第三章變壓器

1、 變壓器的基本結(jié)構(gòu)和原理 不登高山,不知天之高也;不臨深溪,不知地之 厚也 荀子 穆樹成 變壓器的基本結(jié)構(gòu)和原理變壓器電力變壓器電力變壓器電力變壓器電力變壓器電力變壓器電爐變壓器(專用) 給電爐(如煉鋼 爐)供電。 電焊變壓器(專用) 給電焊機(jī)供電。 整流變壓器(專用)： 給直流電力機(jī)車供電 三相干式變壓器電源變壓器接觸調(diào)壓器控制變壓器儀用、試驗(yàn)用變壓器：用在測(cè)量設(shè)備中，如互感器。電子變壓器：用在電子線路中。 3-1變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理一、主要結(jié)構(gòu)（磁路、電路及輔助部分）一、主要結(jié)構(gòu)（磁路、電路及輔助部分）1.鐵芯鐵芯：鐵心是變壓器主磁通經(jīng)過的磁路部分；鐵心通常用0.35mm厚表面涂有絕緣漆

2、的硅鋼片沖成一定的形狀疊制而成。心式冷軋硅鋼片迭片鐵心柱截面形狀：小型變壓器做成鐵心柱截面形狀：小型變壓器做成方形方形或者或者矩形矩形；大型變；大型變壓器做成壓器做成階梯形階梯形。容量大則級(jí)數(shù)多。疊片間留有間隙作為油。容量大則級(jí)數(shù)多。疊片間留有間隙作為油道道(縱向縱向/橫向橫向)。 2.繞組（線圈）繞組是變壓器的電路部分，一般為絕緣扁銅線或絕緣圓銅線在繞線模上繞制而成。繞組套裝在變壓器鐵心柱上，低壓繞組在內(nèi)層，高壓繞組套裝在低壓繞組外層，以便于絕緣。根據(jù)繞組與鐵心的配置方式不同有心式和殼式之分。 溫度計(jì)；吸濕器，儲(chǔ)油柜；油表；氣體繼電器；高壓套管；低壓套管；油箱等等3.油箱和變壓器油：油箱用鋼

3、板焊接而成。油起到絕緣和導(dǎo)熱作用。單相變壓器：兩個(gè)線圈沒有電的直接聯(lián)系， 只有磁的耦合。原邊繞組（一次繞組或初級(jí)繞組）：兩個(gè)線圈中接交流電源的線圈， 其匝數(shù)為N1副邊繞組（二次繞組或次級(jí)繞組）：接到用電設(shè)備上（負(fù)載）的線圈，匝數(shù)為N21122deNdtdeNdt變壓器原、副邊電勢(shì)之比等于原、副邊匝數(shù)之比，通常稱之為變壓器的變比。二、基本工作原理當(dāng)原邊繞組通入電壓 交變磁通 ， 同時(shí)與原、副繞組交鏈，在原、副繞組內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。接通ZL,副邊有電流產(chǎn)生，向負(fù)載輸出功率。1u1iLZ根據(jù)圖示的正方向，寫出原副邊的電壓回路方程11UE222UEIZ感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為電壓升，其方向與電壓降相反三、額定值三、額

4、定值1.額定容量額定容量SNSN為變壓器的額定視在功率。單位為為變壓器的額定視在功率。單位為VA/kVA/MVA，通常把變通常把變壓器壓器1、2次側(cè)的額定容量設(shè)計(jì)為相同。與直流電機(jī)額定容量有次側(cè)的額定容量設(shè)計(jì)為相同。與直流電機(jī)額定容量有何不同？何不同？(2)額定電壓額定電壓U1N/U2NU1N為額定運(yùn)行時(shí)原邊接線端點(diǎn)間應(yīng)施加的電壓。為額定運(yùn)行時(shí)原邊接線端點(diǎn)間應(yīng)施加的電壓。U2N為原邊施為原邊施加額定電壓時(shí)副邊出線端間的加額定電壓時(shí)副邊出線端間的空載電壓空載電壓。單位為。單位為V或者或者kV。三。三相變壓器中，額定電壓指的是相變壓器中，額定電壓指的是線線電壓。指有效值。電壓。指有效值。 對(duì)三相：

5、對(duì)三相：，3/11NNNUSINNNUSI223/(3)額定電流額定電流I1N/I2N是變壓器在額定容量和額定電壓下所應(yīng)提供的電流，在三相變是變壓器在額定容量和額定電壓下所應(yīng)提供的電流，在三相變壓器指線電流。單位為壓器指線電流。單位為A/kA。指有效值。指有效值。(4)額定頻率額定頻率fN單位為單位為Hz,我國規(guī)定，我國規(guī)定，fN=50Hz 此外，銘牌上還會(huì)給出型號(hào)此外，銘牌上還會(huì)給出型號(hào)/三相聯(lián)接組號(hào)三相聯(lián)接組號(hào)/連接圖連接圖/阻抗電壓阻抗電壓Uk /運(yùn)行方式運(yùn)行方式/冷卻方式冷卻方式/重量等數(shù)據(jù)。重量等數(shù)據(jù)。對(duì)單相：對(duì)單相：I1N=SN/U1N ，I2N=SN/U2N 例題一臺(tái)三相變壓器，

6、 ， 聯(lián)接， 求： KVUUKVASNNN11/110/,1600021/YHzfN50;,).121NNIINNII21,;,).321NNUU2） ；1） 線電流：解：NNNNNIUIUS221133AIN98.831AIN8 .83922）相電流：AIINN98.8311AIINN87.4843/223）相電壓：KVUUNN51.633/11KVUUNN11223-2 3-2 單相變壓器的空載運(yùn)行單相變壓器的空載運(yùn)行變壓器空載運(yùn)行：變壓器的原繞組加上額定電壓，副繞組開路幾個(gè)概念：空載電流、勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)、主磁通、漏磁通一、空載運(yùn)行時(shí)的物理情況主磁通和漏磁通1在繞組內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：dtdN

7、edtdNedtdNe1112211e1：主磁通在原邊繞組內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e2：主磁通在副邊繞組內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值；e1：漏磁通 1在原邊繞組內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值二、空載電流1、忽略空載損耗時(shí)的空載電流如果原邊接到正弦電壓上，則主磁通為正弦，對(duì)不對(duì)？1111()dduNNdtdt主磁通為正弦時(shí)，勵(lì)磁電流為尖頂波。不可以用相量表示，在工程上，通常用等效正弦波來代替實(shí)際空載電流，其等效條件為：頻率相等、有效值相等。1E0II2E1UE 1EI2E1UE 2、考慮空載損耗時(shí)的空載電流空載電流不僅要建立空載磁場(chǎng)，還要給磁滯和渦流等空載損耗提供能量。所以考慮空載損耗時(shí)的空載電流應(yīng)超前于主磁通。還可

8、以從另一個(gè)角度來理解，由于磁滯和渦流，使得磁通的變化滯后于勵(lì)磁電流的變化。0IFeIm0FeIII從相量圖中可以看出，磁化電流為無功分量，用來建立磁場(chǎng)，而鐵耗為有功分量。三、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和變壓器變比主磁通按正弦規(guī)律變化sin mt 11110011(sin ) cos sin( 90 )sin( 90 )mmmmddeNNtNtdtdtNtEt m：主磁通的幅值；E1m：原繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值。當(dāng)主磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，原繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也按正弦規(guī)律變化，但相位比主磁通落后900。11 mmEN原邊電動(dòng)勢(shì)幅值1111m11/22 f N/24.44mmEEf N有效值：1114.44mEjf N

9、 相量表示：m.1E注意： 為有效值相量，而 為幅值相量1Em001111sin( 90 )2 4.44sin( 90 )mmeNtf Nt副邊電勢(shì)分析副邊電勢(shì)分析副邊繞組鏈接同一磁鏈，副邊電動(dòng)勢(shì)幅值：22mmEN2212/24.44mmEEf N有效值：相量表示：2124.44mEjf N .1E.m.2E變壓器中，原、副繞組電動(dòng)勢(shì)E1和E2之比稱為變壓器的變比k.11 1m1221m24.444.44EN fNkEN fN由于. 2211EUEU212121NNUUEEkNN對(duì)于三相變壓器，變比指相電勢(shì)之比。漏磁通1通過的磁路是線性的，漏電勢(shì)可表示為：211 0100111111()dd

10、N ididieNNNLdtdtdtdt 若勵(lì)磁電流i0按正弦規(guī)律變化， 即 tsin200Ii 10101L XI jI jE0011012sin(90 )dieLILtdt ;.1E.101j I X原邊漏磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)011111 m1111 sin(-90 )4.44mdeNNtdtEjf N （1）L1為原邊繞組的漏感系數(shù)；X1是原邊繞組的漏電抗。表征漏磁通對(duì)電流的電磁效應(yīng)。兩者與匝數(shù)和幾何尺寸有關(guān)，均為常數(shù)。（2）漏磁電動(dòng)勢(shì)與勵(lì)磁電流同頻率，相位上落后I0 900。結(jié)論：11114.44mUEjf N （3）空載時(shí)，漏阻抗壓降小，主磁通大小， 取決于電網(wǎng)電壓的幅值、頻率和變壓

11、器的匝數(shù)。課堂練習(xí)：3-11作業(yè)：3-6、10考慮漏磁通和原邊繞組的電阻時(shí)，變壓器空載運(yùn)行時(shí)相量形式表示的電壓平衡方程式：R1：原邊繞組電阻；Z1R1jX1為原邊繞組漏阻抗10111010110111011202()()() ()()()UI REEI RjI XEIRjXEI ZEUE 四、空載運(yùn)行時(shí)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式正方向的規(guī)定正方向的規(guī)定：原邊電壓與電流符合關(guān)聯(lián)參考方向，主磁通與勵(lì)磁電流方向符合右手螺旋法則，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通方向符合右手螺旋法則根據(jù)相量形式的電壓平衡式：五、空載運(yùn)行的等效電路和相量圖五、空載運(yùn)行的等效電路和相量圖10101L XI jI jE漏感電動(dòng)勢(shì)：10101L XI

12、 jI jE漏感兩端電壓降：)(1101EZIUE1E1m0ImZRm：變壓器的鐵耗電阻或激磁電阻，反映鐵耗；Xm: 變壓器的激磁電抗；Zm：變壓器的激磁阻抗。222100/;/;mmFemmmZEIRpIXZR把 和 之間的關(guān)系直接用參數(shù)形式反映，可把 寫成 流過一個(gè)阻抗引起的阻抗壓降。1E0I1E0I100()mmmEI ZIRjX21 0001111()mmmmdd N ididieNNNLdtdtdtdt 2211mmmSXLNNl22011111SXLNNl激磁電抗與原邊的漏抗不同，隨鐵芯的飽和程度變化而變化，當(dāng)鐵芯飽和時(shí)，其值將如何變化？在變壓器中鐵芯飽和程度由哪幾個(gè)量決定？一臺(tái)變

13、壓器空載運(yùn)行，當(dāng)其原邊電壓的頻率不變，有效值升高10%后，其勵(lì)磁電流將如何變化？激勵(lì)電抗將如何變化？鐵芯飽和，則磁導(dǎo)率下降，故激磁電感下降，但電抗還與頻率有關(guān)。1114.44mEjf N 頻率不變，匝數(shù)不變，電壓有效值升高，則主磁通幅值升高，勵(lì)磁電流將升高，激磁電抗將變小等效電路綜合了空載時(shí)變壓器內(nèi)部的物理情況， 在等效電路中R1、X1是常量；Xm是變量， 它隨鐵心磁路飽和程度的增加而減少。0I0I1U1EmRmXmRmX1X1R1E等效電路等效電路21,EE21,EE代表電動(dòng)勢(shì)代表壓降相量圖相量圖IFeI0I10rI10 xI j1U1E1E0（1） 作為參考相量， 和 落后 900。mm1

14、E2E（2）考慮磁滯現(xiàn)象，正弦空載電流 超前 一個(gè)很小的 角。mm0I)()(11.01.01101ExIjrIEZIUmm小結(jié)1、變壓器的結(jié)構(gòu)（磁路和電路部分）；2、額定值 ；3、空載電流。主磁通為正弦波，空載電流為尖頂波；5、空載時(shí) 的等值電路；4、4.44公式及利用其進(jìn)行分析；0I0I1U1EmRmXmRmX1X1R1E6、電壓平衡方程式10111010110111011202()()() ()()()UI REEI RjI xEIRjxEI ZEUE 關(guān)于能量流動(dòng)原邊向電網(wǎng)發(fā)出電能？與我們分析得到的結(jié)論相反，如何解釋？首先，能量的流動(dòng)與正方向的規(guī)定無關(guān)。其次，交流電路中，能量的流動(dòng)不能

15、用直流電路的方法來分析，必須根據(jù)電流和電壓的相量關(guān)系進(jìn)行分析。IFeI0I10rI10 xI j1U1E1E0m3-3 單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器原邊接在電源上， 副邊接上負(fù)載的運(yùn)行情況，稱為負(fù)載運(yùn)行。變壓器接通負(fù)載變壓器接通負(fù)載 副邊電流副邊電流 副邊磁勢(shì)副邊磁勢(shì) 主磁通變化主磁通變化 原邊電動(dòng)勢(shì)改變?cè)呺妱?dòng)勢(shì)改變 原邊電流改變?cè)呺娏鞲淖?新的平衡新的平衡一、物理過程一、物理過程一種什么樣的平衡？磁場(chǎng)（即主磁通）將如何變化？22222Ej ILj I X 211221210 LLNI NI NIIN 忽略原邊漏阻抗壓降， 主磁通 不變。主磁路的磁導(dǎo)不變，所以磁動(dòng)勢(shì)應(yīng)基本

16、不變，仍為N1I0，但從空載到負(fù)載，初級(jí)繞組電流由 變?yōu)?，增加了一個(gè)分量 ，這個(gè)分量起什么作用？11EUm110LIII1I0I1 12201 0N IN IFN I1 01 1221 0LN IN IN IN I副邊繞組帶負(fù)載后，副邊繞組有電流 ，這個(gè)電流企圖改變變壓器主磁通，原邊繞組中會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電流分量 來阻止主磁通的改變，這兩個(gè)電流分量的綜合作用效果是磁場(chǎng)保持不變。那它們有什么作用？2I1LI實(shí)現(xiàn)了電能的傳遞原邊繞組從電網(wǎng)吸收的功率，一部分用來建立變壓器進(jìn)行電能變換所需的磁場(chǎng)，主要是無功分量；另一部分傳遞給副邊繞組。 副邊繞組電流增加或減小的同時(shí)，引起原邊電流的增加或減小，吸收的功率

17、也增大或減小。 NN 012212211IININILL121211,NNEEEU21 11101 0121 0221()()()LNU IU IIU IEIU IE IN 1. 磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式12mmFFF 112210121211 = ()mmmmLI NI NFI NI NNIIIIIN Im是激磁電流， 固定不變的量。I1L負(fù)載分量隨負(fù)載不同而變化。在額定負(fù)載時(shí)， I1L比Im大很多， 負(fù)載分量是I1中的主要部分二、基本方程二、基本方程m與空載時(shí)相比，運(yùn)行過程中基本不變221211mNIIIIINk21LIIk 2.電動(dòng)勢(shì)平衡方程式:除了主磁通在原、副邊繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1和E2外，

18、原、副邊還有漏磁通產(chǎn)生的漏電勢(shì)。原邊：1111111111111UEEI REI RjI XEI Z 副邊：2222222222222UEEI REI RjI XEI ZLZIU22變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系示意圖變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系示意圖 變壓器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的六個(gè)基本方程式111122221211221122mmmLUEI ZUEI ZEkEI NI NI NEIZUI Z 各電磁量之間同時(shí)滿足這六個(gè)方程利用 ，k，Z1，Z2，Zm，ZL求解出 ， ， 。1U1I2I2U比較麻煩。當(dāng)k較大時(shí)，變壓器原、副邊電壓相差很大，為計(jì)算和作圖帶來不便。變壓器原邊和副邊沒有直接電路的聯(lián)系，只有磁路的

19、聯(lián)系，計(jì)算不便。如能得到一個(gè)等效電路，把磁路的作用體現(xiàn)在參數(shù)之中，就可以方便分析計(jì)算，而不用記憶六個(gè)方程式。三、折算法三、折算法？副邊的負(fù)載通過磁動(dòng)勢(shì)影響原邊。 只要副邊的磁勢(shì)不變， 原邊的物理量就不變。 這就是繞組折算的依據(jù)。我們是否可以用一個(gè)匝數(shù)為N1的繞組代替副邊繞組？兩臺(tái)變壓器，除副邊繞組匝數(shù)不同外，其他參數(shù)均相同。將它們?cè)吔酉嗤译妷?，副邊帶不同的?fù)載，若N2I2=N3I3，則兩臺(tái)變壓器原邊電流大小是否相等，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小是否相等為什么？只不過繞組中的物理量（如電流、電壓等）要改變。同理，也可將原邊用一個(gè)匝數(shù)為N2的繞組來代替。實(shí)際繞組的各個(gè)量，稱為實(shí)際值；假想繞組的各個(gè)量，稱為

20、折算值，一般用原來表示符號(hào)右上角加 “”表示；保持副邊繞組的磁勢(shì)不變進(jìn)行折算，稱為副邊向原邊折算；保持原邊繞組的磁勢(shì)不變進(jìn)行折算，稱為原邊向副邊折算。通常是副邊向原邊折算。在保持變壓器原來的磁動(dòng)勢(shì)不變、能量關(guān)系不變磁動(dòng)勢(shì)不變、能量關(guān)系不變的前提下，將原邊或副邊用另一個(gè)不同匝數(shù)的繞組代替，從而根據(jù)原來繞組得到新繞組的物理量的值，稱為折算。1. 副邊電流的折算值保持折算前后 不變，2F2212NINI221221 IkINNI2. 副邊電動(dòng)勢(shì)和副邊電壓的折算值（1）折算前后主磁場(chǎng)、漏磁場(chǎng)不變。2112124.444.44mmEjf NEjf N kNNEE2122同理，kNNEE212222122

21、EkEEEkE即（2）折算前后副邊總的視在功率不變2222IEIE22222IEEkEI 折算前后副邊輸出的視在功率不變2222U IU I 22222IUUkUI3. 副邊繞組的電阻和負(fù)載電阻的折算值折算前后副邊繞組的損耗不變222222I RI R22222222IRRk RI折算前后副邊輸出的有功功率保持不變2222LLI RI R22222LLLIRRk RI4. 副邊繞組的漏抗和負(fù)載電抗的折算值折算前后副邊繞組吸收的無功功率不變222222I XI X22222222IXXk XI折算前后副邊輸出的無功功率保持不變5.副邊阻抗的折算值222222221LLUkUUZkk ZIIIk2

22、222LLI XI X22222LLLIXXk XI222222LLLLLLZRXkRXk Z折算法只是一種數(shù)學(xué)等效方法。將副邊物理量折算到原邊的方法為：凡是單位為伏的物理量（電動(dòng)勢(shì)、電壓）的折算值等于原來數(shù)值乘k；單位為歐的物理量（電阻、電抗、阻抗）的折算值等于原來數(shù)值乘k2；電流的折算值等于原來的數(shù)值乘以1/k.已沒有變比k副邊繞組經(jīng)折算后，原來的基本方程成為：221212122221111LmmmZIUZIEEEIIIZIEUZIEU意味著什么？12120()mmmIIIEEIRjX 四、等效電路四、等效電路注意：電路中全部的量和參數(shù)都是每一相的值。原邊為實(shí)際值，副邊為折算值。1R1X2

23、X2U1U1ImImRmX21EE2I變壓器的變壓器的T形等效電路圖形等效電路圖2RT型電路包含有串聯(lián)、并聯(lián)回路。復(fù)數(shù)運(yùn)算復(fù)雜。實(shí)際變壓器中， 負(fù)載變化時(shí) 變化不大。將T型等效電路中的激磁支路移出，并聯(lián)在電源端口,得到型等值電路。11 , NmmIIZZ21EE近似型等值電路變壓器的近似變壓器的近似形等效電路圖形等效電路圖12XXXK2UmRmX2I1UmI1I12RRRK負(fù)載運(yùn)行時(shí)， Im在I1N中所占的比例很小。在工程實(shí)際計(jì)算中，忽略Im，將激磁回路去掉， 得到更簡單的阻抗串聯(lián)電路。 212122121212kkkkkRRRRk RXXXXk XZZZRjXRk 為短路電阻；Xk 為短路電

24、抗；Zk 為短路阻抗?？蛰d運(yùn)行時(shí)， 不能用簡化等效電路。簡化等效電路變壓器的簡化等效電路圖變壓器的簡化等效電路圖12XXXK2U1U1I12RRRK112()kkUI RjXU變壓器的簡化等效電路圖變壓器的簡化等效電路圖12XXXK2U1U1I12RRRKkZ決定了變壓器穩(wěn)態(tài)短路電流的大小，也表征了額定負(fù)載時(shí)電壓降落的大小，是變壓器的一個(gè)重要的參數(shù)。五、相量圖五、相量圖相量圖的畫法，視變壓器給定的和求解的具體條件。 給定量和求解量不同， 畫圖步驟也不一樣。 對(duì)于不同的等效電路，有不同的相量圖基本方程組可以用相量圖來表示。變壓器接感性負(fù)載， 負(fù)載阻抗由電阻和電感組成。 為落后； 接容性負(fù)載， 負(fù)

25、載阻抗由電阻和電容組成， 為超前。 2cos2cos相量圖的畫法相量圖的畫法（1）畫出 ； 22,UI假定給定U2、I2、cos2及各個(gè)參數(shù)（2）在 相量上加上 得到 ； 2U2222I RjI X2E（3）21EE（6）畫出 與 的相量和 ；2ImI1I（7）畫出 ，加 得到1E1111I RjI X1U2U2I22I R22jI X21EEmI2I1Im1E11I R11jI X1U（4）畫出領(lǐng)先 的主磁通 ；0190 Em（5）根據(jù) 畫出 ， 領(lǐng)先 一個(gè)鐵耗角了；1/mmIEZ mIm221212122221111LmmmZIUZIEEEIIIZIEUZIEU變壓器原邊電壓 U1 與電流

26、I1 的夾角為1， 稱為變壓器負(fù)載運(yùn)行的功率因數(shù)角，cos1 稱為變壓器的功率因數(shù)。對(duì)于運(yùn)行的變壓器，負(fù)載的性質(zhì)和大小直接影響了變壓器功率因數(shù)的性質(zhì)。 對(duì)應(yīng)于簡化等效電路， 其相量圖為12II 2U1kI R1kjI X1U變壓器的簡化等效電路圖變壓器的簡化等效電路圖12XXXK2U1U1I12RRRK單相變壓器基本方法總結(jié)單相變壓器基本方法總結(jié)分析計(jì)算變壓器負(fù)載運(yùn)行方法有基本公式、等值電路和相量圖。 基本方程式：是變壓器的電磁關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式；等值電路： 是基本方程式的模擬電路；相量圖： 是基本方程的圖示表示；三者是統(tǒng)一的， 一般定量計(jì)算用等效電路，討論各物理量之間的相位關(guān)系用相量圖。 變壓

27、器的主要作用是進(jìn)行電能的傳遞，建立磁場(chǎng)只是迫不得已。在額定運(yùn)行時(shí)變壓器原邊電流大部分用來從電源吸收電能，傳遞到副邊，而只有一小部分用來進(jìn)行勵(lì)磁。所以，勵(lì)磁電流與額定電流相比，很小，2%10%?？赏ㄟ^等效電路看出。Xm較大，激磁電抗較大，勵(lì)磁電流較小。3-4 變壓器參數(shù)的測(cè)定變壓器參數(shù)的測(cè)定變壓器的等效電路中的參數(shù)在變壓器的銘牌上沒有標(biāo)出，利用等效電路時(shí)需要用到這些參數(shù)，所以要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定。通常采用空載和短路實(shí)驗(yàn)即可測(cè)定1R1X2R2XmXmR一、空載實(shí)驗(yàn)一、空載實(shí)驗(yàn)1R1X1U1ImImRmX12EE 2U2X2I2R如果能測(cè)得空載的電壓和電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以及測(cè)得電流與電路消耗的有功功率的對(duì)應(yīng)

28、關(guān)系，即可得到空載的總阻抗和總電阻空載時(shí) ，又 ，所以 2200110()()mmUZRRXXI2100/mRRpI1mXX1mRR0mZZ0mRRRm與Xm與磁路的飽和程度有關(guān)，而變壓器磁路的飽和程度又取決于變壓器的原邊電壓，變壓器一般運(yùn)行于額定電壓狀態(tài)下，所以，應(yīng)取額定電壓時(shí)的電壓、電流和功率值進(jìn)行計(jì)算。1.通常在低壓邊低壓邊加電源電壓U0，為減少測(cè)量誤差，測(cè)量儀表按測(cè)高阻抗測(cè)高阻抗的要求布置。2.用調(diào)壓器先將電壓調(diào)至1.2UN，然后逐漸下調(diào)，依次分別讀取U0 、I0和p0，作出I0=f(U0)和p0=f(U0)。22222mmmRZX002/ IUZm2002/ IpRm22mmZk Z

29、22mmRk R22mmXk X在曲線上查出U0=U2N 所對(duì)應(yīng)的I0和p0，可算出出Why?將這些計(jì)算值乘以k2，就得到折算到高壓側(cè)的激磁阻抗值：值：對(duì)升壓變壓器，這就是等效電路中的激磁參數(shù)，但對(duì)于降壓變壓器，需進(jìn)行換算。mImRmX12EE 2U2X2I2R1R1X1U1I利用U0 、I0和p0計(jì)算得到的不是Xm、Rm，如果要得到Xm、Rm，應(yīng)用U0、 I0和p0進(jìn)行計(jì)算。分析：三相變壓器等效電路參數(shù)是指一相的參數(shù)。計(jì)算時(shí)應(yīng)按相電壓、相電流進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于Y接法，額定電壓為額定相電壓的 倍，額定電流與額定相電流相同。另外，損耗是指三相損耗，計(jì)算時(shí)應(yīng)用每一相損耗。3例題例題 兩臺(tái)單相變壓器，電

30、壓均為220v/110v，原邊匝數(shù)相等，但空載電流不等，且 ，今將兩個(gè)原繞組順極性串聯(lián)后加440V交流電壓，問這時(shí)兩臺(tái)變壓器的付邊電壓是否相等？02012II解：忽略漏阻抗，等效電路第一臺(tái)的激磁阻抗為1mZ10110212221mNNmZIUIUZ則第二臺(tái)的激磁阻抗為所以，第一臺(tái)輸入電壓：第二臺(tái)輸入電壓：V7 .14644031V3 .2934403273.4V 146.6V這樣求解完整嗎?為什么?這里是把勵(lì)磁參數(shù)當(dāng)作常數(shù)而進(jìn)行求解的,而實(shí)際上,Zm2=2Zm1是有條件的,即在額定電壓下.而現(xiàn)在兩個(gè)變壓器不是工作在額定狀態(tài),所以,勵(lì)磁參數(shù)的關(guān)系是不成立的.勵(lì)磁阻抗中,Xm占主要成分,它與工作電

31、壓的關(guān)系密切.此時(shí)的Zm22Zm1,所以完整的結(jié)論是:二者不相等,1的輸出電壓較2小,但比2輸出的一半大.目的：測(cè)定短路參數(shù)Rk、Xk和Zk。二、短路實(shí)驗(yàn)二、短路實(shí)驗(yàn)2mXX2mRR見課本例為了便于測(cè)量，短路試驗(yàn)在低于高壓側(cè)額定電壓下進(jìn)行。儀表按測(cè)低阻抗的要求布置。調(diào)節(jié)外加電壓Uk從零開始緩慢上調(diào)，使短路電流Ik從0開始逐漸增加到1.2IN，依次分別測(cè)取Ik、Uk和pk，作出 Ik=f(Uk)和pk=f(Uk)曲線。在曲線上取Ik=IN，查出對(duì)應(yīng)的Uk和pk，可算出22kkkRZX2kkkIpR kkkIUZ/思考：如果取Ik=0.5IN時(shí)的對(duì)應(yīng)的短路電壓和短路損耗計(jì)算參數(shù)，是否準(zhǔn)確？22k7

32、5Ck75kC75，75kCkXRZRR，234.5其中，銅228鋁 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 稱為短路電壓（阻抗電壓），在稱為短路電壓（阻抗電壓），在使用時(shí)常以相對(duì)于使用時(shí)常以相對(duì)于 的百分?jǐn)?shù)表示，即的百分?jǐn)?shù)表示，即NkII1CkNkZIU0751NU1%100%100175110NCkNNkkUZIUUu溫度換算（修正）：將室溫下測(cè)定的短路電阻Rk值，換算到基準(zhǔn)工作溫度75時(shí)的數(shù)值。換算公式為為何Rm不需修正？短路電壓uk是變壓器的重要參數(shù)，其大小反映了在額定負(fù)載時(shí)，變壓器漏抗壓降的大??；正常運(yùn)行時(shí)，希望uk小些，使得端電壓隨負(fù)載波動(dòng)的幅值較小，壓降小。但發(fā)生突然短路時(shí)，希望uk大些，以降低短路電流

33、；短路電壓的有功電壓分量和無功電壓分量為： %100%100175110NCkNNkRkRURIUUu%100%100175110NCkNNkRkXUXIUUu22kXkRkuuu對(duì)于變壓器參數(shù)測(cè)定的幾點(diǎn)注意對(duì)于變壓器參數(shù)測(cè)定的幾點(diǎn)注意1、空載試驗(yàn)一般在低壓側(cè)加電壓，高壓側(cè)開路。短路試驗(yàn)一般在高壓側(cè)加電、空載試驗(yàn)一般在低壓側(cè)加電壓，高壓側(cè)開路。短路試驗(yàn)一般在高壓側(cè)加電壓，低壓側(cè)短路。目的是安全，表計(jì)容易選取。壓，低壓側(cè)短路。目的是安全，表計(jì)容易選取。2、空載試驗(yàn)用低壓側(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算勵(lì)磁阻抗，應(yīng)注意與等效電路是否對(duì)應(yīng)。如果、空載試驗(yàn)用低壓側(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算勵(lì)磁阻抗，應(yīng)注意與等效電路是否對(duì)應(yīng)。如果是降壓變壓器

34、，原邊為高壓側(cè)，則必須求出折算到高壓側(cè)的阻抗值作為變壓是降壓變壓器，原邊為高壓側(cè)，則必須求出折算到高壓側(cè)的阻抗值作為變壓器勵(lì)磁阻抗值。對(duì)于升壓變壓器，不必折算。短路實(shí)驗(yàn)是利用高壓側(cè)數(shù)據(jù)計(jì)器勵(lì)磁阻抗值。對(duì)于升壓變壓器，不必折算。短路實(shí)驗(yàn)是利用高壓側(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算，也要注意折算。算，也要注意折算。3、一般變壓器在額定電壓時(shí)，空載電流、一般變壓器在額定電壓時(shí)，空載電流I0=(2-10)%IN，大型變壓器不到，大型變壓器不到1%；空載損耗空載損耗 p0=（0.2-1)%SN。4、一般變壓器在額定電流時(shí)，短路阻抗壓降、一般變壓器在額定電流時(shí)，短路阻抗壓降 UK=(4-10)%；短路損耗；短路損耗pk=（0.4

35、-4)%SN，大型變壓器不到，大型變壓器不到1% 。基值一般取額定值，如： 原邊電壓基值： U1B=UIN 原邊電流基值： I1B=I1N 原邊阻抗基值： Z1B=Z1N=U1N/I1N 原副邊功率基值： S1B=S2B=SN3-5 標(biāo)么值標(biāo)么值在工程計(jì)算中， 各物理量（電壓、電流、功率等）除采用實(shí)際值來表示和計(jì)算外，有時(shí)用這些物理量與所選定的同單位的基值之比，即所謂的標(biāo)么值表示。用“*”表示。沒有量綱。實(shí)際上就是歸一化的量，計(jì)算標(biāo)么值的過程又稱為定標(biāo)。在經(jīng)典的分析中和現(xiàn)代數(shù)字控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。 原邊：原邊：電流標(biāo)么值電流標(biāo)么值電壓標(biāo)么值電壓標(biāo)么值阻抗標(biāo)么值阻抗標(biāo)么值副邊：副邊：電流標(biāo)么值電

36、流標(biāo)么值電壓標(biāo)么值電壓標(biāo)么值阻抗標(biāo)么值阻抗標(biāo)么值NIII11*1NUUU11*1NNNIUZZZZ11111*1/NIII22*2NUUU22*2NNNIUZZZZ22222*2/優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1、便于性能描述和相互比較。例如，不論變壓器大小、形狀，其兩個(gè)主要性能指標(biāo)的大小一般為 I0*=0.02，Uk*=0.05 *kkkZUu，*kkRkRUp*kkXXU2*22221222221(/ )NNNNNNIRIk k RIRRRUkUU2、直觀明了，直接反映變壓器運(yùn)行狀態(tài)，例如I1*=1.5 ，說明過載了。3、使用標(biāo)么值后，原副邊物理量折算前后的標(biāo)么值相等，無須折算。例如：4、某些物理量有相同的

37、標(biāo)么值。例如：注意：三相變壓器，阻抗的基值應(yīng)是相額定電壓與相額定電流之比。作業(yè)：一臺(tái)單相變壓器，HzKVUUKVASNNN50,113220,2000021參數(shù)12123.22 ,29.15 ,304.0,mRRxxR,3220mX負(fù)載阻抗45. 36 . 4jZL求原邊施加額定電壓時(shí)，副邊電流、電壓和負(fù)載的功率因數(shù)。要求：用實(shí)際值和標(biāo)么值兩種方法分別進(jìn)行計(jì)算。要求：用實(shí)際值和標(biāo)么值兩種方法分別進(jìn)行計(jì)算。課堂練習(xí)：課堂練習(xí)：3-9一、外特性一、外特性指指U U1 1=U=U1N1N、coscos2 2= =常數(shù)時(shí)，常數(shù)時(shí)，U U2 2=f(I=f(I2 2) )的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。3-6

38、變壓器的工作特性變壓器的工作特性變壓器的簡化等效電路圖變壓器的簡化等效電路圖12XXXK2U1U1I12RRRK因?yàn)橛?存在，有負(fù)載就會(huì)有壓降，使 發(fā)生變化，kz2U%1002220NUUUuNUU220%100%100121222NNNNUUUUUUu為了定量分析 隨負(fù)載 的變化程度，用電壓變化率 來表示：2Uu2I用標(biāo)么值表示：*21 Uu負(fù)載時(shí)電壓變化率可用簡化的等效電路和相量圖來分析。12XXXK2U1U1I12RRRK12212()()NkkkkUIRjXUI RjXU 21UUN通過相量圖求出 。在相量圖上忽略 ，有 pp121212cossinNkkUUI RI X1211112

39、2111*122*222100%cossin(cossin)(cossin)NNNkNkNNNkkkkUUuUIRIXIIUUIRXIRX 當(dāng)變壓器運(yùn)行于額定負(fù)載時(shí)，其電壓變化率為：*22cossinkkuRX 2I2U1U22APC1kI R1kjI XabPO 1、在感性負(fù)載時(shí)，20， cos20， sin20，u0，表明U2=f(I2)是下降的；2、在容性負(fù)載時(shí)，20， cos20 ， sin20；若Rkcos21800kVA）和電壓較高（35kV）的三相心式變壓器，也不宜采用Y/Y聯(lián)接法。2、 /Y聯(lián)接法聯(lián)接法 原邊繞組原邊繞組接時(shí)，原邊勵(lì)磁電流中允許接時(shí)，原邊勵(lì)磁電流中允許3次諧波電

40、流在其內(nèi)部環(huán)流，所以次諧波電流在其內(nèi)部環(huán)流，所以主磁通和相電勢(shì)近似正弦波。主磁通和相電勢(shì)近似正弦波。3 3、 Y/Y/聯(lián)接法聯(lián)接法 原邊繞組原邊繞組Y Y接時(shí)，原邊勵(lì)磁電流中接時(shí)，原邊勵(lì)磁電流中3 3次諧波分量無法流通，因而主磁通近次諧波分量無法流通，因而主磁通近似平頂波，主磁通和相電勢(shì)中產(chǎn)生似平頂波，主磁通和相電勢(shì)中產(chǎn)生3 3次諧波。在原邊和副邊感應(yīng)次諧波。在原邊和副邊感應(yīng)3 3次諧波電勢(shì)。次諧波電勢(shì)。但是，副邊但是，副邊3 3次諧波電勢(shì)產(chǎn)生次諧波電勢(shì)產(chǎn)生3 3次諧波環(huán)流，產(chǎn)生次諧波環(huán)流，產(chǎn)生3 3次諧波磁通，削弱主磁通次諧波磁通，削弱主磁通中的中的3 3次諧波磁通。主磁通和相電勢(shì)接近正弦波

41、。次諧波磁通。主磁通和相電勢(shì)接近正弦波。結(jié)論：結(jié)論： 原副繞組有一邊聯(lián)原副繞組有一邊聯(lián)接成接成形，就能使相形，就能使相電勢(shì)接近于正弦波，電勢(shì)接近于正弦波，有利用變壓器安全運(yùn)有利用變壓器安全運(yùn)行。行。 小結(jié)：1、體現(xiàn)三相變壓器電路聯(lián)接、同名端的時(shí)鐘表示法。2、三相變壓器磁路，組式和心式鐵芯。電路聯(lián)接對(duì)不同磁路的變壓器運(yùn)行性能的影響。組式變壓器不能接成Y/Y，容量較大的心式變壓器也不能接成Y/Y，原副邊至少有一邊接成，以抑制磁路中的三次諧波磁通的影響。3-8 3-8 變壓器的并聯(lián)運(yùn)行變壓器的并聯(lián)運(yùn)行 變壓器并聯(lián)運(yùn)行：原、副繞組分別并聯(lián)到原邊和副邊的公共母線上。變壓器并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)：（1）能提高供電

42、的可靠性；（2）提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率；（3）減少初投資；從副邊看，相當(dāng)于兩個(gè)并聯(lián)的交流電壓源給負(fù)載供電。希望兩個(gè)電壓源之間沒有環(huán)流，不要有內(nèi)耗，即兩個(gè)電壓源幅值相等、頻率和相位相同。另外，最好兩個(gè)電源能夠合理分擔(dān)負(fù)載。并聯(lián)運(yùn)行的理想情況：（1）空載時(shí)各變壓器之間無環(huán)流， 避免環(huán)流損耗。（2）負(fù)載時(shí)各變壓器合理分擔(dān)負(fù)載， 負(fù)載與變壓器容量大小成比例分配。 （1）各變壓器的原、副邊額定電壓分別相等， 即變比k相等。（2）各變壓器的聯(lián)接組號(hào)相同；（3）各變壓器短路電壓或短路阻抗的相對(duì)值相等。 變壓器并聯(lián)運(yùn)行滿足的條件（1）變比不相等：*21112*1212/loopkkkkUUkUkIZZZZ并聯(lián)后，

43、 在副邊繞組中產(chǎn)生的環(huán)流為：短路阻抗很小， 即使變比差值很小， 也能產(chǎn)生較大的環(huán)流。11Uk12Uk2U（2）聯(lián)接組號(hào)不同聯(lián)接組號(hào)不同的變壓器， 副邊電壓相量之間的相位至少相差300，0*20302sin0.522U聯(lián)接組號(hào)不同的變壓器并聯(lián)， 將產(chǎn)生很大的空載環(huán)流， 數(shù)值會(huì)超過額定電流很多倍， 嚴(yán)禁并聯(lián)。21U22U1U21U22U2U2U環(huán)流不存在但短路阻抗不同時(shí)，各變壓器的負(fù)載電流為：（3）短路阻抗相對(duì)值不等： ; ;21122121IZZZIIZZZIkkkkkk各變壓器負(fù)載電流的標(biāo)么值與各自的短路阻抗的標(biāo)么值成反比。變壓器的短路阻抗標(biāo)么值隨者容量的大小而變化， 故并聯(lián)運(yùn)行的變壓器容量之

44、比不超過3:1。3-9 3-9 其它用途變壓器其它用途變壓器一、自耦變壓器原副邊共用一部分繞組的變壓器。 變比變比 U1/U2=NAx/Nax=k原副邊既有磁的耦合，又有電的直接聯(lián)系。自耦變壓器比普通變壓器省材料，因此成本低，損耗小，效率高。原、副邊電路有直接的聯(lián)系， 變壓器內(nèi)部絕緣和防過電壓的措施要加強(qiáng)。容量較小、電壓等級(jí)一般不高。自耦變壓器用作交流電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)和實(shí)驗(yàn)室調(diào)壓設(shè)備等；還可用于電力系統(tǒng)中作聯(lián)絡(luò)變壓器 。二、儀用互感器互感器屬測(cè)量裝置，傳遞的是信號(hào)，按變壓器原理工作。 電力系統(tǒng)中的大電流/高電壓有時(shí)無法直接用普通的電流表和電壓表來測(cè)量，必須通過互感器將待測(cè)電量按比例減小后測(cè)量。

45、互感器具有2種作用：將高電量轉(zhuǎn)換為能用普通標(biāo)準(zhǔn)儀表測(cè)量的電量1A/5A和100V；將儀表與高壓電路隔離,保證儀表及人身安全。1、電流互感器原邊由1匝和幾匝截面較大的導(dǎo)線構(gòu)成。利用原、副邊匝數(shù)不同，變成副邊的小電流，送儀表電流線圈測(cè)量或控制。電流互感器可以看作是一臺(tái)電流源供電的副邊近似短路的單相變壓器一臺(tái)電流源供電的副邊近似短路的單相變壓器為了減小測(cè)量誤差，鐵心磁密很低，一般取B0.1T，勵(lì)磁支路阻抗很大，忽略勵(lì)磁電流：22121IKINNIi注意事項(xiàng)：（1） 副邊絕對(duì)不允許開路。 開路時(shí)，原邊電流將成為勵(lì)磁電流，造成鐵心損耗急劇上升，過熱，燒毀絕緣，并在副邊出現(xiàn)極高的電壓。所以更換儀表時(shí)，一定先將副邊繞組短接，待更換結(jié)束后再打開短接開關(guān)。（2）副邊可靠接地；（3）串入阻抗值不能超過規(guī)定值；副邊阻抗增大，根據(jù)并聯(lián)支路分流原理，副邊電流減小，勵(lì)磁電流增大，誤差增加。 所以副邊不宜串入過多的儀表。2、電壓互感器原邊由多匝導(dǎo)線構(gòu)成，接到被測(cè)的高電壓上。利用原、副邊匝數(shù)不同，把原邊高電壓變成副邊的低電壓，送儀表電壓線圈測(cè)量或控制。電壓線圈阻抗大，近似開路，所以電壓互感器可以近似為一個(gè)開路運(yùn)行的單相變壓器近似為一個(gè)開路運(yùn)行的單相變壓器。uKNNEEUU212121/注意事項(xiàng)：（