浙大國家精品課電機學-chap2

1、變壓器的變壓器的基本作用原理作用原理 與理論分析與理論分析 變壓器的負載運行 4 標幺值 5 參數(shù)的測定 6 變壓器的運行性能 7 1 變壓器的類別和結(jié)構(gòu) 2 變壓器的發(fā)熱和冷卻 3 變壓器的空載運行 一、變壓器的類別和結(jié)構(gòu) 變壓器的主要類別變壓器的主要類別 l一種靜止的電機靜止的電機 l將一種電壓的電能轉(zhuǎn)換為另一種電壓的電能一種電壓的電能轉(zhuǎn)換為另一種電壓的電能。 l用途分類： 電力變壓器，電力系統(tǒng)傳輸電能 電爐變壓器，專給煉鋼爐供電 整流變壓器，大型電解電鍍、直流電力機車供電 儀用變壓器、控制變壓器 無線電變壓器，僅傳輸信號。 電力變壓器電力變壓器 l變壓器的總?cè)萘看笾孪喈斢诎l(fā)電機容量的三倍

2、。輸電過程中， 通常將電壓升高，通過高壓輸電線傳送到遠方的城市，經(jīng)過 降壓變壓器降為10kv電壓，再經(jīng)過配電降壓變壓器分配給 用戶。 l輸送同樣的功率，電 壓低則電流大，一方面由于大電流在 輸電線路上引起損耗，另一方面大電流在線路阻抗上產(chǎn) 生 大的壓降，受電端電壓很低，電能傳送不出去。只有高電壓只有高電壓 能將電能輸送到遠方能將電能輸送到遠方。 配電變壓器配電變壓器 電力變壓器類別電力變壓器類別-變壓方式變壓方式 l升壓變壓器升壓變壓器升高電壓的變壓器 l降壓變壓器降壓變壓器降低電壓的變壓器 l特殊變壓器 ，如試驗用高壓變壓器、電爐用 變壓器、電焊用變壓器、晶閘管線路中的變壓 器、用于測量儀表

3、的電壓互感器電壓互感器和電流互感器電流互感器 等等 電力變壓器類別電力變壓器類別-線圈數(shù)目線圈數(shù)目 v雙繞組變壓器雙繞組變壓器，在鐵芯中有兩個繞組，一個為 初級繞組，一個為次級繞組 v自耦變壓器，自耦變壓器，初級、次級繞組合為一個 v三繞組變壓器，三繞組變壓器，三個繞組連接三種不同電壓的 線路 v多繞組變壓器，如分裂變壓器分裂變壓器 電力變壓器類別電力變壓器類別-冷卻方式冷卻方式 l油浸式變壓器油浸式變壓器鐵芯和繞組都一起浸入灌滿 了變壓器油的油箱中，可以加強絕緣和改善冷 卻散熱條件 l干式變壓器干式變壓器 ，能滿足特殊要求，如安全 電力變壓器類別電力變壓器類別-相數(shù)相數(shù) l單相變壓器 l三相

4、變壓器 電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)電力變壓器的基本結(jié)構(gòu) l鐵芯鐵芯鐵芯鐵芯 l帶有絕緣的繞組繞組繞組繞組 l變壓器油變壓器油油油 l油箱油箱油箱油箱 l絕緣套管絕緣套管套管 鐵芯鐵芯變壓器的磁路變壓器的磁路 l電力變壓器的鐵心是由0.35mm厚的冷軋硅鋼 片疊成。減少渦流損耗，提高導磁系數(shù)。 鐵心柱 鐵軛 鐵芯的交疊裝配鐵芯的交疊裝配 l單相變壓器鐵心疊法，偶數(shù)層剛好壓著奇數(shù)層的接縫， 從而減少了磁路和磁阻，使磁路便于流通 接逢處 氣隙小 l可以避免渦流在鋼片之間流通 l三相芯式變壓器的鐵心排列法，主要使疊縫相 互交疊，從而減少磁路的磁阻 變壓器鐵心柱的橫切面變壓器鐵心柱的橫切面 返回 繞組繞組變壓

5、器的電路變壓器的電路 l變壓器繞組一般為絕緣扁銅線或絕緣圓銅線在 繞線模上繞制而成。 l為便于制造、在電磁力作用下受力均勻以及機 械性能良好，繞組線圈作成圈形。 l按照繞組在鐵芯中的排列方法分類，變壓器可 分為鐵芯式和鐵殼式兩類 l基本型式：同芯式，交疊式同芯式，交疊式 單相芯式變壓器鐵心及繞組單相芯式變壓器鐵心及繞組 l繞組同芯同芯套裝在變壓器鐵心柱上，低壓繞組在 內(nèi)層，高壓繞組套裝在低壓繞組外層，以便于 絕緣。 鐵殼式變壓器 l變壓器的鐵芯柱在中間，鐵軛在兩旁環(huán)繞，且把繞組 包圍起來 l結(jié)構(gòu)比較堅固、制造工藝復雜，高壓繞組與鐵芯柱的 距離較近，絕緣也比較困難 l通常應用于電壓很低而電流很大

6、的特殊場合，例如， 電爐用變壓器。這時巨大的電流流過繞組將使繞組上 受到巨大的電磁力，鐵殼式結(jié)構(gòu)可以加強對繞組的機 械支撐，使能承受較大的電磁力。 繞組的基本型式繞組的基本型式 l同芯式同芯式鐵芯式變壓器常用。高壓繞組和低 壓繞組均做成圓筒形，然后同芯地套在鐵芯柱 上 l交疊式交疊式 鐵殼式變壓器常用。高壓繞組和 低壓繞組各分為若干個線餅，沿著鐵芯柱的高 度交錯地排列著 返回 變壓器油變壓器油冷卻、絕緣冷卻、絕緣 l電力變壓器繞組與鐵心裝配完后用夾件緊固，形成變 壓器的器芯。變壓器器芯裝在油箱內(nèi)，油箱內(nèi)充滿變 壓器油。變壓器油是一種礦物油，具有很好的絕緣性 能。變壓器油起兩個作用： l 絕緣：

7、繞組與繞組、繞組與鐵心及油箱之間 l散熱：熱量通過油箱殼散發(fā)，油箱有許多散熱油管， 以增大散熱面積。采用內(nèi)部油泵強迫油循環(huán)，外部用 變壓器風扇吹風或用自來水沖淋變壓器油箱 油箱油箱 機械支撐、機械支撐、 冷卻散熱、冷卻散熱、 變壓器運行時產(chǎn)生熱量，使變 壓器油膨脹，儲油柜中變壓器 油上升，溫度低時下降。 儲油柜使變壓器油與空氣接觸 面較少， 減緩了變壓器油的氧 化過程及吸收空氣中的水分的 速度。呼吸呼吸 保護作用 當變壓器出現(xiàn)故障時，產(chǎn)生的 熱量使變壓器油汽化，氣體繼 電器動作，發(fā)出報警信號或切 斷電源。 如果事故嚴重，變壓器油大量 汽化，油氣沖破安全氣道管口 的密封玻璃，沖出變壓器油箱， 避

8、免油箱爆裂。返回 絕緣套管絕緣套管 l絕緣套管由中心導電桿與瓷套組成。導電桿穿過 變壓器油箱、在油箱內(nèi)的一端與線圈的端點聯(lián)接， 在外面的一端與外線路聯(lián)接。 l在瓷套和導電桿間留有一道充油層充油套管 l當電壓等級更高時，在瓷套內(nèi)腔中常環(huán)繞著導電 桿包上幾層絕緣紙簡，在每個絕緣紙簡上貼附有 一層鋁箔，則沿著套管的徑向距離，絕緣層和鋁 箔層構(gòu)成串聯(lián)電容器，使資套與導電桿間的電場 分布均勻 l套管外形常做成傘形，電壓愈高、級數(shù)愈多電壓愈高、級數(shù)愈多。 返回 變壓器的額定值變壓器的額定值 l額定容量SN制造廠所規(guī)定的在額定條件下 使用時輸出能力的保證值。單位為VA或kVA。 對三相變壓器指三相的總?cè)萘咳?/p>

9、相變壓器指三相的總?cè)萘俊?l由于效率高，原、副方的額定容量設計得相等， 與體積、用銅量有關(guān)。 l額定電壓由制造廠所規(guī)定的變壓器在空載時額定在空載時額定 分接頭上的電壓保證值分接頭上的電壓保證值。單位為V或kV。 當變壓器初級側(cè)在額定分接頭處接有額定電壓U1N，次 級側(cè)空載電壓即為次級側(cè)額定電壓U2N。 對三相變壓器，銘牌上的額定電壓指線電壓銘牌上的額定電壓指線電壓 l額定電流額定容量除以各繞組的額定電壓所計算 出來的線電流值。單位用A或kA。 l電力變壓器的額定頻率是50Hz 變壓器的額定值變壓器的額定值 額定值的關(guān)系額定值的關(guān)系 l單相變壓器 l三相變壓器 N N N N N N U S I

10、 U S I 2 2 1 1 N N N N N N U S I U S I 2 2 1 1 33 返回 二、變壓器的發(fā)熱和冷卻二、變壓器的發(fā)熱和冷卻 l假定：鐵芯和各個繞組都是獨立的發(fā)熱單位。 即認為鐵芯的發(fā)熱僅來源于鐵芯損耗鐵芯損耗，各繞組 的發(fā)熱來源于各自的銅耗銅耗，它們相互間并沒有 熱量交換。 l由于油的對流作用，油在受熱后將上升、而在 冷卻后又將下降。油浸變壓器中，沿著油箱高 度，上部的溫度要比下部的溫度略高 油浸變壓器的繞組均用油浸變壓器的繞組均用A級絕緣級絕緣。根據(jù)我國的氣候情況，。根據(jù)我國的氣候情況， 國家標準規(guī)定以國家標準規(guī)定以+40作為周圍環(huán)境空氣的最高溫度，作為周圍環(huán)境空

11、氣的最高溫度， 并據(jù)此規(guī)定變壓器各部分的容許溫升并據(jù)此規(guī)定變壓器各部分的容許溫升 繞組最高允許溫度為105 變壓器的冷卻變壓器的冷卻 l常用冷卻介質(zhì)油（油浸式）、空氣（干式） l冷卻方式油浸自冷式；油浸風冷式油浸自冷式；油浸風冷式(人工人工 通風通風)；強制油循環(huán)冷卻式；強制油循環(huán)冷卻式 l油箱形式 平滑油箱：50kVA 波形油箱 管形油箱：200kVA 散熱器油箱：25006300kVA 返回 作業(yè)作業(yè) l2-1 l2-2 講解星形，三角形連接 變壓器電路理論及其運行特性變壓器電路理論及其運行特性 版權(quán)所有， 2000 Southeast University Electrical Engi

12、neering Department . 以單相雙繞組電力變壓器為 例，分析其基本原理，導出基本 方程式、等效電路和相量圖。 在此基礎上分析其穩(wěn)態(tài)特 性。 三、空載運行三、空載運行 空載空載指一側(cè)繞組接到電源（指一側(cè)繞組接到電源（初級初級 1），另一側(cè)），另一側(cè) 繞組（繞組（次級次級 2）開路）開路。 1 電磁物理現(xiàn)象 2感應電動勢 3電壓變比 4激磁電流 5 勵磁特性的電路模型 6 漏抗 7 電路方程 等效電路 相量圖 1、電磁物理現(xiàn)象、電磁物理現(xiàn)象 空載電流i0，i1i0。全部用以激磁全部用以激磁激磁電流激磁電流im，i0im 激磁電流產(chǎn)生激磁磁勢imN1，建立交變磁場 l空載運行：原邊接

13、額定電壓u1n的電源，副邊開路 l原邊繞組電流i0為空載電流，產(chǎn)生空載勵磁磁勢F0=I0N1, F0產(chǎn)生磁通 l磁通分為兩部分 主磁通主磁通流徑閉合鐵心，磁阻小磁阻小，同時匝鏈了原邊和 副邊繞組,并感應出電勢e1和e2。是變壓器傳遞能量的主要 媒介 原邊繞組漏磁通原邊繞組漏磁通1，僅與原邊繞組匝鏈，通過變 壓器油或空氣形成閉路，磁阻大，磁阻大，不傳遞功率 變壓器鐵心由高導磁材料硅鋼片制成（導磁系數(shù) r2000)，大部分磁通都在鐵心中流動，主磁通約占總磁 通的99強，漏磁通占總磁通的1弱。 磁場的磁通 分為主磁通和漏磁通兩部分分為主磁通和漏磁通兩部分 磁路不同，因而磁阻不同磁路不同，因而磁阻不同

14、。 主磁通 同時交鏈初級、次級繞組，又稱為互磁通， 路徑為沿鐵芯而閉合的磁路，磁阻較小。 漏磁通 1 只交鏈初級繞組，稱初級側(cè)漏磁通，它 所行經(jīng)的路徑大部分為非磁性物質(zhì)，磁阻較大。 功能不同功能不同。主磁通通過互感作用傳遞功率主磁通通過互感作用傳遞功率，漏磁通不傳 遞功率。 磁場的磁通 l 與 1 都是交變磁通交變磁通 l在繞組中感應交變電勢交變電勢 2、感應電勢、感應電勢 l箭頭方向表示正方向箭頭方向表示正方向 l規(guī)定電流的正方向與該電流所產(chǎn)生的磁通正方規(guī)定電流的正方向與該電流所產(chǎn)生的磁通正方 向符合向符合“右手螺旋右手螺旋”定則，規(guī)定磁通的正方向定則，規(guī)定磁通的正方向 與其感應電勢的正方向

15、符合與其感應電勢的正方向符合“右手螺旋右手螺旋”定則。定則。 l電流正方向與電勢正方向一致電流正方向與電勢正方向一致。 l方向規(guī)定：電壓u1與電流i0同方向，磁通正方向與電流 正方向符合右手螺旋定則，e的正方向與電流同方向。 這樣e1=N1d/dt成立。 l例如正在增加，d/dt為正，e1 N1d/dt0為負， 若外電路能使e1產(chǎn)生電流，其電流方向必與i0正方向 相反，該電流產(chǎn)生磁通，與方向相反，起阻止增 加的作用，即符合楞次定律。 磁通，電勢，電壓的關(guān)系公式推導磁通，電勢，電壓的關(guān)系公式推導 mm mm mmm mmm mm mm mm fNEEe fNEEe fNNEe fNNEe tNt

16、N dt d Ne tNtN dt d Ne t 2222 1111 2222 1111 2222 1111 22/ 22/ 2 2 )90sin(cos )90sin(cos sin 有效值 有效值 幅值 幅值 磁通幅值主磁通 圖2-8 l變比變比初級電壓初級電壓與與次級次級空載時空載時端點電壓端點電壓之比之比。 l電壓變比電壓變比k 決定于初級、次級繞組匝數(shù)比。 l略去電阻壓降和漏磁電勢 3、電壓變比、電壓變比 2 1 2 1 20 1 N N E E U U k 4、激磁電流的三個分量、激磁電流的三個分量 l忽略電阻壓降和漏磁電勢，則U1U1E1E14.44fN4.44fN1 1 m m

17、。 mU1即：當外施電壓U1為定值，主磁通m 也為一定值 l問題：一臺結(jié)構(gòu)已定的變壓器當外施電壓為已知，一臺結(jié)構(gòu)已定的變壓器當外施電壓為已知， 需要電源提供多大的激磁電流呢需要電源提供多大的激磁電流呢? ?激磁電流包括哪激磁電流包括哪 些成分呢些成分呢? ? l答：答：決定于變壓器的鐵芯材料及鐵芯幾何尺寸決定于變壓器的鐵芯材料及鐵芯幾何尺寸。 因為鐵芯材料是磁性物質(zhì)，激磁電流的大小和波 形將受磁路飽和、磁滯及渦流的影響。 (一一)磁路飽和影響磁路飽和影響 l當Bm0.8T， 磁路末飽和狀態(tài)、 磁化曲線f(i) 呈線性，導磁率 是常數(shù)。 l當 按正弦變 化，i亦按正弦 變化。 磁路飽和影響磁路飽

18、和影響 l如Bm0.8T，磁路開始飽和，f(i)呈非線 性，隨i增大導磁率逐漸變小。磁通為正弦 波，i為尖頂波，尖頂?shù)拇笮∪Q于飽和程度。 l對尖頂波進行波形分析，除基波分量外，包 含有各奇次諧波。其中以3次諧波幅值最大。 l用等效正弦波電流替代實際尖頂波電流。等等 效原則效原則：令等效正弦波與尖頂波有相同的有 效值，與尖頂波的基波分量有相同頻率且同 相位。 磁路飽和影響磁路飽和影響 l磁化電流磁化電流I， I與m同相位。 lI滯后于-E1 90，I具有無具有無 功電流性質(zhì)，功電流性質(zhì)， 它是激磁電流它是激磁電流 的主要成分的主要成分。 (二二)磁滯現(xiàn)象的影響磁滯現(xiàn)象的影響 l激磁電流是不對稱

19、尖頂波，把它分解成兩個分 量。 （1）對稱的尖頂波，它是磁路飽和所引起的， 即磁化電流分量i。 （2）近似正弦波，電流分量ih，頻率為基波 頻率，磁滯電流分量磁滯電流分量，Ih與-E1同相位，是有 功分量電流。 磁滯現(xiàn)象的影響磁滯現(xiàn)象的影響 (三三)渦流對激磁電流的影響渦流對激磁電流的影響 l交變磁通在鐵芯中感應電勢，在鐵芯中產(chǎn)生 渦流及渦流損耗。渦流電流分量渦流電流分量Ie由渦流引 起的，與渦流損耗對應，Ie與-E1同相位。 l由于磁路飽和、磁滯和渦流三者同時存在， 激磁電流實際包含I、Ih和Ie三個分量；又由 于Ih和Ie同相位，合并稱為鐵耗電流分量鐵耗電流分量，用 IFe表示。 空載時激

20、磁電流空載時激磁電流 lIu磁化電流，無功性質(zhì)，為主要分量 lIfe鐵耗電流，有功性質(zhì)，產(chǎn)生磁滯（Ih） 和渦流損耗（Ie） )( ehFem IIIIII 5、激磁特性的電路模型、激磁特性的電路模型 強調(diào)：rm 并非實質(zhì)電阻、 是為計算鐵耗引進的模擬電模擬電 阻阻。 由于磁化曲線呈非線性， 參 數(shù) Zm 隨電壓而變化，不是常 數(shù)。但變壓器正常運行時，外 施電壓等于或近似等于額定 電壓，且變動范圍不大,可把 Zm 看成常數(shù)。 Xm是主磁通引起的 電抗，為勵磁電抗 6、漏抗、漏抗 l描述漏磁電勢的電路參數(shù)描述漏磁電勢的電路參數(shù)。由于漏磁通所經(jīng)路徑主 要為非磁性物質(zhì)（空氣），磁阻為常數(shù)。即漏磁通與

21、 產(chǎn)生該漏磁通的電流成正比且同相位，漏電感亦為常 數(shù)。 7、空載電路方程、空載電路方程 等效電路等效電路 rm+jXm上的壓降表示主磁通對變壓器的作用 （隨外施電壓的增加而減小由于飽和影響） X1表示漏磁通對電路的影響，近似為常數(shù) 相量圖相量圖 U2（參考方向）、E2 E1與U2方向一致 m超前E1 90度 Im超前m 一個角度 U1 作業(yè)作業(yè) l2-3 l2-4 重點理解各參數(shù)的物理意義及相互間關(guān)系重點理解各參數(shù)的物理意義及相互間關(guān)系 返回 四四變壓器負載運行變壓器負載運行 負載運行是指一側(cè)繞組接電源，另一側(cè)負載運行是指一側(cè)繞組接電源，另一側(cè) 繞組接負載運行繞組接負載運行。 1 負載時的電磁

22、物理過程 2 基本方程式 3 歸算 4 歸算后的分析 返回 1、負載時的電磁物理現(xiàn)象、負載時的電磁物理現(xiàn)象 l變壓器的初級、次級繞組沒有電的聯(lián)系，功率傳遞依靠互感。 在功率傳遞過程中應滿足能量守恒，在電路上需滿足電壓平在功率傳遞過程中應滿足能量守恒，在電路上需滿足電壓平 衡、磁路上需滿足磁勢平衡衡、磁路上需滿足磁勢平衡。 m N1 N2 Next 次級電流的影響次級電流的影響 l次級電流的存在、建立起次級磁勢，它也作 用在鐵芯磁路上。改變了原有的磁勢平衡狀 態(tài)，迫使主磁通變化，導致電勢也隨之改變。 電勢的改變又破壞已建立的電壓平衡，迫使 原電流隨之改變，直到電路和磁路又達到新 的平衡為止。 l

23、（磁勢平衡式） l負載時作用在主磁路上的全部磁勢應等于產(chǎn)負載時作用在主磁路上的全部磁勢應等于產(chǎn) 生磁通所需的激磁磁勢生磁通所需的激磁磁勢。 12211 NININI m 初級、次級電流間的約束關(guān)系初級、次級電流間的約束關(guān)系 l表明當有負載電流時。初級電流表明當有負載電流時。初級電流I1I1應包含有應包含有 二個分量。其中二個分量。其中ImIm用以激勵主磁通。用以激勵主磁通。I I1L 1L所產(chǎn) 所產(chǎn) 生負載分量磁勢生負載分量磁勢I I1L 1LN N1 1， ，用以抵消次級磁勢用以抵消次級磁勢 I I2 2N N2 2對主磁路的影響。對主磁路的影響。 l激磁電流的值決定于主磁通 m，即決定于

24、E1。 . 1 . 1 2 . 2 . 1Lmm II N N III 0 2211 NINI L u1E1=4.44fN1m 電磁現(xiàn)象電磁現(xiàn)象 返回 2、基本方程式、基本方程式 返回 3、歸算、歸算 l繞組繞組歸算歸算用一假想的繞組替代其中一個 繞組使成為k1的變壓器。 l歸算量在原符號加上標號 區(qū)別，歸算后的 值稱為歸算值或折算值。 l原則：原則：歸算不改變實際變壓器內(nèi)部的電磁平歸算不改變實際變壓器內(nèi)部的電磁平 衡關(guān)系衡關(guān)系 歸算方法一歸算方法一 次級側(cè)歸算到初級側(cè)次級側(cè)歸算到初級側(cè) l保持初級繞組匝數(shù)N1不變設想有一個匝數(shù)為 N 2 =N1的次級繞組，用它來取代原有匝數(shù)為 N2的次級繞組

25、。滿足變比： kN1/N 21。 歸算方法二歸算方法二 初級側(cè)歸算到次級側(cè)初級側(cè)歸算到次級側(cè) l保持次級繞組匝數(shù)N2不變，設想有一個匝數(shù)為 N 1 N2的初級繞組，用它來取代初級有匝數(shù) 為N1的初級繞組。 kN 1/N21 一一) )次級電流的歸算值次級電流的歸算值 l物理意義：當用N 2N1替代了N2，其匝數(shù)增加了k倍。 為保持磁勢不變。次級電流歸算值減小到原來的1 k倍。 kI N N I N N II NINI / 2 1 2 2 2 2 2 2 22 2 2 歸算前后磁勢應保持不變歸算前后磁勢應保持不變 二二)次級電勢的歸算值次級電勢的歸算值 歸算前后次級邊電磁功率應不變歸算前后次級邊

26、電磁功率應不變 l E 2I 2E2I2 l物理意義：當用N 2替代了N2，其匝數(shù)增加到 k倍。而主磁通 m及頻率f均保持不變，歸算 后的次級電勢應增加k倍。 22 2 2 2 kEE I I E 三三)電阻的歸算值電阻的歸算值 歸算前后銅耗應保持不變歸算前后銅耗應保持不變 l物理意義：當用N 2替代N2后，匝數(shù)增加到k倍， 次級繞組長度增加到k倍；次級電流減到為原來的 l/k倍，歸算后的次級繞組截面積應減到原來的l k倍，故歸算后的次級電阻應增加到原來的k2倍。 （繞組本身沒有變化繞組本身沒有變化） 2 2 2 2 2 2 2 rkr I I r 四四)漏抗的歸算值漏抗的歸算值 歸算前后次級

27、漏磁無功損耗應保持不變歸算前后次級漏磁無功損耗應保持不變 l物理意義：繞組的電抗和繞組的匝數(shù)平方成正 比。由于歸算后次級匝數(shù)增加了k倍，故漏抗 應增加到k2倍。 2 2 2 2 2 2 2 xkx I I x 返回 4、歸算后的基本方程、歸算后的基本方程 . 2 . IIm . 2 . 2 . 2 . 2 ZIEU . 2 . 1 EE . . 2 . 2L ZIU 歸算后的歸算后的T形等效電路形等效電路 相量圖相量圖 l注意注意：相量圖的作法必須與方程式的寫法一致， 而方程式的寫法又必須與所規(guī)定的正方向一致。 l變壓器的相量圖包括三個部分：次級側(cè)電壓 相量圖；電流相量圖或磁勢平衡相量圖； 初

28、級側(cè)電壓相量圖。 相量圖相量圖作圖步驟作圖步驟 l首先選定一個參考相量、且只能有一個參考 相量。常以U 2為參考相量，根據(jù)給定的負載 畫出負載電流相量I 2。 l根據(jù)次級側(cè)電壓平衡式E 2U 2+I 2Z 2可畫出 相量E 2，由于E1E 2，因此也可畫出相量E1。 l主磁通m應超前E1 90，激磁電流又超前m 一鐵耗角。 l由磁勢平衡式I1=Im+(-I 2)求得I1。 l由初級側(cè)電壓平衡式U1=-E2+I1Z1求得I1。 變壓器的實用相量圖變壓器的實用相量圖 近似等效電路近似等效電路 l把激磁支路移至端點處。把激磁支路移至端點處。計算時引起的誤差不大： 變壓器的激磁電流(即空載電流)為額定

29、電流的3-8 ，（大型變壓器不到1）。 短路阻抗 短路電抗 短路電阻 kkk k k jxrZ xxx rrr 21 21 簡化等效電路簡化等效電路 l略去激滋電流略去激滋電流（支路）常用于定性分析 返回 五、五、標么值標么值 l對各個物理量選一個固定的數(shù)值作為基值，取實際值與 基值之比稱為該物理量的標么值標么值用 下標“* *” l基值（基值（采用下標“b b”） 電壓基值額定電壓 U1b=U1N,U2b=U2N 電流基值額定電流 I1b=I1N,I2b=I2N 功率基值額定容量 SbSN 阻抗基值額定電壓與額定電流之商 初級、次級側(cè)各物理量應采用不同基值初級、次級側(cè)各物理量應采用不同基值

30、標幺值=實際值/基值 標么值的優(yōu)點標么值的優(yōu)點 1計算方便，容易判斷計算錯誤計算方便，容易判斷計算錯誤 因為取額定值作為基值，當實際電壓為額定電 壓和實際電流為額定電流時，用標么值計算就 作為1。 2采用標么值計算同時也起到了歸算作用采用標么值計算同時也起到了歸算作用 這是由于初級、次級側(cè)分別采用了不同基值， 且已包含有變比關(guān)系。 3采用標么值更能說明問題采用標么值更能說明問題 標幺值=實際值/基值 *2 1 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 *2 2 r Z r I U r I U r k I kU r I U k rk I U r Z r r b

31、N N N N N N N N N N b 返回 六、參數(shù)測定方法六、參數(shù)測定方法 l空載試驗 測定激磁電阻rm和激磁電抗xm l短路試驗 計算參數(shù)rk和xk 空載試驗空載試驗 試驗可在高壓側(cè)測量也可在低壓側(cè)測量，視實 際測量方便而定。如令高壓側(cè)開路，在低壓側(cè)如令高壓側(cè)開路，在低壓側(cè) 進行測量，測得的數(shù)據(jù)是低壓側(cè)的值，計算的進行測量，測得的數(shù)據(jù)是低壓側(cè)的值，計算的 激磁阻抗也是激磁阻抗也是歸算至歸算至低壓側(cè)的值低壓側(cè)的值。 空載特性曲線空載特性曲線u0=f(I0) l通過調(diào)壓器給變壓器供電，調(diào)壓器輸出電壓 U10, 從1.2UN到0.3UN取8-9點，每點均測出P0， I0，U20 l空載試驗

32、時電壓較高，電流較小故電流要精確 測量，電流表及功率表電流接線圖中流過的電 流為實際空載電流 空載試驗參數(shù)計算空載試驗參數(shù)計算 l激磁參數(shù)值隨飽和而變化激磁參數(shù)值隨飽和而變化。為反映變壓器運行時的磁路飽和 情況，空載試驗時應調(diào)整外施電壓等于額定電壓。 l令U0為外施每相電壓，I0為每相電流，P0為每相輸入功率即 等于每相的空載損耗p0。 短路試驗短路試驗 l短路試驗應降低電壓進行短路試驗應降低電壓進行?？刂贫搪冯娏鞑怀^額定值。 l短路試驗可以在高壓側(cè)測量而把低壓側(cè)短路，也可在低壓 側(cè)測量而把高壓側(cè)短路。二者測得的數(shù)值不同，用標么二者測得的數(shù)值不同，用標么 值計算則相同值計算則相同。 短路特性

33、曲線短路特性曲線uk=f(Ik) l試驗開始時應注意調(diào)壓器輸出應調(diào)到零，然后 從0開始，慢慢調(diào)節(jié)，并監(jiān)視電流表，使短路 電流Ik1.25IN時停止升壓，防止過大電流產(chǎn)生， 對變壓器不利。 l記錄數(shù)據(jù)Uk ，Ik，從1.25IN到0.5IN測56點。 由于Uk低，鐵心中低，故Pk中所含鐵耗較小， 可忽略鐵耗，故Pk中只含銅耗。 短路試驗參數(shù)計算短路試驗參數(shù)計算 lUk表示每相電壓，Ik表示每相電流，Pk表示每相輸入功率 即等于每相短路損耗pk l電阻隨溫度而變化，如短路試驗時的室溫為 ()，按標 準規(guī)定應換算到標準溫度75時的值。 22 2 kkk k k k k k k rzx I p r I

34、 U z 2/ 21 21kk xxxrrr 短路電壓百分數(shù) l短路試驗時，使短路電流恰為額定電流的外施電壓u k， 稱為u kN。 l以額定電壓百分數(shù)表示，稱為短路電壓百分數(shù)短路電壓百分數(shù) l短路電壓百分數(shù)去掉100符號，就是短路電壓標么值短路電壓標么值 lu uk k不能太小，也不能太大。不能太小，也不能太大。u uk k太大時，變壓器空載時電壓太大時，變壓器空載時電壓 高，負載時電壓壓降較多。高，負載時電壓壓降較多。u uk k太小時，變壓器接額定電壓太小時，變壓器接額定電壓 短路時電流太大。短路時電流太大。 短路電壓的有功與無功分量短路電壓的有功與無功分量 %100 %100 %100

35、%100 75 N kN r N kN a N kN N kN k U xI u U rI u U zI U U u * * 75 * * k N kN r k N kN a k N kN k x U xI u r U rI u z U zI u u uk k不能太小，也不能太大。不能太小，也不能太大。 u uk k太大時，變壓器空載時電太大時，變壓器空載時電 壓高，負載時電壓壓降較多。壓高，負載時電壓壓降較多。 u uk k太小時，變壓器接額定電太小時，變壓器接額定電 壓短路時電流太大。壓短路時電流太大。 例例2-1，2-2 l2-1 一臺單相變壓器，額定容量為600kVA，額 定電壓為35

36、/6.3kV，試驗數(shù)據(jù)如下： l求近似等效電路參數(shù) 試驗 類型 電壓 （V） 電流 （A） 功率 （W） 備注 短路 空載 2275 35000 17.14 0.943 9500 3300 高壓側(cè)測 高壓側(cè)測 作業(yè)作業(yè) 習題 ： 2-5，2-6 思考題：9-10，14 返回 7、 電壓變化率電壓變化率 l電壓變化程度電壓變化程度由于變壓器內(nèi)部存在著電阻 和漏抗，負載時產(chǎn)生電阻壓降和漏抗壓降，導 致次級側(cè)電壓隨負載電流變化而變化。 l設外施電壓為額定電壓，取空載與額定負載兩 種情況下的次級側(cè)電壓的算術(shù)差與空載電壓之 比定義為電壓變化率(又稱電壓調(diào)整率) 電壓變化率電壓變化率 U%的分析的分析 用

37、副邊量表示用副邊量表示 用原邊量表示用原邊量表示 簡化計算簡化計算 前提條件：電流為額定電流，即I2N*=1 電壓變化率與負載大小電壓變化率與負載大小 額定負載額定負載時（感性負載）： 100*sincos 100*)sincos( 2 1 sincos% 2*2* 2 2*2*2*2* kk arra xr uuuuU 一般負載一般負載時 定義負載率 N I I 2 2 100*sincos% 2*2* kk xrU 電壓變化率與負載性質(zhì)電壓變化率與負載性質(zhì) lU與負載電流的功率因數(shù)有關(guān) l電阻性負載時功率因數(shù)等于1，即2O，cos2=1，sin2 O，U=ua*。電壓降落不大。 l電阻電感

38、性負載時功率因數(shù)為滯后，2取正值，隨著2增大， ua* cos2減小，ur*sin2增大，U隨之增大。但不是直線 關(guān)系。U有一最大值，用d(U)d20求極值條件， 求得當U達到最大，當繼續(xù)增大，U又趨于減小。 l電阻電容性負載時功率因數(shù)為超前，2取負值，這時U 為兩項之差。當滿足條件ua*cos2=ur*sin2時U=0。當電 阻電容性負載功率因數(shù)繼續(xù)減小，則ua*cos2ur*sin2， U變?yōu)樨撝?、這時負載電壓反而大于空載電壓。 影響端電壓的因素小結(jié)影響端電壓的因素小結(jié) 負載大小=I1I1N=I2I2N 漏阻抗rk，xk 負載性質(zhì)2，容性負載U0，感性負載U0 即：輸出端電壓可能 超過額定電壓 100*sincos% 2*2* kk xrU 8、變壓器的效率 l效率：輸出功率與輸入功率之比效率：輸出功率與輸入功率之比 l輸入功率是輸出功率與全部損耗之和 l損耗p 初級繞組銅耗pcu1=I12r1 次級繞組銅耗pcu2I22r2