電機(jī)與拖動-變壓器

第1章變壓器1.變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)2.單相變壓器的空載運行3.單相變壓器的負(fù)載運行4.變壓器的參數(shù)測定5.標(biāo)么值6.變壓器的運行特性7.三相變壓器8.變壓器的并聯(lián)特性

變壓器是一種靜止電器,它通過線圈間的電磁感應(yīng),將一種電壓等級的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等級的交流電能.變壓器電力變壓器特種變壓器升壓變壓器降壓變壓器配電變壓器聯(lián)絡(luò)變壓器按用途分類廠用變壓器整流變壓器電爐變壓器高壓試驗變壓器測量變壓器…電壓互感器電流互感器單相變壓器三相變壓器按相數(shù)分類變壓器的分類：變壓器的種類繁多，有多種分類方法：1.1變壓器的工作原理一次側(cè)施加交流電壓時，一次繞組中產(chǎn)生磁動勢，在鐵芯中形成磁通，磁通經(jīng)鐵芯穿過二次繞組，則在二次繞組中感應(yīng)出電動勢，這樣一次側(cè)電能則可傳送到二次側(cè)。變壓器中各個電量的正方向的規(guī)定：按電工慣例實際中變壓器的各個電量都是交變的

變壓器的變壓原理：當(dāng)不考慮漏磁通時及繞組電阻時，有下列電動勢平衡方程式：則一次側(cè)與二次側(cè)的電壓、電動勢的有效值與匝數(shù)N的關(guān)系為：令K=N1/N2，K稱為變壓器的變比當(dāng)不計各種損耗時，依據(jù)能量守恒原理有：則：故：S為變壓器的視在功率，稱其為變壓器的容量

1.2變壓器的基本結(jié)構(gòu)一、變壓器的基本結(jié)構(gòu)

鐵芯：主要磁路部分。變壓器的主磁路，為了提高導(dǎo)磁性能和減少鐵損，用厚

為0.35-0.5mm、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。有芯式和殼式兩種（看圖）鐵芯分為兩部分：鐵芯柱與鐵軛鐵芯柱：套有繞組；鐵軛：構(gòu)成磁路的閉合回路繞組：變壓器的電路部分，分為高壓繞組與低壓繞組。繞組有兩種分布形式：同心式、交疊式其他部件：變壓器的穩(wěn)定工作的附件，也是必不可少的。變壓器連接發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的升壓變壓器連接發(fā)電機(jī)的封閉母線與電網(wǎng)相連的高壓出線端三相干式變壓器接觸調(diào)壓器電源變壓器環(huán)形變壓器控制變壓器二、型號與額定值1、型號

型號表示一臺變壓器的結(jié)構(gòu)、額定容量、電壓等級、冷卻方式等內(nèi)容，表示方法為如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相強迫油循環(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、額定值額定容量在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下變壓器輸出視在功率的保證值，單位為kV或kVA。三相變壓器指三相容量之和。額定電壓銘牌規(guī)定的各個繞組在空載、指定分接開關(guān)位置下的端電壓，單位為V或kV。三相變壓器指線電壓。額定電流根據(jù)額定容量和額定電壓算出的電流稱為額定電流，單位為A。三相變壓器指線電流。

三相變壓器：額定頻率我國的標(biāo)準(zhǔn)工頻規(guī)定為50赫(Hz)。此外還有額定效率、額定溫升。單相變壓器：1.3變壓器的運行分析一、空載運行——（以單相雙繞組變壓器為對象進(jìn)行分析）1、空載運行時的物理情況空載時的電磁過程：討論

1）當(dāng)u1隨正弦規(guī)律變化時有：則：有效值E1、E2分別為：E1、E2的相量表達(dá)式為：E1、E2在相位上滯后90。2）空載電流空載電流絕大部分是用來產(chǎn)生主磁通，但仍有小部分有功分量作為鐵芯損耗。但通常，其在相位上滯后90?。3）漏磁通與漏電抗一次繞組的漏電抗2、空載運行時的電動勢平衡方程式、相量圖及等效電路圖1）空載運行時的電動勢平衡方程式一次側(cè)的漏阻抗變比，用K表示：2）空載相量圖變壓器的勵磁阻抗變壓器的勵磁電抗變壓器的勵磁電阻3）變壓器空載等效電路圖二、變壓器的負(fù)載運行

1、負(fù)載運行時的物理情況的出現(xiàn)破壞了，則一次側(cè)增加的電流來與平衡，其條件是使得與空載時一樣。(磁動勢平衡）即：負(fù)載運行時的電磁過程2、負(fù)載運行時的基本方程式

1)磁動勢平衡方程式2)電動勢平衡方程式一次側(cè)：二次側(cè)：單相變壓器負(fù)載運行時的基本方程式三、變壓器的等效電路圖及相量圖

1、繞組折算

為了分析方便，人為的將一次側(cè)匝數(shù)變換成二次側(cè)，或?qū)⒍蝹?cè)匝數(shù)變換成一次側(cè)。折算條件是不改變磁動勢平衡關(guān)系以及能量關(guān)系。

下面的折算都是將二次側(cè)匝數(shù)變換成一次側(cè)時各量的折算。折算值用原來的符號加表示1）電動勢和電壓的折算由于則同理電壓值及其他二次側(cè)電動勢也按此折算：2）電流的折算為保持磁動勢不變，應(yīng)有：為保持功率關(guān)系不變，應(yīng)有：故：3）阻抗的折算

保持功率不變的原則，應(yīng)有：折算后變壓器負(fù)載運行時的基本方程式變?yōu)槿缦滦问剑赫鬯闱罢鬯愫?、等效電路圖abcd由于,則a、b等電位，c、d也等電位，故可將a、b連接，c、d連接。這樣，兩個線圈則可合并為一個繞組，且匝數(shù)為N1變壓器負(fù)載運行的等效電路圖形成過程示意圖1）T型等效電路圖

將二次側(cè)折算到一次側(cè)后，由于兩個線圈合并為一個線圈了。則又有下圖所示的T型等效電路圖變壓器負(fù)載運行的T型等效電路2）近似等效電路圖

T型等效電路圖是一種復(fù)聯(lián)電路，不便于計算?？紤]到，將勵磁支路前移。此電路中當(dāng)U1不變時，I0＝常數(shù)，不受負(fù)載影響考慮到I0<<I1時，還可以更進(jìn)一步簡化等效電路圖,得

變壓器負(fù)載運行時的型等效電路圖變壓器的近似等效電路圖3、相量圖1.4變壓器參數(shù)的實驗測定一、空載試驗

空載試驗可以測定變比K，鐵耗pFe和ZmAv1wv2低壓側(cè)高壓側(cè)試驗步驟：在低壓側(cè)加額定電壓U1N（看V1表），讀取V2（U2值）、W（p0值）、A（I2值）三個表的讀數(shù)則可認(rèn)為二、負(fù)載試驗(短路試驗）短路試驗可以測定短路阻抗Zk短路試驗的試驗步驟：在高壓側(cè)加電壓，從0開始上升，直到Ik＝I1N(A表），測讀此時的pk（W表），Uk（V表）則有：Avw低壓側(cè)高壓側(cè)阻抗電壓（短路電壓）：用百分比表示：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行性能。

從正常運行角度看，希望短路電壓小些，這樣可使副邊電壓隨負(fù)載波動小些；從限制短路電流角度，希望它大些，相應(yīng)的短路電流就小些。1.3.3短路電壓1.3.4標(biāo)么值

標(biāo)么值,就是指某一物理量的實際值與選定的同一單位的基準(zhǔn)值的比值,即一、定義二、基準(zhǔn)值的確定1、通常以額定值為基準(zhǔn)值。

2、各側(cè)的物理量以各自側(cè)的額定值為基準(zhǔn)；

一次側(cè)取一次側(cè)的額定值作為基值，二次側(cè)取二次側(cè)的額定值作為基值，原邊阻抗取原邊的額定電壓（電壓基值）除以原邊的額定電流（電流基值）作為基值。副邊則取副邊的。標(biāo)么值=實際值基準(zhǔn)值三、特點四、優(yōu)、缺點優(yōu)點：缺點：標(biāo)么值沒有單位，物理意義不明確。3、折算前、后的標(biāo)么值相等。線值的標(biāo)么值=相值的標(biāo)么值；單相值的標(biāo)么值=三相值的標(biāo)么值；

1、額定值的標(biāo)么值為1。使用標(biāo)么值的基本方程式與采用實際值的方程式在形式上一致。2、百分值=標(biāo)么值×100%；4、某些意義不同的物理量標(biāo)么值相等三、標(biāo)么值

（便于直觀的了解設(shè)備的運行情況）

所謂標(biāo)么值，就是某個物理量，它的實際值與選定的同單位的固定數(shù)值進(jìn)行比較，他們的比值就是這個物理量的標(biāo)么值。把選定的同單位的固定數(shù)值叫基值。如：U1＝99kV，U2＝110kV，若取U2為基值，變壓器的基值選?。阂淮蝹?cè)取一次側(cè)的額定值作為基值，二次側(cè)取二次側(cè)的額定值作為基值，原邊阻抗取原邊的額定電壓（電壓基值）除以原邊的額定電流（電流基值）作為基值。副邊則取副邊的。1.5變壓器的運行特性本節(jié)只探討單臺變壓器的運行特性一、電壓變化率：變壓器負(fù)載時的二次側(cè)電壓變化變壓器的外特性圖

負(fù)載系數(shù)二、效率若作一些假定：則

所以有變壓器的銅耗等于鐵耗時，有最大效率變壓器的效率特性圖

例題（1-1、1-2、1-3）一臺單相變壓器，在時開路和短路試驗數(shù)據(jù)如下：【例題1-1】試驗名稱電壓電流功率備注開路試驗11KV45.5A47KW電壓加在低壓側(cè)短路試驗9.24KV157.5A129KW電壓加在高壓側(cè)試求：(1)折算到高壓側(cè)時勵磁阻抗和等效漏阻抗的值(2)已知，畫出T形等效電路。

解：一次和二次繞組的額定電流為

電壓比：折算到高壓側(cè)時的勵磁阻抗和等效漏阻抗

換算到（2）T形等效電路圖如圖（看圖）所示，圖中

對于例1-1的單相20000KVA變壓器，試求出勵磁阻抗和漏阻抗的標(biāo)幺值。從【例題1-1】可知，一次和二次繞組電壓分別為127KV和11KV，額定電流分別為157.5A和1818.2A。由此可得：勵磁阻抗標(biāo)幺值折算到低壓側(cè)時

解【例題1-2】

折算到高壓側(cè)時

由于折算到低壓側(cè)的勵磁阻抗是折算到高壓側(cè)的k的平方倍而高壓側(cè)的阻抗基值亦是低壓側(cè)的k的平方倍，所以從高壓側(cè)或低壓側(cè)算出的勵磁阻抗標(biāo)幺值恰好相等；故用標(biāo)幺值計算時，可以不再進(jìn)行折算。

（2）漏阻抗的標(biāo)幺值

若短路試驗在額定電流下進(jìn)行，亦可以把實試驗數(shù)據(jù)化成標(biāo)幺值來計算，即

（2）最大效率和達(dá)到最大效率時的負(fù)載【例題1-3】已知例1-1中變壓器的參數(shù)和損耗為

求此變壓器帶上額定負(fù)載,(滯后)時的額定電壓調(diào)整率和額定效率，并確定最大效率和達(dá)到最大效率時的負(fù)載電流.解：（1）額定電壓調(diào)整率和額定效率：

1.6

三相變壓器一、三相變壓器的磁路系統(tǒng)1.6

三相變壓器BCabcAXYZxyz三相變壓器組（Y，d1)AXBYCZaxbycz二、三相變壓器的聯(lián)結(jié)法繞組用大寫字母表示高壓繞組，為：AX，BY，CZ。小寫字母表示低壓繞組。為ax、by、cz。且繞組的電壓都是從首端指向末端。如：Uax三、三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別1)通常采用“時鐘表示法”：把高、低壓側(cè)的兩個線電壓三角形的中心重合，在把高壓側(cè)線電壓三角形的一條中線指向12點方向。而低壓側(cè)線電壓三角形中對應(yīng)的中線作為短針，它指向的鐘點就是組別的標(biāo)號。2)同名端的概念高壓繞組的某一端為“＋”時，低壓端的某一端也為“＋”，則稱高、低壓對應(yīng)的這兩個端子為同名端。用“*”或“·”標(biāo)識，那么另外兩個對應(yīng)端也是同名端。判定三相繞組的聯(lián)結(jié)組別

1)Y,y0聯(lián)結(jié)組2）根據(jù)同名端確定高低壓側(cè)同相位的相電壓，此處可知Ea與EA同相位1）畫出高壓繞組的線電壓的相量圖3）畫出低壓繞組的線電壓的相量圖4）將兩個三角形的重心重合

2）Y，d11聯(lián)結(jié)組2）根據(jù)同名端確定高低壓側(cè)同相位的相電壓（此處可知Ea與EA同相）1）畫出高壓繞組的線電壓的相量圖3）畫出低壓繞組的線電壓的相量圖4）將兩個三角形的重心重合分析：請判定下面變壓器的聯(lián)結(jié)組別四、三相變壓器的磁路系統(tǒng)略三相變壓器電路系統(tǒng)和磁路系統(tǒng)對電動勢的影響

1、磁路無分支時，磁路中的磁通與勵磁電流服從于鐵磁物質(zhì)的磁化曲線。

2、若要求磁化曲線為正弦波變化時，勵磁電流為尖頂波，參考教材。則電流中存在3次諧波及其他奇次諧波。

3、當(dāng)勵磁電流為正弦波變化時，磁通為平頂波。則磁通中存在3次諧波及其他奇次諧波。奇次諧波的存在對變壓器的運行帶來一些問題。詳細(xì)情況見教材。三相變壓器的一側(cè)繞組作三角形聯(lián)結(jié)總是有利于改善電動勢波形的?！纠}1-4】一臺三相變壓器，Y，d聯(lián)結(jié)，