工廠供電第三章變壓器

變壓器：變換電壓、交換電能，實(shí)現(xiàn)電能傳輸和電信號處理，一次側(cè)二次側(cè)，高壓輸電、配電，10kV、35kV、110kV、220kV、500kV→380/220V、3kV、6kV。第三章變壓器2/5/20231電機(jī)及拖動基礎(chǔ)2/5/20232電機(jī)及拖動基礎(chǔ)第一節(jié)變壓器的工作原理及結(jié)構(gòu)變壓器的主要部件——鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。兩繞組只有磁路耦合沒電氣聯(lián)系。在一次繞組一、變壓器的工作原理中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈一、二次繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感生電動勢。1·U·+--+-+-+2/5/20233電機(jī)及拖動基礎(chǔ)——匝比，變比，相電壓之比。所以，改變N1、N2之比，就可以達(dá)到改變電壓的目的。N1>N2為降壓變壓器，N1<N2為升壓變壓器。二、變壓器的分類

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。2/5/20234電機(jī)及拖動基礎(chǔ)按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器。電力變壓器的外形與器身2/5/20235電機(jī)及拖動基礎(chǔ)油浸變壓器-12/5/20236電機(jī)及拖動基礎(chǔ)油浸電力變壓器-22/5/20237電機(jī)及拖動基礎(chǔ)油浸電力變壓器-32/5/20238電機(jī)及拖動基礎(chǔ)油浸電力變壓器-42/5/20239電機(jī)及拖動基礎(chǔ)油浸電力變壓器-52/5/202310電機(jī)及拖動基礎(chǔ)油浸電力變壓器-62/5/202311電機(jī)及拖動基礎(chǔ)油浸式電力變壓器-72/5/202312電機(jī)及拖動基礎(chǔ)整流變壓器2/5/202313電機(jī)及拖動基礎(chǔ)整流變壓器2/5/202314電機(jī)及拖動基礎(chǔ)31500-220單相牽引變壓器2/5/202315電機(jī)及拖動基礎(chǔ)40000-1050武高所單相有載調(diào)壓試驗(yàn)變壓器2/5/202316電機(jī)及拖動基礎(chǔ)240000-400香港中華電力項(xiàng)目三相自耦有載調(diào)壓變壓器2/5/202317電機(jī)及拖動基礎(chǔ)360000-500托克托電廠三相自耦有載調(diào)壓聯(lián)絡(luò)變壓器2/5/202318電機(jī)及拖動基礎(chǔ)750000-500福州三相自耦有載調(diào)壓殼式變壓器2/5/202319電機(jī)及拖動基礎(chǔ)25000-20伊朗廠用變壓器2/5/202320電機(jī)及拖動基礎(chǔ)40000-20廠用分裂式變壓器2/5/202321電機(jī)及拖動基礎(chǔ)68000-500山西武鄉(xiāng)電廠備用變壓器2/5/202322電機(jī)及拖動基礎(chǔ)25000-110鐵道平衡牽引變壓器2/5/202323電機(jī)及拖動基礎(chǔ)三峽水電站SSP-840000-550三相水冷主變壓器2/5/202324電機(jī)及拖動基礎(chǔ)電力變壓器2/5/202325電機(jī)及拖動基礎(chǔ)磁心變壓器（開關(guān)電源用）2/5/202326電機(jī)及拖動基礎(chǔ)各種小型變壓器2/5/202327電機(jī)及拖動基礎(chǔ)三、變壓器的基本結(jié)構(gòu)鐵心——變壓器中主要的磁路部分，分為鐵心柱與鐵軛兩部分。磁路，交變磁通；0.35mm或0.5mm硅鋼片涂絕緣漆后疊制而成，提高導(dǎo)磁性能和減小渦流及磁滯損耗；磁回路不能有間隙。繞組——變壓器的電路部分。同心式（低壓在內(nèi)，高壓在外）、交鏈?zhǔn)剑ㄔ?、副繞組交替放置）。（一）鐵心和繞組2/5/202328電機(jī)及拖動基礎(chǔ)單相心式變壓器三相心式變壓器1—鐵心柱2—鐵軛3—高壓線圈4—低壓線圈2/5/202329電機(jī)及拖動基礎(chǔ)油浸式電力變壓器1—訊號式溫度計(jì)2—吸濕器3—儲油柜4—油位計(jì)5—安全氣道6—?dú)怏w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13—放油閥門2/5/202330電機(jī)及拖動基礎(chǔ)變壓器的瓦斯保護(hù)c)重瓦斯動作d)嚴(yán)重漏油時(shí)

a)正常狀態(tài)b)輕瓦斯動作2/5/202331電機(jī)及拖動基礎(chǔ)四、變壓器的額定值額定容量：為變壓器的視在功率（用SN表示，單位kV·A，V·A，MV·A）；額定電壓（一次和二次繞組上分別為U1N和U2N，單位V，kV，三相變壓器指線電壓）；額定電流（一次和二次繞組上分別為I1N和I2N，單位A，kA，三相變壓器指線電流）；單相變壓器三相變壓器額定頻率fN

——我國的規(guī)定為50Hz。2/5/202332電機(jī)及拖動基礎(chǔ)【例】有一臺三相油浸自冷式鋁線電力變壓器，試求一次、二次繞組的額定電流。解：聯(lián)結(jié)，2/5/202333電機(jī)及拖動基礎(chǔ)第二節(jié)

單相變壓器的空載運(yùn)行一、空載運(yùn)行時(shí)的物理情況原繞組匝數(shù)為N1，加上交流電壓，副繞組匝數(shù)為N2，二次繞組開路，即為變壓器的空載運(yùn)行。一次繞組和二次繞組的電壓平衡方程式：N1N22/5/202334電機(jī)及拖動基礎(chǔ)其中，i0—空載電流；u20—二次繞組的空載電壓；R1—一次繞組的電阻，φ—

主磁通；φs1

—

一次繞組漏磁通。二、電壓、電動勢和磁通的關(guān)系空載運(yùn)行時(shí)，忽略i0R1和es1

，設(shè)2/5/202335電機(jī)及拖動基礎(chǔ)感應(yīng)電動勢e1和e2

均滯后于φ

電角度90°，其有效值為：2/5/202336電機(jī)及拖動基礎(chǔ)

E1和E2的相量表達(dá)式：漏磁通和漏電抗：漏電動勢Es1，，。

漏電抗X1

是一次繞組的一個(gè)參數(shù)。2/5/202337電機(jī)及拖動基礎(chǔ)性質(zhì)：由于空載電流的無功分量>>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。三、空載電流和空載損耗空載電流包含兩個(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，對應(yīng)變壓器鐵心損耗，有功分量。2/5/202338電機(jī)及拖動基礎(chǔ)大?。号c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：變壓器空載運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電流、主磁通、感應(yīng)電動勢2/5/202339電機(jī)及拖動基礎(chǔ)其中，Z1—一次繞組漏阻抗

Zm—變壓器的勵(lì)磁阻抗

Xm—變壓器的勵(lì)磁電抗

Rm—變壓器的勵(lì)磁電阻四、空載運(yùn)行時(shí)的相量圖及等效電路2/5/202340電機(jī)及拖動基礎(chǔ)并且有：2/5/202341電機(jī)及拖動基礎(chǔ)第三節(jié)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，二次側(cè)接上負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，稱為負(fù)載運(yùn)行。一、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理情況由于電源電壓恒定，即U1=常數(shù)，則E1≈常數(shù)，Фm≈常數(shù)。因此，達(dá)到新的電動勢平衡的條件是使一次繞組的電流增量所產(chǎn)生的磁動勢與二次繞組電流所產(chǎn)生的磁動勢相抵消，以維持主磁通基本不變，以及由主磁通所感應(yīng)產(chǎn)生的電動勢基本不變。2/5/202342電機(jī)及拖動基礎(chǔ)二、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式

1.磁動勢平衡方程式2/5/202343電機(jī)及拖動基礎(chǔ)

2.電動勢平衡方程式組的漏阻抗、電阻和漏電抗。分別為一次和二次繞2/5/202344電機(jī)及拖動基礎(chǔ)

3.基本電磁關(guān)系2/5/202345電機(jī)及拖動基礎(chǔ)三、變壓器的繞組折算把副邊折算到原邊，把副繞組匝數(shù)N2設(shè)想成原邊匝數(shù)N1

。折算原則：1）保持副繞組磁動勢不變；

2）保持各功率傳遞關(guān)系不變。

1.

電流的折算：磁動勢不變表示折算值。電流2/5/202346電機(jī)及拖動基礎(chǔ)

2.

電壓、電動勢的折算：功率不變同理，

3.阻抗的折算：功率不變阻抗電壓2/5/202347電機(jī)及拖動基礎(chǔ)

同理，2/5/202348電機(jī)及拖動基礎(chǔ)折算后變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式：2/5/202349電機(jī)及拖動基礎(chǔ)四、變壓器的等效電路和相量圖

(一)等效電路由折算后的方程圖中a、b和c、d分別是等電位點(diǎn)，可連接起來而不改變運(yùn)行情況。于是作出變壓器的T形等效電路。（由前述的基本方程式也可得出該等效電路）2/5/202350電機(jī)及拖動基礎(chǔ)Τ形等效電路適用于變壓器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的任何工況2/5/202351電機(jī)及拖動基礎(chǔ)Γ形等效電路若負(fù)載運(yùn)行時(shí)，I0<<I1而被忽略，可將勵(lì)磁支路移去，得到簡化等效電路，也稱一字形等效電路：2/5/202352電機(jī)及拖動基礎(chǔ)

Rk、Xk和Zk分別稱為短路電阻、短路電抗和短路阻抗。簡化等效電路只適用于穩(wěn)態(tài)負(fù)載運(yùn)行（特別是負(fù)載較大）和短路工況2/5/202353電機(jī)及拖動基礎(chǔ)(二)相量圖1.感性負(fù)載ZL滯后，為負(fù)載功率因數(shù)。為一次側(cè)功率因數(shù)。2/5/202354電機(jī)及拖動基礎(chǔ)2.容性負(fù)載ZC超前，為負(fù)載功率因數(shù)。為一次側(cè)功率因數(shù)。2/5/202355電機(jī)及拖動基礎(chǔ)五、等效電路參數(shù)測定測

1.空載實(shí)驗(yàn)（以降壓變壓器為例）低壓邊加正弦工頻額定電壓，高壓邊開路。測低壓邊電壓U2、空載電流I0、空載損耗p0、高壓側(cè)開路電壓U10。I0R2jX2RmjXmU2AXxa.p0.U2I0U10內(nèi)表法2/5/202356電機(jī)及拖動基礎(chǔ)勵(lì)磁阻抗：勵(lì)磁電阻：勵(lì)磁電抗：說明：①Rm及Xm不是常數(shù)，它隨電壓變化而變化。2/5/202357電機(jī)及拖動基礎(chǔ)②由于空載實(shí)驗(yàn)是在低壓側(cè)進(jìn)行的，如需要獲得高壓側(cè)的數(shù)據(jù)，還必須在計(jì)算所得數(shù)據(jù)上乘以k20，，，若U2不變，則近似認(rèn)為Zm不變。

2.短路實(shí)驗(yàn)如果二次側(cè)U2N、一次側(cè)短路，Ik（I2、I1）非常大（9.5~20）IN，燒壞繞組，故障狀態(tài)，不允許。若是在高壓側(cè)進(jìn)行的，則不用折算2/5/202358電機(jī)及拖動基礎(chǔ)所以，U1<U1N。低壓邊先短路，高壓邊用調(diào)壓器加電壓。Uk很小，測Uk、Ik

、pk

。Uk.外表法XxAa.簡化等效電路Rk2/5/202359電機(jī)及拖動基礎(chǔ)無法具體得到估計(jì)：2/5/202360電機(jī)及拖動基礎(chǔ)測出的電阻值折算到標(biāo)準(zhǔn)溫度75℃時(shí)值：

θ為實(shí)驗(yàn)時(shí)室溫；α溫度折算系數(shù)，銅繞組α=234.5，鋁繞組α=228。短路實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)使變壓器電流等于額定值時(shí)的外加電壓稱為短路電壓，Uk。短路電壓百分值：

反映了在額定運(yùn)行時(shí)變壓器的電壓損耗，重要參數(shù)。2/5/202361電機(jī)及拖動基礎(chǔ)練習(xí)：三相銅繞組變壓器，SN=1000kV·A，U1N/U2N=35/0.4kV，原副邊星接，在室溫25℃時(shí)做空載實(shí)驗(yàn)和短路實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：空載實(shí)驗(yàn)（低壓邊接電壓）:

U2=400V，I0=72.2A，p0=8300W。短路實(shí)驗(yàn)（高壓邊接電源）：

Uk=2270V，Ik=16.5A，pk=24000W。試求折算到高壓邊的T形等效電路參數(shù)。2/5/202362電機(jī)及拖動基礎(chǔ)解：

2/5/202363電機(jī)及拖動基礎(chǔ)折算到標(biāo)準(zhǔn)溫度75℃時(shí)值：

T形等效電路。2/5/202364電機(jī)及拖動基礎(chǔ)第四節(jié)變壓器的運(yùn)行特性一、電壓調(diào)整率與外特性一次側(cè)接U1N，負(fù)載功率因數(shù)不變時(shí)，二次側(cè)輸出電壓隨負(fù)載電流變化而變化的曲線，即U2=f（I2）。

I2=0，U2=U20=U2N

。

I2↑，

U2=f（I2）。電阻性負(fù)載，I2↑→U2略有下降；電感性負(fù)載，I2↑→U2降低較多；電容性負(fù)載，I2↑→U2有可能增大。2/5/202365電機(jī)及拖動基礎(chǔ)U2隨負(fù)載變化的程度用電壓調(diào)整率（或電壓變化率）ΔU來表示。由簡化等效電路：簡化等效電路Rk電壓變化率是表征變壓器運(yùn)行性能的重要指標(biāo)之一,它的大小反映了供電電壓的穩(wěn)定性。2/5/202366電機(jī)及拖動基礎(chǔ)為負(fù)載系數(shù)cbde75℃相值2/5/202367電機(jī)及拖動基礎(chǔ)一定，，，為額定負(fù)載，則△u額定負(fù)載時(shí)電壓調(diào)整率。

電阻性負(fù)載，，。

k

k

，△U為正，但很小，端電壓U2比空載時(shí)低。

電感性負(fù)載，，（阻感）。，，△U為正，U2下降較多。

電容性負(fù)載，，（阻容）。△U可能為負(fù)、零、正，U2可能升高?？梢?，電壓變化率的大小與負(fù)載大小、性質(zhì)及變壓器的本身參數(shù)有關(guān)。2/5/202368電機(jī)及拖動基礎(chǔ)外特性曲線2/5/202369電機(jī)及拖動基礎(chǔ)二、變壓器的損耗、效率和效率特性變壓器的損耗主要是鐵耗和銅耗兩種。鐵耗包括基本鐵耗和附加鐵耗?；捐F耗為磁滯損耗和渦流損耗。附加損耗包括由鐵心疊片間絕緣損傷引起的局部渦流損耗、主磁通在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。鐵耗與外加電壓大小有關(guān)，而與負(fù)載大小基本無關(guān)，故也稱為不變損耗。

銅耗也分基本銅耗和附加銅耗?；俱~耗是電流在一、二次繞組直流電阻上的損耗；附加損耗包括因集膚效應(yīng)引起的損耗以及漏磁場在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。銅耗大小與負(fù)載電流平方成正比，故也2/5/202370電機(jī)及拖動基礎(chǔ)稱為可變損耗。I1=I1N時(shí)的短路損耗75℃隨負(fù)載變化而變化，→可變損耗

1.損耗

2.變壓器效率及效率特性

變壓器的效率也是指其輸出的有功功率與輸入的有功功率之比，用百分值表示。2/5/202371電機(jī)及拖動基礎(chǔ)輸入功率：輸出功率：三相?2/5/202372電機(jī)及拖動基礎(chǔ)即銅損耗等于鐵損耗時(shí)變壓器效率最高?？捎汕蟮茫?，即不變損耗可變損耗效率既與T自身參數(shù)（p0、pkN）內(nèi)因有關(guān)，又與（負(fù)載大小、、性質(zhì)）外因有關(guān)。2/5/202373電機(jī)及拖動基礎(chǔ)

練習(xí)：接上題。原邊加額定電壓，求：（1）額定負(fù)載且（滯后）的電壓調(diào)整率、副邊電壓和效率。（2）額定負(fù)載且的電壓調(diào)整率、副邊電壓和效率。（3）額定負(fù)載且（超前）的電壓調(diào)整率、副邊電壓和效率。（4）額定負(fù)載且（滯后）的最高效率。2/5/202374電機(jī)及拖動基礎(chǔ)

解：（1）2/5/202375電機(jī)及拖動基礎(chǔ)（2）（3）2/5/202376電機(jī)及拖動基礎(chǔ)（4）作業(yè)P122/130：8、9、10、11。2/5/202377電機(jī)及拖動基礎(chǔ)第五節(jié)三相變壓器一、三相變壓器的磁路系統(tǒng)1.組式變壓器XYZ2/5/202378電機(jī)及拖動基礎(chǔ)2.芯式變壓器鐵軛連接，應(yīng)用廣泛，（a）中心柱省去→（b）→平面（c）2/5/202379電機(jī)及拖動基礎(chǔ)二、三相變壓器的電路系統(tǒng)（聯(lián)結(jié)組）指一二次側(cè)繞組的聯(lián)結(jié)方式及聯(lián)結(jié)組別（一）繞組的連接（聯(lián)結(jié)）方式高壓繞組：首端A、B、C（U1、V1、W1），末端X、Y、Z（U2、V2、W2）。低壓繞組：首端a、b、c（u1、v1、w1），末端x、y、z（u2、v2、w2）。

星形聯(lián)結(jié)：首端引出，末端連在一起，Y或y。

角形聯(lián)結(jié)：首末端閉合，首端引出，D或△或d。所以，聯(lián)結(jié)方式有：Y，y；Y，d；D，y；D，d；有中線時(shí)N或n，三相四線制Y，yn；YN，y等。2/5/202380電機(jī)及拖動基礎(chǔ)a)星形聯(lián)結(jié)b)三角形聯(lián)結(jié)（或向左聯(lián)結(jié)）高壓繞組的聯(lián)結(jié)方式（另低壓繞組）2/5/202381電機(jī)及拖動基礎(chǔ)（一）變壓器的聯(lián)結(jié)組別不僅對二次側(cè)電壓等級有要求，還對二次側(cè)與一次側(cè)電壓相位關(guān)系有要求，如《電力電子技術(shù)》中將講的相控整流、有源逆變等。變壓器一、二次側(cè)相位關(guān)系是通過其連接組別來表示的。1.變壓器一、二次側(cè)繞組電動勢的相位關(guān)系及表示法（同名端）

同名端：同一鐵心柱上的一、二次側(cè)兩個(gè)繞組感應(yīng)電動勢（磁通勢）極性相同的端叫同名端，或同極性端。同+（或同-），NI方向→Φ方向一致，用“.”表示。..2/5/202382電機(jī)及拖動基礎(chǔ)a)I/I-0聯(lián)結(jié)組b)I/I-6聯(lián)結(jié)組-++--+-+聯(lián)結(jié)組別與聯(lián)結(jié)方式、繞阻繞向、鐵心所處位置有關(guān)。感應(yīng)電動勢（E）的參考正方向：首端指向末端。如減小Φ.2/5/202383電機(jī)及拖動基礎(chǔ)

時(shí)針表示法（原、副邊相位差總是30°的整數(shù)倍，與小時(shí)差一致，“指針表示法”）：判斷變壓器的聯(lián)結(jié)組別。以高壓電動勢向量（原邊）為分針，指向12點(diǎn)（指向哪，那就是12點(diǎn)），低壓電動勢向量為時(shí)針，指向就是變壓器聯(lián)結(jié)組別。單相變壓器，如前頁圖，只有I，i0或I，i6這兩種聯(lián)結(jié)組別。三相T規(guī)定：原、副邊線電勢之間的相位關(guān)系。如Y，yn0；Y，d11；YN，d11；YN，y0；Y，y0；等。字母表示聯(lián)結(jié)方式，數(shù)字0~11表示組別號。2.變壓器連接組別2/5/202384電機(jī)及拖動基礎(chǔ)A、B、C正相序：按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。1）與水平面成30°，A、B、C相序畫出高壓繞組相電動勢相量圖；2）按線電動勢與相電動勢關(guān)系畫出線電動勢

3）將a與A重合，分別畫出，相序?yàn)閍-b-c（根據(jù)同名端）。4）指向12點(diǎn)，即為該聯(lián)結(jié)組的標(biāo)號（就是幾點(diǎn)鐘）。2/5/202385電機(jī)及拖動基礎(chǔ)ABCXYZEabEABaxyzbcY，y0xyzABCXYZabcEAXEaxY，y接法的聯(lián)結(jié)組號根據(jù)聯(lián)結(jié)組的標(biāo)號以及一個(gè)鐘點(diǎn)數(shù)對應(yīng)30°角，即可確定高、低壓側(cè)對應(yīng)線電動勢（或線電壓）之間的相位移。2/5/202386電機(jī)及拖動基礎(chǔ)Y，y2EaxABCXYZabcxyzEAXaxyzbcABCXYZEABEab2/5/202387電機(jī)及拖動基礎(chǔ)Y，y42/5/202388電機(jī)及拖動基礎(chǔ)Y，y82/5/202389電機(jī)及拖動基礎(chǔ)Y，y102/5/202390電機(jī)及拖動基礎(chǔ)ABCXYZabcxyzEAXEaxa（y）xcbzEabY，d11ABCXYZEABY，d接法的聯(lián)結(jié)組號2/5/202391電機(jī)及拖動基礎(chǔ)Y，d32/5/202392電機(jī)及拖動基礎(chǔ)Y，d52/5/202393電機(jī)及拖動基礎(chǔ)Y，d92/5/202394電機(jī)及拖動基礎(chǔ)D，d接法的聯(lián)結(jié)組號EABaybzxcEabD，d8ABCXYZcabzxyEAXEaxYCAZXB2/5/202395電機(jī)及拖動基礎(chǔ)幾種規(guī)律：①副繞組同名端反過來，增加6點(diǎn)（或減少6點(diǎn)）；②副邊標(biāo)號依次右移一個(gè)鐵心柱，相位比原來滯后120°，比原來增加4