西南交大電機學2變壓器

1、變壓器變壓器Transformer電氣工程學院 郭冀嶺鄉(xiāng)鎮(zhèn)變電所鐵路變電所箱式變電站大型變壓器大型變壓器電力變壓器電力變壓器試驗室調(diào)壓變壓器試驗室調(diào)壓變壓器電源用變壓器電源用變壓器單相變壓器單相變壓器各種小型變壓器各種小型變壓器變壓器n變壓器的基本原理 n三相變壓器n三相變壓器運行n特種變壓器1 變壓器的基本原理 Basic Therory of Transformern變壓器的結構與工作原理n變壓器空載運行分析 n變壓器負載運行分析n標幺值n變壓器參數(shù)測定n變壓器運行特性一次，一次，初級，初級，原邊原邊二次，二次，次級，次級，副邊副邊dtdNe 電源電源1.1 變壓器的結構與工作原理 Str

2、ucture & Operation Principle(1) (1) 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 Basic Operation PrincipleBasic Operation Principlen電磁感應原理 n兩個絕緣繞組套在同一鐵心上 n磁耦合 n靜止裝置n用途用途q電力變壓器電力變壓器 n升壓、降壓、聯(lián)絡、廠用升壓、降壓、聯(lián)絡、廠用 q儀用互感器儀用互感器 n電壓互感器、電流互感器電壓互感器、電流互感器 q特種變壓器特種變壓器 n脈沖變壓器、調(diào)壓器、試驗、電爐變壓器、脈沖變壓器、調(diào)壓器、試驗、電爐變壓器、整流、電焊變壓器、礦用、船用等整流、電焊變壓器、礦用、船用等 n

3、繞組數(shù)目繞組數(shù)目 q雙繞組、三繞組、多繞組、自耦等雙繞組、三繞組、多繞組、自耦等(2)(2)變壓器的分類變壓器的分類 ClassificationClassification電力變壓器電源變壓器環(huán)形變壓器接觸調(diào)壓器控制變壓器三相干式變壓器n鐵心結構鐵心結構q心式心式 殼式殼式 n相數(shù)相數(shù)q單相、三相單相、三相 n冷卻方式冷卻方式 q油浸、干式、充氣油浸、干式、充氣 n容量容量 q小型：小型：10630kVA q中型：中型：8006300kVA q大型：大型：800063000kVA q特大型：特大型：90000kVA以上以上電力變壓器的用途：電力變壓器的用途：升壓升壓降壓降壓本章研究對象：本章

4、研究對象：油浸電力變壓器油浸電力變壓器經(jīng)濟地經(jīng)濟地輸送輸送電能電能合理地合理地分配分配電能電能安全地安全地使用使用電能電能配電配電n鐵心：磁路 n繞組：電路 n絕緣套管：引出線由繞組到箱外的絕緣體 n油箱及附件：油箱、儲油柜、安全氣道 (3)(3)變壓器的基本結構變壓器的基本結構 Basic Structure Basic Structure鐵心鐵心繞組繞組絕緣套管絕緣套管放油閥門放油閥門分接開關分接開關安全氣道安全氣道儲油柜儲油柜氣體繼電器氣體繼電器吸濕器吸濕器鐵心鐵心繞組繞組儲油柜儲油柜放油閥門放油閥門鐵心鐵心1）變壓器鐵心變壓器鐵心 Core Core n作用作用q主磁路主磁路+機械骨架

5、機械骨架 n材料材料q(冷冷/熱軋熱軋)硅鋼片硅鋼片q0.350.5mm+0.010.13mm漆膜漆膜 n型式型式q心式（繞組包鐵心）心式（繞組包鐵心）q殼式（鐵心包繞組的頂、底和側面）殼式（鐵心包繞組的頂、底和側面） 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 (b) 單相心式變壓器示意圖單相心式變壓器示意圖 core type transformer心柱截面也可是內(nèi)接于圓的多級矩形，鐵軛與心柱截面相等。鐵軛鐵軛 鐵軛鐵軛 殼式變壓器殼式變壓器 shell type transformer鐵鐵 鐵鐵 鐵鐵 心心 軛軛 柱柱

6、 軛軛1122 單相殼式變壓器單相殼式變壓器 繞組繞組2）變壓器繞組變壓器繞組 transformer winding transformer windingn作用q電路部分，完成能量轉換 n材料q銅或鋁絕緣導線 n型式q同心式 制造簡便 使用普遍n圓筒式 螺旋式 連續(xù)式 糾結式q交疊式 機械強度高 漏抗小n餅式n裝配q低壓繞組靠著鐵心，高壓繞組套在低壓繞組外面，高低壓繞組間設置有油道(或氣道)，以加強絕緣和散熱。q將繞組裝配到鐵心上成為器身絕緣套管絕緣套管分接開關分接開關3 3）絕緣套管絕緣套管 Isolation Tuben作變壓器的引線從油箱內(nèi)穿過油箱蓋時，必須經(jīng)過絕緣套管，以使高壓引線

7、和接地的油箱絕緣。n絕緣套管一般是瓷質(zhì)的，為了增加爬電距離，套管外形做成多級傘形，結構取決于電壓等級q1kV以下采用實心瓷套管q10kV35kV套管采用空心充氣或充油式套管q110kV以上采用電容式套管n分接開關n連接以及切換變壓器分接抽頭的裝置，稱為分接開關。 n分接開關的作用是調(diào)節(jié)變壓器的高壓繞組的匝數(shù)在額定值的5%或2.5%的范圍內(nèi)變化，從而改變低壓側的電壓，以充分適應用戶對電壓的需要。q無勵磁分接開關 斷電狀態(tài)操作q有勵磁分接開關 帶電狀態(tài)也可操作放油閥門放油閥門安全氣道安全氣道儲油柜儲油柜氣體繼電器氣體繼電器吸濕器吸濕器4 4）油箱）油箱 Oil Box Oil Box 除干式變壓器

8、以外，電力變壓器的器身都放在油箱中，箱內(nèi)充滿變壓器油，其目的是提高絕緣強度(因變壓器油絕緣性能比空氣好)、加強散熱。 變壓器油要求：介電強度高、著火點高、黏度小，水分和雜質(zhì)含量低，指標符合國家標準。 配套的油路：油箱、儲油柜（油枕）、放油閥門、吸濕器、氣體繼電器、安全氣道。電力變壓器電力變壓器銘牌銘牌鐵芯的交疊裝配鐵芯的交疊裝配n單相變壓器鐵心疊法，偶數(shù)層剛好壓著奇數(shù)層的接縫，從而減少了磁路和磁阻，使磁路便于流通 接縫處氣隙小n可以避免渦流在鋼片之間流通(4)(4)變壓器制作過程變壓器制作過程 Manufacturing ProcessManufacturing Processn三相芯式變壓器

9、的鐵心排列法，主要使疊縫相互交疊，從而減少磁路的磁阻 變壓器鐵芯的壓制變壓器鐵芯的壓制變壓器組裝過程變壓器組裝過程裝配裝配繞組繞組繞組整合繞組整合套入鐵芯套入鐵芯合成器身合成器身完成裝配完成裝配額定值（銘牌值）：正常工作的使用規(guī)定。 (5)(5)變壓器的額定值變壓器的額定值 Rated ParametersRated Parametersn額定電壓 U1N / U2N 單位： V/kVq指空載電壓的額定值q即當 U1 = U1N 時, U20 = U2N q如銘牌上標注: 電壓 10 000 / 230 V q 三相變壓器是指線電壓n額定電流 I1N / I2N 單位：Aq指滿載電流值，即長期

10、工作所允許的最大電流q 三相變壓器是指線電流。n額定功率（額定容量） SN 單位：W/kWq指視在功率的額定值。 n額定頻率 fN 單位：Hzq一般： fN = 50Hz（工頻）n效率n溫升n相數(shù)n連接組號單相變壓器：單相變壓器：三相變壓器：三相變壓器：N2N2NN1N1NUSIUSI ，N2N2NN1N1NU3SIU3SI ，n型號O S F P S Z 250000/220自耦三相風冷強迫油循環(huán)高壓側220kV額定容量250MVA有載調(diào)壓三繞組(6)(6)變壓器的發(fā)熱與冷卻變壓器的發(fā)熱與冷卻 Heating & CoolingHeating & Coolingn變壓器的發(fā)熱

11、q鐵心損耗 繞組銅損 附加損耗q產(chǎn)生熱量與散發(fā)熱量相等時，溫升達到穩(wěn)定值q油浸式電力變壓器一般采用A級絕緣材料，最高允許溫度105，溫度每超過8(加速老化),壽命減半n變壓器的冷卻q油浸自冷式 油自然對流 7500kVA以下q油浸風冷式 加裝風扇 10000kVA以上q強迫油循環(huán) 油泵至冷卻器 50000kVA以上分析步驟：電磁關系分析步驟：電磁關系基本方程基本方程等效電路等效電路相量圖相量圖1.2 變壓器的空載運行分析 Analysis of no-load operation(1)(1)空載運行相關問題空載運行相關問題( (正方向規(guī)定正方向規(guī)定) ) Reference Direction

12、 Reference Direction 空載運行空載運行：一次繞組接交流電源，二次繞組開：一次繞組接交流電源，二次繞組開路，負載電流為零。路，負載電流為零。 n正方向規(guī)定正方向規(guī)定q一次繞組按電動機慣例定向 q二次繞組按發(fā)電機慣例定向 q磁通正方向與產(chǎn)生它的電流的正方向符合右手關系 q感應電動勢與產(chǎn)生它的磁通的正方向符合右手關系注：磁場僅由一次電流確定注：磁場僅由一次電流確定主磁通:通過鐵心同時與一、通過鐵心同時與一、二次繞組交鏈二次繞組交鏈漏磁通：漏磁通：僅與繞組僅與繞組自身交鏈自身交鏈思考：主磁通與漏磁通的區(qū)別？思考：主磁通與漏磁通的區(qū)別？ 考慮三方面：性質(zhì)、作用、數(shù)量考慮三方面：性質(zhì)、

13、作用、數(shù)量(2)(2)變壓器空載運行電磁關系變壓器空載運行電磁關系 Electomagnetic Analysis Electomagnetic Analysisn主磁通和漏磁通的區(qū)別 difference between main flux & leakage fluxq所經(jīng)磁路的磁阻不同 n主磁通沿鐵心閉合，磁阻為非常數(shù)，存在飽和現(xiàn)象，與i0呈非線性關系；n漏磁通主要沿非鐵磁材料(油、空氣)閉合，磁阻為常數(shù)，1與i0呈線性關系。 q所起的作用不同：n主磁通同時與一次側繞組、二次側繞組相交鏈，起能量傳遞媒介的作用；n漏磁通1僅與一次側繞組相交鏈，不能傳遞能量，僅起電壓降的作用。 q大

14、小不同：n主磁通占總磁通的絕大部分；n漏磁通只占很小的一部分。 變壓器重要參數(shù)：變壓器重要參數(shù)：變比變比 2121201NNEEUUkdtdNdtdNRieeRium111110111101dtdNeum2220111m1 sin-2sin -22mdeNN tEtdt m222m2 sin -2sin -22deNNtEtdt m1m1144. 4221fNNfEm2m2244. 4221fNNfEtm sin=mm電勢與磁通的關系：11m44. 4fNU(3)(3)各物理量的分析（各物理量的分析（u u為正弦量為正弦量相量法分析相量法分析） Analysis of EMF,Flux,Exc

15、iting current Analysis of EMF,Flux,Exciting current主磁通的決定因素主磁通的決定因素n結論：影響主磁通大小的因素是電源電壓U1、電源頻率f和一次側線圈匝數(shù)N1，與鐵心材質(zhì)及幾何尺寸基本無關。 m1m1144. 4221fNNfE11m44. 4fNU1111101eeeRiu磁通和勵磁電流（空載電流）的關系：i0i01t i激磁電流：產(chǎn)生主磁通所需要的電流。n空載電流的波形空載電流的波形q電網(wǎng)電壓為正弦波，鐵心中主磁通亦為正弦波若鐵心不飽和(Bm1.3T)空載電流i0 也是正弦波q對于電力變壓器，Bm=1.4T 1.73T，鐵心飽和q勵磁電流呈

16、尖頂波，除基波外，還有較強的三次諧波和其它高次諧波n在交流鐵芯線圈中，當交變磁通按照正弦規(guī)律變化時，受到飽和磁路的影響，線圈中的電流會發(fā)生畸變，并成為尖頂波，這就是所謂的交流磁路電流畸變。n要分析電流的變化規(guī)律q（1）分析磁通與電流之間的關系q（2）分析磁通與時間之間的關系q（3）確定電流與時間之間的關系05010015020025030035040000.511.522.53IA/cmPHIWb05010015020025030035040001234IA/cmts00.511.522.533.500.511.522.53tsPHIWbn勵磁電流小結q(1)理想情況 鐵心磁路不飽和且無鐵耗n

17、磁化曲線為直線，勵磁電流與主磁通為線性關系，即U為正弦電壓，勵磁電流和主磁通均為同相正弦波q(2)磁路飽和，不計鐵耗n磁化曲線有飽和部分，勵磁電流為尖頂波，與磁通同相位q(3)磁路飽和，計鐵耗n磁化曲線為磁滯回線，勵磁電流為扭曲的尖頂波，且超前主磁通一個小角度Fe Fe0pp 空空載載損損耗耗 有功分量有功分量無功分量無功分量FemIII 2Fe2mIII n非正弦空載電流的正弦等效處理非正弦空載電流的正弦等效處理q引入等效正弦勵磁電流Im代替i0，以建立線性正弦等值電路。n條件q有效值相等； q基波同頻同相； q有功功率大小不變。FemIIImmmmmIZIjxRNjE)(m11勵磁阻抗勵磁

18、阻抗 參數(shù)物理意義： Rm：對應鐵耗的等效電阻。 Xm：表示鐵心磁化性能。 Zm：前兩者的綜合參數(shù)。有功分量無功分量FemIII22FemIII產(chǎn)生主磁通產(chǎn)生主磁通代表鐵耗代表鐵耗勵磁電阻勵磁電阻 勵磁電抗勵磁電抗 注意：參數(shù)不是常數(shù)！注意：參數(shù)不是常數(shù)！n勵磁阻抗的導出勵磁阻抗的導出漏磁通和勵磁電流（空載電流）的關系： 11e11111ENj N 11mEI 1m1EjxI 一次一次漏電抗漏電抗漏電抗物理意義漏電抗物理意義：漏磁通對電路的電磁效應。：漏磁通對電路的電磁效應。dtdNdtdNRieeRium1111101111011110101010mmUI REEI Rj I xIjxR有功

19、有功無功無功一次側漏抗一次側漏抗鐵耗鐵耗勵磁勵磁勵磁阻抗勵磁阻抗+ + - - 1U 1R1x 1E 1E mxmR(4)(4)一次側等效電路與相量圖一次側等效電路與相量圖 equivalent electric circuit of primary side& phasor diagram nRm和Xm都不是常數(shù)，隨鐵心飽和程度變化n電壓升高時，鐵心更加飽和。Rm和Xm都隨外施電壓的增加而減小。n實際上，當變壓器接入的電網(wǎng)電壓在額定值附近變化不大時，可以認為Zm不變。 空載運行相量圖空載運行相量圖phasor diagram on no-loadphasor diagram on n

20、o-load 若鐵心中沒有損耗，與主磁通 同相位。 但由于主磁通在鐵心中交變，產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗，合稱為鐵耗pFe。 此時 將領先 一個角度 。 0Im0ImFem IFe I0 R1 I0 U1 Iu 勵磁分量勵磁分量 E2 E1 -E1 jX1 I0 漏抗漏抗 -I0jXm鐵耗角鐵耗角 -I0 Rm 勵磁阻抗勵磁阻抗m IFe I0 R1 I0 U1 Iu 勵磁分量勵磁分量 E2 E1 -E1 jX1 I0 漏抗漏抗 -I0jXm鐵耗角鐵耗角 -I0 Rm 勵磁阻抗勵磁阻抗【例例】n問題：問題：220V/50Hz220V/50Hz的變壓器空載接到的變壓器空載接到440V/50Hz440

21、V/50Hz的電源上，后果如何？的電源上，后果如何？ n問題：問題：220V/50Hz220V/50Hz的變壓器空載接到的變壓器空載接到220220直直流電源上，后果如何？流電源上，后果如何？分析步驟：電磁關系分析步驟：電磁關系基本方程基本方程等效電路等效電路相量圖相量圖1.3 變壓器的負載運行分析Analysis of load operation 2E 1E1E2E22RI11RI 2 1m 1N2NLZ2I2N1N1N2F1F1I1U注：磁場由一次、二次電流共同確定。注：磁場由一次、二次電流共同確定。(1)(1)變壓器負載運行電磁關系變壓器負載運行電磁關系 Electomagnetic

22、Analysis 0112211ININININm(2)(2)變壓器基本方程變壓器基本方程 Main EquationsMain Equationsn磁勢方程磁勢方程 MMF Equationq其一次繞組漏阻抗壓降I1Z1很小，負載時仍有U1E1=4.44fN1m，故鐵心中與E1相對應的主磁通m近似等于空載時的主磁通，從而產(chǎn)生m的合成磁動勢Fm與空載磁動勢F0近似相等，負載時的勵磁電流與空載電流I0也近似相等。021FFFFm將上式兩邊同除以N1 ,得LIIkIIIINNII1020101221)()(n變壓器一次側電流I1有兩個分量q勵磁電流I0 用于建立變壓器鐵心中的主磁通mq負載分量I1

23、L 用于建立磁動勢N1I1L,去抵消二次側磁動勢N2I2 0112211ININININmFemmI2Ik1I2Ik211122222222211111111144. 4)()(EEkZIfNjEjXRIURIEUEjXRIERIEEUmmm問題：如何得到一個連通的等效電路？問題：如何得到一個連通的等效電路？繞組折算繞組折算 n電勢方程電勢方程 EMF Equation(3)(3)變壓器繞組折算變壓器繞組折算 winding referringwinding referringn繞組折算繞組折算q將一、二次繞組匝數(shù)變換為同一匝數(shù)的方法。n折算方式q一次二次q二次一次n折算原則q磁場不變q能量關

24、系不變折算關系（二次折算關系（二次一次）：一次）：222RkR 電勢、電壓的折算：電勢、電壓的折算： kNNNNEE2122222222kUUkEE，電流的折算（磁場不變）：電流的折算（磁場不變）： 2222ININkII22阻抗的折算（能量不變）：阻抗的折算（能量不變）： 222222)(IrIr：有功耗能不變222222)(IxIx：無功儲能不變222XkX 21mmm1110m21222222222111111111EEZIfN44. 4jEIIII)jXR(IURIEUE)jXR(IERIEEU (4)(4)變壓器繞組折算后的基本方程式變壓器繞組折算后的基本方程式 Equations

25、after winding referring Equations after winding referring 項目項目 折算前折算前 折算后折算后 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U1 =E1Z1I1 U1 =E1Z1I1 U2 = E2Z2I2 U2 = E2 Z2I2 N1I1N2I2 = N1I0 I1I2 = I0 E1 =ZmI0 E1 =ZmI0 E1= kE2E1 = E2U2 = ZLI2 U2 = ZLI2 (5)(5)變壓器等值電路推導變壓器等值

26、電路推導 equivalent electric circuitequivalent electric circuit m 變壓器的變壓器的T型等值電型等值電路路一般一般I1NZ10.08U1N 時時采用采用 忽略忽略I0采用采用 (6)(6)變壓器近似等值電路變壓器近似等值電路 型等效電路：簡化等效電路：approximate equivalent electric circuit 【例例】一臺單相變壓器，一臺單相變壓器，U1N /U2N = 380/190 V，Z1 = ( 0.4j0.8 ) ，Z2 = ( 0.15j0.3 ) ，Zm = ( 600j1 200 ) ，ZL = ( 7

27、.5j4.75 ) ，當一次繞，當一次繞 組加上額定電壓組加上額定電壓 380 V 時，時，試分別用試分別用T 型等效電路和簡化等效電路求負載電流和電壓的型等效電路和簡化等效電路求負載電流和電壓的實際值。實際值。解：解：(1) 用用T 型等效電路型等效電路k =U1N U2N = = 2 380 190Z2 = k2Z2 = 22 (0.15j0.3) = (0.6j1.2) ZL = k2ZL = 22 (7.5j4.75) = (30j19) = 35.5 32.35O 電路總阻抗電路總阻抗 Zd = Z1 Zm (Z2 ZL) Zm Z2 ZL = 36.6 34.88O I1 =U1

28、Zd = A36.6 34.88O 380 0O = 10.38 34.88O A E2 = E1 = Z1I1U1 = ( 0.4j0.8 ) V 10.38 34.88O 380 0O = 376.62 180.72O V I2 = E2 Z2ZL = 10.27 147.3O A I2 = kI2 = 210.27 A = 20.54 AU2 = |ZL| I2 (2) 用簡化等效電路用簡化等效電路 ZS = Z1Z2 = (1.0j2.0) = 182.35 V= 7.524.752 20.54 V= 10.15 34.1O A I1 =I2 = U1 ZSZL I2 = kI2 =

29、210.15 A = 20.3 A U2 = |ZL| I2 = 180.22 Vm 12EE 1E 1I mI 2I 1U 2U 2I1 2 11RI 11xIj 22xIj 22RI (7)(7)變壓器向量圖變壓器向量圖 phasor diagramphasor diagram 已知U2、I2、 ，變壓器參數(shù)k、R1、X1、R2、X2、Rm、Xm 。繪出相量圖 2U2I222R I 22jI X2EFemmI2I1I11I R1E11jI X1U1變壓器相量圖變壓器相量圖(cos2滯后滯后)1E 2cos畫出 ； 22,IU在 相量上加上 得到 ； 2U2222XjIRI2E12EE畫出領

30、先 的主磁通 ；1 90Em根據(jù) 畫出 ，領先 一個鐵耗角 ；mmZEI/1mImFe畫出 與 的相量和 ；2ImI1I畫出 ，加 得到1E1111XI jRI1U 設：設： U2 = U2 0 U2I2 電感性負載電感性負載 2E1 = E2R2I2jX2I2E1 I0I2I1 R1I1jX1I1 1U1 從相量圖可以看出， 變壓器原邊電壓 與電流 的夾角為 稱為變壓器負載運行的功率因數(shù)角， 稱為變壓器的功率因數(shù)。 對于運行的變壓器，負載的性質(zhì)和大小可影響變壓器功率因數(shù)。1U11cos2滯后,cos 21 電容性負載電容性負載 U2I2E1 = E2 R2I2 jX2I2 I0I2 U1 2

31、E1 I1 R1I1 jX1I1 1 電阻性負載電阻性負載 U2I2E1 = E2R2I2jX2I2I0I2U1E1 R1I1jX1I1 1I1 2=0,cos 2=12超前,cos 2Z1 ，可忽略Z1 ，1010IUzmmmzzz1則有：勵磁阻抗功率損耗基本上為無功勵磁損耗，即鐵耗，故勵磁電阻2mIpr1010k =U1U2 勵磁電抗2m2mmrzx短路試驗短路試驗 short-circuit testshort-circuit test： kIkpkU（1 1）短路試驗接線圖）短路試驗接線圖n試驗一般在高壓側做； n電壓由低調(diào)節(jié)到高時，測量電壓、電流和功率損耗的相應數(shù)據(jù)； n一般要求測量

32、出額定電流時的相對應數(shù)據(jù)； （2 2）試驗做法及測量對象）試驗做法及測量對象（3 3）測量數(shù)據(jù)的處理）測量數(shù)據(jù)的處理 短路試驗時，Uk很低（4%10%U1N），鐵心中主磁通很小，勵磁電流可忽略，鐵耗也可忽略。從電源輸入的功率Pk等于銅耗，亦等于負載損耗。 mz/zz22短路阻抗2kkkIpr22kkkrzx.rrkCk5234755234752k2CkCkxrz7575短路電阻短路電抗考慮溫度影響的短路電阻考慮溫度影響的短路阻抗kkkIUzzz1121n短路電壓q短路試驗時，使短路電流為額定電流時一次側所加的電壓，稱為短路電壓UK，即額定電流在短路阻抗上的壓降，亦稱作阻抗電壓。 q常用其百分比

33、表示：q中、小型變壓器：（410.5）%q大型變壓器： （12.517.5）%UUUNkNk100%1（4 4）短路電壓（阻抗電壓）短路電壓（阻抗電壓）n短路電壓與短路阻抗的關系nuk對變壓器運行性能的影響：q短路電壓大小反映短路阻抗大小 q 正常運行時希望小些 ，電壓波動小 ； q 限制短路電流時，希望大些。*175117517511*%100%100kNkNNkNkNNkNkZZZIUZUZIUUuUk =Uk U1N100% 用標幺值表示用標幺值表示:標幺值標幺值 = 實際值實際值 基值基值用百分數(shù)表示用百分數(shù)表示:Uk* =Uk U1N阻抗電壓的標么值：阻抗電壓的標么值： 用短路阻抗模

34、的標幺值表示用短路阻抗模的標幺值表示:Uk* =Uk U1N= |Zk | I1N U1N= |Zk | U1N / I1N= |Zk|*n銘牌上的標注方法求折算至高壓側的求折算至高壓側的 |Zm|、Rm、Xm 和和 |Zk| 、Rk、Xk。 【例例】 一臺三相變壓器，一臺三相變壓器， SN = 1 000 kVA，U1N / U2N = 10 000/231 V，I1N / I2N = 43.3 / 1 874 A。Y,d 聯(lián)結。聯(lián)結。 室溫為室溫為 20o C，繞組為銅線，試驗數(shù)據(jù)如下表：，繞組為銅線，試驗數(shù)據(jù)如下表： 試試 驗驗 線電壓線電壓/V 線電流線電流/A 功率功率/W 備備 注

35、注 空載試驗空載試驗 231/10 000 103.8 3 800 電壓加在低壓側電壓加在低壓側 短路試驗短路試驗 440 43.3 10 900 電壓加在高壓側電壓加在高壓側= 3.83 Xm =|Zm |2Rm2 U20U1N k =10 000 / 3 231= = 25 折算至高壓側折算至高壓側 Zm = 2523.85 = 2 406 Rm = 2520.35 = 219 Xm = 2523.83 = 2 394 | Zm | =U1 I0= = 3.85 231 103.8 /3 Rm =p0 / 3 I02= = 0.35 3 800 / 3 (103.8 /3 )2 解：解：

36、(1) 由空載試驗求得由空載試驗求得Xk =| Zk | 2Rk2 = 5.54 折算至折算至75 Rk = 1.94 = 2.36 234.5 +75 234.5 +20Xk = 5.54 | Zk | = Rk2Xk2 = 6.022 | Zk | =Uk IkRk =pk / 3 Ik2= = 1.94 10 900 / 3 43.32= = 5.87 440 / 3 43.3(2) 由短路試驗求得由短路試驗求得n定義：當電源電壓和負載功率等于常數(shù)時，二次側端電壓隨負載電流變化的規(guī)律。1.6 變壓器的運行特性 Operation Characteristics（1）外特性）外特性 vol

37、tage regulation characteristic1222()cosUCUf IC內(nèi)內(nèi)部部阻阻抗抗的的存存在在：變變化化變變化化不不變變、221UIUn變壓器內(nèi)部存在電阻和漏抗，負載電流通過時，變壓器內(nèi)部將產(chǎn)生阻抗壓降，使二次側端電壓隨負載電流變化而變化。n二次側端電壓不僅與負載電流大小有關，還與負載性質(zhì)有關。U2 I2 O U2Ncos2=1(電阻性電阻性) cos2= 0.8(電感性電感性)cos2= 0.8(電容性電容性) I2N U2外特性一般用電壓調(diào)整率來表示。n電壓調(diào)整率 定義：保持一次側電壓額定、負載功率因數(shù)為常數(shù)，從空載到負載時二次側電壓變化的百分比。n電壓調(diào)整率 意

38、義：表征電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，反表征電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，反映電能的質(zhì)量。映電能的質(zhì)量。2021221100%100%NNNUUUUuUU （2）電壓調(diào)整率）電壓調(diào)整率 voltage regulationn電壓調(diào)整率 計算q（使用簡化等值電路和相量圖計算時）_1211100%/NNNUUuab UU NkkUxIRI12222sincosNNNkkIUIxIRI1112222sincos100%)coscos(2*2*kkXRIn電壓調(diào)整率決定因素q負載系數(shù)q短路參數(shù)q負載功率因素02 02 100%)sincos(100%)sincos(2*2*2*2*kkkkXRXRIun變壓器的電壓調(diào)整q為保

39、證二次側端電壓的變化在允許范圍內(nèi)，變壓器高壓側設置抽頭，并裝設分接開關來改變高壓側的工作匝數(shù)q中小型電力變壓器一般有三個分接頭：UNUN5%q大型電力變壓器一般有五個或多個分接頭q分接開關分無載和有載兩種高壓分接頭（3 3）變壓器運行功率關系）變壓器運行功率關系 power equationspower equationsn功率功率q電源輸入變壓器的有功功率電源輸入變壓器的有功功率q變壓器輸出的有功功率變壓器輸出的有功功率q損耗損耗1111cosIUP 2222cosIUP FeCuppPP21n損耗損耗 lossq銅損銅損pcun包括基本銅耗（原副邊繞組通過電流的電阻損耗）和附加銅耗n由于p

40、Cu I2，銅損耗為可變損耗 q鐵損鐵損pFen包括基本鐵損（鐵心渦流損耗和磁滯損耗）和附加鐵耗npFe m、f 等，當 U1、f 均不變時，鐵耗為不變損耗22 2121222121RIRIRIRIpCupCu = Rk I12 = Rk I22 （用簡化等效電路） = 2 pk （用短路試驗） pFe = Rm I02 （用 T 型等效電路） = p0（用空載試驗） n 變壓器效率 定義： =(P2P1)100 %=1- p(P2+ p)100 % n 在用上式計算效率時，作以下幾個假定q1）以額定電壓下空載損耗p0作為鐵耗，并認為鐵耗不隨負載而變化q2）以額定電流時的負載損耗pk作為額定負

41、載電流時的耗，并認為銅耗與負載系數(shù)的平方成正比q3） 計算P2時，忽略負載運行時二次側電壓的變化 (4) (4) 變壓器運行效率變壓器運行效率 operation efficiency operation efficiency 12PP CuFeCuFeppIUpppPppPP222222cos11: 95%99%間接法間接法kNkpIpISpIp2*202*22*20cos1n 變壓器效率 計算：kNkppSpp20220cos1kNNNkkNkpIpIIIUpIppIpIUpIp2*20222222*202*202222*20cos1cos1CCUIf212cos)(結論：不變損耗可變損耗

42、時，效率達最大值。結論：不變損耗可變損耗時，效率達最大值。 最大效率：最大效率：0*2dddIdkpIp2*20kmmppI0*2n 變壓器效率 特性：/kmNmkmNmkmNmkmpSppSpppSpp22202020220max2cos212cos21cos12 三相變壓器 Three-phase Transformern三相變壓器聯(lián)接組n三相變壓器的磁路n三相變壓器電動勢 n三相變壓器參數(shù)測定三相變壓器分析方法三相問題三相問題單相問題單相問題對稱負載對稱負載相值相值三相解三相解相值相值單相解單相解相值相值線線值值相值相值n三相變壓器繞組的聯(lián)結不但是構成電路的需要，還關系到一次側、二次側繞

43、組電動勢諧波的大小以及并聯(lián)運行等問題。n聯(lián)結組：聯(lián)結法（聯(lián)結方式）+聯(lián)結組號q聯(lián)結法 q聯(lián)結組號：表示高、低繞組線電動勢之間相位差2.1 三相變壓器電路聯(lián)結組Connectionn與聯(lián)結組號相關因素q繞組的聯(lián)結法 繞組的繞向同名端問題 繞組的標法繞組名稱首端末端中性點高壓繞組A，B，C X，Y，ZO 低壓繞組a，b，cx，y，zo （1 1）聯(lián)結法）聯(lián)結法 connection method connection methodY接(帶中線Yn聯(lián)接)d接/接C CA AB BZ ZX XY YY Y型（星形）型（星形）A AB BC CX XY YZ ZDD型（三角形）型（三角形）三相變壓器電路

44、接線方式：三角星型(D,y 聯(lián)接)、星星型(Y,y 聯(lián)接)、三角三角(D, d 聯(lián)接)、星三角(Y,d 聯(lián)接) 。（2）同名端及其性質(zhì)）同名端及其性質(zhì) i1i2*E1E2n同名端同名端q若兩繞組電流在鐵心內(nèi)產(chǎn)生若兩繞組電流在鐵心內(nèi)產(chǎn)生的磁通同向，則定義兩電流的磁通同向，則定義兩電流的流入端為兩耦合繞組的同的流入端為兩耦合繞組的同名端。名端。n性質(zhì)性質(zhì)q同名端上感應電動勢極性永同名端上感應電動勢極性永遠相同。遠相同。n推論推論q若以同名端作參考點看的相若以同名端作參考點看的相位，則位，則E1和和E2同相；若以異同相；若以異名端為參考點，則名端為參考點，則E1和和E2的的相位差為相位差為180度電

45、角度。度電角度。 * * *E EAE EuAXax+ +- -+ +- -V VE EAE Ea0V減極性聯(lián)接減極性聯(lián)接* * *E EAE EuAXxa+ +- -+ +- -V VE EAE Ea0V加極性聯(lián)接加極性聯(lián)接n一相心柱上一、二次側繞組的聯(lián)結方式一相心柱上一、二次側繞組的聯(lián)結方式* * *E EAE EaXAax+ +- -+ +- -V VE EAE Ea0V加極性聯(lián)接加極性聯(lián)接* * *E EAE EaXAxa+ +- -+ +- -V VE EAE Ea0V減極性聯(lián)接減極性聯(lián)接（3 3）變壓器的聯(lián)結組號的定義）變壓器的聯(lián)結組號的定義 connection symbol c

46、onnection symboln聯(lián)接組號q高壓側的線電壓與低壓側對應的線電壓之間的相位關系，常用“時鐘表示法”表示。q把高、低壓繞組兩個線電壓三角形的中心重合，把高壓側線電壓三角形的一條中線作為時鐘的長針，指向12，把低壓側電壓三角形對應中線作為短針的鐘點號就是該聯(lián)接組的聯(lián)接組號。n高低壓繞組都繞在同一個鐵心柱上，被同一主磁通所交鏈在高低壓繞組感應電動勢相位關系只有兩種：qEA與Ea同相位qEA與Ea反相位 （4 4）單相變壓器聯(lián)結組）單相變壓器聯(lián)結組 connection of single-phase transformerconnection of single-phase trans

47、former物理電路 向量圖 等效電路物理電路 向量圖 等效電路同相：時針指向0點，聯(lián)接組號為0，聯(lián)接組為Ii0。反相：時針指向6點，聯(lián)接組號為6，聯(lián)接組為Ii6。q規(guī)律n高低壓兩繞組的同名端同標記，EA與Ea同相位n高低壓兩繞組的同名端異標記，EA與Ea反相位q時鐘表示法n將高壓繞組電動勢相量作為分針指向0點n將低壓繞組電動勢相量作為時針n看時針所指nIi代表高低壓繞組為單相n三相變壓器 q采用時鐘表示法n高壓繞組的線電動勢 (任取一個) 作分針，指向12點；n低壓繞組對應的線電動勢作時針n鐘點數(shù)即為聯(lián)結組號q三相變壓器聯(lián)結組判斷方法q由三相變壓器聯(lián)結組號畫出三相變壓器電路圖（5 5）三相變

48、壓器聯(lián)結組）三相變壓器聯(lián)結組connection of three-phase transformern兩種典型聯(lián)結組nY,y0nY,d11n1) 由聯(lián)結圖確定聯(lián)結方式。 n2) 在聯(lián)結圖上標出高、低壓繞組的線電動勢和相電動勢，同名端。 n3) 畫出高壓繞組的電動勢相量圖。q星形聯(lián)結時相電動勢畫成 Y 形，三角形聯(lián)結時相電動勢畫成 形。n4) 畫出低壓繞組的電動勢相量圖。q先畫相電動勢相量，再畫線電動勢相量。 n5) 判斷聯(lián)結組號，寫出聯(lián)結組。q找出某個對應的高、低壓繞組的線電動勢的相位差，確定鐘點數(shù)。 （6 6）三相變壓器聯(lián)結組判斷方法一）三相變壓器聯(lián)結組判斷方法一 Judgement wa

49、y 1Judgement way 1abcABCEAEBEC1212一次側：一次側：D逆相序聯(lián)結：逆相序聯(lián)結：A頭頭B尾尾B頭頭C尾尾C頭頭A尾尾【例例1 1】三角星型三角星型(D,y (D,y 聯(lián)接聯(lián)接) )各心柱減極性聯(lián)接各心柱減極性聯(lián)接二次側：二次側：ABC第一步第一步1、作一次側電位升位圖、作一次側電位升位圖:以以BA為為垂線垂線,代表代表12點方向。點方向。即二次側相電勢滯后一次側即二次側相電勢滯后一次側30度。度。2、按繞組首尾、按繞組首尾聯(lián)接關系和箭聯(lián)接關系和箭頭指同名端畫頭指同名端畫圖。例如：同圖。例如：同名端在名端在A頭頭,箭箭頭由頭由A尾尾(C頭頭)指向指向A頭。頭。B A

50、C第二步第二步XYZBAEAB第四步：連接第四步：連接a-b, a-b和和AB比比較即可得組別：較即可得組別： D，y-1 第三步第三步二次側：按一次側圖二次側：按一次側圖平行作圖。平行作圖。Y聯(lián)結時聯(lián)結時箭頭均指離中心點。箭頭均指離中心點。同名端在字母側時箭同名端在字母側時箭頭方向與一次側相同頭方向與一次側相同例：例：b相繞組對應相繞組對應A，c對對B，a對對CabcyzxEab作圖步驟：箭頭方向與一次側相反。箭頭方向與一次側相反。例：例：c c相繞組對應相繞組對應A A，a a對對B B，b b對對C C；比較比較a-ba-b和和A AB B ，得聯(lián)，得聯(lián)結組別結組別: :D D，y-7y

51、-7a ab bc cA AB BC CE EA AE EB BE EC C1212B B A AC CX XY YZ ZB BA AE EABAB同名端不在字母側時：a ab bc cE EababB B A AC CX XY YZ ZB BA AE EABABE EBCBCE ECACA結論：一、二次側的相序必須同為正相序或同為逆相序。結論：一、二次側的相序必須同為正相序或同為逆相序。相序不一致的后果：造成相位錯亂。相序不一致的后果：造成相位錯亂。一次側：一次側：D D相序：相序：B BA AC CY Y相序相序: :a ab bc c一、二次側相序不一致時：a ab bc cB BA A

52、C CE EA AE EB BE EC C1212a ab bc cE Eabab滯后滯后150150度度E Ebcbc滯后滯后270270度度E Ecaca滯后滯后3030度度聯(lián)結組別：聯(lián)結組別：Y,y-12Y,y-12【例例2 2】星星型星星型(Y,y (Y,y 聯(lián)結聯(lián)結) )：a ab bc cA AB BC CE EA AE EB BE EC C1212A ABC C第一步第一步第二步第二步B B A AC CX X Y YZ ZB BA AE EABAB第三步第三步b b a ac cx x y yz zb ba aE Eababn采用不同的聯(lián)結方式，可實現(xiàn)一、二次側電動勢相位在36

53、0度范圍內(nèi)以30度級差的有級調(diào)節(jié)。B B A AC CX XY YZ ZB BA AE EABABD D，y-9y-9b bc ca aA AB BC CE EA AE EB BE EC C1212c cb ba az zx xy yE Eabab【例例3 3】調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)bcaABCEAEBEC1212Y，y-8abcABCEAEBEC1212Y，y-0cabABCEAEBEC1212Y，y-4n1) 由聯(lián)結圖確定聯(lián)結方式 n2) 在聯(lián)結圖上標出同名端，相電壓方向。 n3) 判斷同一相的相電壓相位，畫出高、低壓繞組的線電壓三角形，并將兩個三角形重心重合。n4) 根據(jù)高、低壓繞組線電壓三角重心重合

54、后的對應中性線位置，確定聯(lián)結組號。（7 7）三相變壓器聯(lián)結組判斷方法二）三相變壓器聯(lián)結組判斷方法二 Judgement way 2Judgement way 2n確定為Yy聯(lián)接法n確定同名端和相電壓方向n畫出高壓側三角形n畫出低壓側三角形（注意對應相）n重心重合，讀出聯(lián)接組號abcABCUAUBUC1212uaubucYZXxyzACBacbNnUAuaACBNacbnYy0Yy 型0n確定為Yd聯(lián)接法n確定同名端和相電壓方向n畫出高壓側三角形n畫出低壓側三角形（注意對應相）n重心重合，讀出聯(lián)接組號ACBabcNxUAuaACBNYd11Yd 型11abcABCUAUBUC_+1221uaub

55、ucYZXxyzyzabcn補充q為制造和并聯(lián)運行方便，我國規(guī)定Y/yn0,Y/d11,YN/d11,YN/y0和Y/y0五種作為標準聯(lián)接組q我國國家標準規(guī)定對1600kVA以下的配電變壓器采用Yy0、Dy11，而大于1600kVA的電力變壓器采用Yd11、Dy11qY/yn0二次側可引出中線，成為三相四線制，用于配電變壓器時可兼供動力和照明負載，故產(chǎn)生不對稱qY/d11用于二次側電壓超過400V的線路中，此時變壓器有一側結成三角形對運行有利qYN/d11主要用于高壓輸電線路中，使電力系統(tǒng)高壓側可以接地qYy聯(lián)接組號有0、2、4、6、8、10共六個偶數(shù)聯(lián)接組號qYd聯(lián)接法共有1、3、5、7、9

56、、11共六個奇數(shù)聯(lián)接組號（8 8）三相變壓器聯(lián)結組小結）三相變壓器聯(lián)結組小結 例例判斷三相變壓器的聯(lián)結組。判斷三相變壓器的聯(lián)結組。EU EV EWU1 V1 W1 U2 V2 W2u1 v1 w1 n u2 v2 w2Eu Ev EwEW EU EV UVWEUV uvw聯(lián)結組聯(lián)結組: Y,yn6 Eu Ev Ew Euv EU UWVuvwEu WVUvwuEv = EuvEUV 例例判斷三相變壓器的聯(lián)結組。判斷三相變壓器的聯(lián)結組。EU EV EW Ev Ew Eu U1 V1 W1 U2 V2 W2v1 w1 u1 v2 w2 u2EU EW EV UVWEu Ew uvw聯(lián)結組號聯(lián)結組號

57、: D,d6 VUWEU uvwVUWuvwn補充qA-B-CA-B-C順時針放置順時針放置 兩三角形箭頭方向保持一致兩三角形箭頭方向保持一致qYyYy同名端同名端 必為必為Yy0,4,8;Yy0,4,8;異名端為異名端為6,10,2,6,10,2,即分別加即分別加6 6qYdYd由于由于D D有正繞或反繞之分有正繞或反繞之分q同名端同名端 正繞正繞Yd3Yd3，7 7，1111 反繞反繞Yd9Yd9，1 1，5 5q異名端先以同名端判斷然后再加異名端先以同名端判斷然后再加6 6qDy由于D有正繞或反繞之分q同名端 正繞Dy0，4，8 反繞Dy2，6，10q異名端先以同名端判斷然后再加6qDd

58、由于有正繞或反繞之分q同繞 同名端 Dd0,4,8;異名端6,10,2，即分別加6q異繞 同名端 Dd6,10,2;異名端0,4,8,即分別加6n三相變壓器按磁路可分為組式變壓器和心式變壓器兩類（1 1）三相組式變壓器）三相組式變壓器q三相組式變壓器由三臺單相變壓器組成，各相主磁通都有自己獨立的磁路，互不相關聯(lián)，彼此獨立。q若一次側三相電壓對稱，各相主磁通必然對稱，各相空載電流也對稱。單相分析方法仍適用。2.2 三相變壓器磁路 Magnetic circuitq三相心式變壓器的鐵心結構是從三相組式變壓器鐵心演變過來的，各相磁路是彼此關聯(lián)的。q三相磁路長度不相等，中間B相磁路較短，兩邊A、C相磁

59、路較長，磁阻也較B相大。當外施三相對稱電壓時，三相空載電流不相等，B相較小，A、C相較大。q由于變壓器的空載電流百分值很?。~定電流的0.6%2.5%），它的不對稱對變壓器負載運行影響極小，可以忽略。（2 2）三相心式變壓器）三相心式變壓器2.3 三相變壓器繞組聯(lián)接法和磁路系統(tǒng)對空載電動勢波形的影響Relation among Connection Type,Magnetic Circuit and EMF with no-loadi0i01t in單相變壓器空載運行時，若磁路不飽和，當外施電壓為正弦波時，因UE,感應電動勢和主磁通也為正弦波n若磁路飽和，勵磁電流呈現(xiàn)尖頂波形，除基波外，還含有

60、較強的三次諧波n單相變壓器磁化曲線的非線性，可近似認為： q電流為正弦波時，磁通含三次諧波q反之，磁通為正弦波時，電流含三次諧波（1）單相變壓器磁通與勵磁電流關系）單相變壓器磁通與勵磁電流關系 relation between main flux & exciting current in single-phase Transn空載電流的波形空載電流的波形q電網(wǎng)電壓為正弦波，鐵心中主磁通亦為正弦波若鐵心不飽和(Bm1.3T)空載電流i0 也是正弦波q對于電力變壓器，Bm=1.4T 1.73T，鐵心飽和q勵磁電流呈尖頂波，除基波外，還有較強的三次諧波和其它高次諧波（2）三相變壓器磁路及聯(lián)結方式對電動勢的影響）三相變壓器磁路及聯(lián)結方