電機及拖動基礎(chǔ)第一章課件

1、第一章 變壓器 變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備，它利用電磁感應(yīng)原理，根據(jù)需要可以將一種交流電壓和電流等級轉(zhuǎn)變成同頻率的另一種電壓和電流等級。它對電能的經(jīng)濟傳輸、靈活分配和安全使用具有重要的意義；同時，它在電氣測試、控制和特殊用電設(shè)備上也有廣泛的應(yīng)用。 本章主要敘述一般用途的電力變壓器的工作原理、分類、結(jié)構(gòu)和運行特性，對特殊用途的變壓器只作扼要的介紹。第一節(jié)變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)一、變壓器的基本工作原理 變壓器是利用電磁感應(yīng)原理工作的，主要由鐵心和套在鐵心上的兩個(或兩個以上)互相絕緣的繞組所組成，繞組之間有磁的耦合，但沒有電的聯(lián)系，如圖1-1所示。通常一個繞組接交流電源，稱為一次繞組；另一個繞

2、組接負載，稱為二次繞組。當在一次繞組兩端加上合適的交流電源時，在電源電壓u1的作用下，一次繞組中就有交流電流i0流過，產(chǎn)生一次繞組磁通勢，于是鐵心中激勵起交變的磁通，這個交變的磁通同時交鏈一、二次繞組，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，便在一、二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e1、e2。二次繞組在感應(yīng)電動勢e2的作用下，便可向負載供電，實現(xiàn)能量傳遞。 在以后的分析中可知一、二次繞組感應(yīng)電動勢之比等于一、二次繞組匝數(shù)之比，而一次側(cè)感應(yīng)電動勢e1的大小接近于一次側(cè)外加電源電壓u1，二次側(cè)感應(yīng)電動勢e2的大小則接近于二次側(cè)輸出電壓u2。因此只要改變一次或二次繞組的匝數(shù)，便可達到變換輸出電壓u2大小的目的。這就是變壓器利用電

3、磁感應(yīng)原理，將一種電壓等級的交流電源轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等級的交流電源的基本工作原理。二、變壓器的應(yīng)用和分類1.變壓器的應(yīng)用 變壓器除了能夠變換電壓外，在以后的分析中還可以知道，變壓器還能夠變換電流和阻抗，因此在電力系統(tǒng)和電子設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。 電力系統(tǒng)中使用的變壓器稱作電力變壓器，它是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備。由交流電功率P=3UIcos可知，如果輸電線路輸送的電功率P及功率因數(shù)cos一定，電壓U越高時，則輸電線路上的壓降損耗和功率損耗也就越??；同時還可以減小輸電線的截面積，節(jié)省材料，達到減小投資和降低運行費用的目的。由于發(fā)電廠的交流發(fā)電機受絕緣和工藝技術(shù)的限制，通常輸出電壓為10.5k

4、V或16kV，而一般高壓輸電線路的電壓為110kV、220kV、330kV或500kV，因此需用升壓變壓器將電壓升高后送入輸電線路。當電能輸送到用電區(qū)后，為了用電安全，又必須用降壓變壓器將輸電線路上的高電壓降為配電系統(tǒng)的配電電壓，然后再經(jīng)過降壓變壓器降壓后供電給用戶。電力系統(tǒng)的多次升壓和降壓，使得變壓器的應(yīng)用相當廣泛。 電機及拖動基礎(chǔ)第一章變壓器另外，變壓器的用途還很多，如測量系統(tǒng)中使用的儀用互感器，可將高電壓變換成低電壓或?qū)⒋箅娏髯儞Q成小電流，以隔離高壓和便于測量；用于實驗室的自耦調(diào)壓器，則可任意調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，以適應(yīng)負載對電壓的要求；在電子線路中，除了電源變壓器外，變壓器還用來耦合電路

5、、傳遞信號、實現(xiàn)阻抗匹配等。2.變壓器的分類 為了達到不同的使用目的并適應(yīng)不同的工作條件，變壓器可以從不同的方面進行分類。(1)按用途分類變壓器可以分為電力變壓器和特種變壓器兩大類。電力變壓器主要用于電力系統(tǒng)，又可分為升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器和廠用變壓器等。特種變壓器根據(jù)不同系統(tǒng)和部門的要求，提供各種特殊電源和用途，如電爐變壓器、整流變壓器、電焊變壓器、儀用互感器、試驗用高壓變壓器和調(diào)壓變壓器等。(2)按繞組構(gòu)成分類變壓器可分為雙繞組、三繞組、多繞組變壓器和自耦變壓器。(3)按鐵心結(jié)構(gòu)分類變壓器可分為殼式變壓器和心式變壓器。(4)按相數(shù)分類變壓器可分為單相、三相和多相變壓器。(5)按

6、冷卻方式分類變壓器可分為干式變壓器、油浸式變壓器(油浸自冷式、油浸風冷式和強迫油循環(huán)式等)、充氣式變壓器。盡管變壓器的種類繁多，但它們皆是利用電磁感應(yīng)的原理制成的。三、變壓器的基本結(jié)構(gòu) 變壓器的主要部分是鐵心和繞組(合稱為器身)。為了改善散熱條件，大、中容量的電力變壓器的鐵心和繞組浸在盛滿變壓器油的封閉油箱中，各繞組與外線路的連接由絕緣套管引出。為了安全、可靠地運行，變壓器還設(shè)有儲油柜、安全氣道和氣體繼電器等附件，如圖1-2所示。1.鐵心 鐵心是變壓器的主磁路，又作為繞組的支撐骨架。鐵心分鐵心柱和鐵軛兩部分，鐵心柱上裝有繞組，鐵軛是連接兩個鐵心柱的部分，其作用是使磁路閉合。為了提高鐵心的導磁性

7、能，減小磁滯損耗和渦流損耗，鐵心多采用厚度為0.35mm、表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝而成。 鐵心的基本結(jié)構(gòu)型式有心式和殼式兩種，如圖1-3所示。心式結(jié)構(gòu)的特點是繞組包圍鐵心，如圖1-3a所示，這種結(jié)構(gòu)比較簡單，繞組的裝配及絕緣也比較容易，適用于容量大而電壓高的變壓器，國產(chǎn)電力變壓器均采用心式結(jié)構(gòu)。 殼式結(jié)構(gòu)的特點是鐵心包圍繞組，如圖1-3b所示，這種結(jié)構(gòu)的機械強度較好，鐵心容易散熱，但外層繞組的銅線用量較多，制造工藝又復雜，一般多用于小型干式變壓器中。 大、中型變壓器的鐵心，一般先將硅鋼片裁成條形，然后采用交錯疊片的方式疊裝而成，如圖1-4所示。交錯疊片的目的是使各層磁路的接縫互相錯

8、開以免接縫處的間隙集中，從而減小磁路的磁阻和勵磁電流。 疊裝好的鐵心其鐵軛用槽鋼(或焊接夾件)及螺桿鎖緊。當鐵心的疊片上有沖孔以便采用螺桿鎖緊時，則穿心螺桿要加絕緣套管，以保證螺桿與疊片間的絕緣。 小型變壓器為了簡化工藝和減小接縫處間隙，常采用E形、F形沖片交錯疊裝而成，如圖1-5所示。2.繞組 繞組是變壓器的電路部分，常用絕緣銅線繞制而成。變壓器中，工作電壓高的繞組稱為高壓繞組，工作電壓低的繞組稱為低壓繞組。同心式繞組是將高、低壓繞組同心地套在鐵心柱上。為了便于繞組與鐵心之間的絕緣，通常將低壓繞組裝在里面，而把高壓繞組裝在外面，如圖1-6所示。在高、低壓繞組之間及繞組與鐵心之間都加有絕緣。同

9、心式繞組具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便的特點，國產(chǎn)變壓器多采用這種結(jié)構(gòu)。3.其他結(jié)構(gòu)附件(1)油箱油浸式變壓器的外殼就是油箱，它起著機械支撐、冷卻散熱和保護的作用。變壓器的器身放在裝有變壓器油的油箱內(nèi)。變壓器油既是絕緣介質(zhì)，又是冷卻介質(zhì)，它使鐵心和繞組不被潮濕所侵蝕，同時通過變壓器油的對流，將鐵心和繞組所產(chǎn)生的熱量傳遞給油箱和散熱管，再往空氣中散發(fā)熱量。(2)儲油柜儲油柜亦稱油枕，它是安裝在油箱上面的圓筒形容器，它通過連通管與油箱相連，柜內(nèi)油面高度隨油箱內(nèi)變壓器油的熱脹冷縮而變動，以保證器身始終浸在變壓器油中。(3)分接開關(guān)變壓器運行時，為了使輸出電壓控制在允許的變化范圍內(nèi)，通過分接開關(guān)改變一次繞組匝

10、數(shù)，從而達到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。通常輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍是額定電壓的5%。(4)絕緣套管變壓器的引出線從油箱內(nèi)穿過油箱蓋時，都要通過瓷質(zhì)絕緣套管，以使帶電的引出線與接地的油箱絕緣。四、變壓器的銘牌和額定值 為使變壓器安全、經(jīng)濟、合理地運行，每一臺變壓器上都安裝了一塊銘牌，上面標注了變壓器型號及各額定數(shù)據(jù)等。只有理解銘牌上各種數(shù)據(jù)的含義，才能正確、安全地使用變壓器。圖1-7所示為三相電力變壓器的銘牌。三相電力變壓器銘牌下面介紹銘牌上的主要內(nèi)容：1.變壓器的型號及冷卻方式 電力變壓器的型號包括變壓器結(jié)構(gòu)性能特點的基本代號、額定容量和高壓側(cè)額定電壓等級(kV)，其型號具體意義如下： 電力變壓器的冷卻方

11、式包括變壓器中與繞組接觸的內(nèi)部冷卻介質(zhì)、循環(huán)方式；變壓器外部冷卻介質(zhì)、循環(huán)方式，其冷卻方式具體意義如下： 與繞組接觸的內(nèi)部冷卻介質(zhì)(O為變壓器油，G為空氣，C為成型固體)內(nèi)部冷卻介質(zhì)的循環(huán)方式(N為變壓器油自然熱對流循環(huán)，F(xiàn)為強迫循環(huán))外部冷卻介質(zhì)(A為空氣，W為水)外部冷卻介質(zhì)的循環(huán)方式N為自然對流，F(xiàn)為強迫循環(huán)(風扇、泵等) 目前我國生產(chǎn)的電力變壓器，繞組均用銅線，鋁線變壓器SL已不生產(chǎn)；代表性能水平的代號都是9以上，數(shù)字越大代表空載損耗、負載損耗越小，是節(jié)能型變壓器，因此SJ系列、S7系列等已淘汰，S9系列已廣泛生產(chǎn)，S11、S13等油浸式三相變壓器系列也不斷上市。同時SC系列(三相環(huán)氧

12、樹脂澆注干式變壓器)也大量生產(chǎn)。2.變壓器的額定值(1)額定電壓U1N和U2N一次繞組的額定電壓U1N(kV)是根據(jù)變壓器的絕緣強度和允許發(fā)熱條件規(guī)定的一次繞組正常工作電壓值。二次繞組的額定電壓U2N指一次繞組加上額定電壓，分接開關(guān)位于額定分接頭時，二次繞組的空載電壓值。對三相變壓器，額定電壓指線電壓。(2)額定電流I1N和I2N額定電流I1N和I2N(A)是根據(jù)允許發(fā)熱條件而規(guī)定的繞組長期允許通過的最大電流值。對三相變壓器，額定電流指線電流。(3)額定容量SN額定容量SN(kVA)指額定工作條件下變壓器輸出能力(視在功率)的保證值。三相變壓器的額定容量是指三相容量之和。由于電力變壓器的效率很

13、高，忽略壓降損耗時有對三相變壓器對單相變壓器第二節(jié)單相變壓器的空載運行 變壓器的一次繞組接在額定電壓的交流電源上，而二次繞組開路，這種運行方式稱為變壓器的空載運行，如圖1-8所示。其中N1和N2分別為一、二次繞組的匝數(shù)。一、空載運行時的物理狀況 由于變壓器中電壓、電流、磁通及電動勢的大小和方向都隨時間作周期性變化，為了能正確表明各量之間的關(guān)系，要規(guī)定它們的正方向。一般采用電工慣例來規(guī)定其正方向(假定正方向)：1)同一條支路中，電壓u的正方向與電流i的正方向一致。2)電流i與其產(chǎn)生的磁通勢所建立的磁通的正方向符合右手螺旋法則。3)由磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e，其正方向與產(chǎn)生磁通的電流i正方向一致，

14、以上各瞬時量正方向的規(guī)定，同樣適用于圖1-8中各相量的正方向確定。 當一次繞組加上交流電源電壓U1時，一次繞組中就有電流產(chǎn)生，由于變壓器為空載運行，此時稱一次繞組中的電流為空載電流I0。由I0產(chǎn)生空載磁通勢F0=I0N1，并建立空載時的磁場。由于鐵心的磁導率比空氣(或油)的磁導率大得多，所以絕大部分磁通通過鐵心閉合，同時交鏈一、二次繞組，并產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E1和E2。如果二次繞組與負載接通，則在電動勢作用下向負載輸出電功率，所以這部分磁通起著傳遞能量的媒介作用，稱為主磁通；另有一小部分磁通(約為主磁通的0.25%)主要經(jīng)非磁性材料(空氣或變壓器油等)形成閉路，只與一次繞組交鏈，不參與能量傳遞，稱

15、為一次繞組的漏磁通1，它在一次繞組中產(chǎn)生漏磁電動勢E1。另外，I0將在一次繞組中產(chǎn)生繞組壓降I0r1，此過程可表示為二、感應(yīng)電動勢和漏磁電動勢1.感應(yīng)電動勢 在變壓器的一次繞組加上正弦電壓u1時，e1和e2也按正弦規(guī)律變化。假設(shè)主磁通=msint。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，一次繞組的感應(yīng)電動勢e1為由式(1-3)可知，當主磁通按正弦規(guī)律變化時，由它產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也按正弦規(guī)律變化，但在時間相位上滯后于主磁通90，且e1的有效值為e1和e2用相量表示為同理，二次繞組的感應(yīng)電動勢的有效值為式(1-4)表明，變壓器一、二次繞組感應(yīng)電動勢的大小與電源頻率f、繞組匝數(shù)N及鐵心中主磁通的最大值m成正比，而在相位上

16、比產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的主磁通滯后90。2.漏磁電動勢變壓器一次繞組的漏磁通1也將在一次繞組中感應(yīng)產(chǎn)生一個漏磁電動勢E1。根據(jù)前面的分析，同樣可得出 為簡化分析或計算，由電工基礎(chǔ)知識，引入?yún)?shù)L1或X1，L1和X1分別為一次繞組的漏電感和漏電抗，從而把式(1-5)漏磁電動勢的電磁表達形式轉(zhuǎn)換成我們習慣的電路表達形式 從物理意義上講，漏電抗反映了漏磁通對電路的電磁效應(yīng)。由于漏磁通的主要路徑是非鐵磁物質(zhì)，磁路不會飽和，是線性磁路。因此對已制成的變壓器，漏電感L1為一個常數(shù)，當頻率f一定時，漏電抗X1也是常數(shù)。三、空載運行時的等效電路和電動勢平衡方程式 除了前面引入的漏電抗參數(shù)X1，這里再引入?yún)?shù)Zm，就

17、可把圖1-8所示的單相變壓器空載運行時電與磁的相互關(guān)系用純電路的形式“等效”地表示出來，以簡化對變壓器的分析和計算。變壓器空載運行時的等效電路如圖1-9所示。 圖中阻抗Zm是感應(yīng)電動勢E1對應(yīng)的參數(shù)，而E1是主磁通感應(yīng)的，參數(shù)中除了電抗還要考慮鐵心損耗的影響，把E1的作用看成是空載電流I0流過Zm而產(chǎn)生的壓降，即式中r1一次繞組的電阻；Z1一次繞組的漏阻抗，Z1=r1+jX1。式中Zm變壓器的勵磁阻抗，Zm=rm+jXm；rm勵磁電阻，對應(yīng)鐵心損耗pFe的等效電阻；Xm勵磁電抗，反映主磁通的作用。由圖1-9可得一次側(cè)電動勢平衡方程式 可以看出，空載時的變壓器相當于兩個電抗線圈串聯(lián)：一個是阻抗為

18、Z1=r1+jX1的空心線圈；另一個是阻抗為Zm=rm+jXm的鐵心線圈。rm和Xm均隨電壓的大小和變壓器鐵心飽和程度不同而變化，但是一般變壓器實際運行時，電網(wǎng)的電壓和頻率基本恒定，可以認為是常數(shù)。 變壓器的空載電流I0主要分量是建立空載磁場的感性無功勵磁分量，它與主磁通m同相位；I0還有一個很小的用于平衡鐵心損耗、空載銅耗的有功分量，它超前主磁通m90。我們通常近似稱空載電流I0為勵磁電流。對于電力變壓器，空載電流I0一般為額定電流的2%5%，從S9系列開始，I0已小于額定電流的2%，且隨變壓器容量增大而下降。降。 電力變壓器的漏阻抗Z1是很小的，漏阻抗壓降I0Z1一般小于0.5%U1N，因

19、此式(1-8)可近似為對三相變壓器來說，電壓比是指相電壓的比值。由E1、E2有效值表達式和式(1-9)、式(1-10)可得變壓器的電壓比為空載運行時二次側(cè)電動勢平衡方程式為 由式(1-11)可知，若N2N1，則U2U1，為升壓變壓器；若N2N1，則U2U1，為降壓變壓器。通過改變一、二次繞組的匝數(shù)之比，即可達到改變二次繞組輸出電壓的目的。四、空載運行時的相量圖 為了直觀地表示變壓器中各物理量之間的大小和相位關(guān)系，在同一張圖上將各物理量用相量的形式來表示，稱之為變壓器的相量圖。根據(jù)式(1-8)作出的空載運行時的相量圖如圖1-10所示。作相量圖時，先以主磁通m作參考相量，畫在水平線上；依據(jù)E1和E

20、2滯后m90可畫出E1和E2；因鐵耗的存在，所以I0超前m一個鐵耗角Fe；最后根據(jù)式(1-8)，在-E1相量的末端作電阻壓降相量I0r1平行于I0，再在I0r1相量末端作漏抗壓降相量jI0X1超前于I090，其末端與原點相連，即為相量U1。作圖1-10的相量圖時，為了看得清楚起見，把I0r1和jI0X1有意識地放大了比例。 由圖1-10可知，U1與I0之間的相位角0接近90，因此變壓器空載時的功率因數(shù)很低，一般cos0=0.10.2。第三節(jié)單相變壓器的負載運行一、變壓器負載運行時的物理狀況 變壓器的一次繞組加上電源電壓U1，二次繞組接上負載阻抗ZL，稱為變壓器負載運行，如圖1-11所示。 變壓

21、器接上負載阻抗ZL時，在E2的作用下，二次繞組流過負載電流I2，并產(chǎn)生二次繞組磁通勢F2=I2N2，根據(jù)楞次定律，該磁通勢力圖削弱空載時的主磁通m，因而引起E1減小。由于電源電壓U1不變，所以E1的減小會導致一次電流的增加，即由空載電流I0變?yōu)樨撦d時電流I1，其增加的磁通勢以抵消I2N2對I0產(chǎn)生的空載主磁通的去磁影響，使負載時的主磁通基本回升至原來空載時的值，使得電磁關(guān)系達到新的平衡。因此負載時的主磁通由一、二次繞組的磁通勢共同建立。二、 負載運行時的基本方程式1.磁通勢平衡方程式 變壓器負載運行時，一次電流由空載時的I0變?yōu)樨撦d時的I1，由于Z1較小，因此一次繞組漏阻抗壓降I1Z1也僅為(

22、35)%U1N，若忽略不計，則有U1E1，故當電源電壓U1和頻率f不變時，產(chǎn)生E1的主磁通m也應(yīng)基本不變。即從空載到負載的穩(wěn)定狀態(tài)，主磁通基本不變，因而負載時建立主磁通m所需的合成磁通勢(F1+F2)與空載時所需的磁通勢F0也應(yīng)基本不變，則磁通勢平衡方程式為將式(1-12)兩邊除以N1并移項，便得 式(1-13)表明，負載時一次電流I1由兩個分量組成，一個是勵磁電流I0，用于建立主磁通m；另一個是供給負載的負載電流分量(I1L=-I2/k)，用以抵消二次繞組磁通勢的去磁作用，保持主磁通基本不變。 式(1-13)還表明變壓器負載運行時，通過磁通勢平衡關(guān)系，將一、二次繞組電流緊密地聯(lián)系在一起，I2

23、的增加或減小必然同時引起I1的增加或減小；相應(yīng)地，隨著二次繞組輸出功率的增加或減小，一次繞組輸入功率必然同時增加或減小，這就達到了變壓器通過電磁感應(yīng)、磁通勢平衡傳遞能量的目的。 由于變壓器空載電流I0很小，因此為了分析問題方便起見，常將I0忽略不計，則式(1-13)為即I1與I2相位上相差接近180，考慮數(shù)值關(guān)系時，有式(1-14)說明，一次和二次電流數(shù)值上近似地與它們的匝數(shù)成反比，因此高壓繞組匝數(shù)多，通過的電流小，而低壓繞組匝數(shù)少，通過的電流大。2. 電動勢平衡方程式根據(jù)前面的分析可知，負載電流I2通過二次繞組時也產(chǎn)生漏磁通2，相應(yīng)地產(chǎn)生漏磁電動勢E2。類似E1的計算，E2也可用漏抗壓降的形

24、式來表示，即 參照圖1-11所示的正方向規(guī)定，根據(jù)基爾霍夫第二定律，負載時的一次、二次繞組的電動勢平衡式為式中r2二次繞組的電阻；X2二次繞組的漏電抗；Z2二次繞組的漏阻抗，Z2=r2+jX2；ZL負載阻抗。綜上所述，可得到變壓器負載時的基本方程式三、 變壓器負載時的等效電路 變壓器的一、二次繞組之間是通過電磁耦合而聯(lián)系的，它們之間并無直接的電路聯(lián)系，因此利用基本方程式計算負載時變壓器的運行性能，就顯得十分繁瑣，尤其在電壓比k較大時更為突出。為了便于分析和簡化計算，引入與變壓器負載運行時等效的電路模型，即等效電路。采用折算法就能解決上述問題。1. 繞組折算 繞組折算就是將變壓器的一、二次繞組折

25、算成同樣匝數(shù)，通常是將二次繞組折算到一次繞組，即取N2=N1，則E2變?yōu)镋2，使E2=E1。折算僅是一種數(shù)學手段，它不改變折算前后的電磁關(guān)系，即折算前后的磁通勢平衡關(guān)系、功率傳遞及損耗等均應(yīng)保持不變。 對一次繞組而言，折算后的二次繞組與實際的二次繞組是等效的。由于折算前后二次繞組的匝數(shù)不同，因此折算后的二次繞組的各物理量數(shù)值與折算前的不同，其相位角仍未改變。為了區(qū)別折算量，常在原來符號的右上角加“”表示。(1)二次側(cè)電動勢和電壓的折算由于主磁通是不變的，電動勢與匝數(shù)成正比，則有(2)二次電流的折算根據(jù)折算前后二次繞組磁通勢不變的原則，有(3)二次阻抗的折算根據(jù)折算前后消耗在二次繞組電阻及漏電抗

26、上的有功、無功功率不變的原則，則有對負載阻抗ZL，其折算值為 由以上推導可得，將變壓器二次繞組折算到一次繞組時，電動勢和電壓的折算值等于實際值乘以電壓比k，電流的折算值等于實際值除以k，而電阻、漏電抗及阻抗的折算值等于實際值乘以k2。二次繞組經(jīng)過折算后，變壓器的基本方程式變?yōu)?可見折算后僅改變二次量的大小，而不改變其相位或幅角，否則將引起功率傳遞的變化。2. “T”形等效電路 經(jīng)過繞組折算，變壓器就可以用一個電路的形式(即等效電路)來表示原來的電磁耦合關(guān)系。 根據(jù)式(1-20)，我們可以分別畫出變壓器的部分等效電路，如圖1-12a所示，其中變壓器一、二次繞組之間磁的耦合作用，反映在由主磁通在繞

27、組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E1和E2上，經(jīng)過繞組折算后，E1=E2，構(gòu)成了相應(yīng)主磁場的勵磁部分的等效電路。根據(jù)E1=E2=-I0Zm和I1+I2=I0的關(guān)系式，可將圖1-12a的三個部分等效電路聯(lián)系在一起，得到一個由阻抗串并聯(lián)形成的“T”形等效電路，如圖1-12b所示。3.等效電路的簡化 “T”形等效電路雖然正確反映了變壓器內(nèi)部的電磁關(guān)系，但它屬于混聯(lián)電路，進行復數(shù)運算比較麻煩。 由于一般電力變壓器運行時，I0只為(25)%I1N，從工程計算的觀點來看，完全可以把I0略去不計，即去掉勵磁支路，而得到一個簡單的阻抗串聯(lián)的電路，如圖1-13所示，稱為變壓器的簡化等效電路。此時接在電源與負載之間的變壓器相

28、當于一個串聯(lián)阻抗Zk，Zk稱為變壓器的等效漏阻抗或短路阻抗，即式中rk短路電阻，rk=r1+r2；Xk短路電抗，Xk=X1+X2。變壓器負載運行時的電磁關(guān)系，除了用基本 方程式和等效電路表示外，還可以用相量圖直觀地表達出變壓器運行時各物理量之間的關(guān)系。讀者可根據(jù)基本方程式來畫。第四節(jié)變壓器參數(shù)的測定 通過上面的分析可知，可用基本方程式、等效電路或相量圖分析和計算變壓器的運行性能，但是我們必須先知道變壓器繞組的電阻、漏電抗及勵磁阻抗等參數(shù)。對于一臺已制成的變壓器，只有通過實驗的方法來求取各個參數(shù)，即可以通過空載試驗和短路試驗測量并計算變壓器的參數(shù)。一、空載試驗 變壓器的空載試驗是在變壓器空載運行

29、的情況下進行的，其目的是測定變壓器的電壓比k、空載電流I0、空載損耗p0和勵磁參數(shù)rm、Xm、Zm等。 空載試驗的電路如圖1-14所示?？蛰d試驗可在高壓側(cè)或低壓側(cè)進行，但考慮到試驗電壓要加到額定電壓，因此為了便于試驗和安全起見，通常在低壓側(cè)進行試驗，而高壓側(cè)開路。由于空載電流很小，故將電壓表及功率表的電壓線圈接在電流線圈和電流表的前面，以減小誤差；另外空載運行時功率因數(shù)很低，故應(yīng)使用低功率因數(shù)的功率表。 空載試驗時，調(diào)壓器加上工頻的正弦交流電源，調(diào)節(jié)調(diào)壓器的輸出電壓(即變壓器的低壓側(cè)外加電源電壓U2)，使其等于低壓側(cè)的額定電壓U2N，然后測量U1、I0及空載損耗(即空載輸入功率)p0。由于空載

30、試驗時所加電源電壓為額定值，感應(yīng)電動勢和主磁通也達到正常運行時的數(shù)值，所以此時的鐵心損耗pFe相當于正常運行時的數(shù)值。由于空載電流I0很小，因此繞組損耗I20r很小，I20rr1，XmX1，因此Z0Zm。這樣，根據(jù)測量結(jié)果，計算勵磁參數(shù)及電壓比:二、 短路試驗 變壓器的短路試驗是在二次繞組短路的條件下進行的，其目的是測定變壓器的短路損耗(銅損耗)pk、短路電壓Uk和短路參數(shù)rk、Xk、Zk等。 變壓器的短路試驗電路如圖1-15所示。由于短路試驗時電流較大(加到額定電流)，而外加電壓卻很低，一般為電力變壓器額定電壓的4%10%，因此為便于測量，一般在高壓側(cè)試驗，低壓側(cè)短路。另外，由于相對額定值而

31、言，試驗電壓較低，因此將電壓表及功率表的電壓線圈接于電流表及功率表的電流線圈后面，以減小誤差。 短路試驗時，用調(diào)壓器調(diào)節(jié)輸出電壓，從零開始緩慢地增大，使一次電流從零升到額定電流I1N為止，分別測量其短路電壓Uk、短路電流Ik和短路損耗(即短路時輸入的功率)pk，并記錄試驗時的室溫()。 由于短路試驗時外加電壓很低，主磁通很小，所以鐵耗和勵磁電流均可忽略不計，這時輸入的功率(短路損耗)pk可認為完全消耗在繞組的電阻上，即pkpCu。由簡化等效電路，根據(jù)測量結(jié)果，取Ik=I1N時的數(shù)據(jù)便可計算出室溫下的短路參數(shù)。 由于一般一、二次繞組的參數(shù)不易分開，通常求出以上數(shù)值即可。若一定要分開時，則對電阻可

32、用電橋測量一、二次電阻值r1及r2；但一般用近似式求取，電抗求取也同理： 在實際應(yīng)用中，應(yīng)把室溫下測得的電阻值按相關(guān)公式換算成基準工作溫度時的數(shù)值。我們常把額定短路電壓對一次側(cè)額定電壓比值的百分數(shù)簡稱為短路電壓，用uk表示。 一般中小型變壓器，uk=4%10.5%，大型變壓器的uk=12.5%17.5%。 短路電壓uk也稱阻抗電壓相對值，是變壓器的一個重要參數(shù)，標在變壓器的銘牌上，它的大小反映了變壓器在額定負載下運行時漏阻抗壓降的大小。從運行的角度上看，希望uk值小一些，使變壓器輸出電壓波動受負載變化的影響小些;但從限制變壓器短路電流的角度來看，則希望uk值大一些，這樣可以使變壓器在發(fā)生短路故

33、障時的短路電流小一些。如電爐用變壓器，由于短路的機會多，因此將它的uk值設(shè)計得比一般電力變壓器的uk值要大得多。 以上所分析的是單相變壓器的計算方法，對于三相變壓器而言，變壓器的參數(shù)是指一相的參數(shù)，因此只要采用相電壓、相電流、一相的功率(或損耗)，即每相的數(shù)值進行計算即可。第五節(jié) 變壓器的運行特性 對于負載來講，變壓器的二次側(cè)相當于一個電源。對于電源，我們所關(guān)心的運行性能是它的輸出電壓與負載電流之間的關(guān)系，即一般所說的外特性以及變壓器運行時的效率特性。一、變壓器的外特性和電壓變化率 由于變壓器內(nèi)部存在電阻和漏電抗，因此負載運行時，負載電流流過二次側(cè)，變壓器內(nèi)部將產(chǎn)生阻抗壓降，使二次側(cè)端電壓隨負

34、載電流的變化而有所變化，這種變化關(guān)系是用變壓器的外特性來描述的。 變壓器的外特性是指一次側(cè)的電源電壓和二次側(cè)負載的功率因數(shù)均為常數(shù)時，二次側(cè)端電壓隨負載電流變化的規(guī)律，即U2=f(I2)。變壓器負載運行時，二次側(cè)端電壓的變化程度通常用電壓變化率來表示。所謂電壓變化率是指：當一次側(cè)接在額定頻率和額定電壓的電網(wǎng)上，負載功率因數(shù)一定時，變壓器從空載到負載運行時，二次側(cè)端電壓的變化量U與額定電壓的百分比，用U%表示，即 用上述定義式求實際中的電壓變化率有諸多不便，如求額定負載時的電壓變化率；耗電量大、測量U2N和U2誤差引起的計算誤差更大。因此通過推導，可以得到電壓變化率的實用計算公式為式中變壓器的負

35、載系數(shù)，=I1/I1N=I2/I2N。 從式(1-26)可看出，變壓器的電壓變化率U%不僅決定于它的短路參數(shù)rk、Xk和負載系數(shù)，還與負載的功率因數(shù)cos2有關(guān)。 根據(jù)式(1-26)，可以畫出變壓器的外特性，如圖1-16所示。由于電力變壓器中，一般Xk比rk大得多，在純電阻負載，即cos2=1時，U%很小，說明負載變化時二次側(cè)端電壓U2下降得很??；對感性負載，電流滯后電壓，即 20時，cos2和sin2均為正值，U%也為正值，說明二次側(cè)端電壓U2隨負載電流I2的增大而下降，而且在相同負載電流I2下，感性負載時U2的下降比純電阻負載時U2的下降來得大；對容性負載，電流超前電壓，即 20時，cos

36、 20，而sin 20，則U%與電阻負載時比較將減小，若I1rkcos 2|I1Xksin 2|，則U%為負值，這表明負載時二次側(cè)端電壓比空載時高，即U2隨I2的增大而升高。 電壓變化率U%是變壓器主要性能指標之一，它表征了變壓器二次側(cè)供電電壓的穩(wěn)定性，一定程度上反映了電能的質(zhì)量。一般電力變壓器中，當cos 2接近1時，額定負載時的電壓變化率約為2%3%；而當cos 2=0.8(感性)時，額定負載時的電壓變化率約為4%7%，即電壓變化率大為增加了，因此，提高負載的功率因數(shù)也可起到減小電壓變化率的作用。二、變壓器的效率特性1. 變壓器的損耗 變壓器在能量傳遞的過程中會產(chǎn)生損耗，由于變壓器是靜止的

37、電器，因此變壓器的損耗僅有銅損耗pCu和鐵心損耗pFe兩類。其中銅耗pCu(pCu=I22rk=(I2/I2N)2I22Nrk=2pkN)是可變損耗；鐵耗pFe(pFe=p0)是不變損耗。變壓器的總損耗為2.變壓器的效率 變壓器的效率是指它的輸出功率P2與輸入功率P1的比值，用百分數(shù)表示，即 電力變壓器的效率很高，一般電力變壓器的額定效率N=0.950.99。若用直接負載法測取P1和P2來確定效率，很難得到準確結(jié)果，同時又浪費電能，因此工程上常用間接法，通過求取損耗的方法，由式(1-27)變壓器效率的實用計算公式計算取得效率。 對于給定的變壓器，p0和pkN是一定的，由式(1-27)不難看出，

38、當負載的功率因數(shù)cos2也一定時，效率只與負載系數(shù)有關(guān)。3. 效率特性 變壓器在負載的功率因數(shù)cos2=常值時，效率與負載系數(shù)之間的關(guān)系，即=f()曲線，稱為變壓器的效率特性，如圖1-17所示，它表明了變壓器效率與負載電流大小的關(guān)系。 從效率特性上可以看出:當負載較小時，效率隨負載的增大而快速上升；當負載達到一定值，負載的增大反而使效率下降，因此在某一負載下變壓器的效率將出現(xiàn)最大效率max。通過數(shù)學分析可知，當可變損耗與不變損耗相等時，效率達最大值，由此可得到產(chǎn)生變壓器最大效率時的負載系數(shù)m為將式(1-28)代入式(1-27)即可求得變壓器的最大效率max值。 由于電力變壓器常年接在電網(wǎng)上運行

39、，鐵耗總是存在，而銅耗隨負載的變化而變化，同時變壓器不可能一直在滿載下運行，因此，為了使總的經(jīng)濟效果良好，鐵耗應(yīng)相對小些，所以一般電力變壓器取p0/pkN=1/41/2，故最大效率max發(fā)生在m=0.50.7范圍內(nèi)。第六節(jié) 三相變壓器 現(xiàn)代電力系統(tǒng)均采用三相制供電，因而廣泛使用三相變壓器。三相變壓器可以由三臺同容量的單相變壓器組成，這種三相變壓器稱為三相變壓器組；還有一種是用鐵軛把三個鐵心柱連在一起的三相變壓器，稱為三相心式變壓器。從運行原理來看，三相變壓器在對稱負載運行時，各相的電壓和電流大小相等，相位上彼此相差120，因而可取一相進行分析。就其一相而言，這時三相變壓器的任意一相與單相變壓器

40、之間就沒有什么區(qū)別，因此前面所述的單相變壓器的分析方法及其結(jié)論完全適用于三相變壓器在對稱負載下的運行情況。 本節(jié)主要討論三相變壓器本身的特點，如三相變壓器的磁路系統(tǒng)、三相繞組的聯(lián)結(jié)方法、三相變壓器的聯(lián)結(jié)組以及三相變壓器的并聯(lián)運行等問題。一、三相變壓器的磁路系統(tǒng)1.三相變壓器組的磁路 三相變壓器組是由三個單相變壓器按一定方式連接起來組成的，如圖1-18所示。由于每相的主磁通各沿自己的磁路閉合，因此相互之間是獨立、彼此無關(guān)的。當一次繞組加上三相對稱電壓時，三相的主磁通必然對稱，三相的空載電流也是對稱的。2.三相心式變壓器的磁路 三相心式變壓器的鐵心是由三臺單相變壓器的鐵心合在一起演變而來的，如圖1

41、-19所示。這種鐵心結(jié)構(gòu)的磁路，特點是三相主磁通磁路相互聯(lián)系，彼此相關(guān)。如果將三臺單相變壓器的鐵心合并成圖1-19a的樣子，則當三相繞組外加三相對稱電壓時，產(chǎn)生的主磁通也是對稱的，此時中間鐵心柱內(nèi)的磁通為A+B+C=0，因此可將中間鐵心柱省去，如圖1-19b所示。為了使結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、減小體積和節(jié)省硅鋼片，將三相鐵心柱布置在同一平面內(nèi)，于是演變成圖1-19c所示的常用的三相心式變壓器的鐵心結(jié)構(gòu)。此種鐵心結(jié)構(gòu)的三相磁路長度不相等，中間B相最短，兩邊的A、C相較長，所以B相磁路的磁阻較其他兩相的要小一點；在外加三相電壓對稱時，三相磁通相等，但三相空載電流不相等，B相最小，A、C兩相大些。由于一

42、般電力變壓器的空載電流很小，它的不對稱對變壓器負載運行的影響很小，可以不予考慮，因而空載電流取三相的平均值。 比較上面兩種類型三相變壓器的磁路系統(tǒng)可以看出，三相心式變壓器具有節(jié)省材料、效率高、維護方便、占地面積小等優(yōu)點，但三相變壓器組中的每個單相變壓器具有制造及運輸方便、備用的變壓器容量較小等優(yōu)點，所以現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的是三相心式變壓器，只在特大容量、超高壓及制造和運輸有困難時，才采用三相變壓器組。二、三相變壓器的電路系統(tǒng)聯(lián)結(jié)組 為了方便變壓器繞組的聯(lián)結(jié)及標記，對繞組的首端和末端的標志規(guī)定如表1-1所示。1.三相變壓器繞組的聯(lián)結(jié)法和聯(lián)結(jié)組(1)聯(lián)結(jié)法在三相變壓器中，繞組主要采用星形和三角形兩種聯(lián)結(jié)

43、方法。如圖1-20所示，將三相繞組的末端連接在一起，而由三個首端引出，則為星形聯(lián)結(jié)，用字母Y或y表示，如果有中性點引出，則用YN或yn表示，如圖1-20a、b所示；將三相繞組的各相繞組首末端相連而成閉合回路，再由三個首端引出，則為三角形聯(lián)結(jié)，用字母D或d表示。根據(jù)各相繞組連接順序，三角形聯(lián)結(jié)可分為逆聯(lián)(按AXCZBYA連接)和順聯(lián)(按AXBYCZA連接)兩種接法，如圖1-20c、d所示。大寫字母Y或D表示高壓繞組的聯(lián)結(jié)，小寫字母y或d表示低壓繞組的聯(lián)結(jié)。(2)聯(lián)結(jié)組由于變壓器繞組可以采用不同的聯(lián)結(jié)，因此一次繞組和二次繞組對應(yīng)的電動勢或電壓之間將產(chǎn)生不同的相位移。為了簡單明了地表達繞組的聯(lián)結(jié)及對

44、應(yīng)的電動勢或電壓之間的相位關(guān)系，將變壓器一、二次繞組的聯(lián)結(jié)分成不同的組合稱為聯(lián)結(jié)組，聯(lián)結(jié)組標號采用“鐘時序數(shù)表示法”確定。用相量圖法確定時，高壓側(cè)相量圖的A點始終落在鐘面的“12”處，根據(jù)高低壓側(cè)繞組相電動勢或相電壓的相位關(guān)系作出低壓側(cè)相量圖，其相量圖的a點落在鐘面的某數(shù)值上，該數(shù)值就是變壓器的時鐘序數(shù)，即變壓器的聯(lián)結(jié)組標號；用簡明法確定時，高壓側(cè)相量圖在A點對稱軸位置指向外的相量作為時鐘的長針(即分鐘)，始終指向鐘面的“12”處，低壓側(cè)相量圖在a點對稱軸位置指向外的相量作為時鐘的短針(即時針)，它所指的鐘點數(shù)即為變壓器的鐘時序數(shù)(聯(lián)結(jié)組標號)。 標識變壓器聯(lián)結(jié)組時，變壓器高壓、低壓繞組聯(lián)結(jié)字

45、母標志按額定電壓遞減的次序標注，在低壓繞組聯(lián)結(jié)字母之后，緊接著標出其鐘時序數(shù)。如Yy0、Yd11等(具體判斷見本節(jié)3)。 按照電力變壓器的國家標準GB 1094.11996中的“鐘時序數(shù)表示法”確定的聯(lián)結(jié)組標號，與舊標準的“時鐘表示法”等確定的聯(lián)結(jié)組標號完全相同，只是前者更符合IEC的相關(guān)標準，更方便些。“時鐘表示法”確定聯(lián)結(jié)組標號的方法參閱附錄。 三相變壓器的聯(lián)結(jié)組，不僅僅是組成電路系統(tǒng)的電路問題，而且在變壓器的并聯(lián)運行和晶閘管變流技術(shù)中，都有重要的應(yīng)用。因此如何判斷聯(lián)結(jié)組，必須予以掌握。2.高低壓繞組相電動勢的相位關(guān)系(1)同名端變壓器的一、二次繞組在同一主磁通的作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。在

46、任何瞬間，兩個繞組中電動勢(或電壓)極性相同的兩個端子，稱作同名端，或同極性端，常用黑點“”或星號“”表示，如圖1-21所示。兩個繞組當從同名端通入電流時，其產(chǎn)生的磁通方向相同，由此可確定名端。圖1-21a中A與a為同名端，而X與x同樣也為同名端。在圖1-21b中A與a則為異名端。由此可見，同名端與繞組的繞向有關(guān)。(2)高低壓側(cè)繞組相電動勢的相位關(guān)系以單相變壓器為例，研究由同一主磁通所交鏈的兩個繞組相電動勢之間的相位關(guān)系。假定繞組相電動勢的正方向都是規(guī)定從繞組的首端指向末端。當高、低壓側(cè)繞組的同名端同時標為首端(或末端)時，如圖1-22a所示，高、低壓側(cè)繞組相電動勢EA與Ea同相位，此時如果將

47、高壓側(cè)繞組的相電動勢EA作為時鐘的長針，指向時鐘鐘面的“12”處，則低壓側(cè)繞組的相電動勢Ea作為時鐘的短針也將指向時鐘的“0”(“12”)點，此時EA與Ea同相位，二者之間的相位移為零，故該單相變壓器的聯(lián)結(jié)組為II0，其中II表示高、低壓繞組均為單相，即單相變壓器，“0”表示其聯(lián)結(jié)組的標號。 如果取高、低壓側(cè)繞組的異名端同時標為首端(或末端)，則高、低壓側(cè)繞組的相電動勢EA與Ea相位相反，如圖1-22b所示，故為II6聯(lián)結(jié)組。 從以上的分析可知，由同一主磁通所交鏈的兩個繞組，其相電動勢只有同相位和反相位兩種情況，聯(lián)結(jié)組標號取決于繞組的同名端和繞組的首末端標記。3.三相變壓器聯(lián)結(jié)組標號的確定 三

48、相變壓器的聯(lián)結(jié)組標號不僅與繞組的同名端及首末端的標記有關(guān)，還與三相繞組的聯(lián)結(jié)方法有關(guān)。 三相繞組的聯(lián)結(jié)圖按傳統(tǒng)的標志方法，高壓繞組位于上面，低壓繞組位于下面。 根據(jù)聯(lián)結(jié)圖用“鐘時序數(shù)表示法”的相量圖法判斷聯(lián)結(jié)組標號一般可分為四個步驟：第一步:標出聯(lián)結(jié)圖中高、低壓側(cè)繞組相電動勢的正方向。第二步:作出高壓側(cè)的電動勢相量圖，將相量圖的A點放在鐘面的“12”處，相量圖按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，相序為ABC(相量圖的三個頂點A、B、C按順時針方向排列)。第三步:作出低壓側(cè)的電動勢相量圖，以高、低壓側(cè)對應(yīng)繞組的相電動勢的相位關(guān)系(同相位或反相位)確定，相量圖按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，相序為abc(相量圖的三個頂點a、b、

49、c按順時針方向排列)。第四步:確定聯(lián)結(jié)組的標號。觀察低壓側(cè)的相量圖a點所處鐘面的某序數(shù)，即為該聯(lián)結(jié)組的標號。(1)Yy0聯(lián)結(jié)組在圖1-23a的三相變壓器聯(lián)結(jié)圖中，高、低壓側(cè)繞組都按星形聯(lián)結(jié)，且同名端同時作為首端。按判斷步驟，在圖1-23a中標出高、低壓側(cè)繞組相電動勢的正向；在圖1-23b中畫出高壓繞組的電動勢相量圖，將相量圖的A點放在鐘面的“12”處：根據(jù)低壓繞組的Ea與EA、Eb與EB、Ec與EC同相位，通過畫平行線作出低壓側(cè)的電動勢相量圖，由相量圖的a點處在鐘面的“0”(即“12”)，所以該聯(lián)結(jié)組的標號是“0”，即為Yy0聯(lián)結(jié)組。簡明的畫法如圖1-23c所示。(2)Yd11聯(lián)結(jié)組在圖1-2

50、4a中，高壓側(cè)繞組為星形聯(lián)結(jié)，低壓側(cè)繞組為三角形逆聯(lián)結(jié)，且同名端同時作為首端。圖1-24b中的高壓側(cè)相量圖與圖1-23b中的一樣，低壓側(cè)組的Ea與EA同相位，所以在低壓側(cè)的相量圖中，Ea與EA平行且方向一致，同時注意因是三角形逆聯(lián)結(jié)(a聯(lián)y)，即有Eca=-Ea，所以封閉三角形其余相量的對應(yīng)關(guān)系時要畫正確。在圖1-24b中可見，低壓側(cè)相量圖圖1-24Yd11聯(lián)結(jié)組a)聯(lián)結(jié)組b)相量圖c)簡明表示的a點處在鐘面的“11”，所以是Yd11聯(lián)結(jié)組。在圖1-24c的簡明畫法中，畫出對應(yīng)三角形a點處的對稱軸位置而指向外的相量，可見它指向“11”，得到與圖1-24b相同的結(jié)論。 記住以上兩種聯(lián)結(jié)組的標號、

51、繞組聯(lián)結(jié)和首末端標記，則可通過以下規(guī)律確定其他聯(lián)結(jié)組的標號或由聯(lián)結(jié)組的標號確定繞組聯(lián)結(jié)和首末端標記。在高壓側(cè)繞組的聯(lián)結(jié)和標記不變，而只改變低壓側(cè)繞組的聯(lián)結(jié)或標記的情況下，其規(guī)律歸納起來有以下四點：1)對調(diào)低壓側(cè)繞組首末端的標記，即由高、低壓側(cè)繞組的首端是同名端改為異名端，其聯(lián)結(jié)組的標號加6個鐘序數(shù)。Yy6聯(lián)結(jié)組的標號，可由Yy0聯(lián)結(jié)組的標號“0”加“6”推導而得。2)低壓側(cè)繞組的首末端標記順著相序移一相(abccab)，則聯(lián)結(jié)組標號加4個鐘序數(shù)。由于兩相間相位移為120，故當首末端標記順著相序移一相時，相當于電動勢相量分別轉(zhuǎn)過120，即4個鐘序數(shù)。Yd3聯(lián)結(jié)組的標號可由Yd11聯(lián)結(jié)組的標號“1

52、1”加“4”推導而得。同理低壓側(cè)首末端標記順著相序移兩相(abcbca)，則聯(lián)結(jié)組標號加8個鐘序數(shù)。3)低壓側(cè)繞組的三角形聯(lián)結(jié)由逆聯(lián)結(jié)改為順聯(lián)結(jié)，其聯(lián)結(jié)組的標號加2個鐘序數(shù)，反之則減2個鐘序數(shù)。如以1-25為例，Yd1聯(lián)結(jié)組(順聯(lián))的標號可由Yd11聯(lián)結(jié)組(逆聯(lián))的標號“11”加“2”推導而得。(若高壓側(cè)繞組的三角形聯(lián)結(jié)由逆聯(lián)接改為順聯(lián)結(jié)，其聯(lián)結(jié)組的標號減2個鐘序數(shù))。4)高、低壓側(cè)的繞組聯(lián)結(jié)相同(Yy和Dd)時，其聯(lián)結(jié)組的標號為偶數(shù)；高、低壓側(cè)的繞組聯(lián)結(jié)不相同(Yd和Dy)時，其聯(lián)結(jié)組的標號為奇數(shù)。變壓器聯(lián)結(jié)組的數(shù)目很多，為了方便制造和并聯(lián)運行，對于三相雙繞組電力變壓器，一般采用Yyn0、Y

53、d11、YNd11、YNy0、Yy0等五種標準聯(lián)結(jié)組，其中前三種最常用。對單相變壓器只采用II0聯(lián)結(jié)組。三、三相變壓器的并聯(lián)運行 在近代電力系統(tǒng)中，常采用多臺變壓器并聯(lián)運行的運行方式。所謂并聯(lián)運行，就是將兩臺或兩臺以上的變壓器的一、二次繞組分別并聯(lián)到公共母線上，同時對負載供電。圖1-26為兩臺變壓器并聯(lián)運行時的接線圖。 變壓器并聯(lián)運行時有很多的優(yōu)點，主要有：提高供電的可靠性。并聯(lián)運行的某臺變壓器發(fā)生故障或需要檢修時，可以將它從電網(wǎng)上切除，而電網(wǎng)仍能繼續(xù)供電；提高運行的經(jīng)濟性。當負載有較大的變化時，可以調(diào)整并聯(lián)運行的變壓器臺數(shù)，以提高運行的效率；可以減小總的備用容量，并可隨著用電量的增加而分批增

54、加新的變壓器。 當然，并聯(lián)運行的臺數(shù)過多也是不經(jīng)濟的，因為一臺大容量的變壓器，其造價要比總?cè)萘肯嗤膸着_小變壓器的低，而且占地面積小。變壓器并聯(lián)運行條件：1)并聯(lián)運行的各臺變壓器的額定電壓和對應(yīng)的電壓比要相等，否則，并聯(lián)變壓器空載時其一、二次繞組內(nèi)部就會產(chǎn)生環(huán)流。2)并聯(lián)運行的變壓器聯(lián)結(jié)組必須相同，否則并聯(lián)變壓器二次繞組線電壓相位不同，引起很大的環(huán)流。以Yy0與Yd11聯(lián)結(jié)組的變壓器并聯(lián)為例，其二次繞組線電壓相位差30，在兩臺變壓器二次繞組線中產(chǎn)生的空載環(huán)流是額定電流的5.18倍，所以聯(lián)結(jié)組不同的變壓器是絕對不允許并聯(lián)運行的。3)并聯(lián)運行的各變壓器短路阻抗的相對值或短路電壓的相對值要相等。這樣

55、在帶上負載時，各變壓器承擔的負載按其容量大小成比例分配，使并聯(lián)的變壓器容量得到充分發(fā)揮。 但實際中短路電壓的相對值難以完全相等，選擇并聯(lián)變壓器時，容量大的uk小一些，這樣容量大的變壓器先達滿載，使并聯(lián)組的變壓器利用率盡可能高些。一般并聯(lián)運行的變壓器，其容量之比不大于31。第七節(jié) 其他用途的變壓器 隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，除了前面介紹的普通雙繞組電力變壓器外，相應(yīng)地出現(xiàn)了適用于各種用途的特殊變壓器，雖然種類和規(guī)格很多，但是其基本原理與普通雙繞組變壓器相同或相似，不再作一一討論。本節(jié)主要介紹較常用的自耦變壓器、儀用互感器的工作原理及特點。一、自耦變壓器 普通雙繞組變壓器的一、二次繞組之間只有磁的聯(lián)系，

56、而沒有電的直接聯(lián)系。自耦變壓器的結(jié)構(gòu)特點圖1-27自耦降壓變壓器原理圖是一、二次繞組共用一個繞組，如圖1-27所示。此時，一次繞組中的一部分充當二次繞組(自耦降壓變壓器)或二次繞組中的一部分充當一次繞組(自耦升壓變壓器)，因此一、二次繞組之間既有磁的聯(lián)系，又有電的直接聯(lián)系。將一、二次繞組共有部分的繞組稱作公共繞組。自耦變壓器無論是升壓還是降壓，其基本原理是相同的。 由于自耦變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)之間有電的直接聯(lián)系，所以高壓側(cè)的電氣故障會波及到低壓側(cè)，因此在低壓側(cè)使用的電氣設(shè)備同樣要有高壓保護裝置，以防止過電壓。另外，自耦變壓器的短路阻抗小，短路電流比雙繞組變壓器的大，因此必須加強保護。 自耦變

57、壓器可做成單相的，還可做成三相的，圖1-28示出了三相自耦變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖及原理圖。一般三相自耦變壓器采用星形聯(lián)結(jié)。 如果將自耦變壓器的抽頭做成滑動觸頭，就成為自耦調(diào)壓器。自耦調(diào)壓器常用于調(diào)節(jié)試驗電壓的大小。圖1-29示出了常用的環(huán)形鐵心單相自耦調(diào)壓器的結(jié)構(gòu)及原理圖。二、儀用互感器 在生產(chǎn)和科學實驗中，經(jīng)常要測量交流電路的高電壓和大電流，如果直接使用電壓表和電流表進行測量，就存在一定的困難，同時對操作者也不安全，因此利用變壓器既可變電壓又可變電流的原理，制造了供測量使用的變壓器，稱之為儀用互感器，它分為電壓互感器和電流互感器兩種。 使用互感器有兩個目的：一是使測量回路與被測量回路隔離，從而保

58、證工作人員的安全；二是可以使用普通量程的電壓表和電流表測量高電壓和大電流。 互感器除用以測量電壓和電流外，還用于各種繼電保護的測量系統(tǒng)，應(yīng)用十分廣泛。下面分別對電壓互感器和電流互感器進行介紹。1.電壓互感器 電壓互感器實質(zhì)上就是一個降壓變壓器，其工作原理和結(jié)構(gòu)與雙繞組變壓器基本相同。圖1-30是電壓互感器的原理圖，它的一次繞組匝數(shù)N1很多，直接并聯(lián)到被測的高壓線路上；二次繞組匝數(shù)N2較少，接高阻抗的測量儀表(如電壓表或其他儀表的電壓線圈)。1.電壓互感器 電壓互感器實質(zhì)上就是一個降壓變壓器，其工作原理和結(jié)構(gòu)與雙繞組變壓器基本相同。圖1-30是電壓互感器的原理圖，它的一次繞組匝數(shù)N1很多，直接并聯(lián)到被測的高壓線路上；二次繞組匝數(shù)N2較少，接高阻抗的測量儀表(如電壓表或其他儀表的電壓線圈)。 由于電壓互感器的二次繞組所接儀表的阻抗很高，二次電流很小，近似等于零，所以電壓互感器正常運時相當于降壓變壓器的空載運行狀態(tài)。根據(jù)變壓器的變壓原理，有 式(1-29)表明，利用一、二次