單相變壓器的空載運(yùn)行

1、第第2章變壓器章變壓器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)2.2 2.2 單相變壓器的空載運(yùn)行單相變壓器的空載運(yùn)行 2.3 2.3 單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行2.4 2.4 變壓器的參數(shù)測定變壓器的參數(shù)測定2.5 2.5 變壓器的運(yùn)行特性變壓器的運(yùn)行特性2.6 2.6 三相變壓器及連接標(biāo)號(hào)三相變壓器及連接標(biāo)號(hào)2.7 2.7 變壓器的并聯(lián)特性變壓器的并聯(lián)特性2.1 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)2.1.1 基本工作原理和分類一、基本工作原理 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

2、繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應(yīng)電動(dòng)勢。1u1e2e2u1i2i1U2U1u2uLZdtdNedtdNe2211 只要一、二次繞組的匝數(shù)不同，就能達(dá)到改變壓的目的。2.1 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)變壓器結(jié)構(gòu)鐵芯鐵芯原邊原邊繞組繞組副邊副邊繞組繞組2.1 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)2.1.1 基本工作原理和分類二、分類 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、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。 按鐵心結(jié)構(gòu)分：心式變壓器和殼式變壓器。 按調(diào)壓方式分：無勵(lì)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

3、：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器。 2.1 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)a.心式變壓器心式變壓器b.殼式變壓器殼式變壓器三相變壓器三相變壓器2.1 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)1-訊號(hào)式溫度計(jì) 2-吸濕器 3-儲(chǔ)油柜 4-油表 5-安全氣道 6-氣體繼電器 7-高壓套管 8-低壓套管 9-分接開關(guān) 10-油箱 11-鐵心 12-線圈及絕緣 13-放油閥門2.1 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)2.1.2 基本結(jié)構(gòu)一、鐵心 鐵心是變壓器中導(dǎo)磁的主磁路，也是套裝繞組的機(jī)械骨架。鐵心采用磁導(dǎo)率高，磁滯和渦流損耗小的軟磁材料制成。目前變壓器鐵心大都由厚度為0.23mm0.35mm的冷軋硅鋼片疊壓而成，以

4、減小損耗。 鐵心由鐵心柱和鐵軛兩部分組成。其中，套裝繞組的部分稱為鐵心柱，連接鐵心柱，以構(gòu)成閉合磁路的部分為磁軛或鐵軛。2.1 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)2.1.2 基本結(jié)構(gòu)二、繞組 變壓器的電路，一般用絕緣銅線或鋁線繞制而成。 三、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）。 四、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、安全氣道、凈油器和氣體繼電器。2.1 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)2.1.3 型號(hào)與額定值一、型號(hào) 型號(hào)表示一臺(tái)變壓器的結(jié)構(gòu)、額定容量、電壓等

5、級(jí)、冷卻方式等內(nèi)容，表示方法為 如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷三繞組銅線有載調(diào)壓，額定容量250000kVA，高壓額定電壓220kV電力變壓器。2.1 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)2.1.3 型號(hào)與額定值二、額定值)kVA(SN額定容量 指銘牌規(guī)定的額定使用條件下所能輸出的視在功率。)A(IINN21和額定電流指在額定容量下，允許長期通過的額定電流。在三相變壓器中指的是線電流)kV(UUNN21和額定電壓指長期運(yùn)行時(shí)所能承受的工作電壓.U,U1N21N電壓對(duì)三相變壓器指的是線二次的開路電壓是指一次側(cè)加電壓是指加在一次側(cè)的額定NU三者關(guān)系：NNNNNNNNNNIUI

6、US:IUIUS:2211221133三相單相此外，額定值還有額定頻率、效率、溫升等。2.2 單相變壓器的空載運(yùn)行2.2.1 電磁關(guān)系一、空載運(yùn)行時(shí)的物理情況1U1E1E20U0I)(2I11U2U1u2u02E1U0I100NIF1E011E2E10RI2.2.1 電磁關(guān)系 一、空載運(yùn)行時(shí)的物理情況主磁通與漏磁通的區(qū)別1）性質(zhì)上： 與 成非線性關(guān)系； 與 成線性關(guān)系；2）數(shù)量上： 占99%以上， 僅占1%以下；3）作用上： 起傳遞能量的作用， 起漏抗壓降作用。0000I0I111二、各電磁量參考方向的規(guī)定一次側(cè)遵循電動(dòng)機(jī)慣例，二次側(cè)遵循發(fā)電機(jī)慣例。 強(qiáng)調(diào)強(qiáng)調(diào)：磁通與產(chǎn)生它的電流之間符合右手螺

7、旋定則；電動(dòng)勢與感應(yīng)它的磁通之間符合右手螺旋定則。2.2 單相變壓器的空載運(yùn)行2.2單相變壓器的空載運(yùn)行2.2.1 電磁關(guān)系三、感應(yīng)電動(dòng)勢分析1、主磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢主電動(dòng)勢tmsin0 設(shè))90sin()90sin(20101011tEtfNdtdNemm 則mfNE2144.4有效值mfNjE1144.4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)勢的大小與電源頻率、繞組匝數(shù)及主磁通的最大值成正比。090同理，二次主電動(dòng)勢也有同樣的結(jié)論。2.2單相變壓器的空載運(yùn)行2.2.1 電磁關(guān)系三、感應(yīng)電動(dòng)勢分析2、漏磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢漏電動(dòng)勢

8、漏電動(dòng)勢也可以用漏抗壓降來表示，即根據(jù)主電動(dòng)勢的分析方法，同樣有mfNjE11144.411144.4fNE10011XI jILjE由于漏磁通主要經(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.1X2.2單相變壓器的空載運(yùn)行2.2.2 空載電流和空載損耗 一、空載電流1、作用與組成2、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，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 。0IrI0aI0 大?。号c

9、電源電壓和頻率、線圈匝數(shù)、磁路材質(zhì)及幾何尺寸有關(guān)，用空載電流百分?jǐn)?shù)I0%來表示：%100%00NIII2.2 單相變壓器的空載運(yùn)行2.2.2 空載電流和空載損耗一、空載電流3、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。0i0t0i3211230i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、計(jì)算和測量的方便，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。2.2 單相變壓器的空載運(yùn)行2.2.2 空載電流和空載損耗 二、空載損耗變壓器空載時(shí)，一次側(cè)從電源吸收少量的有功功率 ，用來供給鐵損

10、和繞組銅損 。由于 和 均很小，所以 ，即空載損耗近似等于鐵損。0PFePP 00I1RFeP120RI 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3 . 12fBPmFe 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。2.2 單相變壓器的空載運(yùn)行2.2.3 空載時(shí)的電動(dòng)勢方程、等效電路和相量圖一、電動(dòng)勢平衡方程和變比1、電動(dòng)勢平衡平衡方程（1）一次側(cè)電動(dòng)勢平衡方程0111010110111IZEXI jRIERIEEU忽略很小的漏阻抗壓降

11、，并寫成有效值形式，有mfNEU11144. 41111444444fN.UfN.Em 則可見，影響主磁通 大小的因素有電源電壓 、電源頻率 和一次側(cè)線圈匝數(shù) 。m1U1f1N2.2 單相變壓器的空載運(yùn)行2.2.3 空載時(shí)的電動(dòng)勢方程、等效電路和相量圖一、電動(dòng)勢平衡方程和變比1、電動(dòng)勢平衡平衡方程（2）二次側(cè)電動(dòng)勢平衡方程220EU2、變比定義NNUUUUNNEEk212012121對(duì)三相變壓器，變比為一、二次側(cè)的相電動(dòng)勢之比，近似為額定相電壓之比，具體為Y，d接線NNUUk213NNUUk213D，y接線2.2 單相變壓器的空載運(yùn)行2.2.3 空載時(shí)的電動(dòng)勢方程、等效電路和相量圖二、空載時(shí)的

12、等效電路和相量圖1、等效電路101XI jE基于 表示法， 感應(yīng)的 也用電抗壓降表示，由于 在鐵心中引起 ，所以還要引入一個(gè)電阻 ，用 等效 ，即1EFepmRmRI20FepmmmZIjXRIE001)(一次側(cè)的電動(dòng)勢平衡方程為01101011)()(IjXRIjXRZIEUmm空載時(shí)等效電路為mRmX1X1R2.2 單相變壓器的空載運(yùn)行2.2.3 空載時(shí)的電動(dòng)勢方程、等效電路和相量圖二、空載時(shí)的等效電路和相量圖1、等效電路mmmZXR,勵(lì)磁電阻、勵(lì)磁電抗、勵(lì)磁阻抗。由于磁路具有飽和特性，所以 不是常數(shù)，隨磁路飽和程度增大而減小。mmmjXRZ11,XXRRmm由于 ，所以有時(shí)忽略漏阻抗，空

13、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)。 mZmZ0I0ImZ1U0I2.2 單相變壓器的空載運(yùn)行 2.2.3 空載時(shí)的電動(dòng)勢方程、等效電路和相量圖二、空載時(shí)的等效電路和相量圖2、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 為參考相量mm（2） 與 同相， 滯后 ，marIII000090aI0rI0aI0rI00I1E（3） 滯后 ， ；090m21,EE1E1E2E1001,XI jIR（4）10XI j01IR1U（5）1U2.2 單相變

14、壓器的空載運(yùn)行小結(jié) （1）一次側(cè)主電動(dòng)勢與漏阻抗壓降總是與外施電壓平衡,若忽略漏阻抗壓降，則一次主電勢的大小由外施電壓決定. （2）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)及幾何尺寸基本無關(guān)。 （3）空載電流大小與主磁通、線圈匝數(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。 （4）電抗是交變磁通所感應(yīng)的電動(dòng)勢與產(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。2.3 單相變壓器的負(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。2.3.1 負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系1U1I

15、2I2U111INF222INF010INF01E1E11E22E11IR22IR2.3 單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行2.3.2 基本方程一、磁動(dòng)勢平衡方程空載時(shí),由一次磁動(dòng)勢 產(chǎn)生主磁通 ,負(fù)載時(shí),產(chǎn)生 的磁動(dòng)勢為一、二次的合成磁動(dòng)勢 。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)勢平衡方程0021FF01U1U00F021FFF或012211INININ用電流形式表示LIIkIIINNII102021201)()(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)勢的作用。電磁關(guān)系將一、二次聯(lián)系起來,二次電流增加或

16、減少必然引起一次電流的增加或減少.0IkIIL/212.3 單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行2.3.2 基本方程一、磁動(dòng)勢平衡方程負(fù)載運(yùn)行時(shí),忽略空載電流有:1221211NNkIIkII或表明，一、二次電流比近似與匝數(shù)成反比?？梢姡褦?shù)不同，不僅能變電壓，同時(shí)也能變電流。二、電動(dòng)勢平衡方程根據(jù)基爾霍夫電壓定律可寫出一二次側(cè)電動(dòng)勢平衡方程111111111ZIEXI jRIEU222222222ZIEXI jRIEULZIU222.3 單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行2.3.3 等效電路及相量圖一、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

17、的：用一個(gè)等效的電路代替實(shí)際的變壓器。折算原則：1）保持二次側(cè)磁動(dòng)勢不變；2）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))22122kUUEkEEkII222222222222ZkZRkRXRkR2.3 單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行2.3.3 等效電路及相量圖一、折算折算后的方程式為111111111ZIEXI jRIEU222222222ZIEXI jRIEU021III12EE01IZEmLZIU222.3 單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行2.3.3 等效電路及相量圖二、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。T型等效電路：近似等效電路2.3 單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行2.3.3 等效電路及相量圖二、等效電路簡化等效電路：其中sssssjXRZXXXRRR2121分別為短路電阻、短路電抗和短路阻抗。 由簡化等效電路可知，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