第二章課件(電機(jī))

1、 第二章變壓器第二章變壓器2.1變壓器的基本工變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)作原理和結(jié)構(gòu)2.2 變壓器的變壓器的空載運(yùn)行空載運(yùn)行2.6 三相變壓器的磁三相變壓器的磁路系統(tǒng)與聯(lián)結(jié)組路系統(tǒng)與聯(lián)結(jié)組2.8 變壓器的并聯(lián)運(yùn)行變壓器的并聯(lián)運(yùn)行 臨沂大學(xué)臨沂大學(xué)2.10 變壓器的變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行不對(duì)稱運(yùn)行2.5 標(biāo)幺值標(biāo)幺值2.3 變壓器的變壓器的負(fù)載運(yùn)行負(fù)載運(yùn)行2.4 變壓器等效變壓器等效電路參數(shù)的測(cè)定電路參數(shù)的測(cè)定2.7 變壓器的運(yùn)行特性變壓器的運(yùn)行特性2.9 特殊變壓器特殊變壓器 重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)與難點(diǎn) 重點(diǎn)重點(diǎn): : 1.1.變壓器的基本方程和等效電路；變壓器的基本方程和等效電路； 2.2.等效電路參

2、數(shù)的測(cè)定；等效電路參數(shù)的測(cè)定； 3.3.標(biāo)幺值；標(biāo)幺值； 4.4.變壓器的運(yùn)行性能。變壓器的運(yùn)行性能。 難點(diǎn)難點(diǎn): : 1. 1.變壓器的運(yùn)行原理和運(yùn)行性能；變壓器的運(yùn)行原理和運(yùn)行性能； 2.2.三相變壓器。三相變壓器。2-1 2-1 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)閉合導(dǎo)磁鐵心上放置兩個(gè)相互絕緣的線圈，一個(gè)接閉合導(dǎo)磁鐵心上放置兩個(gè)相互絕緣的線圈，一個(gè)接電源，另一個(gè)接負(fù)載。電源，另一個(gè)接負(fù)載。電磁感應(yīng)定律感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)圖2-1 簡(jiǎn)單變壓器一次繞組一次繞組二次繞組二次繞組鐵心鐵心一、變壓器的基本工作原理一、變壓器的基本工作原理二、變壓器的結(jié)構(gòu)二、變壓器的結(jié)構(gòu)鐵心鐵心繞組繞組其他部

3、件其他部件變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu)1.1.鐵心鐵心鐵心由鐵心由心柱心柱和和鐵軛鐵軛兩部分組成。兩部分組成。心柱用來(lái)套裝繞組，鐵軛將心柱連接起來(lái)，使心柱用來(lái)套裝繞組，鐵軛將心柱連接起來(lái)，使之形成閉合磁路。為減少鐵心損耗，鐵心用厚之形成閉合磁路。為減少鐵心損耗，鐵心用厚0.30-0.35mm0.30-0.35mm的硅鋼片疊成，片上涂以絕緣漆，的硅鋼片疊成，片上涂以絕緣漆，以避免片間短路。以避免片間短路。按照鐵心的結(jié)構(gòu)，變壓器可分為心式和殼式兩按照鐵心的結(jié)構(gòu)，變壓器可分為心式和殼式兩種種。心式變壓器心式變壓器: : 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 心柱被繞組所包圍，如心柱被繞組所包圍，如圖圖23a)所示。所示。 特點(diǎn)特點(diǎn)

4、 心式結(jié)構(gòu)的繞組和絕緣裝配比較容易，心式結(jié)構(gòu)的繞組和絕緣裝配比較容易， 所以電力變壓器常常采用這種結(jié)構(gòu)。所以電力變壓器常常采用這種結(jié)構(gòu)。殼式變壓器殼式變壓器: : 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 鐵心包圍繞組的頂面、底面和側(cè)面，鐵心包圍繞組的頂面、底面和側(cè)面， 如圖如圖23b)所示。所示。 特點(diǎn)特點(diǎn) 殼式變壓器的機(jī)械強(qiáng)度較好，常用于低殼式變壓器的機(jī)械強(qiáng)度較好，常用于低 電壓、大電流的變壓器或小容量電訊變壓器。電壓、大電流的變壓器或小容量電訊變壓器。2.2.繞組繞組定義定義 變壓器的電路部分，用紙包或紗包的絕緣扁變壓器的電路部分，用紙包或紗包的絕緣扁線或圓線（銅或鋁）繞成。線或圓線（銅或鋁）繞成。 一次繞組一次繞組:

5、 : 輸入電能的繞組。輸入電能的繞組。 二次繞組二次繞組: : 輸出電能的繞組輸出電能的繞組。高壓繞組的匝數(shù)多高壓繞組的匝數(shù)多, ,導(dǎo)線細(xì)；低壓繞組的匝數(shù)少，導(dǎo)線細(xì)；低壓繞組的匝數(shù)少，導(dǎo)線粗。導(dǎo)線粗。從高、低壓繞組的相對(duì)位置來(lái)看從高、低壓繞組的相對(duì)位置來(lái)看, ,變壓器的繞組可變壓器的繞組可分為同心式和交迭式。分為同心式和交迭式。同心式同心式結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 同心式繞組的高、低壓繞組同心地套裝同心式繞組的高、低壓繞組同心地套裝在心柱上。在心柱上。特點(diǎn)特點(diǎn) 同心式繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，國(guó)產(chǎn)同心式繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，國(guó)產(chǎn)電力變壓器均采用這種結(jié)構(gòu)。電力變壓器均采用這種結(jié)構(gòu)。 交迭式交迭式結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 交迭式

6、繞組的高、低壓繞組沿心柱高度交迭式繞組的高、低壓繞組沿心柱高度方向互相交迭地放置。方向互相交迭地放置。交迭式繞組用于特種變壓器中。交迭式繞組用于特種變壓器中。特點(diǎn)特點(diǎn)3.3.其他部件其他部件 器身器身油箱油箱變壓器油變壓器油典型的油浸電典型的油浸電力變壓器力變壓器散熱器散熱器絕緣套管絕緣套管分接開(kāi)關(guān)分接開(kāi)關(guān)繼電保護(hù)裝置等部件繼電保護(hù)裝置等部件油浸式變壓器、干式變壓器油浸式變壓器、干式變壓器 三、變壓器的額定值三、變壓器的額定值 額定容量額定容量 在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下變壓器在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下變壓器輸出視在功率的保證值輸出視在功率的保證值 ，單位為單位為VA或或kVA。三相。三相變壓器指三相

7、容量之和。變壓器指三相容量之和。 額定電壓額定電壓 銘牌規(guī)定的各個(gè)繞組在空載、銘牌規(guī)定的各個(gè)繞組在空載、指定分接開(kāi)關(guān)位置下的端電壓，單位為指定分接開(kāi)關(guān)位置下的端電壓，單位為V或或kV。三相變壓器指線電壓。三相變壓器指線電壓。 額定電流額定電流 根據(jù)額定容量和額定電壓算出的根據(jù)額定容量和額定電壓算出的電流稱為額定電流，單位為電流稱為額定電流，單位為A。三相變壓器指線電流。三相變壓器指線電流。 NUNINS三相變壓器：三相變壓器：額定頻率額定頻率 我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)工頻規(guī)定為我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)工頻規(guī)定為50(Hz)。此外還有此外還有額定效率、額定溫升。額定效率、額定溫升。NfNNNNNNUSIUSI22113,3

8、 單相變壓器：?jiǎn)蜗嘧儔浩鳎篘NNNNNUSIUSI2211, 返回返回一、基本方程一、基本方程物理情況物理情況圖圖252-2 2-2 變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行 dtdNeudtdNRieRiu 2220111011101變壓器的一次繞組接交流電源，二次繞組開(kāi)路，負(fù)變壓器的一次繞組接交流電源，二次繞組開(kāi)路，負(fù)載電流為零載電流為零( (即空載即空載) )時(shí)的運(yùn)行，稱為空載運(yùn)行。時(shí)的運(yùn)行，稱為空載運(yùn)行。各參考方向的規(guī)定各參考方向的規(guī)定1122,ddeNeNdtdt 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電壓方程電壓方程二、電壓比二、電壓比三、主磁通和勵(lì)磁電流三、主磁通和勵(lì)磁電流 通過(guò)鐵心并與一次、二次繞組相交

9、鏈的磁通，通過(guò)鐵心并與一次、二次繞組相交鏈的磁通，用用 表示。表示。1 1主磁通主磁通1112220eNukeNuttNEtdtENdteNm coscos2sin211111111 11U1111111224.444.444.44m mm mE EE EU Uf fN Nf fN Nf fN NE Ef fN N 或或2 2勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流產(chǎn)生主磁通所需要的電流，用產(chǎn)生主磁通所需要的電流，用 表示。表示。空載運(yùn)行時(shí)，空載電流就是勵(lì)磁電流，即空載運(yùn)行時(shí)，空載電流就是勵(lì)磁電流，即勵(lì)磁電流包括兩個(gè)分量，一個(gè)是磁化電流勵(lì)磁電流包括兩個(gè)分量，一個(gè)是磁化電流 , ,一個(gè)是鐵耗電流一個(gè)是鐵耗電流 。mim

10、ii 10 iFei若鐵心中主磁通的幅值若鐵心中主磁通的幅值 使磁路達(dá)到飽和使磁路達(dá)到飽和, ,則則 需由圖解法來(lái)確定，如圖需由圖解法來(lái)確定，如圖2-7(a)2-7(a)和和(b)(b)所示。所示。m i磁化電流磁化電流 用于激勵(lì)鐵心中的主磁通，屬于用于激勵(lì)鐵心中的主磁通，屬于無(wú)功電流。對(duì)已經(jīng)制成的變壓器，無(wú)功電流。對(duì)已經(jīng)制成的變壓器， 的大小的大小和波形取決于主磁通和波形取決于主磁通 和鐵心磁路的磁化曲和鐵心磁路的磁化曲線。線。當(dāng)磁路不飽和時(shí)，磁化曲線是直線，磁化電流當(dāng)磁路不飽和時(shí)，磁化曲線是直線，磁化電流與磁通成正比。與磁通成正比。 i i)( if （1 1）磁化電流）磁化電流: :由于

11、鐵心中存在鐵心損耗，故勵(lì)磁電流由于鐵心中存在鐵心損耗，故勵(lì)磁電流 中除無(wú)中除無(wú)功的磁化電流功的磁化電流 外，還有一個(gè)與鐵心損耗相對(duì)應(yīng)外，還有一個(gè)與鐵心損耗相對(duì)應(yīng)的鐵耗電流的鐵耗電流 ，與，與 同相位。同相位。于是用復(fù)數(shù)表示時(shí)，勵(lì)磁電流于是用復(fù)數(shù)表示時(shí)，勵(lì)磁電流 為為: :相應(yīng)的相量圖如圖相應(yīng)的相量圖如圖2-62-6所示所示mi iFei1e mI FemIII （）鐵耗電流（）鐵耗電流: : 四、勵(lì)磁阻抗四、勵(lì)磁阻抗 1.1.磁化電抗與鐵耗電阻磁化電抗與鐵耗電阻 jXEIXI jILjELNNeiNdtdidtdimdtdm111121111 或或又：又：所以有鐵心線圈的并聯(lián)等效電路。所以有鐵

12、心線圈的并聯(lián)等效電路。)11(1 jXREIIIFeFem 磁化電抗：磁化電抗：式中式中 稱為變壓器的磁化電稱為變壓器的磁化電抗，是表征鐵心磁化性能的一個(gè)參數(shù)?？?，是表征鐵心磁化性能的一個(gè)參數(shù)。另外：另外： 鐵耗電阻鐵耗電阻：稱為鐵耗電阻，是表征鐵心：稱為鐵耗電阻，是表征鐵心損耗的一個(gè)參數(shù)。損耗的一個(gè)參數(shù)。 12 fLX FeFeFeFeREIRIE11 或或2FeFeFeIpR 2.2.勵(lì)磁電抗與勵(lì)磁電阻勵(lì)磁電抗與勵(lì)磁電阻由上式可得：由上式可得： 勵(lì)磁電抗：勵(lì)磁電抗：是表征鐵心的磁化性能的一個(gè)等效參是表征鐵心的磁化性能的一個(gè)等效參數(shù)數(shù);勵(lì)磁電阻：勵(lì)磁電阻：是表征鐵心損耗的一個(gè)等效參數(shù)。是表征

13、鐵心損耗的一個(gè)等效參數(shù)。勵(lì)磁阻抗：勵(lì)磁阻抗：mmmjXRZ 鐵心線圈的串聯(lián)等效電路返回返回 mmmmmjXRIZIE 1222 XRRXXFeFem 222 XRXRRFeFem 變壓器的一次繞組接到交流電源，二次繞組接到變壓器的一次繞組接到交流電源，二次繞組接到負(fù)載阻抗負(fù)載阻抗 時(shí)，二次繞組中便有電流流過(guò)，這種時(shí)，二次繞組中便有電流流過(guò)，這種情況稱為變壓器的負(fù)載運(yùn)行，如圖情況稱為變壓器的負(fù)載運(yùn)行，如圖210210所示。所示。 一、負(fù)載時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)平衡和能量傳遞一、負(fù)載時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)平衡和能量傳遞1.1.磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系2-3 2-3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器的負(fù)載運(yùn)行LZ21211mmL

14、NiiiiiN02211 iNiNL1 12 21 mN iN iN i1 12 2LN iN i 或由上式得因此 2 2能量傳遞能量傳遞式中，左端的負(fù)號(hào)表示輸入功率，右端的正號(hào)表式中，左端的負(fù)號(hào)表示輸入功率，右端的正號(hào)表示輸出功率。上式說(shuō)明，通過(guò)一次、二次繞組的示輸出功率。上式說(shuō)明，通過(guò)一次、二次繞組的磁動(dòng)勢(shì)平衡和電磁感應(yīng)關(guān)系，一次繞組從電源吸磁動(dòng)勢(shì)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(fù)載。收的電功率就傳遞到二次繞組，并輸出給負(fù)載。這就是變壓器進(jìn)行能量傳遞的原理。這就是變壓器進(jìn)行能量傳遞的原理。2211ieieL 3、磁動(dòng)勢(shì)方程、磁動(dòng)勢(shì)方程 正常負(fù)載時(shí)，正

15、常負(fù)載時(shí)， 和和 都隨時(shí)間正弦變化，此都隨時(shí)間正弦變化，此時(shí)磁動(dòng)勢(shì)方程可用復(fù)數(shù)表示為：時(shí)磁動(dòng)勢(shì)方程可用復(fù)數(shù)表示為：miNiNiN12211 上式表明負(fù)載時(shí)用以建立主磁通的激磁磁上式表明負(fù)載時(shí)用以建立主磁通的激磁磁動(dòng)勢(shì)是一次和二次繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)。動(dòng)勢(shì)是一次和二次繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)。mINININ12211 1i2i二、漏磁通和漏電抗二、漏磁通和漏電抗1.1.漏磁通漏磁通 在實(shí)際變壓器中，除了通過(guò)鐵心、并與一次在實(shí)際變壓器中，除了通過(guò)鐵心、并與一次和二次繞組相交鏈的主磁通和二次繞組相交鏈的主磁通 之外，還有少量?jī)H之外，還有少量?jī)H與一個(gè)繞組交鏈且主要通過(guò)空氣或油而閉合的漏與一個(gè)繞組交鏈且主要通過(guò)空氣

16、或油而閉合的漏磁通。磁通。一次繞組的漏磁通：一次繞組的漏磁通：由電流由電流 產(chǎn)生且僅與一次產(chǎn)生且僅與一次繞組相交鏈的磁通，用繞組相交鏈的磁通，用 表示；表示；1i 1 1111 N i211111111d dd di id di ie eN NN NL Ld dt td dt td dt t 二次繞組的漏磁通：二次繞組的漏磁通：由電流由電流 產(chǎn)生且僅與二次繞產(chǎn)生且僅與二次繞組相交鏈的磁通，用組相交鏈的磁通，用 表示。表示。2i 22 222 N i222222222d dd di id di ie eN NN NL Ld dt td dt td dt t 和和 分別稱為一次和二次繞組的漏磁電抗

17、，分別稱為一次和二次繞組的漏磁電抗，簡(jiǎn)稱漏抗簡(jiǎn)稱漏抗漏抗是表征繞組漏磁效應(yīng)的一個(gè)參數(shù)漏抗是表征繞組漏磁效應(yīng)的一個(gè)參數(shù), ,且都為常值。且都為常值。2.漏磁電抗 1X 2X 222222212111112211,; NiNLNiNLLXLX2222211111IjXILjEIjXILjE 三、變壓器的基本方程dtdiLe111 dtdiLe212 磁通磁通11iN1miN1dtdNedtdNe221122iN2磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一次繞組一次繞組二次繞組二次繞組1 1Ri1u2 2R i2u1.磁動(dòng)勢(shì)方程磁動(dòng)勢(shì)方程12121mN IN IN I2.電壓方程電壓方程若各電壓、電流均隨時(shí)

18、間正弦變化，則相應(yīng)的復(fù)數(shù)形式 :根據(jù)基爾霍夫第二定律，有: 2222222211111111)()(UZIUjXRIEEZIEjXRIU 222222111111udtdiLRieedtdiLRiu 變壓器的基本方程為：變壓器的基本方程為： kEEZIEINININUZIEEZIUmmm2111221122221111 四、變壓器的等效電路四、變壓器的等效電路 1.1.繞組歸算繞組歸算 （A A）方法）方法 通常是把二次繞組歸算到一次繞組，也就是假通常是把二次繞組歸算到一次繞組，也就是假想把二次繞組的匝數(shù)變換成一次繞組的匝數(shù)，而不想把二次繞組的匝數(shù)變換成一次繞組的匝數(shù)，而不改變一次和二次繞組原

19、有的電磁關(guān)系改變一次和二次繞組原有的電磁關(guān)系。（B B）原則）原則 只要?dú)w算前后二次繞組的磁動(dòng)勢(shì)保持不變，則只要?dú)w算前后二次繞組的磁動(dòng)勢(shì)保持不變，則對(duì)一次繞組來(lái)說(shuō)對(duì)一次繞組來(lái)說(shuō),變換是等效的；即一次繞組將從電變換是等效的；即一次繞組將從電網(wǎng)吸收同樣大小的功率和電流，并有同樣大小的功網(wǎng)吸收同樣大小的功率和電流，并有同樣大小的功率傳遞給二次繞組。率傳遞給二次繞組。.電流的歸算電流的歸算: : 歸算前、后二次繞組的磁動(dòng)勢(shì)保持不變，可得：歸算前、后二次繞組的磁動(dòng)勢(shì)保持不變，可得：221221IkINNI (2)(2)電勢(shì)的歸算電勢(shì)的歸算: : 歸算前、后二次繞組的磁動(dòng)勢(shì)保持不變，則歸算前、后二次繞組的

20、磁動(dòng)勢(shì)保持不變，則鐵心中的主磁通保持不變，可得：鐵心中的主磁通保持不變，可得：222122:,EkEkNNEE即(3)(3)阻抗的歸算阻抗的歸算: : 歸算前、后二次繞組的傳輸功率、損耗保歸算前、后二次繞組的傳輸功率、損耗保持不變，可得：持不變，可得： 222222,XkXRkR 22222222222 UkXjkRkkIUkjXRIkEk 22222222222UXjRIUkXjkRkIE 歸算后，變壓器的基本方程變?yōu)?: mmmZIEEIIIUZIEEZIU212122221111 2.T形等效電路 一次和二次繞組以及激磁部分的的等效電路，如圖212(a),(b)和(c)所示。根據(jù) 兩式，

21、把這三個(gè)電路連接在一起，即可得到變壓器的T形等效電路，如圖213213所示。 mIIIEE 2121,3. .近似和簡(jiǎn)化等效電路近似和簡(jiǎn)化等效電路 近似等效電路如圖近似等效電路如圖215 所示。所示。簡(jiǎn)化等效電路如圖簡(jiǎn)化等效電路如圖 所示。所示。216 在簡(jiǎn)化等效電路中，變壓器的等效阻抗表現(xiàn)為在簡(jiǎn)化等效電路中，變壓器的等效阻抗表現(xiàn)為一串聯(lián)阻抗：一串聯(lián)阻抗： 稱為等效漏阻抗稱為等效漏阻抗, 可由短路實(shí)驗(yàn)測(cè)出可由短路實(shí)驗(yàn)測(cè)出,故亦故亦稱短路阻抗；稱短路阻抗； 和和 分別稱為短路電阻和短分別稱為短路電阻和短路電抗。路電抗。kZkRkXkZ 212121, XXXRRRjXRZZZkkkkk返回返回1

22、1I R五、相量圖五、相量圖11jI X22I R1U1E2I1ImI1m22I2U22j I X12EE 一、空載試驗(yàn)測(cè)勵(lì)磁參數(shù)（開(kāi)路試驗(yàn)）一、空載試驗(yàn)測(cè)勵(lì)磁參數(shù)（開(kāi)路試驗(yàn)） 亦稱空載試驗(yàn)。亦稱空載試驗(yàn)。試驗(yàn)接線圖試驗(yàn)接線圖：如圖如圖218所示。所示。試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法：二次繞組開(kāi)路，一次繞組加以額定二次繞組開(kāi)路，一次繞組加以額定電壓，測(cè)量此時(shí)的輸入功率電壓，測(cè)量此時(shí)的輸入功率 、電壓、電壓 和電流和電流 。 2.5 2.5 變壓器等效電路參數(shù)的測(cè)定變壓器等效電路參數(shù)的測(cè)定0P1U0I為試驗(yàn)方便和安全，通常在低壓側(cè)加電壓，高壓為試驗(yàn)方便和安全，通常在低壓側(cè)加電壓，高壓側(cè)開(kāi)路。側(cè)開(kāi)路。22200

23、2012mmmmmRZXIPkRIUkZ 數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理：二、短路試驗(yàn)測(cè)短路參數(shù)二、短路試驗(yàn)測(cè)短路參數(shù) 亦稱為負(fù)載試驗(yàn)。亦稱為負(fù)載試驗(yàn)。試驗(yàn)接線圖：試驗(yàn)接線圖：如圖如圖219所示。所示。試驗(yàn)方法：試驗(yàn)方法：二次繞組短路，一次繞組上加二次繞組短路，一次繞組上加一可調(diào)的低電壓。調(diào)節(jié)外加的低電壓，使短路一可調(diào)的低電壓。調(diào)節(jié)外加的低電壓，使短路電流達(dá)到額定電流，測(cè)量此時(shí)的一次電壓電流達(dá)到額定電流，測(cè)量此時(shí)的一次電壓 輸入功率輸入功率 和電流和電流 ，由此即可確定等效漏阻，由此即可確定等效漏阻抗?？?。 短路試驗(yàn)常在高壓側(cè)加電壓，低壓側(cè)短路短路試驗(yàn)常在高壓側(cè)加電壓，低壓側(cè)短路。kUkPkI222kkk

24、kkkkkkRZXIPRIUZ 數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理：電阻應(yīng)折算到電阻應(yīng)折算到：若為銅線，則：若為銅線，則： 5 .234755 .234)75(kCkRR 227575kCkCkXRZoo %100%1001111NKNNKKUZIUUu 短路電壓（阻抗電壓）短路電壓（阻抗電壓）：短路試驗(yàn)時(shí)，使電流達(dá)短路試驗(yàn)時(shí)，使電流達(dá)到額定值時(shí)所加的電壓。到額定值時(shí)所加的電壓。返回返回 一、三相變壓器的磁路系統(tǒng)一、三相變壓器的磁路系統(tǒng)1.1.各相磁路彼此無(wú)關(guān)（三相變壓器組）各相磁路彼此無(wú)關(guān)（三相變壓器組） 圖圖220表示三臺(tái)單相變壓器在電路上聯(lián)接表示三臺(tái)單相變壓器在電路上聯(lián)接起來(lái)，組成一個(gè)三相系統(tǒng)，這種組合

25、稱為三起來(lái)，組成一個(gè)三相系統(tǒng)，這種組合稱為三相變壓器組。三相變壓器組的磁路彼此獨(dú)立，相變壓器組。三相變壓器組的磁路彼此獨(dú)立，三相各有自己的磁路。三相各有自己的磁路。2-6 2-6 三相變壓器的磁路系統(tǒng)與聯(lián)結(jié)組三相變壓器的磁路系統(tǒng)與聯(lián)結(jié)組三相變壓器對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，其各相的電壓，電流三相變壓器對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，其各相的電壓，電流大小相等，相位相差大小相等，相位相差 ，因此在運(yùn)行原理的，因此在運(yùn)行原理的分析與計(jì)算時(shí)，可以取三相中一相來(lái)研究，即分析與計(jì)算時(shí)，可以取三相中一相來(lái)研究，即三相問(wèn)題可以轉(zhuǎn)化為單相問(wèn)題。三相問(wèn)題可以轉(zhuǎn)化為單相問(wèn)題。1202.2.各相磁路彼此相關(guān)（三相心式變壓器）各相磁路彼此相關(guān)（三相心式

26、變壓器）如果把三臺(tái)單相變壓器的鐵心拼成星形磁如果把三臺(tái)單相變壓器的鐵心拼成星形磁 路，則當(dāng)三相繞組外施三相對(duì)稱電壓時(shí)，由路，則當(dāng)三相繞組外施三相對(duì)稱電壓時(shí)，由 于三相主磁通于三相主磁通也對(duì)稱，故三相磁通之和將等也對(duì)稱，故三相磁通之和將等 于零，即于零，即 這樣，中間心柱將無(wú)磁通通過(guò)，可省略。進(jìn)這樣，中間心柱將無(wú)磁通通過(guò)，可省略。進(jìn)而把三個(gè)心柱安排在同一平面內(nèi)，可得三相而把三個(gè)心柱安排在同一平面內(nèi)，可得三相心式變壓器。如圖心式變壓器。如圖2-21。0ABC 二、三相繞組的聯(lián)結(jié) 三相心式變壓器的三個(gè)心柱上分別套有A相、B相和C相的高壓和低壓繞組，三相共六個(gè)繞組，如圖223所示。為絕緣方便，常把低壓

27、繞組套在里面，靠近心柱，高壓繞組套裝在低壓繞組外面。三相繞組常用(用Y或y表示)或三角形聯(lián)結(jié)(用D或d)表示。 星形聯(lián)結(jié)是把三相繞組的三個(gè)首端A,B,C引出，把三個(gè)尾端X,Y,Z聯(lián)結(jié)在一起作為中點(diǎn)。如圖2-23a）。三角形聯(lián)結(jié)是把一相繞組的尾端和另一相繞組的首端相聯(lián)，順次聯(lián)成一個(gè)閉和的三角形回路，最后把首端A,B,C引出。如圖2-23c）。三相變壓器高壓繞組的首端通常用大寫的A、B、C表示，尾端用大寫的X、Y、Z表示，低壓繞組的首端用小寫的a、b、c表示，尾端用x、y、z表示。1.同一鐵心柱上高、低壓繞組相電壓之間的相位關(guān)系 三、三相變壓器的聯(lián)結(jié)三、三相變壓器的聯(lián)結(jié)組組為了確定相電壓的相位關(guān)系

28、，高壓和低壓繞組相電壓相量的正方向統(tǒng)一規(guī)定為從繞組的末端指向首端。高壓和低壓繞組的相電壓既可能是同相位，亦可能是反相位，取決于繞組的同名端是否同在首端或末端。如圖2-24。時(shí)鐘表示法：時(shí)鐘表示法：即把高、低壓繞組兩個(gè)線電壓三角形的重心重合，把高壓側(cè)線電壓三角形的一條中線作為時(shí)鐘的長(zhǎng)針，指向鐘面的12，再把低壓側(cè)線電壓三角形中對(duì)應(yīng)的中線作為短針，它所指的鐘點(diǎn)就是該聯(lián)結(jié)組的組號(hào)。 2.三相高、低壓繞組線電壓之間的相位關(guān)系 （1）Y，y0聯(lián)結(jié)組 如 若把低壓側(cè)的同名端改為尾端，則聯(lián)結(jié)組變?yōu)閅，y6。（2）Y，d11聯(lián)結(jié)組 如 若把低壓側(cè)的同名端改為尾端，則聯(lián)結(jié)組變?yōu)閅，d5；若把低壓側(cè)由順接改為逆接

29、，則聯(lián)結(jié)組變?yōu)閅，d5。（3）標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組 Y，yn0 ； Y，d11；YN，d11； YN，y0 ；Y，y0五種，前三種常用。在實(shí)際電力系統(tǒng)中所用變壓器至少有一側(cè)繞組接成d接。圖226圖225返回返回二、基值的選取應(yīng)用標(biāo)幺值時(shí)，首先要選定基值(用下標(biāo)b表示)。對(duì)于電路計(jì)算而言，四個(gè)基本物理量U、I、Z和S中，有兩個(gè)量的基值可以任意選定，其余兩個(gè)量的基值可根據(jù)電路的基本定律導(dǎo)出。bbbbbbIUZIUS,2-6 標(biāo)幺值所謂標(biāo)幺值就是某一物理量的實(shí)際值與選定的基值之比?；祵?shí)際值標(biāo)幺值 一、標(biāo)幺值得定義一、標(biāo)幺值得定義 計(jì)算變壓器或電機(jī)的穩(wěn)態(tài)問(wèn)題時(shí)，常用其額定值 作為相應(yīng)的基值。此時(shí)一次和二次相電

30、壓的標(biāo)幺值為:NbNbUUUUUUUUUU2222*21111*1,一次和二次相電流的標(biāo)幺值為:NbNbIIIIIIIIII2222*21111*1,歸算到一次側(cè)時(shí)，等效漏阻抗的標(biāo)幺值為：NkNbkkUZIZZZ111*在三相系統(tǒng)中，線電壓和線電流亦可用標(biāo)幺值表示，此時(shí)以線電壓和線電流的額定值為基值。不難證明，此時(shí)相電壓和線電壓的標(biāo)幺值相等，相電流和線電流亦相等。三相功率的基值取為變壓器(電機(jī) )的三相額定容量，即：NNNNNbIUIUSS33三、標(biāo)幺值的優(yōu)點(diǎn) (1)不論變壓器或電機(jī)容量的大小，用標(biāo)幺值表示時(shí)，各個(gè)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。 (2)用標(biāo)幺值

31、表示時(shí)，歸算到高壓側(cè)或低壓側(cè)時(shí)變壓器的參數(shù)恒相等，故用標(biāo)幺值計(jì)算時(shí)不必再進(jìn)行歸算。(3)標(biāo)幺值的缺點(diǎn)是沒(méi)有量綱，無(wú)法用量綱關(guān)系來(lái)檢查。 返回返回一、外特性和電壓調(diào)整率 2-7 變壓器的運(yùn)行特性%100%1001212220NNNUUUUUUu定義：當(dāng)一次側(cè)電壓保持為額定，負(fù)載功率因數(shù)為常值，從空載到負(fù)載時(shí)二次側(cè)電壓變化的百分值，用u表示。由圖2-33(a)和圖2-33(b)得：%100)sincos(2*2*kkXRIu圖圖2-32 不同負(fù)載不同負(fù)載性質(zhì)的外特性性質(zhì)的外特性額定電壓調(diào)整率（ ）：當(dāng)負(fù)載為額定負(fù)載、功率因數(shù)為指定值(通常為0.8滯后)時(shí)的電壓調(diào)整率。額定電壓調(diào)整率是變壓器的主要性

32、能指標(biāo)之一，通常約為5%。 （變壓器調(diào)壓：無(wú)載調(diào)壓、有載調(diào)壓）（變壓器調(diào)壓：無(wú)載調(diào)壓、有載調(diào)壓） 二、效率特性和效率二、效率特性和效率 變壓器運(yùn)行時(shí)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。Nu 基本銅耗：基本銅耗：是指電流流過(guò)繞組時(shí)所產(chǎn)生的直流是指電流流過(guò)繞組時(shí)所產(chǎn)生的直流電阻損耗。電阻損耗。1.銅耗雜散銅耗：雜散銅耗：主要指漏磁場(chǎng)引起電流集膚效應(yīng)，主要指漏磁場(chǎng)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，以及使繞組的有效電阻增大而增加的銅耗，以及漏磁場(chǎng)在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。漏磁場(chǎng)在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。銅耗與負(fù)載電流的平方成正比，因而也

33、稱為銅耗與負(fù)載電流的平方成正比，因而也稱為可變損耗?？勺儞p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。磁通在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。鐵耗可近似認(rèn)為與鐵耗可近似認(rèn)為與 或或 成正比，由于變壓器成正比，由于變壓器的一次電壓保持不變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。 2mB21U效率效率 : 輸出功率與輸入功率之比。輸出功率與輸入功率之比。 pPPPP2212 3.3.效率特性效率特性21PpP

34、 222222coskFeFeCuRmIppppImUP 其中其中: 2222202220coscoskFeRmIpImUImU 從效率特性可見(jiàn)從效率特性可見(jiàn), ,當(dāng)負(fù)載達(dá)到某一數(shù)值時(shí)當(dāng)負(fù)載達(dá)到某一數(shù)值時(shí), ,效率將達(dá)效率將達(dá)到最大值到最大值 。把上式對(duì)。把上式對(duì) 求導(dǎo)求導(dǎo), ,并使并使 , ,可得可得: : 上式說(shuō)明，發(fā)生最大效率時(shí)，變壓器的銅耗恰好等上式說(shuō)明，發(fā)生最大效率時(shí)，變壓器的銅耗恰好等于鐵耗。于鐵耗。max 02 dId 2IFeKpRmI 22效率特性：效率特性：效率效率 是負(fù)載電流的函數(shù)，是負(fù)載電流的函數(shù)，如圖如圖229229所示所示 。)(2If 工程上常用間接法來(lái)計(jì)算效率，

35、即測(cè)出銅耗和鐵耗工程上常用間接法來(lái)計(jì)算效率，即測(cè)出銅耗和鐵耗,在計(jì)算效率。公式如下在計(jì)算效率。公式如下: 返回返回kNNkNPIPISPIPPp2*202*22*201cos11 圖圖2-3a)單相心式變壓器單相心式變壓器 圖圖2-3b)單相殼式變壓器單相殼式變壓器 1u1e2e20u02i圖圖2-5 變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行1N2N10i 1u1e1i2e2u圖圖2-10 變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器的負(fù)載運(yùn)行1N2NLZ122i )(1)(1ii圖圖2-7（a）鐵心的磁化曲線）鐵心的磁化曲線O ti ,O1t90180i 1i1圖圖2-7（b）磁路飽和時(shí)磁化電流成為尖頂波）磁路飽和時(shí)磁化

36、電流成為尖頂波 2i0cupmaxFep圖圖2-29變壓器的效率特性變壓器的效率特性 mImI2E1E011UE圖圖2-6 變壓器的空載相量圖變壓器的空載相量圖FeI FeRE圖圖2-9(a) 鐵心線圈的并聯(lián)等效電路鐵心線圈的并聯(lián)等效電路FeImIUIX mI圖圖2-9(b) 鐵心線圈的串聯(lián)等效電路鐵心線圈的串聯(lián)等效電路UmRmXE WAVV圖圖2-18 開(kāi)路試驗(yàn)的接線圖開(kāi)路試驗(yàn)的接線圖 WAV圖圖2-19 短路試驗(yàn)的接線圖短路試驗(yàn)的接線圖 1R1X2R2XLZ1E1ImImRmX2I圖圖2-12 根據(jù)歸算后的基本方程畫出的部分電路圖根據(jù)歸算后的基本方程畫出的部分電路圖2U2E1U a) b)

37、 c)1R1X2X2U1U1ImImRmX2I圖圖2-13 變壓器的變壓器的T形等效電路圖形等效電路圖2R21EE 12XXXKmRmX1UmI12RRRK圖圖2-15 變壓器的近似形等效電路圖變壓器的近似形等效電路圖1I 2I2U KRKX 1U 2U21 II圖圖2-16 變壓器的簡(jiǎn)化等效電路變壓器的簡(jiǎn)化等效電路 A圖圖2-20 三相變壓器組及其磁路系統(tǒng)三相變壓器組及其磁路系統(tǒng)BCXYZA B C KRKX1U2U2I圖圖2-28(a) 簡(jiǎn)化等效電路圖簡(jiǎn)化等效電路圖 2I2U1U22ABCKRI2KXI j2ab圖圖2-28 用簡(jiǎn)化等效及其向量圖求用簡(jiǎn)化等效及其向量圖求b)相量圖相量圖u

38、a)三相星形磁路 b)實(shí)際心式變壓器的磁路圖2-21 三相心式變壓器 ABCCBA ABC 圖2-22 三相變壓器的磁通相量圖 ABCA B C X Y ZA B CX Y Z圖2-23 三相繞組的聯(lián)結(jié)法 a)星形聯(lián)結(jié) c)三角形聯(lián)結(jié) AXaxAUaUAXaxAUaUAUaUAUaUa) b)圖2-20 高低壓繞組的同名端和相電壓的相位關(guān)系 a) 和 b) 首端為同名端, 與 同相AUaU AXaxAUaUAUaUc)AXaxAUaUAUaUd)圖2-20 高低壓繞組的同名端和相電壓的相位關(guān)系 c) 和 d) 首端為非同名端, 和 反相AUaU A B CBUbUCUcUAUaUXYZ x y

39、 zabc圖2-25 Y,y0聯(lián)結(jié)組 a)繞組聯(lián)結(jié)圖 ACBAUabcaU圖2-25 Y,y0聯(lián)結(jié)組 b)高低壓電壓相量圖 BUbUCUcUAUaUXYZ x y zbcA B Ca圖2-25 Y,d11聯(lián)結(jié)組 a)繞組聯(lián)結(jié)圖 AUa yb zx c.ACBacbaU30圖2-25 Y,d11聯(lián)結(jié)組 b)低壓側(cè)的相量圖 c)由高低壓線電壓三角形確定組號(hào)bUaUcUb)c) 第第 八節(jié)八節(jié) 變壓器的并聯(lián)運(yùn)行變壓器的并聯(lián)運(yùn)行 并聯(lián)運(yùn)行變壓器的理想運(yùn)行狀態(tài)并聯(lián)運(yùn)行變壓器的理想運(yùn)行狀態(tài) 變壓器理想并聯(lián)運(yùn)行的條件是：（1）空載時(shí)并聯(lián)的變壓器之間無(wú)環(huán)流；（2）負(fù)載時(shí)能夠按照各臺(tái)變壓器的容量合理地分擔(dān)負(fù)載；

40、（3）負(fù)載時(shí)各變壓器所分擔(dān)的電流應(yīng)為同相。 理想并聯(lián)運(yùn)行時(shí)各變壓器應(yīng)滿足的條件（1）各變壓器的額定電壓與電壓比應(yīng)當(dāng)相等；（2）各變壓器的聯(lián)結(jié)組號(hào)必須相同；（3）各變壓器的短路阻抗標(biāo)幺值要相等，阻抗角要相同； 上述三個(gè)要求中，第二個(gè)要求必須嚴(yán)格保證，否則將在兩臺(tái)變壓器構(gòu)成的閉合回路中引起極大的環(huán)流，把變壓器的線圈燒毀。 k k 2I 理想變壓器 kZ kZ 1I 電源 1U 1I 1I 2I 2I 2U 負(fù)載 根據(jù)變壓器的并聯(lián)電路可列出方程組根據(jù)變壓器的并聯(lián)電路可列出方程組 I I IZIU ZIU222k221k221，kUkU 解方程組得 cLkkkkkcLkkkkkIIZZkkUZZZII

41、IIZZkkUZZZII1111122122電壓比不同引起的環(huán)流kkcZZkkUI 111電壓比相同、等效漏阻抗電壓比相同、等效漏阻抗不同時(shí)的負(fù)載分配不同時(shí)的負(fù)載分配 ，kkLLkkkkkkZZIIZZZIIZZZII2222 按比例分擔(dān)容量的條件kkLLZZII*理想的負(fù)載分配是，各變壓器按其容量大小來(lái)分擔(dān)負(fù)載理想的負(fù)載分配是，各變壓器按其容量大小來(lái)分擔(dān)負(fù)載NLNLIIII 即希望即希望由由*LLII知知?jiǎng)t有則有*kkZZ第九節(jié)第九節(jié) 特殊變壓器特殊變壓器 一、三繞組變壓器一、三繞組變壓器 繞組安排和聯(lián)結(jié)繞組安排和聯(lián)結(jié) 三繞組變壓器有高壓、中壓和低壓三個(gè)繞組，三相三繞組變壓器的第三繞組常常接成三角形聯(lián)結(jié)。三相三繞組變壓器的鐵心一般為心式結(jié)構(gòu)，每個(gè)心柱上套裝有三個(gè)繞組，三個(gè)繞組的容量可以相等，亦可以不等；其中容量最大的規(guī)定為三繞組變壓器的額定容量。 三相三繞組變壓器的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組有 和 兩種。110dYNyn00yYNyn112