變壓器運(yùn)行分析

變壓器運(yùn)行分析第1頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一變壓器的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行分析第七章第2頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)變壓器的基本結(jié)構(gòu)重點(diǎn)：變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值難點(diǎn)：變壓器的鐵心和繞組第3頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一變壓器概述為了供電、輸電、配電的需要，就必須使用一種電氣設(shè)備把發(fā)電廠內(nèi)交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電壓變換成不同等級的電壓。這種電氣設(shè)備就是變壓器。變壓器是在法拉第電磁感應(yīng)原理的基礎(chǔ)上設(shè)計制造的一種靜止的電氣設(shè)備，它可以將輸入的一種等級電壓的交流電能變換成同頻率的另一種等級電壓的交流電能輸出。第4頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一變壓器基本結(jié)構(gòu)一、鐵心變壓器的主磁路，為了提高導(dǎo)磁性能和減少鐵損，用0.35mm厚、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。變壓器的電路，一般用絕緣銅線或鋁線繞制而成。油浸式變壓器的器身浸在變壓器油的油箱中。油是冷卻介質(zhì)，又是絕緣介質(zhì)。油箱側(cè)壁有冷卻用的管子（散熱器或冷卻器）。將線圈的高、低壓引線引到箱外，是引線對地的絕緣，擔(dān)負(fù)著固定的作用。二、繞組三、油箱四、絕緣套管此外，還有儲油柜、吸濕器、安全氣道、凈油器和氣體繼電器。第5頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一變壓器的分類按用途分：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。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。第6頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一變壓器的銘牌和額定值變壓器銘牌上面標(biāo)注著變壓器的型號和額定值等。三者關(guān)系：此外，額定值還有額定頻率、效率、溫升等。指長期運(yùn)行時所能承受的工作電壓指銘牌規(guī)定的額定使用條件下所能輸出的視在功率。指在額定容量下，允許長期通過的額定電流。在三相變壓器中指的是線電流第7頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一工作原理和運(yùn)行分析

變壓器的主要部件是鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。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)電動勢。只要一、二次繞組的匝數(shù)不同，就能達(dá)到改變壓的目的。第8頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一變壓器的空載運(yùn)行變壓器中各電磁量的正方向按圖所示做如下規(guī)定：（1）電位降用電壓U表示；電位升用電勢E表示；（2）原邊繞組電壓的正方向是從原邊繞組的首端A指向末端X；（3）原邊繞組電流I的正方向是從原邊繞組的首端A指向末端X，即原邊繞組電壓的正方向和電流的正方向一致。（4）磁通的正方向與電流的正方向之間符合右手螺旋定則。（5）原邊繞組感應(yīng)電勢的正方向和副邊繞組感應(yīng)電勢的正方向與產(chǎn)生它們的磁通的正方向之間亦符合右手螺旋定則。第9頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一理想變壓器空載時的電壓方程理想變壓器是指繞組沒有電阻，鐵心中沒有損耗，磁路不飽和且沒有漏磁通的變壓器。第10頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一理想變壓器空載時的電壓方程在理想變壓器中，外加的電源電壓和原邊繞組中的感應(yīng)電勢在數(shù)值上是相等的，而在相位上相差180o。因此可以得到：U1＝E1=4.44fN1Фm上式表明，一定幅值的外加電壓U1，產(chǎn)生一定幅值的交變磁通Фm，以建立與電壓平衡的感應(yīng)電勢。即在頻率f和匝數(shù)N1不變的條件下，電壓U1正比于磁通Фm或者說，若外加電壓U1不變。第11頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一變壓器的變壓比變壓器的變壓比用K表示，它定義為原邊繞組電勢E1與副邊繞組電勢E2之比。變壓器的變壓比等于原邊、副邊繞組的匝數(shù)之比，等于原邊繞組電壓與副邊繞組空載電壓之比，也等于原邊繞組額定電壓與副邊繞組額定電壓之比。第12頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一實(shí)際變壓器空載時的電壓方程第13頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一實(shí)際變壓器空載時的電壓方程實(shí)際上的變壓器空載運(yùn)行時，空載電流I0激勵的磁通分為兩部分：一部分為主磁通，它同時與原邊、副邊繞組交鏈并產(chǎn)生感應(yīng)電勢E1和E2；另一部分通過原邊繞組周圍的空間形成閉合回路，只與原邊繞組交鏈而不與副邊繞組交鏈，稱為原邊繞組漏磁通。它在原邊繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢稱為漏電抗電勢，由于漏磁通經(jīng)過空氣閉路，磁路不會飽和，又由于漏磁通經(jīng)過的路徑磁阻很大，因此相應(yīng)的漏電抗和漏電抗電勢是很小的。第14頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一變壓器的空載運(yùn)行（1）一次側(cè)主電動勢與漏阻抗壓降總是與外施電壓平衡,若忽略漏阻抗壓降，則一次主電勢的大小由外施電壓決定.（2）主磁通大小由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝數(shù)決定，與磁路所用的材質(zhì)及幾何尺寸基本無關(guān)。（3）空載電流大小與主磁通、線圈匝數(shù)及磁路的磁阻有關(guān)，鐵心所用材料的導(dǎo)磁性能越好，空載電流越小。（4）電抗是交變磁通所感應(yīng)的電動勢與產(chǎn)生該磁通的電流的比值，線性磁路中，電抗為常數(shù)，非線性電路中，電抗的大小隨磁路的飽和而減小。第15頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一變壓器的負(fù)載運(yùn)行負(fù)載運(yùn)行是指變壓器的原邊繞組接在電源上，副邊繞組接上負(fù)載后輸出電流的狀態(tài)。負(fù)載運(yùn)行時的電磁關(guān)系第16頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一變壓器的負(fù)載運(yùn)行或第17頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一變壓器的等效電路

一、折算折算：將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個繞組來等效，同時對該繞組的電磁量作相應(yīng)的變換，以保持兩側(cè)的電磁關(guān)系不變。目的：用一個等效的電路代替實(shí)際的變壓器。折算原則：1）保持二次側(cè)磁動勢不變；2）保持二次側(cè)各功率或損耗不變。方法：（將二次側(cè)折算到一次側(cè))第18頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一變壓器的等效電路折算后的方程式為第19頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一變壓器的等效電路根據(jù)折算后的方程，可以作出變壓器的等效電路。第20頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一變壓器的參數(shù)測定

對已制造出的變壓器通過實(shí)驗(yàn)的方法來測定參數(shù)二、接線圖三、要求及分析1）低壓側(cè)加電壓，高壓側(cè)開路；WAVV~**空載實(shí)驗(yàn)一、目的：通過測量空載電流和一、二次電壓及空載功率來計算變比、空載電流百分?jǐn)?shù)、鐵損和勵磁阻抗。第21頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一變壓器的參數(shù)測定5）空載電流和空載功率必須是額定電壓時的值，并以此求取勵磁參數(shù)；6）若要得到高壓側(cè)參數(shù)，須折算；7）對三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值；4）求出參數(shù)第22頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一變壓器的參數(shù)測定短路實(shí)驗(yàn)一、目的：通過測量短路電流、短路電壓及短路功率來計算變壓器的短路電壓百分?jǐn)?shù)、銅損和短路阻抗。二、接線圖三、要求及分析1）高壓側(cè)加電壓，低壓側(cè)短路；WAV~**3）同時記錄實(shí)驗(yàn)室的室溫；4）由于外加電壓很小，主磁通很少，鐵損耗很少，忽略鐵損，認(rèn)為。第23頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一變壓器的參數(shù)測定5）參數(shù)計算對T型等效電路：6）溫度折算：電阻應(yīng)換算到基準(zhǔn)工作溫度時的數(shù)值。8）對三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值；7）若要得到低壓側(cè)參數(shù)，須折算；四、短路電壓：短路時，當(dāng)短路電流為額定值時一次所加的電壓，稱為短路電壓，記作短路電壓也稱為阻抗電壓。第24頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一變壓器的參數(shù)測定短路電壓常用百分值表示。短路電壓的大小直接反映短路阻抗的大小，而短路阻抗又直接影響變壓器的運(yùn)行性能。從正常運(yùn)行角度看，希望它小些，這樣可使副邊電壓隨負(fù)載波動小些；從限制短路電流角度，希望它大些,相應(yīng)的短路電流就小些。第25頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)變壓器的運(yùn)行性能

電壓變化率用相量圖可以推導(dǎo)出電壓變化率的表達(dá)式：定義：是指一次側(cè)加50Hz額定電壓、二次空載電壓與帶負(fù)載后在某功率因數(shù)下的二次電壓之差，與二次額定電壓的比值，即電壓變化率是表征變壓器運(yùn)行性能的重要指標(biāo)之一,它大小反映了供電電壓的穩(wěn)定性。式中稱為負(fù)載系數(shù)由表達(dá)式可知，電壓變化率的大小與負(fù)載大小、性質(zhì)及變壓器的本身參數(shù)有關(guān)。第26頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)變壓器的運(yùn)行性能在原邊繞組電壓保持額定，負(fù)載功率因數(shù)為常數(shù)時，變壓器副邊繞組端電壓U2隨負(fù)載電流I2變化的規(guī)律U2=f（I2）稱為變壓器的外特性。1.001.0變壓器的外特性為了保證二次端電壓在允許范圍之內(nèi),通常在變壓器的高壓側(cè)設(shè)置抽頭,并裝設(shè)分接開關(guān),調(diào)節(jié)變壓器高壓繞組的工作匝數(shù),來調(diào)節(jié)變壓器的二次電壓。第27頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)變壓器的運(yùn)行性能鐵損耗與外加電壓大小有關(guān)，而與負(fù)載大小基本無關(guān)，故也稱為不變損耗。變壓器的損耗銅損耗也分基本銅損耗和附加銅損耗?；俱~損耗是在電流在一、二次繞組直流電阻上的損耗；附加損耗包括因集膚效應(yīng)引起的損耗以及漏磁場在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。。變壓器的損耗主要是鐵損耗和銅損耗兩種。鐵損耗包括基本鐵損耗和附加鐵損耗?；捐F損耗為磁滯損耗和渦流損耗。附加損耗包括由鐵心疊片間絕緣損傷引起的局部渦流損耗、主磁通在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。第28頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)變壓器的運(yùn)行性能效率大小反映變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性能的好壞，是表征變壓器運(yùn)行性能的重要指標(biāo)之一。效率及效率特性效率是指變壓器的輸出功率與輸入功率的比值。其中第29頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)變壓器的運(yùn)行性能變壓器效率的大小與負(fù)載的大小、功率因數(shù)及變壓器本身參數(shù)有關(guān)。效率特性：在功率因數(shù)一定時，變壓器的效率與負(fù)載電流之間的關(guān)系η=f(β),稱為變壓器的效率特性。第30頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一單相變壓器的聯(lián)接組別

變壓器繞組的同名端

因?yàn)樽儔浩鞯脑?、副邊繞組繞在同一個鐵心上，都被磁通交鏈，故當(dāng)磁通交變時，在兩個繞組中感應(yīng)出的電勢有一定的方向關(guān)系，即當(dāng)原邊繞組的某一端點(diǎn)瞬時電位為正時，副邊繞組上也必有一電位為正的對應(yīng)端點(diǎn)。這兩個對應(yīng)的端點(diǎn)、稱為同名端或同極性端。

1．對兩個繞向已知的繞組，當(dāng)電流從兩個同名端流入（或流出）時，鐵心中所產(chǎn)生的磁通方向一致；2、對于一臺已經(jīng)制成的變壓器，無法從外部觀察其繞組的繞向，因此無法辨認(rèn)其同名端，此時可用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行測定。測定的方法有交流法和直流法兩種。第31頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一單相變壓器的聯(lián)接組別**一、二次繞組的同極性端同標(biāo)志時，一、二次繞組的電動勢同相位。******一、二次繞組的同極性端異標(biāo)志時，一、二次繞組的電動勢反相位。第32頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一其它用途變壓器

自耦變壓器

第33頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一自耦變壓器也就是在忽略激磁電流后一個繞組本身的兩段存在著磁勢平衡。磁勢平衡

第34頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一自耦變壓器容量關(guān)系可見兩段繞組的容量均只有變壓器容量(1-1/ka)倍。

自耦變壓器不僅可以省去一個繞組，而且其繞組容量要比相應(yīng)的雙繞組變壓器小，這樣就減少鐵、銅等材料，縮小尺寸。

(1-1/ka)越小則省材越多，所以適合于ka<2的情況。第35頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一自耦變壓器傳導(dǎo)容量和電磁容量把普通雙繞組變壓器改接成自耦變壓器以后，自耦變壓器的額定容量增加，自耦變壓器額定容量是通過電磁感應(yīng)關(guān)系從電源端傳到負(fù)載的，這部分容量稱為電磁容量，另一部分增加的容量則通過一、二次繞組的電聯(lián)系直接傳遞的，稱為傳導(dǎo)容量。第36頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一互感器直接測量大電流或高電壓是比較困難的。在交流電路中，常用特殊的變壓器把高電壓轉(zhuǎn)換成低電壓、大電流轉(zhuǎn)換成小電流后再測量。這種特殊的變壓器就是互感器。第37頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一電壓互感器用于測量高電壓的互感器叫電壓互感器

電壓互感器的一、二次繞組繞在閉合的鐵芯上。一次繞組的匝數(shù)很多，并聯(lián)在被測電路上，二次繞組的匝數(shù)很少，只有一匝或幾匝接在高阻抗的測量儀表上

Ku為電壓互感器的額定比或稱變比第38頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一電壓互感器因?yàn)榭蛰d電流和一、二次繞組的漏阻抗的存在使電壓互感器產(chǎn)生兩種誤差：