變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備

1、變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備    第三章 變壓器變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備, 根據(jù)電磁感應(yīng)原理,將一種形態(tài)(電壓,電流,相數(shù))的交流電能, 轉(zhuǎn)換成另一種形態(tài)的交流電能. 額定電流I1N,I2N:變壓器額定容量分別除以原,副邊額定電壓所計算出來的線電流值.額定頻率:按我國規(guī)定,工業(yè)用電50Hz.單相:三相:第二節(jié) 單相變壓器的空載運行變壓器空載運行:變壓器的原繞組加上額定電壓,副繞組開路.幾個概念:空載電流,勵磁磁勢,主磁通,漏磁通以及正方向的確定二,空載電流(忽略空載損耗)I0空載運行時, 原邊繞組中流過的電流i0,稱為空載電流.變壓器中磁性材料的磁化曲

2、線為非線性,在一定電壓下, 空載電流大小,波形取決于飽和度. 忽略空載損耗:(1)當(dāng)主磁通為正弦波時, 磁路越飽和,電流波形畸變嚴重.(2)空載電流與主磁通同相位. iu 建立空載運行時的磁場空載電流iFe 引起損耗空載電流(考慮空載損耗)I0考慮空載損耗時:(1)考慮鐵耗(包含磁滯,渦流), 將磁化曲線改為磁滯回線.因此, 將激磁電流分解為兩個分量:(1)與 同相的磁化電流iu;(2)超前 900有功分量iFe(2)激磁電流不再與主磁通同相, 而是超前一個磁滯角三,空載運行的電動勢主磁通 和漏磁通 1 在繞組內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢:e1:主磁通 在原繞組內(nèi)感應(yīng)電動勢的瞬時值e2:主磁通 在副繞組

3、內(nèi)感應(yīng)電動勢的瞬時值;e1 :漏磁通 1 在原繞組內(nèi)感應(yīng)電動勢的瞬時值主磁通按正弦規(guī)律,m:主磁通的幅值;E1m:原繞組感應(yīng)電動勢的幅值.原邊電勢分析原邊電動勢幅值:有效值:相量表示:當(dāng)主磁通按正弦規(guī)律變化時,原繞組中感應(yīng)電動勢也按正弦規(guī)律變化, 但相位比主磁通落后900.副邊電勢分析副邊繞組鏈接同一磁鏈,副邊電動勢幅值:有效值:相量表示:原邊漏電勢由原邊繞組鏈接漏磁鏈得到, 相量表示:漏電勢分析漏磁通 1 通過的磁路是線性的,漏磁鏈 1 與產(chǎn)生漏磁鏈的電流i0呈線性關(guān)系,漏電勢可表示為:若勵磁電流i0按正弦規(guī)律變化, 即(1)L1為原繞組的漏感系數(shù);X1是原繞組的漏電抗.表征漏磁通對電流的電

4、磁效應(yīng).兩者與匝數(shù)和幾何尺寸有關(guān),均為常數(shù).(2)漏電感電動勢與電流同頻率,相位上落后I0 900.結(jié)論:(3)空載時,漏阻抗壓降小,(4)主磁通大小, 取決于電網(wǎng)電壓,頻率和匝數(shù).第三節(jié) 單相變壓器的基本方程式一 電壓平衡式變壓器中,原,副繞組電動勢E1和E2之比稱為變壓器的變比k.由于. 對于三相變壓器,變比指相電勢之比.考慮漏磁通, 變壓器空載運行時相量形式表示的電壓平衡方程式:r1:原繞組 900.(2)考慮磁滯現(xiàn)象,等值正弦空載電流 超前 一個很小的 角.(3)根據(jù)電壓方程, 得到電壓相量.第四節(jié) 變壓器的等效電路及相量圖變壓器原邊接在電源上, 副邊接上負載的運行情況,稱為負載運行.

5、AXax單相變壓器的負載運行電路,磁路的工作情況:原邊的電勢平衡副邊的電勢平衡忽略了漏阻抗壓降, 主磁通 不變.從空載到負載,初級繞組電流 增加一個分量 以平衡次級繞組的作用,又原邊繞組從電網(wǎng)吸收的功率傳遞給副邊繞組. 副邊繞組電流增加或減小的同時,引起原邊電流的增加或減小,吸收的功率也增大或減小.二 負載運行時的基本方程1. 磁勢平衡Im是激磁電流, 固定不變的量.IL負載分量隨負載不同而變化.在額定負載時, I1L比Im大很多, 負載分量是I1中的主要部分.2.電動勢平衡式:除了主磁通在原,副邊繞組中感應(yīng)電動勢E1和E2外, 原,副邊還有對應(yīng)于漏磁通產(chǎn)生的漏電勢.原邊:副邊:3.變壓器的基

6、本方程綜合分析, 變壓器穩(wěn)態(tài)運行時的六個基本方程式各電磁量之間同時滿足這六個方程利用 ,k,Z1,Z2,Zm,ZL求解出 , , .變壓器負載運行時的物理過程和方程式:三,變壓器的折算法當(dāng)k較大時, 變壓器原,副邊電壓相差很大,為計算和作圖帶來不便.變壓器原邊和副邊沒有直接電路的聯(lián)系,只有磁路的聯(lián)系.副邊的負載通過磁勢影響原邊. 因此只有副邊的磁勢不變, 原邊的物理量沒有改變. 這為折算提供了依據(jù).這種保持磁勢不變而假想改變它的匝數(shù)與電流的方法,稱折合算法. 實際繞組的各個量,稱為實際值;假想繞組的各個量,稱為折算值;保持副邊繞組的磁勢不變進行折算, 稱為副邊向原邊折算;保持原邊繞組的磁勢不變

7、進行折算, 稱為原邊向副邊折算.1. 副邊電流的折算值保持折算前后 不變,2. 副邊電動勢的折算值折算前后主磁場,漏磁場不變.同理,即3. 副邊漏電抗的折算值折算前后漏磁場不變, 副邊繞組匝數(shù)從N2折算為N1.漏抗與匝數(shù)平方成正比,所以 4. 副邊電阻的折算值副邊繞組匝數(shù)從N2折算為N1, 占用原來副繞組同樣的空間位置和幾何尺寸,銅損耗不變, 繞組長度為N1/N2倍,面積小N2/N1倍,所以所以,5. 副邊電壓的折算值6. 副邊阻抗的折算值能量是否改變 銅耗:有功輸出:無功輸出:折算法只是一種分析的方法.凡是單位為伏的物理量(電動勢,電壓)的折算值等于原來數(shù)值乘k;單位為歐的物理量(電阻,電抗

8、,阻抗)的折算值等于原來數(shù)值乘k2;電流的折算值等于原來的數(shù)值乘以1/k.(已沒有變比k)副邊繞組經(jīng)折算后,原來的基本方程成為:四,等效電路單相變壓器負載運行時的電磁關(guān)系用等值電路的形式表示,作為變壓器 為落后;接容性負載, 負載阻抗由電阻和 領(lǐng)先 一個鐵耗角了;變壓器原邊電壓 U1 與電流I1 的夾角為 1, 稱為變壓器負載運行的功率因數(shù)角,cos 1 稱為變壓器的功率因數(shù).對于運行的變壓器,負載的性質(zhì)和大小直接影響了變壓器功率因數(shù)的性質(zhì). 對應(yīng)于簡化等效電路, 其相量圖為單相變壓器基本方法總結(jié)分析計算變壓器負載運行方法有基本公式,等值電路和相量圖. 基本方程式:是變壓器的電磁關(guān)系的數(shù)學(xué)表達

9、式;等值電路: 是基本方程式的模擬電路;相量圖: 是基本方程的圖示表示;三者是統(tǒng)一的, 一般定量計算用等效電路,討論各物理量之間的相位關(guān)系用相量圖. 第五節(jié) 等效電路的參數(shù)測定 變壓器的電路參數(shù)在銘牌和產(chǎn)品目錄上大都沒有標出,可通過試驗的方法測定.勵磁參數(shù)和短路參數(shù)可通過空載試驗和短路試驗測出. 一,空載試驗空載試驗可以測出變壓器的勵磁參數(shù).為了便于測試和安全, 空載試驗在低壓側(cè)施加電壓. VWAV在不同的電壓下, 分別記錄I和P.空載運行時,總阻抗所以激磁參數(shù):注意:激磁參數(shù)與磁路的飽和度有關(guān),為使測出的參數(shù)符合變壓器實際運行,額定電壓點必測.同時注意折算.二,短路試驗為了便于測試, 短路試

10、驗常在高壓側(cè)加電源電壓,低壓側(cè)直接短路. VWA試驗電壓從零開始逐漸增加, 短路電流在01.3倍額定電流范圍內(nèi)變化. 短路試驗時,外施電壓低,相應(yīng)主磁通銅小, 鐵耗,激磁電流不計,用簡化的等效電路來分析. 參數(shù)計算:參數(shù)與溫度有關(guān),短路試驗時溫度與實際運行時不同, 需折算.銅線:三,變壓器的阻抗電壓短路試驗時, 繞組電流達到額定值時, 加于原繞組的電壓為Uk=I1NZk, 此電壓稱為變壓器的阻抗電壓或短路電壓. 阻抗電壓的大小用百分比來表示:阻抗電壓的大小反映了變壓器在額定負載下運行時漏阻抗壓降的大小.從運行觀點來看, 阻抗電壓小,代表輸出電壓受負載變化的影響小. 一般為4%10.5%. 變壓

11、器的標么值在工程計算中,各物理量(電壓,電流,功率等)除采用實際值來表示和計算外,有時用這些物理量與所選定的同單位的基值之比,即所謂的標么值表示.用"*"表示. 標么值的認識:(1)標么值是兩個具有相同單位的物理量(實際值和選定的固定值)之比,沒有量綱.(2)選定基值時, 對于電路計算U,I,Z和S中,兩個量的基值是任意選定,其余兩個量的基值根據(jù)電路的基本定律計算. (3)功率的基值是指視在功率的基值, 同時也是有功和無功功率的基值. 阻抗基值也是電阻和電抗的基值.(4)計算單臺變壓器時,通常以變壓器的額定值作為基值. 標么值的優(yōu)點(1)不論變壓器的容量大小, 標么值表示的

12、各參數(shù)和典型的性能數(shù)據(jù), 通常都在一定的范圍, 便于比較和分析;如 (2)用標么值表示,歸算到原邊和副邊的變壓器參數(shù)恒相等. 換言之,用標么值計算時不需要折算.(3)某些物理量的標么值具有相同的數(shù)值, 簡化了計算(4)可通過標么值判斷運行情況. 第七節(jié) 變壓器的穩(wěn)態(tài)運行變壓器的運行特性主要有外特性(副邊電壓變化率)和效率1.外特性當(dāng)原繞組外施電壓和負載功率因數(shù)不變時, 副邊端電壓隨負載電流變化的規(guī)律. U2=f(I2)2. 效率特性當(dāng)原繞組外施電壓 和副繞組的負載功率因數(shù)不變時, 變壓器效率隨負載電流變化的規(guī)律. =f(I2)一,外特性變壓器的原,副邊繞組都具有漏阻抗,負載電流流過漏阻抗, 在

13、變壓器內(nèi)部就引起電壓降落. 變化曲線即為變壓器的外特性曲線. IUUNIN(超前)(落后)利用電壓變化率來表示輸出額定電流時電壓的變化. 用標么值表示:電壓變化率負載時電壓變化率可用簡化的等效電路和相量圖來分析.電路方程用標么值表示:通過相量圖求出 .在相量圖上忽略 ,有cpoap'Bb電壓變化率用參數(shù)表達的電壓變化率可以看出:(1)感性負載時, 2>0, U為正;容性負載, 2<0, U可正可負.實際運行中一般是感性負載, 端電壓下降58%.(2)如果不在額定負載時運行, 計算 U, 乘上電流系數(shù). 二,效率特性變壓器在能量傳遞過程中, 將產(chǎn)生銅耗和鐵耗,它們又各自包含有

14、基本損耗和附加損耗. 基本銅耗:原,副邊繞組中電流引起的直流電阻的損耗.附加銅耗:導(dǎo)體在交變漏磁場作用下引起集膚效應(yīng),有效電阻增大而增加的銅耗.基本鐵耗:鐵心中的磁滯和渦流損耗.附加鐵耗:結(jié)構(gòu)件中的渦流損耗額定電壓下, 磁密基本不變, 總損耗:1.損耗2 效率U較小, 可見, 一定功率因數(shù)下, 隨負載電流的不同而改變. 時, 效率達到最高. 一般設(shè)計, I2*=0.50.6范圍內(nèi),平均效率大. 第六節(jié) 三相變壓器 電力系統(tǒng)普遍采用三相供電制, 電力系統(tǒng)用的最多的是三相變壓器.當(dāng)三相變壓器的原邊和副邊繞組均以一定的接法現(xiàn)接, 帶上三相對稱負載,原邊加上對稱的三相電壓時,因為三相對稱電壓本身大小相

15、等,相位互差1200,因此求得一相的電壓,電流,其它兩相按對稱關(guān)系求出.三相變壓器三相變壓器.exe 特殊問題:(1)三相繞組的聯(lián)接,即電路問題;(2)三相變壓器的磁路系統(tǒng);(3)不同磁路下的感應(yīng)電勢的波形;一,三相變壓器繞組的聯(lián)接法和聯(lián)接組1,三相變壓器連接法ABCXYZ星形連接ABCXYZ三角形連接高壓繞組首端由A,B,C表示, 末端由X,Y,Z表示;低壓繞組首端由a,b,c表示,末端由x,y,z表示. 末端連在一起, 首端引出, 為星形連接"Y", 中點引出Yo;一相繞組末端與另一相繞組首端相連, 依次得到一閉合回路, 為三角形連接" ", 有順,

16、逆之分. 2,連接組(1)高,低壓繞組中電動勢相位關(guān)系(單相繞組)單相變壓器中, 高壓繞組首端為"A",末端為"X"低壓繞組首端為"a",末端為"x".AXaxAXax原,副繞組被同一主磁通 交鏈, 感應(yīng)電動勢在任一瞬間原邊繞組一端點為高電位,副邊繞組也有一端點為高電位. 這兩個端點為"同名端"時鐘表示法對于任意標定的a,x, 感應(yīng)電勢 和 的相位關(guān)系有兩種結(jié)果, 即 與 同相或反相. 時鐘表示法:標志變壓器高,低壓繞組的相位關(guān)系. 時鐘表示法:高壓繞組電勢 從A到X, 記為 , 作為時鐘的長針

17、,指向12點;低壓繞組電勢 從a到x, 記為 ,作為時鐘的短針, 根據(jù)相位關(guān)系, 指向針面上哪個數(shù)字, 改數(shù)字為變壓器的聯(lián)接組別的標號. 單相變壓器:I/I-12; I/I-6;(2)三相變壓器繞組的聯(lián)接組三相變壓器的聯(lián)接組是用副邊線電動勢與原邊線電動勢的相位差來決定.與原,邊三相繞組的聯(lián)接方法,繞組的繞向和繞組的首末端的標法有關(guān);確定三相變壓器的聯(lián)接組號需通過畫相量位形圖來判別. ABCXYZABCABCXYZABCXZY以Y/Y聯(lián)機的三相變壓器為例說明聯(lián)接組的判別(1)在接線圖上標出各相電動勢相量;(2)畫出原繞組電動勢相量位形圖;(3)根據(jù)同一鐵心柱上原,副繞組感應(yīng)電動勢的相位關(guān)系, 畫

18、出副邊繞組電動勢位形圖.將"a"點與"A"點重合,使相位關(guān)系更直觀. ABC可以判斷得到, 該聯(lián)接組為Y/Y-12ABCXYZabcxyz(4)比較原,副繞組線電動勢 與 的相位關(guān)系. 根據(jù)鐘點法確定聯(lián)接組別. 三相變壓器繞組的聯(lián)接組ABCXYZabcxyzABCY/Y-6ABCXYZabcxyzABCY/Y-4同一鐵心柱上繞組的是c-a-b改變同名端三相變壓器繞組的聯(lián)接組ABCXYZabcxyzABCY/ -11ABCXYZabcxyzABCY/ -1三相變壓器繞組的聯(lián)接組聯(lián)機組的幾點認識:(1)當(dāng)變壓器的繞組標志(同名端或首末端)改變時, 變壓器的聯(lián)

19、接組號也隨著改變. (2)Y/Y聯(lián)接的三相變壓器, 其聯(lián)接組號都是偶數(shù);(3) Y/ 聯(lián)接的三相變壓器,其聯(lián)接組號都是奇數(shù);(4) / 聯(lián)接可以得到與Y/Y聯(lián)接相同的組號; /Y聯(lián)接也可以得到與Y/ 聯(lián)接相同的組號; (5)最常用的聯(lián)接組是Y/Y-12 和 Y/ -11;二,三相變壓器的磁路系統(tǒng)1,三相組式變壓器三個相分別是三個單相變壓器, 僅僅在電路上互相聯(lián)接,三相磁路互相完全獨立. 各相主磁通有各自的鐵心磁路, 互不影響. 三相的電路有聯(lián)接, 三相磁路也有聯(lián)接. 心式三鐵心柱鐵心結(jié)構(gòu), 從三個單相變壓器演變而來. 每一鐵心柱的主磁通為三相主磁通的總和. 磁路長短不一, 勵磁電流占很小比例,

20、 影響不大. 三,繞組聯(lián)接和磁路系統(tǒng)對電動勢波形的影響單相變壓器外施電壓U1感應(yīng)電勢E主磁通 空載電流電流存在許多諧波. 在三相變壓器中,諧波磁通的路徑,電流形狀與繞組的聯(lián)接方式和結(jié)構(gòu)有關(guān). 1. Y/Y聯(lián)接的三相變壓器三相三次諧波電流:三次諧波分量同相位,同大小.三次諧波電流在Y聯(lián)接的原邊繞組中無法流通, 空載電流接近正弦波, 主磁通為一平頂波. 主磁通除基本磁通外, 還包含三次諧波磁通 3三相組式結(jié)構(gòu):3與 1沿同一磁路閉合, 3大,感應(yīng)得到的E3可達4560%. 感應(yīng)電勢稱為尖頂波, 最大值升高, 影響絕緣. 線電勢中, 三次諧波電動勢互相抵消, 線電勢仍為正弦波.三相心式結(jié)構(gòu):磁路彼此

21、相關(guān), 各相三次諧波磁通不能與 1沿相同鐵心磁路閉合, 借助油箱等輔助磁路. 磁阻大, 3小.主磁通,感應(yīng)電勢接近正弦波,箱壁易引起渦流,有附加損耗.線電勢仍為正弦波.2. /Y和Y/ 連接的三相變壓器/Y連接原邊繞組中空載電流的三次諧波分量可以流通.磁通為正弦波, 相電勢為正弦波,線電勢為正弦波.Y/ 連接原邊繞組Y聯(lián)接, 空載電流三次諧波不能流通, 主磁通和原,副邊繞組相電勢中出現(xiàn)三次諧波分量.副邊繞組 聯(lián)接,三次諧波同相位,同大小,形成三次諧波電流.副邊三次諧波電流作為激磁電流,與原邊繞組中的基波電流共同建立主磁場.主磁通接近正弦波.相電勢為正弦波,線電勢也為正弦波.結(jié)論:在三相變壓器中

22、, 希望在原邊或副邊繞組中有一個接成三角形, 保證相電動勢接近正弦波, 避免畸變. 第八節(jié) 變壓器的并聯(lián)運行 變壓器并聯(lián)運行:原,副繞組分別并聯(lián)到原邊和副邊的公共母線上.變壓器并聯(lián)運行的優(yōu)點:(1)能提高供電的可靠性;(2)提高系統(tǒng)的運行效率;(3)減少初投資;并聯(lián)運行的理想情況:(1)空載時各變壓器之間無環(huán)流, 避免環(huán)流損耗.(2)負載時各變壓器合理分擔(dān)負載, 負載與變壓器容量大小成比例分配. (1)各變壓器的原,副邊額定電壓分別相等, 即變比k相等.(2)各變壓器的聯(lián)接組號相同;(3)各變壓器短路電壓或短路阻抗的相對值相等. 變壓器并聯(lián)運行滿足的條件(1)變比不相等:并聯(lián)后, 在副邊繞組中

23、產(chǎn)生的環(huán)流為:短路阻抗很小, 即使變比差值很小, 也能產(chǎn)生較大的環(huán)流. 空載環(huán)流小于10%的額定電流.(2)聯(lián)接組號不同聯(lián)接組號不同的變壓器, 副邊電壓相量之間的相位至少相差300,聯(lián)接組號不同的變壓器并聯(lián), 將產(chǎn)生很大的空載環(huán)流, 數(shù)值會超過額定電流很多倍, 嚴禁并聯(lián).環(huán)流不存在但 短路阻抗不同時, 各變壓器的負載電流為:(3)短路阻抗相對值不等:各變壓器負載電流的標么值與各自的短路阻抗的標么值成反比.變壓器的短路阻抗標么值隨者容量的大小而變化, 故并聯(lián)運行的變壓器容量之比不超過3:1.第九節(jié) 自耦變壓器與互感器一,自耦變壓器原副邊共用一部分繞組的變壓器. 1,電壓,電流關(guān)系電壓比:磁勢方程:AXa合成電流:2 容量關(guān)系實際電流的有效值關(guān)系輸出功率:Pax:電磁容量, 通