電機(jī)拖動之變壓器學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1電機(jī)電機(jī)(dinj)拖動之變壓器拖動之變壓器第一頁，共134頁。當(dāng)原繞組接到交流(jioli)電源上時(shí)，在電源電壓的作用下，原繞組中流過交流(jioli)電流并在鐵心中產(chǎn)生交變磁通，其頻率與電源電壓的頻率相同。假設(shè)全部磁通同時(shí)交鏈原付邊繞組，從而在線圈N1與N2內(nèi)感應(yīng)出電勢。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電勢分別為： （1） （2） dtdNe11dtdNe22第1頁/共134頁第二頁，共134頁。如忽略(hl)繞組中的電壓降（僅占 的0.1%以下 ）。且當(dāng)付邊繞組開路（空載）時(shí)，則： （3） （4）于是得電壓比為： 1u11eu22eu KNNeeuu212121第2頁/共134頁第三頁，共

2、134頁。式中 稱為變壓器的變比。通常都以電壓(diny)或電勢的有效值表示，即： （5） 對于三相變壓器,變比 指原、付繞組中相電勢之比。KKNNEEUU212121K第3頁/共134頁第四頁，共134頁。變壓器是傳遞(chund)電能的設(shè)備，當(dāng)不計(jì)其內(nèi)部損耗時(shí)，即輸入的能量全部被輸出，則得： （6） 即從原繞組輸入的視在功率等于從付繞組輸出的視在功率。由（6）式得： 2211IUIUKUUII2112第4頁/共134頁第五頁，共134頁?；?（7） 通過(tnggu)改變變壓器原付繞組的匝數(shù)比，不僅變換了電壓的大小，同時(shí)也變換了電流的大小。電流的大小恰好與電壓相反。但是，它們的頻率都沒有改

3、變，仍為電源頻率。KII121第5頁/共134頁第六頁，共134頁。二 、用途1、電能(dinnng)傳輸 在電力系統(tǒng)中，要把由電（廠）站發(fā)出的強(qiáng)大電能(dinnng)輸送到遠(yuǎn)距離的用電區(qū)使用，采用高壓輸電才是經(jīng)濟(jì)合理的。因?yàn)?P 一定，U越高，線路中的 I 越小，則所用導(dǎo)線的截面積也越小，線路的用銅量 越小， 線路上的U和功率損耗就越小，從而可減少投資，降低運(yùn)行費(fèi)用。一般說輸電距離越遠(yuǎn)，輸送功率越大，則要求輸電電壓越高。第6頁/共134頁第七頁，共134頁。 電力系統(tǒng)中從發(fā)電(fdin)、輸電到配電要經(jīng)過幾次變壓，所以變壓器的總?cè)萘砍榘l(fā)電(fdin)機(jī)裝機(jī)容量的58倍，因此變壓器的質(zhì)量與性

4、能十分重要。 在測量系統(tǒng)中、焊接工業(yè)中、廣播線路中都使用變壓器，用來變換電壓、電流和阻抗，隔離高電壓或電流。特殊結(jié)構(gòu)的變壓器，還具有穩(wěn)壓特性、陡降特性或移相特性等。第7頁/共134頁第八頁，共134頁。三、分類(fn li)：按用途(yngt)： 電力變壓器整流變壓器控制變壓器 儀用變壓器電爐(dinl)變壓器電焊變壓器 升壓變壓器降壓變壓器特殊變壓器 第8頁/共134頁第九頁，共134頁。按鐵心(ti xn)結(jié)構(gòu)：心式變壓器殼式變壓器按相數(shù)： 單相變壓器 三相(sn xin)變壓器多相變壓器 按繞組(roz)數(shù)目： 雙繞組變壓器三繞組變壓器多繞組變壓器自耦變壓器第9頁/共134頁第十頁，共1

5、34頁。按冷卻(lngqu)方式 ：干式(n sh)變壓器 油浸變壓器：油浸自冷、風(fēng)冷、水冷 充氣式變壓器 第10頁/共134頁第十一頁，共134頁。四、變壓器的結(jié)構(gòu) 工作原理看，變壓器的重要組成部分是鐵心和繞組，由它們組成變壓器的器身。為了改善散熱條件，大、中容量變壓器的器身浸入盛滿變壓器油的封閉(fngb)油箱中，各繞組對外線路的連接則經(jīng)絕緣套管引出。教材圖31為油浸式電力變壓器，為了使變壓器安全、可靠地運(yùn)行，還設(shè)有儲油柜、安全氣道和氣體繼電器等附件。第11頁/共134頁第十二頁，共134頁。1、鐵心 變壓器的磁路部分，由鐵心柱和鐵扼兩部分組成。為減小鐵損耗，鐵心通常用厚0.35或更薄的、

6、表面具有絕緣膜的硅鋼片疊成，硅鋼片有熱軋和冷軋兩種，冷軋硅鋼片由于導(dǎo)磁性能好，損耗小，用得越來越多。 從外面看，線圈包圍鐵心柱，稱為心式結(jié)構(gòu)；如果從外面看鐵心柱包圍線圈，則稱為殼式結(jié)構(gòu)，小容量變壓器多采用(ciyng)這種結(jié)構(gòu)形式。第12頁/共134頁第十三頁，共134頁。第13頁/共134頁第十四頁，共134頁。第14頁/共134頁第十五頁，共134頁。2、繞組 變壓器的電路部分。原、付邊繞組一般用銅或鋁的絕緣導(dǎo)線繞成筒狀套在一個(gè)鐵芯柱上。為了便于繞組同鐵芯之間的絕緣，通常將低壓線圈放在里面靠近(kojn)鐵心，在單相變壓器中，高、低壓繞組均分為兩部分，分別套裝在兩鐵心柱上，這兩部分可以串聯(lián)

7、或并聯(lián)。而在三相變壓器中屬于同一相的高、低壓繞組全部套裝在同一鐵心柱上。 只有鐵心和繞組的簡單變壓器，稱為干式變壓器。容量稍大的變壓器，通常都將由鐵心和繞組構(gòu)成的器身放在盛有絕緣油的油箱內(nèi)，既便于散熱又便于絕緣，稱為油浸式變壓器。第15頁/共134頁第十六頁，共134頁。五、變壓器的額定值 按照國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，變壓器在規(guī)定的使用環(huán)境和運(yùn)行(ynxng)條件下的主要技術(shù)數(shù)據(jù)稱為額定值，通常都標(biāo)注在變壓器的鉻牌上。 1、額定容量 SN 在額定工作狀態(tài)下變壓器的視在功率，以SN表示，單位為伏安或千伏安。對于一般變壓器，原、付邊的容量都設(shè)計(jì)得相等。第16頁/共134頁第十七頁，共134頁。2、額定電壓

8、(diny) 變壓器付邊繞組開路，即空載時(shí)，各繞組端電壓(diny)的保證值，以 表示原邊額定電壓(diny)，以 表示付邊額定電壓(diny)（其大小等于原邊加額定電壓(diny)時(shí)的付邊開路電壓(diny)），單位為伏或千伏。對于三相變壓器，原、付邊額定電壓(diny)指線電壓(diny)。NU1NU2第17頁/共134頁第十八頁，共134頁。3、額定電流 根據(jù)額定容量和額定電壓計(jì)算出來的電流值，原邊以 表示，付邊以 表示，單位為安。對于(duy)三相變壓器，原、付邊額定電流指線電流。4、額定頻率 我國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)頻率為50赫，以 表示。NI1NI2Nf第18頁/共134頁第十九頁，共13

9、4頁。 除了上述額定數(shù)據(jù)外，變壓器銘牌上還標(biāo)有效率、溫升、短路電壓、聯(lián)接組別、運(yùn)行方式、冷卻方法等。 變壓器的額定容量、額定電壓和額定電流之間的關(guān)系(gun x)：對于單相雙繞組變壓器 （8）對于三相雙繞組變壓器 （9） NNNNNIUIUS2211NNNNNIUIUS221133 第19頁/共134頁第二十頁，共134頁。3.2單相變壓器的空載運(yùn)行 變壓器的原繞組接在額定電壓和額定頻率的電網(wǎng)上，而付繞組開路時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)(zhungti)，稱為變壓器空載運(yùn)行?？蛰d運(yùn)行是變壓器的一種極限工作情況。通過對變壓器空載運(yùn)行的分析，求得各物理量的大小、波形及相互關(guān)系；求得等值電路的參數(shù)。一、物理情況 第

10、20頁/共134頁第二十一頁，共134頁。 付邊繞組開路，當(dāng)原繞組AX接到電壓為 的交流電網(wǎng)上時(shí)，原繞組中便有電流 流過， 稱為變壓器空載電流。 產(chǎn)生空載磁勢 ，建立空載時(shí)的磁場。該磁場由兩部分(b fen)磁通構(gòu)成，一部分(b fen) 沿鐵心閉合，同時(shí)與原付繞組相交鏈，稱為主磁通或工作磁通；另一部分(b fen) 主要通過油或空氣閉合（非鐵磁材料），它僅與原繞組相交鏈，稱為原邊漏磁通。由于鐵心是由高導(dǎo)磁材料硅鋼片制作的，其導(dǎo)磁系數(shù)遠(yuǎn)比空氣的大，所以空載運(yùn)行時(shí)主磁通占磁場總磁通的絕大部分(b fen)，而漏磁通只占很小一部分(b fen)，約為總磁通的0.10.2。 1u0i0i0i100N

11、iF 1第21頁/共134頁第二十二頁，共134頁。雖然 與 都是由空載電流產(chǎn)生的，但兩者的性質(zhì)卻不同。由于鐵磁材料有飽和現(xiàn)象，主磁通 與建立它的電流 之間的關(guān)系是非線性的，符合磁化曲線；而 主要沿非鐵磁材料構(gòu)成的路徑閉合，它與之間呈線性關(guān)系。 主磁通 在繞組中感應(yīng)電勢 與 ，如果付邊接上負(fù)載，則在 的作用下向負(fù)載輸出電功率。所以(suy) 起著傳遞能量的媒介作用。 10i10i1e2e2e 第22頁/共134頁第二十三頁，共134頁。而 僅在原繞組中感應(yīng)漏電勢 ，只起電壓降的作用，不能傳遞能量。 流過一次繞組也有相應(yīng)的電阻壓降 ， 是一次側(cè)繞組的電阻，所以 、 和 一起平衡(pnghng)電

12、源電壓。因空載，所以 ，無阻抗壓降，二次繞組只產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 ，所以變壓器空載輸出電壓 等于電動勢 。11e0i10ri1r1e1e10ri02i2e20u2e、第23頁/共134頁第二十四頁，共134頁。二、各電磁量正方向的規(guī)定 變壓器中的電壓、電流、磁通和感應(yīng)電勢的大小與方向都隨時(shí)間變化(binhu)。因此，為便于分析和定量計(jì)算，必須規(guī)定正方向。1、 與 ：從首端A指向末端X定為 的正方向，從正極性端A流入繞組為 的正方向。這樣當(dāng) 與 同時(shí)(tngsh)為正或同時(shí)(tngsh)為負(fù)時(shí)，電功率都將從電網(wǎng)輸入變壓器，相當(dāng)于“電動機(jī)慣例 ”。1u2、 與 ：規(guī)定正方向與產(chǎn)生它們的電流符合右手螺旋

13、定則(dn z)。因此判斷磁通正方向時(shí)必須注意繞組的繞向。1u1u1i1i1i1第24頁/共134頁第二十五頁，共134頁。1e 1edtdNe1e1e1i1id1e 1e 1i1i1e1edtdNe dtd 1e第25頁/共134頁第二十六頁，共134頁。1i1e1ed1idtdNe dtd001e1e1e1i1e1e1i第26頁/共134頁第二十七頁，共134頁。后，的正方向也已確定，即從指向a。這樣從外電路來看，當(dāng)與同時(shí)為正或同時(shí)為負(fù)時(shí)，電功率都是從變壓器輸出的，相當(dāng)于“發(fā)電機(jī)慣例”。2e2e2i2e2e2u2u2e2i2i2u第27頁/共134頁第二十八頁，共134頁。 1 1edtd

14、Neu 111第28頁/共134頁第二十九頁，共134頁。1u1utmsin)sin(111tdtdNdtdNemtNmcos1)2sin(1tNm)2sin(21tE)2sin(2tNm2e)2sin(22tE第29頁/共134頁第三十頁，共134頁。1e2emmNEE1112mmNEE22221e2e22221111mmmfNNEEmfN 144. 4222mEE mfN 244. 4第30頁/共134頁第三十一頁，共134頁。dtdNeu1111u1emfNEU11144. 4m2012121UUEENNKNNUE11202UE 第31頁/共134頁第三十二頁，共134頁。0i0i0i0

15、ii0iFeiFei第32頁/共134頁第三十三頁，共134頁。0iiFeiFeiii0iiFeFeii0i0ii第33頁/共134頁第三十四頁，共134頁。就是勵磁電流。0i0i0ii第34頁/共134頁第三十五頁，共134頁。第35頁/共134頁第三十六頁，共134頁。tItItIimmm5sin3sinsin5313mI第36頁/共134頁第三十七頁，共134頁。第37頁/共134頁第三十八頁，共134頁。2523210mmmmIIII第38頁/共134頁第三十九頁，共134頁。0i0im0iihi第39頁/共134頁第四十頁，共134頁。第40頁/共134頁第四十一頁，共134頁。0i

16、iiiiihFeIIIFe0第41頁/共134頁第四十二頁，共134頁。第42頁/共134頁第四十三頁，共134頁。01iu 10ri10NidtdNe11dtdNe1111第43頁/共134頁第四十四頁，共134頁。第44頁/共134頁第四十五頁，共134頁。10111rIEEU1E1N1E11N10rI第45頁/共134頁第四十六頁，共134頁。1E0I1X101XI jE第46頁/共134頁第四十七頁，共134頁。電勢方程式的一般形式0I1E0ImXmrmmmZIjXrIE001)(10111011ZIEjXrIEU )( 第47頁/共134頁第四十八頁，共134頁。1E2Emm0IFe

17、m1E2E0I1E0I1r0I0I1r10XI j0Io10XI j1U0I1U0第48頁/共134頁第四十九頁，共134頁。第49頁/共134頁第五十頁，共134頁。1X用與獲得(hud) 1E相同(xin tn)的方法可得： 2111mNE考慮到 101XIE ，則11011122fLLINXm第50頁/共134頁第五十一頁，共134頁。01112INLmm10I01ImmmRNI1012AlRm0lANL02111L第51頁/共134頁第五十二頁，共134頁。mX1Xm0I0ImmLmX第52頁/共134頁第五十三頁，共134頁。所以鐵耗還是隨著飽和程度增加的。mrmrFemprI202

18、020220)(IIBIprmmFemmrmr0ImrI20第53頁/共134頁第五十四頁，共134頁。第54頁/共134頁第五十五頁，共134頁。 一、物理情況變壓器空載運(yùn)行時(shí)，原邊只流過空載電流，二次側(cè)沒有向外供電，因此主磁路上只有一個(gè)磁動勢，它產(chǎn)生的主磁通分別(fnbi)在原、付繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢 和 。當(dāng)付邊接上負(fù)載后，在 的作用下，付邊流過負(fù)載電流 ，并產(chǎn)生相應(yīng)的磁勢 ，也作用在主磁路上，按照楞次定律（感應(yīng)磁通總是反抗原有磁通的變化），該磁勢力圖削弱產(chǎn)生此電流的磁通 ，因而也有減弱 的趨勢。 0I10NI1E2E2E2I22NIm1E第55頁/共134頁第五十六頁，共134頁。由式

19、可知，當(dāng) 不變時(shí)， 的減少會導(dǎo)致原邊電流的增加，設(shè)電流由 增加到 ，則負(fù)載時(shí)原邊的電勢平衡方程式為 。這時(shí)原邊漏阻抗上的壓降亦相應(yīng)增大，但由于 在數(shù)值上仍然(rngrn)比小很多倍，因而 的減少并不顯著，可以近似地認(rèn)為 是不變的，與 對應(yīng)的主磁通 也近似不變，因此負(fù)載時(shí)的合成磁勢 ，即 或 。1011ZIEU1U1E0I1I1111ZIEU11ZI11ZI1E1E1E1Em0FFm102211NININI221011NININI第56頁/共134頁第五十七頁，共134頁。上式表明，原邊電流產(chǎn)生的磁勢與副邊電流產(chǎn)生的磁勢的合成值等于空載電流產(chǎn)生的磁勢。式中用 除各項(xiàng)后得： 式中 是原邊電流的負(fù)載

20、(fzi)的分量。 1NLIIINNII10212012121INNIL第57頁/共134頁第五十八頁，共134頁。 二、基本方程式 1、磁勢平衡(pnghng)方程式 合成磁勢 若用初級繞組電流 表示，有 。所以 兩邊同除 ，得原、付繞組中的電流關(guān)系式：或 mF0I10NIFm102211NININI1NKIINNIII2121210LIII101第58頁/共134頁第五十九頁，共134頁。2、原邊電勢方程式 同空載時(shí)相比較，負(fù)載(fzi)時(shí)只是電流由 變?yōu)?（ ），其它各量均認(rèn)為不變，故原邊電勢方程式為：式中 同空載時(shí)一樣，仍為 在 上產(chǎn)生的壓降，即 與付邊電勢的關(guān)系為： 0I1I01II

21、11111111)(ZIEjXrIEU1E0ImZmmmZIjXrIE001)(1E21EKE第59頁/共134頁第六十頁，共134頁。 3、付邊電勢方程式 當(dāng)付邊接上負(fù)載時(shí)，由 產(chǎn)生的付邊磁勢 ，同原邊磁勢一樣也要產(chǎn)生漏磁通 ，在付繞組中感應(yīng)電勢 ，稱為付邊漏電(lu din)勢，其方向與 相同，其作用也可看作是 流過電抗 所引起的電抗壓降，即 ， 式中 為付繞組漏電(lu din)抗，也是一個(gè)常數(shù)。另外付繞組也有電阻 。再從負(fù)載兩端看，有 2I22NI22E2E2I2X2E22XI j2X2r2222222222222ZIErIXI jErIEEULZIU22第60頁/共134頁第六十一頁

22、，共134頁。三、繞組的折算根據(jù)一、二次側(cè)電動勢方程式，先將常數(shù) 、與 、 以阻值(z zh)集中的元件表示，且分別從原、付繞組中移出來，剩下的兩個(gè)線圈便是既無電阻又無漏磁通的靠 耦合的鐵心線圈，如下圖示。 1111ZIEU22111NININImLZIU222222ZIEUmmZIE1KEENN21211r1x2r2xm第61頁/共134頁第六十二頁，共134頁。第62頁/共134頁第六十三頁，共134頁。（1）付繞組電勢的折算值 （2）付繞組電流的折算值 折算后的付繞組匝數(shù) 。 根據(jù)磁勢不變的原則，折算后的電流應(yīng)滿足(mnz) ，所以 122EEKE122NKNN2222NINIKIINN

23、INNI22122222第63頁/共134頁第六十四頁，共134頁。（3）付繞組阻抗的折算值 由于折算后的電勢增大，電流減小，如果電路參數(shù)(cnsh)不折算，勢必改變了原來的能量關(guān)系。根據(jù)折算前后能量相等的原則，折算后的參數(shù)(cnsh)應(yīng)滿足 所以 同理 222222rIrI2222222)(rKrIIr222XKX222ZKZ第64頁/共134頁第六十五頁，共134頁。（4）付繞組電壓的折算值 由于 、 、 已折算，故折算的付邊電壓為（5）負(fù)載阻抗的折算值 由于 、 都已折算， 也必須折算，否則(fuz)負(fù)載所得能量與實(shí)際不符。折算后的數(shù)值為： 2E2I2Z222222222222)(UKZ

24、IEKZKKIEKZIEU2U2ILZLLZKKIUKIUZ22222第65頁/共134頁第六十六頁，共134頁。四、等值電路(dinl) 第66頁/共134頁第六十七頁，共134頁。第67頁/共134頁第六十八頁，共134頁。五、變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的相量圖 相量圖也是分析計(jì)算變壓器的基本方法之一。在分析各物理量之間的大小(dxio)和相位關(guān)系時(shí)，相量圖比方程式和等值電路要直觀、方便得多。特別是在折算后，原、付邊物理量的大小(dxio)差別不再懸殊，用折算值繪制相量圖就大大提高了計(jì)算的精確度。 因?yàn)楦哆吀髁客呎鬯銜r(shí)，對原邊各量不產(chǎn)生影響，所以折算后原邊各量不變。折算后的與“T”形等值電路相對

25、應(yīng)的基本方程式組為： 第68頁/共134頁第六十九頁，共134頁。)(11111jXrIEU210III)(01mmjXrIE21EE)(22222jXrIEULZIU22第69頁/共134頁第七十頁，共134頁。舉例：已知 、 和功率因數(shù)的大小與負(fù)載性質(zhì)，且變壓器的參量 、 、 、 、 、 、 等均已知，則繪制(huzh)步驟如下：一般情況下 為感性負(fù)載。首先計(jì)算出 、 、 、 ，然后：（1）以 為參考量，按比例繪出 、 的大小和它們間的相位差 ；（2）根據(jù)式 ，在 的末端加上 與 相量便得 。繪圖時(shí) 與 平行， 超前 ；（3）由于 ，將其轉(zhuǎn) 便得 ； 2U2IK1r1XmrmX2r2XLZ

26、2U2I2r2X2U2U2I2)(22222jXrIEU2U22rI22XI j2E22rI2I2I22XI j09021EE01801E第70頁/共134頁第七十一頁，共134頁。（4）主磁通 超前 ，其大小 ；（5）空載電流由 算出，它超前 一個(gè)鐵損角， ；（6）根據(jù)(gnj)式 ，畫出 與 的相量和得 ；（7）根據(jù)(gnj)式 ，先在 上加 和 ，繪制時(shí) 平行于 ， 超前 。最后聯(lián)接原點(diǎn)與端點(diǎn)便得 。 與 間的相位角 為變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)角， 為功率因數(shù)。m0190E1144. 4fNEmmZEI10mmmXrtg1201III2I0I1I)(11111jXrIEU1E11rI1

27、1XI j11rI1I11XI j1I09011XI j1U1I1U11cos第71頁/共134頁第七十二頁，共134頁。第72頁/共134頁第七十三頁，共134頁。3.6變壓器的工作特性一、外特性 指在原繞組上施加額定電壓，負(fù)載功率因數(shù)又不變時(shí)，付邊端電壓隨負(fù)載電流的變化規(guī)律。由于原、付繞組都有漏阻抗，因此當(dāng)變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電流流經(jīng)它們(t men)必須在變壓器內(nèi)產(chǎn)生阻抗壓降，從而使得變壓器付邊輸出電壓的大小，將隨著負(fù)載電流 的變化而變化。這二者之間的變化規(guī)律用曲線描述出來，就是變壓器的外特性曲線。它可通過實(shí)驗(yàn)求得。 2I第73頁/共134頁第七十四頁，共134頁。第74頁/共134頁第七

28、十五頁，共134頁。電壓變化率定義為：在原邊電壓為額定( dng)電壓，負(fù)載功率因數(shù)一定的情況下，當(dāng)付邊電流由零變化到額定( dng)值時(shí)，付邊電壓的變化量與付邊額定( dng)電壓（即付邊開路電壓，見額定( dng)值定義一節(jié)）之比的百分?jǐn)?shù)，即計(jì)算公式P93 （3-45）0012100222002220100100100NNNNNUUUUUUUUUu第75頁/共134頁第七十六頁，共134頁。二、變壓器的效率特性 指在原繞組上施加額定電壓，負(fù)載功率因數(shù)不變時(shí)，變壓器的效率隨負(fù)載電流變化的規(guī)律，即 。 變壓器運(yùn)行時(shí)同電機(jī)(dinj)一樣不可避免地要產(chǎn)生銅耗和鐵耗，使得變壓器在傳遞能量中，輸出的

29、有功功率小于輸入的有功功率。輸出的有功功率 與輸入的有功功率 之比的百分值稱為變壓器的效率，即)(2If2P1P00200220012100)1 (100100FeCuFeCuFeCuppPppppPPPP第76頁/共134頁第七十七頁，共134頁。 效率的高低反映了變壓器運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)性，所以它是變壓器運(yùn)行性能的一個(gè)重要指標(biāo)(zhbio)。由于變壓器是靜止的設(shè)備，在能量傳遞過程中沒有機(jī)械損耗，故它的效率要比同容量的旋轉(zhuǎn)電機(jī)高一些。一般電力變壓器效率多在 以上，大型變壓器的效率可達(dá) 以上。用直接加負(fù)載的辦法測定變壓器效率有一定困難，這是因?yàn)橐环矫骐娏ψ儔浩魅萘慷己艽?，很難找到相應(yīng)的負(fù)載；另一方面

30、變壓器效率很高， 與 差值很小，由于測量儀表的誤差，很難得到準(zhǔn)確的結(jié)果。因此工程上常用間接的方法計(jì)算變壓器的效率，即用空載和短路試驗(yàn)測得的變壓器鐵損耗和銅損耗來計(jì)算變壓器任意負(fù)載時(shí)的效率。009500991P2P第77頁/共134頁第七十八頁，共134頁。 當(dāng) 時(shí)，變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的鐵耗 近似等于(dngy)空載試驗(yàn)時(shí)測得的空載損耗 ，且為一個(gè)常數(shù)，是不變損耗，這是因?yàn)榭蛰d時(shí) 很小，其銅損耗 比鐵損耗 小很多，可從空載損耗中略去，所以認(rèn)為時(shí) 。（ 不變 基本不變， 一定時(shí)，只與 有關(guān)的 不變，近似等于(dngy) ）。而負(fù)載時(shí)， ，所以幾乎不變，即 不變，與空載同， 即 。 NUU11Fep0

31、p0I120rIFep0ppFe1UmfmFep0pNUU11mrFep0ppFe第78頁/共134頁第七十九頁，共134頁。 負(fù)載運(yùn)行時(shí)銅損耗 ，應(yīng)用簡化等效電路，則有 ，所以 。在做短路試驗(yàn)時(shí)因電流額定，因此有 ， 是電流等于額定值時(shí)的短路損耗，即額定運(yùn)行時(shí)的銅損耗。所以任意負(fù)載下變壓器的銅損耗， ， 稱為負(fù)載系數(shù)，實(shí)質(zhì)(shzh)上是 、 的標(biāo)么值 、 。由此可見 是隨負(fù)載（ ）變化的，是可變損耗。222121rIrIpCu21IIkCurIrrIp212121)(kNkNrIp21kNpkNkNNkCuprIIIrIrrIp2212121212121)(NNIIII22111I2I1I

32、2ICup第79頁/共134頁第八十頁，共134頁。如果不計(jì)負(fù)載電流(dinli)引起的二次側(cè)端電壓的變化，（即忽略 ， ），則 是變壓器的額定容量；若是三相變壓器，則還應(yīng)乘以 ，即為 ， 、 就分別為線電壓、線電流(dinli)。UNUU222222222222coscoscosNNNNSIIIUIUPNS3NNNIIIU22222cos3NU2NI20002202100)cos1 (ppSppKNNKN第80頁/共134頁第八十一頁，共134頁。第81頁/共134頁第八十二頁，共134頁。 可以從 中求得效率最高時(shí)的 ，然后就可得到最高效率。經(jīng)求解 或 即隨負(fù)載(fzi)變化的銅耗（ ）與

33、不變的鐵耗（ ）相等時(shí)，效率最高。0ddmKNmpp002ppKNmKNmp20p第82頁/共134頁第八十三頁，共134頁。 不難看出，當(dāng) 時(shí)，變壓器的效率急劇地下降，而 時(shí)，變壓器的效率下降的不多。所以要提高變壓器的運(yùn)行效率，不應(yīng)使變壓器在較低的負(fù)荷下運(yùn)行。當(dāng)然也不應(yīng)過負(fù)荷運(yùn)行，因?yàn)檫^負(fù)荷時(shí)， 溫度升高，過熱會損壞變壓器。 一般變壓器多設(shè)計(jì)成 時(shí)效率最高，這時(shí) 為 的 倍。這是因?yàn)樽儔浩鞑⒉唤?jīng)常滿載運(yùn)行，銅損耗隨晝夜和季節(jié)的變化而變化，鐵損耗只要投入運(yùn)行就基本保持不變，因此(ync)把鐵損耗設(shè)計(jì)得小些是合理的，這對變壓器常年效率有利。mm15 . 0(m) 6 . 0KNp0p34第83頁

34、/共134頁第八十四頁，共134頁。3.7三相變壓器一、磁路(c l)系統(tǒng)1、三相變壓器組的磁路(c l)第84頁/共134頁第八十五頁，共134頁。2、三相(sn xin)芯式變壓器的磁路第85頁/共134頁第八十六頁，共134頁。每相主磁通都要借助于另外兩相磁路而閉合(b h)。由于中間的B相磁路較A、C兩相磁路短，所以三相磁阻不等。當(dāng)外施三相對稱電壓時(shí)，建立三相對稱主磁通的三相空載電流也不相等，但由于變壓器空載電流很小，它的不對稱對變壓器負(fù)載運(yùn)行的影響可以忽略不計(jì)。 第86頁/共134頁第八十七頁，共134頁。二、三相變壓器繞組的聯(lián)接方法和聯(lián)接組1、聯(lián)接方法 在三相雙繞組變壓器中，有三個(gè)

35、原繞組、三個(gè)副繞組。為了表明它們的聯(lián)接形式，首先對三相原、副繞組的首、末端的標(biāo)志作出如下規(guī)定。線 圈 名 稱 單 相 變 壓 器 三 相 變 壓 器 首端 末端 首端 末端 中點(diǎn) 高壓繞組 A X A、B、C X、Y、Z O 低壓繞組 a x a、b、c x、y、z o在三相變壓器中，不論是原繞組還是付繞組，主要采用三角形聯(lián)接和星形聯(lián)接兩種形式。如 或 表示原繞組作星形聯(lián)接，付繞組作三角形聯(lián)接， 表示中點(diǎn)不帶零線， 表示帶零線（有中點(diǎn)引出(yn ch)線）。我國生產(chǎn)的電力變壓器，常用 、 、 幾種形式 。 Y0YY0Y0YYY0Y第87頁/共134頁第八十八頁，共134頁。 在此指出，當(dāng)三相(

36、sn xin)繞組作Y接時(shí)，線電流就是相電流，線電壓的大小為相電壓的 倍，線電壓的相位則超前相應(yīng)的相電壓 ，當(dāng)三相(sn xin)繞組作接時(shí)，線電壓就是相電壓，線電流的大小為相電流的 倍，線電流的相位則滯后于相應(yīng)的相電流 。2、聯(lián)接組(1)單相變壓器的聯(lián)接組別 以此作為研究三相(sn xin)變壓器聯(lián)接組的基礎(chǔ)。單相變壓器的聯(lián)接組是用付邊電勢與原邊電勢之間的相位差來區(qū)分的。30303030第88頁/共134頁第八十九頁，共134頁。 由于單相變壓器的原、付繞組實(shí)際上繞在一個(gè)鐵芯柱上，被同一主磁通所交鏈，因此，原、付繞組感應(yīng)電勢之間有一定的極性關(guān)系。即在任一瞬間，一個(gè)繞組的某端點(diǎn)(dun din

37、)電位為正時(shí)，另一繞組必有一端點(diǎn)(dun din)的電位也為正。 第89頁/共134頁第九十頁，共134頁。結(jié)論:繞在同一個(gè)鐵心柱上的原、付繞組，由于同 名端的不同，它們中的感應(yīng)電勢要么同相位，要么反相位，故聯(lián)接組別一個(gè)是12，另一個(gè)必是6，這個(gè)結(jié)論在三相變壓器中推廣，則有1與7，2與8，3與9，4與10，5與11，6與12等與時(shí)鐘相應(yīng)的12個(gè)基本聯(lián)接組。(2)三相變壓器的聯(lián)接組別 三相變壓器為什么會有這些聯(lián)接組呢？首先要明確三相變壓器的聯(lián)接組是用付邊線電勢與原邊線電勢的相位差來決定的。并且規(guī)定原邊線電勢的相量為分針，固定在12點(diǎn)，付邊線電勢的相量為時(shí)針，其指向(zh xin)便是聯(lián)接組別。第

38、90頁/共134頁第九十一頁，共134頁。 已知聯(lián)接組別與同名端的標(biāo)注有關(guān)。如 的首端為同名端，繞在同一個(gè)鐵心柱上的原、付繞組AX、ax的相電勢(dinsh) 與 是同相位，相應(yīng)線電勢(dinsh) 與 也必然是同相位，聯(lián)接組別為 12；如果首端為異名端，因原、付邊相電勢(dinsh)反相位，則線電勢(dinsh)也必是反相位，聯(lián)接組為 6。YYAEaEABEabEYYYY第91頁/共134頁第九十二頁，共134頁。由此可見，原、付邊線電勢除了同相位外，相位差最小是 ，再大便為 的整數(shù)倍，這正適合時(shí)鐘(shzhng)表示法。下面以 ， 為典型說明如何用繪制電勢相量圖的方法判定三相變壓器的聯(lián)接組

39、別。 聯(lián)接組 如果原、付繞組的首、末端及同名端都已注明，且認(rèn)為上下對應(yīng)的原、付繞組是繞在同一個(gè)鐵心柱上的，即被同一磁通交鏈。繪制電勢相量圖的步驟：030030YYYYY第92頁/共134頁第九十三頁，共134頁。、先規(guī)定原、付繞組相電勢的正方向（如取首端到末端）和線電勢的正方向（通常取順時(shí)針的相序方向）；、按相序畫出原邊電勢相量圖；、根據(jù)繞在同一鐵心柱上的原、付繞組電勢的相位關(guān)系（首端為同名(tngmng)端，則相位相同；首端為異名端，則相位相反），畫出付邊相電勢的相量，并確保有與原邊相同的相序；、按相序畫出付邊線電勢相量，并以相序方向確定付邊線電勢與原邊線電勢的相位差。該相位差除以 便得聯(lián)接

40、組別。030第93頁/共134頁第九十四頁，共134頁。第94頁/共134頁第九十五頁，共134頁。第95頁/共134頁第九十六頁，共134頁。 如首端為異名端,與首端為同名端相比，因?yàn)楦哆呄嚯妱蒉D(zhuǎn)動了 ，所以付邊線電勢也隨同轉(zhuǎn)動了 。因此便得到 6, 10、 12等聯(lián)接組。 匯總上述情況，聯(lián)接形式的聯(lián)接組別有2、4、6、8、10、12，共六組，皆為偶數(shù)(u sh)。 聯(lián)接組 步驟如前。 聯(lián)接組別為1、3、5、7、9、11，也是六組，都為奇數(shù)。畫圖。 關(guān)于 、 聯(lián)接形式的聯(lián)接組別，經(jīng)相量圖證實(shí)， 與 同，即為偶數(shù)(u sh)組； 與 同，即為奇數(shù)組。 01800180YYYYYYYYYYYYY

41、第96頁/共134頁第九十七頁，共134頁。 綜上所述， ， ， ， 四種聯(lián)接形式共有24個(gè)聯(lián)接組，但組別只有12種。目前在電力變壓器中，大都采用國際標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的幾種聯(lián)接組，即 12， 11， 11， 12， 12。 在可控硅控制系統(tǒng)中，整流變壓器多用 11， 5， 1， 7；而同步變壓器多采用 中的6個(gè)奇數(shù)組或 中的6個(gè)偶數(shù)組。三、三相繞組的聯(lián)接形式和磁路(c l)系統(tǒng)對電勢波形的影響1、 聯(lián)接的三相變壓器YYYY0YYY0YYY0YYYYYY0Y0YYYY第97頁/共134頁第九十八頁，共134頁?？梢娙嘀械娜沃C波電流彼此同相位同大小。如果變壓器采用了無中線的星形聯(lián)接 ，則三次諧波電流

42、無法流通，結(jié)果是空載電流接近(jijn)于正弦波（還有5次7次諧波）。這樣，根據(jù)變壓器鐵心的磁化曲線，用作圖法繪出的主磁通波形為一平頂波，。tIimA3sin0303tItIimmB3sin)120(3sin0300303tItIimmC3sin)240(3sin0300303第98頁/共134頁第九十九頁，共134頁。經(jīng)分解后，平頂波的主磁通中除基波(j b) 外，也包含有三次諧波 （其他高次諧波磁通也予以忽略）。 13第99頁/共134頁第一百頁，共134頁。 如果變壓器為三相心式變壓器，由于其三相磁路彼此聯(lián)系著，各相的三次諧波磁通又彼此同相位同大小(dxio)，同三次諧波電流不能在 接電

43、路里流通一樣，三次諧波磁通不能沿三相心式鐵心閉合。但它不同于電流局限于電路內(nèi)，而是可以借助變壓器油及油箱壁等構(gòu)成閉路。由于這種情況下，磁路的磁阻很大，故三次諧波磁通很小，因此保證了主磁通接近正弦波，相電勢的波形也就接近于正弦波。但是必須指出，由于三次諧波磁通沿油箱壁閉合，在油箱壁內(nèi)將引起附加的渦流損耗。Y第100頁/共134頁第一百零一頁，共134頁。第101頁/共134頁第一百零二頁，共134頁。2、 或 聯(lián)接的三相變壓器 如果變壓器繞組采用 聯(lián)接，原邊空載電流中的三次諧波分量可以在 中流通，使得空載電流為尖頂波，如同單相變壓器一樣保證了主磁通是正弦波形，它感應(yīng)的相電勢 與 也是正弦波。 如

44、果采用 聯(lián)接，這時(shí)原繞組空載電流中的三次諧波分量不能流通，因此主磁通以致原、付繞組的相電勢中都出現(xiàn)三次諧波。但因付繞組為三角形聯(lián)接，三次諧波相電勢便在三角形內(nèi)產(chǎn)生三次諧波電流，從而在付繞組中建立三次諧波磁勢。 從 可知，由于(yuy)原繞組中沒有三次諧波電流建立三次諧波磁勢與它相平衡，使得合成的勵磁磁勢中含有三次諧波磁勢。 YYY1e2eY021FFF第102頁/共134頁第一百零三頁，共134頁。 總之，在三相變壓器中，我們希望原、付繞組中有一個(gè)接成形，以保證相電勢基本為正弦波，從而避免相電勢波形(b xn)發(fā)生畸變。而且無論是心式鐵心還是組式鐵心都可采用。所以在整流變壓器中大多采用這種“星

45、角”配合的接法。 第103頁/共134頁第一百零四頁，共134頁。3.7 特殊用途的變壓器一、自耦變壓器 普通雙繞組變壓器，原、付繞組之間僅有磁的耦合而無電的聯(lián)系。而自耦變壓器僅有一個(gè)繞組，有升壓和降壓之分，它取原繞組的一部分兼作付繞組（指降壓變壓器），所以原、付繞組之間不僅有磁的聯(lián)系，還有電的聯(lián)系。自耦變壓器可以看成(kn chn)是由雙繞組變壓器演變而來的。 第104頁/共134頁第一百零五頁，共134頁。 一次側(cè)數(shù)據(jù)為 ， ， ，二次側(cè)數(shù)據(jù)為 ， ， 。因一次繞組和二次繞組繞在同一鐵心柱上，交鏈同一個(gè)主磁通，所以每匝的感應(yīng)電動勢相等。繞組 是一次側(cè)繞組的一部分(b fen)，其匝數(shù)與二次

46、側(cè)繞組 匝數(shù)相等。如果 和 兩部分(b fen)繞組繞法相同，把 和 接到一起后，這時(shí) 與 必然是等位點(diǎn)，將 和 接到一起不會改變變壓器內(nèi)部的電磁關(guān)系。進(jìn)而將并聯(lián)的兩部分(b fen)合并，形成一個(gè)自耦變壓器。各量的正方向與普通變壓器一致，繞組中的 部分(b fen)稱為公共部分(b fen)， 部分(b fen)稱為串聯(lián)部分(b fen)。 aU1aI11NaU2aI22NXaaxXaaxXxaaaaaxAa第105頁/共134頁第一百零六頁，共134頁。1、自耦變壓器的電壓、電流與容量 自耦變壓器中，公共部分的電流有 自耦變壓器空載時(shí)，一次側(cè)流過勵磁電流 ，磁路中的磁動勢為 。當(dāng)變壓器負(fù)載

47、之后，磁路中的磁動勢為兩部分繞組磁動勢之和，即為 ， 即為 ，與普通(ptng)變壓器一樣，略去一次側(cè)漏阻抗壓降，認(rèn)為 ，空載和負(fù)載時(shí)一次繞組的電動勢 可以認(rèn)為不變，從而可以得出空載磁動勢和負(fù)載磁動勢相等，即aaaIIIII2121210I)(2110NNI2211NINIa11NIa11NI11EU)(21102211NNININIa1E第106頁/共134頁第一百零七頁，共134頁。 勵磁電流很小，如果忽略不計(jì)，則有將 代入上式，可得式中 為兩繞組匝比。將上式代入 中，有因?yàn)?yn wi) ，所以 ， 越接近于1， 就越小。02211NINIaaaIII2120)(22211NINNIaa

48、aaaIKINNNI2221211121NNK aaIII212aIKI22)111 (11KaII221K2I第107頁/共134頁第一百零八頁，共134頁。 由 和 可知，在忽略勵磁電流時(shí)， 與 同相，而與 反相，于是 、 和 之間的相量關(guān)系變?yōu)闃?biāo)量(bioling)關(guān)系，有 從磁耦合出發(fā)，忽略漏抗壓降時(shí)，與普通雙繞組變壓器一樣，有且從而有 變比 aIKI22)111 (aaIKI21112I2IaI2aI2aI1aI112122IIIIIaaamNNfE)(44. 4211mfNE2244. 411EUa22EUaaaaKKNNNEEUU12212121第108頁/共134頁第一百零九頁

49、，共134頁。 自耦變壓器的額定容量仍為式中 稱為傳導(dǎo)功率，即由變壓器原邊直接通過電傳導(dǎo)的方式傳送到付邊的一部分功率； 稱為電磁(dinc)功率，它是由原繞組中共用部分通過電磁(dinc)感應(yīng)方式傳遞到付邊的一部分功率。)(1222211NNaNaNaNaNaNNaIIUIUIUSNNNNNNNaNNaNSSIUIUIUIU12221222NNNIUS12NNNIUS22第109頁/共134頁第一百一十頁，共134頁。 付邊得到的功率，由兩部分組成。其中傳導(dǎo)功率為付邊直接從電源(dinyun)吸取的功率，是不經(jīng)電磁感應(yīng)作用直接由電路傳到二次側(cè)的，它不增加鐵心與付繞組的負(fù)擔(dān)。所以與雙繞組變壓器相

50、比，在同樣的額定容量下，自耦變壓器所用的導(dǎo)線、硅鋼片等材料要少一些，從而降低了成本。因?yàn)樗糜行Р牧仙?，損耗也就相應(yīng)地減少，所以自耦變壓器的效率較高。2、注意事項(xiàng) 12222122222KIUIUIUIUIUSaNNaNNaNNaNNNNN)11 ()111 ()111 (22aNaNaaNNKSKSKIU第110頁/共134頁第一百一十一頁，共134頁。二、儀用互感器。 互感器有電壓互感器和電流互感器。它們與儀表配合可測量高電壓或大電流；在電力系統(tǒng)中，它們與保護(hù)電器配合，對過電壓或過電流進(jìn)行檢測；在控制系統(tǒng)(kn zh x tn)中，則用它測取電壓或電流信號，同時(shí)將強(qiáng)電與弱電隔開。1、交流電壓互感器用途：將高電壓變換為低電壓，實(shí)質(zhì)上是一臺降壓變壓器。特點(diǎn)：其原繞組直接并接在被測高壓電路上，付繞組通常接阻抗很大的負(fù)載，或測量用的電壓表或功率表的電壓線圈。 第111頁/共134頁第一百一十二頁，共134頁。 由于這類儀表的內(nèi)阻抗很大，所以付邊電流(dinli) 很小。如予以忽略，則電壓互感器的運(yùn)行情況就相當(dāng)于普通變壓器的空載運(yùn)行， ，如果忽略其漏阻抗壓降 ，則有 。利用原、付繞組的不同匝數(shù)比，可將被測高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓，或便于測量，或作為控制信