[計算機硬件及網(wǎng)電機學變壓器

1、 本章重點本章重點 (1)(1)變壓器工作原理變壓器工作原理 (2)(2)變壓器的基本方程式和電磁關系變壓器的基本方程式和電磁關系 (3)(3)變壓器的等效電路變壓器的等效電路 本章難點本章難點 (1)(1)變壓器的等效電路及參數(shù)含義變壓器的等效電路及參數(shù)含義 (2)(2)三相變壓器的聯(lián)結組判別三相變壓器的聯(lián)結組判別2.1 變壓器的工作原理及基本結構變壓器的工作原理及基本結構2.2 變壓器的空載運行變壓器的空載運行2.3 變壓器的負載運行變壓器的負載運行2.4 變壓器的參數(shù)測定變壓器的參數(shù)測定2.5 變壓器的運行特性變壓器的運行特性2.6 三相變壓器的聯(lián)結組三相變壓器的聯(lián)結組2.7 三相變壓器

2、的并聯(lián)運行三相變壓器的并聯(lián)運行2.8 特種變壓器特種變壓器發(fā)電機發(fā)電機11kv11kv升壓變壓器升壓變壓器110kv110kv三繞組三繞組變壓器變壓器230kv230kv去系統(tǒng)另一部分去系統(tǒng)另一部分降壓變壓器降壓變壓器11kv11kv配電變壓器配電變壓器其他負載其他負載d d電力系統(tǒng)中變壓器的使用電力系統(tǒng)中變壓器的使用2.1 2.1 變壓器的工作原理及基本結構變壓器的工作原理及基本結構變壓器工作原理演變壓器工作原理演示如右示如右：用鼠標點擊，先合用鼠標點擊，先合上電源，再合負載上電源，再合負載原邊原邊一次側一次側初級初級副邊副邊二次側二次側次級次級1 1、變壓器工作原理、變壓器工作原理 變壓器

3、通過電磁感應原理，或者利用互感作用從一個電路變壓器通過電磁感應原理，或者利用互感作用從一個電路向另一個電路傳遞能量的電器。兩個互相絕緣的繞組套在向另一個電路傳遞能量的電器。兩個互相絕緣的繞組套在同一鐵心上，他們之間有磁的耦合，沒有電路的直接聯(lián)系。同一鐵心上，他們之間有磁的耦合，沒有電路的直接聯(lián)系。當原邊接到交流電源時，原邊有交流電流并在鐵心中產(chǎn)生當原邊接到交流電源時，原邊有交流電流并在鐵心中產(chǎn)生交變磁通，根據(jù)電磁感應定律，原、副邊繞組分別感應電交變磁通，根據(jù)電磁感應定律，原、副邊繞組分別感應電勢勢e e1 1、e e2 ,2 ,副邊有了電勢可向負載供電，實現(xiàn)能量傳遞，調(diào)副邊有了電勢可向負載供電

4、，實現(xiàn)能量傳遞，調(diào)節(jié)變比節(jié)變比k k即可達到變壓的目的。即可達到變壓的目的。e1=-n1ddte2=-n2ddtk=n1n2變壓比(1) 按按用途用途 電力變壓器、整流變壓器、儀用變壓器、特種變壓器電力變壓器、整流變壓器、儀用變壓器、特種變壓器(2) 按按相數(shù)相數(shù) 單相、三相、多相變壓器單相、三相、多相變壓器(3) 按按結構結構 雙繞組變壓器、三繞組變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器、 多繞組變壓器、自耦變壓器等多繞組變壓器、自耦變壓器等(4) 按按冷卻方式冷卻方式 干式、油浸式、充氣式變壓器干式、油浸式、充氣式變壓器2. 2. 變壓器的分類變壓器的分類電子變壓器干式變壓器電源變壓器電力變壓器

5、電力變壓器電力變壓器電力變壓器電力變壓器繞組和裝配繞組和裝配 s9 型配電變壓器型配電變壓器（10 kv） 大型油浸電力變壓器大型油浸電力變壓器 大型油浸電力變壓器大型油浸電力變壓器 干式變壓器干式變壓器 3.3.變壓器的基本結構和主要部件變壓器的基本結構和主要部件單擊播放主要部件：鐵心和繞組（構成器身）；還有油箱、絕緣套管、主要部件：鐵心和繞組（構成器身）；還有油箱、絕緣套管、分接開關、安全氣道等分接開關、安全氣道等 三相油浸式電力變壓器三相油浸式電力變壓器 三相變壓器三相變壓器(1) 鐵心鐵心既是磁路，也是套裝繞組的骨架既是磁路，也是套裝繞組的骨架包括：心柱（套有繞組）和鐵軛（形成閉合磁路

6、）包括：心柱（套有繞組）和鐵軛（形成閉合磁路）由由0.350.5mm厚硅鋼片疊成或非晶合金制成厚硅鋼片疊成或非晶合金制成結構上分為：心式和殼式，電力變壓器主要用心式結構上分為：心式和殼式，電力變壓器主要用心式鐵鐵心心柱柱鐵鐵心心柱柱鐵鐵 軛軛鐵鐵 軛軛11112222 心式變壓器心式變壓器低壓繞組低壓繞組高壓繞組高壓繞組 (a) 單相心式變壓器示意圖單相心式變壓器示意圖 （b b）心式變壓器）心式變壓器鐵鐵 鐵鐵 鐵鐵 心心軛軛 柱柱 軛軛1122 單相殼式變壓器單相殼式變壓器 (2) 繞組繞組 是變壓器的電路部分，用紙包或紗包的絕緣扁線或圓線繞成是變壓器的電路部分，用紙包或紗包的絕緣扁線或圓

7、線繞成高壓繞組匝數(shù)多，導線細；低壓繞組匝數(shù)少，導線粗高壓繞組匝數(shù)多，導線細；低壓繞組匝數(shù)少，導線粗依照高低壓繞組的相對位置分為：同心式，交疊式依照高低壓繞組的相對位置分為：同心式，交疊式鐵鐵 鐵鐵 鐵鐵 心心軛軛 柱柱 軛軛1122鐵鐵心心柱柱鐵鐵心心柱柱鐵鐵 軛軛鐵鐵 軛軛11112222同心式繞組同心式繞組交疊式繞組交疊式繞組(3)油箱及其他附件油箱及其他附件 n油箱 n儲油柜 n呼吸器 n冷卻器 n絕緣套管 n分接開關 n壓力釋放閥 n氣體繼電器 4.4.變壓器銘牌和額定值變壓器銘牌和額定值(1) 額定電壓額定電壓 u1n / u2n 指空載電壓的額定值。指空載電壓的額定值。 即當即當

8、u1 = u1n 時時, u20 = u2n 如銘牌上標注如銘牌上標注: 電壓電壓 10 000 / 230 v 對三相變壓器是指對三相變壓器是指線電壓線電壓。(2) 額定電流額定電流 i1n / i2n 指滿載電流值，即長期工作所允許的最大電流。指滿載電流值，即長期工作所允許的最大電流。 三相變壓器是指線電流。三相變壓器是指線電流。 指視在功率的額定值。指視在功率的額定值。 單相變壓器：單相變壓器： sn = u2n i2n = u1n i1n 三相變壓器：三相變壓器： (3) 額定功率（額定容量）額定功率（額定容量） sn(4) 額定頻率額定頻率 fn 一般：一般： fn = 50hz（工

9、頻）工頻）sn =3 u2n i2n =3 u1n i1n (5) 額定相數(shù)，效率，溫升，短路電流，運行方式，冷卻額定相數(shù)，效率，溫升，短路電流，運行方式，冷卻方式，接線圖，連接組別等等。方式，接線圖，連接組別等等。2.2 2.2 變壓器的空載運行變壓器的空載運行 原邊加額定電壓，副邊開路、負載電流為零時的運行情原邊加額定電壓，副邊開路、負載電流為零時的運行情況，稱為變壓器的況，稱為變壓器的空載運行空載運行。一、電磁關系分析一、電磁關系分析me1e2e11u1u2i0i2=0變壓器空載運行變壓器空載運行正方向規(guī)定正方向規(guī)定（1 1）原邊繞組內(nèi)電流的正方向與電源電壓正方向一致；）原邊繞組內(nèi)電流的

10、正方向與電源電壓正方向一致；（2 2）按右手螺旋關系，正方向的電流產(chǎn)生正方向的磁通；）按右手螺旋關系，正方向的電流產(chǎn)生正方向的磁通；（3 3）感應電勢正方向與產(chǎn)生該電動勢的磁通方向之間符合）感應電勢正方向與產(chǎn)生該電動勢的磁通方向之間符合右手螺旋關系，故感應電勢與電流正方向一致。右手螺旋關系，故感應電勢與電流正方向一致。副邊：副邊：（1 1）副邊繞組感應電勢正方向與）副邊繞組感應電勢正方向與產(chǎn)生該電動勢的磁通正方產(chǎn)生該電動勢的磁通正方向之間符合右手螺旋關系；向之間符合右手螺旋關系；（2 2）副邊繞組電流正方向與副邊繞組電動勢正方向一致；）副邊繞組電流正方向與副邊繞組電動勢正方向一致；（3 3）副

11、邊繞組端電壓的正方向與電流正方向一致。）副邊繞組端電壓的正方向與電流正方向一致。n主、漏磁通的區(qū)別主、漏磁通的區(qū)別(1) (1) 性質上性質上 0 0與與i i0 0成非線性關系，成非線性關系， 11與與i i0 0成線性關系；成線性關系；(2) (2) 數(shù)量上數(shù)量上 0 0占占99%99%以上，以上，11僅占僅占1%1%以下；以下；(3) (3) 作用上作用上 0 0起傳遞能量的作用，起傳遞能量的作用， 11起漏抗壓降作用。起漏抗壓降作用。u1i0f0=n1i0e1e2e11m111212esin()sin()dmdtmnntet 222222esin()sin()dmdtmnntet 設設

12、 = m sint則則n電磁關系分析電磁關系分析忽略漏阻抗壓降后有效值：忽略漏阻抗壓降后有效值：mfneu11144. 4故：故：111144.444.4fnufnem電勢有效值：電勢有效值：111124.442mmmeefnfn二、電壓平衡方程式二、電壓平衡方程式正方向規(guī)定如前，注意：正方向規(guī)定如前，注意： （1 1）正方向規(guī)定可以任意正方向規(guī)定可以任意 （2 2）通常原邊按電動機慣例對待，副邊按發(fā)電機慣例通常原邊按電動機慣例對待，副邊按發(fā)電機慣例 （3 3）習慣上，端電壓習慣上，端電壓u u表示電壓降，電勢表示電壓降，電勢e e表示電壓升表示電壓升1 1、電壓平衡方程式、電壓平衡方程式.1

13、1111ueei r 副繞組：空載時，i2=0原繞組：.22ue2 2、漏電抗、漏電抗原邊漏磁通：原邊漏磁通：寫成復數(shù)形式：其中：11111 1fn i 2111111ddienndtdt 若i1隨時間作正弦變化，則可寫成：112siniit2211111112cosdiennitdt .2111111ej nijx i 2111112xnlf l稱為原繞組稱為原繞組漏電抗漏電抗。與頻率，漏電感、匝數(shù)平方成正比，與漏磁導。與頻率，漏電感、匝數(shù)平方成正比，與漏磁導成正比。成正比。3 3、激磁電流、激磁電流 磁化電流（無功分量）磁化電流（無功分量） ，鐵耗電流（有功分量），鐵耗電流（有功分量） 。

14、i ife定義：產(chǎn)生主磁通所需要的電流，叫定義：產(chǎn)生主磁通所需要的電流，叫激磁電流激磁電流，i im m表示。表示?？蛰d時，空載時，一次側空載電流就是激磁電流一次側空載電流就是激磁電流。包含兩分量：。包含兩分量：磁路不飽和：磁化曲線線性，磁路不飽和：磁化曲線線性，i i 正弦變化，與感應電正弦變化，與感應電勢相差勢相差9090度，為純無功電流。度，為純無功電流。（1 1）磁化電流）磁化電流211122112cos2sin()2dindendtrdtnnititrr 1fn ir 2siniitit1t2tt1t2tiiti磁化電流圖解法磁化電流圖解法鐵芯飽和時：磁通正弦變化，磁化電流為尖頂波。

15、鐵芯飽和時：磁通正弦變化，磁化電流為尖頂波。it1t2tt1t2tiiti磁化電流磁化電流2 2鐵芯飽和時：當磁通為平頂波，磁化電流為正弦波。鐵芯飽和時：當磁通為平頂波，磁化電流為正弦波。（2 2）鐵耗電流（有功分量）鐵耗電流（有功分量） i ifefe與鐵心損耗對應，鐵耗電流與鐵心損耗對應，鐵耗電流 i ifefe 與與-e-e1 1同相位，為同相位，為有有功功電流。電流。n空載電流作用和性質空載電流作用和性質一方面：用來勵磁，一方面：用來勵磁，建立磁場建立磁場-無功分量無功分量另方面：供變壓器另方面：供變壓器空載損耗空載損耗-有功分量有功分量性質：主要是感性無功性質性質：主要是感性無功性質

16、-也稱勵磁電流；也稱勵磁電流；大?。号c電源電壓和頻率、線圈匝數(shù)、磁路材質大?。号c電源電壓和頻率、線圈匝數(shù)、磁路材質及幾何尺寸有關。及幾何尺寸有關。4 4、激磁阻抗、激磁阻抗類同前面漏電抗的推導，主磁通、感應電勢、磁化電抗：類同前面漏電抗的推導，主磁通、感應電勢、磁化電抗：.1fefeeir 另，鐵耗電流與電勢另，鐵耗電流與電勢- -e e1 1同相：同相：11mmfn i 21111mdididennldtdtdt 若若i i隨時間作正弦變化，上式用復數(shù)表示：隨時間作正弦變化，上式用復數(shù)表示：.211mej nijx i 磁化電抗可得，激磁電流可得，激磁電流i im m與感應電勢與感應電勢e

17、e1 1關系關系：.111()mfefeiiierjx 則有：則有：.1()mmmmmeizirjx imifeie1rfexime1rmxm222mfefexrrrx222femferxxrx三、等效電路三、等效電路u1.i0.r1x1e1.一次側等效電路一次側等效電路u1.i0.r1x1e1.變壓器空載等效電路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)。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)。xmx1rmr1xmrm磁滯、渦流效應建立空載磁通忽略漏阻抗壓降后有效值忽略漏阻抗壓降后有效值：mfneu11144. 4故：故：111144. 444. 4

18、fnufnem可知：影響主磁通大小的因素是電源電壓、電源頻率和可知：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。一次側線圈的匝數(shù)，與鐵芯的材質和幾何尺寸無關。電電勢勢方程：方程：10011101101220()()mmmmmuei rj i xirjxirjxizi zue 四、相量圖四、相量圖 可更好地表達電壓、電勢、電流之間關系。依據(jù)電壓可更好地表達電壓、電勢、電流之間關系。依據(jù)電壓平衡方程式。平衡方程式。m m作為基準相量。作為基準相量。e2.e1.ife.m.i.-e1.u1.i0r1.ji0 x1.i0.n小結小結（1 1）主磁通大小由電源

19、電壓、電源頻率和一次線圈匝數(shù)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，與磁路所用的材質及幾何尺寸基本無關。與磁路所用的材質及幾何尺寸基本無關。（2 2）空載電流大小與主磁通、線圈匝數(shù)及磁路的磁阻有關，鐵）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。心所用材料的導磁性能越好，空載電流越小。（3 3）電抗是聯(lián)系）電抗是聯(lián)系電氣量（電動勢電氣量（電動勢) )與與磁場量（磁通）磁場量（磁通）的橋梁。的橋梁。感應電動勢可用電抗壓降的形式表示。感應電動勢可用電抗壓降的形式表示。 線性磁路中，電抗為常數(shù)；線性磁路中，電抗為常數(shù)； 非線性電路中，電

20、抗的大小隨磁路的飽和而減小。非線性電路中，電抗的大小隨磁路的飽和而減小。2.3 2.3 變壓器的負載運行變壓器的負載運行原邊接入電源、副邊接負載阻抗原邊接入電源、副邊接負載阻抗zl時的運行情況，稱為時的運行情況，稱為變壓器的負載運行變壓器的負載運行。一、電磁關系分析一、電磁關系分析me1e11u1u2i1i2變壓器負載運行變壓器負載運行.e2e2.2.z zl l變壓器負載運行時的磁動勢、磁通、電動勢之間的關系變壓器負載運行時的磁動勢、磁通、電動勢之間的關系磁動勢磁動勢磁通磁通電動勢電動勢1 1n i2 2n i1 mn i12111dieldt 122dieldt11dendt 22dend

21、t 一次繞組一次繞組二次繞組二次繞組二、磁勢平衡方程式二、磁勢平衡方程式負載時，主磁通由變化后的一次繞組磁勢負載時，主磁通由變化后的一次繞組磁勢f f1 1=i=i1 1n n1 1，二次側，二次側繞組磁勢共同作用的結果。繞組磁勢共同作用的結果。前述，由于一次繞組漏抗很小，可忽略，負載時：前述，由于一次繞組漏抗很小，可忽略，負載時：mfneu11144. 4可見：可見：當外電壓當外電壓u1和頻率一定時，主磁通在負載時仍基本和頻率一定時，主磁通在負載時仍基本保持不變。也可以說：負載時的合成磁勢保持不變。也可以說：負載時的合成磁勢i1n1+i2n2和空載和空載時的磁勢時的磁勢i0n1相等。相等。.

22、12012112m0i ni ni nffff負載時磁勢平衡方程負載時磁勢平衡方程.2.10()ikii 由負載引起，稱原邊由負載引起，稱原邊電流的負載分量電流的負載分量移項，兩邊同除以移項，兩邊同除以n1n1得：得：12nkn21liik 隨著負載電流隨著負載電流i i2 2出現(xiàn)，產(chǎn)生二次側磁勢出現(xiàn)，產(chǎn)生二次側磁勢i i2 2n n2 2, ,相應的一次側相應的一次側電流從電流從i i0 0增加到增加到i i1 1，磁勢由，磁勢由i i0 0n n1 1增加到增加到i i1 1n n1 1. . 這個一次側電這個一次側電流增加的分量流增加的分量i i1l1l=-i=-i2 2/k,/k, 克

23、服了二次側的去磁效應，使鐵克服了二次側的去磁效應，使鐵心中的主磁通由空載到負載時保持基本不變。心中的主磁通由空載到負載時保持基本不變。令令則：則：.101liiie2.e1.f2.i2.-f2.-i2 k.i1.f1.f0.i0.m.2磁勢平衡相量圖磁勢平衡相量圖.11111111111()uei rjxei zzrjx 副邊繞組：副邊繞組：原邊繞組：原邊繞組：.22222222222()ueirjxei zzrjx，副邊漏阻抗。，副邊漏阻抗。，原邊漏阻抗。，原邊漏阻抗。考慮到原、副邊繞組的電阻壓降考慮到原、副邊繞組的電阻壓降i i1 1r r1 1 、i i2 2r r2 2得一、二次繞得一

24、、二次繞組的電壓方程式。組的電壓方程式。三、電壓平衡方程式三、電壓平衡方程式n小結小結（1 1）在變壓器中存在著磁勢平衡和電勢平衡兩個基本關系，）在變壓器中存在著磁勢平衡和電勢平衡兩個基本關系，負負載變化對一次側的影響是通過二次側磁勢起作用的載變化對一次側的影響是通過二次側磁勢起作用的。（2 2）當二次側電流增加時，二次側磁勢起趨向于改變鐵芯中的）當二次側電流增加時，二次側磁勢起趨向于改變鐵芯中的主磁通及感應電勢主磁通及感應電勢e1e1，破壞了一次側的電壓平衡關系。此時一，破壞了一次側的電壓平衡關系。此時一次側自動產(chǎn)生一個電流分量去抵償二次側磁勢的作用，使一次次側自動產(chǎn)生一個電流分量去抵償二次

25、側磁勢的作用，使一次側電勢電壓間達到新的平衡。側電勢電壓間達到新的平衡。通過電勢與磁勢平衡的過程，能通過電勢與磁勢平衡的過程，能量從一次側傳遞到二次側。量從一次側傳遞到二次側。u1.i1.r1e1.變壓器負載時的電路圖變壓器負載時的電路圖r2u2.i2.e2.由圖可見：變壓器一、二次繞組的電路是獨立的，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。只有磁的聯(lián)系，沒有電的聯(lián)系，不便于計算。x1x2o1o2四、繞組歸算和變壓器等效電路四、繞組歸算和變壓器等效電路常采用歸算的方法常采用歸算的方法, ,把兩個電路化成一個電路，其目的是把兩個電路化成一個電路，其目的

26、是簡化計算，得出原、副邊有聯(lián)系的統(tǒng)一等效電路。簡化計算，得出原、副邊有聯(lián)系的統(tǒng)一等效電路。需要注意：繞組歸算前后，如果改變了變壓器的狀態(tài)，折需要注意：繞組歸算前后，如果改變了變壓器的狀態(tài)，折算是毫無意義的。不能影響非歸算方的電壓、電流，鐵芯磁算是毫無意義的。不能影響非歸算方的電壓、電流，鐵芯磁通以及有功和無功功率的大小。歸算的原則：通以及有功和無功功率的大小。歸算的原則：u保持歸算前后繞組的磁效應不變（磁勢不變）保持歸算前后繞組的磁效應不變（磁勢不變）u保持歸算前后有功和無功功率不變。保持歸算前后有功和無功功率不變。顯然，只要想辦法將兩個繞組的感應電勢變?yōu)橄嗟燃纯?。顯然，只要想辦法將兩個繞組的

27、感應電勢變?yōu)橄嗟燃纯?。也就是將二次繞組匝數(shù)變?yōu)橐淮卫@組匝數(shù)即可。也就是將二次繞組匝數(shù)變?yōu)橐淮卫@組匝數(shù)即可。1 1、繞組的歸算、繞組的歸算( (副邊歸算到原邊副邊歸算到原邊) )21nn2n注意：二次繞組匝數(shù)變化后，二次繞組的電流必須調(diào)整，注意：二次繞組匝數(shù)變化后，二次繞組的電流必須調(diào)整，否則改變了變壓器的電磁關系。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。改變一、二次側繞組的電磁關系。1 1）二次側繞組電流的歸算）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（

28、磁電流歸算原則是：保持歸算前后繞組的磁效應不變（磁勢不變），歸算后的量帶勢不變），歸算后的量帶表示。表示。2222n in i222112222nnknniiii2 2）二次側阻抗的歸算）二次側阻抗的歸算根據(jù)根據(jù)二次側消耗的有功功率不變二次側消耗的有功功率不變，得：，得： 22222 2i ri r2222222( )iirrk r根據(jù)根據(jù)二次側消耗的無功功率不變二次側消耗的無功功率不變，得：，得： 222222i xi x2222222( )iixxk x22222222()zrjxkrjxk z根據(jù)根據(jù)二次側傳輸給負載的功率不變二次側傳輸給負載的功率不變，得：，得： 2222lli zi

29、z2222( )illlizzk z3 3）二次側繞組電勢和電壓的歸算）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：根據(jù)電勢與匝數(shù)成正比關系得：221222ennennk221ekee二次側端電壓二次側端電壓：2122222() ()lllkuizik zki zku222efn結論：結論：（1 1）歸算前后，二次側電流變化）歸算前后，二次側電流變化1/k1/k倍倍（1 1）二次側電勢、電壓變化）二次側電勢、電壓變化k k倍倍（2 2）二次側電阻、阻抗、負載變二次側電阻、阻抗、負載變化化k k2 2倍倍.221.n22nikii2222llzk zzk z222222rk rxk x

30、.222lui zku.221ek ee 項目項目 歸算前歸算前 歸算后歸算后一次側一次側電壓方程電壓方程二次側二次側電壓方程電壓方程電流關系電流關系感應電動勢感應電動勢感應電動勢感應電動勢的關系的關系輸出電壓輸出電壓歸算前后的對比歸算前后的對比u1 =e1z1i1 u1 =e1z1i1 u2 = e2z2i2 u2 = e2 z2i2 n1i1n2i2 = n1i0 i1i2 = i0 e1 =zmi0 e1 =zmi0 e1= ke2e1 = e2u2 = zli2 u2 = zli2 歸算后的基本方程式歸算后的基本方程式11112222ui zeei zu120120miiieei z

31、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u1.i1.r1x1e1.rmxmi0.r2x2uz.i2.e2.i1+.i2.=i0.e1=.e2=.-i0.zm.2. 變壓器帶負載變壓器帶負載t 型等效電路型等效電路zlu1i1r1 jx1 e1 = e2i0 u2 jx2 r2i2.221.n22nikii2222llzk zzk z222222rk rxk x.222lui zku.221ekee3.3.變壓器帶負載變壓器帶負載 形等效電路形等效電路zlu1i1r1 jx1 e1i0 u2 jx2 r2i24. 簡化等效電路簡化等效電路 該電路用于滿載該電路用于滿載 或接

32、近滿載運行或接近滿載運行 時的分析、計算。時的分析、計算。i0 很小，很小，i1 i2 zlu1 i1 i2 rk jxk u2 5. 相量圖相量圖 設：設： u2 = u2 0 u2i2 電感性負載電感性負載2e1 = e2r2i2jx2i2e1i0i2i1r1i1jx1i11u1 電容性負載電容性負載u2i2e1 = e2 r2i2 jx2i2 i0i2 u12e1i1r1i1 jx1i1 1 電阻性負載電阻性負載u2i2e1 = e2r2i2jx2i2i0i2u1e1r1i1jx1i11i1n小結小結（1 1）為簡化計算，通過歸算法將原、副邊電路整合為一個統(tǒng)）為簡化計算，通過歸算法將原、

33、副邊電路整合為一個統(tǒng)一的電路，可用熟知的電路理論來分析變壓器性能。一的電路，可用熟知的電路理論來分析變壓器性能。（2 2）把副邊電路歸算到原邊，要遵循兩個原則：）把副邊電路歸算到原邊，要遵循兩個原則：磁勢不變原磁勢不變原則，元件功率不變原則。則，元件功率不變原則。（3 3）副邊歸算前后）副邊歸算前后: : 二次側電流變化二次側電流變化1/k1/k倍倍 二次側電勢、電壓變化二次側電勢、電壓變化k k倍倍 二次側電阻、阻抗、負載變化二次側電阻、阻抗、負載變化k k2 2倍倍2.5 2.5 變壓器參數(shù)的測定變壓器參數(shù)的測定變壓器中的等效參數(shù)變壓器中的等效參數(shù)勵磁阻抗勵磁阻抗z zm m和和短路阻抗短

34、路阻抗z zk k，對變壓器的運行性能有，對變壓器的運行性能有直接影響，知道了變壓器的參數(shù)，就可繪出等效電路，然后應用等效電直接影響，知道了變壓器的參數(shù)，就可繪出等效電路，然后應用等效電路分析計算。對已經(jīng)制成的變壓器，可以路分析計算。對已經(jīng)制成的變壓器，可以通過空載試驗測出勵磁阻抗，通過空載試驗測出勵磁阻抗，短路試驗測出短路阻抗。短路試驗測出短路阻抗。一、空載試驗（開路試驗）一、空載試驗（開路試驗）條件：為試驗安全和儀器接條件：為試驗安全和儀器接線方便，一般在低壓側做空線方便，一般在低壓側做空載實驗。試驗時，低壓側加載實驗。試驗時，低壓側加額定電壓額定電壓，二次繞組開路。，二次繞組開路。低壓側

35、低壓側高壓側高壓側u1vawv空載試驗可求取空載試驗可求取: 變比變比k、鐵耗、鐵耗pfe、勵磁阻抗、勵磁阻抗zm 實驗數(shù)據(jù)：實驗數(shù)據(jù)： u1n、i0、p0、u20。(1) 鐵損耗鐵損耗 p0 = pfepcu = rmi02r1i02 pfep0 (2) 勵磁阻抗模勵磁阻抗模 |zm | z1+zm | =u1ni0空載時輸出功率為空載時輸出功率為0，輸入功率主用于鐵耗，輸入功率主用于鐵耗，i0很小，很小，r1很小，銅耗可忽略。測得的功率近似很小，銅耗可忽略。測得的功率近似 為鐵耗。為鐵耗。u1.i0.r1x1e1.rmxm(3) 勵磁電阻勵磁電阻rmr1rm =p0i02(4) 勵磁電抗勵

36、磁電抗 xm =|zm |2rm2(5) 電壓比電壓比u20u1nk =(6) 折算折算 開路試驗測量通常為歸算到低壓側時的值。折開路試驗測量通常為歸算到低壓側時的值。折算到高壓側時，算到高壓側時，rm 、xm 和和 zm 需要折算。需要折算。 實際值為實際值為rm= k2p0 i02xm =|zm |2rm2二二. 短路試驗短路試驗 測量：測量：pcu、短路參數(shù)短路參數(shù)。 實驗方法：實驗方法： 逐漸增加逐漸增加 u1 ，使電使電流達到額定值：流達到額定值：i1 = i1n 。u1 = (5%10%)u1n高壓側高壓側低壓側低壓側u1avw 實驗數(shù)據(jù)：實驗數(shù)據(jù)： uk = u1、ik = i1

37、n 、pk 。(1) 銅損耗銅損耗 pcu pfe + pcu = pk(2) 短路阻抗模短路阻抗模 |zk | = ukik由于外施電壓很低，主磁通很由于外施電壓很低，主磁通很小，鐵耗和勵磁電流均可忽略小，鐵耗和勵磁電流均可忽略，則輸入功率近似等于一、二，則輸入功率近似等于一、二次側繞組的銅耗。次側繞組的銅耗。u1.-u2.i1 =- i2 .rkxk短路試驗時，繞組溫度與實短路試驗時，繞組溫度與實際運行時不一樣。需要折算到際運行時不一樣。需要折算到75度時的值。若繞組為銅線，度時的值。若繞組為銅線，可按課本上的公式（可按課本上的公式（p46）進）進行換算。行換算。短路試驗時，使電流達到額定

38、值時所加的電壓短路試驗時，使電流達到額定值時所加的電壓uk稱為稱為阻阻抗壓降抗壓降或或短路電壓短路電壓。一般用額定電壓的百分值表示。他。一般用額定電壓的百分值表示。他也是變壓器銘牌數(shù)據(jù)之一。也是變壓器銘牌數(shù)據(jù)之一。(3) 短路電阻短路電阻 | rk | =pkik2(4) 短路電抗短路電抗 xk =| zk | 2rk2uk =uku1n100% a.abc三相組式鐵心變壓器三相組式鐵心變壓器2.6 2.6 三相變壓器三相變壓器一、三相變壓器概述一、三相變壓器概述b.c.xyza.c.b.a.c.b.abc三相心式鐵心的形成三相心式鐵心的形成二、單相變壓器的極性和繞組標志二、單相變壓器的極性和

39、繞組標志u同極性端的確定同極性端的確定u三相變壓器的三相變壓器的y y和和d d連接連接為確定相電壓的相位關系，高壓、低壓繞組相電壓相量為確定相電壓的相位關系，高壓、低壓繞組相電壓相量的正方向規(guī)定為：從繞組的首端指向尾端。的正方向規(guī)定為：從繞組的首端指向尾端。相電壓的相位關系，取決于繞組的同名端是否同在尾端相電壓的相位關系，取決于繞組的同名端是否同在尾端或首端?；蚴锥?。auaxaxuaauaxxaua相電壓相量的正方向規(guī)定為：從繞組的首端指向尾相電壓相量的正方向規(guī)定為：從繞組的首端指向尾端。端。相電壓的相位關系，取決于相電壓的相位關系，取決于繞組的同名端繞組的同名端是否同在是否同在尾端或首端。

40、同在首端或尾端，電壓相位相同；否尾端或首端。同在首端或尾端，電壓相位相同；否則，電壓相位相反。則，電壓相位相反。auaxxauaauaxaxuaua與ua反相ua與ua反相三、繞組連接方式和連接組別三、繞組連接方式和連接組別國家標準規(guī)定五種連接組別：國家標準規(guī)定五種連接組別：y，yn12 ；yn，y12 ；y，y12 ；yn，d11 ；y，d11星形接法（星形接法（y y），或者帶中性點（），或者帶中性點（ynyn）三角形接法（三角形接法（d d）三相繞組原邊、副邊采用不同的連接方式時，三相繞組原邊、副邊采用不同的連接方式時，高壓側線高壓側線電壓與低壓側線電壓之間可以形成不同的相位電壓與低壓側

41、線電壓之間可以形成不同的相位。為表明。為表明這種高低壓線電壓之間的關系，采用這種高低壓線電壓之間的關系，采用“時鐘表示法時鐘表示法”。ua.ub.uc.ub.uc.ua.abcuab.abcab.uy,y12連接組ua.ub.uc.uab.ub.ua.uab.時鐘法組別判定uab.uab.u uabab相量作為時針指向相量作為時針指向1212點，固定不動；點，固定不動；u uabab相量作為分針，相量作為分針，其指向的點數(shù)即為連接組號。其指向的點數(shù)即為連接組號。ua.ub.uc.ub.uc.ua.abcuab.abcab.uy,y6連接組ua.ub.uc.uab.ub.ua.uab.uab.u

42、ab.ua.ub.uc.ua.ub.uc.abcuab.cabab.uy,y4連接組ua.ub.uc.uab.ua.ub.uab.uab.uab.ua.ub.uc.ub.uc.ua.abcuab.abcab.uy,d11連接組ua.ub.uc.uab.ub.ua.uab.uab.uab.注意：對注意：對d d形接法，形接法，線電壓等于相電壓線電壓等于相電壓2-7 2-7 標幺值標幺值在工程計算中，各物理量除了采用實際值來表示和計算外，在工程計算中，各物理量除了采用實際值來表示和計算外，有時也用標幺值來表示和計算。有時也用標幺值來表示和計算。標幺值就是某一物理量的實際值與選定對應物理量的基值之標

43、幺值就是某一物理量的實際值與選定對應物理量的基值之比。標幺值比。標幺值= =實際值實際值/ /基值基值某一物理量某一物理量a a，基值用，基值用a ab b，則標幺值為：，則標幺值為：a a* *=a/=a/a ab b標幺值為相對值，無量綱。對電路計算，四個基本物理標幺值為相對值，無量綱。對電路計算，四個基本物理u,i,s,zu,i,s,z中，其中兩個基值任選，另外兩個按電路理論計算。中，其中兩個基值任選，另外兩個按電路理論計算。一般選取電壓和電流的基值一般選取電壓和電流的基值u ub b、i ib b，其他兩個量的基值由計算，其他兩個量的基值由計算得到。對單相系統(tǒng)，功率和阻抗基值分別為：得

44、到。對單相系統(tǒng)，功率和阻抗基值分別為：bb bsu ibbbuzi注意：注意：功率基值即是有功功率也是無功率基值即是有功功率也是無功功率的基值，也是容量的基值。阻功功率的基值，也是容量的基值。阻抗基值即是電阻基值又是電抗基值抗基值即是電阻基值又是電抗基值在變壓器和電機中，通常選擇額定電壓和額定電流作為基值。在變壓器和電機中，通常選擇額定電壓和額定電流作為基值。此時額定電壓、電流和額定視在功率的標幺值為此時額定電壓、電流和額定視在功率的標幺值為1 1，更簡潔。，更簡潔。以額定相電壓以額定相電壓u unn和額定相電流和額定相電流i inn作為相電壓和相電流基值。作為相電壓和相電流基值。則有：則有：

45、一次和二次側相電壓的標幺值：*1111b1nuuuuu*2222b2nuuuuu*1111b1niiiii*2222b2niiiii11*111b1nnizzzzu22*222b2nnizzzzu一次和二次側相電流的標幺值：一次和二次側阻抗的標幺值：功率的基值：1b1b 1b11222bnnnnsu iuiuis1b1b 1b11222b333nnnnsu iuiuis可見，一二次側具有相同的功率基值?？梢?，一二次側具有相同的功率基值。線電壓、線電流的標幺值：以線電壓、線電流的額定值作為基值。則三相電路中，以線電壓、線電流的額定值作為基值。則三相電路中，相電壓和線電壓的標幺值恒相等，相電流和線

46、電流的標相電壓和線電壓的標幺值恒相等，相電流和線電流的標幺值恒相等。幺值恒相等。三相功率的基值取為變壓器的三相額定容量，有三相功率的基值取為變壓器的三相額定容量，有: :bn33nnnnssuiu i當系統(tǒng)中有多臺變壓器或電機時：各變壓器或電機都有以各自功率基值計算的標幺值，考各變壓器或電機都有以各自功率基值計算的標幺值，考慮到整個系統(tǒng)的計算，應選定一特定的功率慮到整個系統(tǒng)的計算，應選定一特定的功率s sb b作為整個作為整個系統(tǒng)的功率基值，這樣系統(tǒng)中各個裝置的標幺值需要換系統(tǒng)的功率基值，這樣系統(tǒng)中各個裝置的標幺值需要換算到以算到以s sb b為功率基值的標幺值。為功率基值的標幺值。*bbui

47、su i*1b11buisu i*bbiuzi u*11b1biuzi u其中，s1*、z1*分別為功率基值為sb1時功率和阻抗的標幺值；s*、z*分別為功率基值為sb時功率和阻抗的標幺值在同一電壓基值下在同一電壓基值下，阻抗的標幺值與對應的功率基值，阻抗的標幺值與對應的功率基值成正比。成正比。*b111*1bbbbbu issuisu iuis22*b1b1b1b*1b1b11bb1bb1bbbbbbi uuiususzzuiuiusus選用同一電壓基值*11bbssss*1b1bszzs此即為不同功率基值下的阻抗、功率標幺值換算關系。此即為不同功率基值下的阻抗、功率標幺值換算關系。應用標幺

48、值的優(yōu)點: (1)(1)不論變壓器或電機容量的大小，用標幺值表示時，各個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于比較和分析。 (2)(2)用標幺值表示時，歸算到高壓側或低壓側時變壓器的參用標幺值表示時，歸算到高壓側或低壓側時變壓器的參數(shù)恒相等，故用標幺值計算時不必再進行歸算。數(shù)恒相等，故用標幺值計算時不必再進行歸算。(3)(3)標幺值的缺點是沒有量綱，無法用量綱關系來檢查。標幺值的缺點是沒有量綱，無法用量綱關系來檢查。 2.8 2.8 變壓器的運行性能變壓器的運行性能 運行

49、性能：外特性、效率特性。運行性能：外特性、效率特性。一一. 外特性和電壓調(diào)整率外特性和電壓調(diào)整率 當當 u1、cos 2 為常數(shù)時為常數(shù)時 u2 = f ( i2) 外特性。外特性。 (1) 電壓調(diào)整率的定義電壓調(diào)整率的定義u2 i2 ou2n2=1 2= 0.8(電感性電感性)2= 0.8(電容性電容性) i2n u2un 5% 額定負載、功率因數(shù)為指定值時，額定負載、功率因數(shù)為指定值時，稱為稱為額定電壓調(diào)整率額定電壓調(diào)整率定義：定義：當一次側電壓保持為額當一次側電壓保持為額定，負載功率因數(shù)為常值，從定，負載功率因數(shù)為常值，從空載到負載時二次側電壓變化空載到負載時二次側電壓變化的百分值，用的

50、百分值，用u u表示表示。1220221100%100%nnnuuuuuuu u1與u2間的夾角很小，則近似有：2i2u1u22abckri2kxi j2ab 122222cossinkkuuababi ri xzlu1i1i2rk jxk u2 %100)sincos(2*2*kkxriu變壓器簡化等效電路變壓器簡化等效電路感性負載相量圖感性負載相量圖 基本銅耗基本銅耗：是指電流流過繞組時所產(chǎn)生的直流電阻：是指電流流過繞組時所產(chǎn)生的直流電阻損耗。損耗。1.1.銅耗銅耗雜散銅耗：雜散銅耗：主要指漏磁場引起電流集膚效應，使繞主要指漏磁場引起電流集膚效應，使繞組的有效電阻增大而增加的銅耗，以及漏磁

51、場在結組的有效電阻增大而增加的銅耗，以及漏磁場在結構部件中引起的渦流損耗等。構部件中引起的渦流損耗等。銅耗與負載電流的平方成正比，因而也稱為銅耗與負載電流的平方成正比，因而也稱為可變損可變損耗。耗。二、效率和效率特性二、效率和效率特性變壓器運行時將產(chǎn)生損耗，變壓器的損耗分為銅耗和鐵變壓器運行時將產(chǎn)生損耗，變壓器的損耗分為銅耗和鐵耗兩類。每一類又包括基本損耗和雜散損耗。耗兩類。每一類又包括基本損耗和雜散損耗。2.2.鐵耗鐵耗 基本鐵耗：基本鐵耗：是變壓器鐵心中的磁滯和渦流損耗。是變壓器鐵心中的磁滯和渦流損耗。雜散鐵耗：雜散鐵耗：包括疊片之間的局部渦流損耗和主磁包括疊片之間的局部渦流損耗和主磁通在

52、結構部件中引起的渦流損耗等。通在結構部件中引起的渦流損耗等。 2mb21u鐵耗可近似認為與鐵耗可近似認為與 或或 成正比，由于變壓成正比，由于變壓器的一次電壓保持不變器的一次電壓保持不變, ,故鐵耗可視為故鐵耗可視為不變損耗不變損耗。效率 : 輸出功率與輸入功率之比。ppppp22123.效率特性12ppp 222222coskfefecurmippppimup其中: 2222202220coscoskfermipimuimu從效率特性可見從效率特性可見, ,當負載達到某一數(shù)值時當負載達到某一數(shù)值時, ,效率將達到最大值效率將達到最大值max。把上式對。把上式對i i2 2求導求導, ,并使并

53、使 , ,可得可得: : 上式說明，發(fā)生最大效率時，變壓器的銅耗恰好等于鐵耗。上式說明，發(fā)生最大效率時，變壓器的銅耗恰好等于鐵耗。02didfekprmi22效率特性：效率特性：效率效率是負載電流的函數(shù)，如圖所示是負載電流的函數(shù)，如圖所示 。)(2if2i0cupmaxfep變壓器的效率特性變壓器的效率特性工程上常用間接法來計算效率，即測出銅耗和鐵耗工程上常用間接法來計算效率，即測出銅耗和鐵耗, ,再計算再計算效率。公式如下效率。公式如下: : knnknpipispippp2*2202*222*201coscoscos1【例題 2-4】p61 小型電力變壓器小型電力變壓器: :n = 80%

54、 90% 大型電力變壓器大型電力變壓器: :n = 98% 99% 負荷容量很大，一臺變壓器不能滿足要求。負荷容量很大，一臺變壓器不能滿足要求。 負荷變化較大，用多臺變壓器并聯(lián)運行可以隨時調(diào)節(jié)投負荷變化較大，用多臺變壓器并聯(lián)運行可以隨時調(diào)節(jié)投入變壓器的臺數(shù)。入變壓器的臺數(shù)。 可以減少變壓器的儲備容量?？梢詼p少變壓器的儲備容量。 u1 u2 t1 t2 變壓器并聯(lián)運行是指：一次繞組和二次繞組分別并聯(lián)到一變壓器并聯(lián)運行是指：一次繞組和二次繞組分別并聯(lián)到一次側和二次側的公共母線上的運行方式。次側和二次側的公共母線上的運行方式。2.9 2.9 三相變壓器的并聯(lián)運行三相變壓器的并聯(lián)運行(1) 空載時各臺

55、變壓器的空載時各臺變壓器的 i2 = 0，即各臺變壓器之，即各臺變壓器之 間無環(huán)流。間無環(huán)流。(2) 負載運行時，各臺變壓器分擔的負載與它們負載運行時，各臺變壓器分擔的負載與它們 的容量成正比。的容量成正比。(3) 各臺變壓器同一相上輸出的電流同相位，各臺變壓器同一相上輸出的電流同相位， 使得總輸出電流：使得總輸出電流： i2 = ii 。2. 并聯(lián)運行的變壓器應滿足要求并聯(lián)運行的變壓器應滿足要求(1) 電壓比相等，以保證二次側的空載電壓相等。電壓比相等，以保證二次側的空載電壓相等。 規(guī)定：規(guī)定：電壓比之差電壓比之差0.5%(平均電壓比平均電壓比)(2) 聯(lián)結組相同，以保證二次側空載電壓相位相

56、同。聯(lián)結組相同，以保證二次側空載電壓相位相同。 1.理想并聯(lián)運行的狀態(tài)理想并聯(lián)運行的狀態(tài)(3) 短路阻抗標幺值相等，阻抗角要相同。短路阻抗標幺值相等，阻抗角要相同。兩臺變壓器并聯(lián)運行的等效電路圖，虛線部分為理想變壓兩臺變壓器并聯(lián)運行的等效電路圖，虛線部分為理想變壓器，電流、阻抗已歸算到二次側。器，電流、阻抗已歸算到二次側。電源負載u2.i2.i1i.i1ii.i2i.i2ii.zki.zkii.kikiiu1.i1.122ikiiuuizk122iikiiiiuuizk222iiiiii求解方程得到：12211iiikiiilickikiikikiiukkziiiizzzz12211iiikiiiliickikiikikiiukkziiiizzzz111iiickikiiukkizz2kiilikikiiziizz2kiliikikiiziizz變壓器變壓器i i的負的負載電流分量載電流分量變壓器變壓器iiii的負的負載電流分量載電流分量變壓器間的環(huán)流變壓器間的環(huán)流111iiickikiiukkizz3.電壓比不同時，引起變壓器間的環(huán)流電壓比不同時，引起變壓器間的環(huán)流電壓比不同時，引起變壓器間的