變壓器的介紹

1、變壓器1.1 概述變壓器是一種靜止的電器設(shè)備，它依靠電磁感應(yīng)作用，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。變壓器是電力系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備。眾所周知，輸送一定的電能時，輸電線路的電壓愈高，線路中的電流和相應(yīng)的損耗就愈小。為此，需要用升壓變壓器把交流發(fā)電機發(fā)出的電壓升高到輸電電壓，通過高壓輸電線將電能經(jīng)濟地送到用電地區(qū)；然后再用降壓變壓器逐步將輸電電壓降到配電電壓，送到各用電區(qū)；最后再經(jīng)配電變壓器變成用戶所需的電壓，供各種動力和照明設(shè)備安全而方便地使用。變壓器的總?cè)萘恳劝l(fā)電機的總?cè)萘看蟮枚啵蛇_ 67 倍。除此之外，變壓器還廣泛應(yīng)用在其他場合，如電焊、電爐和電解使用的變

2、壓器，化工行業(yè)用的整流變壓器，傳遞信息用的電磁傳感器，供測量用的互感器，自控系統(tǒng)中的脈沖變壓器，試驗用的調(diào)壓器等。變壓器還可以改變電流，改變負載的等效阻抗、電源的相數(shù)和頻率。變壓器的結(jié)構(gòu)雖然簡單，其基本原理、分析方法卻可作為其他交流電機研究的基礎(chǔ)，特別是感應(yīng)電機。1.2 變壓器的分類變壓器的種類繁多，從不同角度，變壓器可以作不同的分類。從用途來看，可分為電力變壓器、試驗變壓器、測量變壓器及特殊用途變壓器。電力變壓器用在電力系統(tǒng)中，用來升高電壓的變壓器稱為升壓變壓器；用來降低電壓的變壓器稱為降壓變壓器。升壓變壓器與降壓變壓器除了額定電壓不同以外，在原理和結(jié)構(gòu)上并無差別。此外還有配電變壓器和聯(lián)絡(luò)變

3、壓器。試驗變壓器用于實驗室，有調(diào)壓變壓器和高壓試驗變壓器。測量變壓器用于測量大電流和高電壓，主要是儀用互感器，包括電壓互感器和電流互感器。特殊用途變壓器有電爐用變壓器、電焊用變壓器、電解用整流變壓器、晶閘管線路中的變壓器、傳遞信息用的電磁傳感器、自控系統(tǒng)中的脈沖變壓器等。從相數(shù)來看，有單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。電力變壓器以三相居多。從每相繞組數(shù)目來看，可分為單繞組變壓器、雙繞組變壓器、三繞組和多繞組變壓器。通常變壓器都為雙繞組變壓器，單繞組變壓器又稱自藕變壓器，三繞組變壓器（即聯(lián)絡(luò)變壓器）用于把三種電壓等級的電網(wǎng)連接在一起，大容量電廠中用作廠用電源的分裂變壓器就是一種多繞組變壓器。從

4、鐵心結(jié)構(gòu)看，可分為心式變壓器、殼式變壓器、漸開線式變壓器和輻射式變壓器等。從冷卻方式看，有以空氣為冷卻介質(zhì)的干式變壓器，以油為冷卻介質(zhì)的油浸變壓器，以特殊氣體為冷卻介質(zhì)的充氣變壓器。油浸變壓器又分自冷、風冷和強制油循環(huán)冷卻的變壓器。自冷是利用溫差產(chǎn)生變壓器油的自循環(huán)進行冷卻，風冷是利用裝在散熱器上的吹風機進行冷卻，強制油循環(huán)冷卻是利用專門設(shè)備（如油泵）強迫變壓器油加速循環(huán)。從容量大小看，可分為小型變壓器（10630kVA ）、中型變壓器（8006300kVA）、大型變壓器（ 800063000 kVA ）和特大型變壓器（90000kVA 以上）。1.3 變壓器工作原理1.3.1 變壓器的構(gòu)成圖

5、2-1所示為一臺最簡單的單相雙繞組變壓器物理模型，是由在一個閉合的鐵心上繞兩個匝數(shù)不同的繞組構(gòu)成。輸人電能的繞組稱為一次繞組（或原繞組、初級繞組），輸出電能的繞組稱為二次繞組（或副繞組、次級繞組）。一次繞組接電源，二次繞組接負載。1.3.2 變壓器的工作原理當一次繞組接交流電源時，就有交流電流流過，并在鐵心中產(chǎn)生交變磁通。交變磁通同時交鏈二次繞組，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，二次繞組中將感生同頻率的交變電動勢。由于感應(yīng)電動勢與繞組匝數(shù)成正比，故改變二次繞組的匝數(shù)可得到不同的二次電壓。可得到不同的二次電壓。如果二次繞組接負載，便有電能輸出。這就是變壓器的工作原理。1.4 變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器中最主要的部件是

6、鐵心和繞組，它們構(gòu)成了變壓器的器身。器身是各種變壓器都不可缺少的部件，因為變壓器的功能是通過器身來實現(xiàn)的。變壓器的結(jié)構(gòu)大同小異，現(xiàn)以油浸式電力變壓器為例進行介紹。油浸式變壓器的鐵心和繞組浸放在油箱中，繞組的端點經(jīng)絕緣套管引出，與外線路連接，油箱內(nèi)裝滿變壓器油，此外還裝有一些起保護和冷卻等作用的附件，如圖2-2所示。油浸式電力變壓器主要包括五個部分： 器身； 油箱； 出線裝置； 冷卻裝置； 保護裝置。下面分別做詳細的介紹。1.4.1 器身 1、鐵心鐵心既是變壓器的主磁路，又是它的機械骨架。鐵心由心柱、鐵扼及夾緊裝置組成，心柱套裝繞組，鐵扼將心柱連接起來，使之形成閉合磁路，如圖2-3所示。鐵心有心

7、式、殼式、漸開線式和輻射式等結(jié)構(gòu)。心式結(jié)構(gòu)的心柱被繞組所包圍，鐵扼在上下兩端，如圖2-3所示。這種鐵心結(jié)構(gòu)繞組裝配和絕緣比較容易，散熱條件較好，常在電力變壓器中采用。殼式結(jié)構(gòu)是心柱在中間，鐵扼環(huán)繞在兩旁，把繞組包圍起來，好像繞組的外殼，如圖 2-4 所示。殼式變壓器結(jié)構(gòu)堅固，機械強度高，但制造工藝復雜，絕緣較困難，散熱不好，耗用材料較多，主要用于電壓很低、電流很大的特殊場合，如電爐用變壓器，其繞組能夠承受住巨大的電磁力。漸開線式結(jié)構(gòu)是把一定的硅鋼片卷成漸開線形狀，然后疊成圓柱形心柱，再用寬度等于扼高的帶鋼卷成三角形鐵扼，把三個心柱對稱地放在鐵扼上，用穿心螺栓緊固。它的優(yōu)點是三相磁路對稱，鐵扼的

8、截面積只有心柱的1/，疊裝方便，可采用機械化和自動化生產(chǎn)；缺點是由于心柱和鐵扼采用對接式裝配，勵磁電流和噪聲較大。這種鐵心型式用于成批生產(chǎn)的中、小型變壓器。輻射式結(jié)構(gòu)一般用于特大型變壓器。除此之外，大容量的三相變壓器由于運輸?shù)南拗疲枰档丸F心高度，采用三心柱旁扼式結(jié)構(gòu)。旁扼的截面積與上下扼相等，也為心柱的1/。某些特殊需要的小容量單相變壓器采用硅鋼帶卷制成環(huán)形鐵心，可節(jié)省材料15至20。 由于變壓器的磁通是交變的，為了減小渦流損耗，鐵心用0.3-0.35mm的熱軋或冷軋硅鋼片疊成，片表面涂有一層絕緣漆。最近研制采用鐵硼系列非晶合金材料制作鐵心，空載損耗可降低75左右，有取代硅鋼片的發(fā)展趨勢。

9、在疊裝鐵心時，硅鋼片先被裁成需要形狀和尺寸的沖片。鐵心疊裝方法有對接式和交疊式兩種。對接式裝配次序為：先把心柱和鐵扼分別疊裝、夾緊，然后再拼在一起。交疊式裝配是心柱和鐵扼同時疊裝和夾緊，相鄰兩層的沖片采用不同的排列方法，使接縫處互相錯開，如圖2-9所示。交疊式裝配可以避免渦流在硅鋼片間流通，氣隙小，勵磁電流?。挥捎诟鲗記_片交錯鑲嵌，壓緊鐵心所需的緊固件較少，結(jié)構(gòu)簡單。對于冷軋硅鋼片，順碾壓方向?qū)Т判阅芤葯M方向好很多，采用斜接縫，以進一步減少勵磁電流及轉(zhuǎn)角處的附加損耗，交疊組合方法如圖2-10所示。疊裝好的鐵心其鐵扼用槽鋼（或焊接夾件）及穿心螺桿固定。近代已采用環(huán)氧樹脂玻璃粘帶綁扎心柱，提高了

10、硅鋼片的利用率，改善了空載性能。心柱的截面一般作成多級階梯形，以充分利用繞組內(nèi)圓空間，如圖2-11所示。容量很小的變壓器采用正方形。容量愈大、鐵心截面愈大，所用的級數(shù)就愈多，愈接近圓形，利用率愈好。當鐵心柱的外接直徑為100mm時，常用四級鐵心柱；當直徑為150mm時，可用五級鐵心柱；而當直徑達1000mm時，鐵心截面可多達十七級。漸開線形鐵心柱的截面為圓形。相應(yīng)地，鐵扼的截面有矩形、 T 形和階梯形，如圖2-12 所示。采用熱軋硅鋼片時，為了減少勵磁電流和鐵心損耗，鐵扼的截面一般比心柱大5一10% ；若采用冷軋硅鋼片全斜接縫時，則兩者相等。在容量較大的變壓器中，為了限制鐵心溫度，常在鐵心的疊

11、片之間設(shè)置油槽，以增強散熱效果。油槽分兩種，一種與硅鋼片平行，另一種與硅鋼片垂直，如圖2-13所示。后一種的散熱效果較好，但結(jié)構(gòu)較復雜。2、繞組繞組是變壓器的電路部分，是由若干個集中繞制的線圈構(gòu)成。線圈一般繞成圓形，以便在電磁力作用下有較好的機械性能，同時繞制也比較方便。電壓較高的繞組稱為高壓繞組，電壓較低的繞組稱為低壓繞組。繞組有同心式、交疊式兩種基本型式。心式變壓器律用同心式繞組如圖2-3所示。其高壓、低壓繞組均作成圓筒形，同心地套在鐵心柱上。為了便于絕緣，低壓繞組靠近心柱，高壓繞組套在外面，之間留有油道。同心式繞組的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。組成同心式繞組的線圈有圓筒式、螺旋式、連續(xù)式、

12、糾結(jié)式、分段式和箔式等結(jié)構(gòu)形式。不同的結(jié)構(gòu)形式有不同的電氣、機械、熱方面的特性和適用范圍。對于單相變壓器，低壓、高壓繞組各被分成兩部分，套在兩邊的鐵心柱上；兩部分在電路上既可以串聯(lián)，也可以并聯(lián)。交疊式繞組又稱餅式繞組，由餅式元件構(gòu)成，僅用于鐵殼式變壓器，如圖2-14所示。其高壓、低壓繞組各分為若干個線餅，沿著心柱的高度交錯排列，餅間開設(shè)徑向油道。為了排列對稱并利于絕緣，高壓繞組分成兩個線餅，低壓繞組分成一個整線餅和兩個“半線餅”；兩個低壓“半線餅”分別放置在最上和最下的靠鐵扼位置，低壓整線餅則放置在鐵心柱的正中間；兩個高壓線餅分別被放在低壓“半線餅”和低壓整線餅之間，遠離鐵扼。交疊式繞組的優(yōu)點

13、是漏抗小，機械強度好，引出線布置方便，易于構(gòu)成多條并聯(lián)支路。繞組是用絕緣的扁（或圓）銅（或鋁）導線繞成，高壓繞組的匝數(shù)多、導線細，低壓繞組的匝數(shù)少、導線粗。電力變壓器的高壓繞組上通常有±5的抽頭，通過分接開關(guān)來控制。在輸人電壓略有變動時，可保持輸出電壓接近額定值。絕緣結(jié)構(gòu)器身的絕緣有主絕緣和縱絕緣。主絕緣指繞組與鐵心之間、同相的高壓和低壓繞組之間、相繞組之間、繞組與油箱之間的絕緣；縱絕緣指繞組的匝間、層間、線餅間、線段間的絕緣。主絕緣是采用油與絕緣隔板結(jié)構(gòu)。繞組間的徑向距離用圓筒分隔成若干油隙。匝間絕緣主要是導線絕緣，小型變壓器用漆包絕緣，大型變壓器用電纜紙包或紗包絕緣。層間絕緣采用

14、電纜紙、電工紙板或油隙絕緣。線餅間、線段間一般用油隙絕緣，并用絕緣墊塊將它們分隔開。1.4.2 出線裝置出線裝置即為絕緣套管，由中心導電桿、瓷套兩部分組成。導電桿穿過變壓器油箱壁，將油箱中的繞組端頭連接到外線路。 1kv 以下采用簡單的實心瓷質(zhì)套管。10-35kV 采用空心充氣或充油套管，這種套管在瓷套和導電桿間有一道充油層，以加強絕緣，如圖2-15所示。110kv 以上時，在瓷套內(nèi)腔中除了充油外，還環(huán)繞導電桿包幾層絕緣紙筒，并在每個絕緣紙筒上貼附一層鋁箔，以使絕緣層、鋁箔層沿套管的徑向形成串聯(lián)電容效應(yīng)，使瓷套與導電桿間的電場分布均勻，以承受較高的電壓，稱為電容式充油套管。為了增加表面放電距離

15、，高壓絕緣套管外形做成多級傘形，電壓愈高級數(shù)愈多。1.4.3 油箱油箱包括箱體、變壓器油和附件。箱體休由箱蓋、箱底和箱壁構(gòu)成。箱蓋有平頂形和鐘罩（拱頂）形。箱壁有平板式、管式和散熱器式。為了使油箱的機械強度高、散熱表面大，箱壁一般用鋼板焊成橢圓形。箱底裝有沉積器，以沉聚侵人變壓器油中的水分和污物，定期加以排除。變壓器油一方面作為絕緣介質(zhì)，另一方面作為散熱媒介。因此要求變壓器油介電強度高、燃點高、運動粘度低、凝固點低、酸堿度低、雜質(zhì)和水分少。少量水分可使變壓器油的絕緣性能大為降低（含0.004水分，絕緣強度降低 50 % ）。在較高溫度下長期與空氣接觸還將使變壓器油氧化，產(chǎn)生懸浮物，堵塞油道，增

16、加酸度，也降低絕緣強度。因此，防止氧化和潮氣侵人油中十分重要。受潮或氧化的變壓器油要過濾。附件包括放油閥門、小車、油樣油門、接地螺栓和銘牌等。1.4.4 冷卻裝置變壓器的鐵心和繞組運行時產(chǎn)生的熱量，由變壓器油通過自然對流帶到油箱壁，油箱壁再通過空氣對流方式散發(fā)出去，稱為油浸自冷。隨著變壓器容量的增大，油箱壁的散熱面積要相應(yīng)加大。容量很小的變壓器（20KVA以下）可用平板油箱；容量稍大的則油箱壁采用波紋鋼板焊制，稱為波紋油箱；中型變壓器（30-2000KVA）在油箱壁上焊接散熱扁管，稱為管式油箱。大型變壓器（2500-6300KVA)的油箱四周已安排不下所需油管，把油管先組合成整體的散熱器（或采

17、用片式散熱器），再裝到油箱上，稱為散熱器式油箱。容量為（8000-40000KVA）的變壓器，在散熱器上裝風扇，稱為油浸風冷。也有用油泵將熱油送入冷卻器，冷卻后的油再被送回變壓器，稱為強迫油循環(huán)冷卻。1.4.5 保護裝置1、儲油柜為了防止受潮和氧化，希望油箱內(nèi)部與外界空氣隔離，但又不能密封。因為變壓器工作時，變壓器油受熱而膨脹，嚴重時會脹壞油箱，因此要留一個透氣口，使箱內(nèi)的空氣被逐出；而當變壓器空載或不工作時，變壓器油又會冷卻而收縮，把箱外含有潮氣的空氣吸人。這種現(xiàn)象稱為呼吸作用。為了減小油與空氣的接觸面積，降低油的氧化速度，減少侵入油中的水分，在油箱上面安裝一個儲油柜（亦稱膨脹器或油枕），如

18、圖1-2所示。儲油柜用薄鋼板制成圓筒形，橫裝在油箱蓋上，有管道與油箱連通，使油面的升降限制在儲油柜內(nèi)。油箱內(nèi)的油不和空氣接觸，而儲油柜中油與空氣的接觸面很小，油的溫度也低。儲油面上部的空氣由一通氣管道接到外部空氣，在通氣管道中存放有氯化鈣等干燥劑，空氣中的水分大部被干燥劑吸收。儲油柜的底部有沉積器，以沉聚侵人變壓器油中的水分和污物，定期加以排除。在儲油柜的外側(cè)還安裝有油位表以觀察儲油柜中油面的高低，由于油面的高度與溫度有關(guān)，油位表還可作溫度指示器。有的大型變壓器采用膠囊式儲油柜，使油與外界空氣完全隔離。還有的大型變壓器在儲油柜內(nèi)增加隔膜或充氮。對于波紋油箱，可省去儲油柜，由波紋板的變形來承受熱

19、脹冷縮。2、氣體繼電器在儲油柜與油箱的油路通道間常裝有氣體繼電器，如圖2-2和圖2-16所示。當變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，絕緣氣化產(chǎn)生氣體，氣體上升存在氣體繼電器的頂部，使油面下降，當降到一定程度時，上部浮筒接通電路發(fā)出報警信號。如果發(fā)生了嚴重故障，短時間產(chǎn)生的大量氣體，以較快的速度進人氣體繼電器，下部浮簡自動切斷變壓器的電源。氣體繼電器對油箱漏油也可以保護。3、安全氣道安全氣道（亦稱防爆管）是裝在油箱頂蓋上的一個長鋼管，出口裝有一定厚度的玻璃板或酚醛紙板制成的防爆膜，如圖2-2所示。當變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障而氣體繼電器失靈時，有大量氣體形成，油箱內(nèi)的壓力迅速增加，油流和氣體將沖破防爆膜向外噴出，

20、以免油箱爆裂。最近也有采用壓力釋放閥的。 5 變壓器的銘牌數(shù)據(jù)變壓器的額定值主要有：1、額定容量Se：額定容量指額定視在功率，是在額定狀態(tài)下輸出能力的保證值，單位為伏安（VA）、千伏安（KVA）、兆伏安（MVA）。對于三相變壓器而言，額定容量是指三相的總?cè)萘?。通常把雙繞組變壓器的一次繞組和二次繞組額定容量設(shè)計得相等，而三繞組變壓器的額定容量則指容量最大的繞組的額定容量。2、額定電壓Ue：額定電壓是在空載時額定分接頭上的電壓保證值，單位為伏（V）或千伏（KV）。當變壓器一次側(cè)在額定分接頭處接有額定電壓U1e，二次側(cè)空載電壓即為二次側(cè)額定電壓U2e。三相變壓器的額定電壓是指線電壓。3、額定電流Ie

21、：額定電流是在額定狀態(tài)下，繞組允許通過的電流，可以用額定容量除以各繞組的額定電壓計算出來，單位為安（A）。三相變壓器的額定電流是指線電流，即一次側(cè)額定線電流 I1e、二次側(cè)額定線電流I2e。 4、額定頻率：我國的標準工業(yè)頻率為 50Hz ，故電力變壓器的額定頻率都是 50Hz。此外，額定狀態(tài)下的效率和溫升等數(shù)據(jù)亦屬于額定值。在變壓器的銘牌上還標注有型號、相數(shù)、接線圖、聯(lián)結(jié)組別、漏阻抗標么值或短路電壓、空載電流、損耗、運行方式（長期或短期）、冷卻方式、使用條件等。對于特大型變壓器，銘牌上還標注有變壓器的總重量、器身、鐵心和繞組的重量以及儲油量，外形尺寸等。1.6 變壓器的運行原理1.6.1 變壓

22、器的空載運行變壓器的一次繞組接交流電源，二次繞組開路的工作狀態(tài)，稱為空載運行。1.6.1.1 變壓器空載運行時的電磁關(guān)系圖2-17是一臺單相變壓器空載運行的示意圖。一次、二次繞組的匝數(shù)分別為 N1和N2 。當一次繞組外施交流電壓U1時，將流過很小的空載電流i0 ，產(chǎn)生交變磁動勢N1 i0，建立空載磁場?？蛰d磁場的磁通分成主磁通和漏磁通1兩部分。主磁通同時交鏈一次、二次繞組，其路徑為沿著鐵心而閉合的主磁路，磁阻較小。漏磁通只交鏈一次繞組，稱一次側(cè)漏磁通，其路徑大部分為非磁性物質(zhì)，磁阻較大，漏磁通很小。主磁通通過互感作用傳遞功率，漏磁通不傳遞功率。由于磁通交變，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，一次、二次繞組中將

23、感應(yīng)出電動勢，設(shè)主磁通為則一次繞組中的感應(yīng)電動勢為其有效值為同理，二次繞組中的感應(yīng)電動勢為一次側(cè)漏磁通在一次繞組中也感應(yīng)電動勢，即可見感應(yīng)電動勢的有效值正比于繞組的匝數(shù)，波形與磁通相同，相位滯后于磁通 90°相角 。在一般變壓器中，空載電流所產(chǎn)生的電阻壓降很小，漏磁通1m也很小，則e1也很小，它們可忽略不計，即u1e1 。因此，對于已經(jīng)制成的變壓器，主磁通的大小和波形主要取決于電源電壓的大小和波形。由于二次側(cè)開路，二次繞組中無電流流過，即i2 0 ，則開路電壓u20 = e2 ,于是式中，k稱為變壓器的變比。可見，空載運行時，變壓器一次繞組與二次繞組的電壓比就等于其匝數(shù)比。因此，要使

24、一次和二次繞組具有不同的電壓，只要它們具有不同的匝數(shù)即可。1.6.1.2 勵磁電流產(chǎn)生磁場所需的電流稱為勵磁電流im , 空載運行時，一次繞組的電流i10全部用以建立磁場，所以，空載電流就是勵磁電流，即i10 im 。勵磁電流中包括磁化電流和鐵耗電流。磁化電流i用于建立磁場，對已經(jīng)制成的變壓器，i的大小和波形取決于主磁通和鐵心磁路的磁化曲線=f(i）。當磁路不飽和時，磁化曲線是直線，i與成正比，故當隨時間正弦變化時, i亦隨時間正弦變化，且i與同相位，而與感應(yīng)電動勢 e1相差90°角，因此，磁化電流為純無功電流。當磁路飽和時，需由圖解法來確定，如圖2-18所示。主磁通隨時間正弦變化，

25、當時間t=t1 、磁通=（1）時，由磁化曲線的點 1 處查出對應(yīng)的磁化電流為i（1）；同理可以確定其他瞬間的磁化電流，從而可得到i= f(t）?？梢钥闯?，當磁通隨時間正弦變化時，由磁路飽和而引起的非線性將導致磁化電流成為與磁通同相位的尖頂波；磁路越飽和，磁化電流的波形愈尖，即畸變愈嚴重。但是無論怎樣畸變，用傅氏級數(shù)分解，其基波分量始終與磁通波形同相位；換言之，它是無功電流。為便于計算，通常用一個有效值與之相等的等效正弦波電流來代替非正弦的磁化電流。鐵耗電流 iFe 用于供給鐵心損耗?？紤]磁滯損耗時，需將磁化曲線換成動態(tài)磁滯回線，再用圖解法得出勵磁電流im = f( t ) ，如圖2-19所示。

26、不難看出，此時勵磁電流將不再與主磁通同相位，而是超前一個相角Fe , Fe 稱為鐵耗角。此時勵磁電流im中，除無功的磁化電流i外，還有一個有功的磁滯損耗電流?？紤]渦流損耗時，還需引入一個有功的渦流損耗電流，鐵耗角aFe增大。磁滯和渦流損耗電流都超前于90°電角度，與-e1同相位，二者之和為鐵耗電流 iFe ，用相量表示時有此時電源輸入的有功功率不再為零，輸入功率的極小部分消耗于一次繞組的電阻損耗，大部分將變成磁滯和渦流損耗。1.6.1.3 勵磁阻抗磁化電流i與主磁通所感應(yīng)的電動勢e1之間有下列關(guān)系式中,m為主磁路的磁導；L1是對應(yīng)鐵心元件的磁化電感，有L1 N12m 。用相量表示時有

27、：式中X稱為變壓器的磁化電抗，它是表征鐵心磁化性能的一個參數(shù)，X=L1 。鐵耗電流 iFe 與感應(yīng)電動勢e1同相位，用相量表示時，它們的關(guān)系可寫成式中， RFe 稱為變壓器的鐵耗電阻，它是表征鐵心損耗的一個參數(shù)， PFe=IFe2 RFe 。于是，勵磁電流與感應(yīng)電動勢之間的關(guān)系為相應(yīng)的等效電路如圖2-20所示，此電路由兩個并聯(lián)分支構(gòu)成。為簡單計，可用一個串聯(lián)阻抗代替這兩個并聯(lián)分支，如圖2-21所示，此時式中， Zm 稱為變壓器的勵磁阻抗，它是表征鐵心磁化性能和鐵心損耗的一個綜合參數(shù)；Xm稱為變壓器的勵磁電抗，它是表征鐵心磁化性能的一個等效參數(shù)；Rm稱為變壓器的勵磁電阻，它是表征鐵心損耗的一個等

28、效參數(shù)。由于鐵心磁路的磁化曲線呈非線性，所以E1和Im之間亦是非線關(guān)系，即參數(shù)Zm不是常值，而隨著工作點飽和程度的增加而減小。但是，由于變壓器正常運行時，外施電壓近似等于額定電壓，主磁通變動范圍不大，可近似認為Zm為常值。 1.6.1.4 漏磁通和漏抗一次繞組的漏磁通與其感應(yīng)的由動勢e1及空載電流i10之間有下列關(guān)系式中1為一次繞組漏磁路的磁導；L1是漏磁電感， L1N121。用相量表示時，有式中X1稱為變壓器一次繞組的漏磁電抗，簡稱漏抗 ,X1=L1，它是表征繞組漏磁效應(yīng)的一個參數(shù)。由于漏磁通的路徑主要為非磁性物質(zhì)，磁阻為常值,漏磁電抗為常值。1.6.1.5電壓方程、等效電路和相量圖綜合前述

29、分析，根據(jù)基爾霍夫第二定律，可得變壓器空載運行時一次側(cè)的電壓方程為 式中，Z為一次繞組漏阻抗， ZR1+ j1 。由此式可畫出變壓器的空載等效電路和相量圖，如圖222和圖223所示。電壓方程、等效電路、相量圖都是用來分析電機運行性能的工具，各具特色。電壓方程清楚地表達了變壓器各部分的電磁關(guān)系，等效電路便于記憶，相量圖則描述了各電磁物理量間的相位關(guān)系。1.6.2變壓器的負載運行變壓器的一次繞組接交流電源，二次繞組接負載的工作狀態(tài)，稱為負載運行。此時二次繞組中便有電流流過，如圖224所示。1.6.2.1負載時的電磁物理現(xiàn)象當二次繞組通過接負載阻抗 Z閉合后，在感應(yīng)電動勢 e2的作用下，二次側(cè)回路中

30、便有電流i2流過，i2將產(chǎn)生磁動勢N2 i2 。由于磁動勢N2 i2也作用在鐵心磁路上，使主磁通趨于改變，一次繞組的電動勢e1也相應(yīng)地趨于改變，從而破壞了原來的電壓平衡。在電源電壓 u1和電阻 R1 不變的情況下， e1的改變必將引起一次繞組電流發(fā)生改變，出現(xiàn)一個增量。此時，一次繞組電流中除了勵磁電流外，還將增加一個負載分量i1L ，即im用以建立主磁通m ；i1L用以抵消二次繞組電流的作用。換言之，i1L產(chǎn)生的磁動勢N1i1L應(yīng)恰好與i2所產(chǎn)生的磁動勢N2 i2大小相等、相位相反，以保持主磁通m基本不變，從而達到新的磁動勢平衡。此時有此關(guān)系就稱為變壓器的磁動勢平衡關(guān)系。可見一次側(cè)的負載電流是

31、二次側(cè)負載電流的l/K倍。在此關(guān)系式兩邊同時乘以-e1，再考慮到電壓比，于是式中，左端的負號表示輸人功率，右端的正號表示輸出功率。說明通過一次、二次繞組的磁動勢平衡和電磁感應(yīng)關(guān)系，一次繞組從電源吸收的電功率就傳遞到二次繞組，并輸出給負載。這就是變壓器進行能量傳遞的原理。將式兩邊乘以 N1，得考慮到式的關(guān)系，可得這就是變壓器的磁動勢方程。它表明，負載時作用在鐵心上的、用以建立主磁通的磁動勢是一次和二次繞組的合成磁動勢：用相量表示時兩邊除以 N得二次繞組電流除了影響主磁通外，還建立二次側(cè)漏磁通2 ，在二次繞組內(nèi)感應(yīng)電動勢e2。用相量表示時，與一次側(cè)類似地有式中，X2=L2稱為變壓器二次繞組的漏抗。

32、漏磁通的路徑如圖2-25所示。綜上所述，負載運行時，變壓器內(nèi)部的電磁關(guān)系如圖2-26所示。此外，一次和二次繞組內(nèi)還有電阻壓降i1R1和i2R2。按照磁路性質(zhì)的不同，把磁通分成主磁通和漏磁通兩部分，把不受鐵心飽和影響的漏磁通分離出來，用常值參數(shù)X1和X2來表征，而把受鐵心飽和影響的主磁通及其參數(shù)Zm作為局部的非線性問題，再加以線性化處理，這是分析變壓器的重要方法之一。這樣做一方面可以簡化分析；另一方面可以提高測試和計算精度。1.6.2.2 正方向的規(guī)定變壓器中的電壓、電流、電動勢、磁動勢和磁通都是正負交替變化的時間函數(shù)。根據(jù)電工理論，凡是屬于交變的量，在列電路方程時，需給它們規(guī)定參考方向，習慣上

33、稱為正方向。從原理上講，正方向可以任意選擇，因為各物理量的變化規(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，會導致所列出的表達式不同。在電機理論中，常按習慣方式（慣例）選擇正方向。這樣，既便于文獻交流和記憶，也可以避免出錯。對一次側(cè)：1、電流的正方向與電源電壓的正方向一致；2、磁通的正方向與產(chǎn)生該磁通的電流正方向符合右手螺旋關(guān)系；3、感應(yīng)電動勢的正方向與產(chǎn)生該電動勢的磁通正方向符合右手螺旋關(guān)系，所以感應(yīng)電動勢的正方向與電流正方向一致。對二次側(cè)：1、感應(yīng)電動勢的正方向與產(chǎn)生該電動勢的磁通正方向符合右手螺旋關(guān)系；2、電流正方向與感應(yīng)電動勢的正方向一致； 3、端電壓的正方向與電流正方

34、向一致。圖2-1和圖2-2中各量的正方向，就是按照慣例規(guī)定的。1.6.2.3 電壓方程式綜合上述的電磁物理現(xiàn)象和正方向，根據(jù)基爾霍夫第二定律，可得變壓器一次和二次側(cè)的電壓方程若電壓和電流均隨時間正弦變化，上式相應(yīng)的復數(shù)形式電壓方程為式中，Z 1和Z2分別稱為一次和二次繞組的漏阻抗，Z 1=R1+jX 1, Z2=R2+jX21.7 變壓器的特性及并聯(lián)運行變壓器的特性分基本特性和運行特性兩大類，基本特性包括空載特性和短路特性，運行特性包括外特性和效率特性。1.7.1 變壓器的基本特性1.7.1.1 空載特性空載特性可由空載試驗來測得，空載試驗又稱開路試驗，接線如圖2-27所示。用調(diào)壓器調(diào)節(jié)外加電

35、壓，使U1從零逐步升到1.15U1N為止 ，逐點測量空載電流I0、U1和相應(yīng)的輸人功率 Po ，即可得到空載特性曲線I0= f(U1）和 P0 = f(U1） ，如圖2-28 所示?？蛰d特性曲線I0= f(U1）實質(zhì)上反映了變壓器的磁化曲線?？梢钥闯觯旊妷狠^低時，磁通較小，I0和 U1是線性關(guān)系；電壓增高時，磁路逐漸飽和，I0增加比較迅速。因此勵磁阻抗Zm并非常值，而是隨飽和程度的增高而減小。 變壓器總是在額定電壓或很接近額定電壓的情況下運行，一般只求額定電壓時的Zm值，能夠真實反映變壓器運行時的磁路飽和情況?？梢詮目蛰d特性曲線上查出額定電壓時的I0和P0值，也可以直接測得該點的值。空載時，

36、電流I0就是勵磁電流 Im 。由于一次漏阻抗比勵磁阻抗小得多，可忽略不計，則勵磁阻抗為：由于空載電流很小，它在一次繞組中產(chǎn)生的電阻損耗也可以忽略不計，空載輸人功率可認為基本上是供給鐵心損耗的，故勵磁電阻應(yīng)為：于是勵磁電抗為：為了實驗時的安全和儀表選擇的方便，空載試驗通常在低壓側(cè)加電壓和測量，高壓側(cè)開路。此時所測得的數(shù)據(jù)為歸算到低壓側(cè)的值。如果低壓側(cè)為二次側(cè)，需歸算到高壓側(cè)，各參數(shù)應(yīng)乘以K2。1.7.1.2 短路特性短路特性可由短路試驗來測得，接線如圖2-29所示。從變壓器的簡化等效電路可以看出，二次繞組短路時，短路電流取決于外加電壓和變壓器的知路阻抗Zk。由于Zk很小，如果變壓器在額定電壓下短

37、路，則短路電流可達(9.5-20) IN ，將損壞變壓器。為避免測量過大的短路電流，一般在高壓側(cè)加電壓，低壓側(cè)短路。通常短路電流達到額定電流，這時外加電壓約為（0.05-0.105）UN 。因此短路試驗時變壓器內(nèi)的主磁通很小，勵磁電流和鐵心損耗均可忽略不計。勵磁支路可以略去，采用簡化等效電路進行分析。短路試驗時，外加電壓必須用調(diào)壓器從零起逐步增大，使短路電流最后達到1.2IN為止，逐點測量短路電流 Ik、外加電壓 Uk和相應(yīng)的輸人功率Pk ，即可得到短路特性曲線Ik= f(Uk）和Pk= f(Uk），如圖2-30所示。短路阻抗為： 短路時的輸人功率可認為全部消耗于一次、二次繞組的電阻損耗。故短

38、路電阻為：于是短路電抗為：如果要分離一次側(cè)和二次側(cè)的電阻，則可用電橋測出每側(cè)的直流電阻。設(shè)r1為一次繞組直流電阻， r2為二次繞組直流電阻折算到一次側(cè)的數(shù)值，并設(shè)Rk 已折算到一次側(cè)，則應(yīng)有：聯(lián)立求解可得R1和R2。一次側(cè)和二次側(cè)的漏抗無法用實驗方法分離。如果一定要分離，通?？杉僭O(shè)：因為電阻隨溫度而變化，如短路試驗時的室溫為（），按照國家標準規(guī)定應(yīng)換算到標準溫度 75 時的值，因此有：如在短路試驗時，使短路電流恰為額定電流時所需加的電壓稱為短路電壓 Ulk ，即有Ulk=INZK 。短路電壓標么值為：可見，短路電壓的標么值恰等于短路阻抗的標么值。因此短路電壓又稱為阻抗電壓。它是一個很重要的數(shù)據(jù)

39、，以百分數(shù)的形式標注在變壓器銘牌上。1.7.2 變壓器的運行特性1.7.2.1 外特性與電壓調(diào)整率1、外特性電源電壓和負載功率因數(shù)保持不變的條件下，二次側(cè)端電壓隨負載電流變化的規(guī)律稱為外特性，即U2 f（I2）。若用標么值表示，則為 U1*= 1，COS2=常值時，U2*=f (I2*)關(guān)系，如圖2-31所示。外特性的好壞可用變壓器的電壓調(diào)整率來表示。2、電壓調(diào)整率當在變壓器一次側(cè)加額定電壓、二次側(cè)開路時，二次側(cè)的空載電壓U20就是它的額定電壓U2e 。負載以后，由于負載電流在變壓器內(nèi)部產(chǎn)生漏阻抗壓降，使二次側(cè)的端電壓發(fā)生變化。在空載與額定負載兩種情況下，二次側(cè)電壓變化的百分值就定義為電壓調(diào)整

40、率，又稱電壓變化率，即:還可以表示為:可見，求出U2*，就可以得到 u。U2*可以由簡化的等效電路和相量圖求出 ,感性負載時，如圖2-32 所示。圖中各線段均用標么值表示，由相量圖中的幾何關(guān)系可知:由于n<<1 ，應(yīng)用二項式定理展開根式部分，并取前兩項，得:代人式（3-12）得:由幾何關(guān)系可知：式中，I*為負載電流的標么值。不計勵磁電流時，I1*= I2* = I* ，故：由于后一項的值很小，計算時常略去，故簡化成：該式說明，電壓調(diào)整率隨著負載電流的增加而正比增大。此外，電壓調(diào)整率還與負載的性質(zhì)和漏阻抗值有關(guān)。當負載為感性時，2角為正值，電壓調(diào)整率恒為正值，即負載時的二次電壓恒比空

41、載時低；當負載為容性時，2角為負值，電壓調(diào)整率可為負值，即負載時的二次電壓可高于空載電壓；當負載為純電阻時，2 = 0 , u = I*Rk* ，對一般電力變壓器，Rk* = 0.01-0.02 ，十分微小，因此，電壓降落不大。圖2-33畫出了u = f(2)曲線。當負載為額定負載（I*= 1）、功率因數(shù)為指定值時的電壓調(diào)整率，稱為額定電壓調(diào)整率ue 。額定電壓調(diào)整率是變壓器的主要性能指標之一，通常ue約為5%左右，所以一般電力變壓器的高壓繞組均有±5的抽頭，以便進行電壓調(diào)節(jié)。1.7.2.2 效率特性與效率1、損耗變壓器在運行時將產(chǎn)生損耗，分為銅耗Pcu和鐵耗PFe 兩類，每一類包括

42、基本損耗和雜散損耗?；俱~耗是指電流流過繞組時所產(chǎn)生的直流電阻損耗，如一次繞組銅耗Pcu1=I12 R1 ,二次繞組銅耗Pcu2 =I22 R2 。雜散銅耗主要指漏磁場引起電流集膚效應(yīng)，使繞組的有效電阻增大而增加的銅耗，以及漏磁場在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。銅耗與負載電流的平方成正比，因而也稱為可變損耗。銅耗與繞組的溫度有關(guān)，一般都用 75 時的電阻值來計算?；捐F耗是變壓器鐵心中的磁滯和渦流損耗。雜散鐵耗包括疊片之間的局部渦流損耗和主磁通在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。鐵耗可近似認為與Bm2或U12 成正比。由于變壓器的一次電壓保持不變，故鐵耗可視為不變損耗。2、效率變壓器的輸入功率P1減去

43、內(nèi)部的總損耗P以后，可得輸出功率P2 ，即:因此，變壓器的效率為：3、效率特性效率特性指一次側(cè)外施額定電壓、二次側(cè)負載功率因數(shù)不變時，變壓器的效率隨負載電流變化的規(guī)律，即=f(I2）。考慮到:式中，Rk為歸算到二次側(cè)時變壓器的短路電阻。略去二次繞組的電壓變化對效率的影響時，效率可表示為：該式即為變壓器的效率特性，其曲線如圖2-34 所示。額定負載時變壓器的效率稱為額定效率e ，是變壓器的另一個主要性能指標，通常電力變壓 器的額定效率e95-99 。4、最大效率從效率特性可見，當負載達到某一數(shù)值時，效率將達到其最大值max 。將上式對負載電流I2求導數(shù)，并令之為零，可得：mI22 Rk=PFe說

44、明，當效率達到最大時，變壓器的銅耗恰好等于鐵耗，即可變損耗等于不變損耗?？紤]到變壓器的空載損耗基本上等于鐵耗，短路損耗基本上等于銅耗。用額定電流時的短路損耗表示時，mI22 Rk=( I2* )2PKN ,所以，發(fā)生最大效率時：此時負載電流的標么值為：一般電力變壓器的P0/PkN =l/4-1/3 ，相應(yīng)的最大效率發(fā)生在I2*=0.5-0.6左右。不將變壓器設(shè)計成滿載（I2*=l）時達到最大效率，是因為變壓器并非經(jīng)常滿載運行，I2*隨季節(jié)、晝夜而變化，因而銅耗也隨之變化，而鐵耗在變壓器投人運行后，則總是存在的，故常設(shè)計成較小鐵耗，這對提高全年的總體效率有利。5、效率的確定變壓器的效率可以應(yīng)用等

45、效電路來計算，也可以通過試驗來測定。如果采用計算法確定效率，則變壓器的參數(shù)必須為已知，求出在任一給定負載下的輸入功率、輸出功率，從而算出效率。如果通過試驗確定效率，可按給定負載條件，直接給變壓器加載，實測輸入和輸出功率，以確定效率。這種方法稱為直接負載法。但由于一般電力變壓器的效率很高，可達95-99，因此輸人、輸出功率的差值極小，側(cè)量儀表的誤差影響極大，直接負載法難以得到準確的結(jié)果。另外，也難以找到相適應(yīng)的大容量負載進行試驗。因此，工程上常用間接法計算效率，即通過空載和短路試驗測出鐵耗和銅耗，再計算效率。不計負載時二次電壓的變化時，效率為：1.8 三相變壓器目前電力系統(tǒng)均采用三相制，因而蘭相

46、變壓器的應(yīng)用極為廣泛。三相變壓器在對稱負載下運行時，其各相的電壓、電流大小相等，相位互差120°，因此在運行原理的分析和計算時，可以取三相中的一相來研究，即三相問題可以轉(zhuǎn)化為單相問題，于是前面導出的基本方程、等效電路和相量圖等，可直接用于三相中的任一相。1.8.1 三相變壓器的磁路三相變壓器的磁路可分為各相彼此獨立磁路和各相彼此相關(guān)磁路兩類。1.8.1.1 各相彼此獨立的磁路把三臺完全相同的單相變壓器在電路上按一定方式連接起來，組成一個三相系統(tǒng)，稱為三相變壓器組，如圖2-35 所示。三相變壓器組的各相磁路是彼此獨立的，各相主磁通以各自的鐵心作為磁路。因為各相磁路的磁阻相同，當三相繞組

47、接對稱三相電壓時，各相的勵磁電流也相等。1.8.1.2 各相彼此相關(guān)的磁路如果把三臺單相變壓器的鐵心合并成如圖2-36 (a）所示星形磁路，則當三相繞組外施三相對稱電壓時，三相主磁通也對稱，在中間心柱中的總磁通為A+B+C = 0 ，即在任意瞬間，中間心柱中將無磁通通過，因此，可省去中間的心柱，如圖2-36 (b) 所示。為方便生產(chǎn)和運輸，把三個心柱安排在同一平面上，如圖2-36 (c）所示。這種變壓器稱為三相心式變壓器。心式變壓器中間相的磁路較短，即使外施對稱三相電壓，三相勵磁電流也不對稱，中間相的勵磁電流較其余兩相為小。但由于勵磁電流很小，在對稱負載情況下，影響極小。與三相變壓器組相比較，

48、三相心式變壓器的材料消耗較少，價格便宜，占地面積亦小，維護比較簡單；但對大型和超大型變壓器，為了便于制造和運輸，并減少電站的備用容量，往往采用三相變壓器組。也有的采用三心柱旁扼式結(jié)構(gòu)來降低鐵心高度，還有采用漸開線式結(jié)構(gòu)來使三相磁路對稱。1.8.2 三相變壓器的電路在三相變壓器中，用大寫字母 A、B、C 表示高壓繞組，其首端加 l ，尾端加 2 ；用小寫字母 a、b、c表示低壓繞組，其首端加 l ，尾端加 2 。1.8.2.1 繞組的聯(lián)結(jié)三相繞組常用的聯(lián)結(jié)方法有兩種：其一是星形聯(lián)結(jié)，用 Y （或 y ）表示；其二是三角形聯(lián)結(jié)，用 D （或 d ）表示。星形聯(lián)結(jié)是把三相繞組的三個首端引出，把三個尾

49、端聯(lián)結(jié)在一起作為中性點，如圖2-37（a）所示。三角形聯(lián)結(jié)是把一相繞組的尾端與另一相繞組的首端相連，順次連接成一個閉合的三角形回路，最后把三個首端引出，如2-37(b）所示。國產(chǎn)電力變壓器常用 Y,yn、Y,d 和YN ,d三種聯(lián)結(jié)法，前面的大寫字母表示高壓繞組的聯(lián)結(jié)法，后面的小寫字母表示低壓繞組的聯(lián)結(jié)法，中間以逗號相隔， N（或 n ）表示有中性點引出的情況。此外，某些特種變壓器的二次側(cè)繞組有時采用所謂的曲折聯(lián)結(jié)法，用字母 Z （或z）表示。該聯(lián)結(jié)法把每相的二次側(cè)繞組分成匝數(shù)相等的兩半，把每相的上一半與另一相的下一半倒向串聯(lián)作為新的一相，如圖2-38所示。這種接法三相仍然對稱，但與普通的星形

50、聯(lián)結(jié)法相比，在相同容量條件下需用較多的銅線。1.8.2.2 高、低壓繞組電壓的相位關(guān)系在并聯(lián)運行時，為了正確地使用三相變壓器，必須知道高、低壓繞組電壓的相位關(guān)系。先分析相電壓，再分析線電壓。1、高、低壓繞組相電壓的相位關(guān)系。同一相的高壓和低壓繞組繞在同一心柱上，被同一主磁通所交鏈。當主磁通交變時，高壓和低壓繞組的電動勢之間有著相對應(yīng)的極性關(guān)系，即在同一瞬間，高壓繞組的某一端點相對于另一端點的電位為正時，低壓繞組必有一個端點的電位也是相對為正。這兩個極性相同的對應(yīng)端點稱為同名端，在端點旁邊用符號“·”標記。同名端取決于繞組的繞制方向，如高、低壓繞組的繞向相同則兩個繞組的上端（或下端）就

51、是同名端；若繞向相反，則高壓繞組的上端和低壓繞組的下端為同名端，如圖2-39所示。不管繞組的繞向如何，同名端總是客觀存在的，但首、尾端是人為規(guī)定的。如果規(guī)定相電莊的正方向統(tǒng)一為從首端指向尾端，若繞組的首、尾端選得不一樣，高、低壓燒組的相電壓UA與Ua應(yīng)為同相位。如圖2-39所示。如把一個同名端標為首端、另一個標為尾端，則UA與Ua為反相，如圖2-40所示。為了形象地表示高、低壓繞組相電壓的相位關(guān)系，通常采用所謂的時鐘表示法。把高壓繞組的相電壓看作時鐘的長針，低壓繞組的相電壓看作時鐘的短針，把長針固定指向時鐘 12 點（或0點），短針所指的小時數(shù)作為繞組的聯(lián)結(jié)組號。對圖2-39 的情況，記為I

52、,I0；對圖2-40 的情況，記為I ,I6 。其中I表示高、低壓繞組都是單相繞組，0和6表示組號。我國國家標準規(guī)定，單相變壓器以I ,I0作為標準聯(lián)結(jié)組。 2、高、低壓繞組線電壓的相位關(guān)系。三相繞組采用不同的聯(lián)結(jié)時，高、低壓繞組的線電壓之間的相位也不同，也采用時鐘表示法。以往是以對應(yīng)線電壓相量的相位關(guān)系確定聯(lián)結(jié)組號，近年來國際電工委員會（IEC ）統(tǒng)一規(guī)定：把高、低壓繞組的線電壓三角形的重心重合，把高壓繞組線電壓三角形的一條中線作為時鐘的長針，指向12 點，再把低壓繞組的線電壓三角形中對應(yīng)的中線作為短針，它所指的鐘點就是該聯(lián)結(jié)組號。不管用哪種方式確定聯(lián)結(jié)組號，對某一具體聯(lián)結(jié)組來說都是唯一的。

53、聯(lián)結(jié)組號根據(jù)高低壓繞組的同名端和聯(lián)結(jié)方法所決定的。1.8.2.3三相變壓器的聯(lián)結(jié)組 1、Y，y0聯(lián)結(jié)組。把高、低壓繞組都做星形聯(lián)結(jié)，其同名端同時規(guī)定為首端，對應(yīng)的相電壓相量應(yīng)為同相位，相應(yīng)地對應(yīng)的線電壓相量也應(yīng)為同相位，如圖2-41所示。若讓高、低壓繞組的線電壓三角形的重心O和o重合，并使高壓繞組的線電壓三角形的中線OA指向12點，則低壓繞組對應(yīng)的中線oa也將指向12點，也稱作O點，故該聯(lián)結(jié)組的組號為O ，聯(lián)結(jié)組記為Y，y0。如果把高壓繞組的同名端規(guī)定為首端，把低壓繞組的同名端規(guī)定為尾端，高、低壓對應(yīng)的相電壓相量將為反相（即相差 180°)，對應(yīng)的線電壓相量亦為反相。此時若使高、低壓

54、線電壓三角形的重心重合，從鐘面上看，聯(lián)結(jié)組將變成Y，y6 ，如圖2-42所示。2、Y, dll 聯(lián)結(jié)組。把高壓繞組做星形聯(lián)結(jié)，低壓繞組做三角形聯(lián)結(jié)，把高、低壓繞組的同名端均規(guī)定為首端，故對應(yīng)的高、低壓相電壓相量應(yīng)為同相位，如圖2-43(a）所示。高壓繞組的相量圖和Y，y0時相同，因為采用相同的聯(lián)結(jié)；低壓繞組的相量圖則應(yīng)根據(jù)具體聯(lián)結(jié)畫出，如圖2-43(b）所示。再把高、低壓繞組的線電壓三角形的重心O和o重合，并使高壓繞組的線電壓三角形的中線OA指向 12 點，則低壓繞組對應(yīng)的中線oa將指向11點，如圖2-43(c)所示。故該聯(lián)結(jié)組的組號為11，聯(lián)結(jié)組記為Y,dll。若把低壓繞組的同名端規(guī)定為尾端

55、，按同樣順序連接，則得Y ,d5聯(lián)結(jié)組，如圖2-44所示。3、其他聯(lián)結(jié)組。對于上述 Y,y 和 Y,d 聯(lián)結(jié)組，如果高壓繞組的三相標號 A、B、C 保持不變，把低壓繞組的三相標號a、b、c 順序改為c、a、b ,則低壓各線電壓相量將分別轉(zhuǎn)過120°，相當于短針轉(zhuǎn)過 4 個鐘點；若改為 b、c 、a ，相當于短針轉(zhuǎn)過 8個鐘點。因而對Y , y 聯(lián)結(jié)而言，可得 0、4、8、6、10、2等6個偶數(shù)組號；對 Y , d 聯(lián)結(jié)而言，可得11、3、7、5、9、l 等 6 個奇數(shù)組號；總共可得 12 個組號。此外，三相變壓器還可以接成D,y或D,d ，按照類似方法分析，D ,y 連接總共有1、3

56、、5、7、9、11 六種聯(lián)結(jié)組；D,d連接總共有O、2、4、6、8、10 六種聯(lián)結(jié)組。4、標準聯(lián)結(jié)組變壓器聯(lián)結(jié)組的種類很多，為了制造和并聯(lián)運行時的方便，我國國家標準規(guī)定只生產(chǎn)五種標準聯(lián)結(jié)組： Y , yn10 ；Y,dll； YN,dl1； YN，y0 ； Y，y0。其中前三種最為常用。Y,yn10聯(lián)結(jié)組的二次側(cè)可引出中線，成為三相四線制，用于容量不大的配電變壓器，兼供動力和照明負載。Y ,dll 聯(lián)結(jié)組用于二次側(cè)電壓超過400V 的線路中。這種變壓器有一側(cè)接成三角形，對運行有利。YN,dl1 聯(lián)結(jié)組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。YN，y0聯(lián)結(jié)組用于一次側(cè)的中點需要接地的

57、場合。Y，y0聯(lián)結(jié)組用于一般的動力負載。1.8.3 三相變壓器的電動勢波形在單相變壓器空載時，由于鐵心磁路飽和，勵磁電流為尖頂波，除基波分量外，還包含一系列奇次諧波，其中以二次諧波最顯著，如圖2-45 所示。在三相變壓器中，各相勵磁電流中的3次諧波可表示為：可見它們大小相等、相位相同。勵磁電流的3次諧波能否流通，將直接影響到主磁通和相電動勢的波形。如果一次繞組為YN連接，3次諧波電流可以流通，各相勵磁電流為尖頂波。此時，不論二次繞組是 y 連接或 d 連接，鐵心中的主磁通均能保證為正弦波形，因此，相電動勢也為正弦波。若一次繞組為 Y 連接，分兩種情況來分析。（1）Y, y 聯(lián)結(jié)組。此時一次繞組和二次繞組都是星形聯(lián)結(jié)且無中線，于是勵磁電流中的3 次諧波分量不能流通，因此勵磁電流將接近于正弦波。當磁路飽和時，主磁通的波形將成為平頂波，如圖2-46 所示。主磁通中除基波分量1外，還包含一系列奇次諧波，其中以3次諧波分量3最大。由基波磁通感應(yīng)基波電動勢e1，頻率為f1 ,相位滯后于190°；由 3 次諧波磁通感應(yīng)三次諧波電動勢e3 ，頻率為f3 3fl ，相位上滯后于390°（在 3 次諧波標尺上量度）。把e1和e3逐點相加 ,合成電動勢是一尖頂波，如圖2-47(b）所示。尖頂波振幅等于基波振幅與3次諧波振幅之