電機(jī)課件 第02章

第2章變壓器基本運(yùn)行原理2.1變壓器的空載運(yùn)行2.2變壓器的負(fù)載運(yùn)行2.3變壓器參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測定2.4標(biāo)幺值2.5變壓器的運(yùn)行特性一、空載運(yùn)行時(shí)的物理現(xiàn)象圖2－1單相變壓器空載運(yùn)行空載電流空載磁動(dòng)勢空載磁通（主磁通和漏磁通）電動(dòng)勢。2.1變壓器的空載運(yùn)行

圖2－2變壓器空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系二、物理量正方向的規(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。(負(fù)載慣例)（2）磁動(dòng)勢的正方向與產(chǎn)生該磁動(dòng)勢的電流的正方向之間符合右手螺旋關(guān)系。（3）磁通的正方向與磁動(dòng)勢的正方向一致。（4）感應(yīng)電動(dòng)勢的正方向與產(chǎn)生該電勢的磁通的正方向之間符合右手螺旋關(guān)系。（5）二次側(cè)電流的正方向與二次繞組電動(dòng)勢正方向一致，而負(fù)載端電壓的正方向與電流正方向一致。（電源慣例）三、空載運(yùn)行時(shí)的各物理量之間的關(guān)系1.電動(dòng)勢和磁通的關(guān)系

同理可推得：漏磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢：2、電壓平衡方程式、變比四、空載電流與空載損耗1.空載電流的波形2.空載電流與主磁通的相量關(guān)系3.空載時(shí)的等效電路及相量圖圖2-6變壓器空載運(yùn)行時(shí)的相量圖一、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理現(xiàn)象2.2變壓器的負(fù)載運(yùn)行圖2－8變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系二、變壓器負(fù)載時(shí)的電動(dòng)勢平衡關(guān)系三、變壓器負(fù)載時(shí)的磁動(dòng)勢平衡關(guān)系

相當(dāng)于一次側(cè)電流中的負(fù)載分量。

四、繞組的折算定義：就是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的等效變壓器來研究。原則：保持磁動(dòng)勢不變。折算只是一種數(shù)學(xué)手段，它不改變折算前后的電磁關(guān)系，即折算前后的磁動(dòng)勢平衡關(guān)系、功率傳遞及損耗均應(yīng)保持不變。1.電流的折算根據(jù)折算前后磁動(dòng)勢保持不變的原則，有：則

2.電動(dòng)勢的折算根據(jù)折算前后主磁通和漏磁通保持不變，有：

即：

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，有：則

同理，根據(jù)折算前后二次側(cè)繞組漏電抗上所消耗的無功功率保持不變，有：負(fù)載阻抗也有同樣的關(guān)系，即：二次側(cè)折算到一次側(cè)后，變壓器的基本方程式為：五、等效電路1.T形等效電路2.近似等效電路由于，,可將支路移到電源端，得到近似等效電路。圖2－10近似等效電路3.簡化等效電路電力變壓器中，空載電流很小，，所以近似計(jì)算時(shí)忽略空載電流，等效電路將進(jìn)一步簡化為簡單的串聯(lián)電路。圖2－11簡化等效電路簡化等效電路中的串聯(lián)阻抗稱為變壓器的短路阻抗。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。六、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的相量圖圖2-12負(fù)載運(yùn)行時(shí)的相量圖2.3變壓器參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測定空載試驗(yàn)可測定變壓器的變比K、空載電流、空載損耗及勵(lì)磁參數(shù)等。圖2－14變壓器空載實(shí)驗(yàn)接線圖

(a)單相(b)三相空載損耗近似認(rèn)為為變壓器鐵耗。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。補(bǔ)充：線電壓與相電壓對于交流電來說，相電壓就是任一相線(火線)與零線之間的電壓，也就是220V。三相交流電有三個(gè)相電壓：三者電壓、頻率相同、相互之間的相位相差120°。任意兩根相線之間的電壓，稱為線電壓，380V。三相交流電有三個(gè)相電壓，所以也就有三個(gè)線電壓：三個(gè)線電壓的電壓、頻率相同，相互間的相位相差120°。線電壓＝(√3)×相電壓對于三相四線制的電網(wǎng)，三根相線中任意兩根間的電壓稱線電壓，任意一根的相線與零線間的電壓稱相電壓，三相電壓的相位相差120度，線電壓是兩個(gè)相的相電壓的矢量和，線電壓與相電壓的大小關(guān)系是：線電壓=根號(hào)3倍的相電壓。對于市電，相電壓220V，線電壓是220V的根號(hào)3倍，即380V。補(bǔ)充2：鐵耗和銅耗變壓器的鐵損是鐵心內(nèi)的渦流損耗，這個(gè)損耗與鐵心內(nèi)的磁場大小有關(guān)。在變壓器所使用的材料、一次側(cè)匝數(shù)等一定的情況下，鐵心內(nèi)的磁場大小只與一次側(cè)電壓的高低以及頻率有關(guān)系，與變壓器的負(fù)載大小沒有任何關(guān)系，正因?yàn)槿绱?，變壓器在工作的時(shí)候，空載和負(fù)載下鐵心內(nèi)的磁場都一樣大。由于變壓器是工作在額定電壓和額定頻率下的，所以，鐵損是恒定的。

嚴(yán)格來說，鐵損也不是固定的，它隨電壓波動(dòng)而變化，但變化不大，電力部門一般按恒定值計(jì)算。銅損電流大，損耗大，沒有電流，也就沒有銅損。2.短路試驗(yàn)短路試驗(yàn)可以測量變壓器的短路參數(shù)及銅耗。圖2－16變壓器短路實(shí)驗(yàn)接線圖

(a)單相(b)三相

短路試驗(yàn)時(shí)，為了便于測量，通常是在高壓側(cè)加電壓，將低壓側(cè)短路。為了避免過大的短路電流，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。根據(jù)二次側(cè)短路時(shí)的簡化等效電路，可計(jì)算短路阻抗為：在T形等效電路計(jì)算時(shí)，可取短路試驗(yàn)時(shí)，變壓器從電源吸取的功率全部轉(zhuǎn)化為一、二次繞組的銅耗和鐵耗，但由于試驗(yàn)時(shí)外加電壓很低，鐵心中的磁通很小，鐵耗可忽略，這樣可認(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：3.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表示。

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??；而從限制短路電流的角度，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。補(bǔ)充3：Y形、d形連接星形又稱Y形，是指將三相變壓器的三個(gè)繞組的一端（同為始端或末端）連接在一起，成中性點(diǎn)，另外三個(gè)端子引出。如果中性點(diǎn)未引出，稱三相三線制，如果中性點(diǎn)引出，稱三相四線制。三角形又稱△形，是指將將三相變壓器的三個(gè)繞組始末端依次相連?！鬟B接沒有中性點(diǎn)，只能是三相三線制。三角形連接，每相導(dǎo)體的兩端直接接在接入的三相導(dǎo)體中的兩根上，所以線電壓，和相電壓相等。補(bǔ)充4：變壓器連接方式在變壓器的聯(lián)接組別中“Y”表示高壓側(cè)為星形接線；“d”表示低壓側(cè)為三角形接線?！?1”表示變壓器低壓側(cè)的線電壓Uab滯后高壓側(cè)線電壓Uab330度（或超前30度）。依鐘表的指針，形象化的表示變壓器一，二次之間的相位差，具體的方法是12點(diǎn)為0位，11的意思是時(shí)針指向11點(diǎn)，時(shí)針與12點(diǎn)的夾角為30度，并且是超前30度，即：二次超前一次30度（=330度）。

變壓器接線方式有4種基本連接形式：“Y，y”、“D，y”、“Y，d”和“D，d”。我國只采用“Y，y”和“Y，d”。由于Y連接時(shí)還有帶中性線和不帶中性線兩種，不帶中性線則不增加任何符號(hào)表示，帶中性線則在字母Y后面加字母n表示。2.4標(biāo)幺值

1、標(biāo)幺值的定義標(biāo)么值是指某一物理量的實(shí)際值與選定的同一單位的固定值的比值，選定的同一單位的固定數(shù)值叫基準(zhǔn)值。即所謂標(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/基準(zhǔn)值

標(biāo)幺值是相對值，無單位。某物理量的標(biāo)幺值用原來的符號(hào)右下角加“*”表示。2、基準(zhǔn)值的選取

（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；（3）有功功率、無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)；（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。3.標(biāo)幺值的優(yōu)點(diǎn)（1）標(biāo)么值表示的參數(shù)及性能數(shù)據(jù)變化很小，這就便于不同容量的變壓器進(jìn)行比較。例如中小型變壓器短路阻抗的標(biāo)么值約為4％～10.5％。（2）一、二次側(cè)各量不需要進(jìn)行折算，即折算前后相應(yīng)量的標(biāo)么值相等。（3）不分相和線，不分單相還是三相，它們具有相同的標(biāo)么值。4.采用標(biāo)么值表示的基本方程式與采用實(shí)際值時(shí)的方程式在形式上保持一致。5.采用標(biāo)么值后，各量的數(shù)值簡化了，例如當(dāng)電流、電壓達(dá)到額定值時(shí)其標(biāo)么值為1。同時(shí)，某些量還具有相同的數(shù)值。

2.5變壓器的運(yùn)行特性變壓器負(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，又稱為電壓調(diào)整特性，常用電壓變化率來表示二次側(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反映變壓器運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。電壓變化率定義為：變壓器一次側(cè)繞組施加額定電壓，由空載到給定負(fù)載時(shí)二次側(cè)端電壓代數(shù)差與二次額定電壓的比值，用表示。一、變壓器的電壓變化率和外特性簡化計(jì)算公式為：為變壓器輸出電流的標(biāo)幺值，稱為負(fù)載系數(shù)。額定負(fù)載時(shí)，。影響電壓變化率大小的三個(gè)因素

：負(fù)載系數(shù)；短路參數(shù)；負(fù)載功率因數(shù)。

外特性：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。二、效率與效率特性效率定義：變壓器運(yùn)行時(shí)，輸出有功功率與輸入有功功率之百分比。以單相變壓器為例，作以下幾個(gè)近似：

(1)以額定電壓下空載損耗作為鐵耗，并認(rèn)為鐵耗不隨負(fù)載而變化。(2)短路損耗等于額定負(fù)載電流時(shí)的銅耗，即(3)忽略負(fù)載運(yùn)行時(shí)二次側(cè)端電壓的變化，認(rèn)為，則則有：效率特性曲線：負(fù)載功率因數(shù)一定時(shí)，效率與負(fù)載系數(shù)的關(guān)系曲線稱為效率特性曲線。中小型變壓器的效率一般為（95－9