第三章 變壓器

1、 第三章 變壓器3 3.1 .1 變壓器概述變壓器概述3.1.1 3.1.1 用途用途變壓器在輸電中的作用及使用位置：河北科技大學電氣工程學院3 3.1 .1.2 .2 變壓器的分類變壓器的分類按用途分：電力變壓器和特種變壓器。按用途分：電力變壓器和特種變壓器。 按繞組數(shù)目分：單繞組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、按繞組數(shù)目分：單繞組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。三繞組變壓器和多繞組變壓器。按相數(shù)分：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。按相數(shù)分：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。 按鐵心結構分：芯式變壓器和殼式變壓器。按鐵心結構分：芯式變壓器和殼式變壓器。 按調(diào)壓方

2、式分：無勵磁調(diào)壓變壓器和有載調(diào)壓變壓器。按調(diào)壓方式分：無勵磁調(diào)壓變壓器和有載調(diào)壓變壓器。 按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器。器和充氣式變壓器。 河北科技大學電氣工程學院3 3.1 .1.3 .3 變壓器的基本結構變壓器的基本結構河北科技大學電氣工程學院變壓器油箱油箱本體：箱蓋、箱壁、箱底郵箱附件：放油閥門、小車、接地螺栓、名牌等調(diào)壓裝置：無載分接開關和有載分接開關冷卻裝置：散熱器或冷凝器保護裝置：儲油柜、油位計、安全通道、釋放閥、吸濕 器、測溫元件、氣體繼電器等出線裝置：高低壓套管變壓器油器身 鐵芯 繞組 引線和絕緣油

3、浸式電力變壓器油浸式電力變壓器11信號式溫度計信號式溫度計22吸濕器吸濕器33儲油柜儲油柜44油位計油位計55安全氣道安全氣道66氣體繼電器氣體繼電器77高壓套管高壓套管88低壓套管低壓套管99分接開關分接開關1010油箱油箱1111鐵心鐵心1212線圈線圈1313放油閥門放油閥門河北科技大學電氣工程學院變壓器變壓器河北科技大學電氣工程學院變壓器（內(nèi)部）變壓器（內(nèi)部）河北科技大學電氣工程學院大型電力油浸變壓器（內(nèi)部）大型電力油浸變壓器（內(nèi)部）河北科技大學電氣工程學院S9 型配電變壓器型配電變壓器（10 kV）河北科技大學電氣工程學院大型電力油浸變壓器大型電力油浸變壓器河北科技大學電氣工程學院干

4、式變壓器干式變壓器河北科技大學電氣工程學院干式變壓器干式變壓器河北科技大學電氣工程學院SG10 型干式變壓器型干式變壓器H 級絕緣級絕緣河北科技大學電氣工程學院環(huán)氧澆注干式變壓器環(huán)氧澆注干式變壓器河北科技大學電氣工程學院YDC 系列澆注式試驗變壓器系列澆注式試驗變壓器河北科技大學電氣工程學院C 型澆注立式變壓器型澆注立式變壓器河北科技大學電氣工程學院C 型澆注臥式變壓器型澆注臥式變壓器河北科技大學電氣工程學院R 型變壓器型變壓器河北科技大學電氣工程學院殼式變壓器殼式變壓器河北科技大學電氣工程學院磁心變壓器磁心變壓器河北科技大學電氣工程學院插片式變壓器插片式變壓器河北科技大學電氣工程學院隔離變壓

5、器隔離變壓器河北科技大學電氣工程學院三相隔離變壓器三相隔離變壓器河北科技大學電氣工程學院大型變壓器大型變壓器河北科技大學電氣工程學院S9 油浸式電力變壓器（油浸式電力變壓器（10 kV） 河北科技大學電氣工程學院SZ9 變壓器（變壓器（35 kV ）河北科技大學電氣工程學院油浸變壓器油浸變壓器河北科技大學電氣工程學院 變壓器變壓器河北科技大學電氣工程學院低壓大電流變壓器低壓大電流變壓器22V，1137A，25 kVA河北科技大學電氣工程學院大電流變壓器大電流變壓器河北科技大學電氣工程學院磁心環(huán)形變壓器磁心環(huán)形變壓器河北科技大學電氣工程學院電源變壓器電源變壓器河北科技大學電氣工程學院非晶合金中頻

6、變壓器鐵心非晶合金中頻變壓器鐵心河北科技大學電氣工程學院隔離變壓器隔離變壓器河北科技大學電氣工程學院非晶合金鐵心中頻變壓器非晶合金鐵心中頻變壓器河北科技大學電氣工程學院整流變壓器整流變壓器河北科技大學電氣工程學院調(diào)壓器（自耦變壓器）調(diào)壓器（自耦變壓器）河北科技大學電氣工程學院調(diào)壓器和穩(wěn)壓器調(diào)壓器和穩(wěn)壓器河北科技大學電氣工程學院變壓器變壓器器身部分器身部分簡介簡介鐵心鐵心變壓器中主要的磁路部變壓器中主要的磁路部分，分為鐵心柱與鐵軛兩部分。分，分為鐵心柱與鐵軛兩部分。 單相芯式變壓器單相芯式變壓器11鐵心柱鐵心柱 22鐵軛鐵軛33高壓線圈高壓線圈 44低壓線圈低壓線圈三相芯式變壓器三相芯式變壓器1

7、1鐵心柱鐵心柱 22鐵軛鐵軛33高壓線圈高壓線圈 44低壓線圈低壓線圈河北科技大學電氣工程學院單相殼式變壓器單相殼式變壓器11鐵心柱鐵心柱 22鐵軛鐵軛 33繞組繞組繞組繞組變壓器中的電路部分。變壓器中的電路部分。 11低壓繞組低壓繞組 22高壓繞組高壓繞組交疊式繞組交疊式繞組河北科技大學電氣工程學院3 3.1 .1.4 .4 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 變壓器的主要部件變壓器的主要部件鐵心和套在鐵心上的鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。兩繞組只有兩個繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。在一磁耦合沒電聯(lián)系。在一次繞組中加上交變電壓，次繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈一、二次繞組產(chǎn)生交鏈一、二次繞組的交

8、變磁通，在兩繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應電動勢。中分別感應電動勢。tNeudd111tNeudd222河北科技大學電氣工程學院3.1.5 變壓器的型號變壓器的型號例如： S9-1250/10表示三相變壓器設計序號為9、額定容量為1250kVA、高壓繞組額定電壓為10kV級的電力變壓器。 3.1.63.1.6變壓器的額定值變壓器的額定值1 1、額定容量為變壓器的視在功率（用、額定容量為變壓器的視在功率（用SN 表示，單位表示，單位 kVA ，VA）2 2、額定電壓（一次和二次繞組上分別為、額定電壓（一次和二次繞組上分別為U1N 和和U2N ，單單位位V, kV）3 3、額定電流（一次和二次

9、繞組上分別為、額定電流（一次和二次繞組上分別為I1N 和和I2N ，單位單位 A , kA）單相變壓器單相變壓器N2N2N1N1NIUIUS三相變壓器三相變壓器N2N2N1N1N33IUIUS4 4、額定頻率、額定頻率fN 我國的規(guī)定為我國的規(guī)定為50Hz河北科技大學電氣工程學院5、溫升-在額定狀態(tài)下運行時，指定部位的溫度與外部冷卻介質(zhì)的溫度差。6、阻抗電壓（短路電壓）-二次側短路時，一次繞組中通過額定電流時所加的電壓。7、空載損耗-一次側接額定電壓，二次側開路時變壓器的損耗。8、負載損耗-在額定狀態(tài)下，一、二次側繞組所產(chǎn)生的損耗。9、連接組別-表示各相繞組的連接方式以及一二次側線電壓之間的相

10、位關系。例3-1.3 3.2 .2 單相變壓器的空載運行單相變壓器的空載運行 3.2.13.2.1空載運行時的物理情況空載運行時的物理情況變壓器匝數(shù)為變壓器匝數(shù)為N1的一次繞組的一次繞組加上交流電壓，變壓器匝數(shù)加上交流電壓，變壓器匝數(shù)為為N2的二次繞組開路，這種的二次繞組開路，這種情況即為變壓器的空載運行。情況即為變壓器的空載運行。變壓器空載運行時的電磁關系如下：變壓器空載運行時的電磁關系如下：河北科技大學電氣工程學院3.2.2 變壓器中各物理量正方向的規(guī)定 物理量的正方向可由物理量的正方向可由電工慣例電工慣例來確定。來確定。3.2.3 變壓器中各物理量之間的關系1111dsin(90 )si

11、n(90 )dmmeNNtEtt 11ddeNt 22ddeNt m=sint 代 入 上 式 得設：2222dsin(90 )sin(90 )dmmeNNtEtt 感應電動勢感應電動勢e1 和和e2 均滯后于均滯后于 的電角度的電角度90，其有效其有效值為值為mmmmfNfNNEE1111144. 42222mmmmfNfNNEE2222244. 42222相量表達式相量表達式mfNE1144. 4 jmfNE2244.4j河北科技大學電氣工程學院11111esin(90 )mdNNtdt 同理：同理：1110111j4.44= LEfNjI XX 其中：3.2.4 變壓器空載運行時電壓平衡

12、關系 根據(jù)基爾霍夫電壓定律可知：1011110101101() ()+ji XZui Reeei Rei 11112222ueENkueEN變比：在正弦狀態(tài)下：101110101110101101()()j()=+j=+ZUI REEI RI XEEI RI XEI 當忽略I0Z1時1114.44mUEjfN 2224.44mUEjf N 3.2.5 3.2.5 變壓器變壓器空載電流空載電流空載電流空載電流i i0 0包含兩個分量，一個是勵磁分量包含兩個分量，一個是勵磁分量i im m，作用是，作用是建立建立主主磁場，產(chǎn)生主磁通磁場，產(chǎn)生主磁通，屬于，屬于無功分量；另一個是無功分量；另一個是鐵

13、損耗分量鐵損耗分量電流電流i iFeFe，作用是供變壓器鐵心損耗，作用是供變壓器鐵心損耗有有功分量。功分量。 由于空載電流由于空載電流i i0 0的無功分量遠大于有功分量，所以空載的無功分量遠大于有功分量，所以空載電流主要是感性無功性質(zhì)電流主要是感性無功性質(zhì)也稱勵磁電流也稱勵磁電流i im m大小：與電源電壓和頻率、線圈匝數(shù)、磁路材質(zhì)及幾何尺大小：與電源電壓和頻率、線圈匝數(shù)、磁路材質(zhì)及幾何尺寸有關，用空載電流百分數(shù)寸有關，用空載電流百分數(shù)I I0 0% % 來表示：來表示：%100%N00III河北科技大學電氣工程學院在變壓器中，在變壓器中，I I0 0% %2.5%2.5%1）空載電流的波形

14、1）空載電流與主磁通的關系3.2.63.2.6變壓器變壓器空載空載運行運行時的時的等效電路與等效電路與相量圖相量圖11120+ZUmUEI 由和1(jX )mmmmmEI ZIR并且有并且有mmIEZ12FemmpRI22mmmXZR河北科技大學電氣工程學院同時將原邊電動勢寫成原邊漏電動勢的形式可得等效電路與相量圖 3 3.3 .3 變壓器的負載運行變壓器的負載運行 變壓器一次側接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，變壓器一次側接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次側接上負載的運行狀態(tài)，稱為負載運行二次側接上負載的運行狀態(tài)，稱為負載運行。3.3.1 3.3.1 負載運行時的物理情況負載運行時的

15、物理情況當二次側接上負載阻抗后，當二次側接上負載阻抗后，產(chǎn)生電流產(chǎn)生電流I I2 2，產(chǎn)生，產(chǎn)生F F2 2，引起，引起mm變化，進而變化，進而E E1 1、E E2 2變化，變化，使使I I1 1變化，變化，F(xiàn) F1 1變化，它一方面要產(chǎn)生變化，它一方面要產(chǎn)生mm，另一方面還要抵，另一方面還要抵消消F F2 2對主磁通的影響，即對主磁通的影響，即F Fm m= =F F1 1+F+F2 2，從從 可知，當可知，當U1= =常數(shù)常數(shù)時時，則，則E1常數(shù)，常數(shù)，m常數(shù)。因此，達常數(shù)。因此，達到新的磁動勢平衡的條件是使一次繞組的電流增量所產(chǎn)生到新的磁動勢平衡的條件是使一次繞組的電流增量所產(chǎn)生的磁動

16、勢與二次繞組電流所產(chǎn)生的磁動勢相抵消，以維持的磁動勢與二次繞組電流所產(chǎn)生的磁動勢相抵消，以維持主磁通基本不變。主磁通基本不變。1114.44mUEfN 一、二次繞組的磁動勢F1和F2除了共同產(chǎn)生主磁通m外，還要在各自的繞組中產(chǎn)生漏磁通1和2，它們各自產(chǎn)生對應的漏電動勢 ，由于他們不參與能量的變換，故將它們按漏抗壓降來處理。21E和E在二次側電流I2通過負載阻抗時所產(chǎn)生的電壓222ZIU1111122222Ej L IjI XEj L IjI X 河北科技大學電氣工程學院3.3.2 磁動勢平衡方程式磁動勢平衡方程式 變壓器無論是空載還是負載，仍有變壓器無論是空載還是負載，仍有 成立，故成立，故m

17、m不變，因此產(chǎn)生不變，因此產(chǎn)生mm的磁動勢不變，故有：的磁動勢不變，故有： 1102211021NINININIFFFFmm1114.44mUEfN對上式變形可得：1Lm1L020101221IIk-IIIIIIINNIIm）（或3.3.3 3.3.3 電壓平衡方程式電壓平衡方程式式中：式中：分別為一次和二次繞組的漏阻抗、電阻和漏電抗分別為一次和二次繞組的漏阻抗、電阻和漏電抗。121212ZZRRXX、 、和mmZIE1111111111jUEI RI XEI Z 222222222jUEI RI XEI Z1212/EENNk河北科技大學電氣工程學院m021kIIII222ZIU 原因原因：

18、由于變壓器一、二次繞組的匝數(shù)不相等這：由于變壓器一、二次繞組的匝數(shù)不相等這給比較或計算變壓器的性能和繪制相量圖時增加給比較或計算變壓器的性能和繪制相量圖時增加了困難，尤其是當變比較大時更加突出。若設法了困難，尤其是當變比較大時更加突出。若設法將兩個繞組折算成同樣的匝數(shù)，使，這樣，就可將兩個繞組折算成同樣的匝數(shù)，使，這樣，就可以把一、二次繞組聯(lián)成一個等效電路，從而大大以把一、二次繞組聯(lián)成一個等效電路，從而大大簡化變壓器的分析計算。簡化變壓器的分析計算。 原則原則：折算前后變壓器的磁動勢、功率、損耗等：折算前后變壓器的磁動勢、功率、損耗等都必須保持不變。都必須保持不變。 習慣習慣：將二次繞組折算到

19、一次側：將二次繞組折算到一次側 3.3.4 繞組繞組的折的折算算原因：原因：由于變壓器一、二次繞組的匝數(shù)不相等這給比較或計算變由于變壓器一、二次繞組的匝數(shù)不相等這給比較或計算變壓器的性能和繪制相量圖時增加了困難，尤其是當變比較大時更壓器的性能和繪制相量圖時增加了困難，尤其是當變比較大時更加突出。若設法將兩個繞組折算成同樣的匝數(shù)，使，這樣，就可加突出。若設法將兩個繞組折算成同樣的匝數(shù)，使，這樣，就可以把一、二次繞組聯(lián)成一個等效電路，從而大大簡化變壓器的分以把一、二次繞組聯(lián)成一個等效電路，從而大大簡化變壓器的分析計算。析計算。折折算原則算原則：1 1）保持二次側磁動勢不變；保持二次側磁動勢不變；2

20、 2）保持二次側各功率或）保持二次側各功率或損耗不變。損耗不變。習慣習慣：將二次繞組折算到一次側將二次繞組折算到一次側 1 1）電動勢和電壓的）電動勢和電壓的折折算算二次繞組二次繞組折折算后，變壓器一次和二次繞組具有同樣的匝數(shù)，即算后，變壓器一次和二次繞組具有同樣的匝數(shù)，即12NN 則則221222ENNkENN22EkE 2020EkE 22UkU 河北科技大學電氣工程學院2 2）電流的）電流的折折算：原則：算：原則：折折算前后二次繞組的磁動勢不變，算前后二次繞組的磁動勢不變，即：即：22IIk 3 3）阻抗的）阻抗的折折算算 原則：原則：折折算前后電阻銅耗及漏感中無功功率不變。算前后電阻銅

21、耗及漏感中無功功率不變。222222IRI R22222222IRRk RI 222222IXI X 22222222IXXk XI 1 222N IN I 河北科技大學電氣工程學院4 4）功率因數(shù)功率因數(shù)的的折折算算2222222222coscosRk RRZk ZZ mIII211111ZIEU2222ZIEU21EEmmZIE1折折算后變壓器負載運行時的基本方程式變?yōu)槿缦滦问剑核愫笞儔浩髫撦d運行時的基本方程式變?yōu)槿缦滦问剑?22ZIU3.3.5 等效電路等效電路1）T型等效電路河北科技大學電氣工程學院2）相量圖相量圖 根據(jù)根據(jù)T T形等效電路，形等效電路，可以畫出相應的相量可以畫出相應的

22、相量圖。圖。3）簡化）簡化等效電路等效電路Rk、Xk和和Zk分別稱為短路電分別稱為短路電阻、短路電抗和短路阻抗。阻、短路電抗和短路阻抗。河北科技大學電氣工程學院3.43.4 變壓器變壓器參數(shù)測定參數(shù)測定原因：只管等效電路有了，但變壓器參數(shù)未知。原因：只管等效電路有了，但變壓器參數(shù)未知。3.4.1 3.4.1 空載（開路）試驗空載（開路）試驗目的：求目的：求k k、U U1 1、I I0 0、p p0 0、Z Zm m、 R Rm m, X, Xm m 測量：測量：U U1 1, U, U2 2, P, P0 0, I, I0 0分析分析計算：變壓器空載運計算：變壓器空載運行時，可以認為輸入功率

23、行時，可以認為輸入功率p0完全用來滿足鐵耗。完全用來滿足鐵耗。Fe0pp 從空載運行的等效電路得出從空載運行的等效電路得出22221000110()()mmmUZRXRRXXZI0020mpRRI220mmmXXZR12UkU結論：1、上面是按一相求得的，如求三相變壓器的參數(shù)必須按一相的參數(shù)進行計算。2、Rm、Xm應為對應于額定電壓的值。3、當變壓器制造好后，鐵損耗的大小主要與電壓有關，在空載和負載時，由于電源電壓不變，故稱鐵損耗為不變損耗。例3-2 3.4.23.4.2、負載、負載（短路）（短路）試驗試驗 目的：求目的：求Z Zk k、R Rk k，X Xk k, , 測量：測量：U Uk

24、k，I Ik k，P Pk k計算：高壓側加電壓，低壓計算：高壓側加電壓，低壓側短路；由于外加電壓很小，主磁通很側短路；由于外加電壓很小，主磁通很小小，鐵損耗很，鐵損耗很小小，忽略鐵損。忽略鐵損。kkkUZI2kkkpRI222Cu1122kkkpI RpI RI R22kkkXZR折算到折算到75時的數(shù)值時的數(shù)值075 C075kkTRRT 2275 C75 CkkkZRX河北科技大學電氣工程學院結論：1、對于T型等效電路，一般可認為2、上面的分析是對單相變壓器而言的，對三相變壓器同樣應取某一相的參數(shù)進行分析。3、短路試驗可在一次側做，也可在二次側做，但Zk應為高壓側的值。4、由于銅損耗是隨

25、著電流（負載）的大小而變化的，故稱其為可變損耗。5、電阻的值應折算到標準溫度下的數(shù)值，而電抗則不需要折算。例3-3kRRR2121kXXX21213.4.3阻抗電壓阻抗電壓變壓器做短路變壓器做短路試驗時，當繞組中電流達到額定值，加在試驗時，當繞組中電流達到額定值，加在一次繞組上的一次繞組上的電壓稱為電壓稱為短路電壓。短路電壓。由等效電路可知阻抗由等效電路可知阻抗電壓的百分值電壓的百分值為：為：1N175 C1N1N100%100%kkkIZUuUU河北科技大學電氣工程學院其有功分量和無功分量分別為：1Na1NR100%kkIuU1Nr1NX100%kkIuU22ar+kkkuuu3.5 變壓器

26、的標幺值 在電力工程的計算中，電壓、電流、阻抗、功率等在電力工程的計算中，電壓、電流、阻抗、功率等通常不用它們的實際值表示，而是用不具有通常不用它們的實際值表示，而是用不具有“單位單位”的的標幺值來表示。標幺值在工程計算中應用較廣。標幺值來表示。標幺值在工程計算中應用較廣。 標幺值是指某一物理量的實際值與選定的同一單位標幺值是指某一物理量的實際值與選定的同一單位的固定值的比值，即的固定值的比值，即基準值實際值標幺值 3.5.1 基準值的選取與標幺值的計算基準值的選取與標幺值的計算 通常以額定值為相應物理量的基準值，還應注意：通常以額定值為相應物理量的基準值，還應注意： （1）哪一側的物理量就應

27、選哪一側的額定值作為基準值。例如一次側電流應用一次側額定電流作為基值. （2）對于三相變壓器中，一般相電壓用額定相電壓作為電壓基值，線電壓用額定線電壓作為基值。同理，相電流取額定相電流作為電流基準值，線電流用額定線電流作為基值。（3）對于三相變壓器，單相功率用單相額定視在功率作為基值；三相功率用三相額定視在功率作為基值。（4）二次側物理量折算到一次側后，其基準值應取一次側相應物理量的額定值。同理，一次側物理量折算到二次側后，其基準值應取二次側相應物理量的額定值。.1N1 1ZZ Z2N2 2ZZ Z 1N1 1UU U 2N2 2UU U 1N1 1III 2N2 2III 一、二次側阻抗的基

28、準值為一、二次側阻抗的基準值為 1N 1N 1NIU Z 2N 2N 2NIU Z3.5.2 3.5.2 采用標幺值的優(yōu)點采用標幺值的優(yōu)點（1 1）采用標幺值時，一、二次側各量不需要進行折算，）采用標幺值時，一、二次側各量不需要進行折算，即折算前后相應量的標幺值相等即折算前后相應量的標幺值相等 因此在等效電路圖中可用標幺值進行計算，最后用所因此在等效電路圖中可用標幺值進行計算，最后用所求值的標幺值乘以其對應的基準值即為相應的實際值：求值的標幺值乘以其對應的基準值即為相應的實際值： 2N 1N 12N 1N 122N 12N 1N 22N 22RUIRUIRkk URkIURIR 基準值實際值標

29、幺值 基準值標幺值實際值（2 2）用標幺值表示的量不分相值和線值，不分單相還）用標幺值表示的量不分相值和線值，不分單相還是三相，即線值的標幺值和相應相值的標幺值相等是三相，即線值的標幺值和相應相值的標幺值相等 00I I U U kkU U線標幺線標幺值值= =相標幺相標幺值值 00p p kkp p S S 三相標幺三相標幺= =單相標幺單相標幺標幺值的計算見書標幺值的計算見書P97P97例例3-43-4和例和例3-53-53 3. .6 6 變壓器的運行特性變壓器的運行特性標志變壓器運行性能的主要指標有標志變壓器運行性能的主要指標有外特性外特性和效率和效率特性特性。3.6.3.6.1 1、

30、變壓器的外特性、變壓器的外特性CCOSUUNIfU211)(22負載時二次側電壓的大小，可以用負載時二次側電壓的大小，可以用電壓變化率電壓變化率來衡量。來衡量。3.6.23.6.2、變壓器的、變壓器的電壓變化率電壓變化率1 1）定義：）定義：電壓變化率電壓變化率u% 規(guī)定為：一次側加額定電規(guī)定為：一次側加額定電壓、負載功率因數(shù)為一定值，空載與負載時二次側端電壓、負載功率因數(shù)為一定值，空載與負載時二次側端電壓之差，用二次側額定電壓的百分值表示，即壓之差，用二次側額定電壓的百分值表示，即122()KKUUI RjX2022N21N22N2N1N %100%100%100%UUUUUUuUUU2）確

31、定u的方法 由等效電路可知：其近似相量圖為：3 3）影響）影響u u的因素的因素 一是負載系數(shù)； 二是短路參數(shù)； 對外特性的變化規(guī)律進行解釋 三是負載功率因數(shù)。 4）變壓器的電壓調(diào)整）變壓器的電壓調(diào)整 為保證給用戶供電在一定范圍內(nèi)，在原邊設置了三個抽頭，在5%的位置上，即可斷電調(diào)節(jié)（無載分接開關），也可不斷電調(diào)節(jié)（有載分接開關）。河北科技大學電氣工程學院222222221N1N1*222222*22121211cossincossin %100%100%(cossin)(cossin)kkkkNkkkkNNNI RI XI RI XuUIZI RI XRI XIIIIIIIII 3.6.3 3

32、.6.3 變壓器的變壓器的效率特性效率特性 （1 1）變壓器的損耗）變壓器的損耗 變壓器的損耗主要是鐵耗和銅耗兩種。變壓器的損耗主要是鐵耗和銅耗兩種。 1) 鐵耗鐵耗: 包括基本鐵耗和包括基本鐵耗和雜散雜散鐵耗。鐵耗?；捐F耗為磁滯損耗和渦流損耗。基本鐵耗為磁滯損耗和渦流損耗。雜散雜散鐵耗包括由鐵心疊片間絕緣損傷引起的局部鐵耗包括由鐵心疊片間絕緣損傷引起的局部渦流損耗、主磁通在結構部件中引起的渦流損耗等。渦流損耗、主磁通在結構部件中引起的渦流損耗等。鐵耗與外加電壓大小有關，而與負載大小基本無鐵耗與外加電壓大小有關，而與負載大小基本無關，故也稱為不變損耗。關，故也稱為不變損耗。河北科技大學電氣工

33、程學院.2) 銅耗銅耗: : 分基本銅耗和附加銅耗。分基本銅耗和附加銅耗。 基本銅耗是電流在一、二次繞組直流電阻上的損基本銅耗是電流在一、二次繞組直流電阻上的損耗；耗； 雜散雜散銅耗包括因集膚效應引起的損耗以及漏磁場在銅耗包括因集膚效應引起的損耗以及漏磁場在結構部件中引起的渦流損耗等。結構部件中引起的渦流損耗等。銅耗大小與負載電流平方成正比，故也稱為可變損耗。銅耗大小與負載電流平方成正比，故也稱為可變損耗。 一次繞組的銅損耗為一次繞組的銅損耗為 二次繞組的銅損耗為二次繞組的銅損耗為河北科技大學電氣工程學院2111cupmI R2222222212cupmI RmI RmI R.總總銅耗銅耗為為

34、: : （2）變壓器的效率變壓器的效率 是指其輸出有功功率與輸入有功功率的百分比。河北科技大學電氣工程學院22212112221222222()()()cucucukNkkNpppm IRI RmIRRmI RmIRp22212112211222211()()()cucucukNkkNpppm I RI RmIRRmI RmIRp或：或：變壓器總的損耗kNFecuFepmpppp2河北科技大學電氣工程學院12111222222222100%100%(1) 100%cos(1) 100%cosFeKPppPPPPpmU IPpmU IpmI R20kN2N20kNp p1 100 S cosp

35、p N=95%-99%之間上式對I2求導：并使20ddI 可得說明當銅耗與鐵耗相等時，效率最高說明當銅耗與鐵耗相等時，效率最高。此時的。此時的負載系數(shù)為：負載系數(shù)為：帶入原式即得最大效率：帶入原式即得最大效率：河北科技大學電氣工程學院22KFemI Rp 20mKNpp或kNmpp02max20cos100%cos2mNmNSSp例3-63.73.7 三相變壓器三相變壓器3.7.1 3.7.1 三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相變壓器的磁路系統(tǒng)（1）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)。（2）三相心式變壓器三相心式變壓器：其：其鐵心結構是從三相組式鐵心結構是從三

36、相組式變壓器鐵心演變過來的，各相磁路是彼此關聯(lián)的。變壓器鐵心演變過來的，各相磁路是彼此關聯(lián)的。3.7.2 3.7.2 三相變壓器的電路系統(tǒng)三相變壓器的電路系統(tǒng) 1)星形聯(lián)結和三角形聯(lián)結 為了說明聯(lián)接方法，首先對繞組的首端、末端的標記作如下表的規(guī)定：與三相變壓器組相比較，三相心式變壓器的材料消耗與三相變壓器組相比較，三相心式變壓器的材料消耗少、價格便宜、占地面積也較少，維護比較簡單。在少、價格便宜、占地面積也較少，維護比較簡單。在目前的電力系統(tǒng)中，用得較多的是三相心式變壓器。目前的電力系統(tǒng)中，用得較多的是三相心式變壓器。a) 星形聯(lián)結星形聯(lián)結b) 三角形聯(lián)結三角形聯(lián)結三角形聯(lián)結時三角形聯(lián)結時：一

37、次繞組用一次繞組用D D表示表示，二次繞組用二次繞組用d d表示表示。星星形聯(lián)結時形聯(lián)結時：一次繞組用一次繞組用Y Y表示表示，二次繞組用二次繞組用y y表示表示。 2) 繞組端點的標志與極性繞組端點的標志與極性 高壓繞組的某一端頭電位為正時，低壓繞組必有一個端頭電位也為正，這兩個具有相同極性的對應端頭稱為同極性端（或同名端），用符號“”表示。 （a）高、低壓繞組繞向相同 （b）高、低壓繞組繞向相反 單相變壓器單相變壓器 單相變壓器的高低壓繞組都繞在同一個鐵心柱上，單相變壓器的高低壓繞組都繞在同一個鐵心柱上，它們被同一個主磁通所交鏈。感應的電動勢的相位關系它們被同一個主磁通所交鏈。感應的電動勢

38、的相位關系只有兩種可能：只有兩種可能：同相位或反相位同相位或反相位 單相變壓器聯(lián)接組別單相變壓器聯(lián)接組別聯(lián)結組為Ii0 聯(lián)結組為Ii6 三相變壓器的聯(lián)結組三相變壓器的聯(lián)結組 將一次側線電動勢相量看做時鐘的分針且始終指向12點的位置，然后把與一次側相對應的二次線電動勢相量作為時針，時針所指的鐘點數(shù)就是三相變壓器聯(lián)結組別的組別號。例1;Yy0接法例2： Yy6接法例3：Yd11接法例4： Dy7連接組別結論：1）一二次側繞組的連接方法相同（如Yy或Dd）時，連接組別號為偶數(shù)（0,2,4,6,8,10）；否則為奇數(shù)（1,3,5,7,9,11）。2）若一二次側的接法不變和所標的標號不變，僅將一二次側的

39、首端由同名端變成異名端（或?qū)惷俗兂赏耍?，則連接組別號應在原來的基礎上加6.3）若一二次側的接法不變和一次側所標的相號不變，將二次側所標的相號向右移一相，即b相變成a相，c相變成b相，a相變成c相，則連接組別號應在原來的基礎上加4.國家標準規(guī)定國家標準規(guī)定 同一鐵心柱上的高、低壓繞組為同一相繞組，同一鐵心柱上的高、低壓繞組為同一相繞組，并采用相同的字母符號為端頭標記。根據(jù)此規(guī)并采用相同的字母符號為端頭標記。根據(jù)此規(guī)定，電力變壓器有定，電力變壓器有5 5種聯(lián)結組，分別是：種聯(lián)結組，分別是：Yd11Yd11聯(lián)聯(lián)結組、結組、YNd11YNd11聯(lián)結組、聯(lián)結組、Yyn0Yyn0聯(lián)結組、聯(lián)結組、Y

40、Ny0YNy0聯(lián)結組聯(lián)結組和和Yy0Yy0聯(lián)結組。聯(lián)結組。 最常用的聯(lián)結方式是前最常用的聯(lián)結方式是前3 3種。種。3.7.3 3.7.3 三相變壓器的連接方法和磁路系三相變壓器的連接方法和磁路系統(tǒng)對電動勢波形的影響統(tǒng)對電動勢波形的影響 當變壓器的外施電壓為正弦波時，與它平衡的當變壓器的外施電壓為正弦波時，與它平衡的感應電動勢以及感應該電動勢的主磁通都是正弦感應電動勢以及感應該電動勢的主磁通都是正弦波，但是，由于變壓器鐵心具有的飽和性質(zhì)，激波，但是，由于變壓器鐵心具有的飽和性質(zhì)，激勵主磁通的電流將與主磁通波形不同，使勵主磁通的電流將與主磁通波形不同，使空載電空載電流呈現(xiàn)尖頂波，流呈現(xiàn)尖頂波，即即

41、在其中在其中含有較強的三次諧波電含有較強的三次諧波電流流。如下圖。如下圖。 由于繞組的連接方法不同，磁路的結構也不一樣，三次諧波電流不一定能夠流通，故對感應電動勢的影響也不同。 不考慮鐵耗時勵不考慮鐵耗時勵磁電流波形確定磁電流波形確定勵磁電流中無三次勵磁電流中無三次諧波的主磁通波形諧波的主磁通波形河北科技大學電氣工程學院（1）Yy連接時三相變壓器中電動勢波形 三次諧波電流記為：tIi3sin03m03AtItIi3sin)120( 3sin03mo03m03BtItIi3sin)240( 3sin03mo03m03C 三相系統(tǒng)中各相的三次諧波電流同相位三相系統(tǒng)中各相的三次諧波電流同相位, ,采

42、用采用無中性線的聯(lián)結時，無中性線的聯(lián)結時，三次諧波電流無法在一次三次諧波電流無法在一次繞組中通過繞組中通過，致使勵磁電流基本上為正弦波（因，致使勵磁電流基本上為正弦波（因為還有較小的為還有較小的5 5次及以上各次諧波電流存在）次及以上各次諧波電流存在）, ,從從而使而使主磁通變?yōu)槠巾敳ㄖ鞔磐ㄗ優(yōu)槠巾敳?。a a）若為三相組式變壓器若為三相組式變壓器由于三相磁路彼此無關，各相的三次諧波磁通和基波磁由于三相磁路彼此無關，各相的三次諧波磁通和基波磁通沿同一磁路閉合，再加上三次諧波磁通的頻率是基波通沿同一磁路閉合，再加上三次諧波磁通的頻率是基波頻率的頻率的3 3倍，所以由三次諧波磁通的交變在繞組中產(chǎn)生倍

43、，所以由三次諧波磁通的交變在繞組中產(chǎn)生的三次諧波相電勢可高達基波相電動勢幅值的的三次諧波相電勢可高達基波相電動勢幅值的45-6045-60，結果使相電動勢波形畸變，最大值升高很多，有可能將結果使相電動勢波形畸變，最大值升高很多，有可能將繞組絕緣擊穿。但是，由于各相的三次諧波電動勢大小繞組絕緣擊穿。但是，由于各相的三次諧波電動勢大小相等、相位相同，所以在三相線電動勢中，三次諧波電相等、相位相同，所以在三相線電動勢中，三次諧波電動勢互相抵消，三相線電動勢的波形仍為正弦波。動勢互相抵消，三相線電動勢的波形仍為正弦波。b b）若為三相芯式變壓器若為三相芯式變壓器 三相磁路彼此相關，各相三次諧波磁通同相

44、三相磁路彼此相關，各相三次諧波磁通同相位、同大小，不能沿鐵心閉合，只能借助變壓位、同大小，不能沿鐵心閉合，只能借助變壓器油和油箱壁形成閉和回路，由于這種情況下器油和油箱壁形成閉和回路，由于這種情況下磁路磁阻較大，故三次諧波磁通很小，因此就磁路磁阻較大，故三次諧波磁通很小，因此就使得主磁通基本接近正弦波，因此相電動勢基使得主磁通基本接近正弦波，因此相電動勢基本為正弦波。但三次諧波磁通會在油箱壁中產(chǎn)本為正弦波。但三次諧波磁通會在油箱壁中產(chǎn)生附加的渦流損耗。生附加的渦流損耗。 三相芯式變壓器三相芯式變壓器中三次諧波磁通中三次諧波磁通的路徑的路徑河北科技大學電氣工程學院三相變壓器三相變壓器Yy聯(lián)聯(lián)接接

45、法的相關法的相關結論： 三相組式變壓器不能采用三相組式變壓器不能采用YyYy聯(lián)結，而三相心式聯(lián)結，而三相心式變壓器可以采用變壓器可以采用YyYy聯(lián)結。但為了減少附加損耗，聯(lián)結。但為了減少附加損耗，容量較大、電壓較高的心式變壓器也不宜采用容量較大、電壓較高的心式變壓器也不宜采用YyYy聯(lián)聯(lián)接。接。（2 2）DyDy或或YdYd聯(lián)聯(lián)接時接時三相變壓器中電動勢波三相變壓器中電動勢波形形 a a）DyDy聯(lián)聯(lián)接時：接時： 一次繞組空載電流中的三次諧波分量在閉合一次繞組空載電流中的三次諧波分量在閉合的三角形內(nèi)形成三次諧波環(huán)流，可以流通，這就的三角形內(nèi)形成三次諧波環(huán)流，可以流通，這就保證了主磁通是正弦的，

46、因而由它在一、二次繞保證了主磁通是正弦的，因而由它在一、二次繞組中感應的電動勢也就是正弦的了。組中感應的電動勢也就是正弦的了。b b）如果三相變壓器采用如果三相變壓器采用Yd Yd 聯(lián)結聯(lián)結 一次繞組空載電流中的三次諧波分量不能流通，一次繞組空載電流中的三次諧波分量不能流通，因此主磁通和一、二次繞組中感應的電動勢都出因此主磁通和一、二次繞組中感應的電動勢都出現(xiàn)了三次諧波分量。但因二次繞組為三角形聯(lián)結，現(xiàn)了三次諧波分量。但因二次繞組為三角形聯(lián)結，由于二次繞組中的三次諧波相電動勢大小和相位由于二次繞組中的三次諧波相電動勢大小和相位均相同，所以就在二次繞組三角形的閉合回路中均相同，所以就在二次繞組三

47、角形的閉合回路中產(chǎn)生三次諧波電流。產(chǎn)生三次諧波電流。 從磁勢平衡關系可知，二次繞組中的三次諧從磁勢平衡關系可知，二次繞組中的三次諧波電流同樣起著勵磁電流的作用。這時的變壓波電流同樣起著勵磁電流的作用。這時的變壓器中的主磁通就應該是由一次繞組中的正弦形器中的主磁通就應該是由一次繞組中的正弦形的空載電流和二次繞組中的三次諧波電流共同的空載電流和二次繞組中的三次諧波電流共同建立，其效果與尖頂波一樣，主磁通可以接近建立，其效果與尖頂波一樣，主磁通可以接近于正弦波。而且正弦形主磁通的建立所需的三于正弦波。而且正弦形主磁通的建立所需的三次諧波電流很小，對變壓器運行無多大影響。次諧波電流很小，對變壓器運行無

48、多大影響。 綜合結論：綜合結論： 無論是三相組式變壓器還是三相心式變壓器，都可以采用Dy或Yd聯(lián)結法來改善電動勢波形，避免電動勢波形發(fā)生畸變。YyYy聯(lián)結電壓波形改善措施聯(lián)結電壓波形改善措施： 在某些必須采用在某些必須采用YyYy聯(lián)結的大容量變壓器中，聯(lián)結的大容量變壓器中，鐵心柱上裝有三角形聯(lián)結的第三繞組，這套繞組鐵心柱上裝有三角形聯(lián)結的第三繞組，這套繞組不承擔負載電流。僅使三次諧波電流在其中流通，不承擔負載電流。僅使三次諧波電流在其中流通，以保證主磁通和電動勢接近于正弦波。以保證主磁通和電動勢接近于正弦波。3.8 變壓器的并聯(lián)運行 因因單臺電力變壓器通常無法承擔起全部負載，單臺電力變壓器通常

49、無法承擔起全部負載，常采用多臺電力變壓器并聯(lián)運行的供電方式。常采用多臺電力變壓器并聯(lián)運行的供電方式。 定義：定義：是指將兩臺或兩臺以上的變壓器的一、是指將兩臺或兩臺以上的變壓器的一、二次側繞組分別接到一、二次側所對應的公共母二次側繞組分別接到一、二次側所對應的公共母線上的運行方式。線上的運行方式。 河北科技大學電氣工程學院3.8.1 變壓器并聯(lián)運行的優(yōu)點變壓器并聯(lián)運行的優(yōu)點1.提高供電的可靠性。2.提高供電的經(jīng)濟性。3.減小初次投資。值得注意的是：并聯(lián)變壓器的臺數(shù)也不宜過多，否則會使總投資和安裝面積增加，造成運行復雜化。3.8.2 3.8.2 并聯(lián)運行的條件并聯(lián)運行的條件（1 1）理想的變壓器

50、并聯(lián)運行理想的變壓器并聯(lián)運行1）空載時并聯(lián)運行的變壓器之間沒有環(huán)流2）負載時能夠按照各臺變壓器的容量合理的分擔負載電流3）負載時各變壓器所分擔的電流應為同相位（2 2）并聯(lián)運行的并聯(lián)運行的條件條件：1）各變壓器的額定電壓與變壓比應當相等2、各變壓器的連接組別必須相同3、各變壓器短路阻抗的標幺值要相等，阻抗角要相同。河北科技大學電氣工程學院下面討論當以上條件不滿足時的情況：3.8.3 3.8.3 變壓比不等時變壓比不等時 設兩臺變壓器的連接組別號相同，變比分別為K1、K2，且k1K2,當歸算到二次側時:河北科技大學電氣工程學院1221NNKUUI Zk1222NNKUUIZk222III解之可得:11222111()NKKcKKKKUZkkIIIIZZZZ11222211()NKKcKKKKUZkkIIIIZZZZ河北科技大學電氣工程學院可見每個變壓器內(nèi)的電流包括兩項,前面一個是各自所分擔的負載電流，后一項是由于變比不同而產(chǎn)生的環(huán)流。變壓比不同引起的環(huán)流變壓比不同引起的環(huán)流由上式可知：可見環(huán)流的大小與兩變壓器的阻抗成反比，當三相變壓器的連接組別相同時，變壓比相差越大，環(huán)流越大。3.8.4 連接組別號不同連接組別號不同時時 如下圖所示，1121211()NckkUKKIZZ河北科技大學電氣工程學院若取