變壓器的工作原理-分類及結(jié)構(gòu)

1、第三章 變壓器 第一節(jié)第一節(jié) 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 分類及結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)第一節(jié)第一節(jié) 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 分類分類及結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu) 一一. .變壓器的工作原理變壓器的工作原理 變壓器-利用電磁感應(yīng)原理，從一個(gè)電路向另一個(gè)電路傳遞電能或傳輸信號(hào)的一種電器 是電力系統(tǒng)中生產(chǎn)，輸送，分配和使用電能的重要裝置。 也是電力拖動(dòng)系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中 ，電能傳遞或作為信號(hào)傳輸?shù)闹匾刂谱儔浩骺刂谱儔浩?第一節(jié)第一節(jié) 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 分類及結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu) 1.1.變壓器變壓器 - - 靜止靜止的電磁裝置的電磁裝置 變壓器可將一種電壓的交流電能變換為同頻率的另一種電壓

2、的交流電能 電壓器的主要部件是一個(gè)鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。變壓器原理圖（圖變壓器原理圖（圖3 3- -1 1） 第一節(jié)第一節(jié) 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 分類及結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu) 與電源相連的線圈，接收交流電能，稱為一次繞組 用U1 ，I1，E1，N1表示， 與負(fù)載相連的線圈，送出交流電能，稱為二次繞組 用U2，I2，E2 ，N2表示。 同時(shí)交鏈一次，二次繞組的磁通量的相量為 Fm m ,該磁通量稱為主磁通 請(qǐng)注意 圖圖3 3-1-1 各物理量的參考方向確定。第一節(jié)第一節(jié) 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 分類及結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu) 2.2.理想變壓器理想變壓器 不計(jì)一次、二次繞組的電阻和鐵耗

3、，其間耦合系數(shù) K=1 的變壓器稱之為理想變壓器 描述理想變壓器的電動(dòng)勢平衡方程式為第一節(jié)第一節(jié) 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 分類及結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu) 若一次、二次繞組的電壓、電動(dòng)勢的瞬時(shí)值均按正弦規(guī)律變化，則有 不計(jì)鐵心損失，根據(jù)能量守恒原理可得 由此得出一次、二次繞組電壓和電流有效值的關(guān)系 令 K=N1/N2，稱為匝比（亦稱電壓比），則 第一節(jié)第一節(jié) 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 分類及結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)二二. .變壓器的分類變壓器的分類1.1.變壓器按用途一般分為電變壓器按用途一般分為電力變壓器和特種變壓器力變壓器和特種變壓器兩大類兩大類 電力變壓器可分為: 升壓變壓器、降壓變壓器、配

4、電變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器等 電力變壓器外形電力變壓器外形 第一節(jié)第一節(jié) 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 分類及結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu) 特種變壓器可分為: 整流變壓器、電爐變壓器、高壓試驗(yàn)變壓器、控制變壓器等第一節(jié)第一節(jié) 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 分類及結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)2.2.變壓器按相數(shù)可變壓器按相數(shù)可分為單相和三分為單相和三相變壓器相變壓器三相變壓器外觀示三相變壓器外觀示意圖意圖 第一節(jié)第一節(jié) 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 分類及結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)三三. .變壓器的結(jié)構(gòu)簡介變壓器的結(jié)構(gòu)簡介1.1.鐵心鐵心 鐵心是變壓器中主要的磁路部分。通常由含硅量較高，厚度為 0.35 或 0.5 mm,表面涂

5、有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝而成 鐵心分為鐵心柱和鐵軛倆部分，鐵心柱套有繞組；鐵軛閉合磁路之用 鐵心結(jié)構(gòu)的基本形式有心式和殼式兩種 心式變壓器結(jié)構(gòu)示意圖心式變壓器結(jié)構(gòu)示意圖 第一節(jié)第一節(jié) 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 分類及結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)2.繞組繞組 繞組是變壓器的電路部分，它是用紙包的絕緣扁線或圓線繞成。 右圖為交疊式右圖為交疊式繞組繞組 3.3.其他結(jié)構(gòu)部件其他結(jié)構(gòu)部件 以典型的油侵式電力變壓器為例，其他結(jié)構(gòu)部件有: 油箱、儲(chǔ)油柜、散熱器、高壓絕緣管套以及繼電保護(hù)裝置等外形如下圖 第一節(jié)第一節(jié) 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 分類及結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)4.4.變壓器的額定值變壓器的額定值

6、 (1).(1).額定容量額定容量 S S 變壓器視在功率的慣用數(shù)值，以 VA，KVA，MVA 表示(2).(2).額定電壓額定電壓 U U 變壓器各繞組在空載額定分接下端子間電壓的保證值，對(duì)于三相變壓器額定電壓系指線電壓，以 V 或 KV 表示(3).(3).額定電流額定電流 I I 變壓器的額定容量除以各繞組的額定電壓所計(jì)算出來的線電流值，以A表示 單相變壓器的一次、二次繞組的額定電流為 I1N = S N/ U1N I2N = S N/ U2N 三相變壓器的一次、二次繞組的額定電流為 I1N = S N/ U1N I2N = S N/ U2N(4).(4).額定頻率額定頻率 我國工業(yè)用電

7、頻率為 50 HZ33第二節(jié) 單相變壓器的空載運(yùn)行什么是空載運(yùn)行？變壓器一次繞組加上交流電壓，二次繞組開路的運(yùn)行情況一一. .空載時(shí)的物理情況空載時(shí)的物理情況1.空載磁場空載電流 i0 產(chǎn)生一個(gè)交變磁通勢 i0N1 ，并建立交變磁場主磁通 m通過鐵心閉合的磁通量（占絕大部分）漏磁通1通過油和空氣閉合的磁通量（占少量）單相變壓器空載運(yùn)行時(shí)的單相變壓器空載運(yùn)行時(shí)的各物理量（圖各物理量（圖3-23-2）單相變壓器空載運(yùn)行時(shí)的各物理量（圖單相變壓器空載運(yùn)行時(shí)的各物理量（圖3-23-2） 第二節(jié) 單相變壓器的空載運(yùn)行 2.2.主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢主磁通在一次繞組和二次繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢：e1

8、(t) = -N1 dFm/dte2(t) = -N2 dFm/dt3. 3. 感生漏電動(dòng)勢感生漏電動(dòng)勢交鏈一次繞組的漏磁通在一次繞組中感生漏電動(dòng)勢e1s(t) = -N1 dF1s/dt列出一次、二次繞組的電動(dòng)勢平衡方程式u1 = i0r1+(-e1s)+(-e1) = i0r1+ N1dF1s/dt + N1dFm/dtu20 = e2 = - N2 dFm/dt ( (一一) ) 感應(yīng)電動(dòng)勢與主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢與主磁通1.1.變壓器感應(yīng)電勢變壓器感應(yīng)電勢1)1)主磁通主磁通 若 u1 隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，則 m 也按正弦規(guī)律變化，設(shè) 則對(duì) e1 有： e1(t) = -N1 dFm/dt

9、 = -wN1Fm cos wt = wN1Fm sin(wt-90) = E1m sin(wt-90) 而對(duì) e2 有： e2(t) = -N2 dFm/dt = -wN2Fm cos wt = wN2Fm sin(wt-90) = E2m sin(wt-90)所以 e1 和 e2 也按正弦規(guī)律變化 磁通與電勢的關(guān)系磁通與電勢的關(guān)系( (圖圖3-33-3）第二節(jié) 單相變壓器的空載運(yùn)行2)2)感應(yīng)電動(dòng)勢感應(yīng)電動(dòng)勢 感應(yīng)電動(dòng)勢 e e1 1、e e2 2 在相位上滯后于 m 的電角度是 90 有效值是:3)3)相量表達(dá)式相量表達(dá)式 根據(jù)上述討論，有E1、E2的相量表達(dá)式為磁通磁通F Fm m與電

10、勢與電勢E E1 1、E E2 2的相量關(guān)系的相量關(guān)系( (圖圖3 3-4-4) )第二節(jié) 單相變壓器的空載運(yùn)行2.2.變壓器變比變壓器變比 當(dāng)一次繞組上加上額定電壓 U1N 時(shí)，一般規(guī)定此時(shí)二次繞組開路電壓將是額定電壓 U2N ，因此可以認(rèn)為，變壓器的電壓比就是匝數(shù)比變壓器的電壓比就是匝數(shù)比 在三相變壓器中，電壓比規(guī)定為高壓繞組的線電壓與在三相變壓器中，電壓比規(guī)定為高壓繞組的線電壓與低壓繞組的線電壓之比低壓繞組的線電壓之比第二節(jié) 單相變壓器的空載運(yùn)行( (二二) ) 空載電流空載電流1 1）空載電流主要作用是在）空載電流主要作用是在鐵心中建立磁場，產(chǎn)生鐵心中建立磁場，產(chǎn)生主磁通主磁通2 2）

11、空載時(shí)的變壓器實(shí)際上）空載時(shí)的變壓器實(shí)際上就是一個(gè)非線性電感器就是一個(gè)非線性電感器 其磁通量與電流的關(guān)系，服從與鐵磁材料的磁化曲線 =f(i) ) 磁化曲線磁化曲線 =f(i)(=f(i)(圖圖3-5)3-5)3 3）磁滯作用與渦流現(xiàn)象使）磁滯作用與渦流現(xiàn)象使 (t)=fi(t)(t)=fi(t)的關(guān)系復(fù)雜化的關(guān)系復(fù)雜化磁滯作用導(dǎo)致勵(lì)磁電流有功無功分量出現(xiàn)示意圖磁滯作用導(dǎo)致勵(lì)磁電流有功無功分量出現(xiàn)示意圖( (圖圖3-63-6) ) 第二節(jié) 單相變壓器的空載運(yùn)行 空載電流可認(rèn)為是勵(lì)磁電流，用 Im 表示， 空載運(yùn)行時(shí)從電源輸入少量電功率 p0 ，主要用來補(bǔ)償鐵心中的鐵損耗 pFe， Im 中含有

12、有功 IFe(損耗電流）和用以建立磁場的無功 Iu (磁化電流） Im2 = Im2 + IFe2 IFe = pFe/E1 pFe/U1 通常，Iu IFe ，U1 與 Im 之間相位角 0 接近90) ) 第二節(jié) 單相變壓器的空載運(yùn)行( (三三) ) 漏磁通與漏電抗漏磁通與漏電抗 設(shè)漏磁通所經(jīng)磁場磁阻 Rm1，則 由于漏磁通所通過的途徑是非磁性物質(zhì)，其磁導(dǎo)率是常數(shù)，所以漏磁通的大小與產(chǎn)生此漏磁通的繞組中的電流成正比 所以漏電動(dòng)勢 E1s 的有效值與電流 Im 關(guān)系為 式中x1為一次繞組的漏電抗二二. .空載運(yùn)行時(shí)電勢平衡方程式、相量圖及等效電路空載運(yùn)行時(shí)電勢平衡方程式、相量圖及等效電路1.

13、1.空載運(yùn)行時(shí)電勢平衡方程空載運(yùn)行時(shí)電勢平衡方程 單相變壓器空載運(yùn)行時(shí)的各物理量如圖所示單相變壓器空載運(yùn)行時(shí)的各物理量如圖所示 變壓器空載運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)勢平衡方程式如下： 由主磁通產(chǎn)生的電勢 E1 與產(chǎn)生主磁通的勵(lì)磁電流 Im 之間存在關(guān)系，可以直接用參數(shù)形式來表示。 由于 Im 中有有功分量與無功分量，故 -E1 可表示為 Im 流過一個(gè)阻抗時(shí)所引起的阻抗壓降，即 勵(lì)磁阻抗 Zm, 勵(lì)磁電抗 xm, 勵(lì)磁電阻 rm 變壓器空載運(yùn)行時(shí)原邊電動(dòng)勢平衡方程式如下 其中 Z1 = r1 + jx1 2.2.空載運(yùn)行時(shí)等值電路空載運(yùn)行時(shí)等值電路 3.空載運(yùn)行時(shí)相量圖空載運(yùn)行時(shí)相量圖 第二節(jié)第二節(jié) 單相變

14、壓器的空載運(yùn)行單相變壓器的空載運(yùn)行4.4.應(yīng)注意的問題應(yīng)注意的問題 注意注意 r r1 1、x x1 1 是常量是常量 而勵(lì)磁阻抗的大小和變壓器工作點(diǎn)有關(guān)而勵(lì)磁阻抗的大小和變壓器工作點(diǎn)有關(guān) 因鐵心中存在飽和現(xiàn)象，因鐵心中存在飽和現(xiàn)象，r rm m、x xm m 隨著飽和程度隨著飽和程度的增加而減小的增加而減小 但當(dāng)電源電壓的變化范圍不大，對(duì)應(yīng)鐵心中磁但當(dāng)電源電壓的變化范圍不大，對(duì)應(yīng)鐵心中磁通的變化為也不是很大時(shí)，通的變化為也不是很大時(shí)，Z Zm m 的值基本上可視的值基本上可視為不變。為不變。第三節(jié) 單相變壓器的基本方程式一一.負(fù)載運(yùn)行時(shí)變壓器內(nèi)部物理情況負(fù)載運(yùn)行時(shí)變壓器內(nèi)部物理情況 第三節(jié)

15、單相變壓器的基本方程式 變壓器帶有負(fù)載時(shí)，變壓器內(nèi)的物理情況與空載時(shí)有所不同1. 變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，二次繞組中的電流 I2 產(chǎn)生磁通勢 I2N22. 由于電源電壓恒定 U1 = 常數(shù)，則 E1 常數(shù)，m 常數(shù) 所以，產(chǎn)生主磁通的磁勢也不會(huì)改變，因此,達(dá)到新的平衡的條件是： 繞組的電流增量 DI1 所產(chǎn)生的磁通勢，與二次繞組電流 I2 所產(chǎn)生的磁通勢相抵消，以維持主磁通基本不變。即 D 1N1 + 2 N2 = 0 這表明，二次繞組的電流增加時(shí)，一次繞組的電流就相應(yīng)地增加，這樣，通過電磁感應(yīng)作用，變壓器把電能從一次側(cè)傳遞到二次側(cè)二二.變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式（一）

16、磁通勢平衡方程式（一）磁通勢平衡方程式 1N1 + 2N2= mN1（二）電動(dòng)勢平衡方程式二）電動(dòng)勢平衡方程式變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)磁通與各感應(yīng)電動(dòng)勢的關(guān)系圖變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)磁通與各感應(yīng)電動(dòng)勢的關(guān)系圖第三節(jié) 單相變壓器的基本方程式電動(dòng)勢平衡方程式電動(dòng)勢平衡方程式 1 1 = -= -1 1+ + 1 1r r1 1+j+j1 1x x1 1= -= -1 1+ + 1 1Z Z1 1 2 2 = = 2 2- - 2 2r r2 2-j-j2 2x x2 2 = = 2 2- - 2 2Z Z2 2歸納出變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式為歸納出變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式為 1 1N N1 1 + +

17、2 2N N2 2 = = m mN N1 1 1 1= - = - 1 1+ + 1 1Z Z1 1 2 2= = 2 2- - 2 2Z Z2 2 -1 1 = = m mZ Zm m 1 1/2 2 = N = N1 1/N/N2 2 =k=k第四節(jié) 變壓器的等效電路及向量圖 1.1.問題？問題？ 是否可找到一個(gè)便于工程計(jì)算的單純電路,以代替無電路聯(lián)系、但有磁路耦合作用的實(shí)際變壓器。 但這個(gè)電路必須能正確反映變壓器內(nèi)部電磁過程2.2.答案：有！答案：有！ 這種電路稱為變壓器的等效電路 前提條件是必須進(jìn)行繞組歸算第四節(jié) 變壓器的等效電路及向量圖一、繞組歸算一、繞組歸算 繞組歸算就是把二次繞

18、組的匝數(shù)變換成一次繞組的匝數(shù) 或者將一次繞組的匝數(shù)變換成二次繞組的匝數(shù)來進(jìn)行運(yùn)算， 但不改變其電磁效應(yīng)的一種分析方法( (一一) ) 歸算原則：歸算原則：1 1、歸算前后的磁通勢平衡關(guān)系不變、歸算前后的磁通勢平衡關(guān)系不變2 2、各種能量關(guān)系保持不變、各種能量關(guān)系保持不變 歸算值用原來的符號(hào)加 表示 下面以二次側(cè)歸算到一次側(cè)為例( (二二) ) 電動(dòng)勢和電壓的歸算電動(dòng)勢和電壓的歸算 因?yàn)?N2= N1 所以： E E2 2= k E= k E2 2( (三三) ) 電流的歸算電流的歸算 保持磁通勢在歸算前后不變，N2I2= N2I2 ，則 I I2 2= (N= (N2 2/N/N2 2)I)I

19、2 2 = (N= (N2 2/N/N1 1)I)I2 2 = I = I2 2/k/k( (四四) ) 阻抗的歸算阻抗的歸算 保持歸算前后銅耗及漏感中無功功率不變的原則 由:I22 r2 = I22 r2 得 r r2 2= I= I2 22 2/I/I2 2 2 2 r r2 2 = k = k2 2r r2 2 由:I22 x2 = I22 x2 得 x x2 2= I= I2 22 2/I/I2 2 2 2 x x2 2 = k = k2 2x x2 2第四節(jié) 變壓器的等效電路及向量圖歸算后變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式將變?yōu)槿缦滦螝w算后變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式將變?yōu)槿缦滦问?1 1

20、 + + 2 2= = m m 1 1= -= -1 1+ + 1 1Z Z1 1 2 2= = 2 2- - 2 2Z Z2 2 -1 1 = = m mZ Zm m 1 1 = = 2 2二二. .變壓器等效電路變壓器等效電路單相變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)各物理量的關(guān)系如圖所示單相變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)各物理量的關(guān)系如圖所示 第四節(jié) 變壓器的等效電路及向量圖 由于 N2= N1，這是電壓比等于 1 的變壓器,因此，E2= E1，圖中 a-b 和 c-d 是等電位點(diǎn) 用導(dǎo)線把它們聯(lián)接起來，考慮到 1 + 2= m 1 = -mZm則得等值電路如圖：三三. .相量圖相量圖根據(jù)變壓器得“T”形等效電路，可畫出相

21、應(yīng)得相量圖四四. .近似等值電路近似等值電路1. 1. 字型等效電路字型等效電路 考慮到一般變壓器中，Zm Z1，若把勵(lì)磁支路前移，可得 字型近似等效電路如下： 近似等效電路可用于分析計(jì)算變壓器負(fù)載運(yùn)行的某些問題如二次側(cè)電壓變化,并聯(lián)運(yùn)行的負(fù)載分配等2.2.一字型等效電路一字型等效電路 由于一般變壓器 ImIN，進(jìn)一步把勵(lì)磁 Im 忽略不計(jì)，得到變壓器一字型近似等效電路如下： 其中： rs 短路電阻 , xs 短路電抗， Zs 短路阻抗，統(tǒng)稱為變壓器的短路參數(shù)第五節(jié)第五節(jié) 變壓器等效電路參數(shù)的測定變壓器等效電路參數(shù)的測定一一. .空載試驗(yàn)空載試驗(yàn)1.1.空載試驗(yàn)的目的空載試驗(yàn)的目的：測定變壓器

22、的電壓比測定變壓器的電壓比 K K、鐵耗鐵耗 p pFeFe 以及等效電路中的勵(lì)磁阻抗以及等效電路中的勵(lì)磁阻抗 Z Zm m2.2.單相變壓器空載試驗(yàn)電路單相變壓器空載試驗(yàn)電路 單相變壓器空載試驗(yàn)按下圖接線單相變壓器空載試驗(yàn)按下圖接線3.3.單相變壓器空載試驗(yàn)方法單相變壓器空載試驗(yàn)方法 在額定頻率、正弦的額定電壓 U1N 作用下 測讀 U1、I10、p0 和 U20 z0 = (U1/I0) = sqrt(r1+rm)2+(x1+xm)2) 因?yàn)? ZmZ1、rmr1、xmx1 則 z0 zm r0 = p0/I102 rm x0 = xm 電壓比: k = U1/U20 空載試驗(yàn)一般在低壓側(cè)

23、進(jìn)行 三相變壓器必須采用每相值進(jìn)行計(jì)算2020rZ二二. .短路試驗(yàn)短路試驗(yàn)1.1.短路試驗(yàn)的目的短路試驗(yàn)的目的：測定變壓器等效電路中的短路參數(shù)2.2.單相變壓器短路試驗(yàn)電路單相變壓器短路試驗(yàn)電路單相變壓器短路試驗(yàn)的接線圖如圖所示第五節(jié)第五節(jié) 變壓器等效電路參數(shù)的測定變壓器等效電路參數(shù)的測定3.3.單相變壓器短路試驗(yàn)方法單相變壓器短路試驗(yàn)方法 注意事項(xiàng)：* 短路試驗(yàn)時(shí)，在一次側(cè)所加的電壓必須降低* 通常使一次、二次側(cè)電流達(dá)到額定值為止 因?yàn)樵囼?yàn)電壓很低，主磁通很小，可忽略勵(lì)磁電流和鐵耗，可以認(rèn)為變壓器從電源輸入功率 ps 作為銅耗完全消耗在一次、二次繞組 p ps s =I =Is s2 2r

24、 rs s p pcucu =I =I1 12 2r r1 1+I+I2 2 2 2r r2 2 z zs s U Us s/I/Is s ; ; x xs s sqrt(z sqrt(zs s2 2- r- rs s2 2) ) r rs s p ps s/I/Is s2 2 4.4.阻抗電壓阻抗電壓 當(dāng)繞組中電流達(dá)到額定值，加在一次繞組上的短路電壓應(yīng)是 U Us s = I= I1N 1N Z Zs75s75c c 稱為阻抗電壓或短路電壓.用一次側(cè)電壓的百分值表示 U Us s* * = (U= (Us s/U/U1N1N) 100%) 100% =(I =(I1N 1N Z Zs75s7

25、5c c/U/U1N1N) 100%) 100%第五節(jié)第五節(jié) 變壓器等效電路參數(shù)的測定變壓器等效電路參數(shù)的測定三三. .相對(duì)值概念相對(duì)值概念 阻抗電壓相對(duì)值 在變壓器計(jì)算中，把阻抗電壓 U Us s 表示成額定電壓的相對(duì)值 短路阻抗相對(duì)值 Z Zs s* *就是短路阻抗與阻抗基值之比 選定阻抗基值 Z ZN N 為額定電壓 U U1N1N 與額定 I I1N1N 之比 可見 短路阻抗相對(duì)值 Z Zs s* * 與阻抗電壓相對(duì)值相等 第六節(jié)第六節(jié) 三相變壓器三相變壓器三相變壓器的兩種形式：三相變壓器的兩種形式：1 1、三個(gè)獨(dú)立單相變壓器組成的變壓器組，稱為三相組式、三個(gè)獨(dú)立單相變壓器組成的變壓器

26、組，稱為三相組式變壓器。變壓器。 三相組式變壓器及聯(lián)結(jié)如圖所示三相組式變壓器及聯(lián)結(jié)如圖所示 分析單相變壓器時(shí)的所得的基本方程式、等效電路、相量圖以及即將探討的運(yùn)行特性分析等方法完全適用于三相變壓器2、鐵心為三相所共有的三相變壓器叫三相芯式變壓器 如圖所示第六節(jié)第六節(jié) 三相變壓器三相變壓器 一一. .三相變壓器的電路系統(tǒng)三相變壓器的電路系統(tǒng)-連接組連接組（一）聯(lián)結(jié)法（一）聯(lián)結(jié)法 繞組的首端和末端的標(biāo)志規(guī)定繞組名稱 首端 末端 中點(diǎn) 高壓繞組 A B C X Y Z O 低壓繞組 a b c x y z o 1.1.星形聯(lián)結(jié)用符號(hào)星形聯(lián)結(jié)用符號(hào)“Y Y（或或 y)”y)”表示表示 三個(gè)首端 A、B

27、、C（或 a、b、c)向外引出 末端 X、Y、Z（或 x、y、z）連接在一起成為中性點(diǎn)2.2.三角形聯(lián)結(jié)用符號(hào)三角形聯(lián)結(jié)用符號(hào)“D D（或或d d）”表示表示 各相間聯(lián)結(jié)次序?yàn)?A - X - C - Z - B - Y（或 a- x - c - z - b - y) 從首端 A、B、C（或 a、b、c）向外引出（二）聯(lián)結(jié)組（二）聯(lián)結(jié)組 三相繞組無論采用什么聯(lián)結(jié)法，二次側(cè)線電動(dòng)勢的三相繞組無論采用什么聯(lián)結(jié)法，二次側(cè)線電動(dòng)勢的相位差總是相位差總是3030的倍數(shù)，因此采用鐘表面上的倍數(shù)，因此采用鐘表面上1212個(gè)數(shù)字個(gè)數(shù)字來表示來表示1.1.時(shí)鐘表示法時(shí)鐘表示法 把高壓側(cè)線電動(dòng)勢的相量作為分針，始

28、終指著“12”這個(gè)數(shù)字 而以低壓側(cè)線電動(dòng)勢的相量作為時(shí)針，它所指的數(shù)字即表示高、低壓側(cè)線電動(dòng)勢相量間的相位差高、低壓側(cè)線電動(dòng)勢相量間的相位差 這個(gè)數(shù)字稱為三相變壓器聯(lián)結(jié)組的“標(biāo)號(hào)”2.2.單相變壓器的聯(lián)結(jié)單相變壓器的聯(lián)結(jié) 單相變壓器或三相變壓器中某相高、低壓繞組的聯(lián)結(jié)組問題其實(shí)質(zhì)為電路理論中互感線圈的同名端問題其實(shí)質(zhì)為電路理論中互感線圈的同名端問題 由給定原理圖確定變壓器的連接組標(biāo)號(hào)由給定原理圖確定變壓器的連接組標(biāo)號(hào)（1）畫原、副邊相量圖：原理圖上字母從左向右排列，相量圖上為順時(shí)針排列；（2）同一鐵心柱上的兩個(gè)相量，要么同相，要么反相；（3）確定比較相量，即下標(biāo)字母相同的原、副邊兩個(gè)線電壓。例

29、如： UAB和uab，且相量方向均為下標(biāo)的第一個(gè)字母指向第二個(gè)字母；（4）旋轉(zhuǎn)相量圖，將原邊線電壓相量作為分針指向鐘表“12”，副邊對(duì)應(yīng)線電壓相量所指的字母即為連接組標(biāo)號(hào)。由聯(lián)結(jié)組通過電勢相量確定三相變壓器的電路圖表達(dá)由聯(lián)結(jié)組通過電勢相量確定三相變壓器的電路圖表達(dá)由電路圖表達(dá)獲得三相變壓器的具體連接由電路圖表達(dá)獲得三相變壓器的具體連接 由聯(lián)結(jié)組通過電勢相量確定三相變壓器的電路圖表達(dá)圖由聯(lián)結(jié)組通過電勢相量確定三相變壓器的電路圖表達(dá)圖 二二. .三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相變壓器的磁路系統(tǒng)-鐵心的結(jié)構(gòu)形式鐵心的結(jié)構(gòu)形式三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相變壓器的磁路系統(tǒng) 三相心式變壓器的磁路系統(tǒng)的演變?nèi)嘈氖阶儔?/p>

30、器的磁路系統(tǒng)的演變 第七節(jié)第七節(jié) 變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 一一. .變壓器的運(yùn)行特性變壓器的運(yùn)行特性 變壓器的運(yùn)行特性指變壓器二次側(cè)端電壓的變化和變變壓器二次側(cè)端電壓的變化和變壓器的效率壓器的效率( (一一) ) 變壓器負(fù)載時(shí)二次側(cè)端電壓的變化變壓器負(fù)載時(shí)二次側(cè)端電壓的變化( (電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率) )1.1.什么是變壓器的外特性？什么是變壓器的外特性？ 變壓器一次側(cè)外施電壓額定電壓 U1 = U1N 、負(fù)載功率因數(shù) cosj2 不變時(shí),二次側(cè)端電壓 U2 隨二次側(cè)負(fù)載電流 I2 變化的關(guān)系曲線 . 即 U U2 2 = f(I= f(I2 2) )，一般用電壓調(diào)整率表示一般用電壓

31、調(diào)整率表示第七節(jié)第七節(jié) 變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 2.2.電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率 電壓調(diào)整率表征了電網(wǎng)電壓電壓調(diào)整率表征了電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，反映了電能的質(zhì)的穩(wěn)定性，反映了電能的質(zhì)量，是變壓器的主要性能之量，是變壓器的主要性能之一。一。 D DU % U % 規(guī)定為：規(guī)定為： 一次側(cè)加額定電壓、負(fù)載一次側(cè)加額定電壓、負(fù)載功率因數(shù)為一定值時(shí)，空載功率因數(shù)為一定值時(shí)，空載與負(fù)載時(shí)二次側(cè)端電壓之差與負(fù)載時(shí)二次側(cè)端電壓之差 ( (U U20 20 - U- U2 2) ) 與二次側(cè)額定電壓與二次側(cè)額定電壓 U U2N2N 的比的比例（用百分值表示）例（用百分值表示） D DU % = (UU %

32、= (U2020-U-U2 2)/U)/U2N 2N 100%100% = (U = (U2N2N-U-U2 2)/U)/U2N2N 100% 100% = (U = (U1N1N-U-U2 2)/U)/U1N1N 100% 100% 采用簡化等值電路時(shí)變壓器電壓采用簡化等值電路時(shí)變壓器電壓 電流關(guān)系如圖所示電流關(guān)系如圖所示 第七節(jié)第七節(jié) 變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 由上圖可以看出：由上圖可以看出： abab =I =I1 1r rs s coscos j j2 2 +I +I1 1x xs s sin sin j j2 2 可見可見: : D DU U % % = (U= (U1N1N

33、-U-U2 2)/U)/U1N1N 100% 100% ab/Uab/U1N 1N 100% 100% = (I = (I1 1r rs s coscos j j2 2 +I +I1 1x xs s sin sin j j2 2)/U)/U1N1N 100% 100% = = b b(I(I1N1Nr rs s coscos j j2 2 +I +I1N1Nx xs s sin sin j j2 2)/U)/U1N1N 100% 100% 其中其中: : b=Ib=I1 1/I /I1N1N 電壓調(diào)整率決定于：電壓調(diào)整率決定于： 1) 1)短路參數(shù)短路參數(shù) r rs s，x xs s 2) 2

34、)負(fù)載系數(shù)負(fù)載系數(shù) b b 3) 3)負(fù)載的功率因數(shù)負(fù)載的功率因數(shù)第七節(jié)第七節(jié) 變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 1.1.鐵耗鐵耗 基本鐵耗 - 主要是磁滯損耗與渦流損耗 磁滯損耗與硅鋼片材料的性質(zhì)、磁通密度的最大值以及頻率有關(guān) 渦流損耗與硅鋼片的厚度、電阻率、磁通密度有關(guān)2.2.銅耗銅耗 基本銅耗指一、二次繞組內(nèi)電流所引起的直流電阻損耗 附加銅耗附加銅耗主要是由漏磁通所引起的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)產(chǎn)生的額外損耗3.3.效率效率 變壓器的效率指其輸出的有功功率與輸入的有功功率之比 工程上采用間接法測定變壓器的效率，即測出各種損耗以計(jì)算效率 h = 1-Sp/(P2+Sp) 第七節(jié)第七節(jié) 變壓器的穩(wěn)

35、態(tài)運(yùn)行變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 假設(shè)假設(shè)(1) 以額定電壓下的空載損耗 p0 作為鐵耗 pFe,并認(rèn)為鐵耗 不隨負(fù)載而變.(2) 以額定電流時(shí)的負(fù)載損耗 pLN 作為額定電流時(shí)之銅耗 pcu,并認(rèn)為負(fù)載系數(shù)?的平方成正比,有pcu= b2pLN(3)計(jì)算 P2 時(shí),忽略負(fù)載運(yùn)行時(shí)的二次側(cè)電壓的變化，即 認(rèn)為: P2 = mU2NI2 cosj2=bmU2NI2N cosj2 =bSN cosj2 這樣就可以得到：效率特性如下第七節(jié)第七節(jié) 變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 5.5.變壓器效率計(jì)算公式變壓器效率計(jì)算公式h = 1- (p0+b2pLN)/(bSNcosj2+p0+b2pLN)6.6.變壓器

36、的效率特性變壓器的效率特性變壓器的效率特性曲線如圖所示變壓器的效率特性曲線如圖所示一、自耦變壓器一、自耦變壓器U1 U2u2 u1 +-+-U1 I1 U2 II2 原付邊共用一部分繞組的變壓器。原付邊共用一部分繞組的變壓器。（一）特點(diǎn)：（一）特點(diǎn)：1、原付繞組既有磁的聯(lián)系，又有電的聯(lián)系。、原付繞組既有磁的聯(lián)系，又有電的聯(lián)系。2、能量傳遞，既有磁場傳遞的，又有直接傳遞的。、能量傳遞，既有磁場傳遞的，又有直接傳遞的。三三 相相 自自 耦耦 變變 壓壓 器器三三 相相 自自 耦耦 變變 壓壓 器器五、互感器五、互感器 互感器是電流互感器和電壓互感器的合稱?；ジ衅魇请娏骰ジ衅骱碗妷夯ジ衅鞯暮戏Q。 互

37、感器的主要功能是互感器的主要功能是:（1）可使儀表和繼電器標(biāo)準(zhǔn)化。如電流互感器）可使儀表和繼電器標(biāo)準(zhǔn)化。如電流互感器副繞組的額定電流都是副繞組的額定電流都是5A；電壓互感器副繞電壓互感器副繞組的電壓通常都規(guī)定為組的電壓通常都規(guī)定為100V。（2）可使測量儀表、繼電器等二次設(shè)備與一次可使測量儀表、繼電器等二次設(shè)備與一次主電路隔離。降低儀表及繼電器的絕緣水平，主電路隔離。降低儀表及繼電器的絕緣水平，簡化儀表構(gòu)造，同時(shí)保證工作人員的安全。簡化儀表構(gòu)造，同時(shí)保證工作人員的安全。（3）可以避免短路電流直接流過測量儀表及繼）可以避免短路電流直接流過測量儀表及繼電器的線圈。電器的線圈。1. 電流互感器電流互

38、感器 電流互感器簡稱電流互感器簡稱CT（文字符號(hào)為文字符號(hào)為TA，單二次繞組電流互感器圖單二次繞組電流互感器圖形符號(hào)為形符號(hào)為 ），是變換電流的設(shè)備。），是變換電流的設(shè)備。（1）工作原理和接線方式）工作原理和接線方式 電流互感器的基本結(jié)構(gòu)原理如圖電流互感器的基本結(jié)構(gòu)原理如圖4-14所示，它由一次繞組、鐵芯、所示，它由一次繞組、鐵芯、二次繞組組成。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：一次繞組匝數(shù)少且粗，有的型號(hào)二次繞組組成。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：一次繞組匝數(shù)少且粗，有的型號(hào)還沒有一次繞組，利用穿過其鐵芯的一次電路作為一次繞組（相還沒有一次繞組，利用穿過其鐵芯的一次電路作為一次繞組（相當(dāng)于當(dāng)于1匝）；而二次繞組匝數(shù)很多，導(dǎo)體較

39、細(xì)。電流互感器的一匝）；而二次繞組匝數(shù)很多，導(dǎo)體較細(xì)。電流互感器的一次繞組串接在一次電路中，二次繞組與儀表、繼電器電流線圈串次繞組串接在一次電路中，二次繞組與儀表、繼電器電流線圈串聯(lián)，形成閉合回路，由于這些電流線圈阻抗很小，工作時(shí)電流互聯(lián)，形成閉合回路，由于這些電流線圈阻抗很小，工作時(shí)電流互感器二次回路接近短路狀態(tài)。感器二次回路接近短路狀態(tài)。 電流互感器的變流比電流互感器的變流比Ki用表示，則用表示，則 式中，式中，I1N、I2N分別為電流互感器一次側(cè)和二次側(cè)的額定電流值，分別為電流互感器一次側(cè)和二次側(cè)的額定電流值，N1、N2為其一次和二次繞組匝數(shù)。變流比一般表示成如為其一次和二次繞組匝數(shù)。變

40、流比一般表示成如100/5A形形式。式。（2） 電流互感器種類和型號(hào) 按一次電壓分，有高壓和低壓兩大類； 按一次繞組匝數(shù)分有單匝（包括母線式、芯柱式、套管式）和多匝式（包括線圈式、繞環(huán)式、串級(jí)式）； 按用途分有測量用和保護(hù)用兩大類； 按絕緣介質(zhì)類型分有油浸式、環(huán)氧樹脂澆注式、干式、SF6氣體絕緣等。 電流互感器型號(hào)的表示和含義如下： 圖4-15 LQZ-10型電流互感器的外形圖 圖4-16 LMZJ1-0.5型電流互感器的外形圖（3）電流互感器使用注意事項(xiàng)）電流互感器使用注意事項(xiàng) 電流互感器在工作時(shí)二次側(cè)不得開路。電流互感器在工作時(shí)二次側(cè)不得開路。 電流互感器二次側(cè)有一端必須接地電流互感器二次側(cè)有一端必須接地 電流互感器在接線時(shí)，必須注意其端子的極性電流互感器在接線時(shí)，必須注意其端子的極性2.電壓互感器電壓互感器 電壓互感器簡稱PT，是變換電壓的設(shè)備。 文字符號(hào)為TV，單相式電壓互感器圖形符號(hào)為 （1）工作原理和接線方式 電壓互感器的基本結(jié)構(gòu)原理如圖4-17所示，它由一次繞組、二次繞組、鐵芯組成。一次繞組并聯(lián)在線路上，一次繞組匝數(shù)較多，二次繞組的匝數(shù)較少，相當(dāng)于降低變壓器。二次繞組的額定電壓一般為100V。二次回路中，儀表、繼電器的電壓線圈與二次繞組并聯(lián)，這些線圈的阻抗很大，工作時(shí)二次繞組