第二部分變壓器

1、第二部分 變壓器 第二章 變壓器以電力變壓器為研究對象，講述變壓器的 工作原理、分類、結(jié)構(gòu)工作原理、分類、結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)講述變壓器的基本原理及運(yùn)行特性變壓器的基本原理及運(yùn)行特性。對三相變壓器特點(diǎn)三相變壓器特點(diǎn)加以探討。最后，對自耦及儀用互感器加以介紹。變壓器是一種靜止靜止的電器，它利用電磁感應(yīng)原理將一種等級電壓和電流的交流電能轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種等級的電壓和電流的交流電能。 工作原理：電磁感應(yīng)和磁勢平衡電磁感應(yīng)和磁勢平衡分析思路：電磁物理過程電路電磁物理過程電路研究步驟：實(shí)物模型研究步驟：實(shí)物模型結(jié)構(gòu)物理模型物理模型電路、磁路、磁場特點(diǎn)?？蛰d、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理情況(電磁過程)電路模型電路模型基

2、本方程式，相量圖和等效電路穩(wěn)態(tài)運(yùn)行分析(單臺及并聯(lián)運(yùn)行)第二章 變壓器變壓器 第一節(jié) 變壓器的基本原理、分類及結(jié)構(gòu) 第二節(jié) 變壓器的空載運(yùn)行 第三節(jié) 變壓器的負(fù)載運(yùn)行 第四節(jié) 變壓器的基本方程式、等效電路及相量圖 第五節(jié) 等效電路參數(shù)的測定 第六節(jié) 三相變壓器 第七節(jié) 標(biāo)幺值 第八節(jié) 變壓器的運(yùn)行特性 第九節(jié) 變壓器的并聯(lián)運(yùn)行 第十節(jié) 三繞組變壓器、自耦變壓器與互感器第一節(jié) 變壓器的基本原理、變壓器的基本原理、分類及結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu) 一、變壓器的基本原理基本原理 二、變壓器的分類分類 三、變壓器的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 四、變壓器銘牌銘牌一、變壓器的基本原理基本原理 * 核心部件：閉合鐵芯與兩個(gè)繞組 * 基本

3、術(shù)語： 電源側(cè) 一次繞組/一次側(cè)/原繞組/原邊 負(fù)載側(cè) 二次繞組/二次側(cè)/ 副繞組/副邊 當(dāng)負(fù)載增大，二次電流將如何變化？當(dāng)負(fù)載增大，二次電流將如何變化？ tNedd11tNedd22對于理想變壓器，可不計(jì)繞組電阻及鐵耗。設(shè)原副邊繞組的匝數(shù)分別為N1、N2，則原副邊繞組的感應(yīng)電勢為：若212121uueeNN變壓關(guān)鍵：（1）交鏈一、二次繞組的磁通是交變的； （2）一、二次繞組的匝數(shù)不同。 二、變壓器的分類變壓器的分類：1、電力變壓器：電力系統(tǒng)中輸配電力的主要設(shè)備。升壓，降壓，配電，聯(lián)絡(luò)，廠用（按用途分）還可按線圈數(shù)：自耦、雙繞組、三繞組、多繞組按相數(shù)：單相、三相、多相。還可按冷卻介質(zhì)，冷卻方式

4、，鐵芯結(jié)構(gòu)及調(diào)壓方式分類。2、特種變壓器：整流，電爐，高壓試驗(yàn)，礦用，船用，小容量控制變壓器，互感器，調(diào)壓器，電抗器等。三、變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu)： 器身：鐵心、繞組、絕緣和出線裝置； 油箱； 冷卻裝置； 保護(hù)裝置（一）、鐵芯：磁路磁路部分。含硅量高的(0.350.5mm)厚硅鋼片迭壓而成。（為減少磁滯，渦流損耗）分為鐵芯柱和鐵軛兩部分結(jié)構(gòu)的基本形式有芯式和殼式兩種。單相心式變壓器單相殼式變壓器（二）繞組：電路電路部分。高壓繞組，低壓繞組同心式：高（外）、低（內(nèi)）壓繞組同心地套在鐵心柱上。結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。交迭式：做成餅式，高低壓繞組交迭放置，最上和最下為低壓繞組。漏抗小，機(jī)械強(qiáng)度好，引線

5、方便，特殊變壓器用的多。（三）保護(hù)裝置保護(hù)裝置： 包括儲油柜（油枕）、吸濕器（呼吸器）、安全氣道（防爆管）、氣體繼電器、凈油器、溫度計(jì)。（四）其它結(jié)構(gòu)部件： 儲油箱，散熱管，分接開關(guān)四、變壓器銘牌：變壓器銘牌： 用以標(biāo)明該設(shè)備的額定數(shù)據(jù)和使用條件。用以標(biāo)明該設(shè)備的額定數(shù)據(jù)和使用條件。 額定值：保證設(shè)備能正常工作，且能保證一額定值：保證設(shè)備能正常工作，且能保證一定壽命而規(guī)定的某量的限額。定壽命而規(guī)定的某量的限額。 1、額定容量： 視在功率，伏安，千伏安，兆伏安。在穩(wěn)定負(fù)載和額定使用條件下，加額定電壓，額定頻率時(shí)能輸出額定電流而不超過溫升限值的容量。對 三相變壓器指三相容量之和。NS2、額定電壓

6、（對三相變壓器指線電壓） 原繞組的額定電壓1N是指規(guī)定加到一次側(cè)的電壓； 副繞組的額定電壓2N是指分接開關(guān)放在額定電壓位置，一次側(cè)加額定電壓時(shí)二次側(cè)的開路電壓，單位kV。NU3、額定電流：對三相變壓器指線電流；單位A或kA。4、關(guān)系： 單相 三相 （無論Y接或D接）作業(yè)1：推導(dǎo)三相變壓器額定值之間的關(guān)系。（ ）5、額定頻率fe：工頻50赫。6、相數(shù)：m。 6、接線圖和聯(lián)接組別。7、漏電抗標(biāo)么值或短路電壓。8、運(yùn)行方式。(長期的、短期的) 9、冷卻方式。還有變壓器總重量、變壓器油重量、器身重量等。NNNNNIUIUS2211NNNNNIUIUS221133NU1例如：一臺三相變壓器，其額定容量

7、， 原、付邊額定電壓 則原、付邊的額定電流為多少？作業(yè)1：推導(dǎo)三相變壓器額定值之間的關(guān)系。（ ）作業(yè)2：P59 2-17 2-18伏400/6000/21NNUU千伏安100NS注意：變壓器實(shí)際使用時(shí)的功率與額定容量不相同。 因?yàn)閷?shí)際使用時(shí)，付邊電流不一定是額定電流， 它受負(fù)載性質(zhì)的影響(容性、感性、純電阻)。 付邊的電壓也不一定是額定電壓。NU1第二節(jié) 變壓器的空載運(yùn)行一、空載運(yùn)行時(shí)物理情況1、參考正方向2、主、漏磁通3、方程式二、各物理量的關(guān)系1、感應(yīng)電勢與主磁通的關(guān)系2、主磁通與激磁電流的關(guān)系3、感應(yīng)電勢與激磁電流的關(guān)系空載運(yùn)行：空載運(yùn)行：一次側(cè)加額定電壓，二次側(cè)開路的運(yùn)行一次側(cè)加額定電

8、壓，二次側(cè)開路的運(yùn)行一、空載運(yùn)行時(shí)物理情況： 空載電流、磁動(dòng)勢、主磁通、漏磁通 （瞬時(shí)物理量的關(guān)系圖黑板）1u20u02i10i1e1e2e1N2N11、參考正方向：電源電壓 習(xí)慣取由首端A指向尾端X空載電流 習(xí)慣取參考正方向與電壓 一致磁通 、 習(xí)慣取參考正方向與電流正方向 符合“右手螺旋”定則感應(yīng)電動(dòng)勢 、 和 習(xí)慣取參考正方向 與磁通正方向符合“右手螺旋”定則二次電流 習(xí)慣取參考正方向與 的正方向 一致二次開路電壓 習(xí)慣取參考正方向與 的正 方向一致1U10I1U11E1E2E2I2E20U2I 1E 1U 0I 0F0IN1 2E20U 1 1E 0I1r 2、主、漏磁通：主磁通(與原

9、副繞組交鏈)，比例大，與i0 非線性。漏磁通1(僅與原繞組交鏈)，比例小，0.10.2%, 與i0線性。主磁通 ， ，傳遞能量 漏磁通1 ，只起電壓降作用 tNedd11tNedd22tNedd1112e1e1e3、方程式原付繞組電勢平衡方程電勢平衡方程為：11101EERIU220EU若忽略原繞組電阻壓降和漏磁通漏磁通影響時(shí)，由原邊電壓平衡方程式可得：11EU二、各物理量關(guān)系分析二、各物理量關(guān)系分析：1、感應(yīng)電勢與主磁通的關(guān)系：若 ，有：)2sin(cosdd1111tEtNtNemm)2sin(cosdd2222tEtNtNemmmmmfNNEE111144. 42/2mmmfNNEE22

10、2244. 42/2感應(yīng)電勢有效值感應(yīng)電勢有效值：tmsin用相量表示用相量表示：mfNjE1144. 4mfNjE2244. 4同理，漏磁通感應(yīng)的電勢也有：)2sin(cosdd111111tEtNtNemmmmmfNNEE11111144. 42/2mfNjE11144. 41)K( :212012121習(xí)慣取相電勢之比定義NNUUUUNNEEk變壓器變比變壓器變比：升壓降壓 1 , 1kk若忽略原繞組電阻壓降和漏磁通漏磁通影響時(shí)，由原邊電壓平衡方程式可得：mfNjEU11144. 4重要結(jié)論： 變壓器中，當(dāng)頻率和原繞組的匝數(shù)一定時(shí)，主磁通 的大小和波形主要決定于電源電壓的大小和波形。但主

11、磁通是由激磁磁磁勢 (或激磁電流)產(chǎn)生的。作業(yè)：P59 2-19 2-202、主磁通和空載電流空載電流 的關(guān)系的關(guān)系 產(chǎn)生主磁通產(chǎn)生主磁通 的電流是激磁電流的電流是激磁電流，用 表示空載電流就是激磁電流。激磁電流 可分為磁化電流 ：以產(chǎn)生主磁通（磁化曲線） （無功分量）鐵耗電流 ：產(chǎn)生損耗 （有功分量） 故 附：1、磁化電流波形分析（磁化曲線） 2、激磁電流波形分析（考慮磁滯損耗） 3、向量圖FemIIIIFeI10ImmImI3、感應(yīng)電勢與激磁電流的關(guān)系： 主磁通所感應(yīng)的電勢與產(chǎn)生主磁通的磁化電流的關(guān)系為：因此，可引入磁化電抗則 另外，鐵耗電流 dtdiLdtdiNdtdNeiNmm1211

12、11mNLXX211,且XI jE1則有阻,FeR同相位，若引入鐵耗電與1EIFeFeFeRIE1)(1mmmmmjxrIZIE因此感應(yīng)電勢與激磁電流的關(guān)系為： 因此，可引入激磁阻抗則有 （參閱書P28 圖2-10） )11(1jXREIIIFeFemmmmjXRZ)(001mmmjxrIZIE或第三節(jié) 變壓器的負(fù)載運(yùn)行一、負(fù)載運(yùn)行時(shí)物理情況1、物理過程分析2、磁動(dòng)勢平衡關(guān)系二、各物理量的關(guān)系1、主磁通感應(yīng)電勢與電流的關(guān)系2、漏磁通感應(yīng)電勢與電流的關(guān)系 負(fù)載運(yùn)行：一次側(cè)加額定電壓，二次側(cè)加負(fù)一次側(cè)加額定電壓，二次側(cè)加負(fù)載的運(yùn)行載的運(yùn)行一、負(fù)載運(yùn)行時(shí)物理情況1、物理過程分析（復(fù)習(xí)參考正方向）1I

13、1R11EmZ1U1I1F11IN1E0I2I2F2E22E22IN2I2U2ILZ2R 2、磁動(dòng)勢平衡關(guān)系： 負(fù)載時(shí)建立主磁通的磁動(dòng)勢為 空載時(shí)建立主磁通的磁動(dòng)勢為 由空載到負(fù)載，電源電壓不變，主磁通基本不變，則建立主磁通的磁動(dòng)勢相等，即 或 可得 由此可知，變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，一次繞組電流包含兩個(gè)分量，一個(gè)是產(chǎn)生主磁通的激磁分量，另一個(gè)是抵消二次電流建立的磁動(dòng)勢對主磁通影響的負(fù)載分量，即供給二次負(fù)載功率的一次繞組電流的負(fù)載分量。 21FF0F021FFF012211INININLkIIIII102)1(01 二、各物理量的關(guān)系1、主磁通感應(yīng)電勢與電流的關(guān)系 2、漏磁通感應(yīng)電勢與電流的關(guān)系)(

14、1mmmmmjxrIZIEdtdiLdtdiNdtdNedtdiLdtdiNdtdNeiNiN22222222211112111122221111 ; 2222222121111121NiNLNiNLLL的漏感，且分別稱為一、二次繞組和2222211111 IjXILjEIjXILjE因此有：第四節(jié) 變壓器的基本方程式、等值電變壓器的基本方程式、等值電路和相量圖路和相量圖一、基本方程式二、繞組歸算三、T型等值電路和相量圖四、簡化等值電路和相量圖111111111EZIXI jRIEU222222222ZIUXI jRIUELZIU22一、基本方程式：(一)、電勢平衡方程式電勢平衡方程式：22N

15、I1Em11NI1NIm121E2E2E可寫出原付繞組的電勢方程：mINNIIN12211(三)、基本方程式組為：1111ZIEUmmZIE1LZIU22kNNEE21212222ZIUE(二)、磁勢方程式：LmkmIIIII12)1(1 或二、繞組歸算繞組歸算：目的：用一個(gè)能正確反映變壓器內(nèi)部電磁過程又方便工程目的：用一個(gè)能正確反映變壓器內(nèi)部電磁過程又方便工程計(jì)算的單純電路來代替沒有電聯(lián)系只有磁耦合的實(shí)際變壓計(jì)算的單純電路來代替沒有電聯(lián)系只有磁耦合的實(shí)際變壓器，即等值電路器，即等值電路。 習(xí)慣把二次繞組折算到一次繞組，即用一個(gè)與一次繞組匝數(shù)相等的假想二次繞組代替實(shí)際的二次繞組，習(xí)慣用原物理量

16、右上角加一撇“”來表示折算后的物理量 歸算原則歸算原則：一、二次繞組的電磁關(guān)系不變 即 保證歸算前后磁勢平衡關(guān)系磁勢平衡關(guān)系、 各種能量關(guān)系不變各種能量關(guān)系不變(一)、電勢、電壓歸算電勢、電壓歸算：保證主漏磁場不變 (二)、電流歸算電流歸算：保證付邊磁勢不變 22122221 IkININIF222222212222 kUUkEEkEEkNNNNEE同理：則有：(三)、阻抗歸算阻抗歸算： 保證銅耗和漏感儲能不變折算后的基本方程式組折算后的基本方程式組為：111111111EZIXI jRIEU2222EZIUmmZIEE2122LZIUmIII21222222X XkRkR三、T T 形形等值

17、電路和相量圖等值電路和相量圖2I1U21EE1Im1E11RI11XI jmI22XI j2U22RI2I21EE1U1I2U2I1R1X2R2XmXmR畫圖步驟：畫圖步驟：1 1畫出負(fù)載的電壓畫出負(fù)載的電壓 、電流、電流 及及其夾角其夾角 功率因數(shù)角；功率因數(shù)角；2在上依次迭加在上依次迭加 和和 （超前（超前90 逆時(shí)針轉(zhuǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)90 ）得電）得電動(dòng)勢動(dòng)勢 ，又，又 ，即得，即得 ；3據(jù)電動(dòng)勢公式，可畫出主磁通據(jù)電動(dòng)勢公式，可畫出主磁通（超前（超前90 ）；4作激磁電流作激磁電流 ，超前一個(gè)鐵損，超前一個(gè)鐵損角角 ；5作作6在在 上依次迭加上依次迭加 （與（與 平行）和平行）和 （超前（超前

18、90 逆時(shí)逆時(shí)針轉(zhuǎn)針轉(zhuǎn)90 ）得電源電壓）得電源電壓 ；2U2I222RI22XI j2E1E21EEmmImIII211E1I11RI11XI j1U 形等值電路形等值電路1U1I2U2ILZ1R1X2R2XmXmRmI由于變壓器的 ，將勵(lì)磁支路前移，這種電路稱為 形等值電路。1ZZm四、簡化等值電路和相量圖簡化等值電路和相量圖1U1I2U21IILZ1R1X2R2X由于一般變壓器 ，可將勵(lì)磁電流 忽略不計(jì)，得到簡化等值電路。mNIImI第五節(jié) 等值電路參數(shù)的測定等值電路參數(shù)的測定 一、空載實(shí)驗(yàn) 1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2、實(shí)驗(yàn)接線 3、參數(shù)計(jì)算 4、注意 二、短路實(shí)驗(yàn) 1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2、實(shí)驗(yàn)接線 3

19、、參數(shù)計(jì)算 4、注意一、空載實(shí)驗(yàn)空載實(shí)驗(yàn)：AWVV1、目的：測定變壓器高、低壓繞組的電壓、空載電流和空載損耗求得變壓器的變比k與激磁阻抗參數(shù) 2、接線： (1)儀表的選擇：功率表 (2)儀表的接線 U1U20I10 P0mmmjXRZ3、參數(shù)計(jì)算P0PFe，從等值電路圖可得：21211010)()(mmmXXRRZZIUZ20120200210001010 IUUUkRZXXIpRRZZmmm因?yàn)?，在電力變壓器中?ZZm1RRm故可認(rèn)為： 1XXm4、注意、注意： 勵(lì)磁參數(shù)與磁路飽和有關(guān)，即與電源電壓有關(guān)（1）勵(lì)磁參數(shù)應(yīng)取額定電壓下測讀的數(shù)據(jù)計(jì)算。（2）試驗(yàn)一般在低壓邊進(jìn)行，Zm要進(jìn)行歸算。

20、（3）三相變壓器，采用每相值才可運(yùn)用上述公式 計(jì)算。 （相損耗，相電流，相電壓） AWV 1、目的：測定一次繞組的短路電壓、短路電流和短路 損耗，求得短路阻抗參數(shù) 和變壓器的 重要參數(shù)短路電壓 。2、接線：(1)儀表的選擇 (2)儀表的接線低壓邊高壓邊二、短路實(shí)驗(yàn)短路實(shí)驗(yàn)：kkkjXRZkNU22kkkRZX2 kkkkkkIpRIUZ換算成75值： 為試驗(yàn)時(shí)溫度， 為常數(shù) 銅線為234.5度，鋁線為228度。 若要求低壓邊參數(shù)，應(yīng)折算到低壓邊。2275750075 Z75skkkkXRTTRR0T3、參數(shù)計(jì)算： 由簡化等效電路知（1）（2）重要參數(shù)：阻抗電壓或短路電壓）重要參數(shù)：阻抗電壓或短

21、路電壓 所謂短路電壓是指變壓器二次繞組短接，一次繞組流過額定電流時(shí)所加的電源電壓。也稱為阻抗電壓。用電壓額定值的百分?jǐn)?shù)表示電壓額定值的百分?jǐn)?shù)表示：%100%100%175110NckNNkNkUZIUUUCKNkNZIU751kNU4、注意： 對三相變壓器進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，也應(yīng)首先將測量數(shù)據(jù)換算為相值（相電壓、相電流和一相的損耗），然后才能代入公式。例題：作業(yè)：P60 2-26（1） 第七節(jié) 標(biāo)幺值一、定義： 所謂某物理量的標(biāo)幺值是指其實(shí)際值與選定的同單位的基值之比。 標(biāo)幺值是一個(gè)相對值，沒有單位，習(xí)慣用各物理量原來的符號右下角加“*”號來表示。 二、基值的選擇： 在電機(jī)學(xué)中，通常取各物理量本身的額定值作為基值標(biāo)幺值的特點(diǎn) 1變壓器中各物理量在本側(cè)的