安徽大學電機學第一篇變壓器

1、2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院整流變壓器整流變壓器( (專用專用) )：給直流電力機車供給直流電力機車供電。電。 2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院 鐵芯是鐵芯是變壓器的主磁路，又是它的機械骨架變壓器的主磁路，又是它的機械骨架。鐵芯由鐵芯柱鐵芯

2、由鐵芯柱和鐵軛兩部分構和鐵軛兩部分構 ： （1 1）鐵芯材鐵芯材料：料：為了提高磁路的導磁性能，減為了提高磁路的導磁性能，減少少鐵芯中鐵芯中的磁滯、渦流損耗的磁滯、渦流損耗，鐵芯一，鐵芯一般用高磁導率的磁般用高磁導率的磁性材料性材料硅鋼片疊成（硅鋼片疊成（疊鐵芯）。疊鐵芯）。硅鋼片有熱軋和硅鋼片有熱軋和冷軋兩種，其厚度為冷軋兩種，其厚度為0.350.350.5mm0.5mm，兩面涂以厚，兩面涂以厚0.020.020.23mm0.23mm的漆膜，使片與片之間絕緣。的漆膜，使片與片之間絕緣。 （2 2）鐵芯型鐵芯型式式 ：有有芯芯式式、殼式和漸開線式、殼式和漸開線式等，等，電電力變壓器力變壓器的鐵

3、芯主的鐵芯主要采要采用芯式用芯式結構。結構。2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院 2015 電氣工程與自動化學院1.3 1.3 變壓器的額定值變壓器的額定值 （1 1）額定容量（視在功率），單位）額定容量（視在功率），單位VAVA、KVAKVA或或MVAMVA，單位單位為為VAVA或或kVAkVA。 二次繞組二次繞組額定電壓是當一次側加額定電壓時，額定電壓是當一次側加額定電壓時，二次繞組開路電壓。二次繞組開路電壓。2015 電氣工程與自動化學院NNNN

4、NNUSIUSI22113;3NNNNNNUSIUSI2211;2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2.1.1 2.1.1 空載運行時的物理現(xiàn)象空載運行時的物理現(xiàn)象2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院)90sin(2cos01111tEtNdtdNem)90sin(2cos02222tEtNdtdNem)90sin(2cos0111111tEtNdtdNem2015 電

5、氣工程與自動化學院mmfNNE11144.42mmfNNE22244.42mmfNNE1111144.422015 電氣工程與自動化學院10111RIEEU01011IjxILjE2015 電氣工程與自動化學院101101011ZIExIjRIEU11EU220EU2015 電氣工程與自動化學院21212144.444.4NNfNfNEEkmmNNOUUUUk21212015 電氣工程與自動化學院2.1.4 2.1.4 空載電流：空載電流： 空載空載電流電流主要用來產(chǎn)生磁場，又稱為勵磁電流，所以主要用來產(chǎn)生磁場，又稱為勵磁電流，所以對于這個電流我們要重點看一下：對于這個電流我們要重點看一下：

6、1 1）當不考慮鐵芯損耗時，勵磁電流是純磁化電流，用）當不考慮鐵芯損耗時，勵磁電流是純磁化電流，用 來表示。由于磁路有飽和現(xiàn)象，磁化電流與產(chǎn)生它的磁通來表示。由于磁路有飽和現(xiàn)象，磁化電流與產(chǎn)生它的磁通之間的關系是非線性的。之間的關系是非線性的。 這就是說，由于鐵磁材料磁這就是說，由于鐵磁材料磁化曲線的非線性關系，要在變壓器化曲線的非線性關系，要在變壓器中建立正弦波磁通，勵磁電流必須中建立正弦波磁通，勵磁電流必須包含三次諧波分量。包含三次諧波分量。i2015 電氣工程與自動化學院 IIIIFe0IFeIIIFe220I0I0i2015 電氣工程與自動化學院101101011ZIExIjRIEU2

7、015 電氣工程與自動化學院 變變壓器空載壓器空載時從原邊看時從原邊看進去的等效阻抗進去的等效阻抗Z Z0 0為：為：式式中中： 稱稱為變?yōu)樽儔簤浩髌鞯牡募ご抛杓ご抛杩箍埂?這這樣樣, ,變壓器變壓器原邊的原邊的電動勢電動勢方方程程可寫成可寫成 ： mmmjxRZIE011101010ZZZIEIUZm)(101011ZZIZIEUm2)2)空載時空載時的等的等效電路效電路2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院021FFF222NIF2F111NIF2015 電氣工程與自動化學院11

8、111111)(ZIEjxRIEU22222222)(ZIEjxRIEU2015 電氣工程與自動化學院021FFF102211NININI2015 電氣工程與自動化學院 ）（）（2021201kIIINNII）（201FFF2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院k2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2221ININkIINNI2212222212EkENNE22EkE2015 電氣工程與自動化學院2222222222222222222222)()()(ZkjxRkx jRZxkxIIxRkRIIR為：所以，漏阻抗的折算值無功損耗不變，得由折算前后副

9、方漏磁通2015 電氣工程與自動化學院）（201III11111111)(ZIEjxRIEU22222222)(ZIExjRIEU12EEmZIE01LZIU222015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院結論：結論：找出當電壓為找出當電壓為額定額定時相對應的空載電流和空載損時相對應的空載電流和空載損耗，作為計算勵磁參數(shù)得依據(jù)耗，作為計算勵磁參數(shù)得依據(jù)。( (勵磁阻抗與磁路飽勵磁阻抗與磁路飽和情況有關，外加電壓的不同會導致測量結果

10、的差異和情況有關，外加電壓的不同會導致測量結果的差異) )在在空載情況下，從前面的空載等效電路圖中看出，空空載情況下，從前面的空載等效電路圖中看出，空載時載時I I0 0很小，由很小，由I I0 0在繞組中引起的銅耗忽略不計，在繞組中引起的銅耗忽略不計，P P0 0全部為鐵全部為鐵耗。耗。01IUZm200IpRmRZmmmx222015 電氣工程與自動化學院 3 3 、axAXNUUkUU2012015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院NkkIUZIU1212NkkkkIpIpRRZKX222015 電氣工程與自動化學院 對于對于三相變壓器，按

11、上式計算時三相變壓器，按上式計算時p pk k、I Ik k、U Uk k均均為一相的數(shù)值。為一相的數(shù)值。（對鋁線）22875228075KCKRR（對銅線）5.234755.234075KCKRR2015 電氣工程與自動化學院%100)/(1NKNKUUu2015 電氣工程與自動化學院標標幺值幺值= =實際值實際值/ /基基值值 對于對于U U、I I、Z Z、S S，兩個量的基值可以任意選擇，兩個量的基值可以任意選擇，其余兩個量的基值可根據(jù)電路基本定律導出。其余兩個量的基值可根據(jù)電路基本定律導出。 基基值一般取值一般取每相額定值每相額定值，標幺值就是，標幺值就是實際值與實際值與額定值的比值

12、額定值的比值。2015 電氣工程與自動化學院一次側一次側二次側二次側功率功率線電壓線電壓相電壓相電壓線電流線電流相電流相電流阻抗阻抗NSNS1NU2NU1NU2NU1NI2NI1NI2NI111NNNUZI222NNNUZI2015 電氣工程與自動化學院*1*331UUUUUUUUUUYNNNlll接，：例*332IIIIIIIIIINNNlll接，：例*cos3cos333PSPIUIUIUIUSPPPPNNNNNN：三相對稱系統(tǒng)，例2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院DECDU

13、UN*2*122sincos ABBC）（22sincos kkxR%100sincos22）（ kkxR%100%*1*2*12UUUNNU2為負載的功率因角數(shù)。為負載的功率因角數(shù)。2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2cos2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院4 4、銅耗：銅耗：隨著負載電流的變化而變化，額定電流時的銅耗稱隨著負載電流的變化而變化，額定電流時的銅耗稱為額定銅耗：為額定銅耗： p pcuNcuN=m(I=m(I1N1N2 2R R1 1+I+I2N2N2 2R R2 2) ) 一般一般負載時的銅耗負

14、載時的銅耗： p pcucu =m(I=m(I1 12 2R R1 1+I+I2 22 2R R2 2)=)=2 2m(Im(I1N1N2 2R R1 1+I+I2N2N2 2R R2 2)=)=2 2p pcuNcuN 由由短路負載試驗在額定電流時測得的損耗短路負載試驗在額定電流時測得的損耗p pKNKN，可以認為可以認為是是p pcuNcuN。所以所以變壓器的效率為：變壓器的效率為：2015 電氣工程與自動化學院二、二、效率的求解：效率的求解：1 1）直接負載法：以按給定負載條件直接給變壓器加）直接負載法：以按給定負載條件直接給變壓器加負載，測出輸出和輸入有功功率就可以計算出來。負載，測出

15、輸出和輸入有功功率就可以計算出來。2 2）間接法：國家標準規(guī)定電力變壓器應用間接法計）間接法：國家標準規(guī)定電力變壓器應用間接法計算效率。間接法又稱損耗分析法。其優(yōu)點在于無算效率。間接法又稱損耗分析法。其優(yōu)點在于無需給變壓器直接加負載，也無需運用等效電路計需給變壓器直接加負載，也無需運用等效電路計算，只要進行算，只要進行空載試驗和短路試驗，空載試驗和短路試驗，測出測出額定電額定電壓壓時的時的空載損耗空載損耗p p0 0和額定電流和額定電流時的時的短路損耗短路損耗p pkNkN，就可以方便地計算出任意負載下的效率。就可以方便地計算出任意負載下的效率。2015 電氣工程與自動化學院 1 1. .忽略

16、變壓器空載運行時的銅耗，用額定電壓忽略變壓器空載運行時的銅耗，用額定電壓下的空載損耗下的空載損耗p p0 0來代替鐵耗來代替鐵耗p pF Fe e，即，即p pFeFe= =p p0 0，它不隨負，它不隨負載大小而變化，稱為不變損耗；載大小而變化，稱為不變損耗； 2 2. .忽略短路試驗時的鐵耗，用額定電流時的短忽略短路試驗時的鐵耗，用額定電流時的短路損耗路損耗p pkNkN來代替額定電流時的銅耗。不同負載時的來代替額定電流時的銅耗。不同負載時的銅耗與負載系數(shù)的平方成正比。銅耗與負載系數(shù)的平方成正比。kNcupp22015 電氣工程與自動化學院3. 3. 不考慮變壓器副邊電壓的變化，即認為不考

17、慮變壓器副邊電壓的變化，即認為U U2 2=U=U2N2N不變不變，則則2222222coscos）/（NNNNSIIImUP%100）cos1（20220ppSppkNNkN2015 電氣工程與自動化學院3.3.效率特性：效率特性： 上上式說明，當式說明，當負載的功率因數(shù)負載的功率因數(shù)coscos 2 2一定時，一定時，效率隨負載系數(shù)效率隨負載系數(shù)而變化，圖為變而變化，圖為變壓器的效率曲線。壓器的效率曲線。 2015 電氣工程與自動化學院特性分析：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，功率較

18、低。較低。3.3.負載增加，效率負載增加，效率亦隨之增加。超過某一負載時，亦隨之增加。超過某一負載時，因銅耗與因銅耗與成成2 2正正比增大，效率比增大，效率反而降低，最大反而降低，最大效率效率出現(xiàn)在出現(xiàn)在 =m m的地方。因此，取的地方。因此，取對對的的導數(shù)，并令其等于零，即可求出最高效率導數(shù)，并令其等于零，即可求出最高效率maxmax時的時的負載系數(shù)負載系數(shù)m m2015 電氣工程與自動化學院ppkNm0%100)2cos21(020maxpSpNm2015 電氣工程與自動化學院41310ppkN2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院 注意：注意： 現(xiàn)現(xiàn)代電力系統(tǒng)都采用

19、三相制，故三相變壓器使代電力系統(tǒng)都采用三相制，故三相變壓器使用最廣泛。三相變壓器也有其特殊的問題需要研究，用最廣泛。三相變壓器也有其特殊的問題需要研究，例如三相變壓器的例如三相變壓器的磁路系統(tǒng)、磁路系統(tǒng)、三相變壓器繞組的三相變壓器繞組的連連接方法和聯(lián)結組、接方法和聯(lián)結組、三相變壓器三相變壓器空載電動勢的波形空載電動勢的波形和和三相變壓器的三相變壓器的不對稱運不對稱運行行（不講不講）等等。此外，變壓此外，變壓器的并聯(lián)運行也放在本章討論。器的并聯(lián)運行也放在本章討論。2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院特點：特點：在這在這種鐵芯結種鐵芯結構的變壓

20、器中，任一瞬間某一相的磁通均以其他兩構的變壓器中，任一瞬間某一相的磁通均以其他兩相鐵相鐵芯為芯為回路，因此各相磁路彼此相關聯(lián)回路，因此各相磁路彼此相關聯(lián)。 2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院AOEAEAOEaEaOE2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院 當各相繞組當各相繞組同鐵芯柱同鐵芯柱時，時，Y Y，y y接法有兩種情況：接法有兩種情況：AOEAE0AEaEaOE2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院 用用相量圖判斷變壓器的聯(lián)結組時應注意：相量圖判斷變壓器的聯(lián)結組時應注意：2015 電氣工程與自動化學院AE0AEaEaoEAE0AEaEaoE2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院2015 電氣工程與自動化學院3.33.3