變壓器工作原理PPT課件

1、 變壓器是一種靜止電器,它通過線圈間的電磁感應,將一種電壓等級的交流電能轉換成同頻率的另一種電壓等級的交流電能。確切地說，它具有變壓、變流、變換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)電機發(fā)出的電壓升高后進行遠距離輸電，到達目的地以后再用變壓器把電壓降低供用戶使用； 在實驗室用自耦變壓器改變電源電壓； 在測量上利用儀用變壓器擴大對交流電壓、電流的測量范圍； 在電子設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，但其基本結構和工作原理是相同的。第1頁/共93頁第一節(jié) 變壓器的工作原理、分類及結構第2頁/共9

2、3頁一、變壓器的基本結構 鐵心由鐵心柱和鐵軛兩部分組成。變壓器的主磁路，為了提高導磁性能和減少鐵損，用厚為0.35-0.5mm、表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊成。 變壓器的基本結構分為四個部分：鐵心變壓器的磁路；繞組變壓器的電路；絕緣結構；油箱等其它部分。（一）鐵心 變壓器的鐵心中，每片硅鋼片為拼接片。在疊片時，采用疊接式，即將上下兩層疊片的接縫錯開，可縮小接縫間隙，以減小勵磁電流。如下圖所示。鐵軛鐵心柱第3頁/共93頁第4頁/共93頁 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，如圖3-6所示。 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

3、。（二）繞組 鐵軛的截面有矩形及階梯形的，如圖3-7所示，其截面一般比鐵心柱截面大（510）%，以減小空載電流和空載損耗。 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。 當采用冷軋硅鋼片時，應用斜切鋼片的疊裝方法，可提高導磁系數(shù)，降低損耗，如圖3-5所示。第5頁/共93頁1U2U1u2u一次側接電源二次側接負載 如下圖所示有兩組：一個繞組與電源相連，稱為一次繞組（或原繞組），這一側稱為一次側（或原邊）；另一個繞組與負載相連，稱為二次繞組（或副繞組），這一側稱為二次側（或副邊）。第6頁/共93頁同心式繞組交迭式繞組 對于三相變壓器，根據(jù)兩組繞組的相對位置，

4、繞組可分為同心式和交疊式兩種，如以下兩圖所示。第7頁/共93頁 根據(jù)繞組和鐵心的相對位置，變壓器有殼式結構和心式結構兩種，如以下兩圖所示。（三）其它結構部件 如下圖所示，油浸式電力變壓器的結構中還包括油箱、絕緣套管、儲油柜、安全氣道等。第8頁/共93頁第9頁/共93頁二、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。 按鐵心結構分：心式變壓器和殼式變壓器。 按調壓方式分：無勵磁調壓變壓器和有載調壓變壓器。 按冷卻介質和冷卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓

5、器。 我國變壓器的主要系列：SJL1（三相油浸鋁線電力變壓器）、SEL1（三相強油風冷鋁線電力變壓器）、SFPSL1（三相強油風冷三線圈鋁線電力變壓器）、SWPO（三相強油水冷自耦電力變壓器）等。 按容量分：小型、中型、大型和特大型變壓器。第10頁/共93頁連接發(fā)電機與電網(wǎng)的升壓變壓器連接發(fā)電機的封閉母線 與電網(wǎng)相連的高壓出線端第11頁/共93頁三相干式變壓器接觸調壓器第12頁/共93頁電源變壓器環(huán)形變壓器控制變壓器第13頁/共93頁三、變壓器的工作原理 變壓器的主要部件是一個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，產生交鏈一、二次繞組的交變磁通，在兩繞

6、組中分別感應電動勢e1、e2。根據(jù)電磁感應定律可寫出電動勢的瞬時方程式：1212de= - Ndtde= - Ndt1U2U1u2uLZ1u1i1e2e2u2i 只要：(1)磁通有變化量;(2)一、二次繞組的匝數(shù)不同，就能達到改變電壓的目的。第14頁/共93頁四、變壓器的額定值指銘牌規(guī)定的額定使用條件下所能輸出的視在功率。是輸出能力保證值。額定容量NS (kVA)指長期運行時所能承受的工作電壓，單位：V、KV。額定電壓12NNU/ U(kV )指在額定容量下，變壓器在連續(xù)運行時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。額定電流12NNI/ I( A )單位：VA、KVA、MVA其實

7、際輸出功率取決于負載的大小和性質，即P=Scos。 U1N是指根據(jù)絕緣強度和允許發(fā)熱所規(guī)定的應加在一次繞組上的正常電壓有效值。 U2N是指一次側加額定電壓時二次側的開路電壓。 在三相變壓器中額定電壓為線電壓。單位：A第15頁/共93頁 此外，額定值還有效率、溫升等。除額定值外，銘牌上還標有變壓器的相數(shù)、聯(lián)結組和接線圖、短路電壓（或短路阻抗）的標么值、變壓器的運行方式及冷卻方式等。三者關系：1122112233NNNNNNNNNNSUIUISUIUI單相：三相：額定頻率fN指電源頻率，我國規(guī)定標準工頻為50Hz。 為考慮運輸，有時銘牌上還標有變壓器的總重、油重、器身重量和外形尺寸等附屬數(shù)據(jù)。第1

8、6頁/共93頁第二節(jié) 變壓器的空載運行第17頁/共93頁一、空載運行時的物理情況 變壓器的空載運行是指變壓器一次繞組接在額定電壓的交流電源上，而二次繞組開路時的工作情況。1U2U1u2uu1i0主磁通 當變壓器的一次繞組加上交流電壓u1時，一次繞組內便有一個交變電流i0（即空載電流）流過,并建立交變磁場。N1N21漏磁通 根據(jù)電磁感應原理，分別在一、二次繞組產生電動勢e1、e1和e2。e1e1e2i2=0u02第18頁/共93頁 根據(jù)基爾霍夫電壓定律，按上圖所示電壓、電流和電動勢的正方向，可寫出一、二次繞組的電動勢方程式為：u1=i0R1-e1-e1i0R1+N1d/dt u02=e2=N2d

9、/dt 在一般變壓器中，電阻壓降i0R1很小，僅占一次繞組電壓的0.1%以下，故可近似認為u1e1。tsinm設0011112-9090mmdeNfN sin(t)Esin()dtt 則114.44mEfN 有效值同理，e2=2fN2msin(t-90)=E2msin（t-90）有效值 E2=4.44fN2m1.EmfNj144.42.EmfNj244.4相量表達式第19頁/共93頁因此，可得出：E1/E2=N1/N2U1/U2=k定義112112022NNUUENkENUU 式中k為變壓器的電壓比，即變比。根據(jù)主電動勢e1的分析方法，同樣有1114.44mEjfN 1114.44EfN 漏電

10、動勢也可以用漏抗壓降來表示，即11001EjL IjI X 由于漏磁通主要經過非鐵磁路徑,磁路不飽和,故磁阻很大且為常數(shù),所以漏電抗 很小且為常數(shù),它不隨電源電壓負載情況而變.1XK1變壓器為降壓變壓器；K1變壓器為升壓變壓器。第20頁/共93頁（1）一次側電動勢平衡方程變壓器空載運行時電動勢平衡方程：1114.44mUEfN 220EU忽略很小的漏阻抗壓降，并寫成有效值形式，有11114.444.44mEUfNfN則重要公式 可見，影響主磁通大小的因素有電源電壓和頻率，以及一次線圈的匝數(shù)。（2）二次側電動勢平衡方程10111RIEEU101111001ZIxjREEIIU第21頁/共93頁二

11、、空載電流和空載損耗1. 作用與組成（一）空載電流空載電流i0包含兩個分量：2、性質和大小性質：由于空載電流的無功分量遠大于有功分量，所以空載電流主要是感性無功性質也稱勵磁電流。 另一個是鐵損耗分量iFe,稱為鐵耗電流，主要作用是供鐵損耗（磁滯損耗和渦流損耗），超前于主磁通90度，即與E1反相。 一個是勵磁分量(無功分量) i，稱為磁化電流，作用是建立磁場，與主磁通同相；大?。号c電源電壓和頻率、線圈匝數(shù)、磁路材質及幾何尺寸有關，用空載電流百分數(shù)I0%來表示：00N100II %I第22頁/共93頁與兩個分量的相量關系：I0=I+IFE 通常IFE10%I0，故I0I3、空載電流波形由于磁路飽和

12、，空載電流與由它產生的主磁通呈非線性關系。因此，當主磁通按正弦規(guī)律變化時，空載電流呈尖頂波形。實際空載電流為非正弦波，但為了分析、計算和測量的方便，在相量圖和計算式中常用正弦的電流代替實際的空載電流。t0i3211230i第23頁/共93頁（二）空載損耗 空載損耗約占額定容量的0.2%1%，而且隨變壓器容量的增大而下降。為減少空載損耗，改進設計結構的方向是采用優(yōu)質鐵磁材料：優(yōu)質硅鋼片、激光化硅鋼片或應用非晶態(tài)合金。 變壓器空載運行時，一次繞組從電源中吸取了少量的電功率P0，主要用來補償鐵心中的鐵耗以及少量的繞組銅耗，可認為P0 pFe。第24頁/共93頁三、空載時的相量圖和等效電路1、相量圖（

13、1）以 為參考相量mm（2） 與 同相， 超前 ，mar0III00090aI0rI0aI0rI00I101111001ZIxjREEIIU可作出變壓器空載時的相量圖：根據(jù)一次側電動勢平衡方程：二次側電動勢平衡方程：220EU1E（3） 滯后 ， ；090m21E,E1E1E2E1001XI j,IR（4）10XI j01IR1U（5）1U第25頁/共93頁2、等效電路其中一個是沒有鐵心的線圈，其阻抗為Z =R1+jX ; 另一個是帶有鐵心的線圈，其阻抗為Zm=Rm+jXm 11由公式： 可知101111001ZIxjREEIIU空載變壓器可以看作是兩個電抗線圈串聯(lián)的電路。第26頁/共93頁1

14、00mmmEI (RjX)I Z 即一次側的電動勢平衡方程為01101011I)jX(RI)jX(RZIEUmmmmmZ,X,R勵磁電阻、勵磁電抗、勵磁阻抗。由于磁路具有飽和特性，所以 不是常數(shù)，隨磁路飽和程度增大而減小。mmmjXRZ11XX,RRmm由于 ，所以有時忽略漏阻抗，空載等效電路只是一個 元件的電路。在 一定的情況下， 大小取決于 的大小。從運行角度講，希望 越小越好，所以變壓器常采用高導磁材料，增大 ，減小 ，提高運行效率和功率因數(shù)。 mZmZ0I0ImZ1U0I第27頁/共93頁空載運行小結（1）感應電動勢E的大小與電源頻率f、繞組匝數(shù)N及鐵心中主磁通的最大值m 成正比，在相

15、位上滯后產生它的主磁通90度。而主磁通的大小由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝數(shù)決定，與磁路所用材料的性質及幾何尺寸基本無關。（3）空載電流大小與主磁通、線圈匝數(shù)及磁路的磁阻有關。鐵心的飽和程度越高，則磁導率越低，勵磁電抗越小，空載電流越大。因此要合理選擇鐵心截面，使磁通密度Bm為最大。（4）鐵心所用材料的導磁性能越好，則勵磁電抗越大，空載電流越小。因此變壓器的鐵心均用高導磁的材料硅鋼片疊成。（2）電抗是交變磁通所感應的電動勢與產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。（5）氣隙對空載電流影響很大，氣隙越大，空載電流越大。因此要嚴格控制鐵心疊片接

16、縫之間的氣隙。第28頁/共93頁第三節(jié) 變壓器的負載運行第29頁/共93頁一、負載運行時的物理情況 變壓器一次側接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次接上負載的運行狀態(tài)，稱為負載運行。AXaxLZ1U1Im11E1E2E2U2I22E第30頁/共93頁用圖示負載運行時的電磁過程1U1I2I2U11 1FN I22 2FN I01 0FN I01E2E11E22E11IR22IR二、負載運行時的基本方程式（一）磁動勢平衡方程式:,U,U.FF;F,因因此此有有磁磁動動勢勢平平衡衡方方程程大大小小基基本本不不變變由由空空載載到到負負載載不不變變保保持持只只要要大大小小主主要要取取決決于于共共同同

17、作作用用產產生生次次磁磁動動勢勢和和二二負負載載時時一一次次磁磁動動勢勢產產生生主主磁磁通通一一次次磁磁動動勢勢空空載載時時011002100第31頁/共93頁120FFF或112210N IN IN I用電流形式表示LII)kI(II)NN(II102021201。,I;,I:L作用它起平衡二次磁動勢的另一個是負載分量產生主磁通它用來一個是勵磁電流兩個分量變壓器的一次電流包括表明10 電磁關系將一、二次聯(lián)系起來,二次電流增加或減少必然引起一次電流的增加或減少.負載運行時,忽略空載電流有:1221211或NNkIIkII表明，一、二次電流比近似與匝數(shù)成反比?？梢姡褦?shù)不同，不僅能改變電壓，同時

18、也能改變電流。第32頁/共93頁（二）電動勢平衡方程式根據(jù)基爾霍夫定律可得:11.1.111.1.1.)(ZIEjxRIEU22.2.222.2.2.)(ZIEjxRIEU或 LZIU2.2.綜上所述，變壓器負載運行方程式總結為:2.1.m0.1.22.2.2.11.1.1.10.22.11.EKEZEZEUZEUIIINININI第33頁/共93頁第四節(jié) 變壓器的等效電路及相量圖第34頁/共93頁一、繞組折算 由于變壓器一、二次側繞組的匝數(shù)為由于變壓器一、二次側繞組的匝數(shù)為，繞，繞組的感應電動勢組的感應電動勢1 12 2，這就給分析變壓器的工作特性和，這就給分析變壓器的工作特性和繪制相量圖增

19、加了困難。為了克服這個困難，常用一假想繪制相量圖增加了困難。為了克服這個困難，常用一假想的繞組來代替其中一個繞組，使之成為變比的繞組來代替其中一個繞組，使之成為變比k=k=的變壓器，的變壓器，這樣就可以把一、二次側繞組聯(lián)成一個等效電路，從而大這樣就可以把一、二次側繞組聯(lián)成一個等效電路，從而大大簡化變壓器的分析計算。這種方法稱為繞組折算。折算大簡化變壓器的分析計算。這種方法稱為繞組折算。折算后的量在原來的符號上加一個上標號后的量在原來的符號上加一個上標號“”以示區(qū)別。折算以示區(qū)別。折算只是人為地處理問題的方法，它不會改變變壓器運行時的只是人為地處理問題的方法，它不會改變變壓器運行時的電磁本質。電

20、磁本質。 需要注意的一點是：習慣上，我們都是將變壓器二次側數(shù)據(jù)折算到一次測。（一）二次側電動勢和電壓的折算值 由于折算后的二次繞組和一次繞組有相同的匝數(shù)，根據(jù)電動勢與匝數(shù)成正比的關系可得：第35頁/共93頁122212222EKEEkNNNNEE（二）二次側電流的折算值 根據(jù)折算前后一二次繞組磁動勢不變的原則，可得：2221ININkIINNI22212（三）二次側阻抗的折算值 根據(jù)折算前后二次繞組的銅損耗不變的原則，可得：第36頁/共93頁22)22(22222222)22(22222)22(2ZkjxRkjxRZxkxIIxRkRIIR為：所以，漏阻抗的折算值功損耗不變，得由折算前后漏磁通

21、及無負載阻抗的折算值：LLZIkkUIUZk212222第37頁/共93頁二、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。T型等效電路：1R1X2R2XmRmX1U2ULZ2I1I0I近似等效電路1R1X2R2X21IIL1I1U2ULZ第38頁/共93頁簡化等效電路：1U2ULZ2II1SRSX其中121SS2SSSRRRXXXZRjX分別稱為短路電阻、短路電抗和短路阻抗。 由簡化等效電路可知，短路阻抗起限制短路電流的作用，由于短路阻抗值很小，所以變壓器的短路電流值較大，一般可達額定電流的1020倍。第39頁/共93頁三、變壓器負載時的相量圖作相量圖的步驟對應T型等效電路， 假定變壓

22、器帶感性負載。21 U)22 I ) 223RI )224IXj )12) 5EE0190)6Em超前0)7 I)() 8201III1)9E11)10RI11)11IjX1)12 U第40頁/共93頁作相量圖的步驟（假定帶感性負載）對應簡化等效電路由等效電路可知212112212SSUI ZIIUUI RjX I 根據(jù)方程可作出簡化相量圖21II2USRI1SXI j11U2第41頁/共93頁第五節(jié) 變壓器參數(shù)的測定和標么值第42頁/共93頁一、空載試驗（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、空載電流百分數(shù)、鐵損和勵磁阻抗。（二）接線圖：WAVV*（三）要求及分析：1

23、）為了便于測量和安全，通常在低壓側加電壓，高壓側開路；曲曲線線和和畫畫出出和和測測出出向向調調節(jié)節(jié)范范圍圍內內單單方方在在電電壓壓)U(fP)U(fI,PI,U,U.U)N1010002012102 FepP,XR) 0113即即和和忽忽略略201001100NNUkUII %I4）求出參數(shù)1002022NmmmmmUZIPRIXZR第43頁/共93頁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。二、短路試驗（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數(shù)、銅損和

24、短路阻抗。（二）接線圖：WAV*（三）要求及分析：1）高壓側加電壓，低壓側短路；;)U(fP)U(fI,PI ,U,I.I,)SSSSSSSNS曲曲線線和和畫畫出出和和測測出出對對應應的的范范圍圍內內變變化化在在讓讓短短路路電電流流通通過過調調節(jié)節(jié)電電壓壓 31023）同時記錄實驗室的室溫；第44頁/共93頁4）由于外加電壓很小，主磁通很少，鐵損耗很少，忽略鐵損，認為：CuSpP5）參數(shù)計算數(shù)據(jù)結果：在短路情況下， 短路阻抗： 短路電阻： 短路電抗： RkZkXkIpRIUZNkkNkk22121第45頁/共93頁6）溫度折算：電阻應換算到基準工作溫度時的數(shù)值。Rk75 =Rk （對銅線而言）

25、 Rk75 = Rk （對鋁線而言）2357523522875228Zk75 =xRC22750短路損耗和短路電壓也應換算到75的值 PkN = I2N1 Rk75 UkN = IN1 Zk75 注意：另外由于實驗是在高壓側進行的，故得到的實驗參數(shù)是高壓側的數(shù)據(jù)，不用再向高壓測折算。第46頁/共93頁7）對三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值；三、標么值 在工程計算中，各物理量往往不用實際值表示，而采用相應的標幺值來進行表示，通常取各量的額定值作為基值，利用公式:標么值=實際值/基值計算，各物理量的標幺值都用在其右上角加“*”表示。例如：111*NUUU111*NIII標幺值經常作為

26、重要參數(shù)標注在變壓器的銘牌上。第47頁/共93頁采用標幺值的優(yōu)點： 1.采用標么值可以簡化各量的數(shù)值，并能直觀地看出變壓器的運行情況。用標么值表示，電力變壓器的參數(shù)和性能指標總在一定的范圍之內，便于分析比較。 2.采用標么值表示時，高、低壓側的阻抗標么值都是相等的，不需要折算 ，例如： 。21*ZZ標么值沒有單位，物理意義不明確。缺點：第48頁/共93頁第六節(jié) 變壓器的運行特性第49頁/共93頁一、變壓器的電壓調整率和外特性1)電壓調整率 是指當一次側接在額定電壓的電網(wǎng)上，負載的功率因數(shù)為常數(shù)時，空載與負載時二次側端電壓變化的相對值，用U*表示。即：UUUNNU121*%100)sin*cos

27、*(*221kkXRIU 電壓調整率是表征變壓器運行性能的重要指標之一,它大小反映了供電電壓的穩(wěn)定性。 由表達式可知，電壓調整率的大小與負載大小、性質及變壓器的本身參數(shù)有關。用相量圖可以推導出電壓變化率的表達式：第50頁/共93頁2)變壓器的外特性.),I(fU,特特性性稱稱為為變變壓壓器器的的外外即即規(guī)規(guī)律律變變化化的的二二次次端端電電壓壓隨隨負負載載電電流流定定時時因因數(shù)數(shù)一一當當電電源源電電壓壓和和負負載載功功率率22 變壓器在負載運行中，隨著負載的增加，負載電流隨之增加，一、二次繞組上的電阻壓降及漏磁電動勢都隨之增加，二次繞組的端電壓U2將會降低。*2U)(*2I1.001.01cos

28、28 . 0cos28 . 0)cos(2.,UcosRsinX.,U,)(;,U,)()(*s*s次次電電壓壓比比空空載載時時高高說說明明二二為為負負值值時時當當也也可可能能為為負負值值能能為為正正可可時時帶帶阻阻容容性性負負載載時時低低這這時時二二次次端端電電壓壓比比空空載載正正值值為為時時和和阻阻感感性性負負載載當當變變壓壓器器帶帶阻阻性性負負載載22222000 第51頁/共93頁3)電壓調整 為了保證二次端電壓在允許范圍之內,通常在變壓器的高壓側設置抽頭,并裝設分接開關,調節(jié)變壓器高壓繞組的工作匝數(shù),來調節(jié)變壓器的二次電壓。 中、小型電力變壓器一般有三個分接頭，記作UN 5%。大型電

29、力變壓器采用五個或多個分接頭,例UN 2x2.5%或UN 8x1.5%。 分接開關有兩種形式：一種只能在斷電情況下進行調節(jié)，稱為無載分接開關-這種調壓方式稱為無勵磁調壓；另一種可以在帶負荷的情況下進行調節(jié)，稱為有載分接開關-這種調壓方式稱為有載調壓。第52頁/共93頁二、變壓器的損耗與效率1)變壓器的損耗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、主磁通在結構部件中引起的渦流損耗等。 鐵損耗與外加電壓大小有關，而與負載大小基本無關，故也稱為不變損耗。 銅損耗分基本銅損耗和附加銅損耗

30、。基本銅損耗是在電流在一、二次繞組直流電阻上的損耗；附加損耗包括因集膚效應引起的損耗以及漏磁場在結構部件中引起的渦流損耗等。 銅損耗大小與負載電流平方成正比，故也稱為可變損耗。第53頁/共93頁2)變壓器的效率效率是指變壓器的輸出功率與輸入功率的比值。21100P=%P 效率大小反映變壓器運行的經濟性能的好壞，是表征變壓器運行性能的重要指標之一。%100)21 (%100)11(%10012CuFeCuFepppppPpppp 根據(jù)上式，可通過空載試驗和短路試驗，求出變壓器的鐵心損耗和銅損，然后計算效率。第54頁/共93頁對上式采用以下幾個假設：1)以額定電壓下的空載損耗p0作為鐵心損耗pFe

31、，并認為鐵耗不隨負載發(fā)生變化。2222cosImUP 2) 以額定電流時的短路損耗PKN作為銅損耗PCu，并認為銅耗與負載電流的平方成正比。3)由于變壓器的電壓調整率很小，負載時U2的變化可以不考慮。因此：功率公式可以寫成:%100)*0cos*1 (2222220KNNKNpIpSIpIp變壓器效率與負載的大小及功率因數(shù)有關。第55頁/共93頁效率特性：在功率因數(shù)一定時，變壓器的效率與負載電流之間的關系=f(I2),稱為變壓器的效率特性。0max特性分析：特性分析：1.1.空載時輸出功率為零，所以空載時輸出功率為零，所以=0=0。2.2.負載較小時，損耗相對較大，功率負載較小時，損耗相對較大

32、，功率較低。較低。3.3.負載增加，效率負載增加，效率亦隨之增加。超亦隨之增加。超過某一負載時，因銅耗與負載電流過某一負載時，因銅耗與負載電流的平方成正比增大，效率的平方成正比增大，效率反而降反而降低，最大效率低，最大效率不一定出現(xiàn)在額定不一定出現(xiàn)在額定負載處，負載處，最高效率最高效率maxmax出現(xiàn)在變出現(xiàn)在變壓器的不變損耗等于可變損耗時壓器的不變損耗等于可變損耗時，即：即： I2I2* *= =ppkN0 為了提高變壓器的運行效益，設計時應使變壓器的鐵損耗小些。第56頁/共93頁第七節(jié) 三相變壓器第57頁/共93頁一、三相變壓器的磁路系統(tǒng)（一）三相變壓器組特點是：三相磁路彼此無關。1U2U

33、u1V2Vv1W2Ww（二）三相心式變壓器1U2U1u2uu1V2V1v2vv1W2W1w2ww特點是：三相磁路彼此有關聯(lián)。第58頁/共93頁二、三相變壓器的電路系統(tǒng)聯(lián)結組（一）變壓器的端頭標號繞組繞組名稱名稱單相變壓器三相變壓器中性點首端首端末端末端首端首端末端末端高壓高壓繞組繞組U1U2U1、V2、W1U2、V2、W2N低壓低壓繞組繞組u1u2u1、v1、w1u2、v2、w2n中壓中壓繞組繞組U1mU2mU1m、V1m、W1mU2m、V2m、W2mNm第59頁/共93頁（二）單相變壓器的極性*1U2U1u2u*1u2u1U2U1U2U1u2u一、二次繞組的同極性端同標志時，一、二次繞組的電

34、動勢同相位。1u2u*1U2U*1U2U1u2u1U2U1u2u一、二次繞組的同極性端異標志時，一、二次繞組的電動勢反相位。第60頁/共93頁（三）三相變壓器的連接組別1、聯(lián)結組的定義定義：按一、二次側線電勢的相位關系,把變壓器繞組的連接分成各種不同的組合,稱為繞組的聯(lián)結組。2、聯(lián)結組的表達形式在三相變壓器中，對于一次繞組或二次繞組，主要采用星型和三角形兩種聯(lián)結形式。我國生產的三相電力變壓器常用Y,yn、Y,d、YN,d等三種聯(lián)結。3、聯(lián)結組別號的判定方法（1）時鐘表示法第61頁/共93頁123456789101112將一次側線電勢的向量作為時鐘的分針，始終指向12（0）點；二次側線電勢的向量

35、作為時鐘的時針，它所指的鐘點即為變壓器的聯(lián)結組別號。鐘表上時間的確定是由分針和時針在順時針方向的夾角確定的。第62頁/共93頁（2）判定的步驟繞組的連接形式UVWUVW各相繞組末端連接在一起，首端引出為星型連接。各相繞組首、末端依次連接在一起形成回路，首端引出為星型連接。第63頁/共93頁相序的判定UVW對于星型連接U、V、W為順向序，做向量圖是按照順時針方向畫圖。UVWEU.EV.Ew.第64頁/共93頁UVW對于星型連接，逆相序時，做向量圖依然按照順時針方向畫圖。VWEU.EV.Ew.U第65頁/共93頁對于三角型連接U、V、W為順向序，做向量圖是按照順時針方向畫圖。UVWUVWEU.EV

36、.Ew.第66頁/共93頁對于三角型連接為逆向序時，做向量圖是按照逆時針方向畫圖。WUVWEV.EW.EU.UV第67頁/共93頁同名端的判斷同名端是指一、二次側繞組相電動勢間的極性關系，用“.”標記。極性相同時為同名端，對應相電勢同向。EU.Eu.EU.Eu.反之為非同名端，對應相電勢反向。Uu第68頁/共93頁作向量圖判定組別號UV Wuv wUVWEU.EV.Ew.EUV.uvwEuv.Eu.組別號為：Y,y0第69頁/共93頁UV WUVWEU.EV.Ew.EUV.uvwEuv.Eu.組別號為：Y,y6180UV WUV WUV W第70頁/共93頁UV WUVWEU.EUV.uEu.

37、vw組別號為：Y,d130第71頁/共93頁UV WUVWEU.EUV.uEu.vwEuv.330組別號為：Y,d11第72頁/共93頁 U V WUEU.EV.EW.VWEUV.vEV.uwEuV.180組別號為：D,d6第73頁/共93頁思考題有一三相變壓器，其一、二次繞組的同名端及端點標記如圖所示，試把該變壓器連成Y,d7。UV WUVWEU.EUV.uEuv.vEu.210第74頁/共93頁UV WUVWEU.EUV.uEuv.vEv.210wvuwY,d7第75頁/共93頁有一三相變壓器，其一、二次繞組的同名端及端點標記如圖所示，試把該變壓器連成D,d4。EU.EUV.E.E.第76

38、頁/共93頁（四）聯(lián)結組別號的特點及應用1、特點：當變壓器一、二次側繞組連接形式都為星型時，可得0、2、4、6、8、10、六個偶數(shù)組號。當變壓器一次側繞組連接形式為星型，二次繞組連接形式為三角型時，可得1、3、5、7、9、11六個奇數(shù)組號。2、應用： 為了制造和并聯(lián)運行時的方便，我國規(guī)定Y,yn0;Y,d11;YN,d11;YN,y0;Y,y0等五種作為三相電力變壓器的標準聯(lián)結組。第77頁/共93頁三、三相變壓器的聯(lián)結法和磁路系統(tǒng)對電動勢波形的影響 i0中有無i03 ,看電路連接中有無i03通路，Y連接中，無i03通路,i0為正弦波;YN或D連接,i03可以在繞組中流過，i0為尖頂波。 單相變

39、壓器，當磁路飽和時，u1為正弦波，和e1也是正弦波，而i0為尖頂波分解為基波i01和三次諧波i03（忽略其它高效次諧波）。 對三相變壓器，由于繞組的連接方式不同，i0 中可能i03 ，使和e1為非正弦波同樣可分解為基波和三次諧波（忽略其它高效次諧波） 。 中有無3 ，看磁路結構，三相組式變壓器， 3可以在鐵心中流過， 為平頂波；三相心式變壓器， 3不能在鐵心中流過，只能借助油和油箱壁等形成回路，磁路磁阻很大， 3很小， 基本為正弦波。第78頁/共93頁（一）Y，y聯(lián)結的三相變壓器的電動勢波形一次側Y接線，i03=0，i0為正弦波，磁通應為平頂波。（2）對三相心式變壓器，3不能在鐵心中流過，只能

40、借助油和油箱壁等形成回路，磁路磁阻很大， 3很小， 基本為正弦波，感應電動勢 e 也基本為正弦波 。但通過油箱壁時將產生渦流損耗，造成局部過熱，降低變壓器的效率，因此，容量不大于1600kVA的三相心式變壓器，才允許采用Y，d聯(lián)結。1、對三相變壓器組，3可以在鐵心中存在，所以為平頂波，感應電動勢e 為尖頂波，其中的三次諧波幅值可達基波幅值的45%60%，使相電動勢的最大值升高很多，可能擊穿繞組絕緣，因此，三相組式變壓器不采用Y，y連接。第79頁/共93頁 一次繞組Y連接， i03=0， i0為正弦波，應為平頂波，其中的3在二次繞組中感應電動勢e23，并在D內產生i23。i23建立的磁通23大大

41、削弱3的作用，因此合成磁通和電動勢均接近正弦波。（二）D，y連接的三相變壓器的電動勢波形 一次側D接線，i03可以流過，i0為尖頂波，磁通應為正弦波，感應電動勢 e 也為正弦波 。（三）Y，d連接的三相變壓器的電動勢波形結論：（1）變壓器一次側是YN連接時，電動勢波為正弦。（2）變壓器有一側是D連接時，電動勢波為正弦。（3）無論相電動勢是否為正弦波，但線電動勢一定是正弦波。（4）若一定需要Y，y連接，則可以增加第三繞組，采用D接線。第80頁/共93頁四、變壓器的并聯(lián)運行并聯(lián)運行的理想情況：并聯(lián)運行的優(yōu)點： 并聯(lián)運行是指將幾臺變壓器的一、二次繞組分別接在一、二次側的公共母線上，共同向負載供電的運行方式。1、空載時各變壓器繞組之間無環(huán)流；2、負載時，各變壓器的負載系數(shù)相等；3、負載后，各變壓器的負載電流與總的負載電流同相位。1、提高供電的可靠性；3、提高供電的經濟性。2、可以根據(jù)負載的大小調整投入并聯(lián)運行變壓器的臺數(shù)，以提高運行效率。第81頁/共93頁 為了達到上述理想運行情況，并聯(lián)運行的變壓器需滿足以下條件：1、各臺變壓器一、二次側的額定電壓應分別相等，并且各臺變壓器的變比應相等；2、各臺變壓器的聯(lián)結組別必須相同；3、各臺變壓器的短路阻抗（或短路電壓）的標么值要相等。其中，第二條必須絕對滿足。第82頁/共93