器的主要部件，等，其中鐵心和繞組是變壓器的主要部件，稱為器身。稱為器身。 溫度計吸濕器安全氣道氣體繼電器油表儲油柜高壓套管 低壓套管分接開關放油閥器身油箱繞組簡化圖簡化圖: 1、鐵心和繞組：、鐵心和繞組：變壓器中最主要的部變壓器中最主要的部 件，件，他們構成了變壓器的器身。他們構成了變壓器的器身。 1）鐵心：）鐵心：構成了變壓器的磁路，同時又是構成

2、了變壓器的磁路，同時又是套裝繞組的骨架。套裝繞組的骨架。鐵心由鐵心柱和鐵軛兩鐵心由鐵心柱和鐵軛兩部分構成。鐵心柱上套繞組，鐵軛將鐵心部分構成。鐵心柱上套繞組，鐵軛將鐵心柱連接起來形成閉合磁路。柱連接起來形成閉合磁路。 鐵心材料：鐵心材料：為了提高磁路的導磁性能，減為了提高磁路的導磁性能，減少鐵心中的磁滯、渦流損耗，鐵心一般用少鐵心中的磁滯、渦流損耗，鐵心一般用高磁導率的磁性材料高磁導率的磁性材料硅鋼片疊成。硅硅鋼片疊成。硅鋼片厚度為鋼片厚度為0.350.350.50.5mmmm，兩面涂以漆膜，兩面涂以漆膜，使片與片之間絕緣。使片與片之間絕緣。 鐵心型式鐵心型式 ：變壓器鐵心的結構有：變壓器鐵心

3、的結構有心式心式、殼殼式式等形式。殼式結構的特點是鐵心包圍繞等形式。殼式結構的特點是鐵心包圍繞組的頂面、底面和側面。心式結構的特點組的頂面、底面和側面。心式結構的特點是鐵心柱被繞組包圍。是鐵心柱被繞組包圍。 心式結構比較簡單，繞組的裝配及絕緣比心式結構比較簡單，繞組的裝配及絕緣比較容易較容易，電力變壓器的鐵心主要采用心式，電力變壓器的鐵心主要采用心式結構。結構。 鐵心疊裝鐵心疊裝 ：變壓：變壓器的鐵心一般是由剪成一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，一般采用交錯式疊間隙以減小激磁電流，一般采用交錯式疊法，使法，使相鄰

4、層的接縫錯開。相鄰層的接縫錯開。 鐵心截面鐵心截面: :鐵心柱的截面一般作成階梯形，鐵心柱的截面一般作成階梯形，以充分利用繞組內圓空間。容量較大的變以充分利用繞組內圓空間。容量較大的變壓器，鐵心中常設有油道，以改善鐵心內壓器，鐵心中常設有油道，以改善鐵心內部的散熱條件，如圖所示。部的散熱條件，如圖所示。 2）繞組：）繞組：繞組是變壓器的電路部分，它繞組是變壓器的電路部分，它由銅或由銅或 鋁絕緣導線繞制而成鋁絕緣導線繞制而成 。 一次繞組（原繞組）：輸入電能一次繞組（原繞組）：輸入電能 二次繞組（副繞組）：輸出電能二次繞組（副繞組）：輸出電能 他們通常套裝在同一個心柱上，一次和二他們通常套裝在同

5、一個心柱上，一次和二次繞組具有不同的匝數。次繞組具有不同的匝數。 兩個繞組中，電壓較高的我們稱為高壓繞兩個繞組中，電壓較高的我們稱為高壓繞組，相應的電壓較低的稱為低壓繞組。組，相應的電壓較低的稱為低壓繞組。 2、其他部件：除器身外，典型的油浸電力變壓、其他部件：除器身外，典型的油浸電力變壓 器中還有油箱、變壓器油、絕緣套管及繼電保護器中還有油箱、變壓器油、絕緣套管及繼電保護裝置等部件。裝置等部件。 二、變壓器的分類：二、變壓器的分類： 1.1.按用途分類：按用途分類： （1 1）電力變壓器（主要用在輸配電系統(tǒng)中）電力變壓器（主要用在輸配電系統(tǒng)中） （2 2）儀用互感器（電壓互感器和電流互感器）

6、儀用互感器（電壓互感器和電流互感器） （3 3）特種變壓器（如調壓變壓器、試驗變壓器、）特種變壓器（如調壓變壓器、試驗變壓器、電爐變壓器、整流變壓器、電焊變壓器等）。電爐變壓器、整流變壓器、電焊變壓器等）。 2 2、按繞組數目分類、按繞組數目分類: : （1 1）雙繞組變壓器）雙繞組變壓器 （2 2）三繞）三繞 組變壓器組變壓器 （3 3）多繞組變壓器）多繞組變壓器 （4 4）自耦變壓器。）自耦變壓器。 3 3、按鐵心結構分類：、按鐵心結構分類： （1 1）有心式變壓器）有心式變壓器 （2 2）殼式變壓器。）殼式變壓器。 4 4、按相數分類、按相數分類：單相變壓器、三相變壓器、多：單相變壓器、

7、三相變壓器、多相變壓器。相變壓器。 5 5、按冷卻介質和冷卻方式分類：、按冷卻介質和冷卻方式分類：油浸式變壓器油浸式變壓器（包括油浸自冷式、油浸風冷式、油浸強迫油循（包括油浸自冷式、油浸風冷式、油浸強迫油循環(huán)式）、干式變壓器、充氣式變壓器。環(huán)式）、干式變壓器、充氣式變壓器。 6 6、電力變壓器按容量大小通常分為、電力變壓器按容量大小通常分為：小型：小型變壓器（容量為變壓器（容量為1010630630kVAkVA）、）、中型變壓中型變壓器（容量為器（容量為80080063006300kVAkVA）、）、大型變壓器大型變壓器（容量為（容量為800080006300063000kVAkVA）和特大型

8、變壓和特大型變壓器（容量在器（容量在9000090000kVAkVA及以上）。及以上）。三、額定值：三、額定值： 額定值是制造廠對變壓器在指定工作條件額定值是制造廠對變壓器在指定工作條件下運行時所規(guī)定的一些量值。下運行時所規(guī)定的一些量值。變壓器的額變壓器的額定值主要有：定值主要有：1 1、額定容量額定容量S SN N （VAVA、kVAkVA、MVAMVA） 額定容量是指額定運行時的視在功率。額定容量是指額定運行時的視在功率。 2、額定電壓額定電壓U U1N1N和和U U2N2N （V V或或kVkV） 正常運行時規(guī)定加在一次側的端電壓稱為正常運行時規(guī)定加在一次側的端電壓稱為變壓器一次側的額定

9、電壓變壓器一次側的額定電壓U U1N1N。二次側的額二次側的額定電壓定電壓U U2N2N 是指變壓器一次側加額定電壓時是指變壓器一次側加額定電壓時二次側的空載電壓。對三相變壓器，額定二次側的空載電壓。對三相變壓器，額定電壓是指線電壓。電壓是指線電壓。3 3、 額定電流額定電流I I1N1N和和I I2N2N（A A） 根據額定容量和額定電壓計算出的線電流，稱為根據額定容量和額定電壓計算出的線電流，稱為 額定電流。額定電流。 對單相變壓器對單相變壓器對三相變壓器對三相變壓器 4 4、額定頻率、額定頻率 f fN N 除額定值外，變壓器的相數、繞組連接方式及聯結除額定值外，變壓器的相數、繞組連接方

10、式及聯結組別、短路電壓、運行方式和冷卻方式等均標注在組別、短路電壓、運行方式和冷卻方式等均標注在銘牌上。銘牌上。NNNNNNUSIUSI2211;NNNNNNUSIUSI22113;3v例3.1:（1）單相變壓器，額定容量250KVA，額定電壓10/0.4KV，試求：變比及一、二次側的額定電流。v（2）三相變壓器，額定容量5000KVA，額定電壓10/6.3KV，Yd聯接，試求：變比及一、二次側的額定電流。如果改為Dy聯接，則變比和額定電流又為多少？kVASN250kVASN250變壓器的型號變壓器的型號 型號表示一臺變壓器的結構、額定容量、電壓等級、冷卻方式等內容，表示方法為 如OSFPSZ

11、-250000/220表明自耦三相強迫油循環(huán)風冷三繞組銅線有載調壓，額定容量250000kVA，高壓額定電壓220kV電力變壓器。3.2 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 dtdNedtdNe2211 只要一、二只要一、二次繞組的匝數不次繞組的匝數不同，就能達到改同，就能達到改變壓的目的。變壓的目的。 3.3 變壓器的分析方法變壓器的分析方法 3.3.1 變壓器的空載運行變壓器的空載運行一、空載運行的物理現象：一、空載運行的物理現象： 1. 空載運行：空載運行：是指變壓器原繞組接到額定電是指變壓器原繞組接到額定電壓、額定頻率的電源上，副繞組開路時的運壓、額定頻率的電源上，副繞組開路時的運行狀態(tài)

12、。行狀態(tài)。 2. 2.物理現象：物理現象： 主磁通和漏磁通在性質上的不同：主磁通和漏磁通在性質上的不同： 1 1）由于鐵磁材料有飽和現象，所以主磁路的磁）由于鐵磁材料有飽和現象，所以主磁路的磁阻不是常數，阻不是常數，主磁通與建立它的電流之間呈非線主磁通與建立它的電流之間呈非線性關系。性關系。而漏磁通的磁路大部分是非鐵磁材料組而漏磁通的磁路大部分是非鐵磁材料組成，所以漏磁路的磁阻基本上是常數，成，所以漏磁路的磁阻基本上是常數，漏磁通與漏磁通與產生它的電流呈線性關系產生它的電流呈線性關系 2 2）主磁通在原、副繞組中均感應電動勢，當副）主磁通在原、副繞組中均感應電動勢，當副方接上負載時便有電功率向

13、負載輸出，故方接上負載時便有電功率向負載輸出，故主磁通主磁通起傳遞能量的作用。而漏磁通僅在原繞組中感應起傳遞能量的作用。而漏磁通僅在原繞組中感應電動勢，不能傳遞能量，僅起壓降作用。電動勢，不能傳遞能量，僅起壓降作用。因此，因此，在分析變壓器和交流電機時常將主磁通和漏磁通在分析變壓器和交流電機時常將主磁通和漏磁通分開處理。分開處理。 3.正方向的規(guī)定：正方向的規(guī)定： 從理論上講，正方向可以任意選擇，因各從理論上講，正方向可以任意選擇，因各物理量的變化規(guī)律是一定的，并不依正方物理量的變化規(guī)律是一定的，并不依正方向的選擇不同而改變。但正方向規(guī)定不同，向的選擇不同而改變。但正方向規(guī)定不同，列出的電磁方

14、程式和繪制的相量圖也不同。列出的電磁方程式和繪制的相量圖也不同。在電機學科中通常按習慣方式規(guī)定正方向，在電機學科中通常按習慣方式規(guī)定正方向，稱為慣例。稱為慣例。 具體原則如下：具體原則如下： 1）在負載支路，電流的正方向與電壓降的正在負載支路，電流的正方向與電壓降的正方向一致，而在電源支路，電流的正方向方向一致，而在電源支路，電流的正方向與電動勢的正方向一致與電動勢的正方向一致; ;2 2）磁通的正方向與產生它的電流的正方向符）磁通的正方向與產生它的電流的正方向符合右手螺旋定則合右手螺旋定則; ;3）感應電動勢的正方向與產生它的磁通的正感應電動勢的正方向與產生它的磁通的正方向符合右手螺旋定則方

15、向符合右手螺旋定則. . 4、空載時的電磁關系：、空載時的電磁關系： 1）電動勢與磁通的關系：）電動勢與磁通的關系： 假定主磁通按正弦規(guī)律變化，即假定主磁通按正弦規(guī)律變化，即 =m msintsint 根據根據 根據電磁感應定律和對正方向規(guī)定，一、根據電磁感應定律和對正方向規(guī)定，一、二次繞組中感應電動勢的瞬時值為二次繞組中感應電動勢的瞬時值為 ： )90sin(2cos01111tEtNdtdNem)90sin(2cos02222tEtNdtdNem)90sin(2cos0111111tEtNdtdNem式中：mmfNNE11144. 42mmfNNE22244. 42mmfNNE111114

16、4. 42 注意：從上面的表達式中我們可以看出，注意：從上面的表達式中我們可以看出， 電電 動勢總是滯后于產生它的磁通動勢總是滯后于產生它的磁通90。 2）電動勢平衡方程式：電動勢平衡方程式： 根據對正方向的規(guī)定，可以得到空載時電動根據對正方向的規(guī)定，可以得到空載時電動勢平衡方程式：勢平衡方程式：將漏感電動勢寫成壓降的形式將漏感電動勢寫成壓降的形式 ：10111RIEEU01011IIEjxLj式中式中 Z Z1 1=R=R1 1+ + 11原繞組的漏阻抗。原繞組的漏阻抗。對于電力變壓器，空載時原繞組的漏阻抗壓降對于電力變壓器，空載時原繞組的漏阻抗壓降I I0 0Z Z1 1很小，其數值不超過

17、很小，其數值不超過U U1 1的的0.2%0.2%，將，將I I0 0Z Z1 1忽略，則上忽略，則上式變成：式變成：在副方，由于電流為零，則副方的感應電動勢等于在副方，由于電流為零，則副方的感應電動勢等于副方的空載電壓，即：副方的空載電壓，即： 101111001ZIxjREEIIUjx11EU220EU 3 3）變壓器的變比：）變壓器的變比： 在變壓器中，原、副繞組的感應電動勢在變壓器中，原、副繞組的感應電動勢E E1 1和和E E2 2之比稱為變壓器的變比，用之比稱為變壓器的變比，用 表示，表示，即：即：上式表明，變壓器的變比等于原、副繞組的上式表明，變壓器的變比等于原、副繞組的匝數比。

18、當變壓器空載運行時，由于匝數比。當變壓器空載運行時，由于U U1 1EE1 1 ，U U2020E E2 2，故可近似地用空載運行故可近似地用空載運行時原、副方的電壓比來作為變壓器的變比，時原、副方的電壓比來作為變壓器的變比，即即k21212144.444.4NNfNfNkmmEENNOUUUUk2121 對于三相變壓器，變比是指原、副方相對于三相變壓器，變比是指原、副方相 電動勢之比，也就是額定相電壓之比。電動勢之比，也就是額定相電壓之比。 4 4、空載電流：、空載電流： 變壓器空載運行時原繞組中的電流變壓器空載運行時原繞組中的電流 0 0主要用主要用來產生磁場，又稱為勵磁電流，所以對于來產

19、生磁場，又稱為勵磁電流，所以對于這個電流我們要重點看一下：這個電流我們要重點看一下： 1）當不考慮鐵心損耗時，勵磁電流是純磁當不考慮鐵心損耗時，勵磁電流是純磁化電流，用化電流，用 來表示。由于磁路有飽和現來表示。由于磁路有飽和現象，磁化電流象，磁化電流 與產生它的磁通與產生它的磁通之間的之間的關系是非線性的。當磁通按正弦關系是非線性的。當磁通按正弦 iii 規(guī)律變化時，勵磁電流為尖頂波，根據諧規(guī)律變化時，勵磁電流為尖頂波，根據諧 波分析方法，尖頂波可分解為基波和波分析方法，尖頂波可分解為基波和3 3、5 5、7 7次諧波。除基波外，三次諧波分量最大。次諧波。除基波外，三次諧波分量最大。這就是說

20、，由于鐵磁材料磁化曲線的非線這就是說，由于鐵磁材料磁化曲線的非線性關系，要在變壓器中建立正弦波磁通，性關系，要在變壓器中建立正弦波磁通，勵磁電流必須包含三次諧波分量。勵磁電流必須包含三次諧波分量。為了在相量圖中表示勵磁電流為了在相量圖中表示勵磁電流，可以用等效可以用等效正弦波電流來代替非正弦波勵磁電流，其正弦波電流來代替非正弦波勵磁電流，其有效值為有效值為IIII252321 從上圖中，可以看出勵磁電流從上圖中，可以看出勵磁電流 與磁通與磁通 是同相位的。是同相位的。 2 2）當考慮鐵心損耗時，勵磁電流）當考慮鐵心損耗時，勵磁電流 0 0中還中還必須包含鐵耗分量，即必須包含鐵耗分量，即 或或

21、=這時激磁電流這時激磁電流 將超前磁通一相位角將超前磁通一相位角 iiIFeI0IIFeI0IIFe22I0 5 5 、空載時的向量圖和等效電路、空載時的向量圖和等效電路: : 1) 1)空載時的向量圖空載時的向量圖: : 我們已知我們已知101111001ZIxjREEIIU 而變壓器空載時從原方看進去的等效阻抗而變壓器空載時從原方看進去的等效阻抗Z Z0 0為為 式中式中 ： 稱為變壓器的激磁稱為變壓器的激磁阻抗。阻抗。 這樣這樣, ,變壓器原方的電動勢方程可寫成變壓器原方的電動勢方程可寫成 11.0.1010ZZZIEZmIUmmmjxRZIE01 這樣這樣,變壓器原方的電動勢方程可寫成

22、變壓器原方的電動勢方程可寫成 )(101011ZZIZIEmU R R1 1是原繞組的電阻，是原繞組的電阻， 是對應原繞組漏磁是對應原繞組漏磁 路磁導的電抗，它們數值很小且為常數。路磁導的電抗，它們數值很小且為常數。 但但RmRm、 m m卻受鐵心飽和度的影響，不是常卻受鐵心飽和度的影響，不是常數。但通常外加電壓是一定的數。但通常外加電壓是一定的, ,在正常運行在正常運行范圍內范圍內( (從空載到滿載從空載到滿載) ), ,主磁通基本不變，主磁通基本不變，磁路的飽和程也基本不變，磁路的飽和程也基本不變，因而因而RmRm、 XmXm 可近似看著常數?？山瓶粗怠?很顯然，從上面的分析我們可以

23、總結出：很顯然，從上面的分析我們可以總結出：RmRm是表征鐵心損耗的一個參數，而是表征鐵心損耗的一個參數，而XmXm是表是表征主磁通磁化性能的一個參數。征主磁通磁化性能的一個參數。 1xx3.3.2 變壓器的負載運行變壓器的負載運行 在前面我們通過分析了解了變壓器的空載運在前面我們通過分析了解了變壓器的空載運行情況，當變壓器原方接入交流電源，副方行情況，當變壓器原方接入交流電源，副方接上負載時的運行方式稱為變壓器的負載運接上負載時的運行方式稱為變壓器的負載運行。行。一、負載運行時的物理情況：一、負載運行時的物理情況：如圖所示如圖所示 即從空載電流即從空載電流 0變?yōu)樨撦d時的電流變?yōu)樨撦d時的電流

24、 1。原原 繞組的磁動勢也從空載磁動勢繞組的磁動勢也從空載磁動勢F0變?yōu)樽優(yōu)?F1=I1N1。負載時的主磁通負載時的主磁通m就是由原、副就是由原、副繞組的合成磁動勢產生的，即繞組的合成磁動勢產生的，即: F1+ F 2= F m。于是變壓器在負載時的電磁于是變壓器在負載時的電磁關系重新達到平衡。關系重新達到平衡。二、電動勢平衡方程式：二、電動勢平衡方程式：在原方，電動勢平衡方程式為在原方，電動勢平衡方程式為II11.1.111.1.1.)(ZIEjxRIEU在副方，電動勢平衡方程式為：在副方，電動勢平衡方程式為：式中，式中，Z2 =R2+ j ,副繞組的漏阻抗，副繞組的漏阻抗，R2 分別為副繞

25、組的電阻和漏電抗分別為副繞組的電阻和漏電抗。三、負載運行時的磁動勢平衡方程式三、負載運行時的磁動勢平衡方程式：負載運行時的磁動勢平衡方程式可寫為負載運行時的磁動勢平衡方程式可寫為： F1+F2=F0或：或： I1N1+I2N2=I0N122.2.222.2.2.)(ZIEjxRIEU2x2x 將上式進行變化，可得：將上式進行變化，可得： F1=F0+（-F2） 或：或：I1=I0+（-N2/N1I2）=I0+（-I2/K） 這說明變壓器負載運行時通過磁動勢平衡，這說明變壓器負載運行時通過磁動勢平衡，使原、副方的電流緊密地聯系在一起，副方使原、副方的電流緊密地聯系在一起，副方通過磁動勢平衡對原方

26、產生影響，副方電流通過磁動勢平衡對原方產生影響，副方電流的改變必將引起原方電流的改變，電能就是的改變必將引起原方電流的改變，電能就是這樣從原方傳到了副方。這樣從原方傳到了副方。 四、變壓器參數的折算：四、變壓器參數的折算： 由于原、副繞組的匝數由于原、副繞組的匝數，原、副，原、副繞組的感應電動勢繞組的感應電動勢12，這就給分析變壓，這就給分析變壓器的工作特性和繪制相量圖增加了困難。器的工作特性和繪制相量圖增加了困難。為了克服這個困難，常用一假想的繞組來為了克服這個困難，常用一假想的繞組來代替其中一個繞組，使之成為變比代替其中一個繞組，使之成為變比k=的的變壓器，這樣就可以把原、副繞組聯成一變壓

27、器，這樣就可以把原、副繞組聯成一個等效電路，從而大大簡化變壓器的分析個等效電路，從而大大簡化變壓器的分析計算。這種方法稱為繞組折算。折算后的計算。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上標號量在原來的符號上加一個上標號“”以以示區(qū)別。示區(qū)別。 折算的本質：在由副方向原方折算時，在由副方向原方折算時， 由于副方通過磁動勢平衡對原方產生影響，由于副方通過磁動勢平衡對原方產生影響，因此，只要保持副方的磁動勢不變，則變因此，只要保持副方的磁動勢不變，則變壓器內部電磁關系的本質就不會改變。壓器內部電磁關系的本質就不會改變。即即折算前后副方對整個回路的電磁關系的影折算前后副方對整個回路的電磁

28、關系的影響關系不能發(fā)生變化！響關系不能發(fā)生變化！副方各量折算方法如下：1）副方電流的折算值 : .2221ININ2I= kIINNI.2.221.22）付方電動勢的折算值：）付方電動勢的折算值： 于折算前后主磁通和漏磁通均未改變，于折算前后主磁通和漏磁通均未改變，根據電動勢與匝數成正比的關系可得根據電動勢與匝數成正比的關系可得3）付方漏阻抗的折算值：根據折算前后）付方漏阻抗的折算值：根據折算前后副繞組的銅損耗不變的原則，的：副繞組的銅損耗不變的原則，的：2.2.212.EkENNE.22.EkE2222222222222222222222)()()(ZkjxRkjxRZxkxIIxRkRII

29、R為：所以，漏阻抗的折算值無功損耗不變，得由折算前后付方漏磁通五、折算后得基本方程式、等效電路和相五、折算后得基本方程式、等效電路和相量圖：量圖：1、基本方程式：、基本方程式：2、等效電路：、等效電路：3）相量圖： 六、等效電路圖的簡化：六、等效電路圖的簡化： 考慮到考慮到ZmZ1，I1NI0，當負載變化時，當負載變化時，變化很小，可以認為不隨負載的變化而變變化很小，可以認為不隨負載的變化而變化。這樣，便可把化。這樣，便可把T型等效電路進行簡化處型等效電路進行簡化處理：理： v Zk=Z1+ 2= Rk+j 通常在做定性分析時用相量圖比較形象通常在做定性分析時用相量圖比較形象直觀，而在做定量計

30、算時用等效電路比直觀，而在做定量計算時用等效電路比較簡便。較簡便。 21RRRk21xxxkZkx3.4 變壓器參數的測定變壓器參數的測定 變壓器等效電路中的各種電阻、電抗或阻抗如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，它們對變壓器運等稱為變壓器的參數，它們對變壓器運行能有直接的影響。所以，我們有必要看一下各種行能有直接的影響。所以，我們有必要看一下各種參數是如何測定得通過實驗的方法。參數是如何測定得通過實驗的方法。一、空載實驗：一、空載實驗：試驗目的試驗目的:測定變壓器的空載電流測定變壓器的空載電流I I0 0、變比變比k、 空載損空載損耗耗p p0

31、 0及勵磁阻抗及勵磁阻抗Z Zm m= =R Rm m+jx+jxm m?？蛰d試驗接線：如圖所示空載試驗接線：如圖所示 注意：注意：為了便于測量和安全起見，通常在為了便于測量和安全起見，通常在低壓側加電壓，將高壓側開路。低壓側加電壓，將高壓側開路。 實驗過程：外加電壓實驗過程：外加電壓從額定電壓開始在一從額定電壓開始在一定范圍內進行調節(jié)定范圍內進行調節(jié) 實驗目的：在電壓變化的過程中，記錄相實驗目的：在電壓變化的過程中，記錄相應的空載電流，空載損耗，作出相應的曲應的空載電流，空載損耗，作出相應的曲線，找出當電壓為額定時相對應的空載電線，找出當電壓為額定時相對應的空載電流和空載損耗，作為計算勵磁參

32、數得依據。流和空載損耗，作為計算勵磁參數得依據。 結論：在空載情況下，我們可以從前面所學結論：在空載情況下，我們可以從前面所學的空載等效電路圖中看出，空載時，的空載等效電路圖中看出，空載時， Z0=Z1+Zm=（R1+j）+（Rm+jm）。）。通常通常Rm R1，m ， ， 故 可 認 為故 可 認 為 Z0 Zm=Rm+jm，于是：于是：這樣，我們這樣，我們測得相關參數。測得相關參數。01IUZm200IpRmRZmmmx22注意：注意：1.由于勵磁參數與磁路的飽和程度由于勵磁參數與磁路的飽和程度有關，故應取額定電壓下的數據來計算有關，故應取額定電壓下的數據來計算勵磁參數。勵磁參數。2.對于

33、三相變壓器，按上式對于三相變壓器，按上式計算時計算時U1、I0、p0均為每相值。但測量均為每相值。但測量給出的數據卻是線電壓、線電流和三相給出的數據卻是線電壓、線電流和三相總功率，總功率，3.此時的空載損耗此時的空載損耗p0為鐵耗為鐵耗.。由于空載試驗是在低壓側進行的，故測得由于空載試驗是在低壓側進行的，故測得的激磁參數是折算至低壓側的數值。如的激磁參數是折算至低壓側的數值。如果需要折算到高壓側，應將上述參數乘果需要折算到高壓側，應將上述參數乘2。這里這里是變壓器的變化，可通過空是變壓器的變化，可通過空載試驗求出：載試驗求出：axAXNUUkUU201 二、短路實驗：二、短路實驗： 實驗過程：

34、將變壓器的副邊直接短路，副邊的電實驗過程：將變壓器的副邊直接短路，副邊的電壓等于零，稱為變壓器短路運行方式。壓等于零，稱為變壓器短路運行方式。 實驗方法：實驗方法：為便于測量，通常在高壓側加電壓，為便于測量，通常在高壓側加電壓，將低壓側短路。將低壓側短路。短路試驗將在降低電壓下進行，短路試驗將在降低電壓下進行，使使I Ik k不超過不超過1.21.2I I1N1N。實驗目的：在不同的電壓下測出短路特性曲線實驗目的：在不同的電壓下測出短路特性曲線I Ik k= =f f( (U Uk k) )、p pk k= =f f（U Uk k），），如圖所示，根據額定電流如圖所示，根據額定電流時的時的p

35、pk k、U Uk k值，可以計算出變壓器的短路參數。值，可以計算出變壓器的短路參數。 Xk =注意：注意：1.短路時，從短路的等效電路圖可以看短路時，從短路的等效電路圖可以看出，此時的短路損耗以銅耗為主出，此時的短路損耗以銅耗為主 2.因電阻會因電阻會隨著溫度發(fā)生變化，所以，我們的所得值要隨著溫度發(fā)生變化，所以，我們的所得值要換算到標準工作溫度下換算到標準工作溫度下75度：度：Rk75 =Rk （對銅導線而言）對銅導線而言） NkkIUZIU1212NkkkkIpIpRRZ225 .234755 .234vRk75= Rk （對鋁線對鋁線 ）所以，相應的所以，相應的Zk75= 短路損耗和短路

36、電壓也應換算到短路損耗和短路電壓也應換算到750C的值的值pkN= Rk75 UkN=I1N Zk75 對于三相變壓器，按上式計算時對于三相變壓器，按上式計算時pk、Ik、Uk均為一相的數值均為一相的數值。22875228xRC22750IN21 3.5 變壓器的運行特性變壓器的運行特性一、標幺值一、標幺值 標么值標么值= =實際值實際值/ /基值基值通常取各量的額定值作為基值。通常取各量的額定值作為基值。 采用標幺值的優(yōu)點：采用標幺值的優(yōu)點： 1.采用標么值可以簡化各量的數值，并能直觀地看出采用標么值可以簡化各量的數值，并能直觀地看出變壓器的運行情況。變壓器的運行情況。 2.采用標么值計算，

37、原、副方各量均不需要折算采用標么值計算，原、副方各量均不需要折算 3.用標么值表示，電力變壓器的參數和性能指標總在用標么值表示，電力變壓器的參數和性能指標總在一定的范圍之內，便于分析比較。一定的范圍之內，便于分析比較。 例如短路阻抗例如短路阻抗Zk*=0.040.175，空載電空載電流流 I0*=0.020.10。 4.采用標么值，某些不同的物理量具有采用標么值，某些不同的物理量具有相同的數值。相同的數值。 Z k*=UKN*二、電壓變化率二、電壓變化率(定義式定義式)：1、%100%100%100%1212222220NNNNNUUUUUUUUUU2、簡化公式：通過向量圖的我們可以將電壓變化

38、、簡化公式：通過向量圖的我們可以將電壓變化率得求解公式進行簡化。率得求解公式進行簡化。U= 100 =Rk*cos2+xk*sin2100% ：稱為變壓器的負載系數稱為變壓器的負載系數 ，由此，當由此，當U1=U1N，cos 2 =常數時，我們可以作常數時，我們可以作出相應的出相應的U2隨著隨著I2變化的變化的U2=f(I2)曲線：曲線：UUUNN*1*2*1*2*1II 此曲線我們稱之為變壓器的外特性。此曲線我們稱之為變壓器的外特性。 此外，需要注意的是：當負載為感性時此外，需要注意的是：當負載為感性時 上式說明，電壓變化率與負載的大小上式說明，電壓變化率與負載的大小 （值）成正比。在一定的

39、負載系數下，（值）成正比。在一定的負載系數下， 漏漏阻抗（阻抗電壓）的標么值越大，電壓變阻抗（阻抗電壓）的標么值越大，電壓變化率也越大。此外，電壓變化率還與負載化率也越大。此外，電壓變化率還與負載的性質，即功率因角數的性質，即功率因角數 2的大小和正的大小和正負有負有關。關。 三、變壓器的損耗和效率：三、變壓器的損耗和效率： 1、變壓器的功率關系：、變壓器的功率關系： 變壓器原邊從電網吸收電功率變壓器原邊從電網吸收電功率P1，其中很其中很小部分功率消耗在原繞組的電阻上小部分功率消耗在原繞組的電阻上(pcu1=mI12R1)和鐵心損耗上和鐵心損耗上(pFe=mI02Rm)。其余部分通過電磁感應傳

40、給副繞組，稱為其余部分通過電磁感應傳給副繞組，稱為電磁功率電磁功率PM。副繞組獲得的電磁功率中又副繞組獲得的電磁功率中又有很小部分消耗在副繞組的電阻上有很小部分消耗在副繞組的電阻上(pcu2=mI22R2)，其余的傳輸給負載，即輸其余的傳輸給負載，即輸出功率出功率:2222cosImUP 這樣，變壓器的功率關系可表示如下：這樣，變壓器的功率關系可表示如下：所以變壓器的效率為：所以變壓器的效率為：2、效率的求解：、效率的求解：1）以按給定負載條件直接給變壓器加負載，以按給定負載條件直接給變壓器加負載，測出輸出和輸入有功功率就可以計算出來。測出輸出和輸入有功功率就可以計算出來。這種方法稱為直接負載

41、法這種方法稱為直接負載法 2211PpppPcuFecu%10011%10012Ppppp 2）電力變壓器可以應用間接法計算效率，電力變壓器可以應用間接法計算效率， 間接法又稱損耗分析法。間接法又稱損耗分析法。其優(yōu)點在于無需給變壓其優(yōu)點在于無需給變壓器直接加負載，也無需運用等效電路計算，器直接加負載，也無需運用等效電路計算，只要只要進行空載試驗和短路試驗，測出額定電壓時的空進行空載試驗和短路試驗，測出額定電壓時的空載損耗載損耗p p0 0和額定電流時的短路損耗和額定電流時的短路損耗p pkNkN就可以方便就可以方便地計算出任意負載下的效率。地計算出任意負載下的效率。在應用間接法求變壓器的效率時

42、通常作如下假定：在應用間接法求變壓器的效率時通常作如下假定： 1.忽略變壓器空載運行時的銅耗，用額定電壓下的忽略變壓器空載運行時的銅耗，用額定電壓下的空載損耗空載損耗p0來代替鐵耗來代替鐵耗pFe，即即pFe=p0，它不隨負它不隨負載大小而變化，稱為不變損耗；載大小而變化，稱為不變損耗； 2.忽略短路試驗時的鐵耗，用額定電流時的短路忽略短路試驗時的鐵耗，用額定電流時的短路損耗損耗pkN來代替額定電流時的銅耗。但需要注意的來代替額定電流時的銅耗。但需要注意的是：是： 不同負載時的銅耗與負載系數的平方成正不同負載時的銅耗與負載系數的平方成正比，比，當短路損耗當短路損耗pk不是在不是在IK=IN時測

43、的，則時測的，則pkN=(IN/IK)2PK。3. 不考慮變壓器副邊電壓的變化，即認為不考慮變壓器副邊電壓的變化，即認為U2=U2N不變，這樣便有不變，這樣便有P2=mU2I2 cos2=mU2NI2N(I2/I2N)cos2 = SN cos 2 kNcupp2 這樣，效率的公式可變?yōu)椋哼@樣，效率的公式可變?yōu)椋?= *100% 以上的假定引起的誤差不大（不超過以上的假定引起的誤差不大（不超過0.5），卻給計算帶來很大方便，電力變壓），卻給計算帶來很大方便，電力變壓器規(guī)定都用這種方法來計算效率。器規(guī)定都用這種方法來計算效率。3.3.效率特性：效率特性： 上式說明，當負載的功率因數上式說明，當負

44、載的功率因數cos 2一定一定時，效率隨負載系數而變化。圖為變壓器時，效率隨負載系數而變化。圖為變壓器的效率曲線。的效率曲線。 ppSppkNNkN20220cos1 特性分析：特性分析： 1.空載時輸出功率為零，所以空載時輸出功率為零，所以=0。 2.負載較小時，損耗相對較大，功率負載較小時，損耗相對較大，功率較低。較低。 3.負載增加，效率負載增加，效率亦隨之增加。超過某一亦隨之增加。超過某一負載時，因銅耗與成正比增大，效率負載時，因銅耗與成正比增大，效率反而反而降低，最大效率降低，最大效率出現在出現在 =0的地方。因此，的地方。因此，取取對對的導數，并令其等于零，即可求出的導數，并令其等

45、于零，即可求出最高效率最高效率max時的負載系數時的負載系數m m=dd= ppkN0 max= 100 即當不變損耗（鐵耗）等于可變損耗（銅耗）即當不變損耗（鐵耗）等于可變損耗（銅耗）時效率最大。時效率最大。由于變壓器總是在額定電壓下運行，但不可由于變壓器總是在額定電壓下運行，但不可能長期滿負載。為了提高運行的經能長期滿負載。為了提高運行的經濟性，濟性，通常設計成通常設計成m=0.50.6，這樣，這樣，使鐵耗較小使鐵耗較小pSpNm0202cos2141310ppkN3.6 3.6 三三 相相 變變 壓壓 器器 三相變壓器的特殊問題：三相變壓器的特殊問題： 三相變壓器的磁路系統(tǒng)、三相變壓器繞

46、組的三相變壓器的磁路系統(tǒng)、三相變壓器繞組的連接方法和聯結組、三相變壓器空載電動勢連接方法和聯結組、三相變壓器空載電動勢的波形和三相變壓器的不對稱運行等。的波形和三相變壓器的不對稱運行等。 3.6.1 3.6.1 三相變壓器的磁路三相變壓器的磁路系統(tǒng)系統(tǒng)三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相變壓器的磁路系統(tǒng)可分為各相磁路獨立和可分為各相磁路獨立和各相磁路相關兩大類。各相磁路相關兩大類。一、各相磁路獨立一、各相磁路獨立:三相變壓器組或組式三相變壓器三相變壓器組或組式三相變壓器,如圖所示如圖所示 特點：特點：1.顯然各相磁路相互獨立彼此無關顯然各相磁路相互獨立彼此無關 2.當原方接三相對稱電源時，各相主當原方接三

47、相對稱電源時，各相主磁通和勵磁電源也是對稱的。磁通和勵磁電源也是對稱的。二、各相磁路相關：二、各相磁路相關：如圖所示，如圖所示， 可見，此時的各相磁通之間是相互聯可見，此時的各相磁通之間是相互聯系的，即：系的，即： 特點：特點：在這種鐵心結構的變壓器中，任在這種鐵心結構的變壓器中，任一瞬間某一一瞬間某一相的磁通均以其他兩相鐵心相的磁通均以其他兩相鐵心為回路，因此各相磁路彼此相關聯。為回路，因此各相磁路彼此相關聯。 .0CBA3.6.2三相變壓器的電路系統(tǒng)三相變壓器的電路系統(tǒng)-繞組的連繞組的連接法與聯結組接法與聯結組一、繞組的端點標志與極性：一、繞組的端點標志與極性： 首先，我們來了解一下變壓器

48、出線端的標志首先，我們來了解一下變壓器出線端的標志符號：符號：繞組名繞組名 單相變壓器單相變壓器三相變壓器三相變壓器首首 端端末末 端端首首 端端末末 端端中中 點點高壓繞組高壓繞組AXA B CX Y ZN低壓繞組低壓繞組ax a b c x y zn中壓繞組中壓繞組NmXmCBAmmmZYXmmmmA 同極性同極性(名名)端端：由于變壓器高、低壓繞組交鏈著由于變壓器高、低壓繞組交鏈著同一主磁通，當某一瞬間高壓繞組的某一端為正同一主磁通，當某一瞬間高壓繞組的某一端為正電位時，在低壓繞組上必有一個端點的電位也為電位時，在低壓繞組上必有一個端點的電位也為正，則這兩個對應的端點稱為同極性端，并在對

49、正，則這兩個對應的端點稱為同極性端，并在對應的端點上用符號應的端點上用符號“”標出。標出。注意：注意：繞組的極性只決定于繞組的繞向，與繞組首、繞組的極性只決定于繞組的繞向，與繞組首、尾端的標志無關。尾端的標志無關。規(guī)定繞組電動勢的正方向為從規(guī)定繞組電動勢的正方向為從首端指向末端。當同一鐵心柱上高、低壓繞組首首端指向末端。當同一鐵心柱上高、低壓繞組首端的極性相同時，其電動勢相位相同，如圖所示。端的極性相同時，其電動勢相位相同，如圖所示。當首端極性不同時，高、低壓繞組電動勢相位相當首端極性不同時，高、低壓繞組電動勢相位相反，如圖：反，如圖： 二、單相變壓器的聯結組二、單相變壓器的聯結組： 1 1、

50、變壓器的聯結組：三相變壓器高、低壓繞組對、變壓器的聯結組：三相變壓器高、低壓繞組對應的應的線電動勢線電動勢之間的相位差，通常用時鐘法來表之間的相位差，通常用時鐘法來表示，稱為變壓器的聯結組。示，稱為變壓器的聯結組。 2 2、時鐘法：時鐘法：即把高壓繞組的線電動勢相量作為時即把高壓繞組的線電動勢相量作為時鐘的長針，且固定指向鐘的長針，且固定指向1212的位置，對應的低壓繞的位置，對應的低壓繞組的線電動勢相量作為時鐘的短針，其所指的鐘組的線電動勢相量作為時鐘的短針，其所指的鐘點數就是變壓器聯結組的標號。點數就是變壓器聯結組的標號。3、單相變壓器的聯結組號：、單相變壓器的聯結組號： 如圖所示：如圖所

51、示：對于單相變壓器，當高、低壓繞組電對于單相變壓器，當高、低壓繞組電動勢相位相同時，聯結組為動勢相位相同時，聯結組為I I，I0I0，其中其中I I，I I表示表示高、低壓繞組都是單相繞組。當高、低壓繞組電高、低壓繞組都是單相繞組。當高、低壓繞組電動勢相位相反時，其聯結組為動勢相位相反時，其聯結組為I I，I6I6。 三、三相繞組的聯結方式：三、三相繞組的聯結方式： 對于三相變壓器，不論是高壓繞組還是低壓繞對于三相變壓器，不論是高壓繞組還是低壓繞組，組， 我國主要采用我國主要采用星形連接（星形連接（Y連接）和三角形連接）和三角形連接（連接（D連接）兩種。連接）兩種。星形連接方式：星形連接方式：

52、以高壓繞組為例，把三相繞組的以高壓繞組為例，把三相繞組的個末端個末端X、Y、Z連在一起，結成中點，而把它們連在一起，結成中點，而把它們的三個首端的三個首端A、B、C引出，便是星形連接，以符引出，便是星形連接，以符號號Y表示。表示。三角形連接方式：三角形連接方式：如果把一相的末端和另一相首端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，稱為三角形連連接起來，順序形成一閉合電路，稱為三角形連接，用接，用D D表示。表示。注意：相應的是對于低壓側而言，用注意：相應的是對于低壓側而言，用 y,dy,d表示。表示。 四、三相變壓器的聯結組：四、三相變壓器的聯結組： 三相變壓器的聯結組三相變壓

53、器的聯結組高、低繞組對高、低繞組對應線電動勢之間的相位差，不僅與繞組的應線電動勢之間的相位差，不僅與繞組的極性（繞法）和首末端的標志有關，而且極性（繞法）和首末端的標志有關，而且與繞組的連接方式有關與繞組的連接方式有關。 1、Y，y接法 如圖所示： 當各相繞組同鐵心柱時，當各相繞組同鐵心柱時，Y，y接法有兩接法有兩種情況。種情況。 1 1）、）、高、低壓繞組同極性端有相同的首高、低壓繞組同極性端有相同的首端標志，高、低壓繞組相電動勢相位相同，端標志，高、低壓繞組相電動勢相位相同，則高、低壓繞組對應線電動勢和也同相位，則高、低壓繞組對應線電動勢和也同相位，其聯結組為其聯結組為Y，y0。 2）、同

54、極性端有相異的端點標志，高、）、同極性端有相異的端點標志，高、低壓繞組相電動勢相位相反，則對應的線低壓繞組相電動勢相位相反，則對應的線電動勢和相位也相反，因此其聯結組為電動勢和相位也相反，因此其聯結組為Y，y6。 如果高低繞組的三相標記不變，將低壓繞如果高低繞組的三相標記不變，將低壓繞組的三相標記依次輪換，如組的三相標記依次輪換，如ba，cb，ac；yx，zy，xz，則可得到其他則可得到其他聯結組別，例如聯結組別，例如Y，y4；Y，y8；Y，y10；Y，y2等偶數聯結組。等偶數聯結組。 2、Y，d接法接法 在用相量圖判斷變壓器的聯結組時應注意在用相量圖判斷變壓器的聯結組時應注意以下幾點：以下幾

55、點：1）繞組的極性只表示繞組的繞法，與繞組首末端）繞組的極性只表示繞組的繞法，與繞組首末端的標志無關；的標志無關；2）高、低壓繞組的相電動勢均從首端指向末端，）高、低壓繞組的相電動勢均從首端指向末端，線電動勢從線電動勢從A指向指向B； 3）同一鐵心柱上的繞組（在連接圖中為上下對應同一鐵心柱上的繞組（在連接圖中為上下對應的繞組），首端為同極性時相電動勢相位相同，的繞組），首端為同極性時相電動勢相位相同，首端為異極性時相電動勢相位相反；首端為異極性時相電動勢相位相反；4）相量圖中）相量圖中A、B、C與與a、b、c的排列順序必須同的排列順序必須同為為順時針順時針排列，即原、副方同為正相序。排列，即原

56、、副方同為正相序。 5)對于對于Y,y連接而言連接而言,可的可的0,2,4,6,8,10六個六個偶數的聯結組號偶數的聯結組號. 相對于相對于Y,d而言而言,就可的就可的1,3,5,7,9,11六個奇六個奇數的聯結組號數的聯結組號. 5、標準聯結組：、標準聯結組： 總的來說，Y，y接法和D，d接法可以有0、2、4、6、8、10等6個偶數聯結組別，Y，d接法和D，d接法可以有1、3、5、7、9、11等6個奇數組別，因此三相變壓器共有12個不同的聯結組別。為了使用和制造上的方便，我國國家標準規(guī)定只生產下列我國國家標準規(guī)定只生產下列5種標準聯結組別的電力變壓器，即種標準聯結組別的電力變壓器，即Y，yn

57、0；Y，d11；YN，d11；YN，y0；Y，y0。其其中以前中以前3種最為常用。對于單相變壓器，標種最為常用。對于單相變壓器，標準聯結組為準聯結組為I，I0。v *3.6.3 3.6.3 三相變壓器空載電動勢三相變壓器空載電動勢的波形的波形 在分析單相變壓器的空載運行時指出，由于在分析單相變壓器的空載運行時指出，由于磁路存在著飽和現象，當主磁通為正弦波時，磁路存在著飽和現象，當主磁通為正弦波時，勵磁電流為尖頂波，其中除基波外還主要包勵磁電流為尖頂波，其中除基波外還主要包含有三次諧波。但在三相變壓器中，三次諧含有三次諧波。但在三相變壓器中，三次諧波電流在時間上相位相同。即波電流在時間上相位相同

58、。即tIimA3sin33ttIIimmB3sin)120(3sin3033ttIIimmC3sin)240(3sin3033 可見，在三相中三次可見，在三相中三次諧波諧波 在時間上是同在時間上是同相位的，所以，它的流通與否與三相繞組相位的，所以，它的流通與否與三相繞組的連接方式有關：的連接方式有關：如果三相變壓器的原繞組為如果三相變壓器的原繞組為YN或或D接法，則接法，則三次諧波電流可以流通，各相磁化電流為三次諧波電流可以流通，各相磁化電流為尖頂波。在這種情況下，不論副方是尖頂波。在這種情況下，不論副方是y接法接法或或d接法，鐵心中的主磁通均為正弦波，因接法，鐵心中的主磁通均為正弦波，因此各

59、相電動勢也為正弦波。此各相電動勢也為正弦波。下面進行詳細分析：下面進行詳細分析：1、Y,y連接的三相變壓器：連接的三相變壓器： 在這種接法里，三次諧波電流不能流通，勵磁在這種接法里，三次諧波電流不能流通，勵磁電流近似為正弦波。由于鐵心的飽和現象，磁通電流近似為正弦波。由于鐵心的飽和現象，磁通近似為平頂波，除基波外，還主要包含有三次諧近似為平頂波，除基波外，還主要包含有三次諧波磁通，如圖所示。但三次諧波磁通的大小決定波磁通，如圖所示。但三次諧波磁通的大小決定于三相變壓器的磁路系統(tǒng)。于三相變壓器的磁路系統(tǒng)。1各相磁路獨立的三相變壓器組各相磁路獨立的三相變壓器組 三次諧波磁通較大，加之三次諧波磁通較

60、大，加之 ，所以三次，所以三次諧波電動勢相當大，其幅值可達基波電動勢幅值諧波電動勢相當大，其幅值可達基波電動勢幅值的的4560%，導致相電動勢波形嚴重畸變，所產，導致相電動勢波形嚴重畸變，所產生的過電壓可能危害繞組的絕緣。因此，生的過電壓可能危害繞組的絕緣。因此，三相變三相變壓器組不能采用壓器組不能采用Y Y，y y連接，連接，但在線電動勢中，由但在線電動勢中，由于三次諧波電動勢互相抵消，其波形仍為正弦波。于三次諧波電動勢互相抵消，其波形仍為正弦波。ff313 2 磁路彼此關聯的三相心式變壓器磁路彼此關聯的三相心式變壓器 在這種磁路結構中，各相大小相等、相位相在這種磁路結構中，各相大小相等、相