變壓器基礎(chǔ)知識

6變壓器考試大綱6.1了解三相組式變壓器及三相芯式變壓器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)6.2掌握變壓器額定值的含義和作用6.3了解變壓器變比和參數(shù)的測定方法6.4掌握變壓器工作原理6.5了解變壓器電勢平衡方程式及各量含義6.6掌握變壓器電壓調(diào)整率的含義6變壓器6.7了解變壓器在空載合閘時(shí)產(chǎn)生很大沖擊沖擊電流的原因6.8了解變壓器的效率計(jì)算及變壓器具有最高效率的條件6.9了解三相變壓器聯(lián)結(jié)組和鐵心結(jié)構(gòu)對諧波電流、諧波磁通的影響6.10了解用變壓器組接線方式及極性判斷三相變壓器連接組別的方法6.11了解變壓器的絕緣系統(tǒng)及冷卻方式、允許升溫6.1三相組式變壓器及三相芯式變壓器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

一、

基本結(jié)構(gòu)變壓器的主要部件是鐵心和繞組，它們構(gòu)成了變壓器的器身。除此之外，還有放置器身的盛有變壓器油的油箱、絕緣套管、分接開關(guān)、安全氣道等部件。

變壓器鐵芯的作用是構(gòu)成磁路。為減小渦流損耗，鐵芯用0.35～0.35mm厚的硅鋼片交錯(cuò)疊裝而成，在硅鋼片表面涂有絕緣漆并經(jīng)氧化處理形成絕緣層。

繞組（線圈）的作用是構(gòu)成交流電的通路，通以勵(lì)磁電流建立磁場。變壓器接電源一邊的繞組，稱為一次繞組；接負(fù)載一邊的繞組稱為二次繞組。

變壓器的鐵芯、一次繞組和二次繞組之間是彼此絕緣的。

6.1三相組式變壓器及三相芯式變壓器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)6.2變壓器額定值的含義和作用

1.額定容量：指變壓器的視在功率。對三相變壓器指三相容量之和。單位：伏安（VA）千伏安（kVA）2.額定電壓：指電源加到原邊繞組上的電壓，是副邊繞組開路即空載運(yùn)行時(shí)副繞組的端電壓。對于三相變壓器一般指線電壓值。單位：伏（V）千伏（kV）6.2變壓器額定值的含義和作用

3.額定電流：由和計(jì)算出來的電流，即為額定電流對單相變壓器：

對三相變壓器：6.2變壓器額定值的含義和作用

3.額定電流：由和計(jì)算出來的電流，即為額定電流對單相變壓器：

對三相變壓器：6.2變壓器額定值的含義和作用

4.額定頻率

：我國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用電頻率為50赫（Hz）有些國家采用60赫。此外，額定工作狀態(tài)下變壓器的效率、溫升等數(shù)據(jù)均屬于額定值。6.3變壓器變比和參數(shù)的測定方法1.變壓器的空載運(yùn)行變壓器一次繞組接電源，二次繞組開路，負(fù)載電流為零，這種情況即為變壓器的空載運(yùn)行。和為一、二次繞組的匝數(shù)分別繞在兩個(gè)鐵心柱上。6.3變壓器變比和參數(shù)的測定方法2.變壓器的負(fù)載運(yùn)行

一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)接負(fù)載，二次側(cè)中便有負(fù)載電流流過，這種情況稱為負(fù)載運(yùn)行。

6.3變壓壓器器變變比比和和參參數(shù)數(shù)的的測測定定方方法法3.變壓壓器器等等效效電電路路參參數(shù)數(shù)的的測測定定（1）空空載載實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)用大大寫寫字字母母表表示示高高壓壓端端,小字字母母表表示示低低壓壓端端.空載載試試驗(yàn)驗(yàn)可可在在任任一一邊邊作作.但考考慮慮到到空空載載試試驗(yàn)驗(yàn)所所加加電電壓壓較較高高,其電電流流較較小小,為試試驗(yàn)驗(yàn)的的安安全全和和儀儀器器儀儀表表選選擇擇方方便便,一般般在在低低壓壓側(cè)側(cè)作作。。如如下下圖圖所所示示:測定定方方法法:在原邊邊側(cè)側(cè)加加副副邊邊側(cè)開開路路，，讀讀取取、、、、、。。6.3變壓器變比和和參數(shù)的測定定方法（2）短路試驗(yàn)因短路試驗(yàn)電電流大,電壓低,一般在高壓側(cè)側(cè)作，從等效效電路可見,外加電壓僅用用來克服變壓壓器本身的漏漏阻抗壓降,所以當(dāng)很很低時(shí),電流即到達(dá)額額定,該電壓為。。在時(shí),讀取、計(jì)算短路參數(shù)。6.3變壓器變比和和參數(shù)的測定定方法短路試驗(yàn)時(shí)使使電流達(dá)到額額定值時(shí)所加加電壓稱為阻抗電壓壓或短路電壓壓。阻抗電壓用額額定電壓百分分比表示時(shí)有有:阻抗電壓百分分比是銘牌數(shù)數(shù)據(jù)之一，是變壓器的主主要參數(shù)，阻阻抗電壓的大大小反映變壓壓器在額定負(fù)負(fù)載下運(yùn)行時(shí)時(shí)，漏阻抗壓降的的大小。6.4變壓器工作原原理變壓器的一次次繞組（一次次繞組）與交交流電源接通通后，經(jīng)繞組組內(nèi)流過交變變電流產(chǎn)生磁磁通，在在這個(gè)磁通作作用下，鐵芯芯中便有交變變磁通，，即一次繞組組從電源吸取取電能轉(zhuǎn)變?yōu)闉榇拍?，在在鐵芯中同同時(shí)交（環(huán)））鏈原、副邊邊繞組（二次次繞組），由由于電磁感應(yīng)應(yīng)作用，分別別在原、二次次繞組產(chǎn)生頻頻率相同的感感應(yīng)電動勢。。如果此時(shí)二二次繞組接通通負(fù)載，在二二次繞組感應(yīng)應(yīng)電動勢作用用下，便有電電流流過負(fù)載載，鐵芯中的的磁能又轉(zhuǎn)換為電能。這這就是變壓器利用電磁感感應(yīng)原理將電源的電能傳傳遞到負(fù)載中的工作原理理。6.5變壓器電勢平平衡方程式及及各量含義1.磁動勢方程式式負(fù)載后作用于于主磁路上的的磁勢有兩個(gè)個(gè)和和而勵(lì)磁磁勢，維維持不變，與與空載時(shí)相同同，負(fù)載時(shí)，作用用于鐵心上的的磁動勢是一一、二次繞組組的合成磁動動勢，且為空空載時(shí)的磁動勢，即即激磁磁動勢。6.5變壓器電勢平平衡方程式及及各量含義上式表明負(fù)載載后，一次側(cè)側(cè)電流由兩部部分組成，一一部分維持主主磁通的。另一部分用來來抵消二次側(cè)側(cè)的負(fù)載分量量，能量由一次側(cè)側(cè)傳到二次側(cè)側(cè)。6.5變壓器電勢平平衡方程式及及各量含義1、2.電壓方方程式式由主磁磁通在在一、、二次次繞組組中分分別感感應(yīng)電電勢和和，，漏磁通通在一一、二二次繞繞組中中感應(yīng)應(yīng)漏電電勢，，此外外，一一、二二次側(cè)側(cè)繞組組還分分別有有電阻阻壓降降，根根據(jù)基基爾霍霍夫定定律及及負(fù)載載運(yùn)行行示意意圖中中各量量正方方向的的規(guī)定定，可可列寫寫一、、二次次側(cè)電電壓方方程如如下：：式中——一、二二次側(cè)側(cè)繞組組漏磁磁抗；；——一、二二次側(cè)側(cè)繞組組漏電電阻；；——一、二二次側(cè)側(cè)繞組組漏電電抗。。6.5變壓器器電勢勢平衡衡方程程式及及各量量含義義歸納起起來變變壓器器的基基本方方程式式為：：按磁路路性質(zhì)質(zhì)不同同，分分為主主磁通通和漏漏磁通通兩部部分。。并分分別用用不同同的電電路參參數(shù)表表征，，漏感感磁通通感應(yīng)應(yīng)電勢勢用和和表表征征。主主磁通通感應(yīng)應(yīng)電勢勢用表表征征，和和為為常數(shù)數(shù)，不不為常常數(shù)。。6.6變壓器器電壓壓調(diào)整整率的的含義義1.變壓器器的外外特性性在電源源電壓壓不變變的情情況下下，變變壓器器二次次側(cè)接接入負(fù)負(fù)載后后，一一、二二次繞繞組都都有電電流通通過，，必然然產(chǎn)生生一、、二次次側(cè)的的內(nèi)阻阻抗壓壓降，，從而而使二二次電電壓隨隨負(fù)載載的增增減而而變化化。二二次電電壓從從隨二二次電電流變變化的的特性性曲線線稱稱為為變壓壓器的的外特特性。。6.6變壓器器電壓壓調(diào)整整率的的含義義2.電壓調(diào)調(diào)整率率一般情情況下下，外外特性性曲線線近似似一條條略向向下傾傾斜的的直線線，且且傾斜斜的程程度與與負(fù)載載的功功率因因數(shù)有有關(guān)，，對于于感性性負(fù)載載，功功率因因數(shù)愈愈低，，下傾傾愈烈烈。從從空載載到滿滿載（（），二次電電壓變變化的的數(shù)值值與空空載電電壓的的比值值稱為為電壓壓調(diào)整整率，，即電力變變壓器器的電電壓調(diào)調(diào)整率率一般般為2％～3％。6.7變壓器器在空空載合合閘時(shí)時(shí)產(chǎn)生生很大大沖擊擊沖擊擊電流流的原原因在變壓壓器副副繞組組開路路的情情況下下，把把原邊邊線圈圈接到到電網(wǎng)網(wǎng)成為為空載載合閘閘。由由于變變壓器器鐵心心存在在飽和和現(xiàn)象象，當(dāng)當(dāng)變壓壓器空空載合合閘時(shí)時(shí)，會會出現(xiàn)現(xiàn)沖擊擊電流流，此此電流流與主主磁場場的建建立有有關(guān)。。當(dāng)電壓壓的的初相相角時(shí)時(shí)合閘閘即建建立了了穩(wěn)態(tài)態(tài)磁通通，合合閘電電流也也沒有有瞬變變過程程就進(jìn)進(jìn)入了了穩(wěn)態(tài)態(tài)空載載。6.7變壓器器在空空載合合閘時(shí)時(shí)產(chǎn)生生很大大沖擊擊沖擊擊電流流的原原因當(dāng)電壓壓的的初相相角時(shí)時(shí)合閘閘，變變壓器器中的的磁通通除了了穩(wěn)態(tài)態(tài)分量量，還還有暫暫態(tài)分分量，，在合合閘后后半個(gè)個(gè)周波波，磁磁通達(dá)達(dá)到最最大值值，為為穩(wěn)態(tài)態(tài)值的的2倍，加加上鐵鐵心的的磁飽飽和特特性，，故合合閘電電流增增加的的倍數(shù)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過過磁通通增加加的倍倍數(shù)。。沖擊擊電流流的數(shù)數(shù)值最最大可可以達(dá)達(dá)到額額定電電流的的6~8倍。解決的的辦法法是在在變壓壓器的的原邊邊串聯(lián)聯(lián)一個(gè)個(gè)合閘閘電阻阻，合合閘完完后將將電阻阻切除除。6.8變壓器器的效效率計(jì)計(jì)算及及變壓壓器具具有最最高效效率的的條件件1.變壓器器的損損耗變壓器器運(yùn)行行時(shí)將將產(chǎn)生生損耗耗，變變壓器器的損損耗分分兩大大類銅耗：：基本本銅耗耗和雜雜散銅銅耗鐵耗：：基本本鐵耗耗和雜雜散鐵鐵耗基本銅銅耗：：一、、二次次繞組組內(nèi)電電流所所引起起時(shí)的的直流流電阻阻損耗耗。雜散銅銅耗：：主要要是由由漏磁磁通所所引起起的集集膚效效應(yīng)，，使繞繞組的的有效效電阻阻增大大而增增加的的銅耗耗。以以及漏漏磁場場在結(jié)結(jié)構(gòu)部部件中中引起起的渦渦流損損耗等等。6.8變壓器的的效率計(jì)計(jì)算及變變壓器具具有最高高效率的的條件銅耗與負(fù)負(fù)載電流流的平方方成正比比。因此此也稱為為可變損損耗。銅耗與繞繞組的溫溫度有關(guān)關(guān)，一般般都用77度時(shí)的電電阻值來來計(jì)算。?；捐F耗耗：變壓壓器鐵心心中的磁磁滯與渦渦流損耗耗。雜散鐵耗耗：主要要是鐵心心接連處處由于磁磁通密度度分布不不均勻所所引起的的損耗，，和主磁磁通在鐵鐵軛夾件件，油箱箱等結(jié)構(gòu)構(gòu)部件中中所引起起的渦流流損耗。。鐵耗可可近似認(rèn)認(rèn)為與與或或成正比比。由于于變壓器器一側(cè)電電壓保持持不變。。故鐵耗耗可視為為不變損損耗。（（F不變的前前提下））。6.8變壓器的的效率計(jì)計(jì)算及變變壓器具具有最高高效率的的條件因變壓器器無轉(zhuǎn)動動部分，，一般效效率都很很高，大大多數(shù)在在95%以上。大大型變壓壓器可達(dá)達(dá)99%。測量變壓壓器的效效率一般般不采用用直接測測、的方法，，因與相相差很很小。測測量儀器器本身的的誤差就就可能超超出次范范圍，一一般用間間接法測測量變壓壓器的效效率。即即測出各各種損耗耗，再計(jì)計(jì)算效率率。6.8變壓器的的效率計(jì)計(jì)算及變變壓器具具有最高高效率的的條件當(dāng)變壓器器的可變變損耗與與不變損損耗相等等時(shí)，產(chǎn)產(chǎn)生最大大效率，，此時(shí)對應(yīng)最大大效率時(shí)時(shí)負(fù)載電電流的標(biāo)標(biāo)幺值為為6.9三相變壓壓器聯(lián)結(jié)結(jié)組和鐵鐵心結(jié)構(gòu)構(gòu)對諧波波電流、、諧波磁磁通的影影響考慮鐵心心磁路的的飽和，，不會同同時(shí)為正正弦，一一個(gè)為正正弦，另另一個(gè)就就為非正正弦，如如為正弦弦，電流流I為尖頂波波，電流流中除基基波分量量外，還還有3次諧波分分量。6.9三相變壓壓器聯(lián)結(jié)結(jié)組和鐵鐵心結(jié)構(gòu)構(gòu)對諧波波電流、、諧波磁磁通的影影響1.Y，y聯(lián)結(jié)組三次諧波波電流構(gòu)構(gòu)成零序序?qū)ΨQ組組,不能存在在于無中中線的星星形連接接的三相相電路中中,所以當(dāng)正正弦電壓壓施加于于Y連接的變變壓器時(shí)時(shí),電流接近近正弦波波,主磁通為為平頂波波,其中三次次諧波磁磁通的大大小及對對電勢波波形的影影響還要要看磁路路系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu).6.9三相變壓壓器聯(lián)結(jié)結(jié)組和鐵鐵心結(jié)構(gòu)構(gòu)對諧波波電流、、諧波磁磁通的影影響（1）三相變變壓器組組組成磁路路系統(tǒng)的的特點(diǎn)是是互相獨(dú)獨(dú)立,彼此無關(guān)關(guān),所以三次次諧波磁磁通和基基波一樣樣可以存存在于各各相磁路路中,在一,二次側(cè)繞繞阻中每每相感應(yīng)應(yīng)電勢為為:三次諧波波頻率,所以感應(yīng)應(yīng)的三次次諧波電電勢相當(dāng)當(dāng)大，可可達(dá)基波波的50%，結(jié)果使使相電勢勢波形嚴(yán)嚴(yán)重畸形形，幅值值很高，，可使繞繞阻絕緣緣擊穿，，所以三三相變壓壓器組不不允許采采用Y，y聯(lián)結(jié)。6.9三相變壓壓器聯(lián)結(jié)結(jié)組和鐵鐵心結(jié)構(gòu)構(gòu)對諧波波電流、、諧波磁磁通的影影響（2）三相心心式變壓壓器心式磁路路特點(diǎn)是是互相聯(lián)聯(lián)系，彼彼此相關(guān)關(guān)，而三三次諧波波磁通，，也是零零序?qū)ΨQ稱組，由由于磁路路構(gòu)成三三相行星星形磁路路，三個(gè)個(gè)同相，，同大小小的磁通通不能沿沿鐵心磁磁路閉和和，這和和三次諧諧波電流流不能在在Y接三相電電路中流流通相似似，但他他們可以以經(jīng)油箱箱壁等形形成閉路路，由于于這些磁磁路的磁磁阻很大大，使三三次諧波波磁通大大為削弱弱，所以以相電勢勢中也接接近正弦弦波。但但三相諧諧波磁通通沿油箱箱閉和，，引起附附加渦流流損耗，，降低變變壓器效效率，因因此，對對心式變變壓器Y，y接僅在容容量為1600千伏安以以下的中中，小容容量的變變壓器中中采用。。6.9三相變壓壓器聯(lián)結(jié)結(jié)組和鐵鐵心結(jié)構(gòu)構(gòu)對諧波波電流、、諧波磁磁通的影影響2.Y，d或D，y聯(lián)結(jié)組（1）D，y聯(lián)結(jié)組D，y聯(lián)結(jié)組的的三相變變壓器，，因一次次側(cè)為接，三次次諧波電電流可在在接接的電電路中流流通，所所以主磁磁通為正正弦波，，由它感感應(yīng)的一一二次側(cè)側(cè)相電勢勢e都接近正正弦波。。6.9三相變壓壓器聯(lián)結(jié)結(jié)組和鐵鐵心結(jié)構(gòu)構(gòu)對諧波波電流、、諧波磁磁通的影影響（2）Y，d聯(lián)結(jié)組Y，d聯(lián)結(jié)組的三相變變壓器，，因一次次側(cè)電流流無三次次諧波分分量，所所以主磁磁通和一一，二次次側(cè)相電電動勢出出現(xiàn)電動動勢出現(xiàn)現(xiàn)三次諧諧波分量量。只要變壓壓器有一一側(cè)采用用“角形形”接，，就能保保證主磁磁通及電電勢波形形為正弦弦波。在在大容量量變壓器器中，當(dāng)當(dāng)一、二二側(cè)都是是“Y”聯(lián)結(jié)時(shí)，，可另加加一個(gè)接接成“角角形”的的小容量量第三側(cè)側(cè)。供改改善電勢勢波形之之用。6.9三相變壓壓器聯(lián)結(jié)結(jié)組和鐵鐵心結(jié)構(gòu)構(gòu)對諧波波電流、、諧波磁磁通的影影響綜上所述：：三相變壓壓器的相電電勢波形與與繞組接法法和磁路系系統(tǒng)有密切切的關(guān)系。。只要變壓壓器有一側(cè)側(cè)是角接。。就能保證證主磁通及及電勢波形形為正弦波波。6.10三相變壓器器組接線方方式及極性性端判斷三三相變壓器器組別的方方法1.聯(lián)結(jié)方法在三相變壓壓器中用大大寫字母A、B、C表示高壓端端首端，X、Y、Z表示尾端，，小寫字母母a、b、c表示低壓端端首端，x、y、z表示尾端，，連接可采采用星型（（Y連接）用Y（或y）表示，角型型（連接））用D(或d)表示。三相變壓器器的原、副副繞組的連連接方法有有星（Y）形連接和三三角（D）形連接兩種種。6.10三相變壓器器組接線方方式及極性性端判斷三三相變壓器器組別的方方法2.聯(lián)結(jié)組根據(jù)變壓器器原、付方方對應(yīng)的線線電壓之間間的相位關(guān)關(guān)系，把變變壓器繞組組的連接分分成不同的的組合稱為為繞組的聯(lián)聯(lián)結(jié)組。實(shí)實(shí)踐與理論論證明，變變壓器高、、低壓方相相對應(yīng)的線線電壓的相相位差總是是30度的倍數(shù)。。因此采用用“時(shí)鐘表表示法”來來表示這種種相位差是是很簡明的的。“時(shí)鐘表示示法”：把把高壓邊線線電壓作為為長針始終終指向“12”。而低壓邊邊相對應(yīng)的的線電壓作作為短時(shí)，，短針指向向的數(shù)字稱稱為三相變變壓器連接接組的組號號。6.10三相變壓器器組接線方方式及極性性端判斷三三相變壓器器組別的方方法3.同名端無論單相變變壓器的高高、低壓繞繞組還是三三相變壓器器同一相的的高、低壓壓繞組都是是繞在同一一鐵心柱上上的。它們們是被同一一主磁通所所交鏈，高高、低壓繞繞組的感應(yīng)應(yīng)電勢的相相位關(guān)系只只能有兩種種可能，一一種同相，，一種反相相(差180度)。當(dāng)電流從線線圈的同極極性端流入入（或流出）時(shí)時(shí)，產(chǎn)生的的磁通的方方向相同；；當(dāng)磁通變變化（增大大或減?。r(shí)，在同同極性端感感應(yīng)電動勢勢的極性也也相同。6.10三相變壓器器組接線方方式及極性性端判斷三三相變壓器器組別的方方法4.國家標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)聯(lián)結(jié)組Yyn0、Yd11、Ynd11、Yny0、Yy05.變壓器繞組組的極性及及其測定進(jìn)行繞組極極性測定時(shí)時(shí)，首先用用萬用表的的歐姆檔確確認(rèn)出哪兩兩個(gè)出線端端屬于同一一線圈的端端子，然后后再辨認(rèn)不不同線圈的的同極性端端。6.10三相相變變壓壓器器組組接接線線方方式式及及極極性性端端判判斷斷三三相相變變壓壓器器組組別別的的方方法法（1）交交流流測測定定法法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)電電路路如如圖圖所所示示，，首首先先用用一一段段粗粗導(dǎo)導(dǎo)線線將將一一、、二二次次繞繞組組中中各各選選出出的的一一個(gè)個(gè)端端子子（（如如端端子子1和3）聯(lián)聯(lián)接接起起來來，，然然后后在在一一個(gè)個(gè)繞繞組組的的端端子子上上（（一一般般取取高高壓壓繞繞組組））加加上上一一較較低低的的交交流流電電壓壓，，用用電電壓壓表表測測量量一一、、二二次次繞繞組組另另外外兩兩端端子子（（即即2和4）之之間間的的電電壓壓和兩繞繞組組電電壓壓、。。若，則被短短接接的的兩兩個(gè)個(gè)端端子子（（1和3）為同同名名端端；；反反之之，，則則為為異異名名端，，而而這這時(shí)時(shí)即即可可判判定定端端子子1和4或2和3為同同名名端端。。6.10三相相變變壓壓器器組組接接線線方方式式及及極極性性端端判判斷斷三三相相變變壓壓器器組組別別的的方方法法（2）直直流流測測定定法法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)電電路路如如圖圖所所示示。。在在端端子子1、2間串串聯(lián)聯(lián)接接入入一一個(gè)個(gè)直直流流電電源源E和開開關(guān)關(guān)S，在另另一一繞繞組組的的兩兩端端子子（（3和4）串串