電機學(xué)課件-變壓器基礎(chǔ)知識

……3-6標(biāo)么值3-7變壓器的運行特性3-8三相變壓器的磁路、聯(lián)結(jié)組、電動勢波形3-9變壓器的并聯(lián)運行3-10三相變壓器的不對稱運行……2021/7/131《電機學(xué)》第三章變壓器3-6標(biāo)么值在電力工程中，對電壓、電流、阻抗和功率等物理量的計算，常常采用其標(biāo)么值。所謂標(biāo)么值就是先選定一個物理量的同單位某一數(shù)值作為基準(zhǔn)值（簡稱基值）然后取該物理量的實際值與該基準(zhǔn)值相比所得的比值即稱為該物理量的標(biāo)么值，即一、定義標(biāo)幺值在其原符號右上角加“*”號表示?；挡捎孟聵?biāo)“b”。實際值：有名值2021/7/132《電機學(xué)》第三章變壓器二、基值的確定基值的選取是任意的，通常以額定值為基準(zhǔn)值。各側(cè)的物理量以各自側(cè)的額定值為基準(zhǔn)；線值以額定線值為基準(zhǔn)值，相值以額定相值為基準(zhǔn)值；單相值以額定單相值為基準(zhǔn)值，三相值以額定三相值為基準(zhǔn)值；例如：變壓器一、二次側(cè)：S1b=S2b=SN、U1b=U1N、U2b=U2N三相變壓器基值：Sb=SN=3UNΦINΦ=√3UNIN2021/7/133《電機學(xué)》第三章變壓器存在有相互關(guān)系的四個物理量（U、I、Z、S）中，所選基值的個數(shù)并不是任意的，當(dāng)某兩個物理量的基值已被確定，其余物理量的基值跟著確定。例如單相變壓器，選定一次側(cè)的額定電壓U1N和額定電流I1N作為電壓和電流的基值：一次側(cè)阻抗的基值即：Z1b=Z1N=U1N/I1N一次側(cè)功率的基值即：S1b=S1N=U1NI1N2021/7/134《電機學(xué)》第三章變壓器3.U和E的基準(zhǔn)值為UB；R、X、Z的基準(zhǔn)值為ZB；P、Q和S的基準(zhǔn)值為SB。4.系統(tǒng)裝有多臺變壓器（電機），選擇某一特定的Sb作為整個系統(tǒng)的功率基值。系統(tǒng)中各變壓器標(biāo)幺值均換算到以Sb作為功率基值時的標(biāo)幺值。5.百分值=標(biāo)么值×100%2021/7/135《電機學(xué)》第三章變壓器四、應(yīng)用標(biāo)幺值的優(yōu)缺點額定值的標(biāo)幺值等于1。采用標(biāo)幺值時，不論變壓器的容量大小，變壓器的參數(shù)和性能指標(biāo)總在一定的范圍內(nèi)，便于分析和比較。如電力變壓器的短路阻抗標(biāo)幺值zk*=0.03~0.10，如果求出的短路阻抗標(biāo)幺值不在此范圍內(nèi)，就應(yīng)核查一下是否存在計算或設(shè)計錯誤。例如p138I0*、

zk*的范圍1、應(yīng)用標(biāo)幺值的優(yōu)點2021/7/136《電機學(xué)》第三章變壓器采用標(biāo)幺值時，原、副邊各物理量不需進行折算，便于計算。如副邊電壓向原邊折算，采用標(biāo)幺值：注意基值選擇，應(yīng)選一次側(cè)基值采用標(biāo)幺值能直觀地表示變壓器的運行情況。如已知一臺運行著的變壓器端電壓和電流為35kV、20A，從這些實際數(shù)據(jù)上判斷不出什么問題，但如果已知它的標(biāo)幺值為Uk*=1.0、Ik*=0.6，說明這臺變壓器欠載運行。2021/7/137《電機學(xué)》第三章變壓器相電壓和線電壓標(biāo)幺值恒相等，相電流和線電流標(biāo)幺值恒相等；某些意義不同的物理量標(biāo)么值相等2021/7/138《電機學(xué)》第三章變壓器采用標(biāo)幺值時，變壓器的短路阻抗標(biāo)幺值與額定電流下的短路電壓標(biāo)幺值相等，即有：短路阻抗電壓的電阻分量短路阻抗電壓的電抗分量短路阻抗電壓2021/7/139《電機學(xué)》第三章變壓器2、缺點

標(biāo)么值沒有單位，物理意義不明確。2021/7/1310《電機學(xué)》第三章變壓器3-7變壓器的運行特性

電壓變化程度——由于變壓器內(nèi)部存在著電阻和漏抗，負(fù)載時產(chǎn)生電阻壓降和漏抗壓降，導(dǎo)致次級側(cè)電壓隨負(fù)載電流變化而變化。電壓變化率定義：一次側(cè)加50Hz額定電壓、二次空載電壓與帶負(fù)載后在某功率因數(shù)下的二次電壓之差，與二次額定電壓的比值。一、電壓變化率用副邊量表示用原邊量表示2021/7/1311《電機學(xué)》第三章變壓器※分析

U公式1、電壓調(diào)整率隨著負(fù)載電流的增加而正比增大。I22、電壓調(diào)整率與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)。3、與漏阻抗值有關(guān)a、2=0:cos

2=1；sin

2=0電阻性負(fù)載∴I2↑→

U很小Rk*《Xk*b、2>0:cos

2>0；sin

2>0電阻電感性負(fù)載∵Rk*cos

2>0，Xk*sin

2>0∴

U>0，說明：1）負(fù)載后U2<U20=U2N；2）隨著I2↑→U↑，U2↓。2021/7/1312《電機學(xué)》第三章變壓器c、2<0:cos

2>0；sin

2<0電阻電容性負(fù)載∵Rk*cos

2>0，Xk*sin

2<0；│Rk*cos

2│<│Xk*sin

2│,∴

U<0,說明：1）負(fù)載后U2>U20=U2N；2)隨著I2↑→│

U│>0↑,U2↑。1.001.0超前滯后圖變壓器的外特性2021/7/1313《電機學(xué)》第三章變壓器由外特性圖，負(fù)載功率因數(shù)性質(zhì)不同，對主磁通的影響不同，變壓器的端電壓變化亦不同。純電阻負(fù)載，端電壓變化較?。桓行载?fù)載時主磁通Φ呈去磁作用，為了維持Φ不變，必須使原邊電流增加，同時短路阻抗壓降也增加，其結(jié)果造成副邊電壓下降；容性負(fù)載對主磁通Φ呈增磁作用，為了維持Φ不變，必須減小原邊電流，除了補償短路阻抗壓降外，其余部分使副邊電壓增高。1.001.02021/7/1314《電機學(xué)》第三章變壓器1、損耗變壓器運行中有兩種損耗：銅耗pCu；鐵耗pFe（每一類包括基本損耗和雜散損耗）pCu：指電流流過繞組時所產(chǎn)生的直流電阻損耗基本銅耗:一次繞組銅耗pcu1=I12R1；二次繞組銅耗pcu2=I22R2附加損耗: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損耗大小與負(fù)載電流平方成正比，故也稱為可變損耗。二、效率

2021/7/1315《電機學(xué)》第三章變壓器基本鐵耗pFe:磁滯損耗和渦流損耗。附加損耗: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。鐵損耗與外加電壓(Bm)大小有關(guān)，U1一般不變，稱為不變損耗。p19～p20鐵耗公式2021/7/1316《電機學(xué)》第三章變壓器2、效率的定義效率是指變壓器的輸出功率與輸入功率的比值。效率大小反映變壓器運行的經(jīng)濟性能的好壞，是表征變壓器運行性能的重要指標(biāo)之一。一般小型變壓器的效率95％大型變壓器的效率高達99％2021/7/1317《電機學(xué)》第三章變壓器假定：3、間接法求效率2021/7/1318《電機學(xué)》第三章變壓器變壓器效率的大小與負(fù)載的大小、功率因數(shù)及變壓器本身參數(shù)有關(guān)。效率特性：在功率因數(shù)一定時，變壓器的效率與負(fù)載電流之間的關(guān)系η=f(β),稱為變壓器的效率特性。輕載負(fù)載較大2021/7/1319《電機學(xué)》第三章變壓器當(dāng)銅損耗=鐵損耗(可變損耗=不變損耗)時,變壓器效率最大：或為了提高變壓器的運行效益，設(shè)計時應(yīng)使變壓器的鐵耗小些。變壓器長期工作在額定電壓下，但不可能長期滿載運行，為了提高運行效率,設(shè)計時取βm=0.4～0.6→P0/PkN=3～6；我國新S9系列配電變壓器pkN/P0=6～7.52021/7/1320《電機學(xué)》第三章變壓器3-8三相變壓器磁路、聯(lián)結(jié)組、電動勢波形一、三相變壓器磁路系統(tǒng)1、組式磁路變壓器特點：三相磁路彼此無關(guān)聯(lián)，各相的勵磁電流在數(shù)值上完全相等2021/7/1321《電機學(xué)》第三章變壓器2、心式磁路變壓器

特點：三相磁路彼此有關(guān)聯(lián)，磁路長度不等，當(dāng)外加三相對稱電壓時，三相磁通對稱，三相磁通之和等于零。2021/7/1322《電機學(xué)》第三章變壓器二、聯(lián)接組別

（一）聯(lián)結(jié)法繞組標(biāo)記繞組名稱單相變壓器三相變壓器中性點首端末端首端末端高壓繞組AXA、B、CX、Y、ZN低壓繞組axa、b、cx、y、zn2021/7/1323《電機學(xué)》第三章變壓器兩種三相繞組接線:星形聯(lián)結(jié)、三角形聯(lián)結(jié)1、星形聯(lián)結(jié)把三相繞組的三個末端連在一起，而把它們的首端引出三個末端連接在一起形成中性點，如果將中性點引出，就形成了三相四線制了，表示為YN或yn。順時針方向：A超前B超前C各120o2021/7/1324《電機學(xué)》第三章變壓器2、三角形聯(lián)結(jié)把一相的末端和另一相的首端連接起來，順序連接成一閉合電路。兩種接法：AX-BY-CZAX-CZ-BY2021/7/1325《電機學(xué)》第三章變壓器（二）聯(lián)結(jié)組變壓器的同一相高、低壓繞組都是繞在同一鐵芯柱上，并被同一主磁通鏈繞，當(dāng)主磁通交變時，在高、低壓繞組中感應(yīng)的電勢之間存在一定的極性關(guān)系。1、高低壓繞組中電勢的相位同名端決于繞組的繞制方向2021/7/1326《電機學(xué)》第三章變壓器2、同名端在任一瞬間，高壓繞組的某一端的電位為正時，低壓繞組也有一端的電位為正，這兩個繞組間同極性的一端稱為同名端，記作“˙”。2021/7/1327《電機學(xué)》第三章變壓器一、二次繞組的同極性端同標(biāo)志時，一、二次繞組的電動勢同相位。一、二次繞組的同極性端異標(biāo)志時，一、二次繞組的電動勢反相位。2021/7/1328《電機學(xué)》第三章變壓器3、時鐘表示法高壓繞組線電勢——長針，永遠(yuǎn)指向“12”點鐘低壓繞組線電勢——短針，根據(jù)高、低壓繞組線電勢之間的相位指向不同的鐘點。2021/7/1329《電機學(xué)》第三章變壓器例如單相變壓器I,I表示初級、次級都是單相繞組0和6表示聯(lián)結(jié)組號。單相變壓器的標(biāo)準(zhǔn)連接組I,I02021/7/1330《電機學(xué)》第三章變壓器（三）、三相變壓器的連接組別聯(lián)結(jié)組別：反映三相變壓器連接方式及一、二次線電動勢（或線電壓）的相位關(guān)系。三相變壓器的連接組別不僅與繞組的繞向和首末端標(biāo)志有關(guān)，而且還與三相繞組的連接方式有關(guān)。理論和實踐證明，無論采用怎樣的連接方式，一、二次側(cè)線電動勢（電壓）的相位差總是30o的整數(shù)倍。2021/7/1331《電機學(xué)》第三章變壓器CBA1、Yy0CBAX、Y、Zabcx、y、zéABéab2021/7/1332《電機學(xué)》第三章變壓器2、Yy6180o2021/7/1333《電機學(xué)》第三章變壓器3、Yy4注意abc順序錯過一個鐵心柱120o2021/7/1334《電機學(xué)》第三章變壓器4、Yd130o2021/7/1335《電機學(xué)》第三章變壓器5、Yd5ACBcxzbay150o2021/7/1336《電機學(xué)》第三章變壓器6、Yd11330oACBcba2021/7/1337《電機學(xué)》第三章變壓器例1：將變壓器接成聯(lián)接組標(biāo)號Dy1，并畫電動勢相量圖

●●●ABCXYZ●●●初級△接AX－CZ－BY聯(lián)結(jié)初級△接AX－BY－CZ聯(lián)結(jié)2021/7/1338《電機學(xué)》第三章變壓器●●●ABCXYZ●●●例1：將變壓器接成聯(lián)接組標(biāo)號Dy1，并畫電動勢相量圖b.畫出高壓側(cè)電勢相量△，并標(biāo)上AX，CZ，BYA(Y)B(Z)C(X)éABéBY2021/7/1339《電機學(xué)》第三章變壓器c.畫出低壓側(cè)電勢相量△，并使éab滯后EAB30o，同時畫出éax，éby，écz。(相序原則順時針a-b-c)d.由相量圖知：éax與éAX同向，表明次級ax繞組與初級AX繞組在同一鐵心柱上，且a與A為同極性端。同理by與BY同相；cz與CZ同相。A(Y)abcB(Z)C(X)éABéab30oe.將次級x,y,z連在一起，接成Y形?！瘛瘛瘛瘛瘛馎XaxbyczéaxéAX2021/7/1340《電機學(xué)》第三章變壓器例2將變壓器接成聯(lián)接組標(biāo)號為Dy1,畫電動勢相量圖

a.初級△接AX-BY-CZ聯(lián)結(jié)●●●ABCXYZ●●●b.畫初級電勢相量△，并標(biāo)上AX，BY，CZéABA(Z)B(X)C(Y)éABéAX2021/7/1341《電機學(xué)》第三章變壓器c.畫出初級電勢相量△，使éab滯后éAB30o，同時畫éax，éby，écz。(相序順時針a-b-c)d.由相量圖知：éAX與é