變壓器(自動(dòng)化)

變壓器的運(yùn)行原理1變壓器的空載運(yùn)行原邊加額定電壓，額定頻率的電源，副邊開路時(shí)的運(yùn)行情況，稱為變壓器的空載運(yùn)行。一、電磁關(guān)系分析變壓器空載運(yùn)行示意圖e2e1e1＋u1－i0i2Φ1一次繞組二次繞組2

電勢與磁通的關(guān)系34漏磁感應(yīng)電動(dòng)勢5結(jié)論：漏磁電動(dòng)勢可用空載電流I0在一次繞組漏電抗X1產(chǎn)生的負(fù)壓降-jI0X1表示，漏磁電動(dòng)勢滯后I0900電角度。6激磁阻抗磁化電抗ImIFeIμE1RFexμImE1rmxm7變壓器各電磁量正方向電機(jī)學(xué)的中心任務(wù)是電磁分析,我們討論變壓器就是要討論變壓器中的各個(gè)電路參數(shù)(電壓、電流、功率），電磁量（磁通、磁密、磁勢）之間的關(guān)系，為了寫出它們之間的關(guān)系式，必須事先規(guī)定各自的正方向，原則上正方向的規(guī)定可以是任意的，不影響各個(gè)量瞬時(shí)值之間的相對關(guān)系，但是為了分析方便，便于交流，我們往往采用通用的慣例來規(guī)定正方向。8XaΦme1e2e1σu1u2i0i2Φ1σAx9二、空載運(yùn)行電壓方程10忽略漏阻抗壓降后有效值：影響主磁通大小的因素是電源電壓、電源頻率和一次側(cè)線圈的匝數(shù)，與鐵芯的材質(zhì)和幾何尺寸無關(guān)。11三、等效電路U1.I0.r1x1E1.一次側(cè)等效電路U1.I0.r1x1E1.變壓器空載等效電路rmxm空載狀態(tài)運(yùn)行的變壓器可近似為一個(gè)鐵心電感接于電網(wǎng)。磁滯、渦流效應(yīng)建立空載磁通12四、變壓器空載運(yùn)行相量圖ΦmE1E2U20-E1I0αI0r1jI0x1U1I0rI0a13五、勵(lì)磁電流Φi0wtwt不考慮磁滯時(shí)勵(lì)磁電流波形wti0尖頂波勵(lì)磁電流分解為基波和３次諧波電流14Φ,i0wt勵(lì)磁電流i0半波波形不對稱，勵(lì)磁電流i0波形超前磁通Φ一個(gè)角度，渦流損耗也會(huì)使i0波形超前磁通波形。由于鐵耗的存在使勵(lì)磁電流i0波形超前主磁通α角度，該角度稱為鐵耗角。15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。16

變壓器的負(fù)載運(yùn)行原邊接入電源、副邊接負(fù)載阻抗ZL時(shí)的運(yùn)行情況，稱為變壓器的負(fù)載運(yùn)行。一、電磁關(guān)系分析U2變壓器負(fù)載運(yùn)行.ΦmE1E1σΦ1σU1I1I2......E2E2σ..Φ2σ..zL17二、磁勢平衡方程式空載時(shí)：I2=0，鐵心內(nèi)的磁通Φm是由原邊磁勢F0=N1I0單獨(dú)建立負(fù)載時(shí)：一次繞組的電流產(chǎn)生的磁勢為F1=N1I1，二次繞組中的電流產(chǎn)生磁勢為F2=N2I2N1I1+

N2I2=N1I0

F1＋F２=Ｆｍ＝Ｆ０磁通勢平衡方程：N1I1+

N2I2=0

I1=－N2N1

I2

N2N1

I2

I1=I０－18三、電壓平衡方程式ΦmE1E1σΦ1σU1I1I2......E2E2σ..Φ2σ..ZL原繞組：

U1=-E1+Ｉ1(r1+jx1)副繞組：U2=E2-I2(r2+jx2)U2=I2zL19變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式20變壓器負(fù)載時(shí)的電路圖由圖可見：變壓器一、二次繞組的電路是獨(dú)立的，只有磁的聯(lián)系，沒有電的聯(lián)系，不便于計(jì)算。.I2.U1.I1Ｒ1E1.Ｒ2U2.E2.x1σx2σo1o2四、副繞組歸算和變壓器等效電路211、繞組的歸算注意：二次繞組匝數(shù)變化后，二次繞組的電流必須調(diào)整，否則改變了變壓器的電磁關(guān)系。歸算是把二次側(cè)繞組匝數(shù)變換成一次側(cè)繞組的匝數(shù)，而不改變一、二次側(cè)繞組的電磁關(guān)系。1）二次側(cè)繞組電流的歸算電流歸算原則是：保持歸算前后繞組的磁效應(yīng)不變（磁勢不變），歸算后的量帶’表示。22有功功率不變R2'

I2'2=R2I22R2'

=R2I22I2'2=k2R2無功功率不變X2'I2'2=X2I22X2'=X2I22I2'2=k2X2因而Z2'

=k2Z2ZL'

=k2ZL折算實(shí)質(zhì)上是在功率和磁通勢保持不變的條件下，對繞組的電壓、電流所進(jìn)行的一種線性變換。2）二次側(cè)阻抗的歸算233）二次側(cè)繞組電勢和電壓的歸算根據(jù)電勢與匝數(shù)成正比關(guān)系得：二次側(cè)端電壓：24結(jié)論：（1）歸算前后，二次側(cè)電流變化1/K倍（1）二次側(cè)電勢、電壓變化K倍（2）二次側(cè)電阻、阻抗、負(fù)載變化K2倍R2'=k2R2X2'=k2X225項(xiàng)目折算前

折算后一次側(cè)電壓方程二次側(cè)電壓方程電流關(guān)系感應(yīng)電動(dòng)勢感應(yīng)電動(dòng)勢的關(guān)系輸出電壓2.基本方程式U1=－E1＋Z1I1U1=－E1＋Z1I1U2=E2－Z2I2U2'=E2'－

Z2'I2'N1I1＋N2I2=N1I0

I1＋I(xiàn)2'

=I0

E1=－ZmI0

E1=－ZmI0

E1=kE2E1=E2'U2=ZLI2U2'=ZL'I2'26根據(jù)歸算后的基本方程畫出的部分等效電路得到變壓器T型等效電路圖.I’2.U1.I1r1x1E1.rmxmIm.r’2x’2U’z.E’2.I1+.I’2.=I0.E1=.E’2=.-I0.zm.273T型等效電路ZL'＋U1－I1r1jx1－

E1

=E2'＋I(xiàn)0'－U2'

＋jx2'

r2'I2'28U1.I1.r1x1E1.rmxmIm.r′2x′2-U2.-I′2.4變壓器形等效電路z′L295簡化等效電路

該電路用于滿載或接近滿載運(yùn)行時(shí)的分析、計(jì)算。

短路電阻：

rｋ

=r1+r2'

短路電抗：

xｋ

=x1+x2'

短路阻抗：

zｋ

=rｋ+jxｋI0很小，I1≈I2

zL'＋U1－

I1＝－I2'rｋ

jxｋ－U2'

＋30

五.相量圖※設(shè)：

U2=U20°U2'I2'

電感性負(fù)載2E1=E2'r2'I2'jx2'I2'－E1I0－I2'I1r1I1jx1I11U131

電容性負(fù)載U2'I2'E1=E2'r2'I2'jx2'I2'I0－I2'U12－E1I1r1I1jx1I11

電阻性負(fù)載U2'I2'E1=E2'r2'I2'jx2'I2'I0－I2'U1－E1r1I1jx1I11I132U1I1I1N1U2U2=I2ZLI2I2N2I1N1+I2N2=I0N1I0N1ΦmE1E2E1/E2=kΦs1Eσ1=-jI1x1Φs2Eσ2=-jI2x2I1r1I2r2U1=-E1+I1(r1+jx1)U2=E2-I2(r2+jx2)主磁通33

標(biāo)幺值

34一次側(cè)二次側(cè)功率線電壓相電壓線電流相電流阻抗35

2、取標(biāo)幺值的優(yōu)點(diǎn)

(一)一個(gè)量與它的折合值的標(biāo)幺值相等(二)線值與相值電壓(流)的標(biāo)幺值相等(三)便于判斷變壓器的運(yùn)行情況（四）不論變壓器或電機(jī)容量的大小，用標(biāo)幺值表示時(shí)，各個(gè)參數(shù)和典型的性能數(shù)據(jù)通常都在一定的范圍以內(nèi)，因此便于比較和分析。36(五)不同的量具有相同的值

37

變壓器的參數(shù)測定

1.空載試驗(yàn)測量:k、PFe、Zm原邊副邊＋U1－VAWV

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

U1N、I0、P0、U20。(1)鐵損耗

P0=

PFe＋PCu

=

rmI02＋r1I02PFe≈P0

(2)勵(lì)磁阻抗模

|Zm|≈|Z1+Zm|

=U1NI038(3)

勵(lì)磁電阻rm≈r1＋rm

=P0I02(4)勵(lì)磁電抗Xm=√|Zm|2－rm2(5)電壓比U20U1Nk=(6)折算對于降壓變壓器，rm

、Xm和Zm需要折算。實(shí)際值為rm=k2P0I02Xm=√|Zm|2－rm2392.短路試驗(yàn)測量：PCu、短路參數(shù)。實(shí)驗(yàn)方法：逐漸增加U1，使電流達(dá)到額定值：I1=I1N。U1=(3%~10%)U1N高壓側(cè)低壓側(cè)＋U1－AVW實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

US=U1、IK=I1N、PK。(1)銅損耗

PCu≈

PFe+PCu=PK(2)短路阻抗模

|ZK|=UKIK40(3)

短路電阻

|rK

|=PKIK2(4)短路電抗XK=√|

ZK

|

2－rK2(5)阻抗電壓UK=|

ZK

|

I1N銘牌上的標(biāo)注方法：①用百分?jǐn)?shù)表示:US％=UKU1N×100%②用標(biāo)幺值表示:標(biāo)幺值

=實(shí)際值基值※電壓、電流與阻抗（電阻和電抗）的基值:U1N、

I1N、U2N、

I2N、I1NU1N、I2NU2N41變壓器的運(yùn)行特性1.外特性:

當(dāng)U1、cos2為常數(shù)時(shí)U2=f(I2)(1)電壓調(diào)整率的定義U2

I2OU2Nλ2=1λ2=0.8(電感性)λ2=0.8(電容性)

I2N

U2△U=

U2N－U2U2N×100%

運(yùn)行特性：外特性、效率特性。42(2)折算至一次側(cè)的公式△U=U1N－U2'U1N×100%(3)利用短路參數(shù)的公式－U2'*I1=－I2`*2rkI1*jXkI1*U1N*=1ZL'＋U1－I1＝－I2'－U2'

＋rkxk431.001.044

為了保證二次端電壓在允許范圍之內(nèi),通常在變壓器的高壓側(cè)設(shè)置抽頭,并裝設(shè)分接開關(guān),調(diào)節(jié)變壓器高壓繞組的工作匝數(shù),來調(diào)節(jié)變壓器的二次電壓。

中、小型電力變壓器一般有三個(gè)分接頭，記作UN±5%。大型電力變壓器采用五個(gè)或多個(gè)分接頭,例UN±2x2.5%或UN±8x1.5%。X1X2X3+5%-5%有載調(diào)壓無載調(diào)壓452.效率特性(1)功率電源輸入變壓器的有功功率

P1=mU1I1cos1變壓器輸出的有功功率

P2=mU2I2cos2損耗

P1－P2=PCu＋PFe①

銅損耗

PCu=R1I12＋R2I22=R1I12＋R2'I2'2（用T型等效電路）46I1=I1N時(shí)的短路損耗PCu=Rk

I12

=Rk

I2'2

（用簡化等效電路）

=

2

Pk

（用短路試驗(yàn)）式中:——負(fù)載系數(shù)。由于:PCu∝I

2=I1I1N——

可變損耗。②

鐵損耗

PFe=RmI02

（用T型等效電路）

=P0（用空載試驗(yàn)）由于PFe∝Φm、f等，當(dāng)

U1、f均不變時(shí)，

PFe不變（與I2

大小無關(guān)）——不變損耗。47(2)效率P1P2=×100%P2=mU2I2cos2=mU2NI2cos2=mU2NI2Ncos2I2I2N=

SNcos2=

SN2

SN2

SN2＋P0＋

2Pk×100%

=48當(dāng)U1=U1N、cos2為常數(shù)時(shí)：

=f(I2)

或：

=f(β)(3)效率特性求得

P0=

2

PS即

PCu=

PFe時(shí)

=max——效率特性。令d

d=0※小型電力變壓器:ηN

=80%

～90%※大型電力變壓器:ηN

=98%

～99%049三相變壓器(1)三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相組式變壓器、三相心式變壓器。①

三相組式變壓器特點(diǎn)：三相之間只有電的聯(lián)系，沒有磁的聯(lián)系。U1

U2u1

u2V1

V2v1

v2W1

W2w1

w250ΦCΦA(chǔ)..ΦB.ΦA(chǔ).ΦC.ΦB.ABC②三相心式變壓器

特點(diǎn)：三相之間既有電的聯(lián)系，又有磁的聯(lián)系。三相心式鐵心的形成51三相變壓器的聯(lián)結(jié)組一.單相變壓器聯(lián)結(jié)的組別EUEu**U1U2u1u2相位關(guān)系:EUEuEUEu(1)相電動(dòng)勢的相位關(guān)系EUEu**U1U2u2u152AXax（2）時(shí)鐘表示法：把一次繞組電動(dòng)勢EU看作時(shí)鐘的長針(分針),永遠(yuǎn)指向12點(diǎn),二次繞組電動(dòng)勢Eu看作時(shí)鐘的短針,由短針指向確定變壓器的聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào).EUEuEUEuII12II653繞組名稱單相變壓器三相變壓器中性點(diǎn)首端末端首端末端高壓繞組U1U2U1、V1、W1U2、V2、W2N低壓繞組u1u2u1、v1、w1u2、v2、w2n中壓繞組U1mU2mU1m、V1m、W1mU2m、V2m、W2mNm（1)、變壓器的端頭標(biāo)號(hào)二、三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別54星形聯(lián)結(jié)(Y聯(lián)結(jié))U1V1W1U2V2W2EVEUEWEUVEUU1V2EVV1U2EWW1W2EUV55三角形聯(lián)結(jié)(D聯(lián)結(jié))U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2EUEVEWEUUWEVVEWEUVEUUVEVWEWEUV56結(jié)論:1.ΔUVW是一個(gè)等邊三角形.2.三相相序?yàn)閁VWU時(shí),位形圖中UVW順時(shí)針排列.3.線電勢EUV由U指向V57三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別我國的三相電力變壓器,繞組的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)一般采用星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié).聯(lián)結(jié)組可分為哪幾大類?Y，y聯(lián)結(jié)Y，d聯(lián)結(jié)D，d聯(lián)結(jié)D，y聯(lián)結(jié)58Yy聯(lián)結(jié)AXBYCZaxbyczEAEBECEaEbEcEABEabABCXYZaxbyczEABEabY，y059axbyczEAEBECEaEbEcEabAXBYCZBCAEABXYZaxbyczEabY，y660AXBYCZczaxbyEAEBECEcEaEbEABEabY，y4ABCXYZczyEABaxbEabyz61AXBYCZbyczaxEAEBECEbEcEaEABEab請大家判斷一下聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)?Y，y862czaxbyEAEBECEcEaEbEabAXBYCZBCAEABY，y10XYZazxEabbyc63byczaxEAEBECEbEcEaAXBYCZEab請大家判斷一下聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)?Y，y264Yy聯(lián)結(jié)小結(jié)Yy

聯(lián)結(jié)只有6種聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)

Yy0Yy2Yy4Yy6Yy8Yy10標(biāo)號(hào)數(shù)全為偶數(shù)低壓側(cè)ax,by,cz，A與a同名端時(shí)為Ｙy0

cz,ax,byYy4

by,cz,axYy8低壓側(cè)ax,by,cz，A與a異名端時(shí)為Ｙy６

cz,ax,byYy10

by,cz,axYy2

65Yd聯(lián)結(jié)AXBYCZEAEBECEABaxbyczEaEbEcＥabBCAEABXYZaxczbyEabY，d1166AXBYCZEAEBECEABaxbyczEabBCAEABXYZaxbyczYd167Yd聯(lián)結(jié)小結(jié)共有６種聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)Yd1Yd3Yd5Yd7Yd9Yd11聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)為奇數(shù)Yd1Yd5Yd9為一類Yd3Yd7Yd11為一類68類推Ｄd聯(lián)結(jié)Dy聯(lián)結(jié)Ｄd聯(lián)結(jié)共有６種(與Ｙy聯(lián)結(jié)類似）Dd0Dd2Dd4Dd6Dd8Dd10Ｄy聯(lián)結(jié)共有６種（與Yd聯(lián)結(jié)類似）Ｄy1Dy3Dy5Dy7Dy9Dy1169三相變壓器的并聯(lián)運(yùn)行定義:把變壓器一、二次繞組相同標(biāo)志的出線端聯(lián)在一起，分別接到母線上，這種運(yùn)行方式稱為并聯(lián)運(yùn)行。CBAcbaCBAcbaCBAcba70并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)提高供電可靠性，便于檢修變壓器。減小備用容量，變電站的負(fù)載逐年發(fā)展，根據(jù)負(fù)載發(fā)展陸續(xù)添加變壓器更經(jīng)濟(jì)。負(fù)載隨晝夜和季節(jié)發(fā)生變化，采用并聯(lián)運(yùn)行可以節(jié)電。71并聯(lián)運(yùn)行的變壓器應(yīng)滿足要求電壓比相等，以保證二次側(cè)的空載電壓相等。

聯(lián)結(jié)組相同，以保證二次側(cè)空載電壓相位相同。(3)短路阻抗標(biāo)幺值相等，阻抗角要相同。

72變壓器變比不等并聯(lián)運(yùn)行ⅠⅡU1I1ⅠI1ⅡU2U2ⅠU2ⅡAXaxKΔU27374AXaxKαβU1I1αI1βU2負(fù)載K`刀閘K`合上,變壓器帶負(fù)載運(yùn)行時(shí),各變壓器的電流除了負(fù)載時(shí)分配的電流之外,還各自都增加了一個(gè)環(huán)流.為了限制環(huán)流,規(guī)定并聯(lián)變壓器變比之間相差小于0.5%,從而保證環(huán)流不超過額定電流的5%.7576變壓器聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)對并聯(lián)運(yùn)行的影響聯(lián)接組標(biāo)號(hào)不同的變壓器,雖然一次側(cè),二次側(cè)額定電壓相同,但二次側(cè)電壓相量相位至少相差300例如Yy0Yd11并聯(lián)運(yùn)行，相位差為300U2βU2αΔU2ΔU2已達(dá)到額定電壓的51.8%，Ic更大，很可能損壞變壓器，因此不同聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)的變壓器絕對不允許并聯(lián)運(yùn)行。77并聯(lián)運(yùn)行變壓器的負(fù)載分配α、β三臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行，一、二次額定電壓相同，聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)相同，短路阻抗不等。abU1I1IαIβIγU`2ZkαZkβZkγZ`L各臺(tái)變壓器負(fù)載電流與它們的短路阻抗成反比。78并聯(lián)運(yùn)行變壓器各臺(tái)變壓器負(fù)載系數(shù)與短路阻抗標(biāo)么值成反比。若各臺(tái)變壓器|Zk|相同，則β也相等，負(fù)載分配最合理。由于容量相近的變壓器|Zk|值相差較小，因此，一般并聯(lián)運(yùn)行的變壓器的容量比不超過3:1798081

【例】兩臺(tái)電壓比和聯(lián)結(jié)組相同的變壓器并聯(lián)運(yùn)行。已知SNⅠ=100kV·A，SNⅡ=100kV·A，試求當(dāng)總負(fù)載為200kV·A時(shí)，兩臺(tái)變壓器各自分擔(dān)的負(fù)載是多少？為了不使兩臺(tái)變壓器過載，最大負(fù)載應(yīng)是多少？

|UkⅠ|

=0.04，*|UkⅡ|

=0.045，*解：(1)

*|UkⅡ||UkⅠ|*=SⅠSⅡ**=0.0450.04SⅠ/SNⅠSⅡ/SNⅡ=SⅠ＋SⅡ=SL=200kV·ASⅠ=106kV·A，SⅡ=94

kV·A

(2)

應(yīng)當(dāng)使SⅠ=100kV·A則SⅡ=0.040.045SⅠ=89

kV·ASLmax=SⅠ+SⅡ=189kV·A82

一、自耦變壓器1.自耦變壓器的基本結(jié)構(gòu)只有一個(gè)繞組。手柄特種變壓器832.自耦變壓器的