CH3變壓器的基本運(yùn)行原理

第三章變壓器基本運(yùn)行原理2/6/20231第三章變壓器基本運(yùn)行原理第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行第三節(jié)標(biāo)幺值第四節(jié)變壓器等效電路參數(shù)測(cè)定第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性2/6/20232三相對(duì)稱(chēng)問(wèn)題可簡(jiǎn)化為單相問(wèn)題討論。以單相雙繞組電力變壓器為例，分析變壓器的基本原理、導(dǎo)出基本方程式、等效電路、相量圖，求出變壓器的運(yùn)行性能的主要指標(biāo)，即電壓變化和效率。本章重點(diǎn)：分析變壓器的基本理論，本篇核心。Introduction2/6/20233Introduction2/6/202341、變壓器能夠變壓是基于什么原理？2、變壓器依靠什么進(jìn)行能量傳遞的？3、為什么變壓器只能改變電壓而不能改變頻率？思考2/6/20235指一次繞組接額定頻率、額定電壓的交流電源，二次繞組開(kāi)路時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。變壓器的空載運(yùn)行第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行2/6/202361.空載運(yùn)行時(shí)的物理情況圖3－1單相變壓器空載運(yùn)行示意圖空載運(yùn)行過(guò)程：空載電流——空載磁動(dòng)勢(shì)——空載磁通——主磁通和漏磁通——主磁路和漏磁路。第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行2/6/20237交變磁通---主磁通，大部分磁通沿鐵心閉合，同時(shí)交鏈原副邊繞組，其路徑叫主磁路。---漏磁通，極少部分磁通只交鏈原邊繞組，為原繞組漏磁通，其路徑是經(jīng)原繞組附近的空間閉合，叫漏磁路。第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行2/6/20238主磁通和漏磁通的區(qū)別：①磁路性質(zhì)不同：主磁路由鐵磁材料構(gòu)成，可能出現(xiàn)磁飽和，主磁通與建立主磁通的空載電流之間為非線性關(guān)系；漏磁路絕大部分由非鐵磁材料構(gòu)成，無(wú)磁飽和問(wèn)題，則漏磁通與空載電流之間成線性關(guān)系。主磁路磁阻小，所以主磁通占總磁通絕大部分，而漏磁路磁阻大，漏磁通很小，僅占0.1%~0.2%。②功能不同：主磁通通過(guò)電磁感應(yīng)將一次繞組能量傳遞到二次繞組，起能量傳遞作用，而漏磁通只在一次繞組感應(yīng)電勢(shì)，不起傳遞功率作用。第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行2/6/20239

圖3－2變壓器空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行2/6/2023102.正方向的規(guī)定（1）電源電壓正方向由A→X，一次側(cè)電流正方向與電源正方向一致，即也是由A→X。這相當(dāng)于把一次側(cè)繞組看作交流電源的負(fù)載，采用所謂“負(fù)載”慣例。（2）磁勢(shì)的正方向與產(chǎn)生該磁勢(shì)的電流的正方向之間符合右手螺旋關(guān)系。第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行2/6/202311（3）磁通的正方向與磁勢(shì)的正方向一致。（4）感應(yīng)電勢(shì)的正方向（即電位升高的方向）與產(chǎn)生該電勢(shì)的磁通的正方向之間符合右手螺旋關(guān)系。（5）把二次側(cè)繞組電勢(shì)看作電源電勢(shì)，當(dāng)a－x之間接負(fù)載時(shí)，二次側(cè)電流的正方向與感應(yīng)電勢(shì)正方向一致，而負(fù)載端電壓的正方向與電流正方向一致。第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行2/6/2023123.空載運(yùn)行時(shí)的各物理量（1）空載電流定義：變壓器空載運(yùn)行時(shí)，一次繞組的電流。作用：建立空載磁場(chǎng)，即主磁通m

和一次繞組的漏磁通1

。補(bǔ)償空載時(shí)變壓器內(nèi)部的有功功率損耗?？蛰d電流有有功分量和無(wú)功分量?jī)刹糠?，前者?duì)應(yīng)有功功率損耗，后者用來(lái)產(chǎn)生空載磁場(chǎng)。第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行2/6/202313

在電力變壓器中，空載電流的無(wú)功分量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有功分量，所以空載電流基本上屬于無(wú)功性質(zhì)，空載電流又稱(chēng)為激磁電流或勵(lì)磁電流。空載電流的數(shù)值不大，大約為額定電流的2％-10％。一般來(lái)說(shuō)，變壓器的容量越大，空載電流的百分?jǐn)?shù)越小。第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行（1）空載電流2/6/202314圖3－3磁路飽和時(shí)的空載電流波形第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行激磁電流的大小和波形取決于鐵心飽和程度，即取決于鐵心中磁通密度Bm的大小。磁路不飽和時(shí)，磁化曲線近似為線性，當(dāng)為正弦波，i也為正弦波形。不計(jì)鐵耗時(shí)激磁電流波形2/6/202315圖3－3磁路飽和時(shí)的空載電流波形第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行

鐵心飽和，當(dāng)為正弦波，激磁電流為尖頂波，飽和程度越深，激磁電流波形越尖，波形畸變?cè)絽柡Γ渲泻ê腿?，五，七次等奇次諧波i為尖頂波，含諧波。變壓器中，為了建立正弦波主磁通，激磁電流必須是尖頂波。

鐵心飽和時(shí)，若激磁電流i正弦，則磁通為平頂波。不計(jì)鐵耗時(shí)激磁電流波形2/6/202316000磁路飽和時(shí)正弦激磁電流產(chǎn)生的主磁通波形2/6/202317空載運(yùn)行時(shí)的相量圖變壓器從電網(wǎng)吸取的功率，除極少部分消耗在原繞組電阻損耗外，主要用于供給鐵心損耗，由于鐵耗的存在，激磁電流除磁化電流分量外，還有很小的鐵耗分量。激磁電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鐵耗電流，所以變壓器空載時(shí)功率因數(shù)很低，0.1-0.2左右。第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行圖3－4空載運(yùn)行時(shí)勵(lì)磁電流與主磁通的相位關(guān)系2/6/202318空載磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生主磁通m

和漏磁通1

。空載運(yùn)行時(shí)，鐵心中只有空載磁勢(shì)產(chǎn)生的磁場(chǎng)?？蛰d磁場(chǎng)實(shí)際分布情況很復(fù)雜，為了分析方便，把磁通根據(jù)其所經(jīng)過(guò)的路徑不同分為主磁通和漏磁通，以便于把非線性問(wèn)題和線性問(wèn)題分別討論。第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行（2）空載磁勢(shì)2/6/202319（3）主磁通主磁路磁阻小，主磁通占絕大部分，主磁路沿鐵心閉合。主磁路的磁阻不是常數(shù)，主磁通和產(chǎn)生它的空載電流之間為非線性。主磁通交鏈一次和二次繞組，使其分別感應(yīng)電勢(shì)和。二次繞組的感應(yīng)電勢(shì)相當(dāng)于負(fù)載的電源，通過(guò)主磁通的耦合作用，變壓器實(shí)現(xiàn)了能量的傳遞。只有交變的主磁通才能在繞組中感應(yīng)電勢(shì)，所以變壓器只能傳遞交流電能，且無(wú)法改變交流電的頻率。第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行2/6/202320第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行變壓器在變壓的同時(shí)，能夠變頻嗎？為什么？2.變壓器能否改變直流電壓的大?。繛槭裁?？3.變壓器中主磁通和漏磁通的性質(zhì)和作用有什么不同？在分析變壓器時(shí)怎樣反映其作用？它們各由什么磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生？

2/6/202321（4）一次和二次繞組的感應(yīng)電勢(shì)交變磁通將在一、二次繞組中感應(yīng)電勢(shì)，設(shè)主磁通按正弦規(guī)律變化，即：為主磁通的最大值。是電源角頻率，。第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行2/6/202322，為一次繞組感應(yīng)電勢(shì)的最大值。感應(yīng)電勢(shì)滯后產(chǎn)生該電勢(shì)的磁通90°。一次繞組感應(yīng)電勢(shì)瞬時(shí)值為：第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行（4）一次和二次繞組的感應(yīng)電勢(shì)2/6/202323一次繞組感應(yīng)電勢(shì)的有效值為：第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行（4）一次和二次繞組的感應(yīng)電勢(shì)結(jié)論：

2.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值

3.1、感應(yīng)電勢(shì)滯后產(chǎn)生該電勢(shì)的磁通90°。2/6/202324主磁通在二次繞組所感應(yīng)的電勢(shì)為：為二次繞組感應(yīng)電勢(shì)的最大值。第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行（4）一次和二次繞組的感應(yīng)電勢(shì)2/6/202325

二次繞組感應(yīng)電勢(shì)的有效值為：結(jié)論：感應(yīng)電勢(shì)有效值大小與主磁通的頻率、繞組匝數(shù)及主磁通最大值成正比。感應(yīng)電勢(shì)頻率與主磁通頻率相等，電勢(shì)相位滯后主磁通90°。第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行（4）一次和二次繞組的感應(yīng)電勢(shì)2/6/202326

一次繞組除了有主磁通感應(yīng)的電勢(shì)外，漏磁通還將感應(yīng)漏電勢(shì)：第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行（4）一次和二次繞組的感應(yīng)電勢(shì)2/6/202327漏磁路不存在飽和，是線性磁路，即一次繞組漏電勢(shì)與空載電流成線性關(guān)系?？砂崖╇妱?shì)看作電流在一個(gè)電抗上的電壓降，即：為比例系數(shù)，反映一次側(cè)漏磁場(chǎng)的存在和該漏磁場(chǎng)對(duì)一次側(cè)電路的影響，故稱(chēng)之為一次側(cè)漏電抗。漏電抗是常數(shù)。

第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行（4）一次和二次繞組的感應(yīng)電勢(shì)2/6/202328（5）空載損耗

變壓器空載時(shí)，二次繞組開(kāi)路，所以輸出功率為零，但變壓器要從電源中吸取一小部分有功功率，用來(lái)補(bǔ)償變壓器內(nèi)部的功率損耗，這部分功率轉(zhuǎn)化為熱能散逸出去，稱(chēng)為空載損耗。第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行2/6/202329一次繞組空載銅損耗，空載電流很小，繞組的電阻也很小，空載銅損耗可忽略不計(jì)，鐵心的鐵耗，它是交變磁通在鐵心中引起的磁滯損耗和渦流損耗?？蛰d損耗近似等于鐵耗，即：

空載損耗較小，一般占額定容量的0.2%-1%。但電力變壓器在電力系統(tǒng)中用量大，且常年接在電網(wǎng)上，所以減小變壓器空載損耗具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行（5）空載損耗2/6/2023304.空載運(yùn)行時(shí)的電勢(shì)方程式及變比，稱(chēng)為一次繞組漏阻抗。第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行r1

x１空載變壓器等效電路2/6/202331為勵(lì)磁阻抗；為勵(lì)磁電抗，對(duì)應(yīng)于主磁通的電抗；為勵(lì)磁電阻，對(duì)應(yīng)于鐵心鐵耗的等效電阻，即有：感應(yīng)電勢(shì)可看成為空載電流在阻抗上的阻抗壓降，即：第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行4.空載運(yùn)行時(shí)的電勢(shì)方程式及變比2/6/202332忽略空載電流在一次繞組引起的漏阻抗壓降，有：有效值為：第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行4.空載運(yùn)行時(shí)的電勢(shì)方程式及變比2/6/202333忽略一次繞組漏阻抗壓降時(shí)，外施電壓由一次繞組感應(yīng)電勢(shì)平衡，即外施電壓與感應(yīng)電勢(shì)大小相等，相位相反，所以又稱(chēng)為反電勢(shì)。當(dāng)電源頻率和匝數(shù)為常數(shù)時(shí)，鐵心中主磁通的最大值與電源電壓成正比。當(dāng)電源電壓一定，鐵心中主磁通的最大值一定，產(chǎn)生主磁通的勵(lì)磁磁勢(shì)也一定。第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行2/6/202334討論加在變壓器一次側(cè)電壓為額定電壓，變壓器空載和不同負(fù)載運(yùn)行時(shí)所需要的勵(lì)磁電流大小有什么不同？當(dāng)給變壓器加額定電壓直流時(shí)，變壓器工作情況如何？2/6/202335

變壓器中，常用變比來(lái)衡量變壓器一、二次電壓變換的幅度。變比的定義是變壓器一次繞組與二次繞組電勢(shì)之比，用符號(hào)K表示，即：第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行4.空載運(yùn)行時(shí)的電勢(shì)方程式及變比結(jié)論：變壓器的變比等于一、二次繞組的匝數(shù)比。2/6/202336可近似用一、二次繞組的電壓之比來(lái)表示變壓器的變比，即：變壓器空載時(shí)第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行4.空載運(yùn)行時(shí)的電勢(shì)方程式及變比結(jié)論：變壓器的變比約等于空載時(shí)一、二次繞組電壓比。2/6/202337圖3－5變壓器空載運(yùn)行時(shí)的等效電路5.空載運(yùn)行時(shí)的等效電路第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行2/6/202338（1）一次繞組漏阻抗是常數(shù)，相當(dāng)于一個(gè)空心線圈的參數(shù)。為什么？（2）主磁路磁阻不是常數(shù)，勵(lì)磁阻抗也不是常數(shù)。隨著主磁路飽和程度的增大，變壓器漏抗如何變化？勵(lì)磁電阻和勵(lì)磁電抗又如何變化？

第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行2/6/202339第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行2/6/202340第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行勵(lì)磁阻抗的物理意義ttim00t1t1Zm是感性還是容性？2/6/202341第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行勵(lì)磁阻抗的物理意義Zm：表示鐵芯磁化性能及鐵耗的綜合參數(shù)xm激磁電抗：表示主磁通在鐵芯中的磁化作用，與鐵心線圈的電感Lm（激磁電感）相對(duì)應(yīng)，與線圈匝數(shù)的平方和主磁路的磁導(dǎo)成正比。rm激磁電阻：表示鐵耗的等效電阻。3若三相2/6/2023426.空載運(yùn)行時(shí)的相量圖

圖3-5變壓器空載運(yùn)行時(shí)的相量圖第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行2/6/202343空載時(shí)的基本方程第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行2/6/2023442.變壓器一次線圈若接在直流電源上，二次線圈會(huì)有穩(wěn)定直流電壓?jiǎn)幔繛槭裁矗?.變壓器的rm、xm各代表什么物理意義？磁路飽和與否對(duì)有什么影響？為什么要求xm大、rm?。?.為了得到正弦形的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)鐵芯飽和和不飽和時(shí)，空載電流各呈什么波形，為什么？第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行2/6/2023455.試從物理意義上分析，若減少變壓器一次側(cè)線圈匝數(shù)（二次線圈匝數(shù)不變）二次線圈的電壓將如何變化？4.變壓器額定電壓為220/110V，如不慎將低壓側(cè)誤接到220V電源后，將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行2/6/202346第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器一次繞組接交流電源，二次繞組接負(fù)載的運(yùn)行方式，為變壓器的負(fù)載運(yùn)行方式。圖3－6變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系2/6/202347第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行2/6/202348空載時(shí)：變壓器原邊漏阻抗壓降很小，可近似認(rèn)為負(fù)載時(shí)：負(fù)載時(shí)，變壓器副繞組負(fù)載電流產(chǎn)生磁勢(shì)，則原繞組中必須產(chǎn)生一相應(yīng)的磁勢(shì)來(lái)抵消它的作用，從而使原繞組中電流由空載時(shí)的變化為負(fù)載時(shí)的。第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行1.負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁勢(shì)關(guān)系2/6/2023491.負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁勢(shì)關(guān)系第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行2/6/202350--近似等于空載磁勢(shì)，用于建立主磁通--用于平衡或抵消副繞組磁勢(shì)的作用，稱(chēng)為負(fù)載分量，其大小與副繞組磁勢(shì)相等，隨負(fù)載大小改變對(duì)電力變壓器，相對(duì)較小1.負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁勢(shì)關(guān)系第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行2/6/2023512.一次和二次繞組電流關(guān)系

為一次側(cè)繞組電流的負(fù)載分量，其大小隨負(fù)載變化而變化。第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行2/6/2023521、當(dāng)副邊電流發(fā)生變化時(shí)原邊電流也將改變；2、原副邊電壓一定，副邊電流增大→副邊輸出功率增大→原邊電流增大，表示原邊從電源吸收的功率增加；3、原副邊無(wú)直接電的聯(lián)系，但兩個(gè)繞組共用一個(gè)磁路，共同交鏈一個(gè)主磁通，借助主磁通變化，通過(guò)磁感應(yīng)作用，原副邊實(shí)現(xiàn)電壓變換及功率傳遞。原邊電流由兩部分組成：(1)：用以建立主磁通

(2)：負(fù)載分量2.一次和二次繞組電流關(guān)系第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行2/6/2023533.電勢(shì)平衡方程式第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行副邊端電壓為：變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，原副繞組磁勢(shì)除了合起來(lái)產(chǎn)生主磁通外，原副繞組磁勢(shì)還分別在各自繞組產(chǎn)生漏磁通。2/6/2023543.電勢(shì)平衡方程式為二次繞組漏阻抗。第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行2/6/202355變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，各物理量的關(guān)系可表示如下：第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行2/6/202356變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式匯總?cè)缦拢旱诙?jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行2/6/2023574.繞組折算第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行無(wú)法構(gòu)成一等效電路的原因在于:r1

x１xmrmr2

x22/6/202358折算原則：在折算前后，變壓器內(nèi)部的電磁關(guān)系一定不能改變，所以折算是在磁勢(shì)、功率、損耗和漏磁場(chǎng)儲(chǔ)能等均保持不變的原則下進(jìn)行的。表示：折算后的各量在相應(yīng)符號(hào)的右上角加“′”，表示為折算值。第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行折算：把一次和二次繞組的匝數(shù)變換成同一匝數(shù)的方法，即把實(shí)際變壓器模擬為變比為1的等效變壓器來(lái)研究。4.繞組折算2/6/202359（1）電勢(shì)的折算（將二次折算到一次）根據(jù)折算前后主磁通和漏磁通保持不變的原則，有：

即：

第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行2/6/202360（2）電流的折算根據(jù)折算前后磁勢(shì)保持不變的原則，有：則

（3）阻抗的折算

根據(jù)折算前后二次繞組電阻上的銅耗不變的原則，有：則

第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行2/6/202361同理，根據(jù)折算前后二次側(cè)繞組漏電抗上所消耗的無(wú)功功率保持不變的原則，有：負(fù)載阻抗也有同樣的關(guān)系，即：總結(jié)：把二次側(cè)各物理量折算到一次側(cè)時(shí)，凡是單位為V的量折算值等于原值乘以變比K，凡是單位為A的量折算值等于原值除以變比K，凡是單位為的量折算值等于原值乘以變比K的平方。第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行2/6/202362二次側(cè)折算到一次側(cè)后，變壓器的基本方程式為：第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行2/6/2023635.等效電路（1）T形等效電路（a）一次繞組（b）勵(lì)磁支路(c)二次繞組圖3－8和變壓器基本方程組對(duì)應(yīng)的電路第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行2/6/202364第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行2/6/202365（2）近似等效電路

圖3－10近似等效電路第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行2/6/202366（3）簡(jiǎn)化等效電路電力變壓器中，空載電流很小，，忽略空載電流，等效電路進(jìn)一步簡(jiǎn)化。圖3－11簡(jiǎn)化等效電路第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行2/6/202367簡(jiǎn)化等效電路中的串聯(lián)阻抗稱(chēng)為變壓器的短路阻抗。分別稱(chēng)為短路電阻和短路電抗。變壓器如果發(fā)生穩(wěn)態(tài)短路，則短路電流為：短路阻抗一般較小，所以變壓器短路電流很大，可以達(dá)到額定電流的10～20倍。第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行2/6/2023686.負(fù)載運(yùn)行時(shí)的相量圖圖3-12負(fù)載運(yùn)行時(shí)的相量圖第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行2/6/202369第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行分析計(jì)算變壓器負(fù)載運(yùn)行方法有基本公式、等值電路和相量圖。基本方程式：是變壓器的電磁關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式；等值電路：是基本方程式的模擬電路；相量圖：是基本方程的圖示表示。三者是統(tǒng)一的，一般定量計(jì)算用等效電路，討論各物理量之間的相位關(guān)系用相量圖。2/6/202370第三節(jié)標(biāo)幺值1.標(biāo)幺值的定義

所謂標(biāo)幺值是用實(shí)際值與同一單位的某一選定的基準(zhǔn)值之比，即

標(biāo)幺值＝實(shí)際值(任意單位)/基準(zhǔn)值(與實(shí)際值相同單位)

標(biāo)幺值是相對(duì)值，無(wú)單位。某物理量的標(biāo)幺值用原來(lái)的符號(hào)右下角加“*”表示。2/6/2023712.基準(zhǔn)值的選取

在電機(jī)中，常選各物理量的額定值作為基準(zhǔn)值：（1）額定相電壓和相電流作為相電壓和相電流的基準(zhǔn)值；額定電壓和電流作為線電壓和線電流的基準(zhǔn)值；（2）電阻、電抗和阻抗采用同一個(gè)基準(zhǔn)值，這些參數(shù)都是一相的值，所以阻抗基準(zhǔn)值是額定相電壓與額定相電流的比值；第三節(jié)標(biāo)幺值2/6/202372（3）有功功率、無(wú)功功率及視在功率采用同一個(gè)基準(zhǔn)值，以額定視在功率為基準(zhǔn)；單相功率的基準(zhǔn)值為三相視在功率的基準(zhǔn)值為，（4）變壓器有一、二次側(cè)繞組之分，一、二次側(cè)各物理量的基準(zhǔn)值，應(yīng)選擇各自側(cè)的額定值。第三節(jié)標(biāo)幺值（3）有功功率、無(wú)功功率及視在功率采用同一個(gè)基準(zhǔn)值，以額定視在功率為基準(zhǔn)；單相功率的基準(zhǔn)值為三相視在功率的基準(zhǔn)值為，（4）變壓器有一、二次側(cè)繞組之分，一、二次側(cè)各物理量的基準(zhǔn)值，應(yīng)選擇各自側(cè)的額定值。2/6/2023733.標(biāo)幺值的特點(diǎn)（1）額定電壓、額定電流和額定視在功率的標(biāo)幺值為1；第三節(jié)標(biāo)幺值2/6/202374（3）某些物理量的標(biāo)幺值相等，可以簡(jiǎn)化計(jì)算。如短路阻抗標(biāo)幺值等于阻抗電壓的標(biāo)幺值。（2）變壓器繞組折算前后各物理量的標(biāo)幺值相等，也就是說(shuō)，采用標(biāo)幺值計(jì)算時(shí)，不必再進(jìn)行折算。例如：第三節(jié)標(biāo)幺值2/6/202375變壓器的電路參數(shù)在銘牌和產(chǎn)品目錄上大都沒(méi)有標(biāo)出，可通過(guò)試驗(yàn)的方法測(cè)定。

勵(lì)磁參數(shù)和短路參數(shù)可通過(guò)空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)測(cè)出。

第四節(jié)變壓器等效電路參數(shù)測(cè)定2/6/202376第四節(jié)變壓器等效電路參數(shù)測(cè)定空載試驗(yàn)可測(cè)定變壓器的變比K、空載電流、空載損耗及勵(lì)磁參數(shù)等。圖3-13空載實(shí)驗(yàn)接線圖1.空載試驗(yàn)

為了便于測(cè)量和安全起見(jiàn)，空載試驗(yàn)一般在低壓側(cè)加電壓，高壓側(cè)開(kāi)路。2/6/202377試驗(yàn)時(shí)，將試驗(yàn)電壓從零逐漸上升到左右，逐點(diǎn)測(cè)量空載電流及其相應(yīng)的外加電壓和輸入功率（及空載損耗），得到變壓器空載特性曲線及。

第四節(jié)變壓器等效電路參數(shù)測(cè)定1.空載試驗(yàn)0U1p0I0p0I02/6/202378注意：由于勵(lì)磁阻抗的大小與鐵心飽和程度有關(guān)，所以空載電流和空載損耗隨外加電壓的大小變化，即與鐵心飽和程度有關(guān)，因此計(jì)算時(shí)應(yīng)取額定電壓點(diǎn)計(jì)算勵(lì)磁參數(shù)。第四節(jié)變壓器等效電路參數(shù)測(cè)定1.空載試驗(yàn)2/6/202379

空載損耗近似認(rèn)為為變壓器鐵耗。忽略很小的繞組電阻和電抗，則可計(jì)算出變壓器變比及勵(lì)磁參數(shù)：注意：這里的變比K為高壓側(cè)對(duì)低壓側(cè)的變比，各勵(lì)磁參數(shù)為低壓側(cè)的數(shù)值，如果要得到高壓側(cè)各參數(shù)值，必須進(jìn)行折算，即乘以。第四節(jié)變壓器等效電路參數(shù)測(cè)定1.空載試驗(yàn)2/6/2023802.短路試驗(yàn)短路試驗(yàn)可以測(cè)量變壓器的短路參數(shù)及銅耗。圖3-14短路實(shí)驗(yàn)接線圖第四節(jié)變壓器等效電路參數(shù)測(cè)定2/6/202381(1)原邊加電壓Uk(2)調(diào)電壓慢慢升高原邊電流I1，由0增到為1.2IN止逐點(diǎn)記錄，及環(huán)境溫度。(3)作圖：0UkpkIkpkIk為常數(shù)為直線2.短路試驗(yàn)第四節(jié)變壓器等效電路參數(shù)測(cè)定2/6/202382短路試驗(yàn)在高壓側(cè)加電壓，將低壓側(cè)短路。短路電流的大小，由外加電壓和變壓器本身的漏阻抗決定，即，由于短路阻抗很小，短路電流將很大。短路試驗(yàn)必須在較低的電壓下進(jìn)行，通常以短路電流達(dá)到額定值為限，此時(shí)外加電壓為額定電壓的（5-10）％左右。第四節(jié)變壓器等效電路參數(shù)測(cè)定2.短路試驗(yàn)2/6/202383根據(jù)二次側(cè)短路時(shí)的簡(jiǎn)化等效電路，可計(jì)算短路阻抗為：在T形等效電路計(jì)算時(shí)，可取第四節(jié)變壓器等效電路參數(shù)測(cè)定2.短路試驗(yàn)2/6/202384

繞組電阻隨溫度變化，短路試驗(yàn)一般是在室溫下進(jìn)行，故按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，需將繞組電阻換算到標(biāo)準(zhǔn)工作溫度時(shí)的數(shù)值，對(duì)銅繞組變壓器，可按下式換算：第四節(jié)變壓器等效電路參數(shù)測(cè)定2.短路試驗(yàn)2/6/202385短路試驗(yàn)時(shí)，鐵耗可忽略，認(rèn)為短路損耗即為變壓器銅耗，有：一般電力變壓器在短路電流達(dá)到額定值時(shí)的短路損耗：第四節(jié)變壓器等效電路參數(shù)測(cè)定2.短路試驗(yàn)2/6/2023863.阻抗電壓

阻抗電壓指短路試驗(yàn)時(shí)，使短路電流達(dá)到額定值時(shí)所加的電壓，常用其與額定電壓的百分比值來(lái)表示。第四節(jié)變壓器等效電路參數(shù)測(cè)定2/6/202387平衡短路電阻壓降部分稱(chēng)為短路電壓的有功分量；平衡短路電抗壓降的部分稱(chēng)為短路電壓的無(wú)功分量。也可用標(biāo)幺值表示為：第四節(jié)變壓器等效電路參數(shù)測(cè)定3.阻抗電壓2/6/202388

阻抗電壓是變壓器重要參數(shù)之一，其數(shù)值標(biāo)在變壓器銘牌上，它反映了變壓器在額定負(fù)載時(shí)內(nèi)部漏阻抗壓降的大小。從正常運(yùn)行角度，希望短路阻抗越小越好，這樣內(nèi)部阻抗壓降就小，輸出電壓隨負(fù)載變化的波動(dòng)就?。欢鴱南拗贫搪冯娏鞯慕嵌?，又希望短路阻抗大一些。一般中小型變壓器的阻抗電壓為，大型變壓器一般為。第四節(jié)變壓器等效電路參數(shù)測(cè)定

阻抗電壓是變壓器重要參數(shù)之一，其數(shù)值標(biāo)在變壓器銘牌上，它反映了變壓器在額定負(fù)載時(shí)內(nèi)部漏阻抗壓降的大小。從正常運(yùn)行角度，希望短路阻抗越小越好，這樣內(nèi)部阻抗壓降就小，輸出電壓隨負(fù)載變化的波動(dòng)就?。欢鴱南拗贫搪冯娏鞯慕嵌?，又希望短路阻抗大一些。一般中小型變壓器的阻抗電壓為，大型變壓器一般為。2/6/202389為什么變壓器的空載損耗可近似看成鐵損耗?為什么短路損耗可近似看成銅損耗？負(fù)載時(shí)，變壓器真正的鐵損耗和銅損耗分別與空載損耗、短路損耗有無(wú)差別？為什么？第四節(jié)變壓器等效電路參數(shù)測(cè)定2/6/202390例：一臺(tái)三相電力變壓器額定值如下：SN=100kVA，額定電壓聯(lián)接，室溫為時(shí)的空載，短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

空載試驗(yàn)（低壓側(cè)）：U0=400V、I0=9.37A、P0=616W；短路試驗(yàn)（高壓側(cè)）：Uk=251.9V、Ik=9.4A、Pk=1920W；求:(1)折算到高壓邊的T形等效電路中的各參數(shù);(2)短路電壓及其分量;(3)用標(biāo)么值表示的T形等效電路。2/6/202391解:(1)折算到高壓邊的參數(shù)額定相電壓額定相電流變比2/6/2023921)由空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)可計(jì)算折算到高壓邊的激磁參數(shù)2/6/2023932)由短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)可計(jì)算折算到高壓邊的短路參數(shù)換算到時(shí)的短路參數(shù)一般取2/6/2023943)折算到高壓邊的T形等效電路2/6/202395(2)計(jì)算各參數(shù)的標(biāo)么值2/6/202396(3)短路電壓及各分量短路電壓及各分量的標(biāo)么值即為短路阻抗及各分量的標(biāo)么值。2/6/202397(4)用標(biāo)么值表示的T形等效電路2/6/202398變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行特性主要有外特性和效率特性。

外特性是指變壓器二次側(cè)電壓隨負(fù)載變化的關(guān)系特性，又稱(chēng)為電壓調(diào)整特性，常用電壓變化率來(lái)表示二次側(cè)電壓變化的程度，它反映變壓器供電電壓的質(zhì)量。

效率特性是用效率來(lái)反映變壓器運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性2/6/202399電壓變化率定義：外施電壓為額定值，負(fù)載功率因數(shù)為給定值時(shí)，副邊空載電壓與負(fù)載時(shí)電壓算術(shù)差與副邊額定電壓的比值。1.變壓器的電壓變化率和外特性第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性電壓變化原因：變壓器原副邊繞組存在電阻和漏抗，負(fù)載電流在變壓器內(nèi)部產(chǎn)生漏阻抗壓降，導(dǎo)致變壓器副繞組端電壓不等于空載電壓。

電壓變化率是變壓器主要性能指標(biāo)之一，反映變壓器供電電壓穩(wěn)定性。2/6/2023100設(shè)已知rk，xk，cos2，電壓變化率計(jì)算實(shí)用公式推導(dǎo)第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性nmabcdo2/6/2023101作的延長(zhǎng)線，并由c作垂線，交于d要計(jì)算，得先求出U2電壓變化率計(jì)算實(shí)用公式推導(dǎo)第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性nmabcdo2/6/2023102電壓變化率計(jì)算實(shí)用公式推導(dǎo)第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性nmabcdo2/6/2023103nmabcdo第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性2/6/2023104簡(jiǎn)化計(jì)算公式為：為變壓器輸出電流的標(biāo)幺值，稱(chēng)為負(fù)載系數(shù)。額定負(fù)載時(shí)，。第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性2/6/2023105(1)u隨負(fù)載電流大小成正比改變，越大，u越大；(2)一定,u受短路阻抗的影響，阻抗越大，電壓變化率越大；(3)負(fù)載功率因數(shù)對(duì)電壓變化率影響也很大。a.純電阻負(fù)載:（實(shí)際變壓器，）小，故而u小第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性2/6/2023106(3)負(fù)載功率因數(shù)對(duì)電壓變化率影響也很大。則空載負(fù)載時(shí)，副邊電壓b.純電感負(fù)載:

，，說(shuō)明由空載負(fù)載時(shí)，副邊電壓c.容性負(fù)載:若第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性2/6/2023107（4）負(fù)載為額定負(fù)載、功率因數(shù)為指定值（通常為0.8滯后）時(shí)的電壓變化率稱(chēng)為額定電壓變化率，用表示，約為5％左右。（5）一般電力變壓器的高壓繞組都有的抽頭，用改變高壓繞組匝數(shù)的方法來(lái)進(jìn)行輸出電壓調(diào)節(jié)，稱(chēng)為分接頭調(diào)壓。（6）分接頭開(kāi)關(guān)分為兩類(lèi)，一類(lèi)是在斷電狀態(tài)下操作的分接開(kāi)關(guān)，稱(chēng)為無(wú)勵(lì)磁分接開(kāi)關(guān)；另一類(lèi)是變壓器帶電可操作的，叫有載分接開(kāi)關(guān)。由于有載調(diào)壓變壓器在調(diào)壓過(guò)程中可以帶電操作，得到了廣泛的應(yīng)用。第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性2/6/2023108

當(dāng)一次側(cè)為額定電壓，負(fù)載功率因數(shù)不變時(shí)，二次側(cè)電壓與負(fù)載電流的關(guān)系曲線稱(chēng)為變壓器的外特性。阻性負(fù)載和感性負(fù)載時(shí)，負(fù)載系數(shù)增大，變壓器輸出電壓降低；容性負(fù)載，負(fù)載系數(shù)增大，變壓器輸出電壓有可能增大，高于額定電壓。第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性2/6/20231092.變壓器的損耗與效率第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性變壓器在能量傳遞過(guò)程中，將產(chǎn)生銅耗和鐵耗，它們又各自包含有基本損耗和附加損耗,使輸出功率小于輸入功率。2.變壓器的損耗與效率2/6/20231102.變壓器的損耗與效率變壓器是利用電磁感應(yīng)作用來(lái)傳遞交流電能的。在電機(jī)學(xué)中，將這種能量傳遞過(guò)程用功率平衡關(guān)系來(lái)表示。第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性2.變壓器的損耗與效率2/6/2023111基本銅耗：原、副邊繞組中電流引起的直流電阻的損耗,與電流平方成正比。附加銅耗：導(dǎo)體在交變漏磁場(chǎng)作用下引起集膚效應(yīng)，使有效電阻增大而增加的損耗,多根導(dǎo)線并繞內(nèi)部環(huán)流損耗,漏磁通在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗,也與電流平方成正比。變壓器損耗包括銅耗和鐵耗銅耗隨負(fù)載電流平方關(guān)系變化,又叫可變損耗。第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性2/6/2023112基本鐵耗：變壓器鐵心中的磁滯和渦流損耗。附加鐵耗：結(jié)構(gòu)件中的渦流損耗，介質(zhì)損耗等。額定電壓下，磁密基本不變，總損耗：鐵耗近似正比于Bm的平方，而B(niǎo)m又近似正比于電源電壓，一般變壓器原邊電壓保持不變，所以運(yùn)行中，變壓器鐵耗可看成不隨負(fù)載變化,即不變損耗。變壓器損耗包括銅耗和鐵耗第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性2/6/2023113變壓器損耗包括銅耗和鐵耗第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性2/6/2023114

輸出有功功率與輸入有功功率之比稱(chēng)為變壓器的效率，用表示。第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性變壓器的效率為變壓器輸入有功功率為輸出有功功率。為變壓器的總損耗。2/6/2023115變壓器額定負(fù)載時(shí)的銅耗等于短路損耗，則不同負(fù)載率下變壓