電機(jī)學(xué)第2章變壓器

第二篇變壓器2.1變壓器的工作原理、分類和結(jié)構(gòu)2.2變壓器的空載運(yùn)行2.3變壓器的負(fù)載運(yùn)行2.4標(biāo)幺值2.5變壓器的參數(shù)測(cè)定2.6變壓器的運(yùn)行性能2.7三相變壓器及其運(yùn)行2.8變壓器的并聯(lián)運(yùn)行2.9特種變壓器（三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器）2.10變壓器的瞬態(tài)過(guò)程2.11三相變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院2序變壓器類型很種，本課程主要分析電力變壓器電力變壓器的作用：直接作用：改變電壓等級(jí)電力系統(tǒng)用變壓器的根本作用：高壓輸電、減小線路損耗2.1變壓器的工作原理、分類和結(jié)構(gòu)2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院4一、電力變壓器的基本原理1.基本概念：繞組一次繞組（原方繞組）二次繞組（副方繞組）2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院5一、電力變壓器的基本原理2.基本原理：一次繞組：外施交流電壓→，交變電流→鐵心：交變磁通→匝鏈二次繞組→二次繞組：感應(yīng)電勢(shì)；∵E∝N（匝數(shù)），∴改變N2→E2；接上負(fù)載→電能輸出。2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院6三、變壓器的分類分類：按電壓升降升壓變壓器；降壓變壓器按相數(shù)：?jiǎn)蜗嘧儔浩?、三相變壓器、多相變壓器按繞組個(gè)數(shù)：雙繞組變壓器、三繞組變壓器、單繞組變壓器（自耦變壓器）2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院7三、電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)五大部分：鐵心、繞組、變壓器油、油箱、絕緣套管。1.鐵心（鐵芯）磁路部分硅鋼片疊成（減少渦流損耗），彼此絕緣鐵心柱鐵軛沖片2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院8三、電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)2.繞組電路部分分類：按繞組在鐵芯中的排列分兩大類鐵芯式、鐵殼式電力變壓器都用鐵芯式2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院9三、電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)2.繞組低壓繞組靠近鐵芯——為絕緣方便繞組的基本形式：

同芯式：高低壓繞組均做成圓筒形，同心地套在鐵芯上

交疊式（餅式繞組）：做成線餅，交錯(cuò)排列。2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院10三、電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)3.變壓器油散熱：將熱量傳遞到變壓器外殼表面絕緣4.油箱及附件隔離空氣：減少氧化油箱的散熱油枕（儲(chǔ)油器）氣體繼電器安全氣道5.絕緣套管油箱內(nèi)的線圈與外電路連接2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院11三、電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)

2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院12四、額定值額定容量：SN額定電壓：線電壓：U1N、U2N額定電流：線電流：I1N、I2N單相：I1N＝SN／U1N；I2N＝SN／U2N三相：定額頻率：fN=50Hz相數(shù)：?jiǎn)蜗唷⑷囝~定效率2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院13五、發(fā)熱、溫升與冷卻1.變壓器的發(fā)熱與溫升損耗(鐵心損耗、繞組損耗)

→熱量→溫度升高當(dāng):產(chǎn)生的熱量=散發(fā)的熱量，溫度穩(wěn)定2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院14五、發(fā)熱、溫升與冷卻2、變壓器的冷卻方式降低變壓器的溫升從兩方面采取措施：降低總損耗、提高效率散熱能力常用的冷卻介質(zhì)：油、空氣油浸式變壓器：自冷、油浸風(fēng)冷、強(qiáng)迫油循環(huán)7500kVA及以下：油浸自冷10000kVA以上：油浸風(fēng)冷式（風(fēng)扇）大容量變壓器：強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻（油泵）2.2變壓器的空載運(yùn)行2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院16一、預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)分析方法：電磁關(guān)系平衡方程等值電路相量圖述語(yǔ)：初級(jí)、次級(jí)；原方、副方空載：原方接電源，副方空載2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院17一、預(yù)備知識(shí)下標(biāo)約定：?jiǎn)蜗嘧儔浩鲉蜗聵?biāo)：原方：1；副方：2雙下標(biāo)：原方：AX；副方：ax空載：下標(biāo)加0三相變壓器原方：首端ABC，末端XYZ，零線N副方：首端abc，末端xyz，零線n空載：下標(biāo)加02023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院18二、電磁物理現(xiàn)象1.交變的：2.因?yàn)榭蛰d：所以：i0全部用于激磁:3.主磁通與漏磁通主磁通：(同時(shí)交鏈N1和N2)，磁路磁阻小，易飽和漏磁通：(只交鏈N1或N2(或其部分))，磁路磁阻大，不飽和4.i0產(chǎn)生電阻壓降：i0r12023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院19二、電磁物理現(xiàn)象

2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院20三、參考方向u,i,e等均交變，應(yīng)規(guī)定參考正方向。正方向任意假定，但一般約定俗成如下：U1：參考方向，任意假定，注意：電壓從高電位指向低電位。I1（I0）：“負(fù)載慣例”，由U1決定：由I1（I0）根據(jù)右手定則

：與方向一致：右手螺旋關(guān)系（課上畫(huà)圖講解）注意：電勢(shì)從低電位指向高電位。U2：由E2決定I2：與E2一致或“負(fù)載慣例”2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院21三、感應(yīng)電勢(shì)、電壓變比空載：很小，所以：2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院22結(jié)論：1.如果磁能為正弦波，則電勢(shì)也為正弦波2.方向：電勢(shì)滯后磁通90度。3.變比：若不計(jì)損耗：or:U1＝E1，U2＝E2，則：k=U1/U202023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院23四、勵(lì)磁電路模型

分別為：激磁電阻、激磁電抗、激磁阻抗及對(duì)應(yīng)的激磁電流壓降。分別為變壓器的鐵耗、勵(lì)磁無(wú)功功率。激磁電阻并非實(shí)質(zhì)電阻，是為計(jì)算鐵耗引入的模擬電阻。2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院24五、漏抗漏磁通產(chǎn)生漏電勢(shì)，把漏電勢(shì)也寫(xiě)成阻抗壓降形式：

分別為：初級(jí)繞組的漏電勢(shì)、漏電抗、漏電感?？蛰d時(shí)：2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院25六、電壓平衡方程電磁關(guān)系中找所有與“與電壓量綱相同的量”。注意方向原方：副方：2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院26七、等效電路與相量圖等效電路相量圖（課上演示相量圖的畫(huà)法）

2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院27八、空載損耗（空載功率）∵電流小∴空載損耗主要為鐵耗2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院28九、勵(lì)磁電流及其三個(gè)分量(了解)1.磁路飽和的影響如不計(jì)飽和，磁通為正弦波，電流也為正弦波。由于B-H關(guān)系的非線性，當(dāng)Φ為正弦波時(shí)，I一定為尖頂波，反之當(dāng)I為正弦波則Φ為平頂波尖頂波分解為基波與若干諧波的疊加（主要是三次諧波）磁化電流：尖頂波與正弦波有等效的有效值的電流。2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院29圖：作圖法求勵(lì)磁電流2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院302.磁滯影響：勵(lì)磁電流為不對(duì)稱尖頂波。含磁滯損耗電流分量為。

(簡(jiǎn)稱：磁滯電流分量)3.渦流影響渦流損耗電流分量為（簡(jiǎn)稱：渦流電流分量）是有功分量與電勢(shì)（）同方向稱為磁化電流，不包括有功分量。鐵耗電流勵(lì)磁電流2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院312.3變壓器的負(fù)載運(yùn)行2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院332.3變壓器的負(fù)載運(yùn)行負(fù)載運(yùn)行：I2≠02023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院34一、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理現(xiàn)象1空載：I2=0Φ由F1產(chǎn)生Fm=F1，平衡；2負(fù)載I2≠0F2=N2I2≠0，打破原來(lái)平衡，迫使I1發(fā)生變化。磁勢(shì)平衡方程：Fm=F1+F2

電流平衡方程：式中：為初級(jí)電流部分的負(fù)載分量。結(jié)論：變壓器負(fù)載運(yùn)行原方電流中包括兩個(gè)分量（1）激磁電流分量——產(chǎn)生主磁場(chǎng)（2）負(fù)載電流分量——通過(guò)副方提供給負(fù)載2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院35漏電勢(shì)、漏抗：原副方均有電流、有磁勢(shì)、有漏電勢(shì)。把漏電勢(shì)寫(xiě)成阻抗壓降形式：電阻壓降：電磁關(guān)系：2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院36電磁關(guān)系2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院37二、基本方程2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院38三、歸算目的:便于利用等效電路計(jì)算原則:折算前后不改變平衡方程方法：一般將副方歸算到原方1.電流原則：歸算前后磁勢(shì)不變2.電壓、電勢(shì)電壓歸算原則：歸算前后S（視在功率）不變。電勢(shì)歸算原則：歸算前后電磁功率不變2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院39三、歸算3.電阻:r2原則：pcu2不變（副方繞組的銅耗）4.漏抗原則：Q2不變同理總結(jié)：電流：除k電壓、電勢(shì)：乘k電阻、電抗、阻抗：乘k22023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院40四、歸算后的方程將歸算關(guān)系代入即可，為便于比較，列出歸算前方程：歸算前歸算后2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院41五、T形等效電路講課時(shí)解釋平衡方程與等效電路的關(guān)系2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院42六、相量圖表示變壓器各參量（相量）之間相位關(guān)系步驟：等選參考方向，一般選U22023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院43七、近似電路與簡(jiǎn)化電路近似電路：簡(jiǎn)化計(jì)算，勵(lì)磁支路移到前面。簡(jiǎn)化電路：進(jìn)一步簡(jiǎn)化，不計(jì)勵(lì)磁支路影響。短路電阻與短路電抗近似電路與簡(jiǎn)化電路均有誤差，簡(jiǎn)化電路誤差更大。2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院44思考題Xm的物理意義，希望Xm大好還小好？若用空氣芯而不用鐵芯，則Xm是增加還是減??？若原方繞組增加5%，其余不變，則Xm將如何變化？若副方繞組增加5%，其余不變，則Xm將如何變化？若原副方繞組各增加5%，其余不變，則Xm將如何變化？將鐵芯面積增加5%，其余不變，則Xm將如何變化？將鐵芯氣隙增加5%，其余不變，則Xm將如何變化？電源頻率增加20%，其余不變，則Xm將如何變化？2.4標(biāo)么值2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院462.4標(biāo)么值1.定義標(biāo)么值＝實(shí)際值／基值右上角“*”表示2.基值即基準(zhǔn)值，下標(biāo)“b”表示。一般取額定量作基值原副方有不同的基值線電壓(流)、相電壓(流)均有對(duì)應(yīng)的基值。UN作電壓基值：U1b=U1N,U2b=U2NSN作容量基值；Sb=SN電流、阻擊基值通過(guò)計(jì)算求得：I1b=S1b/U1b；I2b=S2b/U2b

Z1b=U1b/I1b；

Z2b=U2b/I2b三相系統(tǒng)有相電壓、相電流基值和線電壓、線電流基基值。2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院473.標(biāo)么值：下標(biāo)用“＊”表示，如U1*=U1/U1b4.優(yōu)點(diǎn)計(jì)算方便且易判斷計(jì)算錯(cuò)誤起到歸算的作用更能說(shuō)明問(wèn)題實(shí)質(zhì)，如反應(yīng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。例2-3-1教材P31（阻抗變換，簡(jiǎn)單）2.5變壓器參數(shù)測(cè)定2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院492.5等效電路參數(shù)測(cè)定測(cè)哪些參數(shù)：rm、xm、k、r1、r2、x1、x2(Zm、Z1、Z2)兩種試驗(yàn)：空載試驗(yàn)短路試驗(yàn)2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院50一、空載試驗(yàn)1、目的：測(cè)：rm、

xm

、k2、方法：一般在低壓側(cè)進(jìn)行測(cè)量：U1、U2

I0、p0計(jì)算：因空載，I0很小，不計(jì)3、接線圖＋U1－VAWV2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院51一、空載試驗(yàn)4、計(jì)算方法注意：電壓下標(biāo)的實(shí)際意義5.在低壓側(cè)進(jìn)行時(shí)阻抗應(yīng)折算方法：乘k22023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院52二、短路試驗(yàn)1、目的：測(cè)：r1、

x1

、r2、x22、方法：一般在高壓側(cè)進(jìn)行副方短路，U1逐步增加，直接到I1＝I1N。測(cè)量：Uk、Ik、pk計(jì)算：因短路，電壓很低，不計(jì)（這時(shí)的Im不是上面的Im，其值很小(因電壓很低))3、接線圖高壓側(cè)低壓側(cè)＋U1－AVW2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院53二、短路試驗(yàn)4、計(jì)算方法下標(biāo)k或s均可rk、xk、Zk分別稱短路電阻、短路電抗、短路阻抗。2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院54二、短路試驗(yàn)5、溫度折算繞組的電阻與溫度有關(guān)，應(yīng)折算到一個(gè)統(tǒng)一的溫度。2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院55三、阻抗電壓、短路電壓I1＝I1N時(shí)的U1稱~

UKN=IINZk短路電壓百分?jǐn)?shù)：uk=UkN/U1N=(I1NZk75)/U1N×100%短路電壓百分?jǐn)?shù)（去掉百分號(hào)）就是短路阻抗標(biāo)么值,因?yàn)椋?/p>

uk*=(I1NZK75)/U1N＝(I1NZk75)/(I1NZN)＝Zk75／ZN＝Zk*有功分量、無(wú)功分量額定銅耗當(dāng)短路試驗(yàn)時(shí)I1不等于I1N時(shí):2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院56例2-5-2

P37-39（綜合計(jì)算）2.6變壓器的運(yùn)行性能2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院582.6變壓器的運(yùn)行性能反映變壓器性能的指標(biāo)：電壓變化率(電壓調(diào)整率)效率2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院59一、電壓變化率電壓變化率－－電壓調(diào)整率1、原因：由于內(nèi)部電阻、漏抗，負(fù)載時(shí)產(chǎn)生阻抗壓降，導(dǎo)致輸出電壓隨負(fù)載變化。2、定義式：3、實(shí)用計(jì)算式：2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院60一、電壓變化率4、參數(shù)表達(dá)式：取標(biāo)么值，U1*=1,I1N*=I2N*=12023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院61∵則：電感性負(fù)載取正，電容性負(fù)載取負(fù)。例P432023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院62二、效率1.兩種損耗：鐵(損)耗基本鐵耗－－主磁通引起：磁滯損耗、渦流損耗附加鐵耗－－油箱、其它構(gòu)件中渦流損耗等銅(損)耗基本銅耗－電阻損耗附加銅耗－漏磁場(chǎng)－集膚效應(yīng)－等效電阻增加等?？倱p耗：2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院63二、效率2.能流圖：2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院64二、效率2.定義式：3.參數(shù)表達(dá)式：2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院65二、效率最大效率“不變損耗＝可變損耗”時(shí)，效率最高不設(shè)負(fù)載系數(shù)＝1時(shí)效率最大：綜合考慮，充分利用變壓器。例：書(shū)P46-472023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院66習(xí)題中的共同問(wèn)題感應(yīng)電勢(shì)什么時(shí)最大？當(dāng)線圈平面與磁通正交時(shí)，通最大，但磁通的變化率為零；反之，線圈平面與磁通平等時(shí)，磁通為零，但磁通的變化率最大；所以感應(yīng)電勢(shì)最大。Xm的物理意義：Xm是與主磁通對(duì)應(yīng)的感抗，反映變壓器的磁化能力，或鐵芯線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)的能力，Xm大，產(chǎn)生相同的磁通所需勵(lì)磁電流就小。電抗的物理意義本質(zhì)：一個(gè)線圈在勵(lì)磁電流作用下以及該磁場(chǎng)感應(yīng)電勢(shì)的能力。表現(xiàn)：可以是對(duì)交變電壓的阻礙作用（不嚴(yán)格）影響因素：2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院672.7三相變壓器2.7.1三相變壓器的磁路2.7.2三相變壓器的連接組2.7.3繞組連接法及磁路對(duì)電動(dòng)勢(shì)波形的影響2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院68序廣泛應(yīng)用對(duì)稱時(shí)，任何一相可代表整個(gè)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)單相變壓器的概念、理論、方程、電路、相量圖三相中完全適用本章只講三相變壓器特有的部分磁路系統(tǒng)連接組繞組接法及磁路系統(tǒng)對(duì)電勢(shì)波形的影響2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院692.7.1三相變壓器磁路一、組式變壓器三個(gè)獨(dú)立的單相變壓器組成各相鐵芯、磁通、磁阻等一致2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院702.7.1三相變壓器磁路二、芯式變壓器具有共同鐵芯中柱（中間鐵芯柱）磁通為三相磁通之和，對(duì)稱時(shí)中柱磁通為零，可省去。又稱三相三鐵芯柱式變壓器（三相鐵芯式變壓器）平面，磁路不完全對(duì)稱，各相If不完全相同，但相差很小，忽略區(qū)別。2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院712.7.2變壓器的連結(jié)組一、三相變壓器的接法三相繞組只有兩種基本形式：星形（高壓繞組：Y；低壓繞組：y)；三角形(D、d),又分兩種：AX-BY-CZAX-CZ-BY（我國(guó)優(yōu)先使用）三相變壓器連接方式很多，主要有：Yy,YNy,Yyn;Yd,YNd;Dy,Dyn;Dd（原方大寫(xiě)、副方小寫(xiě)，N或n為中點(diǎn)引出。）2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院722.7.2變壓器的連結(jié)組圖：三相繞組連接法2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院73二、單相變壓器的連接組同名端兩繞組繞向可:相同相反。原、副邊繞組主磁通相同，電動(dòng)勢(shì)只能同相或反相，考慮首未端為人為定義，也有兩種可能所以兩繞組之間關(guān)系四種形式但其電勢(shì)關(guān)系只有兩種可能同向（夾角0度）反向（夾角180度）2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院74圖：同極性端有相同首端標(biāo)志2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院75圖：同極性端有相異首端標(biāo)志2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院76三、時(shí)鐘表示法三相變壓器各電勢(shì)之間方向關(guān)系復(fù)雜，但一定是30度的整數(shù)倍，引入時(shí)鐘表示法。分針（長(zhǎng)針）：表示高壓繞組線電勢(shì)，固定指向12時(shí)針（短針）：表示低壓繞組線電勢(shì)，指向幾就是幾點(diǎn)鐘連接。單相變壓器也可用時(shí)鐘表示：I,i0;I,i62023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院77四、三相變壓器的連接組用初次級(jí)線電勢(shì)之間的相位差表示。1.Yy連接同鐵芯柱相電勢(shì)只有兩種可能：同相、反相。對(duì)應(yīng)的線電勢(shì)也有兩種可能：同相:Yy0反相:Yy6

畫(huà)法：原方相電勢(shì)，副方相電勢(shì)，平移相電勢(shì)，成為符合要求的連接：Y，D畫(huà)線電勢(shì)，并使指向12畫(huà)線電勢(shì),根據(jù)寫(xiě)出連接組名。2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院78（1）

Yy0課上舉兩例演示畫(huà)法2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院79（2）

Yy62023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院802.Yd連接兩種：Yd11,Yd1(1)Yd112023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院812)Yd12023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院82五、標(biāo)準(zhǔn)連接組為生產(chǎn)使用方便，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定5種：Y,yn0Y,d11YN,d11YN,y0Y,y02023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院832.7.3

繞組連接法及磁路系統(tǒng)

對(duì)電勢(shì)波形的影響（電專業(yè)要求）磁路飽和，若磁通為正弦波，則磁化電流必須為尖頂波。尖頂波含有三次諧波電流分量（i3）關(guān)鍵：原方繞組能否提供三次諧波電流注意：三相系統(tǒng)中，三次諧波電流同方向YN連接：可以提供i3

，這樣，磁通，原副方電勢(shì)均為正弦波，OKY連接：i3不能流通，磁通不可能為正弦波。復(fù)雜，本節(jié)分析之2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院84一、三相變壓器組Yy連接原方Y(jié)→i3不能流通→磁化電流正弦波→磁通平頂波→分解為基波、三次諧波→分別為原副繞組主生基波電勢(shì)E1(E11、E21)、三次諧波電勢(shì)E3(E13、E23)。（其它諧波較小，主要考慮E3）E1滯后Φ190度E3滯后Φ390度，特別注意：三次諧波尺度上（課上畫(huà)圖解釋）2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院85e1，e3逐點(diǎn)相加，合成電勢(shì)為尖頂波波形畸變幅值為Em1Em3之和幅值增大(達(dá)50~60%)過(guò)電壓2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院86結(jié)論：三相變壓器組不能接成Yy連接。（Y：但線電勢(shì)中沒(méi)有三次諧波電勢(shì)）2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院87二、三相鐵芯式變壓器Yy連接基本關(guān)系同與三相組式變壓器相同，即但對(duì)芯式鐵芯：→

Φ3無(wú)路可走→只能通過(guò)油、油箱等構(gòu)成回路→磁阻很大→Φ3很小→所以，e3很小。2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院88所以：總電勢(shì)（合成電勢(shì)）接近正弦波。結(jié)論：芯式變壓器可以接成Yy或Yyn。但使油箱發(fā)熱，所以容量不宜太大（1800kVA以下）2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院89三、三相變壓器Yd連接原方：Y→i3不能流通→磁化電流正弦波→磁通平頂波→有Φ3→E3次級(jí)：d→對(duì)i3短路→i23環(huán)流→對(duì)原Φ3去磁→E3減小→相電勢(shì)接近正弦波2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院90結(jié)論：大容量變壓器需接成Yd連接。2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院91四、Yy附加d形繞組大容量變壓器不能接成Yy連接實(shí)際需要時(shí)，可加一d形繞組，提供i3，端點(diǎn)不引出。2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院922.8變壓器并聯(lián)運(yùn)行2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院932.8變壓器并聯(lián)運(yùn)行并聯(lián)運(yùn)行一、必要性發(fā)展可靠性檢修負(fù)載變化大2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院94二、并聯(lián)運(yùn)行條件條件空載：各U2相等，副方無(wú)環(huán)流負(fù)載：（合理分擔(dān)負(fù)載）各變壓器負(fù)載電流同相位。這樣，總電流不變情況下，各變壓器分擔(dān)電流最小。2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院95三、怎樣滿足條件：滿足條件1，必須：電壓等級(jí)相同連接組相同變比相同滿足第二條件，必須：短路阻抗對(duì)應(yīng)相等2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院96四、變比不完全相同引起：環(huán)流2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院97環(huán)流設(shè)兩變壓器變比分別為k1,k2,且不相等原方電壓U1折算到副方（除k）從副方看兩變壓器的短路阻抗為：副方電壓差為：則環(huán)流為雖電壓差很小，但環(huán)流并不小。2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院98要求，環(huán)流不大于IN的0.5％一般規(guī)定：2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院99五、并聯(lián)運(yùn)行實(shí)際容量分配兩變壓器并聯(lián)運(yùn)行，每臺(tái)分量容量與其額定容量成正比，與其短路阻抗成反比。容量小的先滿載并聯(lián)運(yùn)行的變壓器，必須保證任何一臺(tái)均不過(guò)載。2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院1002.9

電力系統(tǒng)中的特種變壓器一三繞組變壓器二自耦變壓器三電壓互感器和電流互感器2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院101一、概念定義:每相有三個(gè)繞組用途:將一個(gè)電源電壓等級(jí)變?yōu)閮蓚€(gè)電源電壓等級(jí)輸出聯(lián)絡(luò)三種電壓等級(jí)的線路。繞組安排一般原則：1、送電距離的遠(yuǎn)近——損耗最小2、高壓繞組在外，低壓在內(nèi)——絕緣方便。升壓變：高－低－中（由外到內(nèi)）降壓變：高－中－低（由外到內(nèi)）2.9.1三繞組變壓器2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院102以各繞組的自感、各繞組間的互感為參數(shù)。設(shè)一相三繞組的自感為互感為：（互感對(duì)稱）電壓方程：

二、電壓方程2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院103折算得到初級(jí)，變比：考慮電流（磁勢(shì)）方程最終得到

2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院104其中為組合電抗

為組合阻抗注意：組合電抗不是原來(lái)的漏電抗，是計(jì)算產(chǎn)生的，可能為負(fù)值。三、組合阻抗2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院105由此得到等值電路注意：等值電路是指同一相三個(gè)繞組之間的關(guān)系，不是A、B、C相間關(guān)系。

四、等效電路與相量圖2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院106一、結(jié)構(gòu)只有一個(gè)繞組也可理解為：普通雙繞組變壓器原副方串聯(lián)串聯(lián)繞組公共繞組2.9.2自耦變壓器2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院107基本方程如下：

自耦變壓器的變比是最終得到式中為自耦變壓器的短路阻抗，并且是歸算到高壓測(cè)的值。二、基本方程2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院108其簡(jiǎn)化電路如下：短路阻抗可由短路試驗(yàn)求得 設(shè)串聯(lián)繞組和公共繞組的變比為關(guān)系：三、簡(jiǎn)化電路2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院109四、電磁容量、標(biāo)稱容量普通雙繞組變壓器：額定容量即電磁容量自耦變壓器：額定容量≠電磁容量額定容量：通過(guò)容量電磁容量（繞組容量）：繞組上電壓與電流之積串聯(lián)繞組：公共繞組：2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院110所以：串聯(lián)部分與公共部分的電磁容量相等，通過(guò)容量與電磁容量之差稱傳導(dǎo)容量：2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院111優(yōu)點(diǎn)：因?yàn)楣膊糠蛛娏鳒p小所以：使用較細(xì)的導(dǎo)線（省材料）用同樣的材料（S變大）效率高使可變，可造成調(diào)壓器。較小的電壓變化率和較大的短路電流。缺點(diǎn)：安全問(wèn)題，原副方有電的聯(lián)系，需保護(hù)措施。五、自耦變壓器的有缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院1121、類似Tr原理2、作用：測(cè)量、保護(hù)、隔離目的：大電流小電流CT

高電壓低電壓PT(與Tr完全一樣）3、使用：

a、副方接地。

b、TV副方不能短路。加保險(xiǎn)絲（puse）

c、TA副方不能開(kāi)路，可短路（課上用可變負(fù)載解釋）。

d、TA檢修電流表，先短路，再拆表。

e、TA不允許加保險(xiǎn)絲（puse）2.9.3電壓互感器和電流互感器2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院1132.10變壓器瞬態(tài)過(guò)程

一、次級(jí)側(cè)突然短路

二、空載合閘2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院1142.10.1次級(jí)側(cè)突然短路1、瞬態(tài)過(guò)程次級(jí)突然短路，短路電流很大，可以忽略勵(lì)磁電流：則微分方程：（以電流為變量）其中：Lk變壓器的漏感：化簡(jiǎn)求得短路電流的通解為：2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院1152.10.2次級(jí)側(cè)突然短路其中：短路阻抗角短路電流穩(wěn)態(tài)值短路電流含兩項(xiàng)：穩(wěn)態(tài)分量：iks瞬態(tài)分量:ikt

下面分析兩種極端情況2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院1161.如突然短路時(shí)的初相角瞬態(tài)分量電流從短路開(kāi)始就進(jìn)入穩(wěn)態(tài):見(jiàn)圖(a)

2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院1172.短路時(shí)電壓初相角瞬態(tài)分量有最大幅值。若得最大電流幅值出現(xiàn)時(shí)時(shí)刻在：短路后半個(gè)周期。2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院118電流波形2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院119二、過(guò)電流的影響一、發(fā)熱現(xiàn)象電流很大銅耗按電流的平方變化，可達(dá)額定銅耗的幾百倍繞組溫度急劇升高。過(guò)熱保護(hù)裝置，及時(shí)切斷電源。2、電磁力作用電磁力與電流的平方成正比，作用在繞組上的電磁力時(shí)正常運(yùn)行時(shí)的幾百倍，所以大型變壓器往往設(shè)計(jì)成具有較大的短路阻抗以限制短路電流。電磁力與電流同時(shí)性2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院1202.10.2空載合閘正常運(yùn)行時(shí)：空載電流很小I0*為5%左右（大變壓器甚至I0*＜1％）空載合閘時(shí)：Im很大甚至數(shù)倍于IN2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院121一、瞬態(tài)過(guò)程

設(shè)外施電壓正弦規(guī)律變化，則電壓方程式為求解得其中：Lav正常運(yùn)行時(shí)平均電感所以：磁通也包含兩部分：穩(wěn)態(tài)分量暫態(tài)分量2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院122一、瞬態(tài)過(guò)程分析兩種極端情況在初相角時(shí)接通電源，則瞬態(tài)分量幅值最大，最不利情況。雖磁通并沒(méi)有大到穩(wěn)態(tài)值的兩倍以上，但因過(guò)飽和，Im急劇增大，達(dá)正常Im在數(shù)百倍，或數(shù)倍IN在初相角時(shí)接通電源，則立即進(jìn)入穩(wěn)態(tài)2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院123二.最不利情況合閘磁通波形2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院124三.變壓器空載合閘沖擊電流波形2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院125四、過(guò)電流的影響變壓器本身直接危害不大。無(wú)法精確計(jì)算最大可能的沖擊電流值實(shí)測(cè)表明，最不利時(shí)合閘，幾倍額定電流，比短路電流要小得多無(wú)論從電磁力或溫度來(lái)考慮，對(duì)變壓器本身直接危害不大。但會(huì)使保護(hù)裝置誤動(dòng)作，所以：限制：串適當(dāng)阻抗限制之躲過(guò)：保護(hù)裝置在變壓器合閘最初幾周要躲過(guò)該電流2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院1262.11三相變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行

（電專業(yè)要求，非電專業(yè)可只介紹第一節(jié)，且不作要求）2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院1272.11.1對(duì)稱分量法前面分析：三相對(duì)稱實(shí)際往往不對(duì)稱運(yùn)行形式：外部不對(duì)稱外加電壓負(fù)載外加電壓與負(fù)載內(nèi)部不對(duì)稱分析方法：對(duì)稱分量法2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院128若已知，則

其中：a為旋轉(zhuǎn)因子：把、、用三個(gè)分量表示：不對(duì)稱電壓正序負(fù)序零序

2.11.1對(duì)稱分量法2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院129

2.11.1對(duì)稱分量法將關(guān)系式代入，得不對(duì)稱電壓正序負(fù)序零序2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院1302.11.1對(duì)稱分量法上式中電壓分量得系數(shù)行列式不為零，即所以：其逆變式成立：2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院131二、三相變壓器的各序阻抗及其等效電路*疊加法不對(duì)稱系統(tǒng)分解為正、負(fù)、零序系統(tǒng)各序?qū)ΨQ分別求解疊加不同相序系統(tǒng)的影響不完全相同，表現(xiàn)的阻抗不相同2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院1321、正序阻抗和正序等效電路

正序電流所遇到的阻抗稱為正序阻抗

（就是前面所講的阻抗）勵(lì)磁電流很小，不計(jì)Im

等效電路如右正序阻抗2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院1332、負(fù)序阻抗和負(fù)序等效電路負(fù)序電流所遇到的阻抗稱為負(fù)序阻抗等效電路負(fù)序阻抗

所以：Z－＝Z＋=Zk2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院1343、零序阻抗和零序等效電路

零序電流所遇到的阻抗稱為零序阻抗（復(fù)雜）零序電流定義為

且2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院135(1)零序電流在變壓器繞組中的流通情況Y連接：I0不能流通YN連接：I0能流通D連接：線電流：I0不能流通相電流：I0能流通，當(dāng)另一方有I0時(shí)，就會(huì)感應(yīng)I0所以：Y,y、Y,d、D,y、D,d四種連接法均無(wú)零序電流；YN,d和D,yn接法:當(dāng)YN和yn繞組中有零序電流時(shí)，d或D繞組中也有零序電流；YN,y和Y,yn接法:當(dāng)YN和yn繞組中有零序電流，y或Y繞組中也不會(huì)有零序電流。2023/9/2河海大學(xué)電氣學(xué)院136（2）零序等效電路

1）YNd接法的零序等效電路電磁關(guān)系：原副方均可流通，但副方不能流出