電機(jī)及拖動(dòng)系統(tǒng) 課件 第5章 變壓器

變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)2.單相變壓器的空載運(yùn)行3.單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行4.變壓器參數(shù)的測(cè)定5.變壓器的運(yùn)行特性6.三相變壓器7.特殊變壓器第5章變壓器5.1變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)5.1.1基本工作原理單相變壓器原理圖（N1一次繞組,N2二次繞組）(3)忽略漏磁通及初次級(jí)繞組壓降(4)忽略繞組電阻和鐵芯損耗變壓器是一種能變換電壓、電流、阻抗的靜止電磁裝置，但在傳遞電能的過(guò)程中頻率不變。(1)利用電磁感應(yīng)原理工作(2)5.1.2基本結(jié)構(gòu)

1.鐵心有心式、殼式、卷環(huán)式心式疊片鐵心殼式疊片鐵心2.繞組有同心式、盤(pán)式，如右圖5.1變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)卷環(huán)式鐵心

3.其它結(jié)構(gòu)附件*如油浸式電力變壓器，還有油箱、儲(chǔ)油柜、氣體繼電器、安全氣道、分接開(kāi)關(guān)和絕緣套管等，如右圖所示。

作用：保證變壓器的安全和可靠運(yùn)行。5.1變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)注意：?jiǎn)蜗嘧儔浩骱腿嘧儔浩黝~定數(shù)據(jù)的定義區(qū)別(3)額定容量(4)額定頻率5.1變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)5.1.3銘牌數(shù)據(jù)

(1)額定電壓

(2)額定電流

5.2單相變壓器的空載運(yùn)行5.2.1電磁關(guān)系5.2.2電壓平衡方程式注意：與的關(guān)系（右手螺旋定則）按圖中的正方向，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，各繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：僅占很小比例單相變壓器空載運(yùn)行示意圖注意：

表達(dá)式成立的前提條件1.主感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：假設(shè)變壓器空載運(yùn)行時(shí)初級(jí)繞組為理想純電感繞組，加按正弦規(guī)律變化的電源電壓，則說(shuō)明：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)滯后產(chǎn)生它的電流90°5.2單相變壓器的空載運(yùn)行有效值：2.漏感電動(dòng)勢(shì)：由于漏磁通通過(guò)的磁路為線性的，漏磁鏈與產(chǎn)生它的電流呈線性關(guān)系，故有5.2單相變壓器的空載運(yùn)行根據(jù)上面各式，可得空載運(yùn)行時(shí)的電壓平衡方程式為寫(xiě)成有效值：5.2單相變壓器的空載運(yùn)行5.2.3等效電路和相量圖主磁通的作用：1.形成繞組的電感；2.產(chǎn)生鐵損耗

為常量，為變量，飽和程度上升，下降，當(dāng)變化不大時(shí)，的值基本不變。變壓器正常工作時(shí)，>>5.2單相變壓器的空載運(yùn)行空載運(yùn)行時(shí)的等效電路和相量圖5.3單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行5.3.1電磁關(guān)系說(shuō)明：負(fù)載運(yùn)行時(shí)的主磁通由一次、二次繞組共同產(chǎn)生單相變壓器負(fù)載運(yùn)行示意圖5.3.2基本方程式

1.磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式2.電壓平衡方程式(考慮U1近似等于E1)5.3單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行綜上所述，可得負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式：5.3單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行

1.變壓器的折算

(1)電勢(shì)及電壓的折算(2)電流的折算5.3.3等效電路和相量圖5.3單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行由基本方程式得到的等效電路(3)阻抗的折算折算后負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式(5)負(fù)載的折算(4)電壓的折算5.3單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行2.等效電路T形等效電路

形等效電路簡(jiǎn)化等效電路5.3單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行3.相量圖5.3單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行單相變壓器負(fù)載運(yùn)行相量圖5.4變壓器的參數(shù)測(cè)定前面推得的單相雙繞組變壓器的等效電路：等效電路中的各阻抗稱(chēng)為變壓器的參數(shù)，直接影響著變壓器的運(yùn)行性能。怎么得到這些參數(shù)呢？空載試驗(yàn)、短路試驗(yàn)5.4.1變壓器的空載試驗(yàn)

目的：測(cè)等效電路中的勵(lì)磁參數(shù)：方法：在低壓測(cè)進(jìn)行，加額定電壓，分別測(cè)得

空載試驗(yàn)接線原理圖空載試驗(yàn)可以求得：①鐵損耗對(duì)某些小功率變壓器，如航空變壓器則有

略小于5.4變壓器的參數(shù)測(cè)定對(duì)大功率變壓器空載運(yùn)行等效電路如右圖②勵(lì)磁參數(shù)5.4變壓器的參數(shù)測(cè)定注意：(1)應(yīng)用額定電壓下測(cè)得的參數(shù)計(jì)算。

(2)所得參數(shù)為折算到低壓側(cè)的數(shù)值，若要求高壓側(cè)的值必須再乘變比k2③變壓器的變比k

5.4變壓器的參數(shù)測(cè)定5.4.2變壓器的短路試驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)短路參數(shù)：方法：在高壓側(cè)進(jìn)行，低壓側(cè)短路，讓

從零逐漸增加到電流等于

為止，此時(shí)的電壓即為短路電壓，約為。讀取

，由簡(jiǎn)化等效電路得：短路試驗(yàn)接線原理圖短路試驗(yàn)等效電路圖5.4變壓器的參數(shù)測(cè)定電阻的折算(折算到75度)對(duì)正常設(shè)計(jì)的繞組：對(duì)于鋁線電阻，將234.5改為228即可。對(duì)銅線電阻注意：短路試驗(yàn)是在高壓側(cè)進(jìn)行的，所得參數(shù)為折算到高壓側(cè)的參數(shù)，若要求低壓側(cè)參數(shù)，則必須乘1/k25.4變壓器的參數(shù)測(cè)定短路試驗(yàn)還可求得：（1）近似銅損耗（2）變壓器的阻抗電壓（或短路電壓）（短路電壓百分比）5.4變壓器的參數(shù)測(cè)定例5-1

某三相銅線電力變壓器，

，

，

接法，在室溫20°C時(shí)做空載和短路試驗(yàn)，測(cè)得數(shù)據(jù)如下：

空載試驗(yàn)，

短路試驗(yàn)，

試求：折算到高壓側(cè)的勵(lì)磁參數(shù)、短路參數(shù)、額定短路損耗及阻抗電壓。5.4變壓器的參數(shù)測(cè)定解：①變壓器的變比：，各勵(lì)磁參數(shù)為5.4變壓器的參數(shù)測(cè)定②由短路實(shí)驗(yàn)求得：折算到高壓側(cè)為換算到75oc為③額定短路損耗為④一相阻抗電壓為5.4變壓器的參數(shù)測(cè)定5.5變壓器的運(yùn)行特性運(yùn)行特性：（1）外特性:

當(dāng)

、不變

（2）效率特性：

當(dāng)、不變5.5.1外特性1.外特性：指、不變，次級(jí)端電壓隨負(fù)載電流變化的關(guān)系曲線，即對(duì)于電感性負(fù)載：隨著I2的增大U2會(huì)下降更多對(duì)于電阻性負(fù)載：隨著I2的增大U2會(huì)下降對(duì)于電容性負(fù)載：隨著I2的增大U2可能會(huì)上升當(dāng)

時(shí)，隨著I2的增大U2會(huì)增大。5.5變壓器的運(yùn)行特性變壓器的外特性折算到原邊利用簡(jiǎn)化等效電路可得2.電壓變化率：指變壓器在額定電源電壓和一定負(fù)載功率因素下，變壓器由空載到額定負(fù)載時(shí)次級(jí)端電壓變化的百分比。在工程實(shí)踐中，利用電容性負(fù)載下變壓器次級(jí)端電壓隨負(fù)載電流增加而有所上升的原理，在變壓器低壓側(cè)并聯(lián)電容器，以改善電網(wǎng)功率因素、降低線損，同時(shí)也能提升工廠的電網(wǎng)電壓。（負(fù)載系數(shù)）5.5變壓器的運(yùn)行特性簡(jiǎn)化等效電路相量圖例5-2

某三相變壓器，接法，額定數(shù)據(jù)為：，，，，。當(dāng)

時(shí)，，測(cè)得電壓恰為額定值

，求此時(shí)負(fù)載的性質(zhì)及功率因數(shù)角的大?。ú豢紤]溫度折算）。解：當(dāng)

時(shí)，

，所以電壓變化率為即故5.5變壓器的運(yùn)行特性短路參數(shù)為所以負(fù)載為容性負(fù)載。5.5變壓器的運(yùn)行特性5.5.2效率特性5.5變壓器的運(yùn)行特性1.變壓器的損耗(1)銅損耗：由簡(jiǎn)化等效電路可知為額定電流時(shí)的短路損耗，可由短路試驗(yàn)獲得(2)鐵耗：當(dāng)

不變時(shí)，從空載到額定負(fù)載，主磁通

基本不變，鐵耗基本不變，稱(chēng)為不變損耗，由空載等效電路可知為空載損耗，可由空載試驗(yàn)獲得2.效率特性5.5變壓器的運(yùn)行特性變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，有一次繞組輸入的電功率一次繞組銅損耗變壓器鐵損耗變壓器電磁功率二次繞組銅損耗變壓器輸出功率特點(diǎn)：當(dāng)不變損耗等于可變損耗時(shí)，效率最高。效率特性曲線功率流圖5.5變壓器的運(yùn)行特性變壓器的功率流圖如下圖變壓器的效率5.6三相變壓器

本節(jié)主要討論三相變壓器工作時(shí)的特殊問(wèn)題，如三相變壓器的磁路，三相變壓器的繞組連接法，三相變壓器的電動(dòng)勢(shì)以及三相變壓器的并聯(lián)運(yùn)行等。5.6.1磁路分析

1.三相變壓器組的磁路特點(diǎn)：(1)各相磁路彼此獨(dú)立,僅各相電路間有聯(lián)系。(2)外加三相對(duì)稱(chēng)電壓時(shí)，三相空載電流、三相主磁通對(duì)稱(chēng)。(3)一次、二次繞組可分別接成Y形和三角形。三相變壓器組三相心式變壓器磁路實(shí)際心式變壓器的磁路三相磁通的相量圖三相心式變壓器的演變5.6三相變壓器2.三相心式變壓器的磁路特點(diǎn)：(1)三相鐵芯互不獨(dú)立，三相磁路互相關(guān)聯(lián)，三相磁阻不等；(2)外加三相對(duì)稱(chēng)電壓，三相磁路、空載電流不對(duì)稱(chēng)，但I(xiàn)0很小，對(duì)負(fù)載運(yùn)行的影響可忽略。5.6.2繞組連接法與聯(lián)結(jié)組

聯(lián)結(jié)組：表示三相變壓器的繞組連接法和一次、二次繞組對(duì)應(yīng)線電動(dòng)勢(shì)的相位關(guān)系。它既說(shuō)明電路連接問(wèn)題，又關(guān)系到變壓器的并聯(lián)運(yùn)行等。5.6三相變壓器1.繞組的連接法三相電力變壓器的繞組只采用星形和三角形連接，一般變壓器的出線標(biāo)志：

一次繞組：

，二次繞組：在對(duì)稱(chēng)三相系統(tǒng)中：①D接法；②接法5.6三相變壓器2.三相變壓器的聯(lián)結(jié)組

以時(shí)鐘數(shù)字來(lái)表示，1－30°，……，12－360°；組號(hào)由一次、二次繞組對(duì)應(yīng)線電動(dòng)勢(shì)相量間的相位差決定。時(shí)鐘時(shí)序法（150°）規(guī)定：時(shí)鐘的長(zhǎng)針表示一次繞組的某線電動(dòng)勢(shì)相量（如EUV），時(shí)鐘的短針表示二次繞組對(duì)應(yīng)線電動(dòng)勢(shì)相量（如Euv)5.6三相變壓器

已知連接方式和同名端，判斷方法：①

畫(huà)出一次繞組相量圖；②

畫(huà)出二次繞組相量圖，讓U1與u1重合，比較一二次相電動(dòng)勢(shì)的相位；③

比較線電動(dòng)勢(shì)

與

的相位，看

落后

多少度。④

根據(jù)度數(shù)，寫(xiě)出聯(lián)接組號(hào).

聯(lián)結(jié)組5.6三相變壓器三相變壓器的聯(lián)結(jié)組問(wèn)題聯(lián)結(jié)組(1)

連接5.6三相變壓器(2)

連接聯(lián)結(jié)組5.6三相變壓器聯(lián)結(jié)組5.6三相變壓器(3)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組單相和三相變壓器有很多聯(lián)結(jié)組號(hào)，為了不至于在制造和使用時(shí)造成混亂，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)單相雙繞組電力變壓器規(guī)定只用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組

；對(duì)三相雙繞組電力變壓器規(guī)定使用以下五種標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組：；；；；

。從上面的分析，得知：①繞在同一鐵心柱上且同名端相同的繞組，其相電動(dòng)勢(shì)同方向，同名端不同的繞組，其相電動(dòng)勢(shì)反方向；②若為三角形連接，順連反連反5.6三相變壓器5.6.3變壓器的并聯(lián)運(yùn)行

并聯(lián)運(yùn)行，就是將兩臺(tái)或兩臺(tái)以上變壓器的初級(jí)繞組接到公共的電源上，次級(jí)繞組并聯(lián)起來(lái)一起向外供電。5.6三相變壓器要求：①空載時(shí)，無(wú)環(huán)流產(chǎn)生；②負(fù)載時(shí)，能合理分配負(fù)載;③各變壓器從同一相線輸出的電流相位相同。條件：①各變壓器額定電壓相等，即變比K相等；②各變壓器聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)必須相同；③各變壓器阻抗電壓或短路阻抗的標(biāo)么值相等。目的：解決單臺(tái)變壓器供電不足的困難，提高供電的可靠性，

減少儲(chǔ)備容量，并可根據(jù)負(fù)載的大小來(lái)調(diào)整投入運(yùn)行的

變壓器數(shù)量，提高運(yùn)行效率。5.6三相變壓器1.各變壓器額定電壓不等時(shí)的并聯(lián)運(yùn)行：以單相空載運(yùn)行為例S打開(kāi)時(shí)，S間的電位差：S閉合：由于變壓器的短路阻抗很小，故一般較大。通常規(guī)定并聯(lián)變壓器變比之間相差必須5.6三相變壓器2.聯(lián)結(jié)組號(hào)不同時(shí)變壓器的并聯(lián)運(yùn)行，以三相空載運(yùn)行為例兩臺(tái)變壓器：Y，y12，Y,d11，次級(jí)電壓相位差為30°由于電力變壓器的短路阻抗很小，這樣大的電壓差將在兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行變壓器的次級(jí)繞組中產(chǎn)生很大的空載環(huán)流，同時(shí)初級(jí)也感應(yīng)很大環(huán)流，會(huì)將變壓器的繞組燒壞，故聯(lián)結(jié)組號(hào)必須相同。5.6三相變壓器3.短路阻抗標(biāo)么值不等時(shí)變壓器的并聯(lián)運(yùn)行取有效值：k臺(tái)的并聯(lián)運(yùn)行有說(shuō)明：各變壓器承擔(dān)的負(fù)載與它們的短路阻抗模成反比5.6三相變壓器理想情況:①當(dāng)各變壓器的阻抗電壓標(biāo)幺值相等時(shí)，各變壓器分擔(dān)的負(fù)載與它們的容量成正比，即并聯(lián)運(yùn)行的變壓器間容量差別越大，離開(kāi)理想運(yùn)行的可能性就越大，因此一般要求：②各變壓器短路阻抗角相等時(shí)，各變壓器電流的相位相同，總負(fù)載為各變壓器承擔(dān)的負(fù)載算術(shù)和，即5.6三相變壓器例5-3兩臺(tái)額定電壓和聯(lián)結(jié)組號(hào)相同的變壓器并聯(lián)運(yùn)行，它們的容量與阻抗電壓標(biāo)么值分別為，，，，試求當(dāng)總負(fù)載為

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(guò)載，總負(fù)載應(yīng)為多少？解：①兩臺(tái)變壓器分擔(dān)的負(fù)載計(jì)算由

，得5.6三相變壓器解上面的方程，得到每臺(tái)變壓器分擔(dān)的負(fù)載為②不過(guò)載時(shí)的總負(fù)載計(jì)算由于已過(guò)載，要不過(guò)載只能，因此總負(fù)載為又，得5.6三相變壓器5.7.1自耦變壓器

1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一次、二次繞組共用一部分繞組。由此可見(jiàn)，一次、二次繞組之間除磁耦合外，還有電的聯(lián)系。單相自耦變壓器原理圖5.7特殊變壓器磁動(dòng)勢(shì)平衡

很小忽略得流過(guò)繞組N2的電流為：

變比k一般大于1，表明電流矢量與相位相反，k越接近1，則電流的數(shù)值越小。說(shuō)明：自耦變壓器不僅比普通變壓器省了一個(gè)低壓繞組，而且保留的一個(gè)繞組的N2匝部分通過(guò)的電流值小，所以可減少導(dǎo)線的用料(省銅)和銅耗，故自耦變壓器質(zhì)量輕、體積小。變比

2.基本關(guān)系式繞組接線圖5.7特殊變壓器說(shuō)明：在忽略勵(lì)磁電流

的情況下，

的相位是相反的，即彼此相差180°。由于k>1，故有

，得到

a’點(diǎn)的實(shí)際電流有效值關(guān)系為：5.7特殊變壓器

3.功率關(guān)系說(shuō)明：自耦