華電電機(jī)學(xué)課件（朱凌版）

主要參考書(shū)目主要參考書(shū)目n許實(shí)章主編.電機(jī)學(xué)習(xí)題集.機(jī)械工業(yè)出版社.1983.n葉東主編.電機(jī)學(xué).天津科學(xué)技術(shù)出版社.1994.n胡虔生主編.電機(jī)學(xué)例題與習(xí)題教程.中國(guó)水利水電出版n李發(fā)海主編.電機(jī)學(xué)（第三版）.科學(xué)出版社.2001.n孫旭東主編.電機(jī)學(xué)習(xí)題與例題.科學(xué)出版社.2001.n辜承林主編.電機(jī)學(xué).華中科技大學(xué)出版社.2001.n龔世纓主編.電機(jī)學(xué)實(shí)例解析.華中科技大學(xué)出版社.2001.0.1概述0.1.1一次能源的利用及能量轉(zhuǎn)換的現(xiàn)狀0.1.3課程的性質(zhì)、任務(wù)及所需的基礎(chǔ)知識(shí)由上述定義明顯可見(jiàn)電機(jī)本質(zhì)上是一種電磁裝0.1.3課程的性質(zhì)、任務(wù)及所需的基礎(chǔ)知識(shí)（1）課程性質(zhì)——具有較強(qiáng)專(zhuān)業(yè)特色的技術(shù)基礎(chǔ)課。n介紹電機(jī)與變壓器的基本結(jié)構(gòu)。（2）課程任務(wù)n分析電機(jī)與變壓器的基本工作原理。n研究電機(jī)與變壓器的運(yùn)行性能及其實(shí)（3）基礎(chǔ)知識(shí)——高數(shù)、大物、電路、磁路。電機(jī)是利用電磁感應(yīng)定律與電磁力定律，實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的機(jī)械。0.1概述0.2電機(jī)的分類(lèi)0.3電機(jī)所用材料0.4鐵磁材料的磁性能0.5主要電磁定律復(fù)習(xí)0.6電機(jī)中的能量守恒及效率0.1.1一次能源的利用及能量轉(zhuǎn)換的現(xiàn)狀（1）一次能源n化石類(lèi)能源：包括煤炭、石油和天然氣。n非化石類(lèi)能源：包括水能、核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等。（2）能源轉(zhuǎn)換及應(yīng)用的現(xiàn)狀n能源為人們所使用，在形式上具有多樣性。n電能作為二次能源，其生產(chǎn)、傳輸、控制、儲(chǔ)存和使用較其他能源具有更強(qiáng)的方便性、安全性和靈活性。n因此現(xiàn)代生活中一次能源大多轉(zhuǎn)換成電能加以利用。n在電能的生產(chǎn)、傳輸和使用中大量用到電機(jī)。n人類(lèi)百多年來(lái)對(duì)電機(jī)的認(rèn)識(shí)，上升到理論即形成了我們今天學(xué)習(xí)的《電機(jī)學(xué)》。0.2電機(jī)的分類(lèi)0.2.1按實(shí)際用途分類(lèi)（1）發(fā)電機(jī)——將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。（2）電動(dòng)機(jī)——將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。（3）變壓器——交流電能傳輸過(guò)程中電壓等級(jí)的變換。（4）控制電機(jī)——作為自動(dòng)控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件。0.2.2按電能形式分類(lèi)（1）交流電能——交流電機(jī)（包括發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)）。（2）直流電能——直流電機(jī)（包括發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)）。 ①②③本學(xué)期研究 異步電動(dòng)機(jī)④異步發(fā)電機(jī)⑤0.2電機(jī)的分類(lèi)0.2.3從研究的角度分類(lèi) ①②③本學(xué)期研究 異步電動(dòng)機(jī)④異步發(fā)電機(jī)⑤0.2電機(jī)的分類(lèi)0.2.3從研究的角度分類(lèi)④⑤⑥⑦下學(xué)期研究直流發(fā)電機(jī)⑥0.4鐵磁材料的特性0.4.1物質(zhì)按其磁性能的分類(lèi)0.4.2鐵磁材料的特性0.4.1物質(zhì)按其磁性能的分類(lèi)（3）物質(zhì)按其相對(duì)磁導(dǎo)率的分類(lèi)nμr稍大于1：稱(chēng)為順磁物質(zhì)，例如空氣、鋁等。nμr稍小于1：稱(chēng)為抗磁物質(zhì)，例如水、銅等。l并且工程上近似的認(rèn)為非磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率均等nμr遠(yuǎn)大于1：稱(chēng)為鐵磁物質(zhì)，為門(mén)捷列夫元素周期表第四周期八族的鐵、鈷、鎳及其合金。異步電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)⑦旋轉(zhuǎn)直流0.3電機(jī)所用材料0.3.1導(dǎo)電材料提供電流的通路，要求導(dǎo)電性能好，即電阻小。0.3.2導(dǎo)磁材料將專(zhuān)門(mén)重點(diǎn)討論將專(zhuān)門(mén)重點(diǎn)討論提供磁通的路徑，要求導(dǎo)磁性能好且損耗低。0.3.3絕緣材料起到隔電的作用，要求介電強(qiáng)度高且耐熱性能好。將電機(jī)熱量引出，要求熱容量大且導(dǎo)熱能力強(qiáng)。0.3.5結(jié)構(gòu)材料起到支撐、緊固等作用，要求具有一定機(jī)械強(qiáng)度。0.4.1物質(zhì)按其磁性能的分類(lèi)（1）磁導(dǎo)率n磁導(dǎo)率反映的是物質(zhì)在外界磁場(chǎng)作用下被磁化的能力。n磁導(dǎo)率為物質(zhì)的自然屬性，一般用μ表示。n不同物質(zhì)的磁導(dǎo)率不同，可由試驗(yàn)測(cè)取。n經(jīng)測(cè)定，真空的磁導(dǎo)率為一常數(shù)，一般用μ0表示：μ0H/m)（2）相對(duì)磁導(dǎo)率n某一物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率之比，稱(chēng)為該物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率，用μr表示。0.4.2鐵磁材料的特性（1）相對(duì)磁導(dǎo)率較大且不是常數(shù)n現(xiàn)象：μr=2000～6000n原因：鐵磁物質(zhì)中天然磁化區(qū)（磁疇）的作用。（2）磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度間的函數(shù)關(guān)系非線性nb=μFeh=f（h）曲n原因是：μFe=f（h）nb=f（h）曲線稱(chēng)為習(xí)中較為重要bμbμμ=f(h)0022b基本磁化曲線h0.4.2鐵磁材料的特性（3）存在磁滯效應(yīng)n現(xiàn)象：鐵磁物質(zhì)被外界磁場(chǎng)磁化后，即使取消外界磁場(chǎng)，其磁性仍會(huì)部分保留，稱(chēng)為剩磁。n產(chǎn)生剩磁原因：鐵磁物質(zhì)中的磁疇在經(jīng)外界磁場(chǎng)的作用后不能恢復(fù)原狀，部分產(chǎn)生滯留。n交變磁化過(guò)程中的磁化曲線稱(chēng)為磁滯回線b基本磁化曲線h0.4.2鐵磁材料的特性（3）存在磁滯效應(yīng)n現(xiàn)象：鐵磁物質(zhì)被外界磁場(chǎng)磁化后，即使取消外界磁場(chǎng)，其磁性仍會(huì)部分保留，稱(chēng)為剩磁。n產(chǎn)生剩磁原因：鐵磁物質(zhì)中的磁疇在經(jīng)外界磁場(chǎng)的作用后不能恢復(fù)原狀，部分產(chǎn)生滯留。n交變磁化過(guò)程中的磁化曲線稱(chēng)為磁滯回線。n不同磁滯回線頂點(diǎn)的連線稱(chēng)為基本磁化曲線或稱(chēng)為平均磁化曲線。0.5主要電磁定律復(fù)習(xí)0.5.2磁路定律Irjx.I.UI+I=I特需注意：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的規(guī)定正方向?yàn)殡娢簧?，此處與電路不同。（2）基爾霍夫節(jié)點(diǎn)電流與回路電壓定律.rjxrjx..IUE(rjx1)20.4.2鐵磁材料的特性（4）在交變磁場(chǎng)中產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗n磁滯損耗：交變磁場(chǎng)中磁疇轉(zhuǎn)向相互摩擦產(chǎn)生的損耗。n渦流損耗：磁場(chǎng)交變感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)形成的電流在鐵磁物質(zhì)電阻上產(chǎn)生的損耗。n磁滯損耗與渦流損耗之和稱(chēng)為鐵心損耗，簡(jiǎn)稱(chēng)鐵耗。n單位重量的鐵心損耗由下式確定：p=p()βB(Wkg)此式主要強(qiáng)調(diào)鐵耗與頻率及磁密幅值有關(guān)此式主要強(qiáng)調(diào)鐵耗與頻率及磁密幅值有關(guān)式中：lp1/50為在磁通密度為1特斯拉（1Wb/m2）且頻率為50赫茲時(shí)的比損耗，可由實(shí)驗(yàn)測(cè)出。lf為頻率，Bm為磁通密度的最大值。l對(duì)于電機(jī)采用的硅鋼片，β=1.2～1.6。.UI.Ir又稱(chēng)為功率因數(shù)角.IrC（1）交流電路的歐姆定律...jIx..jIxLU0.5.2磁路定律（1）電路與磁路的對(duì)比磁通Φ（Wb）電流密度J（A/m2）磁動(dòng)勢(shì)F（AT）電壓降U=IR（V）磁壓降ΦRm（A）節(jié)點(diǎn)電流定律Σi=0磁通連續(xù)性原理ΣΦ=0回路電壓定律Σe=Σu安培環(huán)路定律ΣHLm=Σwi磁路歐姆定律Φ=ΦRm∕Rm注：表中有關(guān)磁動(dòng)勢(shì)、磁壓降與磁阻的概念將專(zhuān)門(mén)描述。33結(jié)論：在任意瞬間，磁路節(jié)點(diǎn)上磁通量的代數(shù)和等0.5.2磁路定律（2）磁通連續(xù)性原理S231I123μ結(jié)論：在任意瞬間，磁路節(jié)點(diǎn)上磁通量的代數(shù)和等0.5.2磁路定律（2）磁通連續(xù)性原理S231I123μiSiΦSn某段磁路的磁壓降HiLi=iLμimiμiSiwwn磁導(dǎo)的定義1μiSiimiLiL0.5.2磁路定律（4）磁路歐姆定律μiLLLRLmiin磁路歐姆定律HiLi=Φ.Rmi結(jié)論：某段磁路上的磁壓降，等于該段磁路中的磁通與磁阻的乘積。注意：磁阻的大小與磁路的幾何尺寸（2）電磁感應(yīng)定律的特定表達(dá)式n變壓器電動(dòng)勢(shì)l磁通鏈變化是由空間固定且時(shí)變的磁場(chǎng)，穿過(guò)靜止且匝數(shù)恒定的線圈引起的。dtdtl注意上式已默認(rèn)：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通正方向的規(guī)定符合“右手關(guān)系”。l即右手拇指代表磁通，其余四指代表感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。0.5.2磁路定律（3）安培環(huán)路定律L24Hi→dliiLLLi磁壓降磁動(dòng)勢(shì)iLH1L1+2H2L2+H4L42w2LLLi磁壓降磁動(dòng)勢(shì)iLL結(jié)論：作用在閉合磁路上的總的磁動(dòng)勢(shì)，等于各段磁路上磁壓降之和。dφdt φl(shuí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與磁通鏈隨時(shí)間的變化率成正比。dφdt φl(shuí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與磁通鏈隨時(shí)間的變化率成正比。iel感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)實(shí)際方向由楞次定律確定。采用左手關(guān)系又假設(shè)外電路用導(dǎo)線相連dtl則e產(chǎn)生電流建立的磁場(chǎng)應(yīng)抵制原磁場(chǎng)的變化，由此確定e的實(shí)際方向。（1）電磁感應(yīng)定律的一般表達(dá)式感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通按“右手關(guān)系”規(guī)定正方向。（2）電磁感應(yīng)定律的特定表達(dá)式n運(yùn)動(dòng)（位移、切割）電動(dòng)勢(shì)l磁通鏈的變化，是由幅值恒定的磁場(chǎng)與匝數(shù)恒定的線圈之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引起的（或稱(chēng)為導(dǎo)體l此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向、導(dǎo)體切割磁場(chǎng)的方向以及磁力線的方向三者之間符合“右手定則”。44自感系數(shù)與線圈匝數(shù)及磁路磁導(dǎo)的相關(guān)性（重要）自感系數(shù)與線圈匝數(shù)及磁路磁導(dǎo)的相關(guān)性（重要）（2）電磁感應(yīng)定律的特定表達(dá)式l磁通鏈的變化是由線圈自身中的時(shí)變電流引起的。l定義單位電流產(chǎn)生的磁通鏈稱(chēng)為自感系數(shù)，則：2L（1）電磁力定律的一般表達(dá)式n此時(shí)電磁力的方向、導(dǎo)體電流的方向以及磁力線的方向三者之間符合（2）旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的電磁轉(zhuǎn)矩n轉(zhuǎn)矩的一般概念為力與力臂的乘積。n但電機(jī)學(xué)中習(xí)慣從轉(zhuǎn)矩做功的角度給出轉(zhuǎn)矩的表達(dá)。l轉(zhuǎn)矩所做功（即為能量）：W=T.Δθ）：（1）磁場(chǎng)儲(chǔ)能n電機(jī)在對(duì)稱(chēng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，磁場(chǎng)幅值恒定不變，磁場(chǎng)儲(chǔ)能n電機(jī)學(xué)主要研究電機(jī)的對(duì)稱(chēng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，故認(rèn)為磁場(chǎng)并未參與能量轉(zhuǎn)換，僅僅起著能量傳遞媒介的作用。（3）機(jī)械能在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中二者進(jìn)行轉(zhuǎn)換n繞組通過(guò)電流在其電阻上產(chǎn)生的損耗。n耦合磁場(chǎng)在鐵心中引起的鐵心損耗。n旋轉(zhuǎn)電機(jī)軸承的摩擦損耗以及通風(fēng)損耗。（2）電磁感應(yīng)定律的特定表達(dá)式l穿過(guò)線圈磁通鏈的變化是由其相鄰的另一線圈中時(shí)變電流引起的。l類(lèi)似于自感系數(shù)可定義互感系數(shù)，則：互感系數(shù)與線圈匝數(shù)及磁路磁導(dǎo)的相關(guān)性M2互感系數(shù)與線圈匝數(shù)及磁路磁導(dǎo)的相關(guān)性0.6電機(jī)中的能量守恒及效率（1）輸入功率P1（2）輸出功率P2（4）運(yùn)行效率η本章“磁路和磁路計(jì)算”一節(jié)不作要求55第1章第1章變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)1.1變壓器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.2變壓器的基本工作原理及分類(lèi)1.3變壓器的基本結(jié)構(gòu)1.4變壓器的額定值1.1.1輸配電系統(tǒng)及用電設(shè)備的電壓等級(jí)n發(fā)電機(jī)端口電壓：20kVn高壓輸電線路（HV）：110kV、220kVn超高壓輸電線路（EHV）：330kV、500kVn特高壓輸電線路（UHV）：750kV、1000kVn值得一提：2009年1月，我國(guó)第一條1000kV特高壓交流試驗(yàn)示范線路（晉東南—南陽(yáng)—荊門(mén)）正式投運(yùn)。n大型動(dòng)力設(shè)備：10kV以下，一般為6.3kVn小型動(dòng)力設(shè)備及生活用電：400V以下，一般為380~220V1.1.2世界上第一條三相輸電線路(1862—1919)首先提出發(fā)電、輸電及用電采用三相制n原因在于在生產(chǎn)、傳輸和使用同樣電能的條件下，三相比兩相或單相效率較高且節(jié)省材料。n1889年研制了第一臺(tái)三相籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。n1891年完成了世界上第一條長(zhǎng)度為175km（由德國(guó)的工業(yè)重鎮(zhèn)勞芬至美因河畔的法蘭克福）、電壓等級(jí)為13.8kV、傳輸功率近100kW的三相交流輸電線路。n從此，開(kāi)創(chuàng)了三相交流輸電的新時(shí)代。1.1.1輸配電系統(tǒng)及用電設(shè)備的電壓等級(jí)1.1.21.1.1輸配電系統(tǒng)及用電設(shè)備的電壓等級(jí)1.1.2世界上第一條三相輸電線路1.1.1輸配電系統(tǒng)及用電設(shè)備的電壓等級(jí)20kV主力發(fā)電廠升壓站降壓站高壓輸電線380/220V配電站配電站380/220V35kV居民生活小區(qū)配電站商業(yè)機(jī)關(guān)學(xué)校工礦企業(yè)1.21.2變壓器的基本工作原理及分類(lèi)1.2.1變壓器的基本工作原理1.2.2變壓器的主要類(lèi)別66原邊繞組，簡(jiǎn)稱(chēng)原邊（或一次）高壓繞組低壓繞組1.2.1變壓器的基本工作原理n原邊繞組，簡(jiǎn)稱(chēng)原邊（或一次）高壓繞組低壓繞組1.2.1變壓器的基本工作原理n利用鐵心將匝數(shù)不等的線圈（或稱(chēng)繞組）耦合在一起。n當(dāng)鐵心中的磁通隨時(shí)間交變時(shí)，匝數(shù)不等的線圈中產(chǎn)生大小不等的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。1.3變壓器的基本結(jié)構(gòu)1.3.1變壓器的鐵心與繞組1.3.2大型變壓器及配電變壓器外觀1.3.3其他小型變壓器1.3.4試驗(yàn)用變壓器1.3.1變壓器的鐵心與繞組（2）疊裝好的三相鐵心1.2.2變壓器的主要類(lèi)別（1）按用途分：n電力變壓器有升、降、廠用、配電、聯(lián)絡(luò)變壓器等。n特種變壓器有電爐變壓器、整流變壓器、儀用互感器（2）按相數(shù)分：?jiǎn)蜗嗪腿嘧儔浩?。?）按繞組形式分：雙繞組、三繞組及以自耦變壓器。（4）按鐵心結(jié)構(gòu)分：心式和殼式變壓器。（5）按冷卻介質(zhì)分：干式和油浸式變壓器。n干式變壓器為環(huán)氧樹(shù)脂真空澆鑄，35kV及以下電壓等級(jí)廣泛采用，如居民小區(qū)、機(jī)場(chǎng)、港口、地鐵等場(chǎng)合，其優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行可靠且免維護(hù)，其缺點(diǎn)是成本較高。n油浸式變壓器又分自冷、風(fēng)冷和強(qiáng)迫油循環(huán)等形式。1.3.1變壓器的鐵心與繞組硅（硒）鋼片階梯矩形截面疊裝逼近圓形截面示意圖疊片接縫分層交錯(cuò)示意圖1.3.1變壓器的鐵心與繞組（3）三相繞組套于三相鐵心771.3.2大型變壓器及配電變壓器外觀（1）沈陽(yáng)變壓器廠生產(chǎn)的1.3.2大型變壓器及配電變壓器外觀（1）沈陽(yáng)變壓器廠生產(chǎn)的180MVA三相電力變壓器1.3.2大型變壓器及配電變壓器外觀（3）天威04年生產(chǎn)用于特高壓輸電的500MVA/750kV電力變壓器（三相將由三臺(tái)構(gòu)成）1.3.3其他小型變壓器（1）小型三相變壓器1.3.2大型變壓器及配電變壓器外觀（2）天威03年生產(chǎn)用于三峽工程的840MVA變壓器1.3.2大型變壓器及配電變壓器外觀（4）低壓配電變壓器1.3.3其他小型變壓器（2）EI型鐵心變壓器881.3.3其他小型變壓器（31.3.3其他小型變壓器（3）C型鐵心變壓器1.3.4試驗(yàn)用變壓器（1）高壓試驗(yàn)變壓器1.4變壓器的額定值1.4.2額定容量、額定電壓與額定電流參見(jiàn)：GB1094.1-1996《電力變壓器第1部分總則》1.3.3其他小型變壓器（4）環(huán)型鐵心變壓器三相自耦調(diào)壓器三相自耦調(diào)壓器1.3.4試驗(yàn)用變壓器（2）試驗(yàn)用自耦調(diào)壓器單相自耦調(diào)壓器單相自耦調(diào)壓器單相或三相kVA或MVAHzV或kVA991.4.2額定容量、額定電壓與額定電流（11.4.2額定容量、額定電壓與額定電流（1）額定容量、額定電壓與額定電流的定義n額定容量：是某一側(cè)繞組的視在功率的指定值。要點(diǎn)說(shuō)明：雙繞組變壓器的原、副邊額定容量相等，并且三相變壓器的額定容量是指某一側(cè)三相三個(gè)繞組n額定電壓：指定施加的電壓或空載時(shí)感應(yīng)出的電壓。對(duì)于三相繞組，是指線路端子間的電壓（即線電壓）。要點(diǎn)說(shuō)明：副邊額定電壓是指原邊加額定電壓時(shí)的副邊開(kāi)路電壓，且三相變壓器的額定電壓為線電壓。n額定電流：由變壓器額定容量和額定電壓推導(dǎo)出的流經(jīng)繞組線路端子的電流。要點(diǎn)說(shuō)明：三相變壓器的額定電流為線電流。第2章變壓器的運(yùn)行分析2.2變壓器的空載運(yùn)行2.3變壓器的負(fù)載運(yùn)行2.4變壓器的參數(shù)測(cè)定2.5標(biāo)幺值的概念及其應(yīng)用2.6變壓器的運(yùn)行性能2.1.1本章分析問(wèn)題的前提（1）變壓器為對(duì)稱(chēng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行n以單相變壓器為例加以討論。n其討論結(jié)果完全適用于三相變壓器對(duì)稱(chēng)運(yùn)行運(yùn)行時(shí)某一相的情況，區(qū)別僅在于三相各電磁量互差120度。n不考慮暫態(tài)情況下磁場(chǎng)建立或變化的過(guò)程，例如不考慮變壓器副邊空載、原邊投入電網(wǎng)磁場(chǎng)的變化。（2）鐵磁材料的磁導(dǎo)率非常數(shù)n磁化曲線非線性，為一條飽和特性曲線。n考慮非線性后使得問(wèn)題的分析具有復(fù)雜性。1.4.2額定容量、額定電壓與額定電流（2）額定容量、額定電壓與額定電流三者間的關(guān)系1NI=S1N1N1NS1NI=1N1N1N2NI=S2N2N2NSN2NI2N=2Nn三相情況下的推導(dǎo)（僅以原邊為例，腳標(biāo)φ代表相值）SS3USS3USI=Iφ=3)S3SS3U3U3U2.1.1本章分析問(wèn)題的前提2.1.3各電磁量正方向的規(guī)定（1）電動(dòng)勢(shì)與電壓的正方向規(guī)定Z.IEZ.IEU.U（2）電壓與電流關(guān)聯(lián)正方向的兩種不同表示方法n若電流由高電位流出，稱(chēng)之為發(fā)電機(jī)慣例（上圖左側(cè)）。l此時(shí)若電壓與電流的乘積為正，表示發(fā)出電功率。n若電流由高電位流入，稱(chēng)之為電動(dòng)機(jī)慣例（上圖右側(cè)）。l此時(shí)若電壓與電流的乘積為正，表示吸收電功率。n一般習(xí)慣上是按實(shí)際情況標(biāo)出，但絕非必須如此。n原邊電壓：為A指n原邊電流：與原A邊電壓的關(guān)聯(lián)正方向符合電動(dòng)機(jī).I*x.E.E.慣例。Un主磁通及原邊漏磁通：與原邊電n原邊電壓：為A指n原邊電流：與原A邊電壓的關(guān)聯(lián)正方向符合電動(dòng)機(jī).I*x.E.E.慣例。Un主磁通及原邊漏磁通：與原邊電流符合右手關(guān)系。Xn原、副邊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：與磁通符.E*aφmWW2.1.3各電磁量正方向的規(guī)定請(qǐng)注意2.2變壓器的空載運(yùn)行2.2.2感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分析2.2.3空載電流分析2.2.4空載時(shí)的等效電路2.2.5基本方程匯總及其相量圖2.2.6小結(jié)Φm222.2.2感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分析（1）主磁通隨時(shí)間交變產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)n=?j4.44fW2Φm相量圖（以主磁通為參考相量）Φm.E2.E1.Φm2.1.3各電磁量正方向的規(guī)定nnn副邊電流：與主磁即原、副邊電流均由同極性端流入。.IφA*.Ix.E.EU.邊電流的關(guān)聯(lián)正方UZE例，為x指向a.E副邊電流：與主磁即原、副邊電流均由同極性端流入。.IφA*.Ix.E.EU.邊電流的關(guān)聯(lián)正方UZE例，為x指向a.E*aX副邊漏磁通：與副φmWW邊電流符合右手關(guān)請(qǐng)注意主磁通（1）電磁過(guò)程φmφ 漏磁通φWW.IφAx.E.U..E.E主磁通（1）電磁過(guò)程φmφ 漏磁通φWW.IφAx.E.U..E.EaX 磁動(dòng)勢(shì)n空間復(fù)雜的三維磁場(chǎng)簡(jiǎn)化為主磁場(chǎng)和漏磁場(chǎng)，并以磁通表示。n主磁通遠(yuǎn)大于漏磁通。原因？n主磁通擔(dān)負(fù)著能量傳遞的媒介n漏磁通僅在自身繞組產(chǎn)生漏磁n主磁路非線性而漏磁路線性。2.2.2感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分析（2）原邊漏磁通隨時(shí)間交變產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)n原邊繞組的漏電抗，簡(jiǎn)稱(chēng)原邊繞組的漏電抗，簡(jiǎn)稱(chēng)原邊漏抗2I0φφtdφdtΦσ1m0Φσ1m2IΛσ1(2I0WΦσ1m2IΛσ1(2I0W1)Λσ12I 磁路歐姆定律00可以用電流在漏電抗上的壓降來(lái)表示。 +jI0x1.I0z1φAx.E +jI0x1.I0z1φAx.Edm.E.U..E稱(chēng)為原邊繞組的漏阻抗aX220φWW2.2.2感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分析（3）電壓平衡方程式σ1l注意到Eσ1=?jI0x1波形分析2.2.3空載電流分析（1）空載電流的波形n不計(jì)鐵心損耗的影響磁化電流為尖頂波，但二者相位相同。l尖頂波的磁化電流除基波外含有較強(qiáng)的三次諧波。l考慮磁路飽和特性的影響，當(dāng)磁化電流為正弦波時(shí)，主磁通為何波形？請(qǐng)同學(xué)課后分析。n考慮鐵心損耗的影響l空載電流中既有磁化分量，又有鐵耗分量；前者為無(wú)功分量，后者為有功分量。l鐵耗分量使空載電流的相位超前于主磁通。 接近于90?I0?0m0r2.2.3空載電流分析（3）空載電流的相量表示0r0a磁化分量鐵耗分量I0r=I0sin?0I0a=I0cos?0n因?yàn)樽儔浩麒F心采用低損耗硅鋼片，所以實(shí)際空載電流中鐵耗分量遠(yuǎn)小于磁化分量。n因?yàn)樽儔浩麒F心采用高導(dǎo)磁率硅鋼片，所以實(shí)際空載電流較小，即較小的激磁電流就可產(chǎn)生較強(qiáng).I0a.1..Φ.I.E12.2.2感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分析（4）三點(diǎn)討論ΦmE24.44fW2ΦmW2稱(chēng)為變壓器的變比n在電源頻率以及繞組匝數(shù)一定時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正比于隨n由于空載電流以及原邊漏阻抗均較小，當(dāng)忽略原邊漏阻抗壓降時(shí)可近似認(rèn)為原邊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于電源電壓，則：l主磁通隨電源電壓按正弦規(guī)律變化。l主磁通的大小以及主磁路的飽和程度，依賴(lài)于電源l變壓器的變比，可近似為其額定相電壓之比。I0I02.2.3空載電流分析（2）引入等效正弦波的概念l設(shè)法將非正弦波的空載電流，用相量加以表示。l等效正弦波電流的頻率等于實(shí)際空載電流的頻率。l等效正弦波電流的有效值等于實(shí)際空載電流的有效值，即：l等效正弦波電流的相位由鐵心損耗確定，即：)Λ,I?1=?02.2.4空載時(shí)的等效電路（1）等效電路推導(dǎo)過(guò)程0z1rjxO—YYY..EI.EIrjxrjx.I.I.UEg?jbEgrjxO—YYY.rr..EjxI00r0a)(?jbm+gm))Ymn根據(jù)復(fù)導(dǎo)納與復(fù)阻抗等值變換mI I 0gm?jbm(r+jxm)（2）等效電路參數(shù)意義原邊漏 原邊一相繞組的漏電抗含義為：原邊電流在其上的壓降，等于與原邊繞組相交鏈的漏磁通隨時(shí)間變化，在原邊一相繞組中感應(yīng)的漏磁電動(dòng)勢(shì)。z1含義為：其上流過(guò)電流產(chǎn)生的有功功率等于鐵心損耗。rjxO—YYY鐵耗等效電阻.I（2）等效電路參數(shù)意義原邊漏 原邊一相繞組的漏電抗含義為：原邊電流在其上的壓降，等于與原邊繞組相交鏈的漏磁通隨時(shí)間變化，在原邊一相繞組中感應(yīng)的漏磁電動(dòng)勢(shì)。z1含義為：其上流過(guò)電流產(chǎn)生的有功功率等于鐵心損耗。rjxO—YYY鐵耗等效電阻.I..E 激磁電抗含義為：其上流過(guò)電流產(chǎn)生的無(wú)功功率反映鐵心磁化性能。激磁阻抗含義為：空載電流在其上的壓降，等于與原邊繞組相交鏈的主磁通隨時(shí)間變化在原邊一相繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。2.2.4空載時(shí)的等效電路20jI0x1Ir?0I0. Φ?0 ∵xm才rm2.2.5基本方程匯總及其相量圖（1）基本方程式0z1U202=?j4.44fW1Φm.k.zmx mm...01.1.mE220.E1μfe↓Bm↑F0↑I0↑↑↓2.2.6小結(jié)（5）考慮磁路的飽和時(shí)主磁通與空載電流的依賴(lài)性n電源電壓變化對(duì)激磁參數(shù)的影響U1↑Φm↑pfe↑xmrm↓↓n從不同角度考察電源電壓變化對(duì)激磁電流的影響U1↑Φm↑E1zmI0↑F0WΦm↑lmW1μfe↓smn有關(guān)電源頻率或繞組匝數(shù)變化造成的影響，請(qǐng)同學(xué)課后自行分析。2.2.4空載時(shí)的等效電路（3）等效電路參數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)μ0sσ1lσ1r=pfer=pfex=ωW2Λ=ωW2μfesmm2m1m1n注意三點(diǎn)（請(qǐng)同學(xué)們給出答案）l激磁電抗與漏電抗的大小比較，以及激磁阻抗與漏阻抗的大小比較。l參數(shù)是否為常數(shù)，若非常數(shù)其變化與何因數(shù)有關(guān)2.2.6小結(jié)（1）方程式、相量圖及等效電路三者的統(tǒng)一性。（2）分析中各量均為相值（對(duì)于三相變壓器特別需要注意）。（3）各電磁量正方向的規(guī)定對(duì)方程式及相量圖僅存在形式上的影響。（4）“場(chǎng)化路”的分析方法、有損等效與無(wú)損等效的區(qū)別以及線性與非線性的區(qū)別。.0I0φmφ +jxm)非線性、有損 Eσ1=?jI0x1線性、無(wú)損2.2.6小結(jié)（6）有關(guān)漏阻抗壓降較小的實(shí)例n一臺(tái)三相配電變壓器，已知：U/U=6000/400V(Yy)(r)(r))==Iz2.3變壓器的負(fù)載運(yùn)行2.3.2變壓器的歸算2.3.3歸算后的方程式、相量圖及等效電路2.3.4變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的功率傳遞.IA.Ix.UZaXφφWφWI+I22.3變壓器的負(fù)載運(yùn)行2.3.2變壓器的歸算2.3.3歸算后的方程式、相量圖及等效電路2.3.4變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的功率傳遞.IA.Ix.UZaXφφWφWI+I212m1m （1）磁場(chǎng)分析及磁動(dòng)勢(shì)平衡n磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式F0W1n磁動(dòng)勢(shì)平衡的電流表達(dá)mW1n負(fù)載運(yùn)行時(shí)原邊電流的組成l為保持主磁場(chǎng)基本不變，用于抵消副邊影響的負(fù)載分量。.Φ.1}rσ1m{.2}U2.Φ副邊電壓平衡方程式原邊一相繞組漏阻抗另外負(fù)載上U2=I2ZL副邊一相繞組漏阻抗}.FmW{（2）電動(dòng)勢(shì)分析及電壓平衡..I1σ2原邊電壓平衡方程式σ1)r(rjx1)=?Ez122σ2)222z2.I2nnn（1）磁場(chǎng)分析及磁動(dòng)勢(shì)平衡.IA.Ix.UZaXφφWφW.IA.Ix.UZaXφφWφWW{W{}.F.Fmσ1..I1.Φm..I2.σσ2l原、副邊電流對(duì)主磁場(chǎng)的建立均有貢獻(xiàn)。l原邊電壓恒定，且原邊漏阻抗壓降較小。l負(fù)載與空載相比，主磁通基本不變。l負(fù)載與空載相比，建立主磁通的磁動(dòng)勢(shì)基本相等，但負(fù)載情況下為合成磁動(dòng)勢(shì)。（2）電動(dòng)勢(shì)分析及電壓平衡..I1WW...}Fm.σσ1m{.σσ2.IA.Ix.E.E.Z.U.E.EaXφφWφW.1.IA.Ix.E.E.Z.U.E.EaXφφWφW.1}r..2}U22r2.I2nnn原邊電壓平衡方程式σ1)r副邊電壓平衡方程式22σ2)2r2另外負(fù)載上U2=I2ZL（3）七個(gè)基本方程式匯總n原邊電壓平衡方程式n副邊電壓平衡方程式n原邊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與主磁通的關(guān)系式n原、副邊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)間的關(guān)系式n磁動(dòng)勢(shì)平衡的電流表達(dá)式n主磁路場(chǎng)化路分析的表達(dá)式n負(fù)載電壓、電流及阻抗的關(guān)系式z122z2.=?j4.44fE2I12km)2ZL.Φm當(dāng)已知原邊電壓、頻率、原副邊匝數(shù)、變壓器參數(shù)和負(fù)載參數(shù)，聯(lián)立上述方程可求出原副邊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、主磁通、原副邊電流、激磁電流和副邊電壓七個(gè)變量。2.3.2變壓器的歸算（1）原因及目的n原因：利用方程組求解，工程上十分不便且不直觀。n目的：尋求原、副邊直接有電的聯(lián)系的等效電路，模擬原、副邊僅有磁場(chǎng)耦合沒(méi)有電的聯(lián)系的實(shí)際變壓器。（2）要求與條件n要求：保持變壓器的內(nèi)部電磁本質(zhì)不能變。2.3.2變壓器的歸算（1）原因及目的n原因：利用方程組求解，工程上十分不便且不直觀。n目的：尋求原、副邊直接有電的聯(lián)系的等效電路，模擬原、副邊僅有磁場(chǎng)耦合沒(méi)有電的聯(lián)系的實(shí)際變壓器。（2）要求與條件n要求：保持變壓器的內(nèi)部電磁本質(zhì)不能變。三個(gè)不變EE2r2z2.3.2變壓器的歸算（3）想法及做法n想法：將副邊繞組的匝數(shù)想象成與原邊繞組的匝數(shù)相同。2?j4.44fW2?j4.44fW1I2W2I22r2=I2′2r2′I22x2=I2′2x2′I22k22x2′2x2222U2=E2?I2z2ZL2I2ZL′=k2ZL1\11z2tg-----I12LImΨ2=?0=ψ2>0Ψ2.I+I=I2′ ?1xm?jI2x2r2.3.3歸算后的方程式、相量圖及等效電路（1）歸算后的基本方程式（副邊歸算到原邊）z122z2E2=E112m)zmU2=I2ZL（2）歸算后的相量圖m2.3.2（3）想法及做法副邊電路并不統(tǒng)一，二者僅有磁的耦合，但沒(méi)有電的直接聯(lián)系。n希望：實(shí)現(xiàn)原、副l對(duì)接后副邊的參數(shù)應(yīng)該如何變壓器的歸算z1rjxO—YYY..EI..EIU22z2rjx....EZ′′′′jxrjxrjx.I.II.I.EUEU′Z2.3.2變壓器的歸算（4）結(jié)果與思考n結(jié)果將副邊歸算到原邊）l凡是副邊單位為“伏特”的量乘以變比。l凡是副邊單位為“安培”的量除以變比。三個(gè)凡是′r′jxrjx.I.I.E..E.UUUEZ請(qǐng)同學(xué)課后自行分析給出答案2.3.3歸算后的方程式、相量圖及等效電路考慮主磁場(chǎng)的場(chǎng)化路的分析UEEjx（3）等效電路rjxr′jx′考慮主磁場(chǎng)的場(chǎng)化路的分析UEEjx.II.II.EUE22EUEE2=E1I+I=IrjxI.rjxrjxI.rjx..2ZLI..變壓器歸算到原邊變壓器歸算到原邊的“T”型等效電路′Z′Z.I.Ujx′jxr.I.Ir變壓器歸算到原邊的近似等效電路2.3.3歸算后的方程式、相量圖及等效電路（4）等效電路的簡(jiǎn)化n原因：串并聯(lián)電路且含有復(fù)數(shù)，工程計(jì)算復(fù)雜。n依據(jù)：激磁電流與rjxI.rjxrI.I.Ujx′jxr.I.Ir變壓器歸算到原邊的近似等效電路2.3.3歸算后的方程式、相量圖及等效電路（4）等效電路的簡(jiǎn)化n原因：串并聯(lián)電路且含有復(fù)數(shù)，工程計(jì)算復(fù)雜。n依據(jù)：激磁電流與rjxI.rjxrIEE′rjxI.Ujx′Z2′U1jI1xk??I1?2zk變壓器的短路阻抗2.3.3歸算后的方程式、相量圖及等效電路（5）簡(jiǎn)化等效電路對(duì)應(yīng)的電壓平衡方程式及相量圖...Ir1kI2rjx.UZ（1）有功功率的傳遞一2R′2r′副邊繞組銅耗pCu2I2r=I′2r′mmmmIr12L2L.I1.I1E222z2輸出功率P22.3.4變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的功率傳遞 222LI2′2r2′=I22r2I′2R′=I2RE2.I2=E2.I22′IrIE′U′′Zjx′xkIrIE′U′′Zjx′xk=x1+x2rjxUZ2.3.3歸算后的方程式、相量圖及等效電路rrjxI.rjxn原因：串并聯(lián)電路且含有復(fù)數(shù)，工程計(jì)算復(fù)雜。n依據(jù)：激磁電流與.變壓器歸算到原邊變壓器歸算到原邊的簡(jiǎn)化等效電路2r2r（1）有功功率的傳遞一P輸入功率mm2211鐵心損耗pfe2.3.4變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的功率傳遞原邊繞組銅耗原邊繞組銅耗pCu1222.3.4變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的功率傳遞（1）有功功率的傳遞n在“T”型等效電路PPn在“T”型等效電路pCu1r1中表示功率傳遞′jx1jxpCu1r1中表示功率傳遞′jx1jxYYYYpCu2′r′PZP1pfermjxm（2）無(wú)功功率的傳遞n請(qǐng)同學(xué)課后自行分析。2.4變壓器的參數(shù)測(cè)定2.4.2穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)2.4變壓器的參數(shù)測(cè)定2.4.2穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)廠I=f(I)=f(F)B=f(H)（3）數(shù)據(jù)分析與處理U1N②作空載特性曲線③確定鐵心損耗高壓邊額定相電壓低壓邊額定相電壓U0所以，空載特性曲線本質(zhì)上為鐵磁材料的磁化曲線（4）三點(diǎn)注意n激磁參數(shù)和鐵耗隨電壓變化而變化，工程上關(guān)注額定n所求參數(shù)有名值為由低壓邊看入的數(shù)值，若需由高壓邊看入的參數(shù)有名數(shù)值，則須進(jìn)行歸算。n計(jì)算公式對(duì)三相變壓器的靈活性，注意所求參數(shù)應(yīng)為一相的值。（1）試驗(yàn)?zāi)康拇_定變壓器的（2）試驗(yàn)方法②空載特性（磁化特性）曲線③額定電壓時(shí)的鐵耗與激磁參數(shù)n將變壓器高壓邊開(kāi)路，低壓邊經(jīng)調(diào)壓器接額定電壓、額定頻率的電網(wǎng)。n在電壓調(diào)節(jié)過(guò)程中，逐點(diǎn)測(cè)取原邊電壓U1及原邊輸入n特別是當(dāng)原邊電壓等于額定電壓時(shí)，測(cè)取原邊電流I0、原邊輸入功率p0及副邊開(kāi)路電壓U20。（3）數(shù)據(jù)分析與處理20U1N 高壓邊額定相電壓低壓邊額定相電壓流很?、诹骱苄、鄞_定鐵心損耗pfe=p0?pCu1≈p0U=U④計(jì)算激磁參數(shù)IUE入端阻抗rIUE入端阻抗.rjxU1N0m0mI0UU0pfe mI20xm=222mm2.4.2穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)（1）試驗(yàn)?zāi)康拇_定變壓器的（2）試驗(yàn)方法①額定電流時(shí)的繞組銅耗（又稱(chēng)②短路參數(shù)。n將變壓器低壓邊短路，高壓邊經(jīng)調(diào)壓器接額定電壓、額定頻率的電網(wǎng)。n從零開(kāi)始緩慢調(diào)節(jié)原邊電壓。n在電壓調(diào)節(jié)過(guò)程中，當(dāng)原邊電流等于額定電流時(shí)，測(cè)取原邊電壓Uk、原邊電流Ik以及原邊輸入功率pk。n記錄試驗(yàn)環(huán)境溫度。 UkI=IpkN UkI=IpkN1N1N.Uxk=kk22′′2.4.2穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)（3）數(shù)據(jù)分析與處理①確定短路損耗pCu1+pCu2=pk?pfe≈pk②計(jì)算短路參數(shù)kIkI2rjx二—.I2k/22.5標(biāo)幺值的概念及其應(yīng)用2.5.1標(biāo)幺值的定義及其基準(zhǔn)值的選取2.5.2采用標(biāo)幺值的優(yōu)缺點(diǎn)2.5.3阻抗電壓及其對(duì)變壓器運(yùn)行的影響2.5.2采用標(biāo)幺值的優(yōu)缺點(diǎn)n壓縮數(shù)據(jù)范圍，并且額定值的標(biāo)幺值均為“1”。n某量歸算前與歸算后的標(biāo)幺值相等（無(wú)需加撇）。n在三相情況下，線值與相值的標(biāo)幺值相等。n在額定電壓情況下：l電流的標(biāo)幺值即為視在功率的標(biāo)幺值。l有功電流的標(biāo)幺值即為有功功率的標(biāo)幺值。l無(wú)功電流的標(biāo)幺值即為無(wú)功功率的標(biāo)幺值。n失去量綱分析法檢驗(yàn)運(yùn)算正確與否的可能性。 試驗(yàn)環(huán)境溫度2.4.2穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)（4）四點(diǎn)注意n因短路阻抗較小，所以短路電流等于額定電流時(shí)的短路電壓較低，實(shí)驗(yàn)時(shí)需格外小心。n短路損耗隨電流變化而變化，注意pk為泛指，pkN為n因繞組電阻隨溫度變化而變化，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)需換算到基準(zhǔn)工作溫度75oC的數(shù)值，其換算式如下：rk2n計(jì)算公式對(duì)三相變壓器的靈活性，注意所求參數(shù)應(yīng)為一相的值。2.5.1標(biāo)幺值的定義及其基準(zhǔn)值的選取該物理量的基準(zhǔn)值（同量綱）（2）基準(zhǔn)值的選取n基準(zhǔn)值一般為額定值。n制約性：注意基本單位（如V、A）與導(dǎo)出單位（如VA、Ω)間的特定關(guān)系。n共同性：l有功、無(wú)功及視在功率均以額定容量為基準(zhǔn)。l電阻、電抗及阻抗均以額定阻抗為基準(zhǔn)。n對(duì)應(yīng)性：l歸算前、后各量的基準(zhǔn)值應(yīng)按所在邊選取。l實(shí)際值與基準(zhǔn)值應(yīng)同為相值或線值。2.5.3阻抗電壓及其對(duì)變壓器運(yùn)行的影響（1）變壓器阻抗電壓的定義阻抗電壓（又稱(chēng)為短路阻抗的百分值）阻抗電壓的電阻分量阻抗電壓的電抗分量kukrukxk*（2）阻抗電壓對(duì)變壓器運(yùn)行的影響n阻抗電壓越小，負(fù)荷變化引起副邊電壓變化越小。n阻抗電壓越小，故障情況下的穩(wěn)態(tài)短路電流越大。n阻抗電壓的數(shù)值影響變壓器并聯(lián)運(yùn)行后的負(fù)荷分配。2.6變壓器的運(yùn)行性能2.6.1變壓器的電壓調(diào)整率2.6變壓器的運(yùn)行性能2.6.1變壓器的電壓調(diào)整率2.6.2變壓器的運(yùn)行效率2.6.1變壓器的電壓調(diào)整率（3）三點(diǎn)討論n在負(fù)載功率因數(shù)及變壓器短路參數(shù)一定的情況下，負(fù)荷系數(shù)越大，電壓調(diào)整率越大。n在感性負(fù)載時(shí)，負(fù)載功率因數(shù)及負(fù)荷電流一定的情況n關(guān)于負(fù)荷性質(zhì)（負(fù)載功率因數(shù)）的影響U220U220U220純電阻負(fù)載?2?2此時(shí)僅當(dāng)：xk*sin?2*rkcos?22.6.2變壓器的運(yùn)行效率討論n效率是關(guān)于負(fù)荷系數(shù)的二次函數(shù)，故存在極值問(wèn)題。n令：得：即：p0=β2pkNn其物理意義：系統(tǒng)中可變損耗等于不變損耗時(shí)效率最高。n其實(shí)際意義：考慮到用電負(fù)荷晝夜和季節(jié)的變化，變壓器設(shè)計(jì)中對(duì)應(yīng)最高效率的負(fù)荷系數(shù)并不等于“1”。U1NU1Nrkcos?2+I1xksin?2U1N{r.I.1rk=(I1Nrkcos?2+I1Nxksin?2)?U2′1N?2.6.1變壓器的電壓調(diào)整率（1）定義式（2）實(shí)用式j(luò)I1xkn由簡(jiǎn)化等值電路對(duì)應(yīng)的相量圖可得：. ΔU=β(rk*cos?2+xk*sin?22.6.2變壓器的運(yùn)行效率pfe≈p0稱(chēng)為不變損耗（額定電壓、頻率下磁通不變）1NpCu=I12rk=()2I1N2rk1NPU2I2cos?2≈U20I2N=β2pkN稱(chēng)為可變損耗2Ncos?2=βSNcos?22N第二章總結(jié)（1）基本概念n主磁通與漏磁通的概念。n空載電流非正弦及等效正弦波的概念。n磁動(dòng)勢(shì)平衡的概念。n有損等效與無(wú)損等效的概念。n等效電路參數(shù)的意義。第二章總結(jié)（2）基本分析方法第二章總結(jié)（2）基本分析方法n考慮磁路飽和的空載電路分析。n方程式、相量圖與等效電路。n工程近似的分析方法。n運(yùn)行性能的分析。變壓器部分課后習(xí)題計(jì)算題計(jì)算題計(jì)算題計(jì)算題計(jì)算題計(jì)算題第1、2、3題第1、2題第1、2、3題第1、2、3題第1、2、3題第1、2題第2、3題3.1三相變壓器的鐵心結(jié)構(gòu)3.1.1三相變壓器組3.1.2三相心式變壓器第二章總結(jié)（3）基本試驗(yàn)（4）基本計(jì)算n利用空載試驗(yàn)和穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)求取變壓器等值電路參數(shù)及其運(yùn)行性能。n利用相量圖找?guī)缀侮P(guān)系求解相關(guān)問(wèn)題。3.1三相變壓器的鐵心結(jié)構(gòu)3.2三相變壓器的電路聯(lián)結(jié)3.3三相變壓器的空載電動(dòng)勢(shì)波形3.4三相變壓器的非對(duì)稱(chēng)運(yùn)行3.1.1三相變壓器組n三相變壓器組是由三臺(tái)相同的單相變壓器經(jīng)電路三相聯(lián)結(jié)組成。bAbcac超大型變壓器為考慮運(yùn)輸方便，一般采用此種n三相磁路彼此無(wú)關(guān)。n三相磁通對(duì)稱(chēng)，大小相等，相位互差120o。n三相激磁電流也對(duì)稱(chēng)，大小相等，相位互差120o。取消=Φ=Φ=Φ三相心柱置于同一平面3.1.2三相心式變壓器n三相磁路彼此相關(guān)。n三相磁通代數(shù)和等于零。n三相激磁電流不等，中間一相略小。CA.EA三相對(duì)稱(chēng)時(shí)線電動(dòng)勢(shì)三角形的重心與中點(diǎn)重合E=E?EE=E?EEE.E.EC.B3.2.1三相繞組的聯(lián)結(jié)（1）星形聯(lián)結(jié)l高壓邊無(wú)中線：Y，有中線：YNl低壓邊無(wú)中線：y，有中線：ynn繞組聯(lián)結(jié)及電動(dòng)勢(shì)規(guī)定正方向（如圖）n線電動(dòng)勢(shì)與相電動(dòng)勢(shì)間的關(guān)系.EEEE取消=Φ=Φ=Φ三相心柱置于同一平面3.1.2三相心式變壓器n三相磁路彼此相關(guān)。n三相磁通代數(shù)和等于零。n三相激磁電流不等，中間一相略小。CA.EA三相對(duì)稱(chēng)時(shí)線電動(dòng)勢(shì)三角形的重心與中點(diǎn)重合E=E?EE=E?EEE.E.EC.B3.2.1三相繞組的聯(lián)結(jié)（1）星形聯(lián)結(jié)l高壓邊無(wú)中線：Y，有中線：YNl低壓邊無(wú)中線：y，有中線：ynn繞組聯(lián)結(jié)及電動(dòng)勢(shì)規(guī)定正方向（如圖）n線電動(dòng)勢(shì)與相電動(dòng)勢(shì)間的關(guān)系.EEEEEXYZABYBXABCZCYBECA=EXA?EZCE.EEACB.EEEEEEE.E.E.EXYZA.E.E.E.EB.E.En線電動(dòng)勢(shì)與相電動(dòng)勢(shì)間的關(guān)系CAY,BZ,CX三相對(duì)稱(chēng)時(shí)線電動(dòng)勢(shì)三角形重心為虛中點(diǎn).E.E.E.EC.E.EAZ,BX,CY3.2.1三相繞組的聯(lián)結(jié).（2）三角形聯(lián)結(jié).l低壓邊：dn繞組聯(lián)結(jié)及電動(dòng)勢(shì)規(guī)定正方向（如圖）XYZAB3.2三相變壓器的電路聯(lián)結(jié)3.2.1三相繞組的聯(lián)結(jié)3.2.2變壓器的聯(lián)結(jié)組別3.2.1三相繞組的聯(lián)結(jié).（2）三角形聯(lián)結(jié)（2）三角形聯(lián)結(jié)l低壓邊：dEEEEEn繞組聯(lián)結(jié)及電動(dòng)勢(shì)規(guī)定正方向（如圖）XYZn線電動(dòng)勢(shì)與相電動(dòng)勢(shì)間的關(guān)系n線電動(dòng)勢(shì)與相電動(dòng)勢(shì)間的關(guān)系E=EE=EE=EE=E AY,BZ,CX.E.E ..E.E E..EA..EE.EXY.EXYZEAB=?EXAE=?EE=?EE=?EE=?EAZ,AZ,BX,CY3.2.2變壓器的聯(lián)結(jié)組別（1）單相變壓器的聯(lián)結(jié)組別l聯(lián)結(jié)組別表示的是原、副邊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)間的相位l感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的規(guī)定正方向?yàn)槔@組的尾端指向首端。l繞組的首、尾端可以人為標(biāo)記，具有人為屬性。l當(dāng)多個(gè)線圈被交變磁場(chǎng)耦合時(shí)，不論其繞向如何，必然存在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性相同的端子。l不同繞組極性相同的端子稱(chēng)為同極性端（或同名端），為自然屬性。l同極性端判別方法：當(dāng)電流從同極性端流入時(shí)，其產(chǎn)生磁場(chǎng)的方向是相同的（右手關(guān)系）。*+ΑE-X+aE-x.*.dφ0 dt+ΑE-X+xE.*.-a.E.Edφ>0+Α*dt.E-X-x.E+a .+Α**+ΑE-X+aE-x.*.dφ0 dt+ΑE-X+xE.*.-a.E.Edφ>0+Α*dt.E-X-x.E+a .+Α*EE-X-a.EE+x*3.2.2變壓器的聯(lián)結(jié)組別（1）單相變壓器的聯(lián)結(jié)組別>0l首端標(biāo)于同名端。繞組繞向相同繞組繞向不同l首端標(biāo)于異名端。繞組繞向相同繞組繞向不同l首端標(biāo)于同名端為l首端標(biāo)于異名端為.E.E.E.Edφ>0dt.. 3.2.2變壓器的聯(lián)結(jié)組別（2）三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別l三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別表示的是高、低壓側(cè)對(duì)應(yīng)線電動(dòng)勢(shì)間的相位關(guān)系。l感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的規(guī)定正方向?yàn)槔@組的尾端指向首端。l繞組的首、尾端可以人為標(biāo)記，具有人為屬性。l但是，高壓三相繞組（或低壓三相繞組）必須首端標(biāo)于同名端（尾端自然也為同名端）。l然而，高、低壓繞組間的首、尾端標(biāo)記，既可以首端標(biāo)于同名端，也可以首端標(biāo)于異名端。l判定三相變壓器聯(lián)結(jié)組別的方法稱(chēng)為線電動(dòng)勢(shì)三角形重心重合法，并以時(shí)鐘指針加以形象表示。b3.2.2變壓器的聯(lián)結(jié)組別（2）三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別AABCEEEXYZZEEECbBcaY,y6Xx~AXx~A3.2.2變壓器的聯(lián)結(jié)組別（1）單相變壓器的聯(lián)結(jié)組別n單相變壓器聯(lián)結(jié)組別的實(shí)驗(yàn)辨別l確定高、低壓繞組。l任意標(biāo)記首、尾端。l用導(dǎo)線連接尾端X與x。l在高壓側(cè)加（30～50）%的額定電壓。若UAa=UAX－Uax，則為I,I0標(biāo)記，稱(chēng)為減極性。若UAa=UAX＋Uax，則為I,I6標(biāo)記，稱(chēng)為加極性。n國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，單相變壓器以I,I0為標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組。3.2.2變壓器的聯(lián)結(jié)組別（2）三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別BC對(duì)齊表明是在一相鐵心柱上n作圖說(shuō)明AEEYbZacEEbCBY,y0Z（2）三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別BC對(duì)齊表明是在一相鐵心柱上n作圖說(shuō)明AEEYbZacEEbCBY,y0ZA.EX.E3.2.2變壓器的聯(lián)結(jié)組別（2）三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別AABCEEECBabXYZbC.E.E.E.EEZ Y,d11 ay,bz,cxCABY,y8.E..EXYZ.E.E.EaCbc3.2.2變壓器的聯(lián)結(jié)組別（2）三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別AB .Ecba3.2.2變壓器的聯(lián)結(jié)組別（2）三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別ABCEEEXYZEEZXY CABY,y8.E..EXYZ.E.E.EaCbc3.2.2變壓器的聯(lián)結(jié)組別（2）三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別AB .Ecba3.2.2變壓器的聯(lián)結(jié)組別（2）三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別ABCEEEXYZEEZXY Y,d5ACBabcCB3.2.2變壓器的聯(lián)結(jié)組別（2）三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別l三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別既與三相聯(lián)接有關(guān)，又與高、低壓繞組的出線標(biāo)記有關(guān)。l高、低壓繞組三相聯(lián)接相同，可得六種偶數(shù)聯(lián)結(jié)組。l高、低壓繞組三相聯(lián)接不同，可得六種奇數(shù)聯(lián)結(jié)組。An三相變壓器聯(lián)結(jié)組別驗(yàn)證要點(diǎn)Y,y0與Y,d11。3.2.2變壓器的聯(lián)結(jié)組別（2）三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別ABCEEEY,d5AyZ.EXYZyZ.E.E..EEb ay,bz,cxCacbacbB3.2.2變壓器的聯(lián)結(jié)組別（2）三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別ABCABCEEEEEEY,d5XYZXYZ比較可見(jiàn)：三角形聯(lián)結(jié)的兩種接線方式并因此國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用原、副繞組首端標(biāo)于同極性端的方式。但在教科書(shū)上多見(jiàn).E.E.E.E.E.E.EE az,bx,cy3.3三相變壓器的空載電動(dòng)勢(shì)波形3.3.1基本概念3.3.2空載電動(dòng)勢(shì)波形分析3.3.1基本概念（1）主磁通與激磁電流的波形問(wèn)題n若主磁通為正弦波，則激磁電流為尖頂波，其中除基波電流外，還含有較大的三次諧波電流。n若激磁電流為正弦波，則主磁通為平頂波，其中除基波磁通外，還含有較大的三次諧波磁通。n在本節(jié)討論中，只考慮基波與三次諧波的影響。i3.3.1基本概念（1）主磁通與激磁電流的波形問(wèn)題n若主磁通為正弦波，則激磁電流為尖頂波，其中除基波電流外，還含有較大的三次諧波電流。n若激磁電流為正弦波，則主磁通為平頂波，其中除基波磁通外，還含有較大的三次諧波磁通。n在本節(jié)討論中，只考慮基波與三次諧波的影響。i0φ0相電動(dòng)勢(shì)波形畸變?chǔ)誱e1+e3ωt0 3.3.1基本概念（3）主磁通與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)間的關(guān)系n若主磁通正弦，則相電動(dòng)勢(shì)正弦，線電動(dòng)勢(shì)也正弦。n若主磁通為平頂波，則相電動(dòng)勢(shì)畸變，而且畸變的程度主要取決于三次諧波分量的大小。φφn當(dāng)僅考慮三次諧波的影響時(shí)，三相系統(tǒng)中的相電動(dòng)勢(shì)雖然會(huì)發(fā)生畸變，但線電動(dòng)勢(shì)仍為正弦波（見(jiàn)下頁(yè)）3.3.2空載電動(dòng)勢(shì)波形分析（1）Y，y聯(lián)結(jié)的三相變壓器n三次諧波電流在原邊三相繞組無(wú)法流通，激磁電流為正弦波，導(dǎo)致主磁通為平頂波，含有三次諧波分量。n對(duì)于三相變壓器組：l磁通的三次諧波分量沿鐵心閉合，其數(shù)值較大。l相電動(dòng)勢(shì)三次諧波分量較大，導(dǎo)致相電動(dòng)勢(shì)波形嚴(yán)重畸變（尖頂波），可能危及繞組絕緣。n對(duì)于三相心式變壓器：l磁通的三次諧波分量沿非鐵磁材料閉合，其數(shù)值較小，相電動(dòng)勢(shì)波形基本為正弦波。l但是三次諧波磁通在油箱壁引起較大的附加損耗。3.3.1基本概念（2）三次諧波特性及其在三相系統(tǒng)中流通的可能性n在三相對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)中各相三次諧波大小相等，相位相同。iA03n在三相對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)中各相三次諧波大小相等，相位相同。iA03tiC03iC03n三次諧波電流在無(wú)中線的星形聯(lián)結(jié)電路中無(wú)法流通。n三次諧波電流在星形聯(lián)結(jié)有中線或三角形聯(lián)結(jié)電路內(nèi)n三次諧波磁通在三相心式變壓器彼此相關(guān)的鐵心中無(wú)n三次諧波磁通在三相變壓器組彼此無(wú)關(guān)的各相鐵心中可以流通。EEEABB1A1.EEEEEABB1A1.EEEXYZ.EAE.BE.C.E.E.E. E.I3.3.1基本概念（4）相電動(dòng)勢(shì)含有三次諧波時(shí)的線電動(dòng)勢(shì)分析.CCB3A1A3僅為基波分量l三次諧波電動(dòng)勢(shì)在三角形回路中產(chǎn)生三次諧波環(huán)流I3。l三次諧波環(huán)流在三次諧波阻.E.E..EB3.E僅為基波分量?jī)H為基波分量YZ3.3.2空載電動(dòng)勢(shì)波形分析（2）D，y聯(lián)結(jié)的三相變壓器n激磁電流中的三次諧波分量可以在三角形內(nèi)部流通，使得主磁通基本為正弦波。n不論三相變壓器組還是三相心式變壓器，相電動(dòng)勢(shì)波（3）Y，d聯(lián)結(jié)的三相變壓器n激磁電流中的三次諧波分量在原邊三相繞組無(wú)法流通。n但是副邊三角形聯(lián)結(jié)提供了三次諧波電流的通路。n因此，需要研究副邊三次諧波電流的產(chǎn)生原因及其對(duì)主磁通和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的影響（見(jiàn)下頁(yè)）。φφ相互抵消φx23才r23.3.2空載電動(dòng)勢(shì)波形分析（4）Y，d聯(lián)結(jié)的三相變壓器副邊電流的激磁作用·φml主磁通基本為正弦波，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形良好。3.4三相變壓器的非對(duì)稱(chēng)運(yùn)行3.4.1φφ相互抵消φx23才r23.3.2空載電動(dòng)勢(shì)波形分析（4）Y，d聯(lián)結(jié)的三相變壓器副邊電流的激磁作用·φml主磁通基本為正弦波，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形良好。3.4三相變壓器的非對(duì)稱(chēng)運(yùn)行3.4.1對(duì)稱(chēng)分量法3.4.2三相變壓器各序等效電路3.4.3典型非對(duì)稱(chēng)運(yùn)行實(shí)例分析.I.I.IA.I.I.I.I顯然合成后三相不對(duì)稱(chēng).I.BIvAI..I.I.ICAB.I?.I?.I?ACB.I+.I+.I+CAB.ICI0I0I0ACB...三組三相對(duì)稱(chēng)量一組三相不對(duì)稱(chēng)量逐相疊加3.4.1對(duì)稱(chēng)分量法（2）三組三相對(duì)稱(chēng)量的合成n相量方程表達(dá)+3.3.2空載電動(dòng)勢(shì)波形分析n三相變壓器的空載相電動(dòng)勢(shì)波形，既與三相磁路結(jié)構(gòu)有關(guān)，又與三相繞組的聯(lián)結(jié)有關(guān)。n當(dāng)原邊或副邊繞組采用三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，對(duì)改善電動(dòng)勢(shì)波形十分有利，所以電力變壓器通常采用Y,d聯(lián)結(jié)。（6）大型電力變壓器設(shè)計(jì)中的特殊措施n大型電力變壓器內(nèi)部往往附加一套三相三角形接線的繞組，該繞組沒(méi)有引出線，僅僅提供三次諧波電流通路，達(dá)到改善感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形之目的。n保定天威生產(chǎn)的長(zhǎng)江三峽水電機(jī)組升壓變壓器為三相心式鐵心結(jié)構(gòu)，其油箱內(nèi)壁貼有高導(dǎo)磁率矽鋼片，目的在于減少漏磁通（包括三次諧波磁通）在油箱壁產(chǎn)生的鐵損耗。特需注意各序相量均以相同的角頻率逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)vAI.特需注意各序相量均以相同的角頻率逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)vAI.3.4.1對(duì)稱(chēng)分量法.I.I.I.I.I.I.I.In.I.I.I.I.I.In在三相系統(tǒng)中，可令相位差α為：α=3vAI.vAI.3.4.1對(duì)稱(chēng)分量法.I.I.I.I.I.I.Ij120°13.II.I.Ij120°13.I相量乘以算子僅相位正向轉(zhuǎn)過(guò)相應(yīng)的相量乘以算子僅相位正向轉(zhuǎn)過(guò)相應(yīng)的角度，其長(zhǎng)度不變。..Ia3a32I?=aI?0I?=aI?00BA2I.?BAI+=I+=aI+CA000I+=aI+BA000I+=aI+BABA3.4.1對(duì)稱(chēng)分量法（2）三組三相對(duì)稱(chēng)量的合成n相量方程的算子表達(dá)AAAABBBBAAA2I.2I.CAI?=aI?003.4.1對(duì)稱(chēng)分量法（3）一組三相非對(duì)稱(chēng)量的分解n合成式中系數(shù)陣求逆?1?1aa2?n一組三相非對(duì)稱(chēng)量的分解?I.+??1a2a12aa1??I.A?作用為將一組非對(duì)稱(chēng)量分解為三組對(duì)稱(chēng)量。此式簡(jiǎn)稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)分量z12..I+m.′a.I?m