3.1 變壓器的工作原理、分類和結(jié)構(gòu)(-84)

1、 3.1 變壓器的工作原理、分類和結(jié)構(gòu) 3.2 變壓器的空載運(yùn)行 3.3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行 3.4 變壓器的等效電路及相量圖 3.5 變壓器參數(shù)的測(cè)定和標(biāo)么值 3.6 變壓器的運(yùn)行特性 3.7 三相變壓器 3.8 其它用途的變壓器 變壓器是一種靜止電器,它通過線圈間的電磁感應(yīng),將一種電壓等級(jí)的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等級(jí)的交流電能.第三章 變壓器只要一、二次繞組的匝數(shù)不同，就能到達(dá)改變壓的目的。 3.1 變壓器的工作原理、分類和結(jié)構(gòu)3.1.1 變壓器的工作原理 變壓器的主要部件是鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。在一次繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈一、二次繞組的交變磁

2、通，在兩繞組中分別感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。3.1.2 變壓器的根本結(jié)構(gòu)基本的結(jié)構(gòu)：鐵心、繞組器身變壓器結(jié)構(gòu)上的分類：心式變壓器殼式變壓器一、鐵心變壓器的主磁路，為了提高導(dǎo)磁性能和減少鐵損，用0.35mm厚、外表涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。鐵心的分類：疊接式鐵心漸開線式鐵心卷式鐵心疊接式鐵心的疊片次序： 變壓器的電路，一般用絕緣銅線或鋁線繞制而成。 二、繞組三、其它結(jié)構(gòu)部件 油箱 油浸式變壓器的器身浸在變壓器油的油箱中。油是冷卻介質(zhì)，又是絕緣介質(zhì)。油箱側(cè)壁有冷卻用的管子散熱器或冷卻器。 絕緣套管 將線圈的高、低壓引線引到箱外，是引線對(duì)地的絕緣，擔(dān)負(fù)著固定的作用。 此外還有儲(chǔ)油柜、吸濕器、平安氣道、凈油器和氣體繼

3、電器。四、變壓器的額定值 指銘牌規(guī)定的額定使用條件下所能輸出的視在功率。 符號(hào)：SN；單位：VA或kVA。 三相變壓器：三相容量之和。 S1N = S2N = SN額定電壓 指長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)所能承受的工作電壓。 符號(hào)：U1N / U2N ；單位：V或kV。 三相變壓器：額定值為線電壓。U1N是指加在一次側(cè)的額定電壓； U2N是指一次側(cè)加額定電壓，二次側(cè)的空載電壓； 額定容量額定電流 指在額定容量下，允許長(zhǎng)期通過的額定電流。 符號(hào)：IN1 / IN2 ；單位：A。 三相變壓器：額定值為線電流 其數(shù)值是根據(jù)額定容量和額定電壓計(jì)算出的值。額定頻率此外，額定值還有額定頻率、效率、溫升等。 額定頻率：工頻5

4、0Hz。 溫升：電機(jī)某局部溫度和周圍冷卻介質(zhì)的溫度之差。對(duì)單相變壓器:對(duì)單相變壓器: 3.2 變壓器的空載運(yùn)行3.2.1 空載運(yùn)行時(shí)的物理情況性質(zhì)上： 與 成非線性關(guān)系； 與 成線性關(guān)系；數(shù)量上： 占99%以上， 僅占1%以下；作用上： 起傳遞能量的作用， 起漏抗壓降作用。主磁通與漏磁通的區(qū)別感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分析主磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)主電動(dòng)勢(shì)設(shè)則有效值相量可見，當(dāng)主磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，所產(chǎn)生的一次主電動(dòng)勢(shì)也按正弦規(guī)律變化，時(shí)間相位上滯后主磁通 。主電動(dòng)勢(shì)的大小與電源頻率、繞組匝數(shù)及主磁通的最大值成正比。 漏磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)漏電動(dòng)勢(shì)漏電動(dòng)勢(shì)也可以用漏抗壓降來表示，即根據(jù)主電動(dòng)勢(shì)的分析方法，同樣有由于漏磁

5、通主要經(jīng)過非鐵磁路徑,磁路不飽和,故磁阻很大且為常數(shù),所以漏電抗 很小且為常數(shù),它不隨電源電壓負(fù)載情況而變.空載運(yùn)行的電壓方程3.2.2 空載電流和空載損耗一、空載電流 作用與組成 性質(zhì)和大小性質(zhì)：由于空載電流的無功分量遠(yuǎn)大于有功分量，所以空載電流主要是感性無功性質(zhì)也稱勵(lì)磁電流；空載電流 包含兩個(gè)分量，一個(gè)是勵(lì)磁分量，作用是建立磁場(chǎng)，產(chǎn)生主磁通無功分量 ；另一個(gè)是鐵損耗分量，作用是供變壓器鐵心損耗有功分量 。 波形由于磁路飽和，空載電流 與由它產(chǎn)生的主磁通 呈非線性關(guān)系。當(dāng)磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，空載電流呈尖頂波形。當(dāng)空載電流按正弦規(guī)律變化時(shí)，主磁通呈尖頂波形。實(shí)際空載電流為是正弦波，但為了分析

6、、計(jì)算和測(cè)量的方便，在相量圖和計(jì)算式中常用正弦的電流代替實(shí)際的空載電流。二、空載損耗對(duì)于已制成變壓器，鐵損與磁通密度幅值的平方成正比，與電流頻率的1.3次方成正比，即空載損耗約占額定容量的0.2%1%，而且隨變壓器容量的增大而下降。為減少空載損耗，改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的方向是采用優(yōu)質(zhì)鐵磁材料：優(yōu)質(zhì)硅鋼片、激光化硅鋼片或應(yīng)用非晶態(tài)合金。變壓器空載時(shí)，一次側(cè)從電源吸收少量的有功功率 ，用來供給鐵損 和繞組銅損 。由于 和 均很小，所以 ，即空載損耗近似等于鐵損。3.2.3 空載時(shí)的相量圖和等效電路一、相量圖根據(jù)前面所學(xué)的方程，可作出變壓器空載時(shí)的相量圖：（1）以 為參考量（2） 與 同相， 滯后 ，（3）

7、 滯后 ， ；（4）（5）一次側(cè)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程為由右圖空載時(shí)等效電路可知二、等效電路和特性，所以 不是常數(shù)，隨磁路飽和程度增大而減小。勵(lì)磁電阻、勵(lì)磁電抗、勵(lì)磁阻抗。由于磁路有飽由于 ，所以有時(shí)忽略漏阻抗，空載等效電路只是一個(gè) 元件的電路。在 一定的情況下， 大小取決于 的大小。從運(yùn)行角度講，希望 越小越好，所以變壓器常采用高導(dǎo)磁材料，增大 ，減小 ，提高運(yùn)行效率和功率因數(shù)。 一次側(cè)主電動(dòng)勢(shì)與漏阻抗壓降總是與外施電壓平衡,假設(shè)忽略漏阻抗壓降，那么一次主電勢(shì)的大小由外施電壓決定. 主磁通大小由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝數(shù)決定，與磁路所用的材質(zhì)及幾何尺寸根本無關(guān)。 空載電流大小與主磁通、線圈匝

8、數(shù)及磁路的磁阻有關(guān)，鐵心所用材料的導(dǎo)磁性能越好，空載電流越小。 電抗是交變磁通所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)與產(chǎn)生該磁通的電流的比值，線性磁路中，電抗為常數(shù)，非線性電路中，電抗的大小隨磁路的飽和而減小。綜上所述 3.3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器一次側(cè)接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次接上負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，稱為負(fù)載運(yùn)行。負(fù)載運(yùn)行示意圖原邊的電勢(shì)平衡副邊的電勢(shì)平衡忽略了漏阻抗壓降， 主磁通 不變。從空載到負(fù)載，初級(jí)繞組電流 增加一個(gè)分量 以平衡次級(jí)繞組的作用，又原邊繞組從電網(wǎng)吸收的功率傳遞給副邊繞組。 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，吸收的功率也增大或減小。3.3.1 負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理情

9、況3.3.2 負(fù)載運(yùn)行時(shí)的根本方程式一、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式空載時(shí),由一次磁動(dòng)勢(shì) 產(chǎn)生主磁通 ,負(fù)載時(shí),產(chǎn)生 的磁動(dòng)勢(shì)為一、二次的合成磁動(dòng)勢(shì) 。由于 的大小取決于 ，只要 保持不變，由空載到負(fù)載， 基本不變，因此有磁動(dòng)勢(shì)平衡方程：用電流形式表示表明:變壓器的負(fù)載電流分成兩個(gè)分量,一個(gè)是勵(lì)磁電流 ,用來產(chǎn)生主磁通,另一個(gè)是負(fù)載分量 ,用來抵消二次磁動(dòng)勢(shì)的作用。電磁關(guān)系將一、二次聯(lián)系起來,二次電流增加或減少必然引起一次電流的增加或減少.二、電動(dòng)勢(shì)平衡方程根據(jù)基爾霍夫電壓定律可寫出一二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程在一次繞組內(nèi)在二次繞組內(nèi) 可得出變壓器負(fù)載運(yùn)行的根本方程式綜上所述 3.4 變壓器的等效電路及相量圖3

10、.4.1 繞組折算折 算：將變壓器的二次或一次繞組用另一個(gè)繞組來等效，同時(shí)對(duì)該繞組的電磁量作相應(yīng)的變換，以保持兩側(cè)的電磁關(guān)系不變。目 的：用一個(gè)等效的電路代替實(shí)際的變壓器。折算原那么：保持二次側(cè)磁動(dòng)勢(shì)不變； 保持二次側(cè)各功率或損耗不變。方 法：將二次側(cè)折算到一次側(cè))折算后 變壓器的負(fù)載運(yùn)行根本方程式為T型等效電路3.4.2 等效電路根據(jù)折算后的方程，可以作出變壓器的等效電路。近似等效電路簡(jiǎn)化等效電路：其中分別為短路電阻、短路電抗和短路阻抗。 由簡(jiǎn)化等效電路可知，短路阻抗起限制短路電流的作用，由于短路阻抗值很小，所以變壓器的短路電流值較大，一般可達(dá)額定電流的1020倍。 作相量圖的步 驟-對(duì)應(yīng)T

11、型等 效電路,假定變壓 器帶感性負(fù)載3.4.3 相量圖作相量圖的步驟假定變壓器帶感性負(fù)載-對(duì)應(yīng)簡(jiǎn)化等效電路由等效電路可知 已知 、 、 、 和 便可畫出簡(jiǎn)化相量圖 3.5 變壓器參數(shù)的測(cè)定和標(biāo)么值3.5.1 空載實(shí)驗(yàn)一、目的：通過測(cè)量空載電流和一、二次電壓及空載功率來計(jì)算變比、空載電流百分?jǐn)?shù)、鐵損和勵(lì)磁阻抗。二、接線圖三、要求及分析1低壓側(cè)加電壓，高壓側(cè)開路；VWAV5空載電流和空載功率必須是額定電壓時(shí)的值，并以此求取勵(lì)磁參數(shù)；6假設(shè)要得到高壓側(cè)參數(shù)，須折算；7對(duì)三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值；4求出參數(shù)一、目的：通過測(cè)量短路電流、短路電壓及短路功率來計(jì)算變壓器的短路電壓百分?jǐn)?shù)

12、、銅損和短路阻抗。二、接線圖三、要求及分析1高壓側(cè)加電壓，低壓側(cè)短路；3同時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)室的室溫；4）由于外加電壓很小，主磁通很少，鐵損耗很少，忽略鐵損，認(rèn)為 。3.5.2 短路實(shí)驗(yàn)WAV5）參數(shù)計(jì)算:6溫度折算：電阻應(yīng)換算到基準(zhǔn)工作溫度時(shí)的數(shù)值。8對(duì)三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值；7假設(shè)要得到低壓側(cè)參數(shù)，須折算；四、短路電壓：短路時(shí)，當(dāng)短路電流為額定值時(shí)一次所加的電壓，稱為短路電壓短路電壓也稱為阻抗電壓。短路電壓常用百分值表示短路電壓的大小直接反映短路阻抗的大小,而短路阻抗又直接影響變壓器的運(yùn)行性能。 從正常運(yùn)行角度看,希望它小些,這樣可使副邊電壓隨負(fù)載波動(dòng)小些;從限制短路電流角

13、度,希望它大些,相應(yīng)的短路電流就小些.3.5.3 標(biāo)么值 標(biāo)么值,就是指某一物理量的實(shí)際值與選定的同一單位的基準(zhǔn)值的比值,即一、定義通常以各物理量的額定值作為基準(zhǔn)值二 、基準(zhǔn)值確實(shí)定當(dāng)以額定值為基值時(shí)，一、二次電壓、電流的標(biāo)么值為一、二次繞組阻抗的標(biāo)么值為 不管變壓器的容量大小和電壓上下，用標(biāo)么值表示時(shí)，所有電力變壓器的性能數(shù)據(jù)變化范圍很小，這就便于對(duì)不同容量的變壓器進(jìn)行分析和比較。 用標(biāo)么值表示時(shí)，無論從高壓側(cè)或低壓看進(jìn)去的阻抗標(biāo)么值都是相等的，故不必進(jìn)行折算，使運(yùn)算大為簡(jiǎn)便。以上各式中，電壓、電流及阻抗均為一相的數(shù)值。三、標(biāo)么值的優(yōu)點(diǎn)由上式可見，短路阻抗的標(biāo)么值 就是短路電壓的標(biāo)么值 ，短

14、路電阻的標(biāo)么值 就是短路電壓有功分量的標(biāo)么值 ，短路電抗的標(biāo)么值 就是短路電壓無功分量的標(biāo)么值 。3.6 變壓器的運(yùn)行特性3.6.1變壓器的電壓調(diào)整率和外特性 由于變壓器內(nèi)部存在電阻和漏電抗，因此負(fù)載運(yùn)行時(shí)，當(dāng)負(fù)載電流流過二次側(cè)時(shí)，變壓器內(nèi)部將產(chǎn)生阻抗壓降，使二次側(cè)端電壓隨負(fù)載電流的變化而變化，這種變化關(guān)系可用變壓器的外特性來描述。 變壓器的外特性：指一次側(cè)的電源電壓和二次側(cè)負(fù)載的功率因數(shù)均為常數(shù)時(shí)，二次側(cè)端電壓隨負(fù)載電流變化的規(guī)律，即 U2 = f ( I2 ) 。 變壓器帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)，二次側(cè)端電壓的變化程度通常用電壓調(diào)整率來表示。 電壓調(diào)整率：指當(dāng)一次側(cè)接在額定頻率額定電壓的電網(wǎng)上，負(fù)載功

15、率因數(shù)為常值時(shí)，空載與負(fù)載時(shí)二次側(cè)端電壓變化的相對(duì)值，用U*表示，即或假設(shè)需要精細(xì)計(jì)算，那么電壓的調(diào)整率為： 一般情況下，在 （感性）時(shí)，額定負(fù)載的電壓調(diào)整率約為（4-5.5）%左右。 當(dāng) 二次側(cè)端電壓隨負(fù)載電流變化的規(guī)律U2=f(I2)，稱為變壓器的外特性，如圖所示。變壓器在純電阻和感性負(fù)載時(shí)，外特性是下降的而容性負(fù)載時(shí)，外特性可能上翹。電壓調(diào)整率與變壓器的參數(shù)、負(fù)載的性質(zhì)和大小有關(guān)，可由簡(jiǎn)化相量圖求出，以下圖重繪了變壓器感性負(fù)載時(shí)簡(jiǎn)化相量圖。3.6.2變壓器的損耗與效率 變壓器在能量傳遞過程中會(huì)產(chǎn)生損耗。變壓器的損耗分為銅損耗和鐵損耗兩大類，每一類損耗中又包括根本損耗和附加損耗兩種。 根本

16、銅耗是電流在繞組中產(chǎn)生的直流電阻損耗。 附加損耗包括因集膚效應(yīng)、導(dǎo)體中電流分布不均勻而使電阻變大所增加的銅耗以及漏磁通在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。 根本鐵耗是變壓器鐵心中的磁滯和渦流損耗。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)。 附加鐵損耗包括鐵心疊片間由于絕緣損傷而引起的局部渦流損 耗以及主磁通在結(jié)構(gòu)部件中所引起的渦流損耗等。附加鐵損耗難以準(zhǔn)確計(jì)算，一般取根本損耗的15-20%。 變壓器效率是指變壓器的輸出功率P2與輸入功率P1之比，用百分?jǐn)?shù)表示，即 由于變壓器效率很高，用直接負(fù)載法測(cè)量輸出功率P2和輸入功率P1來確定效率，很難得到準(zhǔn)確的結(jié)果，工程上常用間接法計(jì)算效率，即

17、通過空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)，求出變壓器的鐵心損耗PFe和銅耗Pcu，然后按下式計(jì)算效率式中：P=PFe+Pcu 在用上式計(jì)算效率時(shí)，采取以下幾個(gè)假定： 以額定電壓下的空載損耗P0作為鐵心損耗PFe，并認(rèn)為鐵心損耗不隨負(fù)載而變化，即PFe=P0=常值。 由于變壓器的電壓調(diào)整率很小，負(fù)載時(shí)U2的變化可不予考慮（即認(rèn)為U2UN2）于是輸出功率 以額定電流時(shí)的短路損耗PkN作為額定電流時(shí)的銅耗PcuN，且認(rèn)為銅耗與負(fù)載電流的平方成正比，即于是上式可寫成 由上式算出的效率稱為慣例效率。對(duì)已制成的變壓器，P0和PkN是一定的，所以效率與負(fù)載的大小及功率因數(shù)有關(guān)。 在 =常值下，效率隨負(fù)載電流變化的曲線 稱為效

18、率曲線，如圖所示。 將此式代入 式即可求出變壓器的最大效率。 從效率曲線上可以看出， 當(dāng)負(fù)載變化到某一數(shù)值時(shí)將出現(xiàn)最大效率max。與分析直流電機(jī)的最大效率一樣，當(dāng)變壓器的可變損耗等于不變損耗時(shí)，效率達(dá)最大值，即變壓器的效率曲線3.7 三相變壓器電力系統(tǒng)普遍采用三相供電制， 電力系統(tǒng)用的最多的是三相變壓器。當(dāng)三相變壓器的原邊和副邊繞組均以一定的接法現(xiàn)接， 帶上三相對(duì)稱負(fù)載， 原邊加上對(duì)稱的三相電壓時(shí) ，因?yàn)槿鄬?duì)稱電壓本身大小相等、相位互差1200，因此求得一相的電壓、電流， 其它兩相按對(duì)稱關(guān)系求出。 特殊問題： 三相繞組的聯(lián)接，即電路問題； 三相變壓器的磁路系統(tǒng)； 不同磁路下的感應(yīng)電勢(shì)的波形；

19、3.7.1 三相變壓器的磁路系統(tǒng)一、三相變壓器組二、心式磁路變壓器特點(diǎn)：三相磁路彼此無關(guān)聯(lián)。特點(diǎn)：三相磁路彼此有關(guān)聯(lián)。3.7.2 三相變壓器的電路系統(tǒng)聯(lián)結(jié)組一、繞組的首端和末端的標(biāo)志規(guī)定繞組名稱單相變壓器三相變壓器中性點(diǎn)首端末端首端末端高壓繞組U1U2U1、V2、W1U2、V2、W2N低壓繞組u1u2u1、v1、w1u2、v2、w2n中壓繞組U1mU2mU1m、V1m、W1mU2m、V2m、W2mNm二、繞組的聯(lián)結(jié)法三相變壓器中，不管一次繞組或二次繞組，我國(guó)主要采用星形和三角形兩種聯(lián)結(jié)。W2W1U1V1U2V2星形聯(lián)結(jié)U1V1W1U2V2W2三角形聯(lián)結(jié)把三相繞組的三個(gè)末端U2、V2、W2聯(lián)接在

20、一起，而把它們的首端U1、V1、W1引出，便是星形聯(lián)結(jié)Y接法用字母Y或y表示把一相繞組的末端和另一相繞組的首端連在一起，順次聯(lián)接成一閉合回路，然后從首端U1、V1、W1引出，如下圖，便是三角形聯(lián)結(jié)，用字母D或d表示。一、二次繞組的同極性端同標(biāo)志時(shí)，一、二次繞組的電動(dòng)勢(shì)同相位。一、二次繞組的同極性端異標(biāo)志時(shí)，一、二次繞組的電動(dòng)勢(shì)反相位。三、 單相變壓器一、二側(cè)電壓的相位同相位反相位四、三相變壓器的連接連接組號(hào)：反映三相變壓器連接方式及一、二次線電動(dòng)勢(shì)或線電壓的相位關(guān)系。三相變壓器的連接組號(hào)不僅與繞組的繞向和首末端標(biāo)志有關(guān)，而且還與三相繞組的連接方式有關(guān)。理論和實(shí)踐證明：無論采用怎樣的連接方式，一

21、、二次側(cè)線電動(dòng)勢(shì)（可電壓）的相位差總是300的整數(shù)倍。因此可以采用時(shí)鐘表示法 作為時(shí)鐘的分針，指向12點(diǎn)， 作為時(shí)鐘的時(shí)針，其指向的數(shù)字就是三相變壓器的組別號(hào)。組別號(hào)的數(shù)字乘以300，就是二次繞組的線電動(dòng)勢(shì)滯后于一次側(cè)電動(dòng)勢(shì)的相位角。連接組別可以用相量圖來判斷：1、Y，y連接將一、二次繞組的同名端標(biāo)記首端。這時(shí)一、二次側(cè)對(duì)應(yīng)的相電動(dòng)勢(shì)同相位，同時(shí)一、二次側(cè)的電動(dòng)勢(shì) 也同相位，如右圖b所示。這時(shí)如把 指向鐘面的12，則 也指向12，是為零點(diǎn)，故其組號(hào)為“0”用Y，y0表示。 Y，y0聯(lián)結(jié)時(shí)的接線圖相位圖Y，y6聯(lián)結(jié)時(shí)的接線圖相位圖如將上例中一、二次繞組的非同名端作為首端，如右圖所示，這時(shí)一、二次

22、側(cè)對(duì)應(yīng)相的相電動(dòng)勢(shì)反向，則線電動(dòng)勢(shì) 的相位相差180，如圖b所示，因而就得到了Y，y6聯(lián)結(jié)組。2、Y，d連接第一、二次繞組的同名端標(biāo)為首端。二次繞按u1v2v1w2w1u2u1的順序依次聯(lián)接成三角形聯(lián)結(jié)。這時(shí)一、二次側(cè)對(duì)應(yīng)相的相電動(dòng)勢(shì)也同相位線電動(dòng)勢(shì) 的相位差為330如圖b所示。當(dāng) 指向鐘面的12時(shí)，則 指向11，故其組號(hào)為11，用Y，d11表示。Y，d11聯(lián)結(jié)時(shí)的接線圖相位圖Y，d1聯(lián)結(jié)時(shí)的接線圖相位圖如下圖所示。這時(shí)一、二次繞組對(duì)應(yīng)相的相電動(dòng)勢(shì)也同相，但線電動(dòng)勢(shì) 的相位差為30，如圖b所示，故其組號(hào)為1，則得到了Y，d1聯(lián)結(jié)組。 不管是Y，y聯(lián)結(jié)組還是Y，d聯(lián)結(jié)組，如果一次繞組的三相標(biāo)記不

23、變，把二次繞組的三相標(biāo)記u、v、w順序改為w、u、v(相序不能變)，那么二次側(cè)的各線電動(dòng)勢(shì)相量將分別轉(zhuǎn)過120，相當(dāng)于轉(zhuǎn)過4個(gè)鐘點(diǎn)；假設(shè)改標(biāo)記為v、w、u，那么相當(dāng)于轉(zhuǎn)過8個(gè)鐘點(diǎn) 對(duì)Y,y聯(lián)結(jié)而言，可得0、4、8、6、10、2等六個(gè)偶數(shù)組號(hào)； 對(duì)Y,d聯(lián)結(jié)而言，可得11、3、7、5、9、1等六個(gè)奇數(shù)組號(hào)。變壓器聯(lián)結(jié)組的種類很多，為了制造和并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的方便，我國(guó)規(guī)定Y，yn0；Y，d11；YN，d11；YN，y0和Y，y0等五種作為三相雙繞組電力變壓器的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組。其中以前三種最為常用。 Y，Yn0聯(lián)結(jié)組的二次側(cè)可引出中性線，成為三相四線制，用作配電變電器時(shí)可兼供動(dòng)力和照明負(fù)載。 Y，d11聯(lián)結(jié)

24、組用于二次側(cè)電壓超過400V的線路中，這時(shí)二次側(cè)接成三角形，對(duì)運(yùn)行有利。 YN，d11聯(lián)結(jié)組主要用于高壓輸電線路中，使電力系統(tǒng)的高壓側(cè)有可能接地。3.7.3 三相變壓器的聯(lián)結(jié)法和磁路系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)勢(shì)波形的影響 單相變壓器，當(dāng)外加電壓u1是正弦波時(shí)，電動(dòng)勢(shì)e1及產(chǎn)生e1的主磁通 也應(yīng)是正弦波，但由于磁路飽和的關(guān)系，空載電流i0將是尖頂波，其中除基波外，還含有較強(qiáng)的3次諧波和其它高次諧波 對(duì)三相變壓器中，由于一、二次繞組的聯(lián)接方法不同，空載電流中不一定能含有3次諧波分量，這就將影響到主磁通和相電動(dòng)勢(shì)的波形，并且這種影響還與變壓器的磁路系統(tǒng)有關(guān)。一、Y，y聯(lián)結(jié)三相變壓器的電動(dòng)勢(shì)波形 電路理論中已分析過，

25、3次諧波電流因構(gòu)成零序?qū)ΨQ組，而不能存在于無中性線星形聯(lián)結(jié)的對(duì)稱三相電路中。因而當(dāng)一次繞組采用星形聯(lián)結(jié)且無中性線引出時(shí)，空載電流中不可能含有三次諧波分量，空載電流就呈正弦波形5次及其以上的高次諧波，由于其值不大，可不計(jì)。由于變壓器磁路的飽和特性，正弦波形的空載電流，鼓勵(lì)出呈平頂波的主磁通，如以下圖所示。平頂波主磁通中除基波磁通 外，還含有3次諧波磁通 。3次諧波磁通多大，影響如何，這取決于磁路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)分三相變壓器組和三相心式變壓器兩種情況來討論。正弦空載電流產(chǎn)生的主磁通波形 三相心式變壓器3不能在鐵心中流過，只能借助油和油箱壁等形成回路，如右圖，磁路磁阻很大， 3很小， 根本為正弦波，感

26、應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e 也根本為正弦波 。但通過油箱壁時(shí)將產(chǎn)生渦流損耗，造成局部過熱，降低變壓器的效率，因此，容量大于1600kVA時(shí)，不宜采用心式Y(jié)，y連接。 三相組式變壓器Y，y聯(lián)接三相變壓器的相電動(dòng)勢(shì)波形心式變壓器中3次諧波磁路的路徑 3可以在鐵心中存在，所以為平頂波，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e 為尖頂波，其中的三次諧波幅值可達(dá)基波幅值的45%60%，如右圖，使相電動(dòng)勢(shì)的最大值升高很多，可能擊穿繞組絕緣，因此，三相組式變壓器不采用Y，y連接。一、D,y或Y，d聯(lián)結(jié)三相變壓器的電動(dòng)勢(shì)波動(dòng) 當(dāng)三相變壓器采用D,y接法時(shí)，一次側(cè)空載電流以的三次諧波分量可以流通，于是主磁通和由它感應(yīng)的相電動(dòng)勢(shì)e1和e2都是正弦波。 當(dāng)

27、三相變壓器采用Y，d聯(lián)結(jié)時(shí)，如以下圖所示。 Y，d聯(lián)結(jié)三相變壓器一次側(cè)空載電流中不存在3次諧波分量，因此主磁通和一、二次側(cè)相電動(dòng)勢(shì)中都會(huì)有3次諧波分量。但因二次側(cè)是三角形聯(lián)結(jié)，三次諧波相電動(dòng)勢(shì) 也是零序?qū)ΨQ組，沿三角形聯(lián)結(jié)回路之和不等于零，于是在二次繞組中產(chǎn)生三次諧波電流 。由于二次繞組的電阻遠(yuǎn)小于繞組對(duì)3次諧波的電抗，所以 接近滯后 90， 建立的磁通 在相位上接近相反，其結(jié)果幾乎完全抵消了 的作用，如右圖所示。因此合成磁通及其感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)都接近正弦波形。Y，d聯(lián)接變壓器3次諧波電流的去磁作用 三相變壓器的相電動(dòng)勢(shì)波形與繞組接法及磁路系統(tǒng)有密切關(guān)系。 只要變壓器有一側(cè)是三角形聯(lián)結(jié)，就能保證主

28、磁通和電動(dòng)勢(shì)為正弦波形，這是因鐵心中的磁通取決于一、二次繞組中總磁動(dòng)勢(shì)，所以三角形聯(lián)結(jié)的繞組在一次側(cè)或在二次側(cè)，其作用是一樣的。因此一般三相變壓器常采用Y，d或D，y聯(lián)結(jié)。 在大容量高壓變壓器中，當(dāng)需要一、二次側(cè)都是星形聯(lián)結(jié)時(shí)，可另加一個(gè)接成三角形的小容量的第三繞組，兼供改善電動(dòng)勢(shì)波形之用。綜上所述3.7.4 變壓器的并聯(lián)運(yùn)行并聯(lián)運(yùn)行是指將幾臺(tái)變壓器的一、二次繞組分別接在一、二次側(cè)的公共母線上，共同向負(fù)載供電的運(yùn)行方式。并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)：提高供電的可靠性。并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，如果某臺(tái)變壓器發(fā)生故障，可以把它從電網(wǎng)切除檢修，而電網(wǎng)仍能繼續(xù)供電?？梢愿鶕?jù)負(fù)載的大小調(diào)整投入并聯(lián)運(yùn)行變壓器的臺(tái)數(shù)，以提高運(yùn)行效率

29、。可以減少總的備用容量，并可隨著用電量的增加分批增加新的變壓器。并聯(lián)的臺(tái)數(shù)過多也是不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)橐慌_(tái)大容量變壓器的造價(jià)要比總?cè)萘肯嗤膸着_(tái)小變壓器的造價(jià)低，占地面積也小?？蛰d時(shí)并聯(lián)的各變壓器之間沒有環(huán)流，以防止環(huán)流銅耗。負(fù)載時(shí)，各變壓器所承擔(dān)的負(fù)載電流應(yīng)按其容量的大小成正比例分配，防止其中某臺(tái)過載或欠載，使并聯(lián)組的容量得到充分利用。負(fù)載后，各變壓器所分擔(dān)的電流應(yīng)與總的負(fù)載電流同相位。 這樣在總的負(fù)載電流一定時(shí)，各變壓器所分擔(dān)的電流最小。 如果各變壓器的二次電流一定，那么共同承擔(dān)的負(fù)載電流為最大。 要到達(dá)上述理想并聯(lián)運(yùn)行的要求，需滿足以下諸條件：各臺(tái)變壓器的額定電壓應(yīng)相等，并且各臺(tái)變壓器的電壓比

30、 應(yīng)相等。各臺(tái)變壓器的聯(lián)結(jié)組別必須相同。各臺(tái)變壓器的短路阻抗或短路電壓的標(biāo)么值應(yīng)相等。 變壓器并聯(lián)運(yùn)行的理想情況： 兩臺(tái)變壓器的電壓比和短路阻抗標(biāo)么值均相等，但是聯(lián)結(jié)組別不同，并聯(lián)運(yùn)行時(shí)其后果更為嚴(yán)重。因?yàn)槁?lián)結(jié)組別不同，兩臺(tái)變壓器二次側(cè)線電壓的相位就不同，至少相差30，因此會(huì)產(chǎn)生很大的電壓差。 由于變壓器的短路阻抗很小，這樣大的電壓差將在兩臺(tái)變壓器的二次繞組中產(chǎn)生很大的環(huán)流，其數(shù)值會(huì)超過額定電流的很多倍，可能使變壓器的繞組燒毀，所以聯(lián)結(jié)組別不同的變壓器是絕對(duì)不允許并聯(lián)運(yùn)行的。滿足條件的必要性一、聯(lián)結(jié)組別不同時(shí)變壓器的并聯(lián)運(yùn)行 假設(shè)有兩臺(tái)電壓比相等，聯(lián)結(jié)組別也相同的變壓器并聯(lián)運(yùn)行?，F(xiàn)在來研究這個(gè)

31、并聯(lián)組在負(fù)載時(shí)，如何到達(dá)負(fù)載的合理分配。二、短路抗阻標(biāo)么值不等時(shí)變壓的并聯(lián)運(yùn)行 由于兩臺(tái)變壓器的一、二次側(cè)分別并聯(lián)在公共母線上，其電壓比、組別又相同，故可得所示的簡(jiǎn)化等效電路。由圖可知 此外兩臺(tái)變壓器內(nèi)部的阻抗壓降應(yīng)相等，即 從上式知，并聯(lián)運(yùn)行各臺(tái)變壓器所分擔(dān)的電流與其短路阻抗成反比，即短路阻抗大的分擔(dān)的是電流小，短路阻抗小的分擔(dān)電流大。 并聯(lián)運(yùn)行的簡(jiǎn)化等效電路 把式 表示為相對(duì)值可得即或上式說明：各變壓器負(fù)載電流的標(biāo)么值與其短路阻抗（或短路電壓）的標(biāo)么值成反比分配。合理的分配是，各臺(tái)變壓器應(yīng)根據(jù)其本身的能力（容量）來分擔(dān)負(fù)載，即 。這就要求各臺(tái)變壓器短路阻抗標(biāo)么值相等，即 。 由于并聯(lián)運(yùn)行的

32、變壓器容量不一定相等，故負(fù)載的分配是否合理，不能直接從電流的安培值來判斷，而應(yīng)從相對(duì)值（即負(fù)載電流與額定電流之比，也就是標(biāo)么值）的大小來判斷。由于 即 從上式可知，要使各臺(tái)變壓器所分擔(dān)的電流均為同相，那么各臺(tái)變壓器的短路阻抗的幅角均應(yīng)相等。根據(jù)實(shí)際計(jì)算得知，即使各變壓器的阻抗角相差10 30，影響也不大，故在實(shí)際計(jì)算中，一般都不考慮阻抗角的差異，故認(rèn)為總的負(fù)載電流是各變壓器二次電流的代數(shù)和。 實(shí)際并聯(lián)時(shí)，希望各變壓器的電流標(biāo)么值相差不超過10%，所以要求各變壓器的短路阻抗標(biāo)么值相差不大于10%。3.8 其它用途變壓器3.8.1 自耦變壓器一、自耦變壓器的聯(lián)接法和容量關(guān)系 普通雙繞組變壓器的一、

33、二次繞組之間互相絕緣，它們之間只有磁的耦合，沒有電的聯(lián)系。自耦變壓器的特點(diǎn)在于一、二次繞組之間不僅有磁的耦合，而且還有電的直接聯(lián)系。 保持一臺(tái)雙繞組單相變壓器兩個(gè)繞組的額定電壓和額定電流不變，把一、二次繞組串聯(lián)起來作為新的一次繞組，而二次繞組還同時(shí)作為二次側(cè)，它的兩個(gè)端點(diǎn)接到負(fù)載阻抗ZL上，便得到一臺(tái)降壓自耦變壓器。如以下圖：對(duì)于降壓自耦變壓器，由圖可見，一、二次電壓為 從原理上看，自耦變壓器屬于單繞組變壓器，當(dāng)作為降壓變壓器使用時(shí)，一次繞組的一部分兼作二次繞組用；當(dāng)作為升壓變壓器使用時(shí)，二次繞組的一部分兼作一次繞組用。把同時(shí)屬于一次側(cè)和二次側(cè)的一部分線匝稱作公共線圈，其余的部分串聯(lián)線圈。無論

34、用作降壓或升壓，其基本原理是相同的。降壓自耦變壓器接線圖原理圖自耦變壓器的電壓比： 式中， ，是雙繞組變壓器的電 壓比。一次電流為 對(duì)于接點(diǎn)u，利用基爾霍夫定律，可得自耦變壓器的二次電流為 在忽略勵(lì)磁電流的情況下，根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系得 即 將上式代入式 便得 上式表明，當(dāng)忽略勵(lì)磁電流時(shí)， 同相位，并 且 ，就有效值來說 。 于是，從式可求得自耦變壓器的額定容量為 上述可見：當(dāng)把額定容量為SN、電壓比為k的普通雙繞組變壓器改接成自耦變壓器后，自耦變壓器的額定容量增加到 ，而電壓比為（1+k）。這時(shí)自耦變壓器的額定容量SaN可以分成兩部分，第一部為 ，與這一部分容量對(duì)應(yīng)的功率是公共線圈和串聯(lián)線圈之

35、間通過電磁感應(yīng)關(guān)系傳遞給負(fù)載的，即通常所說的電磁功率。這一部分容量決定了變壓器的主要尺寸和材料消耗，是變壓器的設(shè)計(jì)依據(jù)，稱為自耦變壓器的計(jì)算容量。第二部分為 ，與此對(duì)應(yīng)的功率是一次電流IN1通過傳導(dǎo)關(guān)系直接傳遞給負(fù)載的，稱為傳導(dǎo)功率。傳導(dǎo)功率不影響變壓器的計(jì)算容量。 可得自耦變壓器計(jì)算容量SN與額定容量SaN的關(guān)系為 由上式可見，自耦變壓器的計(jì)算容量比額定容量小，當(dāng)ka越接近1時(shí)，計(jì)算容量越小，自耦變壓器的優(yōu)點(diǎn)就越顯著。因此自耦變壓器適用于變壓比ka不大的場(chǎng)合，一般ka2。二、自耦變壓器的特點(diǎn)繞組容量小于額定容量， 與額定容量相同的普通變壓器比， 消耗的材料少、體積小、造價(jià)低， 同時(shí)效率高。短

36、路電流較大。為了提高自耦變壓承受突然短路的能力，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)自耦變壓器的機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)，必要時(shí)可適當(dāng)增大短路阻抗以限制短路電流。由于自耦變壓器一、二次之間有電的直接聯(lián)系，當(dāng)高壓側(cè)過電壓時(shí)，會(huì)引起低壓側(cè)產(chǎn)生嚴(yán)重的過電壓。為防止這種危險(xiǎn)，一、二次側(cè)都需裝設(shè)避雷器。3.8.2 儀用互感器 互感器是一種測(cè)量用的設(shè)備，有電流互感器和電壓互感 器兩種，它們的作用原理與變壓器相同。 使用互感器目的： 為了工作人員的平安，使測(cè)量回路與高壓電網(wǎng)隔離 可以使用小量程的電流表測(cè)量大電流，用低量程的電 壓表測(cè)量高電壓。 互感器除了用于測(cè)量電流和電壓外，還用于各種繼電保 護(hù)裝置的測(cè)量系統(tǒng)，因此它的應(yīng)用很廣泛。一、電流互感器 由于電流互感器要求誤差較小，所以勵(lì)磁電流越小越好，因此鐵心磁通密度較低，一般在0.0