第二章變壓器

1、 第二章變壓器第二章變壓器2.1變壓器的結(jié)變壓器的結(jié)構(gòu)和額定值構(gòu)和額定值2.2 變壓器變壓器空載運(yùn)行空載運(yùn)行2.3 變壓器的變壓器的負(fù)載運(yùn)行負(fù)載運(yùn)行2.4 變壓器變壓器的基本方程的基本方程和等效電路和等效電路2.6 三相變壓三相變壓器器2.7 標(biāo)幺值標(biāo)幺值2.5 等效電路等效電路參數(shù)的測(cè)定參數(shù)的測(cè)定2.8 變壓器運(yùn)行性能變壓器運(yùn)行性能河南城建學(xué)院河南城建學(xué)院 重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn): 1.變壓器的基本方程和等效電路; 2.等效電路參數(shù)的測(cè)定; 3.標(biāo)幺值; 4.變壓器的運(yùn)行性能。難點(diǎn): 1.變壓器的運(yùn)行原理和運(yùn)行性能; 2.三相變壓器。 變壓器是一種靜止電器變壓器是一種靜止電器, ,它通過線圈間的電磁

2、感應(yīng)它通過線圈間的電磁感應(yīng), ,將一種電壓等級(jí)的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓將一種電壓等級(jí)的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等級(jí)的交流電能。等級(jí)的交流電能。確切地說，它具有變壓、變流、變換確切地說，它具有變壓、變流、變換阻抗和隔離電路的作用。阻抗和隔離電路的作用。 例如，在電力系統(tǒng)中用電力變壓器把發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓升高例如，在電力系統(tǒng)中用電力變壓器把發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓升高后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，到達(dá)目的地以后再用變壓器把電壓降低供用后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，到達(dá)目的地以后再用變壓器把電壓降低供用戶使用；戶使用； 在實(shí)驗(yàn)室用自耦變壓器改變電源電壓；在實(shí)驗(yàn)室用自耦變壓器改變電源電壓； 在測(cè)量上利用儀用變壓器擴(kuò)大

3、對(duì)交流電壓、電流的測(cè)量范圍；在測(cè)量上利用儀用變壓器擴(kuò)大對(duì)交流電壓、電流的測(cè)量范圍； 在電子設(shè)備和儀器中用小功率電源變壓器提供多種電壓，用在電子設(shè)備和儀器中用小功率電源變壓器提供多種電壓，用耦合變壓器傳遞信號(hào)并隔離電路上的聯(lián)系等等。耦合變壓器傳遞信號(hào)并隔離電路上的聯(lián)系等等。 變壓器雖然大小懸殊，用途各異，但其基本結(jié)構(gòu)和工作原理變壓器雖然大小懸殊，用途各異，但其基本結(jié)構(gòu)和工作原理是相同的。是相同的。第一節(jié)第一節(jié) 變壓器的工作原理、分類及結(jié)構(gòu)變壓器的工作原理、分類及結(jié)構(gòu)一、變壓器的基本結(jié)構(gòu)一、變壓器的基本結(jié)構(gòu) 鐵心由鐵心柱和鐵軛兩部分組成。鐵心由鐵心柱和鐵軛兩部分組成。變壓器的主磁路，為了變壓器的主

4、磁路，為了提高導(dǎo)磁性能和減少鐵損，用厚為提高導(dǎo)磁性能和減少鐵損，用厚為0.35-0.5mm0.35-0.5mm、表面涂有絕緣、表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊成。漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊成。 變壓器的基本結(jié)構(gòu)分為四個(gè)部分：變壓器的基本結(jié)構(gòu)分為四個(gè)部分：鐵心鐵心變壓器的磁路；變壓器的磁路；繞組繞組變壓器的電路；變壓器的電路；絕緣結(jié)構(gòu)；絕緣結(jié)構(gòu)；油箱等其它部分。油箱等其它部分。（一）鐵心（一）鐵心 變壓器的鐵心中，每片硅鋼片為拼接片。在疊片時(shí)，采用疊變壓器的鐵心中，每片硅鋼片為拼接片。在疊片時(shí)，采用疊接式，即將上下兩層疊片的接縫錯(cuò)開，可縮小接縫間隙，以減小接式，即將上下兩層疊片的接縫錯(cuò)開，可縮小接

5、縫間隙，以減小勵(lì)磁電流。如下圖所示。勵(lì)磁電流。如下圖所示。鐵軛鐵軛鐵心柱鐵心柱 鐵心柱的截面在小型變壓器中采用方形。在容量較大的變壓鐵心柱的截面在小型變壓器中采用方形。在容量較大的變壓器中，采用階梯形截面。器中，采用階梯形截面。 繞組是變壓器的電路，一般用絕緣銅線或鋁線（扁線或圓線）繞組是變壓器的電路，一般用絕緣銅線或鋁線（扁線或圓線）繞制而成。繞制而成。（二）繞組（二）繞組 鐵軛的截面有矩形及階梯形的，如圖鐵軛的截面有矩形及階梯形的，如圖3-73-7所示，其截面一般所示，其截面一般比鐵心柱截面大（比鐵心柱截面大（510）%，以減小空載電流和空載損耗。，以減小空載電流和空載損耗。 疊裝好的鐵心

6、其鐵軛用槽鋼（或焊接夾件）及螺桿固定。鐵疊裝好的鐵心其鐵軛用槽鋼（或焊接夾件）及螺桿固定。鐵心柱則用環(huán)氧無緯玻璃絲粘帶綁扎。心柱則用環(huán)氧無緯玻璃絲粘帶綁扎。 當(dāng)采用冷軋硅鋼片時(shí)，應(yīng)用斜切鋼片的疊裝方法，可提高導(dǎo)當(dāng)采用冷軋硅鋼片時(shí)，應(yīng)用斜切鋼片的疊裝方法，可提高導(dǎo)磁系數(shù)，降低損耗。磁系數(shù)，降低損耗。1U2U1u2u一次側(cè)接電源一次側(cè)接電源二次側(cè)接負(fù)載二次側(cè)接負(fù)載 如下圖所示有兩組：一個(gè)繞組與電源相連，稱為一次繞組如下圖所示有兩組：一個(gè)繞組與電源相連，稱為一次繞組（或原繞組），這一側(cè)稱為一次側(cè)（或原邊）；另一個(gè)繞組與負(fù)（或原繞組），這一側(cè)稱為一次側(cè)（或原邊）；另一個(gè)繞組與負(fù)載相連，稱為二次繞組（或

7、副繞組），這一側(cè)稱為二次側(cè)（或副載相連，稱為二次繞組（或副繞組），這一側(cè)稱為二次側(cè)（或副邊）。邊）。同心式繞組同心式繞組交迭式繞組交迭式繞組 對(duì)于三相變壓器，根據(jù)兩組繞組的相對(duì)位置，繞組可分為同對(duì)于三相變壓器，根據(jù)兩組繞組的相對(duì)位置，繞組可分為同心式和交疊式兩種，如以下兩圖所示。心式和交疊式兩種，如以下兩圖所示。 根據(jù)繞組和鐵心的相對(duì)位置，變壓器有殼式結(jié)構(gòu)和心式結(jié)構(gòu)根據(jù)繞組和鐵心的相對(duì)位置，變壓器有殼式結(jié)構(gòu)和心式結(jié)構(gòu)兩種，兩種，如以下兩圖所示。如以下兩圖所示。（三）其它結(jié)構(gòu)部件（三）其它結(jié)構(gòu)部件 如下圖所示，油浸式電力變壓器的結(jié)構(gòu)中還包括油箱、絕緣如下圖所示，油浸式電力變壓器的結(jié)構(gòu)中還包括油箱

8、、絕緣套管、儲(chǔ)油柜、安全氣道等。套管、儲(chǔ)油柜、安全氣道等。二、變壓器的分類二、變壓器的分類 按用途分：電力變壓器和特種變壓器。按用途分：電力變壓器和特種變壓器。 按繞組數(shù)目分：單繞組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三按繞組數(shù)目分：單繞組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。繞組變壓器和多繞組變壓器。 按相數(shù)分：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。按相數(shù)分：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。 按鐵心結(jié)構(gòu)分：心式變壓器和殼式變壓器。按鐵心結(jié)構(gòu)分：心式變壓器和殼式變壓器。 按調(diào)壓方式分：無勵(lì)磁調(diào)壓變壓器和有載調(diào)壓變壓器按調(diào)壓方式分：無勵(lì)磁調(diào)壓變壓器和有載調(diào)壓變壓器。 按冷卻介質(zhì)和

9、冷卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓器和按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器。充氣式變壓器。 我國變壓器的主要系列：我國變壓器的主要系列：SJL1（三相油浸鋁線電力變壓器）、（三相油浸鋁線電力變壓器）、SEL1（三相強(qiáng)油風(fēng)冷鋁線電力變壓器）、（三相強(qiáng)油風(fēng)冷鋁線電力變壓器）、SFPSL1（三相強(qiáng)油風(fēng)（三相強(qiáng)油風(fēng)冷三線圈鋁線電力變壓器）、冷三線圈鋁線電力變壓器）、SWPO（三相強(qiáng)油水冷自耦電力變（三相強(qiáng)油水冷自耦電力變壓器）等。壓器）等。 按容量分：小型、中型、大型和特大型變壓器。按容量分：小型、中型、大型和特大型變壓器。連接發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的升壓變壓器連接發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的升壓變

10、壓器連接發(fā)電機(jī)的連接發(fā)電機(jī)的封閉母線封閉母線 與電網(wǎng)相連與電網(wǎng)相連的高壓出線端的高壓出線端三相干式變壓器接觸調(diào)壓器電源變壓器環(huán)形變壓器控制變壓器三、變壓器的工作原理三、變壓器的工作原理 變壓器的主要部件是一個(gè)鐵心和套在鐵變壓器的主要部件是一個(gè)鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)心上的兩個(gè)繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。在一次繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈系。在一次繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈一、二次繞組的交變磁通，在兩繞組中分別一、二次繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1 1、e2 2。根據(jù)電磁感應(yīng)定律可寫。根據(jù)電磁感應(yīng)定律可寫出電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)方程式：出電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)

11、方程式：1212de= - Ndtde= - Ndt1U2U1u2uLZ1u1i1e2e2u2i 只要：只要：(1)磁通有變化量磁通有變化量;(2)一、二次繞組的匝數(shù)不同，就能一、二次繞組的匝數(shù)不同，就能達(dá)到改變電壓的目的。達(dá)到改變電壓的目的。四、變壓器的額定值四、變壓器的額定值指銘牌規(guī)定的額定使用條件指銘牌規(guī)定的額定使用條件下所能輸出的視在功率。是下所能輸出的視在功率。是輸出能力保證值。輸出能力保證值。額定容量額定容量NS (kVA)指長期運(yùn)行時(shí)所能承受的工作電壓，指長期運(yùn)行時(shí)所能承受的工作電壓，單位：單位：V、KV。額定電壓額定電壓12NNU/ U(kV )指在額定容量下，變壓器在連續(xù)運(yùn)行

12、時(shí)允許通過的指在額定容量下，變壓器在連續(xù)運(yùn)行時(shí)允許通過的最大電流有效值。在三相變壓器中指的是線電流。最大電流有效值。在三相變壓器中指的是線電流。額定電流額定電流12NNI/ I( A )單位：單位：VA、KVA、MVA其實(shí)際輸出功率取決于負(fù)載的大其實(shí)際輸出功率取決于負(fù)載的大小和性質(zhì)，即小和性質(zhì)，即P=Scos。 U1N是指根據(jù)絕緣強(qiáng)度和允是指根據(jù)絕緣強(qiáng)度和允許發(fā)熱所規(guī)定的應(yīng)加在一次繞許發(fā)熱所規(guī)定的應(yīng)加在一次繞組上的正常電壓有效值。組上的正常電壓有效值。 U2N是指一次側(cè)加額是指一次側(cè)加額定電壓時(shí)二次側(cè)的開路定電壓時(shí)二次側(cè)的開路電壓。電壓。 在三相變壓器中額定電壓為線電壓。在三相變壓器中額定電壓

13、為線電壓。單位：單位：A A 此外，額定值還有此外，額定值還有效率、溫升效率、溫升等。除額定值外，銘牌上還標(biāo)等。除額定值外，銘牌上還標(biāo)有變壓器的相數(shù)、聯(lián)結(jié)組和接線圖、短路電壓（或短路阻抗）的有變壓器的相數(shù)、聯(lián)結(jié)組和接線圖、短路電壓（或短路阻抗）的標(biāo)么值、變壓器的運(yùn)行方式及冷卻方式等。標(biāo)么值、變壓器的運(yùn)行方式及冷卻方式等。三者關(guān)系三者關(guān)系：1122112233NNNNNNNNNNSUIUISUIUI單相：單相：三相：三相：額定頻率額定頻率fN指電源頻率，我國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)工頻為指電源頻率，我國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)工頻為50Hz50Hz。 為考慮運(yùn)輸，有時(shí)銘牌上還標(biāo)有變壓器的總重、油重、器身為考慮運(yùn)輸，有時(shí)銘牌上還

14、標(biāo)有變壓器的總重、油重、器身重量和外形尺寸等附屬數(shù)據(jù)。重量和外形尺寸等附屬數(shù)據(jù)。2.1 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)2.1.1 基本工作原理和分類一、基本工作原理 變壓器的主要部件是鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。在一次繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈一、二次繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。1u1e2e2u1i2iLZdtdNedtdNe2211 只要一、二次繞組的匝數(shù)不同，就能達(dá)到改變壓的目的。二、分類 按用途分：電力變壓器和特種變壓器。 按繞組數(shù)目分：單繞組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。 按相數(shù)分：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓 器。

15、 按鐵心結(jié)構(gòu)分：心式變壓器和殼式變壓器。 按調(diào)壓方式分：無勵(lì)磁調(diào)壓變壓器和有載調(diào)壓變壓器。 按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器。 2.1.2 變壓器的基本結(jié)構(gòu)鐵心繞組其他部件變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器的基本結(jié)構(gòu)電力變壓器電力變壓器1.鐵心鐵心由心柱和鐵軛兩部分組成。心柱用來套裝繞組，鐵軛將心柱連接起來，使之形成閉合磁路。為減少鐵心損耗，鐵心用厚0.30-0.35mm的硅鋼片疊成，片上涂以絕緣漆，以避免片間短路。按照鐵心的結(jié)構(gòu)，變壓器可分為心式和殼式兩種。心式變壓器: 結(jié)構(gòu) 心柱被繞組所包圍，如圖圖21所示。 特點(diǎn) 心式結(jié)構(gòu)的繞組和絕緣裝配比較容易， 所以電力變壓器常常采

16、用這種結(jié)構(gòu)。殼式變壓器: 結(jié)構(gòu) 鐵心包圍繞組的頂面、底面和側(cè)面， 如圖22所示。 特點(diǎn) 殼式變壓器的機(jī)械強(qiáng)度較好，常用于低 電壓、大電流的變壓器或小容量電訊變壓器。2.繞組定義 變壓器的電路部分，用紙包或紗包的絕緣扁線或圓線（銅或鋁）繞成。 一次繞組 : 輸入電能的繞組。 二次繞組:輸出電能的繞組。高壓繞組的匝數(shù)多,導(dǎo)線細(xì)；低壓繞組的匝數(shù)少，導(dǎo)線粗。從高,低壓繞組的相對(duì)位置來看,變壓器的繞組可分為同心式和交迭式。同心式結(jié)構(gòu) 同心式繞組的高、低壓繞組同心地套裝在心柱上。特點(diǎn) 同心式繞組結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，國產(chǎn)電力變壓器均采用這種結(jié)構(gòu)。 交迭式結(jié)構(gòu) 交迭式繞組的高、低壓繞組沿心柱高度方向互相交迭地

17、放置。交迭式繞組用于特種變壓器中。特點(diǎn)3.其他部件 器身油箱變壓器油典型的油浸電力變壓器散熱器絕緣套管分接開關(guān)繼電保護(hù)裝置等部件2.1.3 型號(hào)與額定值一、型號(hào) 型號(hào)表示一臺(tái)變壓器的結(jié)構(gòu)、額定容量、電壓等級(jí)、冷卻方式等內(nèi)容，表示方法為如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷三繞組銅線有載調(diào)壓，額定容量250000kVA，高壓額定電壓220kV電力變壓器。二、額定值額定容量 在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下變壓器輸出視在功率的保證值 ，單位為VA或kVA。三相變壓器指三相容量之和。額定電壓 銘牌規(guī)定的各個(gè)繞組在空載、指定分接開關(guān)位置下的端電壓，單位為V或kV。三相變壓器指線電壓。額定

18、電流 根據(jù)額定容量和額定電壓算出的電流稱為額定電流，單位為A。三相變壓器指線電流。 NUNINS三相變壓器：額定頻率 我國的標(biāo)準(zhǔn)工頻規(guī)定為50赫(Hz)。此外還有額定效率、額定溫升。NfNNNNNNUSIUSI22113,3單相變壓器：NNNNNNUSIUSI2211,返回返回一、一次和二次繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電壓比:1.物理情況圖24。 2.電壓方程dtdNeudtdNRieRiu22201110111012-2 變壓器的空載運(yùn)行變壓器的一次繞組接交流電源,二次繞組開路,負(fù)載電流為零(即空載)時(shí)的運(yùn)行,稱為空載運(yùn)行。3.變壓器的變比及變壓原理KNNeeuu2121201k二、主磁通和激磁電流

19、通過鐵心并與一次、二次繞組相交鏈的磁通，用 表示.1主磁通ttNEtdtENdteNmcoscos2sin211111111mmfNEfNUfNEfNE44.444.444.4221111111或2激磁電流產(chǎn)生主磁通所需要的電流，用 表示?？蛰d運(yùn)行時(shí)，空載電流就是激磁電流，即激磁電流包括兩個(gè)分量，一個(gè)是磁化電流 ,一個(gè)是鐵耗電流 。mimii10iFei若鐵心中主磁通的幅值 使磁路達(dá)到飽和,則 需由圖解法來確定，如圖2-6(a)和(b)所示。mi磁化電流 用于激勵(lì)鐵心中的主磁通，屬于無功電流。對(duì)已經(jīng)制成的變壓器， 的大小和波形取決于主磁通 和鐵心磁路的磁化曲線 當(dāng)磁路不飽和時(shí)，磁化曲線是直線，

20、磁化電流與磁通成正比。ii)(if（1）磁化電流:由于鐵心中存在鐵心損耗，故激磁電流 中除無功的磁化電流 外，還有一個(gè)與鐵心損耗相對(duì)應(yīng)的鐵耗電流 ，與 同相位。于是用復(fù)數(shù)表示時(shí)，激磁電流 為:相應(yīng)的相量圖如圖2-5所示miiFei1emI.FemIII（）鐵耗電流: 三、激磁阻抗 1.磁化電抗與鐵耗電阻 jXEIXI jILjELNNeiNdtdidtdimdtdm111121111或又：所以有鐵心線圈的并聯(lián)等效電路。)11(1jXREIIIFeFem磁化電抗：式中 稱為變壓器的磁化電抗，是表征鐵心磁化性能的一個(gè)參數(shù)。另外： 鐵耗電阻：稱為鐵耗電阻，是表征鐵心損耗的一個(gè)參數(shù)。12 fLXFeF

21、eFeFeREIRIE11或2FeFeFeIpR2.激磁電抗與激磁電阻由上式可得： 激磁電抗：是表征鐵心的磁化性能的一個(gè)等效參數(shù);激磁電阻：是表征鐵心損耗的一個(gè)等效參數(shù)。激磁阻抗：222XRRXXFeFem222XRXRRFeFemmmmjXRZ)(mmmmmjXRIZIE1鐵心線圈的串聯(lián)等效電路返回返回變壓器的一次繞組接到交流電源，二次繞組接到負(fù)載阻抗 時(shí)，二次繞組中便有電流流過，這種情況稱為變壓器的負(fù)載運(yùn)行，如圖28所示。一、磁動(dòng)勢(shì)平衡和能量傳遞1.磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系02211iNiNL2-3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行LZLmiii11 2能量傳遞2211ieieL式中，左端的負(fù)號(hào)表示輸入功率，右端的

22、正號(hào)表示輸出功率。上式說明，通過一次、二次繞組的磁動(dòng)勢(shì)平衡和電磁感應(yīng)關(guān)系，一次繞組從電源吸收的電功率就傳遞到二次繞組，并輸出給負(fù)載。這就是變壓器進(jìn)行能量傳遞的原理。二、磁動(dòng)勢(shì)方程 正常負(fù)載時(shí)，i1和i2都隨時(shí)間正弦變化，此時(shí)磁動(dòng)勢(shì)方程可用復(fù)數(shù)表示為：miNiNiN12211 上式表明負(fù)載時(shí)用以建立主磁通的激磁磁動(dòng)勢(shì)是一次和二次繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)。mINININ12211三、漏磁通和漏磁電抗 1.漏磁通 在實(shí)際變壓器中，除了通過鐵心、并與一次和二次繞組相交鏈的主磁通之外，還有少量僅與一個(gè)繞組交鏈且主要通過空氣或油而閉合的漏磁通。一次繞組的漏磁通：由電流 產(chǎn)生且僅與一次繞組相交鏈的磁通，用 表示；1

23、i1二次繞組的漏磁通：由電流 產(chǎn)生且僅與二次繞組相交鏈的磁通，用 表示。2i2dtdiLdtdNe11111dtdiLdtdNe22222 和 分別稱為一次和二次繞組的漏磁電抗，簡稱漏抗漏抗是表征繞組漏磁效應(yīng)的一個(gè)參數(shù),且都為常值。2.漏磁電抗1X2X222222212111112211,;NiNLNiNLLXLX2222211111IjXILjEIjXILjE返回返回一、變壓器的基本方程11iN1miN1dtdNedtdNe221122iN22-4 變壓器的基本方程和等效電路dtdiLe111磁動(dòng)勢(shì)磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一次繞組二次繞組dtdiLe212若各電壓、電流均隨時(shí)間正弦變化，則相應(yīng)的復(fù)數(shù)形

24、式 :根據(jù)基爾霍夫第二定律，有:2222222211111111)()(UZIUjXRIEEZIEjXRIU222222111111udtdiLRieedtdiLRiu變壓器的基本方程為：變壓器的基本方程為： kEEZIEINININUZIEEZIUmmm2111221122221111二、變壓器的等效電路 1.繞組歸算 （A）方法 通常是把二次繞組歸算到一次繞組，也就是假想把二次繞組的匝數(shù)變換成一次繞組的匝數(shù)，而不改變一次和二次繞組原有的電磁關(guān)系。（B）原則 只要?dú)w算前后二次繞組的磁動(dòng)勢(shì)保持不變，則對(duì)一次繞組來說,變換是等效的；即一次繞組將從電網(wǎng)吸收同樣大小的功率和電流，并有同樣大小的功率傳

25、遞給二次繞組。.(1)電流的歸算: 歸算前、后二次繞組的磁動(dòng)勢(shì)保持不變，可得：221221IkINNI(2)電勢(shì)的歸算: 歸算前、后二次繞組的磁動(dòng)勢(shì)保持不變，則鐵心中的主磁通保持不變，可得：222122:,EEkNNEE即(3)阻抗的歸算: 歸算前、后二次繞組的傳輸功率、損耗保持不變，可得：222222,XkXRkR歸算后，變壓器的基本方程變?yōu)?:mmmZIEEIIIUZIEEZIU2121222211112.T形等效電路 一次和二次繞組以及激磁部分的的等效電路，如圖210(a),(b)和(c)所示。根據(jù) 兩式，把這三個(gè)電路連接在一起，即可得到變壓器的T形等效電路，如圖211所示。 mIIIE

26、E2121,3.近似和簡化等效電路 近似等效電路如圖212a 所示。簡化等效電路如圖 所示212b 在簡化等效電路中，變壓器的等效阻抗表現(xiàn)為一串聯(lián)阻抗： 稱為等效漏阻抗, 可由短路實(shí)驗(yàn)測(cè)出,故亦稱短路阻抗； 和 分別稱為短路電阻和短路電抗。kZkRkXkZ212121,XXXRRRjXRZZZkkkkk返回返回一、開路試驗(yàn) 亦稱空載試驗(yàn)。試驗(yàn)接線圖：如圖213所示。試驗(yàn)方法：二次繞組開路，一次繞組加以額定電壓，測(cè)量此時(shí)的輸入功率 、電壓 和電流 。 2.5 等效電路參數(shù)的測(cè)定0P1U0I為試驗(yàn)方便和安全，通常在低壓側(cè)加電壓，高壓側(cè)開路。222002012mmmmmRZXIPkRIUkZ數(shù)據(jù)處理

27、：二、短路試驗(yàn) 亦稱為負(fù)載試驗(yàn)。試驗(yàn)接線圖：如圖214所示。試驗(yàn)方法：二次繞組短路，一次繞組上加一可調(diào)的低電壓。調(diào)節(jié)外加的低電壓，使短路電流達(dá)到額定電流，測(cè)量此時(shí)的一次電壓 輸入功率 和電流 ，由此即可確定等效漏阻抗。短路試驗(yàn)常在高壓側(cè)加電壓，低壓側(cè)短路。kUkPkI222kkkkkkkkkRZXIPRIUZ數(shù)據(jù)處理：電阻應(yīng)折算到：若為銅線，則：5 .234755 .234)75(kCkRR%100%1001111NKNNKKUZIUUu 短路電壓（阻抗電壓）：短路是試驗(yàn)時(shí),使電流達(dá)到額定值時(shí)所加的電壓。kU1【例題【例題 2-1】返回返回 一、三相變壓器的磁路1.三相變壓器組 圖216表示三

28、臺(tái)單相變壓器在電路上聯(lián)接起來，組成一個(gè)三相系統(tǒng)，這種組合稱為三相變壓器組。三相變壓器組的磁路彼此獨(dú)立，三相各有自己的磁路。2-6 三相變壓器三相變壓器對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，其各相的電壓，電流大小相等，相位相差 ，因此在在運(yùn)行原理的分析與計(jì)算時(shí)，可以取三相中一相來研究，即三相問題可以轉(zhuǎn)化為單相問題。1202.三相心式變壓器如果把三臺(tái)單相變壓器的鐵心拼成星形磁 路，則當(dāng)三相繞組外施三相對(duì)稱電壓時(shí)，由 于三相主磁通也對(duì)稱，故三相磁通之和將等 于零，即 這樣，中間心柱將無磁通通過，可省略。進(jìn)而把三個(gè)心柱安排在同一平面內(nèi)，可得三相心式變壓器。如圖2-17。0CBA二、三相變壓器繞組的聯(lián)結(jié) 三相心式變壓器的三個(gè)心柱

29、上分別套有A相、B相和C相的高壓和低壓繞組，三相共六個(gè)繞組，如圖218所示。為絕緣方便，常把低壓繞組套在里面，靠近心柱，高壓繞組套裝在低壓繞組外面。三相繞組常用(用Y或y表示)或三角形聯(lián)結(jié)(用D或d)表示。 星形聯(lián)結(jié)是把三相繞組的三個(gè)首端A,B,C引出，把三個(gè)尾端X,Y,Z聯(lián)結(jié)在一起作為中點(diǎn)。如圖2-19a）。三角形聯(lián)結(jié)是把一相繞組的尾端和另一相繞組的首端相聯(lián)，順次聯(lián)成一個(gè)閉和的三角形回路，最后把首端A,B,C引出。如圖2-19b）。三相變壓器高壓繞組的首端通常用大寫的A、B、C表示，尾端用大寫的X、Y、Z表示，低壓繞組的首端用小寫的a、b、c表示，尾端用x、y、z表示。1.高、低壓繞組相電壓

30、的相位關(guān)系 為了確定相電壓的相位關(guān)系，高壓和低壓繞組相電壓相量的正方向統(tǒng)一規(guī)定為從繞組的首端指向尾端。高壓和低壓繞組的相電壓既可能是同相位，亦可能是反相位，取決于繞組的同名端是否同在首端或尾端。如圖2-20。時(shí)鐘表示法：即把高、低壓繞組兩個(gè)線電壓三角形的重心重合，把高壓側(cè)線電壓三角形的一條中線作為時(shí)鐘的長針，指向鐘面的12，再把低壓側(cè)線電壓三角形中對(duì)應(yīng)的中線作為短針，它所指的鐘點(diǎn)就是該聯(lián)結(jié)組的組號(hào)。 2.高、低壓繞組線電壓的相位關(guān)系 （1）Y，y0聯(lián)結(jié)組 如 若把低壓側(cè)的同名端改為尾端，則聯(lián)結(jié)組變?yōu)閅，y6。（2）Y，d11聯(lián)結(jié)組 如 若把低壓側(cè)的同名端改為尾端，則聯(lián)結(jié)組變?yōu)閅，d5；若把低壓

31、側(cè)由順接改為逆接，則聯(lián)結(jié)組變?yōu)閅，d51。（3）標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組 Y,yn0 ； Y,d11；YN,d11； YN,y0 ；Y,y0五種，前三種常用。在實(shí)際電力系統(tǒng)中所用變壓器至少有一側(cè)繞組接成d接。圖222圖221返回返回（4）若高壓繞組三相標(biāo)志不變，低壓繞組三相標(biāo)志依次后移，可以得到Y(jié),y4、Y,y8連接組別。同理，若異名端在對(duì)應(yīng)端，可得到Y(jié),y6、Y,y10和Y,y2連接組別。（5）若高壓繞組三相標(biāo)志不變，低壓繞組三相標(biāo)志依次后移，可以得到Y(jié),d3、Y,d7連接組別。同理，若異名端在對(duì)應(yīng)端，可得到Y(jié),d5、Y,d9和Y,d1連接組別。（6）06 410 82 115 17 391.基值的選取應(yīng)

32、用標(biāo)幺值時(shí)，首先要選定基值(用下標(biāo)b表示)。對(duì)于電路計(jì)算而言，四個(gè)基本物理量U、I、Z和S中，有兩個(gè)量的基值可以任意選定，其余兩個(gè)量的基值可根據(jù)電路的基本定律導(dǎo)出。bbbbbbIUZIUS,2-7 標(biāo)幺值所謂標(biāo)幺值就是某一物理量的實(shí)際值與選定的基值之比?；祵?shí)際值標(biāo)幺值 2.2.標(biāo)幺值標(biāo)幺值 計(jì)算變壓器或電機(jī)的穩(wěn)態(tài)問題時(shí)，常用其額定值 作為相應(yīng)的基值。此時(shí)一次和二次相電壓的標(biāo)幺值為:NbNbUUUUUUUUUU2222*21111*1,一次和二次相電流的標(biāo)幺值為:NbNbIIIIIIIIII2222*21111*1,歸算到一次側(cè)時(shí)，等效漏阻抗的標(biāo)幺值為：NkNbkkUZIZZZ111*在三相系

33、統(tǒng)中，線電壓和線電流亦可用標(biāo)幺值表示，此時(shí)以線電壓和線電流的額定值為基值。不難證明，此時(shí)相電壓和線電壓的標(biāo)幺值相等，相電流和線電流亦相等。三相功率的基值取為變壓器(電機(jī) )的三相額定容量，即：NNNNNbIUIUSS333.應(yīng)用標(biāo)幺值的優(yōu)點(diǎn) (1)不論變壓器或電機(jī)容量的大小，用標(biāo)幺值表示時(shí)，各個(gè)參數(shù)和典型的性能數(shù)據(jù)通常都在一定的范圍以內(nèi)，因此便于比較和分析。 (2)用標(biāo)幺值表示時(shí)，歸算到高壓側(cè)或低壓側(cè)時(shí)變壓器的參數(shù)恒相等，故用標(biāo)幺值計(jì)算時(shí)不必再進(jìn)行歸算。(3)標(biāo)幺值的缺點(diǎn)是沒有量綱，無法用量綱關(guān)系來檢查。 【例題【例題 2-2-】【例題【例題 2-32-3】返回返回一、電壓調(diào)整率 2-8 變壓

34、器的運(yùn)行性能%100%1001212220NNNUUUUUUu定義：當(dāng)一次側(cè)電壓保持為額定，負(fù)載功率因數(shù)為常值，從空載到負(fù)載時(shí)二次側(cè)電壓變化的百分值，用u表示。由圖2-28(a)和圖2-28(b)得：%100)sincos(2*2*kkXRIu額定電壓調(diào)整率（ ）：當(dāng)負(fù)載為額定負(fù)載、功率因數(shù)為指定值(通常為0.8滯后)時(shí)的電壓調(diào)整率。額定電壓調(diào)整率是變壓器的主要性能指標(biāo)之一，通常約為5%。二、效率和效率特性 變壓器運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生損耗，變壓器的損耗分為銅耗和鐵耗兩類。每一類又包括基本損耗和雜散損耗。Nu 基本銅耗：是指電流流過繞組時(shí)所產(chǎn)生的直流電阻損耗。1.銅耗雜散銅耗：主要指漏磁場(chǎng)引起電流集膚效

35、應(yīng)，使繞組的有效電阻增大而增加的銅耗，以及漏磁場(chǎng)在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。銅耗與負(fù)載電流的平方成正比，因而也稱為可變損耗。2.鐵耗 基本鐵耗：是變壓器鐵心中的磁滯和渦流損耗。雜散鐵耗：包括疊片之間的局部渦流損耗和主磁通在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。鐵耗可近似認(rèn)為與 或 成正比，由于變壓器的一次電壓保持不變,故鐵耗可視為不變損耗。 2mB21U效率 : 輸出功率與輸入功率之比。pPPPP2212 3.效率特性21PpP 222222coskFeFeCuRmIppppImUP其中: 2222202220coscoskFeRmIpImUImU從效率特性可見,當(dāng)負(fù)載達(dá)到某一數(shù)值時(shí),效率將達(dá)到最大值

36、 。把上式對(duì) 求導(dǎo),并使 ,可得: 上式說明，發(fā)生最大效率時(shí)，變壓器的銅耗恰好等于鐵耗。max02dId2IFeKpRmI22效率特性：效率是負(fù)載電流的函數(shù)，如圖229所示 。)(2If工程上常用間接法來計(jì)算效率，即測(cè)出銅耗和鐵耗,在計(jì)算效率。公式如下: KNNKNPIPISPIPPp2*2202*222*201coscoscos1【例題【例題 2-4】返回返回 2-9 變壓器的并聯(lián)運(yùn)行并聯(lián)運(yùn)行是指將幾臺(tái)變壓器的一、二次繞組分別接在一、二次側(cè)的公共母線上，共同向負(fù)載供電的運(yùn)行方式。并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)：1、提高供電的可靠性；2、提高供電的經(jīng)濟(jì)性。一、并聯(lián)運(yùn)行的理想條件并聯(lián)運(yùn)行的理想情況是： 1、空載

37、時(shí)各變壓器繞組之間無環(huán)流； 2、負(fù)載后，各變壓器的負(fù)載系數(shù)相等； 為了達(dá)到上述理想運(yùn)行情況，并聯(lián)運(yùn)行的變壓器需滿足以下條件：1、各變壓器一、二次側(cè)的額定電壓分別相等，即變比相同；2、各變壓器的連接組別相同； 3、各變壓器的短路阻抗（短路電壓）的標(biāo)么值相等，且短路阻抗角也相等。3、負(fù)載后，各變壓器的負(fù)載電流與總的負(fù)載電流同相位。 一、變比不等時(shí)并聯(lián)運(yùn)行變比不等的兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，二次空載電壓不等。折算到二次側(cè)的等效電路如圖所示。由等效電路可以列出方程式：kIIZIIIUIIkUkIZIIUIkUIIIIII2121則二次側(cè)電流為：IICIIkIIZkIZkIZkIIZkIZIIkUIkUII

38、IIICIIkIIZkIZkIIZkIIZkIZIIkUIkUII1111 當(dāng)變壓器的變比不等時(shí)，在空載時(shí)，環(huán)流 就存在。變比差越大，環(huán)流越大。由于變壓器的短路阻抗很小，即使變比差很小，也會(huì)產(chǎn)生很大的環(huán)流。環(huán)流的存在，既占用了變壓器的容量，又增加了變壓器的損耗，這是很不利的。CI 為了保證空載時(shí)環(huán)流不超過額定電流的10%，通常規(guī)定并聯(lián)運(yùn)行的變壓器的變比差不大于1%。二、連接組別不同時(shí)并聯(lián)運(yùn)行 連接組別不同時(shí)，二次側(cè)線電壓之間至少相差30度，則二次線電壓差為線電壓的51.8%，由于變壓器的短路阻抗很小,這么大的電壓差將產(chǎn)生幾倍于額定電流的空載環(huán)流，會(huì)燒毀繞組，所連接 組別不同絕不允許并聯(lián)。 三、

39、短路阻抗標(biāo)么值不等時(shí)并聯(lián)運(yùn)行 等效電路如圖所示：由等效電路可知：kIIZIIIkIZIINUkIIZNIIINIIIIIINUkIZNIINIIII*1:*1:kIIZkIZIII 可見，各臺(tái)變壓器所分擔(dān)的負(fù)載大小與其短路阻抗標(biāo)么值成反比。 為了充分變壓器的容量，理想的負(fù)載分配，應(yīng)使各臺(tái)變壓器的負(fù)載系數(shù)相等，而且短路阻抗標(biāo)值相等。 為了使各臺(tái)變壓器所承擔(dān)的電流同相位，要求各變壓器的短路阻抗角相等。一般來說，變壓器容量相差越大，短路阻抗角相差也越大，因此要求并聯(lián)運(yùn)行的變壓器的最大容量之比不超過3:1。 變壓器運(yùn)行規(guī)程規(guī)定：在任何一臺(tái)變壓器不過負(fù)荷的情況下，變比不同和短路阻抗標(biāo)么值不等的變壓器可以

40、并聯(lián)運(yùn)行。又規(guī)定：阻抗標(biāo)么值不等的變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高短路阻抗標(biāo)么值大的變壓器的二次電壓，以使并聯(lián)運(yùn)行的變壓器的容量均能充分利用。本章內(nèi)容已結(jié)束,及時(shí)復(fù)習(xí)可以鞏固學(xué)習(xí)效果。小提示: 1u1e2e20u02i圖圖2-4 變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行1N2N10i 1u1e10i2e20u圖圖2-8 變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器的負(fù)載運(yùn)行1N2NLZ122i )(1)(1ii圖圖2-6（a）鐵心的磁化曲線）鐵心的磁化曲線O ti ,O1t90180i1i1圖圖2-6（b）磁路飽和時(shí)磁化電流成為尖頂波）磁路飽和時(shí)磁化電流成為尖頂波 2i0cupmaxFep圖圖2-29變壓器的效率特性變壓器的效

41、率特性 mImI2E1E011UE圖圖2-5 變壓器的空載相量圖變壓器的空載相量圖FeI FeRE圖圖2-7(a) 鐵心線圈的并聯(lián)等效電路鐵心線圈的并聯(lián)等效電路FeImIUIX mI圖圖2-7(b) 鐵心線圈的串聯(lián)等效電路鐵心線圈的串聯(lián)等效電路UmRmXE WAVV圖圖2-13 開路試驗(yàn)的接線圖開路試驗(yàn)的接線圖 WAV圖圖2-14 短路試驗(yàn)的接線圖短路試驗(yàn)的接線圖 1R1X2R2XLZ1E1ImImRmX2I圖圖2-10 根據(jù)歸算后的基本方程畫出的部分電路圖根據(jù)歸算后的基本方程畫出的部分電路圖2U2E1U 圖圖2-11 變壓器的變壓器的T形等效電路圖形等效電路圖1R1X2X2U1U1ImImR

42、mX2I2R21EE 12XXXKmRmX1UmI12RRRK圖圖2-12(a) 變壓器的近似形等效電路圖變壓器的近似形等效電路圖1I2I2U KRKX1U2U21II圖圖2-12(b) 變壓器的簡化等效電路變壓器的簡化等效電路 93.2529.2529.2U1U1ImI3028321102I圖圖2-15 例例2-1變壓器的變壓器的T形等效電路形等效電路552. A圖圖2-16 三相變壓器組及其磁路三相變壓器組及其磁路BCXYZA B C KRKX1U2U2I圖圖2-28(a) 簡化等效電路圖簡化等效電路圖 2I2U1U22ABCKRI2KXI j2ab圖圖2-28 用簡化等效及其向量圖求用簡

43、化等效及其向量圖求b)相量圖相量圖u HZKVKVUUKVASNNN50,11/127,2000021C15一臺(tái)單相變壓器，在 時(shí)開路和短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下【例題【例題 2-1】試驗(yàn)名稱電壓電流功率備注開路試驗(yàn)11KV45.5A47KW電壓加在低壓側(cè)短路試驗(yàn)9.24KV 157.5A129KW電壓加在高壓側(cè)試求：(1)歸算到高壓側(cè)時(shí)激磁阻抗和等效漏阻抗的值(2)已知設(shè)21)175(,9 . 3XXRC，畫出T形等效電路。 解 一次和二次繞組的額定電流為AAUSINNN7 .1571272000011AAUSINNN2 .1818112000022 電壓比 55.111112721NNUUk1.歸算

44、到高壓側(cè)時(shí)的激磁阻抗和等效漏阻抗322575 .45101155.11322022(2）（）（低壓）IUkZkZmm30285 .45104755.11232220202(2）（）（低壓）IPkRkRmm321103028322572222mmmRZX 7 .585 .157924011KKKIUZ 2 . 55 .1571012923211KKKIPR5 .582 . 57 .582222KKKRZX換算到C7545. 6155 .234755 .2342 . 5)75(CKR9 .585 .5845. 62222)75()75(KCKCKXRZ9 . 3)75(1R55. 2)75(1)7

45、5()75(2RRRK25.292121KXXX（2）T形等效電路圖如圖2-15所示，圖中 對(duì)于例2-1的單相20000KVA變壓器，試求出激磁阻抗和漏阻抗的標(biāo)幺值。從【例題 2-1】可知，一次和二次繞組電壓分別為127KV和11KV， 額定電流分別為157.5A和1818.2A。由此可得：1.激磁阻抗標(biāo)幺值歸算到低壓側(cè)時(shí) 401011824121818322.(*NmNmUZIZ低壓）低壓）83101172221818322.(*NmNmURIR低壓）低壓）8 .3910117 .2402 .181832(2*NmNmUXIX低壓） 解【例題【例題 2-2】 歸算到高壓側(cè)時(shí) 40101273

46、22575157311.(*NmNmUZIZ高壓）高壓）831012730285157311.(*NmNmURIR高壓）高壓）83910127321105157311.(*NmNmUXIX高壓）高壓）由于歸算到低壓側(cè)的激磁阻抗是歸算到高壓側(cè)的k的平方倍低壓）(2mmZkZ而高壓側(cè)的阻抗基值亦是低壓側(cè)的k的平方倍，所以從高壓側(cè)或低壓側(cè)算出的激磁阻抗標(biāo)幺值恰好相等；故用標(biāo)幺值計(jì)算時(shí)，可以不再進(jìn)行歸算。 （2）漏阻抗的標(biāo)幺值073. 0101279 .585 .15731)75(1*)75(NkNkUZIZ008. 01012745. 65 .15731)75(1*)75(NkNkURIR0725. 0101275 .585 .157311*NkNkUXIX 若短路試驗(yàn)在額定電流) 1(*1I下進(jìn)行，亦可以把實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)化成標(biāo)幺值來計(jì)算，即0727. 012724. 9*KKKIUZ000645. 020000129*2*KKKKPIPR725. 000645. 00727. 0222*2*KKKRZX 【例題【例題 2-3】一臺(tái)三相變壓器，Y，d聯(lián)結(jié)， 。當(dāng)外施額定電壓時(shí)，變壓器的空載損耗 ，空載電流為額定電流的5%。當(dāng)短路電流為額定電流時(shí)，短路損耗 （已換算到75 度時(shí)的值），短路電壓為額定電壓的5.5%。試求歸算到高壓側(cè)的激磁阻抗和漏阻抗的實(shí)際值和標(biāo)幺值. kVkVUUkVAS