變壓器原理分析--134

1、 第一篇第一篇 變壓器變壓器 變壓器：是一種靜止的電機(jī)，它利變壓器：是一種靜止的電機(jī)，它利用電磁感應(yīng)原理將一種電壓、電流用電磁感應(yīng)原理將一種電壓、電流的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓、電流的電能。換句話(huà)說(shuō)，變電壓、電流的電能。換句話(huà)說(shuō)，變壓器就是實(shí)現(xiàn)電能在不同等級(jí)之間壓器就是實(shí)現(xiàn)電能在不同等級(jí)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 1.1 變壓器的基本結(jié)構(gòu)和分類(lèi)變壓器的基本結(jié)構(gòu)和分類(lèi)一、變壓器的基本結(jié)構(gòu)：一、變壓器的基本結(jié)構(gòu)： 電力變壓器的基本構(gòu)成部分有：鐵心、繞電力變壓器的基本構(gòu)成部分有：鐵心、繞組、絕緣套管、油箱及其他附件等，其中組、絕緣套管、油箱及其他附件等，其中鐵心和

2、繞組是變壓器的主要部件，稱(chēng)為器鐵心和繞組是變壓器的主要部件，稱(chēng)為器身。圖身。圖1-21-2是油浸式電力變壓器的結(jié)構(gòu)圖。是油浸式電力變壓器的結(jié)構(gòu)圖。 我們來(lái)看一個(gè)簡(jiǎn)化圖我們來(lái)看一個(gè)簡(jiǎn)化圖: 1、鐵心和繞組：變壓器中最主要的部、鐵心和繞組：變壓器中最主要的部 件，他們構(gòu)件，他們構(gòu)成了變壓器的器身。成了變壓器的器身。 1）鐵心：構(gòu)成了變壓器的磁路，同時(shí)又是套裝）鐵心：構(gòu)成了變壓器的磁路，同時(shí)又是套裝繞組的骨架。繞組的骨架。鐵心由鐵心柱和鐵軛兩部分構(gòu)成。鐵心由鐵心柱和鐵軛兩部分構(gòu)成。鐵心柱上套繞組，鐵軛將鐵心柱連接起來(lái)形成閉鐵心柱上套繞組，鐵軛將鐵心柱連接起來(lái)形成閉合磁路。合磁路。 鐵心材料：為了提高

3、磁路的導(dǎo)磁性能，減少鐵心鐵心材料：為了提高磁路的導(dǎo)磁性能，減少鐵心中的磁滯、渦流損耗，鐵心一般用高磁導(dǎo)率的磁中的磁滯、渦流損耗，鐵心一般用高磁導(dǎo)率的磁性材料性材料硅鋼片疊成。硅鋼片有熱軋和冷軋兩硅鋼片疊成。硅鋼片有熱軋和冷軋兩種，其厚度為種，其厚度為0.350.350.50.5mmmm，兩面涂以厚兩面涂以厚0.020.020.230.23mmmm的漆膜，使片與片之間絕緣。的漆膜，使片與片之間絕緣。 鐵心型式鐵心型式 ：變壓器鐵心的結(jié)構(gòu)有心式、殼：變壓器鐵心的結(jié)構(gòu)有心式、殼式和漸開(kāi)線(xiàn)式等形式。殼式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是式和漸開(kāi)線(xiàn)式等形式。殼式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是鐵心包圍繞組的頂面、底面和側(cè)面，如圖鐵心包圍繞組的頂

4、面、底面和側(cè)面，如圖所示。心式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是鐵心柱被繞組包所示。心式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是鐵心柱被繞組包圍，如圖所示。殼式結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度較好，圍，如圖所示。殼式結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度較好，但制造復(fù)雜，但制造復(fù)雜， 心式結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，繞組的裝配及絕緣比心式結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，繞組的裝配及絕緣比較容易較容易，電力變壓器的鐵心主要采用心式，電力變壓器的鐵心主要采用心式結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 鐵心疊裝鐵心疊裝 ：變壓：變壓器的鐵心一般是由剪成一器的鐵心一般是由剪成一定形狀的硅鋼片疊裝而成。為了減小接縫定形狀的硅鋼片疊裝而成。為了減小接縫間隙以減小激磁電流，一般采用交錯(cuò)式疊間隙以減小激磁電流，一般采用交錯(cuò)式疊法，使法，使相鄰層的接縫錯(cuò)開(kāi)。

5、相鄰層的接縫錯(cuò)開(kāi)。 鐵心截面鐵心截面: :鐵心柱的截面一般作成階梯形，鐵心柱的截面一般作成階梯形，以充分利用繞組內(nèi)圓空間。容量較大的變以充分利用繞組內(nèi)圓空間。容量較大的變壓器，鐵心中常設(shè)有油道，以改善鐵心內(nèi)壓器，鐵心中常設(shè)有油道，以改善鐵心內(nèi)部的散熱條件，如圖所示。部的散熱條件，如圖所示。 2）繞組：）繞組：繞組是變壓器的電路部分，它由銅或繞組是變壓器的電路部分，它由銅或 鋁絕緣導(dǎo)線(xiàn)繞制而成鋁絕緣導(dǎo)線(xiàn)繞制而成 。 一次繞組（原繞組）：輸入電能一次繞組（原繞組）：輸入電能 二次繞組（副繞組）：輸出電能二次繞組（副繞組）：輸出電能 他們通常套裝在同一個(gè)心柱上，一次和二次繞組他們通常套裝在同一個(gè)心柱

6、上，一次和二次繞組具有不同的匝數(shù)，通過(guò)電磁感應(yīng)作用，一次繞組具有不同的匝數(shù)，通過(guò)電磁感應(yīng)作用，一次繞組的電能就可傳遞到二次繞組，且使一、二次繞組的電能就可傳遞到二次繞組，且使一、二次繞組具有不同的電壓和電流。具有不同的電壓和電流。 其中，兩個(gè)繞組中，電壓較高的我們稱(chēng)為高壓繞其中，兩個(gè)繞組中，電壓較高的我們稱(chēng)為高壓繞組，相應(yīng)的電壓較低的稱(chēng)為低壓繞組。從高、低組，相應(yīng)的電壓較低的稱(chēng)為低壓繞組。從高、低壓繞組的相對(duì)位置來(lái)看，變壓器的繞組又可分為壓繞組的相對(duì)位置來(lái)看，變壓器的繞組又可分為同心式、交迭式。由于同心式繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制同心式、交迭式。由于同心式繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，所以，國(guó)產(chǎn)的均采用這種結(jié)

7、構(gòu)，交迭式造方便，所以，國(guó)產(chǎn)的均采用這種結(jié)構(gòu)，交迭式主要用于特種變壓器中。主要用于特種變壓器中。 2、其他部件：除器身外，典型的油鋟電力變壓、其他部件：除器身外，典型的油鋟電力變壓 器中還有油箱、變壓器油、絕緣套管及繼電保護(hù)器中還有油箱、變壓器油、絕緣套管及繼電保護(hù)裝置等部件。裝置等部件。 二、變壓器的分類(lèi)：二、變壓器的分類(lèi)： 變壓器的種類(lèi)很多，可按其用途、結(jié)構(gòu)、相數(shù)、變壓器的種類(lèi)很多，可按其用途、結(jié)構(gòu)、相數(shù)、冷卻方式等不同來(lái)進(jìn)行分類(lèi)。冷卻方式等不同來(lái)進(jìn)行分類(lèi)。1 1、按用途分類(lèi)、按用途分類(lèi)，可分為電力變壓器（主要用在輸可分為電力變壓器（主要用在輸配電系統(tǒng)中，又分為升壓變壓器、降壓變壓器、配電

8、系統(tǒng)中，又分為升壓變壓器、降壓變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器和廠用變壓器）、儀用互感器（電壓聯(lián)絡(luò)變壓器和廠用變壓器）、儀用互感器（電壓互感器和電流互感器）、特種變壓器（如調(diào)壓變互感器和電流互感器）、特種變壓器（如調(diào)壓變壓器、試驗(yàn)變壓器、電爐變壓器、整流變壓器、壓器、試驗(yàn)變壓器、電爐變壓器、整流變壓器、電焊變壓器等）。電焊變壓器等）。 2 2、按繞組數(shù)目分類(lèi)、按繞組數(shù)目分類(lèi): :可分為雙繞組變壓器可分為雙繞組變壓器, ,三繞三繞 組變壓器、多繞組變壓器和自耦變壓器。組變壓器、多繞組變壓器和自耦變壓器。 3 3、按鐵心結(jié)構(gòu)分類(lèi)，有心式變壓器和殼式變壓、按鐵心結(jié)構(gòu)分類(lèi)，有心式變壓器和殼式變壓器。器。 4 4、按

9、相數(shù)分類(lèi)，有單相變壓器、三相變壓器和、按相數(shù)分類(lèi)，有單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。多相變壓器。 5 5、按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分類(lèi)，可分為油浸式、按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分類(lèi)，可分為油浸式變壓器（包括油浸自冷式、油浸風(fēng)冷式、油浸強(qiáng)變壓器（包括油浸自冷式、油浸風(fēng)冷式、油浸強(qiáng)迫油循環(huán)式）、干式變壓器、充氣式變壓器。迫油循環(huán)式）、干式變壓器、充氣式變壓器。 6 6、電力變壓器按容量大小通常分為小型變、電力變壓器按容量大小通常分為小型變壓器（容量為壓器（容量為1010630630kVAkVA）、）、中型變壓器中型變壓器（容量為（容量為80080063006300kVAkVA）、）、大型變壓器大型變壓器

10、（容量為（容量為800080006300063000kVAkVA）和特大型變壓和特大型變壓器（容量在器（容量在9000090000kVAkVA及以上）。及以上）。三、額定值：三、額定值： 額定值是制造廠對(duì)變壓器在指定工作條件額定值是制造廠對(duì)變壓器在指定工作條件下運(yùn)行時(shí)所規(guī)定的一些量值。額下運(yùn)行時(shí)所規(guī)定的一些量值。額定值通常定值通常標(biāo)注在變壓器的銘牌上。變壓器的額定值標(biāo)注在變壓器的銘牌上。變壓器的額定值主要有：主要有： 1 1、額定容量、額定容量S SN N 額定容量是指額定運(yùn)行時(shí)的視在功率。以額定容量是指額定運(yùn)行時(shí)的視在功率。以 VAVA、kVAkVA或或MVAMVA表示。由于變壓器的效率很表

11、示。由于變壓器的效率很高，通常一、二次側(cè)的額定容量設(shè)計(jì)成相高，通常一、二次側(cè)的額定容量設(shè)計(jì)成相等。等。 2、額定電壓額定電壓U U2N2N和和U U2N2N 正常運(yùn)行時(shí)規(guī)定加在一次側(cè)的端電壓稱(chēng)為正常運(yùn)行時(shí)規(guī)定加在一次側(cè)的端電壓稱(chēng)為變壓器一次側(cè)的額定電壓變壓器一次側(cè)的額定電壓U U2N2N。二次側(cè)的額二次側(cè)的額定電壓定電壓U U2N2N 是指變壓器一次側(cè)加額定電壓時(shí)是指變壓器一次側(cè)加額定電壓時(shí)二次側(cè)的空載電壓。額定電壓以二次側(cè)的空載電壓。額定電壓以V V或或kVkV表示。表示。對(duì)三相變壓器，額定電壓是指線(xiàn)電壓。對(duì)三相變壓器，額定電壓是指線(xiàn)電壓。 3 3、 額定電流額定電流I I2N2N和和I I

12、2N2N 根據(jù)額定容量和額定電壓計(jì)算出的線(xiàn)電流，稱(chēng)為根據(jù)額定容量和額定電壓計(jì)算出的線(xiàn)電流，稱(chēng)為 額定電流，以額定電流，以A A表示。表示。 對(duì)單相變壓器對(duì)單相變壓器對(duì)三相變壓器對(duì)三相變壓器 4 4、額定頻率、額定頻率 f fN N 除額定值外，變壓器的相數(shù)、繞組連接方式及聯(lián)結(jié)除額定值外，變壓器的相數(shù)、繞組連接方式及聯(lián)結(jié)組別、短路電壓、運(yùn)行方式和冷卻方式等均標(biāo)注在組別、短路電壓、運(yùn)行方式和冷卻方式等均標(biāo)注在銘牌上。額定狀態(tài)是電機(jī)的理想工作狀態(tài)，具有優(yōu)銘牌上。額定狀態(tài)是電機(jī)的理想工作狀態(tài)，具有優(yōu)良的性能，可長(zhǎng)期工作。良的性能，可長(zhǎng)期工作。NNNNNNUSIUSI2211;NNNNNNUSIUSI2

13、2113;3 1.2 變壓器的工作原理變壓器的工作原理一、工作原理：一、工作原理： 第二章第二章 變壓器的運(yùn)行原理與特性變壓器的運(yùn)行原理與特性 2 .1 變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行一、空載運(yùn)行的物理現(xiàn)象：一、空載運(yùn)行的物理現(xiàn)象： 1. 空載運(yùn)行：空載運(yùn)行：是指變壓器原繞組接到額定電是指變壓器原繞組接到額定電壓、額定頻率的電源上，副繞組開(kāi)路時(shí)的壓、額定頻率的電源上，副繞組開(kāi)路時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)行狀態(tài)。2.2.物理現(xiàn)象：如圖所示：物理現(xiàn)象：如圖所示：主磁通：主磁通：漏磁通：漏磁通： 主磁通和漏磁通在性質(zhì)上的不同：主磁通和漏磁通在性質(zhì)上的不同： 1 1）由于鐵磁材料有飽和現(xiàn)象，所以主磁路的磁）由

14、于鐵磁材料有飽和現(xiàn)象，所以主磁路的磁阻不是常數(shù)，阻不是常數(shù)，主磁通與建立它的電流之間呈非線(xiàn)主磁通與建立它的電流之間呈非線(xiàn)性關(guān)系。性關(guān)系。而漏磁通的磁路大部分是非鐵磁材料組而漏磁通的磁路大部分是非鐵磁材料組成，所以漏磁路的磁阻基本上是常數(shù)，成，所以漏磁路的磁阻基本上是常數(shù)，漏磁通與漏磁通與產(chǎn)生它的電流呈線(xiàn)性關(guān)系產(chǎn)生它的電流呈線(xiàn)性關(guān)系 2 2）主磁通在原、副繞組中均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)副）主磁通在原、副繞組中均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)副方接上負(fù)載時(shí)便有電功率向負(fù)載輸出，故主磁通方接上負(fù)載時(shí)便有電功率向負(fù)載輸出，故主磁通起傳遞能量的作用。而漏磁通僅在原繞組中感應(yīng)起傳遞能量的作用。而漏磁通僅在原繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，不能

15、傳遞能量，僅起壓降作用。因此，電動(dòng)勢(shì)，不能傳遞能量，僅起壓降作用。因此，在分析變壓器和交流電機(jī)時(shí)常將主磁通和漏磁通在分析變壓器和交流電機(jī)時(shí)常將主磁通和漏磁通分開(kāi)處理。分開(kāi)處理。 3.正方向的規(guī)定：正方向的規(guī)定： 從理論上講，正方向可以任意選擇，因各從理論上講，正方向可以任意選擇，因各物理量的變化規(guī)律是一定的，并不依正方物理量的變化規(guī)律是一定的，并不依正方向的選擇不同而改變。但正方向規(guī)定不同，向的選擇不同而改變。但正方向規(guī)定不同，列出的電磁方程式和繪制的相量圖也不同。列出的電磁方程式和繪制的相量圖也不同。在電機(jī)方向的學(xué)科中通常按習(xí)慣方式規(guī)定在電機(jī)方向的學(xué)科中通常按習(xí)慣方式規(guī)定正方向，稱(chēng)為慣例。正

16、方向，稱(chēng)為慣例。具體原則如下：具體原則如下： 1）在負(fù)載支路，電流的正方向與電壓降的在負(fù)載支路，電流的正方向與電壓降的正方向一致，而在電源支路，電流的正方正方向一致，而在電源支路，電流的正方向與電動(dòng)勢(shì)的正方向一致向與電動(dòng)勢(shì)的正方向一致 2 2）磁通的正方向與產(chǎn)生它的電流的正方向符）磁通的正方向與產(chǎn)生它的電流的正方向符合右手螺旋定則合右手螺旋定則 3）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向與產(chǎn)生它的磁通的正感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向與產(chǎn)生它的磁通的正方向符合右手螺旋定則方向符合右手螺旋定則電壓電壓u u1 1, ,u u2 2的正方向表示電位降低，電動(dòng)勢(shì)的正方向表示電位降低，電動(dòng)勢(shì)e e1 1,e,e2 2的正的正方向表示

17、電位升高。在原方，方向表示電位升高。在原方，u u1 1由首端指向末端，由首端指向末端，1 1從首端流入。當(dāng)從首端流入。當(dāng)u u1 1與與1 1同時(shí)為正或同時(shí)為負(fù)時(shí)，表同時(shí)為正或同時(shí)為負(fù)時(shí)，表示電功率從原方輸入，稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)慣例。在副方，示電功率從原方輸入，稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)慣例。在副方，u u2 2和和2 2的正方向是由的正方向是由e e2 2的正方向決定的，即的正方向決定的，即2 2沿沿e e2 2的的正方向流出。當(dāng)正方向流出。當(dāng)u u2 2和和2 2同時(shí)為正或同時(shí)為負(fù)時(shí)，電同時(shí)為正或同時(shí)為負(fù)時(shí)，電功率從副方輸出，稱(chēng)為發(fā)電機(jī)慣例。功率從副方輸出，稱(chēng)為發(fā)電機(jī)慣例。 4、空載時(shí)的電磁關(guān)系：、空載時(shí)的電磁

18、關(guān)系： 1）電動(dòng)勢(shì)與磁通的關(guān)系：）電動(dòng)勢(shì)與磁通的關(guān)系： 假定主磁通按正弦規(guī)律變化，即假定主磁通按正弦規(guī)律變化，即 =m msintsint 根據(jù)根據(jù) 根據(jù)電磁感應(yīng)定律和對(duì)正方向規(guī)定，一、根據(jù)電磁感應(yīng)定律和對(duì)正方向規(guī)定，一、二次繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為二次繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為 ： )90sin(2cos01111tEtNdtdNem)90sin(2cos02222tEtNdtdNem)90sin(2cos0111111tEtNdtdNem式中：mmfNNE11144. 42mmfNNE22244. 42mmfNNE1111144. 42 注意：從上面的表達(dá)式中我們可以看出，注意：從上面的

19、表達(dá)式中我們可以看出， 電電 動(dòng)勢(shì)總是滯后與產(chǎn)生的他的磁通動(dòng)勢(shì)總是滯后與產(chǎn)生的他的磁通90。 2）電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：電動(dòng)勢(shì)平衡方程式： 根據(jù)對(duì)正方向的規(guī)定，可以得到空載時(shí)電動(dòng)根據(jù)對(duì)正方向的規(guī)定，可以得到空載時(shí)電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：勢(shì)平衡方程式：將漏感電動(dòng)勢(shì)寫(xiě)成壓降的形式將漏感電動(dòng)勢(shì)寫(xiě)成壓降的形式 ：10111RIEEU01011IIEjxLj式中式中 Z Z1 1=R=R1 1+ + 11原繞組的漏阻抗。原繞組的漏阻抗。對(duì)于電力變壓器，空載時(shí)原繞組的漏阻抗壓降對(duì)于電力變壓器，空載時(shí)原繞組的漏阻抗壓降I I0 0Z Z1 1很小，其數(shù)值不超過(guò)很小，其數(shù)值不超過(guò)U U1 1的的0.2%0.2%，將，將

20、I I0 0Z Z1 1忽略，則上忽略，則上式變成：式變成：在副方，由于電流為零，則副方的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于在副方，由于電流為零，則副方的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于副方的空載電壓，即：副方的空載電壓，即： 101111001ZIxjREEIIUjx11EU220EU 3 3）變壓器的變比：）變壓器的變比： 在變壓器中，原、副繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在變壓器中，原、副繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E E1 1和和E E2 2之比稱(chēng)為變壓器的變比，用之比稱(chēng)為變壓器的變比，用 表示，表示，即：即：上式表明，變壓器的變比等于原、副繞組的上式表明，變壓器的變比等于原、副繞組的匝數(shù)比。當(dāng)變壓器空載運(yùn)行時(shí)，由于匝數(shù)比。當(dāng)變壓器空載運(yùn)行時(shí)，由于U

21、 U1 1EE1 1 ，U U2020E E2 2，故可近似地用空載運(yùn)行故可近似地用空載運(yùn)行時(shí)原、副方的電壓比來(lái)作為變壓器的變比，時(shí)原、副方的電壓比來(lái)作為變壓器的變比，即即k21212144.444.4NNfNfNkmmEENNOUUUUk2121 對(duì)于三相變壓器，變比是指原、副方相對(duì)于三相變壓器，變比是指原、副方相 電動(dòng)勢(shì)之比，也就是額定相電壓之比。電動(dòng)勢(shì)之比，也就是額定相電壓之比。 4 4、空載電流：、空載電流： 變壓器空載運(yùn)行時(shí)原繞組中的電流變壓器空載運(yùn)行時(shí)原繞組中的電流 0 0主要用主要用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，又稱(chēng)為勵(lì)磁電流，所以對(duì)于來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，又稱(chēng)為勵(lì)磁電流，所以對(duì)于這個(gè)電流我們要重點(diǎn)看一下：

22、這個(gè)電流我們要重點(diǎn)看一下： 1）當(dāng)不考慮鐵心損耗時(shí)，勵(lì)磁電流是純磁當(dāng)不考慮鐵心損耗時(shí)，勵(lì)磁電流是純磁化電流，用化電流，用 來(lái)表示。由于磁路有飽和現(xiàn)來(lái)表示。由于磁路有飽和現(xiàn)象，磁化電流象，磁化電流 與產(chǎn)生它的磁通與產(chǎn)生它的磁通之間的之間的關(guān)系是非線(xiàn)性的。當(dāng)磁通按正弦關(guān)系是非線(xiàn)性的。當(dāng)磁通按正弦 iii 規(guī)律變化時(shí)，勵(lì)磁電流為尖頂波，根據(jù)諧規(guī)律變化時(shí)，勵(lì)磁電流為尖頂波，根據(jù)諧 波分析方法，尖頂波可分解為基波和波分析方法，尖頂波可分解為基波和3 3、5 5、77次諧波。除基波外，三次諧波分量最大。次諧波。除基波外，三次諧波分量最大。這就是說(shuō)，由于鐵磁材料磁化曲線(xiàn)的非線(xiàn)這就是說(shuō)，由于鐵磁材料磁化曲線(xiàn)的

23、非線(xiàn)性關(guān)系，要在變壓器中建立正弦波磁通，性關(guān)系，要在變壓器中建立正弦波磁通，勵(lì)磁電流必須包含三次諧波分量。勵(lì)磁電流必須包含三次諧波分量。為了在相量圖中表示勵(lì)磁電流為了在相量圖中表示勵(lì)磁電流，可以用等效可以用等效正弦波電流來(lái)代替非正弦波勵(lì)磁電流，其正弦波電流來(lái)代替非正弦波勵(lì)磁電流，其有效值為有效值為IIII252321 從上圖中，可以看出勵(lì)磁電流從上圖中，可以看出勵(lì)磁電流 與磁通與磁通 是同相位的。是同相位的。 2 2）當(dāng)考慮鐵心損耗時(shí)，勵(lì)磁電流）當(dāng)考慮鐵心損耗時(shí)，勵(lì)磁電流 0 0中還中還必須包含鐵耗分量，即必須包含鐵耗分量，即 或或 =這時(shí)激磁電流這時(shí)激磁電流 將超前磁通一相位角將超前磁通一相

24、位角 iiIFeI0IIFeI0IIFe22I0 5 5 、空載時(shí)的向量圖和等效電路、空載時(shí)的向量圖和等效電路: : 1) 1)空載時(shí)的向量圖空載時(shí)的向量圖: : 我們已知我們已知101111001ZIxjREEIIU 而變壓器空載時(shí)從原方看進(jìn)去的等效阻抗而變壓器空載時(shí)從原方看進(jìn)去的等效阻抗Z Z0 0為為 式中式中 ： 稱(chēng)為變壓器的激磁稱(chēng)為變壓器的激磁阻抗。阻抗。 這樣這樣, ,變壓器原方的電動(dòng)勢(shì)方程可寫(xiě)成變壓器原方的電動(dòng)勢(shì)方程可寫(xiě)成 11.0.1010ZZZIEZmIUmmmjxRZIE01)(101011ZZIZIEmU R R1 1是原繞組的電阻，是原繞組的電阻， 是對(duì)應(yīng)原繞組漏磁是對(duì)

25、應(yīng)原繞組漏磁 路磁導(dǎo)的電抗，它們數(shù)值很小且為常數(shù)。路磁導(dǎo)的電抗，它們數(shù)值很小且為常數(shù)。 但但R Rm m、 m m卻受鐵心飽和度的影響，不是常數(shù)。卻受鐵心飽和度的影響，不是常數(shù)。當(dāng)頻率一定時(shí)，若外加電壓升高，則主磁當(dāng)頻率一定時(shí)，若外加電壓升高，則主磁通增大，鐵心飽和度程度通增大，鐵心飽和度程度增加，磁導(dǎo)增加，磁導(dǎo)m m下下降，降， 減小。同時(shí)鐵耗減小。同時(shí)鐵耗p pFeFe增大，但增大，但p pFeFe增大的程度比增大的程度比 增大的程度小，增大的程度小，由由p pFeFe= = R Rm m，則則R Rm m亦減小亦減小 。反之。反之, ,若外加電若外加電壓降低壓降低, ,則則R Rm ,

26、m , 增大增大 . .但通常外加電壓是但通常外加電壓是一定的一定的, ,在正常運(yùn)行范圍內(nèi)在正常運(yùn)行范圍內(nèi)( (從空載到滿(mǎn)載從空載到滿(mǎn)載) ) 1xmmmNLx21I20I20 xmx 主磁通基本不變，磁路的飽和程也基本不主磁通基本不變，磁路的飽和程也基本不變，因而變，因而Rm、 m可近似看著常數(shù)?？山瓶粗?shù)。很顯然，很顯然，從上面的分析我們可以總結(jié)出：從上面的分析我們可以總結(jié)出：RmRm是表征是表征鐵心損耗的一個(gè)參數(shù)，而鐵心損耗的一個(gè)參數(shù)，而XmXm是表征主磁通是表征主磁通磁化性能的一個(gè)參數(shù)。磁化性能的一個(gè)參數(shù)。x2.2 變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器的負(fù)載運(yùn)行 在前面我們通過(guò)分析了解了變壓器的

27、空載運(yùn)在前面我們通過(guò)分析了解了變壓器的空載運(yùn)行情況，當(dāng)變壓器原方接入交流電源，副行情況，當(dāng)變壓器原方接入交流電源，副方接上負(fù)載時(shí)的運(yùn)行方式稱(chēng)為變壓器的負(fù)方接上負(fù)載時(shí)的運(yùn)行方式稱(chēng)為變壓器的負(fù)載運(yùn)行。載運(yùn)行。一、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理情況：一、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理情況：如圖所示如圖所示 即從空載電流即從空載電流 0變?yōu)樨?fù)載時(shí)的電流變?yōu)樨?fù)載時(shí)的電流 1。原原 繞組的磁動(dòng)勢(shì)也從空載磁動(dòng)勢(shì)繞組的磁動(dòng)勢(shì)也從空載磁動(dòng)勢(shì)F0變?yōu)樽優(yōu)?F1=I1N1。負(fù)載時(shí)的主磁通負(fù)載時(shí)的主磁通m就是由原、副就是由原、副繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的，即繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的，即: F1+ F 2= F m。于是變壓器在負(fù)載時(shí)的電磁于是變壓器在

28、負(fù)載時(shí)的電磁關(guān)系重新達(dá)到平衡。關(guān)系重新達(dá)到平衡。二、電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：二、電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：在原方，電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為在原方，電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為II11.1.111.1.1.)(ZIEjxRIEU在副方，電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為：在副方，電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為：式中，式中，Z2 =R2+ j ,副繞組的漏阻抗，副繞組的漏阻抗，R2 分別為副繞組的電阻和漏電抗分別為副繞組的電阻和漏電抗。三、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式三、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式：負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式可寫(xiě)為負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式可寫(xiě)為： F1+F2=F0或：或： I1N1+I2N2=I0N122.2.222.2.2.)(

29、ZIEjxRIEU2x2x 將上式進(jìn)行變化，可得：將上式進(jìn)行變化，可得： F1=F0+（-F2） 或：或：I1=I0+（-N2/N1I2）=I0+（-I2/K） 這說(shuō)明變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)通過(guò)磁動(dòng)勢(shì)平衡，這說(shuō)明變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)通過(guò)磁動(dòng)勢(shì)平衡，使原、副方的電流緊密地聯(lián)系在一起，副方使原、副方的電流緊密地聯(lián)系在一起，副方通過(guò)磁動(dòng)勢(shì)平衡對(duì)原方產(chǎn)生影響，副方電流通過(guò)磁動(dòng)勢(shì)平衡對(duì)原方產(chǎn)生影響，副方電流的改變必將引起原方電流的改變，電能就是的改變必將引起原方電流的改變，電能就是這樣從原方傳到了副方。這樣從原方傳到了副方。 四、變壓器參數(shù)的折算：四、變壓器參數(shù)的折算： 由于原、副繞組的匝數(shù)由于原、副繞組的匝數(shù)，

30、原、副，原、副繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)12，這就給分析變壓，這就給分析變壓器的工作特性和繪制相量圖增加了困難。器的工作特性和繪制相量圖增加了困難。為了克服這個(gè)困難，常用一假想的繞組來(lái)為了克服這個(gè)困難，常用一假想的繞組來(lái)代替其中一個(gè)繞組，使之成為變比代替其中一個(gè)繞組，使之成為變比k=的的變壓器，這樣就可以把原、副繞組聯(lián)成一變壓器，這樣就可以把原、副繞組聯(lián)成一個(gè)等效電路，從而大大簡(jiǎn)化變壓器的分析個(gè)等效電路，從而大大簡(jiǎn)化變壓器的分析計(jì)算。這種方法稱(chēng)為繞組折算。折算后的計(jì)算。這種方法稱(chēng)為繞組折算。折算后的量在原來(lái)的符號(hào)上加一個(gè)上標(biāo)號(hào)量在原來(lái)的符號(hào)上加一個(gè)上標(biāo)號(hào)“”以以示區(qū)別。示區(qū)別。 折算的本

31、質(zhì)：在由副方向原方折算時(shí)，在由副方向原方折算時(shí)， 由于副方通過(guò)磁動(dòng)勢(shì)平衡對(duì)原方產(chǎn)生影響，由于副方通過(guò)磁動(dòng)勢(shì)平衡對(duì)原方產(chǎn)生影響，因此，只要保持副方的磁動(dòng)勢(shì)不變，則變因此，只要保持副方的磁動(dòng)勢(shì)不變，則變壓器內(nèi)部電磁關(guān)系的本質(zhì)就不會(huì)改變。壓器內(nèi)部電磁關(guān)系的本質(zhì)就不會(huì)改變。即即折算前后副方對(duì)整個(gè)回路的電磁關(guān)系的影折算前后副方對(duì)整個(gè)回路的電磁關(guān)系的影響關(guān)系不能發(fā)生變化！響關(guān)系不能發(fā)生變化！副方各量折算方法如下：1）副方電流的折算值 : .2221ININ2I= kIINNI.2.221.22）付方電動(dòng)勢(shì)的折算值：）付方電動(dòng)勢(shì)的折算值： 于折算前后主磁通和漏磁通均未改變，于折算前后主磁通和漏磁通均未改變，

32、根據(jù)電動(dòng)勢(shì)與匝數(shù)成正比的關(guān)系可得根據(jù)電動(dòng)勢(shì)與匝數(shù)成正比的關(guān)系可得3）付方漏阻抗的折算值：根據(jù)折算前后）付方漏阻抗的折算值：根據(jù)折算前后副繞組的銅損耗不變的原則，的：副繞組的銅損耗不變的原則，的：2.2.212.EkENNE.22.EkE2222222222222222222222)()()(ZkjxRkjxRZxkxIIxRkRIIR為：所以，漏阻抗的折算值無(wú)功損耗不變，得由折算前后付方漏磁通五、折算后得基本方程式、等效電路和相五、折算后得基本方程式、等效電路和相量圖：量圖：1、基本方程式：、基本方程式：2、等效電路：、等效電路：3）相量圖： 六、等效電路圖的簡(jiǎn)化：六、等效電路圖的簡(jiǎn)化： 考慮

33、到考慮到ZmZ1，I1NI0，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，變化很小，可以認(rèn)為不隨負(fù)載的變化而變變化很小，可以認(rèn)為不隨負(fù)載的變化而變化。這樣，便可把化。這樣，便可把T型等效電路進(jìn)行簡(jiǎn)化處型等效電路進(jìn)行簡(jiǎn)化處理：理： l Zk=Z1+ 2= Rk+j 通常在做定性分析時(shí)用相量圖比較形象通常在做定性分析時(shí)用相量圖比較形象直觀，而在做定量計(jì)算時(shí)用等效電路比直觀，而在做定量計(jì)算時(shí)用等效電路比較簡(jiǎn)便。較簡(jiǎn)便。 21RRRk21xxxkZkx2.3 變壓器參數(shù)的測(cè)定變壓器參數(shù)的測(cè)定 變壓器等效電路中的各種電阻、電抗或阻抗如變壓器等效電路中的各種電阻、電抗或阻抗如Rk、xk、Rm、xm等稱(chēng)為變壓器的參數(shù)，它們

34、對(duì)變壓器等稱(chēng)為變壓器的參數(shù)，它們對(duì)變壓器運(yùn)行能有直接的影響。所以，我們有必要看一下運(yùn)行能有直接的影響。所以，我們有必要看一下各種參數(shù)是如何測(cè)定得通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法。各種參數(shù)是如何測(cè)定得通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法。一、空載實(shí)驗(yàn)：一、空載實(shí)驗(yàn)：試驗(yàn)?zāi)康脑囼?yàn)?zāi)康?測(cè)定變壓器的空載電流測(cè)定變壓器的空載電流I I0 0、變比變比k、 空載空載損耗損耗p p0 0及勵(lì)磁阻抗及勵(lì)磁阻抗Z Zm m= =R Rm m+jx+jxm m?？蛰d試驗(yàn)接線(xiàn)：如圖所示空載試驗(yàn)接線(xiàn)：如圖所示 注意：注意：為了便于測(cè)量和安全起見(jiàn)，通常在為了便于測(cè)量和安全起見(jiàn)，通常在低壓側(cè)加電壓，將高壓側(cè)開(kāi)路。低壓側(cè)加電壓，將高壓側(cè)開(kāi)路。 實(shí)驗(yàn)過(guò)程：外加電

35、壓實(shí)驗(yàn)過(guò)程：外加電壓從額定電壓開(kāi)始在一從額定電壓開(kāi)始在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模涸陔妷鹤兓倪^(guò)程中，記錄相實(shí)驗(yàn)?zāi)康模涸陔妷鹤兓倪^(guò)程中，記錄相應(yīng)的空載電流，空載損耗，作出相應(yīng)的曲應(yīng)的空載電流，空載損耗，作出相應(yīng)的曲線(xiàn)，找出當(dāng)電壓為額定時(shí)相對(duì)應(yīng)的空載電線(xiàn)，找出當(dāng)電壓為額定時(shí)相對(duì)應(yīng)的空載電流和空載損耗，作為計(jì)算勵(lì)磁參數(shù)得依據(jù)。流和空載損耗，作為計(jì)算勵(lì)磁參數(shù)得依據(jù)。 結(jié)論：在空載情況下，我們可以從前面所學(xué)結(jié)論：在空載情況下，我們可以從前面所學(xué)的空載等效電路圖中看出，空載時(shí)，的空載等效電路圖中看出，空載時(shí)， Z0=Z1+Zm=（R1+j）+（Rm+jm）。）。通常通常Rm R1，m

36、 ， ， 故 可 認(rèn) 為故 可 認(rèn) 為 Z0 Zm=Rm+jm，于是：于是：這樣，我們這樣，我們測(cè)得相關(guān)參數(shù)。測(cè)得相關(guān)參數(shù)。01IUZm200IpRmRZmmmx22注意：注意：1.由于勵(lì)磁參數(shù)與磁路的飽和程度由于勵(lì)磁參數(shù)與磁路的飽和程度有關(guān)，故應(yīng)取額定電壓下的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算有關(guān)，故應(yīng)取額定電壓下的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算勵(lì)磁參數(shù)。勵(lì)磁參數(shù)。2.對(duì)于三相變壓器，按上式對(duì)于三相變壓器，按上式計(jì)算時(shí)計(jì)算時(shí)U1、I0、p0均為每相值。但測(cè)量均為每相值。但測(cè)量給出的數(shù)據(jù)卻是線(xiàn)電壓、線(xiàn)電流和三相給出的數(shù)據(jù)卻是線(xiàn)電壓、線(xiàn)電流和三相總功率，總功率，3.此時(shí)的空載損耗此時(shí)的空載損耗p0為鐵耗為鐵耗.。由于空載試驗(yàn)是在低壓側(cè)進(jìn)行

37、的，故測(cè)得由于空載試驗(yàn)是在低壓側(cè)進(jìn)行的，故測(cè)得的激磁參數(shù)是折算至低壓側(cè)的數(shù)值。如的激磁參數(shù)是折算至低壓側(cè)的數(shù)值。如果需要折算到高壓側(cè)，應(yīng)將上述參數(shù)乘果需要折算到高壓側(cè)，應(yīng)將上述參數(shù)乘2。這里這里是變壓器的變化，可通過(guò)空是變壓器的變化，可通過(guò)空載試驗(yàn)求出：載試驗(yàn)求出：axAXNUUkUU201 二、短路實(shí)驗(yàn)：二、短路實(shí)驗(yàn)： 實(shí)驗(yàn)過(guò)程：將變壓器的副邊直接短路，副邊的電實(shí)驗(yàn)過(guò)程：將變壓器的副邊直接短路，副邊的電壓等于零，稱(chēng)為變壓器短路運(yùn)行方式。壓等于零，稱(chēng)為變壓器短路運(yùn)行方式。 實(shí)驗(yàn)方法：實(shí)驗(yàn)方法：為便于測(cè)量，通常在高壓側(cè)加電壓，為便于測(cè)量，通常在高壓側(cè)加電壓，將低壓側(cè)短路。將低壓側(cè)短路。短路試驗(yàn)將

38、在降低電壓下進(jìn)行，短路試驗(yàn)將在降低電壓下進(jìn)行，使使I Ik k不超過(guò)不超過(guò)1.21.2I I1N1N。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模涸诓煌碾妷合聹y(cè)出短路特性曲線(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模涸诓煌碾妷合聹y(cè)出短路特性曲線(xiàn)I Ik k= =f f( (U Uk k) )、p pk k=f=f（U Uk k），），如圖所示，根據(jù)額定電流如圖所示，根據(jù)額定電流時(shí)的時(shí)的p pk k、U Uk k值，可以計(jì)算出變壓器的短路參數(shù)。值，可以計(jì)算出變壓器的短路參數(shù)。 Xk =注意：注意：1.短路時(shí)，從短路的等效電路圖可以看短路時(shí)，從短路的等效電路圖可以看出，此時(shí)的短路損耗以銅耗為主出，此時(shí)的短路損耗以銅耗為主 2.因電阻會(huì)因電阻會(huì)隨著溫度發(fā)生變化

39、，所以，我們的所得值要隨著溫度發(fā)生變化，所以，我們的所得值要換算到標(biāo)準(zhǔn)工作溫度下?lián)Q算到標(biāo)準(zhǔn)工作溫度下75度：度：Rk75 =Rk （對(duì)銅導(dǎo)線(xiàn)而言）對(duì)銅導(dǎo)線(xiàn)而言） NkkIUZIU1212NkkkkIpIpRRZ225 .234755 .234lRk75= Rk （對(duì)鋁線(xiàn)對(duì)鋁線(xiàn) ）所以，相應(yīng)的所以，相應(yīng)的Zk75= 短路損耗和短路電壓也應(yīng)換算到短路損耗和短路電壓也應(yīng)換算到750C的值的值pkN= Rk75 UkN=I1N Zk75 對(duì)于三相變壓器，按上式計(jì)算時(shí)對(duì)于三相變壓器，按上式計(jì)算時(shí)pk、Ik、Uk均為一相的數(shù)值均為一相的數(shù)值。22875228xRC22750IN21 2.4 標(biāo)標(biāo) 幺幺 值

40、值 在工程計(jì)算中，各物理量往往不用實(shí)際值表示，而在工程計(jì)算中，各物理量往往不用實(shí)際值表示，而采用相應(yīng)的標(biāo)幺值來(lái)進(jìn)行表示：采用相應(yīng)的標(biāo)幺值來(lái)進(jìn)行表示： 標(biāo)么值標(biāo)么值= =實(shí)際值實(shí)際值/ /基值基值通常取各量的額定值作為基值。通常取各量的額定值作為基值。 采用標(biāo)幺值的優(yōu)點(diǎn)：采用標(biāo)幺值的優(yōu)點(diǎn)： 1.采用標(biāo)么值可以簡(jiǎn)化各量的數(shù)值，并能直觀地看采用標(biāo)么值可以簡(jiǎn)化各量的數(shù)值，并能直觀地看出變壓器的運(yùn)行情況。出變壓器的運(yùn)行情況。 2.采用標(biāo)么值計(jì)算，原、副方各量均不需要折算采用標(biāo)么值計(jì)算，原、副方各量均不需要折算 3.用標(biāo)么值表示，電力變壓器的參數(shù)和性能指標(biāo)總用標(biāo)么值表示，電力變壓器的參數(shù)和性能指標(biāo)總在一定

41、的范圍之內(nèi)，便于分析比較。在一定的范圍之內(nèi)，便于分析比較。 例如短路阻抗例如短路阻抗Zk*=0.040.175，空載空載電流電流 I0*=0.020.10。 4.采用標(biāo)么值，某些不同的物理量具采用標(biāo)么值，某些不同的物理量具有相同的數(shù)值。有相同的數(shù)值。 Z k*=UKN*2.5 變壓器的運(yùn)行特性變壓器的運(yùn)行特性一、電壓變化率：一、電壓變化率：1、%100%100%100%1212222220NNNNNUUUUUUUUUU 這是電壓變化率的定義式計(jì)算公式這是電壓變化率的定義式計(jì)算公式 2、簡(jiǎn)化公式：通過(guò)向量圖的我們可以將電壓、簡(jiǎn)化公式：通過(guò)向量圖的我們可以將電壓變化率得求解公式進(jìn)行簡(jiǎn)化。變化率得求

42、解公式進(jìn)行簡(jiǎn)化。U= 100 =Rk*cos2+xk*sin2100% ：稱(chēng)為變壓器的負(fù)載系數(shù)稱(chēng)為變壓器的負(fù)載系數(shù) ，由此，當(dāng)由此，當(dāng)U1=U1N，cos 2 =常數(shù)時(shí)，我們可以作常數(shù)時(shí)，我們可以作出相應(yīng)的出相應(yīng)的U2隨著隨著I2變化的變化的U2=f(I2)曲線(xiàn)：曲線(xiàn)：UUUNN*1*2*1*2*1II 此曲線(xiàn)我們稱(chēng)之為變壓器的外特性。此曲線(xiàn)我們稱(chēng)之為變壓器的外特性。 此外，需要注意的是：當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)此外，需要注意的是：當(dāng)負(fù)載為感性時(shí) 上式說(shuō)明，電壓變化率與負(fù)載的大小上式說(shuō)明，電壓變化率與負(fù)載的大小 （值）成正比。在一定的負(fù)載系數(shù)下，（值）成正比。在一定的負(fù)載系數(shù)下， 漏漏阻抗（阻抗電壓）的

43、標(biāo)么值越大，電壓變阻抗（阻抗電壓）的標(biāo)么值越大，電壓變化率也越大。此外，電壓變化率還與負(fù)載化率也越大。此外，電壓變化率還與負(fù)載的性質(zhì)，即功率因角數(shù)的性質(zhì)，即功率因角數(shù) 2的大小和正的大小和正負(fù)有負(fù)有關(guān)。關(guān)。 二、變壓器的損耗和效率：二、變壓器的損耗和效率： 1、變壓器的功率關(guān)系：、變壓器的功率關(guān)系： 變壓器原邊從電網(wǎng)吸收電功率變壓器原邊從電網(wǎng)吸收電功率P1，其中很其中很小部分功率消耗在原繞組的電阻上小部分功率消耗在原繞組的電阻上(pcu1=mI12R1)和鐵心損耗上和鐵心損耗上(pFe=mI02Rm)。其余部分通過(guò)電磁感應(yīng)傳給副繞組，稱(chēng)為其余部分通過(guò)電磁感應(yīng)傳給副繞組，稱(chēng)為電磁功率電磁功率PM

44、。副繞組獲得的電磁功率中又副繞組獲得的電磁功率中又有很小部分消耗在副繞組的電阻上有很小部分消耗在副繞組的電阻上(pcu2=mI22R2)，其余的傳輸給負(fù)載，即輸其余的傳輸給負(fù)載，即輸出功率出功率:2222cosImUP 這樣，變壓器的功率關(guān)系可表示如下：這樣，變壓器的功率關(guān)系可表示如下：所以變壓器的效率為：所以變壓器的效率為：2、效率的求解：、效率的求解：1）以按給定負(fù)載條件直接給變壓器加負(fù)載，以按給定負(fù)載條件直接給變壓器加負(fù)載，測(cè)出輸出和輸入有功功率就可以計(jì)算出來(lái)。測(cè)出輸出和輸入有功功率就可以計(jì)算出來(lái)。這種方法稱(chēng)為直接負(fù)載法這種方法稱(chēng)為直接負(fù)載法 2211PpppPcuFecu%10011%

45、10012Ppppp 2）電力變壓器可以應(yīng)用間接法計(jì)算效率，電力變壓器可以應(yīng)用間接法計(jì)算效率， 間接法又稱(chēng)損耗分析法。間接法又稱(chēng)損耗分析法。其優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需給變壓其優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需給變壓器直接加負(fù)載，也無(wú)需運(yùn)用等效電路計(jì)算，器直接加負(fù)載，也無(wú)需運(yùn)用等效電路計(jì)算，只要只要進(jìn)行空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)，測(cè)出額定電壓時(shí)的空進(jìn)行空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)，測(cè)出額定電壓時(shí)的空載損耗載損耗p p0 0和額定電流時(shí)的短路損耗和額定電流時(shí)的短路損耗p pkNkN就可以方便就可以方便地計(jì)算出任意負(fù)載下的效率。地計(jì)算出任意負(fù)載下的效率。在應(yīng)用間接法求變壓器的效率時(shí)通常作如下假定：在應(yīng)用間接法求變壓器的效率時(shí)通常作如下假定： 1.忽略

46、變壓器空載運(yùn)行時(shí)的銅耗，用額定電壓下的忽略變壓器空載運(yùn)行時(shí)的銅耗，用額定電壓下的空載損耗空載損耗p0來(lái)代替鐵耗來(lái)代替鐵耗pFe，即即pFe=p0，它不隨負(fù)它不隨負(fù)載大小而變化，稱(chēng)為不變損耗；載大小而變化，稱(chēng)為不變損耗； 2.忽略短路試驗(yàn)時(shí)的鐵耗，用額定電流時(shí)的短路忽略短路試驗(yàn)時(shí)的鐵耗，用額定電流時(shí)的短路損耗損耗pkN來(lái)代替額定電流時(shí)的銅耗。但需要注意的來(lái)代替額定電流時(shí)的銅耗。但需要注意的是：是： 不同負(fù)載時(shí)的銅耗與負(fù)載系數(shù)的平方成正不同負(fù)載時(shí)的銅耗與負(fù)載系數(shù)的平方成正比，比，當(dāng)短路損耗當(dāng)短路損耗pk不是在不是在IK=IN時(shí)測(cè)的，則時(shí)測(cè)的，則pkN=(IN/IK)2PK。3. 不考慮變壓器副邊電

47、壓的變化，即認(rèn)為不考慮變壓器副邊電壓的變化，即認(rèn)為U2=U2N不變，這樣便有不變，這樣便有P2=mU2I2 cos2=mU2NI2N(I2/I2N)cos2 = SN cos 2 kNcupp2 這樣，效率的公式可變?yōu)椋哼@樣，效率的公式可變?yōu)椋?= *100% 以上的假定引起的誤差不大（不超過(guò)以上的假定引起的誤差不大（不超過(guò)0.5），卻給計(jì)算帶來(lái)很大方便，電力變壓），卻給計(jì)算帶來(lái)很大方便，電力變壓器規(guī)定都用這種方法來(lái)計(jì)算效率。器規(guī)定都用這種方法來(lái)計(jì)算效率。3.3.效率特性：效率特性： 上式說(shuō)明，當(dāng)負(fù)載的功率因數(shù)上式說(shuō)明，當(dāng)負(fù)載的功率因數(shù)cos 2一定一定時(shí)，效率隨負(fù)載系數(shù)而變化。圖為變壓器時(shí)，

48、效率隨負(fù)載系數(shù)而變化。圖為變壓器的效率曲線(xiàn)。的效率曲線(xiàn)。 ppSppkNNkN20220cos1 特性分析：特性分析： 1.空載時(shí)輸出功率為零，所以空載時(shí)輸出功率為零，所以=0。 2.負(fù)載較小時(shí)，損耗相對(duì)較大，功率負(fù)載較小時(shí)，損耗相對(duì)較大，功率較低。較低。 3.負(fù)載增加，效率負(fù)載增加，效率亦隨之增加。超過(guò)某一亦隨之增加。超過(guò)某一負(fù)載時(shí)，因銅耗與成正比增大，效率負(fù)載時(shí)，因銅耗與成正比增大，效率反而反而降低，最大效率降低，最大效率出現(xiàn)在出現(xiàn)在 =0的地方。因此，的地方。因此，取取對(duì)對(duì)的導(dǎo)數(shù)，并令其等于零，即可求出的導(dǎo)數(shù)，并令其等于零，即可求出最高效率最高效率max時(shí)的負(fù)載系數(shù)時(shí)的負(fù)載系數(shù)m m=d

49、d= ppkN0 max= 100 即當(dāng)不變損耗（鐵耗）等于可變損耗（銅耗）即當(dāng)不變損耗（鐵耗）等于可變損耗（銅耗）時(shí)效率最大。時(shí)效率最大。由于變壓器總是在額定電壓下運(yùn)行，但不可由于變壓器總是在額定電壓下運(yùn)行，但不可能長(zhǎng)期滿(mǎn)負(fù)載。為了提高運(yùn)行的經(jīng)能長(zhǎng)期滿(mǎn)負(fù)載。為了提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，濟(jì)性，通常設(shè)計(jì)成通常設(shè)計(jì)成m=0.50.6，這樣，這樣，使鐵耗較小使鐵耗較小pSpNm0202cos2141310ppkN 第第3 3章章 三三 相相 變變 壓壓 器器 現(xiàn)代電力系統(tǒng)都采用三相制，故三相變壓現(xiàn)代電力系統(tǒng)都采用三相制，故三相變壓器使用最廣泛。器使用最廣泛。但三相變壓器也有其特殊但三相變壓器也有其特殊的問(wèn)

50、題需要研究，例如三相變壓器的磁路的問(wèn)題需要研究，例如三相變壓器的磁路系統(tǒng)、三相變壓器繞組的連接方法和聯(lián)結(jié)系統(tǒng)、三相變壓器繞組的連接方法和聯(lián)結(jié)組、三相變壓器空載電動(dòng)勢(shì)的波形和三相組、三相變壓器空載電動(dòng)勢(shì)的波形和三相變壓器的不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行等。此外，變壓器的變壓器的不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行等。此外，變壓器的并聯(lián)運(yùn)行也放在本章討論。并聯(lián)運(yùn)行也放在本章討論。 3.1 3.1 三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相變壓器的磁路系統(tǒng)可分為各相磁路獨(dú)立可分為各相磁路獨(dú)立和各相磁路相關(guān)兩大類(lèi)。和各相磁路相關(guān)兩大類(lèi)。一、各相磁路獨(dú)立一、各相磁路獨(dú)立:三相變壓器組或組式三相變壓器三相變壓器組或組式三相變壓器

51、,如圖所示如圖所示 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1.顯然各相磁路相互獨(dú)立彼此無(wú)關(guān)顯然各相磁路相互獨(dú)立彼此無(wú)關(guān) 2.當(dāng)原方接三相對(duì)稱(chēng)電源時(shí)，各相主當(dāng)原方接三相對(duì)稱(chēng)電源時(shí)，各相主磁通和勵(lì)磁電源也是對(duì)稱(chēng)的。磁通和勵(lì)磁電源也是對(duì)稱(chēng)的。二、各相磁路相關(guān)：二、各相磁路相關(guān)：如圖所示，如圖所示， 可見(jiàn)，此時(shí)的各相磁通之間是相互聯(lián)可見(jiàn)，此時(shí)的各相磁通之間是相互聯(lián)系的，即：系的，即： 特點(diǎn)：特點(diǎn)：在這種鐵心結(jié)構(gòu)的變壓器中，任在這種鐵心結(jié)構(gòu)的變壓器中，任一瞬間某一一瞬間某一相的磁通均以其他兩相鐵心相的磁通均以其他兩相鐵心為回路，因此各相磁路彼此相關(guān)聯(lián)。為回路，因此各相磁路彼此相關(guān)聯(lián)。 .0CBA3.2三相變壓器的電路系統(tǒng)三相變壓

52、器的電路系統(tǒng)-繞組的連接法與聯(lián)繞組的連接法與聯(lián)結(jié)組結(jié)組一、繞組的端點(diǎn)標(biāo)志與極性：一、繞組的端點(diǎn)標(biāo)志與極性： 首先，我們來(lái)了解一下變壓器出線(xiàn)端的標(biāo)首先，我們來(lái)了解一下變壓器出線(xiàn)端的標(biāo)志符號(hào)：志符號(hào)：繞組名繞組名 單相變壓器單相變壓器三相變壓器三相變壓器首首 端端末末 端端首首 端端末末 端端中中 點(diǎn)點(diǎn)高壓繞組高壓繞組AXA B CX Y ZN低壓繞組低壓繞組ax a b c x y zn中壓繞組中壓繞組NmXmCBAmmmZYXmmmmA 同極性同極性(名名)端端：由于變壓器高、低壓繞組交鏈著由于變壓器高、低壓繞組交鏈著同一主磁通，當(dāng)某一瞬間高壓繞組的某一端為正同一主磁通，當(dāng)某一瞬間高壓繞組的某

53、一端為正電位時(shí)，在低壓繞組上必有一個(gè)端點(diǎn)的電位也為電位時(shí)，在低壓繞組上必有一個(gè)端點(diǎn)的電位也為正，則這兩個(gè)對(duì)應(yīng)的端點(diǎn)稱(chēng)為同極性端，并在對(duì)正，則這兩個(gè)對(duì)應(yīng)的端點(diǎn)稱(chēng)為同極性端，并在對(duì)應(yīng)的端點(diǎn)上用符號(hào)應(yīng)的端點(diǎn)上用符號(hào)“”標(biāo)出。標(biāo)出。注意：注意：繞組的極性只決定于繞組的繞向，與繞組首、繞組的極性只決定于繞組的繞向，與繞組首、尾端的標(biāo)志無(wú)關(guān)。尾端的標(biāo)志無(wú)關(guān)。規(guī)定繞組電動(dòng)勢(shì)的正方向?yàn)閺囊?guī)定繞組電動(dòng)勢(shì)的正方向?yàn)閺氖锥酥赶蚰┒?。?dāng)同一鐵心柱上高、低壓繞組首首端指向末端。當(dāng)同一鐵心柱上高、低壓繞組首端的極性相同時(shí)，其電動(dòng)勢(shì)相位相同，如圖所示。端的極性相同時(shí)，其電動(dòng)勢(shì)相位相同，如圖所示。當(dāng)首端極性不同時(shí)，高、低壓繞

54、組電動(dòng)勢(shì)相位相當(dāng)首端極性不同時(shí)，高、低壓繞組電動(dòng)勢(shì)相位相反，如圖：反，如圖： 二、單相變壓器的聯(lián)結(jié)組二、單相變壓器的聯(lián)結(jié)組： 1 1、變壓器的聯(lián)結(jié)組：三相變壓器高、低壓繞組對(duì)、變壓器的聯(lián)結(jié)組：三相變壓器高、低壓繞組對(duì)應(yīng)的應(yīng)的線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)之間的相位差，通常用時(shí)鐘法來(lái)表之間的相位差，通常用時(shí)鐘法來(lái)表示，稱(chēng)為變壓器的聯(lián)結(jié)組。示，稱(chēng)為變壓器的聯(lián)結(jié)組。 2 2、時(shí)鐘法：時(shí)鐘法：即把高壓繞組的線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)相量作為時(shí)即把高壓繞組的線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)相量作為時(shí)鐘的長(zhǎng)針，且固定指向鐘的長(zhǎng)針，且固定指向1212的位置，對(duì)應(yīng)的低壓繞的位置，對(duì)應(yīng)的低壓繞組的線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)相量作為時(shí)鐘的短針，其所指的鐘組的線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)相量作為時(shí)鐘的短針，

55、其所指的鐘點(diǎn)數(shù)就是變壓器聯(lián)結(jié)組的標(biāo)號(hào)。點(diǎn)數(shù)就是變壓器聯(lián)結(jié)組的標(biāo)號(hào)。3、單相變壓器的聯(lián)結(jié)組號(hào)：、單相變壓器的聯(lián)結(jié)組號(hào)： 如圖所示：如圖所示：對(duì)于單相變壓器，當(dāng)高、低壓繞組電對(duì)于單相變壓器，當(dāng)高、低壓繞組電動(dòng)勢(shì)相位相同時(shí)，聯(lián)結(jié)組為動(dòng)勢(shì)相位相同時(shí)，聯(lián)結(jié)組為I I，I0I0，其中其中I I，I I表示表示高、低壓繞組都是單相繞組。當(dāng)高、低壓繞組電高、低壓繞組都是單相繞組。當(dāng)高、低壓繞組電動(dòng)勢(shì)相位相反時(shí)，其聯(lián)結(jié)組為動(dòng)勢(shì)相位相反時(shí)，其聯(lián)結(jié)組為I I，I6I6。 三、三相繞組的聯(lián)結(jié)方式：三、三相繞組的聯(lián)結(jié)方式： 對(duì)于三相變壓器，不論是高壓繞組還是低壓繞對(duì)于三相變壓器，不論是高壓繞組還是低壓繞組，組， 我國(guó)主

56、要采用我國(guó)主要采用星形連接（星形連接（Y連接）和三角形連接）和三角形連接（連接（D連接）兩種。連接）兩種。星形連接方式：星形連接方式：以高壓繞組為例，把三相繞組的以高壓繞組為例，把三相繞組的個(gè)末端個(gè)末端X、Y、Z連在一起，結(jié)成中點(diǎn)，而把它們連在一起，結(jié)成中點(diǎn)，而把它們的三個(gè)首端的三個(gè)首端A、B、C引出，便是星形連接，以符引出，便是星形連接，以符號(hào)號(hào)Y表示。表示。三角形連接方式：三角形連接方式：如果把一相的末端和另一相首端如果把一相的末端和另一相首端連接起來(lái)，順序形成一閉合電路，稱(chēng)為三角形連連接起來(lái)，順序形成一閉合電路，稱(chēng)為三角形連接，用接，用D D表示。表示。注意：相應(yīng)的是對(duì)于低壓側(cè)而言，用注

57、意：相應(yīng)的是對(duì)于低壓側(cè)而言，用 y,dy,d表示。表示。 四、三相變壓器的聯(lián)結(jié)組：四、三相變壓器的聯(lián)結(jié)組： 三相變壓器的聯(lián)結(jié)組三相變壓器的聯(lián)結(jié)組高、低繞組對(duì)高、低繞組對(duì)應(yīng)線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)之間的相位差，不僅與繞組的應(yīng)線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)之間的相位差，不僅與繞組的極性（繞法）和首末端的標(biāo)志有關(guān)，而且極性（繞法）和首末端的標(biāo)志有關(guān)，而且與繞組的連接方式有關(guān)與繞組的連接方式有關(guān)。 1、Y，y接法 如圖所示： 當(dāng)各相繞組同鐵心柱時(shí)，當(dāng)各相繞組同鐵心柱時(shí)，Y，y接法有兩接法有兩種情況。種情況。 1 1）、）、高、低壓繞組同極性端有相同的首高、低壓繞組同極性端有相同的首端標(biāo)志，高、低壓繞組相電動(dòng)勢(shì)相位相同，端標(biāo)志，高、低壓繞組

58、相電動(dòng)勢(shì)相位相同，則高、低壓繞組對(duì)應(yīng)線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)和也同相位，則高、低壓繞組對(duì)應(yīng)線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)和也同相位，其聯(lián)結(jié)組為其聯(lián)結(jié)組為Y，y0。 2）、同極性端有相異的端點(diǎn)標(biāo)志，高、）、同極性端有相異的端點(diǎn)標(biāo)志，高、低壓繞組相電動(dòng)勢(shì)相位相反，則對(duì)應(yīng)的線(xiàn)低壓繞組相電動(dòng)勢(shì)相位相反，則對(duì)應(yīng)的線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)和相位也相反，因此其聯(lián)結(jié)組為電動(dòng)勢(shì)和相位也相反，因此其聯(lián)結(jié)組為Y，y6。 如果高低繞組的三相標(biāo)記不變，將低壓繞如果高低繞組的三相標(biāo)記不變，將低壓繞組的三相標(biāo)記依次輪換，如組的三相標(biāo)記依次輪換，如ba，cb，ac；yx，zy，xz，則可得到其他則可得到其他聯(lián)結(jié)組別，例如聯(lián)結(jié)組別，例如Y，y4；Y，y8；Y，y10；Y，y2等偶

59、數(shù)聯(lián)結(jié)組。等偶數(shù)聯(lián)結(jié)組。 2、Y，d接法接法 在用相量圖判斷變壓器的聯(lián)結(jié)組時(shí)應(yīng)注意在用相量圖判斷變壓器的聯(lián)結(jié)組時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：以下幾點(diǎn)：1）繞組的極性只表示繞組的繞法，與繞組首末端）繞組的極性只表示繞組的繞法，與繞組首末端的標(biāo)志無(wú)關(guān)；的標(biāo)志無(wú)關(guān)；2）高、低壓繞組的相電動(dòng)勢(shì)均從首端指向末端，）高、低壓繞組的相電動(dòng)勢(shì)均從首端指向末端，線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)從線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)從A指向指向B； 3）同一鐵心柱上的繞組（在連接圖中為上下對(duì)應(yīng)同一鐵心柱上的繞組（在連接圖中為上下對(duì)應(yīng)的繞組），首端為同極性時(shí)相電動(dòng)勢(shì)相位相同，的繞組），首端為同極性時(shí)相電動(dòng)勢(shì)相位相同，首端為異極性時(shí)相電動(dòng)勢(shì)相位相反；首端為異極性時(shí)相電動(dòng)勢(shì)相位相反

60、；4）相量圖中）相量圖中A、B、C與與a、b、c的排列順序必須同的排列順序必須同為為順時(shí)針順時(shí)針排列，即原、副方同為正相序。排列，即原、副方同為正相序。 5)對(duì)于對(duì)于Y,y連接而言連接而言,可的可的0,2,4,6,8,10六個(gè)六個(gè)偶數(shù)的聯(lián)結(jié)組號(hào)偶數(shù)的聯(lián)結(jié)組號(hào). 相對(duì)于相對(duì)于Y,d而言而言,就可的就可的1,3,5,7,9,11六個(gè)奇六個(gè)奇數(shù)的聯(lián)結(jié)組號(hào)數(shù)的聯(lián)結(jié)組號(hào). 5、標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組：、標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組： 總的來(lái)說(shuō)，Y，y接法和D，d接法可以有0、2、4、6、8、10等6個(gè)偶數(shù)聯(lián)結(jié)組別，Y，d接法和D，d接法可以有1、3、5、7、9、11等6個(gè)奇數(shù)組別，因此三相變壓器共有12個(gè)不同的聯(lián)結(jié)組別。為了使用和制