第四章+變壓器

1、變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)第四章變壓器變壓器類(lèi)別、基本結(jié)構(gòu)、額定值變壓器類(lèi)別、基本結(jié)構(gòu)、額定值4.14.1變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行4.24.2變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器的負(fù)載運(yùn)行 4.34.3變壓器的等效電路及相量圖變壓器的等效電路及相量圖4.44.4變壓器的參數(shù)測(cè)定變壓器的參數(shù)測(cè)定4.54.5標(biāo)幺值標(biāo)幺值 4.64.6變壓器的運(yùn)行特性變壓器的運(yùn)行特性4.74.7三相變壓器三相變壓器4.84.8特種變壓器特種變壓器 4.94.9變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)4.1 變壓器的類(lèi)別、基本結(jié)構(gòu)和額定值變壓器的類(lèi)別、基本結(jié)構(gòu)和額定值 變壓器是一種靜止的電能變換裝置，它利用電

2、磁感變壓器是一種靜止的電能變換裝置，它利用電磁感應(yīng)作用，把一種形式的交流電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的應(yīng)作用，把一種形式的交流電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的同同頻率頻率的交流電能。的交流電能。 變壓器變壓器只能對(duì)交流電的電壓、電流進(jìn)行變換，而不只能對(duì)交流電的電壓、電流進(jìn)行變換，而不能改變交流電的頻率能改變交流電的頻率。變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)4.1變壓器的分類(lèi)、結(jié)構(gòu)及額定值變壓器的分類(lèi)、結(jié)構(gòu)及額定值4.1.1變壓器的分類(lèi)變壓器的分類(lèi) 按用途分：電力變壓器和特種變壓器。按繞組數(shù)目分：?jiǎn)卫@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：?jiǎn)蜗嘧儔浩?、三相變壓器和多相變壓器?

3、按鐵心結(jié)構(gòu)分：芯式變壓器和殼式變壓器。 按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓器 氣體絕緣變壓器。 所有變壓器的基本原理都相同所有變壓器的基本原理都相同變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)電源變壓器電力變壓器控制變壓器接觸調(diào)壓器三相干式變壓器變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)4.1.2變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器的基本結(jié)構(gòu)鐵心鐵心繞組繞組其他部件其他部件變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)1.鐵心：鐵心：磁路部分。又是套裝繞組的骨架磁路部分。又是套裝繞組的骨架 組成部分：組成部分： 由由心柱心柱和和鐵軛鐵軛兩部分組成。兩部分組成。 每部分作用每部

4、分作用 心柱用來(lái)套裝繞組，心柱用來(lái)套裝繞組， 鐵軛將心柱連接起來(lái)，使之形成閉合磁路。鐵軛將心柱連接起來(lái)，使之形成閉合磁路。 材料材料 為減少鐵心損耗，鐵心用厚為減少鐵心損耗，鐵心用厚0.30-0.35mm的硅鋼片的硅鋼片疊成，片上涂以絕緣漆，以避免片間短路。疊成，片上涂以絕緣漆，以避免片間短路。 鐵軛鐵軛心柱心柱4.1.2變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)2.繞組繞組定義定義 變壓器的電路部分，用紙包或紗包的絕緣扁變壓器的電路部分，用紙包或紗包的絕緣扁線或圓線（銅或鋁）繞成。線或圓線（銅或鋁）繞成。 一次繞組一次繞組 :輸入電能的繞組。輸入電能的繞組。原邊

5、、一次側(cè)原邊、一次側(cè) 二次繞組二次繞組:輸出電能的繞組。輸出電能的繞組。副邊、二次側(cè)副邊、二次側(cè)高壓繞組：高壓繞組： 電壓較高的繞組電壓較高的繞組低壓繞組：低壓繞組： 電壓較低的繞組電壓較低的繞組變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)4.其它部件：其它部件： 變壓器油變壓器油 增強(qiáng)絕緣程度增強(qiáng)絕緣程度 改善散熱效果改善散熱效果 防潮防潮 器身（鐵心、繞組）器身（鐵心、繞組）油箱油箱變壓器油變壓器油典型的油浸電典型的油浸電力變壓器力變壓器散熱器散熱器絕緣套管絕緣套管分接開(kāi)關(guān)分接開(kāi)關(guān)繼電保護(hù)裝置等部件繼電保護(hù)裝置等部件變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)油浸式電力變壓器油浸式電力變壓器1 1

6、信號(hào)式溫度計(jì)信號(hào)式溫度計(jì)2 2吸濕器吸濕器3 3儲(chǔ)油柜儲(chǔ)油柜4 4油位計(jì)油位計(jì)5 5安全氣道安全氣道6 6氣體繼電器氣體繼電器7 7高壓套管高壓套管8 8低壓套管低壓套管9 9分接開(kāi)關(guān)分接開(kāi)關(guān)1010油箱油箱1111鐵心鐵心1212線圈線圈1313放油閥門(mén)放油閥門(mén)變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)套管套管 瓷質(zhì)瓷質(zhì) 引出導(dǎo)線，使其對(duì)地絕緣引出導(dǎo)線，使其對(duì)地絕緣 做成多級(jí)傘形做成多級(jí)傘形 圖4-5 35kV充油式絕緣套管變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)4.1.3 變壓器的額定數(shù)據(jù)變壓器的額定數(shù)據(jù) 額定值：變壓器設(shè)計(jì)、制造時(shí)的確定數(shù)值，其值規(guī)定為指定的工作條件下，變壓器的發(fā)熱、絕緣情

7、況所允許的最大值。在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，變壓器能長(zhǎng)期可靠穩(wěn)定工作，且性能優(yōu)越。 額定容量額定容量SN （VA） 一次繞組額定電壓一次繞組額定電壓U1N （線值）（線值） 二次繞組額定電壓二次繞組額定電壓U2N （線值）（線值） 額定電流額定電流I1N 和和I2N （線值）（線值） 額定頻率額定頻率fN 50赫赫(Hz)變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué) 單相變壓器 三相變壓器NNNNNNUSIUSI22113,3NNNNNNUSIUSI2211,變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)m20i 1N2N120u-+1u-+1e1e-+2e-+4.2.1變壓器空載運(yùn)行時(shí)的工作原理變壓器空載運(yùn)

8、行時(shí)的工作原理4.2 變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行 變壓器一次繞組接在額定電壓的交流電源上，而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(kāi)路時(shí)的工作情況。二次繞組開(kāi)路時(shí)的工作情況。10mii（ ）變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué) 主磁通和漏磁通在性質(zhì)上有明顯的差別：主磁通和漏磁通在性質(zhì)上有明顯的差別： 1、磁路性質(zhì)不同：、磁路性質(zhì)不同： 2、功能不同：、功能不同： 主磁通主磁通通過(guò)電磁感應(yīng)將一次繞組能量傳遞到二次通過(guò)電磁感應(yīng)將一次繞組能量傳遞到二次繞組，起能量傳遞作用；繞組，起能量傳遞作用； 漏磁通漏磁通只在一次繞組感應(yīng)電勢(shì)，不起傳遞功率作只在一次繞組感應(yīng)電勢(shì)，不起傳遞功率

9、作用。用。變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)電磁關(guān)系電磁關(guān)系u1i10 (im)i0N1 1 mi0r1e1e2=u20e1 變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué) u1與與i0取關(guān)聯(lián)方向取關(guān)聯(lián)方向 i10與與、1符合右手螺旋定則符合右手螺旋定則 與與e1、e2符合右手螺旋定則符合右手螺旋定則 e2與與u20方向相反方向相反4.2.2.正方向規(guī)定正方向規(guī)定一次繞組一次繞組（負(fù)載負(fù)載）按按電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)慣例慣例二次繞組二次繞組（電源電源）按按發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)慣例慣例變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)110111ui Ree4.2.3.電壓平衡方程及相量圖電壓平衡方程及相量圖 202ue原

10、邊副邊1、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與主磁通、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與主磁通變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)11m1m22m2m114.444.4422ENfNE =NfN 11ue msinmt 變壓器電阻壓降和漏電勢(shì)很小，可忽略。0111102222/cossin(90 )/cossin(90 )mmmmeNddtNtEteN ddtNtEt 1212/kNNEE忽略飽和與磁滯忽略飽和與磁滯感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與主磁通關(guān)系感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與主磁通關(guān)系相位上，滯后主磁通900電角度變壓器的匝比（變比）變壓器的匝比（變比）變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)114.44mEfN1114.44mUEfN思考：變壓器的電源電壓不

11、變，僅改變副邊匝數(shù)，思考：變壓器的電源電壓不變，僅改變副邊匝數(shù)，主磁通是否改變？為什么？主磁通是否改變？為什么？ 主磁通的大小和波形取決于電源電壓的大小和波形變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)2211 11 m1111mmmNN iLNiii常數(shù)常數(shù)2. 漏磁通、漏電動(dòng)勢(shì)和漏電抗漏磁通、漏電動(dòng)勢(shì)和漏電抗Li1 m11 m11N iN iR1m111ddieNLdtdt 變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)用相量表示用相量表示mm2siniIt11m1m2cos2sin90eL ItL It1m111ddieNLdtdt 表征漏磁通對(duì)一次繞組表征漏磁通對(duì)一次繞組電磁效應(yīng)的參數(shù)電磁效應(yīng)的

12、參數(shù)常數(shù)常數(shù)與與i10無(wú)關(guān)無(wú)關(guān).11mm1Ej LIjIX 變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)3.主磁通、主磁電動(dòng)勢(shì)和勵(lì)磁阻抗主磁通、主磁電動(dòng)勢(shì)和勵(lì)磁阻抗1mm()mmmEI ZI RjX勵(lì)磁電抗勵(lì)磁電抗 是表征鐵心磁化性能的參數(shù)是表征鐵心磁化性能的參數(shù)21mmmXLN勵(lì)磁電阻勵(lì)磁電阻 是對(duì)應(yīng)鐵心損耗的是對(duì)應(yīng)鐵心損耗的虛擬電阻虛擬電阻mR2FemmpI RmX非常數(shù)非常數(shù)非常數(shù)非常數(shù) 實(shí)際運(yùn)行中，電網(wǎng)電壓波動(dòng)很小，認(rèn)為實(shí)際運(yùn)行中，電網(wǎng)電壓波動(dòng)很小，認(rèn)為Zm基本基本保持不變保持不變變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)4.2.44.2.4基本方程式及等效電路基本方程式及等效電路11011

13、1101110mm101110m10110m2021-(-)+()=()Z/UIREEIRjXIRjXIRjXII ZI ZUEEk變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué) 空載電流（勵(lì)磁電流）分析空載電流（勵(lì)磁電流）分析勵(lì)磁電流呈尖頂波形。勵(lì)磁電流呈尖頂波形。t0i3211230i1、磁路不飽和時(shí)、磁路不飽和時(shí)勵(lì)磁電流為正弦波勵(lì)磁電流為正弦波電網(wǎng)電壓為正弦波，電網(wǎng)電壓為正弦波，主磁通也為正弦波主磁通也為正弦波2、磁路不飽和時(shí)、磁路不飽和時(shí)變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流 產(chǎn)生主磁通所需要的電流，用產(chǎn)生主磁通所需要的電流，用 表示。表示。mi空載運(yùn)行時(shí)，空載電流就是勵(lì)磁

14、電流，即空載運(yùn)行時(shí)，空載電流就是勵(lì)磁電流，即10mii勵(lì)磁電流包括兩個(gè)分量，一個(gè)是磁化電流勵(lì)磁電流包括兩個(gè)分量，一個(gè)是磁化電流 , 一個(gè)是鐵耗電流一個(gè)是鐵耗電流 。iFei磁化電流磁化電流激勵(lì)鐵心中的主磁通，是無(wú)功分量；激勵(lì)鐵心中的主磁通，是無(wú)功分量；鐵耗電流鐵耗電流是從電源吸收鐵耗功率的反映，是有功分量。是從電源吸收鐵耗功率的反映，是有功分量。變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)相量圖相量圖mI10I2EFeI01E1E1U101IR101jIX110111101112021()/UIREEIRjXEUEEk變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué) 思考: 某單相變壓器額定電壓為380V

15、/220V,額定頻率為50HZ。如誤將低壓邊接到380V電源，變壓器將會(huì)發(fā)生一些什么異?，F(xiàn)象？ 答案： 由于 U204.44fN2mU20由220伏變到380伏，增加了 倍，則主磁通m也增 加了 倍，磁路飽和程度增加，因而勵(lì)磁電流I0大大增 加，有可能燒毀線圈。33變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué) 變壓器的一次繞組接到交流電源，二次繞組接變壓器的一次繞組接到交流電源，二次繞組接到負(fù)載阻抗時(shí)，二次繞組中便有電流流過(guò)，這種情到負(fù)載阻抗時(shí)，二次繞組中便有電流流過(guò)，這種情況稱為變壓器的負(fù)載運(yùn)行。況稱為變壓器的負(fù)載運(yùn)行。1.負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁物理現(xiàn)象負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁物理現(xiàn)象4.3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行

16、變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué) 1u1e10i2e20u1N2N122i 1e2e圖圖2-8 變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器的負(fù)載運(yùn)行-+-+-+-+-+-+ i1u2LZ變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)變壓器負(fù)載時(shí)電磁關(guān)系變壓器負(fù)載時(shí)電磁關(guān)系變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)2.磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式負(fù)載運(yùn)行時(shí)，仍然有：負(fù)載運(yùn)行時(shí)，仍然有：1122m1I NI NI N1114.44mUEfN11111UI ZEE 電源電壓不變，因此負(fù)載運(yùn)行和空載運(yùn)行時(shí)的電源電壓不變，因此負(fù)載運(yùn)行和空載運(yùn)行時(shí)的主磁通近似相等。主磁通近似相等。 主磁路飽和程度不變，磁

17、阻相等。主磁路飽和程度不變，磁阻相等。負(fù)載運(yùn)行和空載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)相等。負(fù)載運(yùn)行和空載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)相等。21m2m1L1NIIIIIN （）變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)21L21NIIN 忽略勵(lì)磁電流分量，則：忽略勵(lì)磁電流分量，則：負(fù)載電流分量：負(fù)載電流分量：12211ININk一次側(cè)電流由一次側(cè)電流由勵(lì)磁電流分量勵(lì)磁電流分量和和負(fù)載電流分量負(fù)載電流分量構(gòu)成。構(gòu)成。 二次側(cè)電流的增加或減少必然引起一次側(cè)電流的二次側(cè)電流的增加或減少必然引起一次側(cè)電流的增加或減少，表明通過(guò)電磁作用，變壓器將能量從一增加或減少，表明通過(guò)電磁作用，變壓器將能量從一次側(cè)傳遞到二次側(cè)，即變壓器為次側(cè)傳遞到二

18、次側(cè)，即變壓器為能量傳遞能量傳遞裝置。裝置。21m2m1L1NIIIIIN （）變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)3.變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)電壓平衡方程式變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)電壓平衡方程式變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)磁動(dòng)勢(shì)、磁通、電動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)磁通磁通電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)dtdiLe222m11m22deNdtdeNdt2211iNiNmiN1m12dtdiLe111一次繞組二次繞組變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)111111111111()UI REEI RjXEI ZE22LUI Z2222222222222( j)UEEI REI XI REI Z 211EEk1mmmmm()EIRjXI

19、 Z 3.變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)電壓平衡方程式變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)電壓平衡方程式變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué) 在研究變壓器的運(yùn)行問(wèn)題時(shí)，希望有一個(gè)既能在研究變壓器的運(yùn)行問(wèn)題時(shí)，希望有一個(gè)既能正確反映變壓器內(nèi)部電磁關(guān)系，又便于工程計(jì)算的正確反映變壓器內(nèi)部電磁關(guān)系，又便于工程計(jì)算的等效電路，來(lái)代替具有電路、磁路和電磁感應(yīng)聯(lián)系等效電路，來(lái)代替具有電路、磁路和電磁感應(yīng)聯(lián)系的實(shí)際變壓器。下面從變壓器的基本方程出發(fā)，導(dǎo)的實(shí)際變壓器。下面從變壓器的基本方程出發(fā)，導(dǎo)出此等效電路。出此等效電路。 4.4 變壓器的等效電路及相量圖變壓器的等效電路及相量圖變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)1.基本方程組基本

20、方程組21212212222111112211NNEEkZIUZIEZIEUZIEUINININLmmm利用這些方程式可以進(jìn)行定量計(jì)算，從而能精確的研究和分析變壓器的各種運(yùn)行性能。但是變壓器的一次、二次繞組的匝數(shù)不等，且有六個(gè)未知數(shù)，使得這組方程的求解變得相當(dāng)?shù)姆爆崱?各物理量均為相值。各物理量均為相值。 變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)4.4.1變壓器的等效電路變壓器的等效電路 1.繞組歸算繞組歸算 （A）方法）方法 通常是把二次繞組歸算到一次繞組，也就是假想把二次繞組的匝數(shù)變換成一次繞組的匝數(shù)，而不改變一次和二次繞組原有的電磁關(guān)系。 建立等效電路，除了需要把一次和二次側(cè)磁通的效果作

21、為漏抗壓降，主磁通和鐵心繞組的效果作為激磁阻抗來(lái)處理外，還需要進(jìn)行組歸算. 歸算的目的：僅僅為了簡(jiǎn)化變壓器的研究方法。變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)（B）原則）原則 只要?dú)w算前后二次繞組的磁動(dòng)勢(shì)保持不變，則對(duì)一次繞組來(lái)說(shuō)，變換是等效的； 即一次繞組將從電網(wǎng)吸收同樣大小的功率和電流，并有同樣大小的功率傳遞給二次繞組。4.4.1變壓器的等效電路變壓器的等效電路歸算原則：歸算原則：1）保持二次側(cè)磁動(dòng)勢(shì)不變；保持二次側(cè)磁動(dòng)勢(shì)不變； 2）保持二次側(cè)各功率或損耗不變。）保持二次側(cè)各功率或損耗不變。變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué).(1)電流的歸算: 歸算前、后二次繞組的磁動(dòng)勢(shì)保持不變，可

22、得：1 222N IN I(2)電動(dòng)勢(shì)的歸算: 歸算前、后二次繞組的磁動(dòng)勢(shì)保持不變，則鐵心中的主磁通保持不變，可得：2122,ENkEN221221IkINNI221:EkEE即變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)(3)阻抗的歸算: 歸算前、后二次繞組的傳輸功率、損耗保持不變，可得：電壓類(lèi)：折算值=實(shí)際值k電流類(lèi)：折算值=實(shí)際值/k阻抗類(lèi)：折算值=實(shí)際值 k2總結(jié)總結(jié)2/22222I RI R22222222IRRk RI 222222I XI X 22222222IXXk XI 變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)11221111122221221122mmmLN IN IN IUE

23、I ZUEI ZEI ZUI ZENkNE 歸算后，變壓器的基本方程變?yōu)闅w算后，變壓器的基本方程變?yōu)?: :11112222121222=mmmLUI ZEUEI ZIIIEEI ZUI Z 變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)4.4.2 T形等效電路形等效電路1111UEI Z 由基本方程式推導(dǎo)等效電路：由基本方程式推導(dǎo)等效電路：1mmEI Z 12EE變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)22LUI Z2222UEI Z變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)T T形等效電路形等效電路1212,mEEIII變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)4.4.3 形等效電路形等效電路將激磁

24、支路移到電源端，對(duì)變壓器的運(yùn)行計(jì)算不會(huì)帶來(lái)明顯的誤差。變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)4.4.4 簡(jiǎn)化等效電路簡(jiǎn)化等效電路 在分析變壓器重載或者滿載時(shí)，可以進(jìn)一步忽略勵(lì)在分析變壓器重載或者滿載時(shí)，可以進(jìn)一步忽略勵(lì)磁電流。磁電流。 m1NII短路阻抗短路阻抗變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)mmI21EE1E1U11I R11jI X2U2I22I r22j I x2I1I211112222121222=mmmLUI ZEUEI ZIIIEEI ZUI Z 變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)4.5 變壓器的參數(shù)測(cè)定變壓器的參數(shù)測(cè)定4.5.0 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出 變壓器的使用

25、者在計(jì)算分析變壓器的運(yùn)行情況時(shí)，需要知道變壓器的參數(shù)，如k、Z1、Z2、Zm等，但是在變壓器的產(chǎn)品目錄和銘牌上通常是沒(méi)有這些參數(shù)的，而且對(duì)變壓器具體的材料型號(hào)和尺寸大小也不清楚，所以只能通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定法來(lái)測(cè)定這些參數(shù)。 變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)4.5.1 變壓器的空載試驗(yàn)變壓器的空載試驗(yàn)通過(guò)變壓器的空載試驗(yàn)，可以測(cè)量出一次側(cè)加額定電壓U1N時(shí)二次側(cè)開(kāi)路電壓U2、空載損耗P0，空載電流I0；從而計(jì)算出變比k、勵(lì)磁阻抗Zm。 1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?、實(shí)驗(yàn)接線圖、實(shí)驗(yàn)接線圖變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)3 3、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)原理01CuFeFeppppmNmmIUIEZ11

26、202mmFemIpIpr22mmmrZx21UUkN變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)4、三個(gè)注意點(diǎn)、三個(gè)注意點(diǎn)1、對(duì)于三相變壓器，試驗(yàn)測(cè)定的電壓、電流都是線值，計(jì)算時(shí)必須根據(jù)繞組的聯(lián)結(jié)方式，換算成相值；測(cè)出的功率是三相的總功率，除以三，取一相的功率進(jìn)行計(jì)算。2、變壓器的勵(lì)磁電阻不是真實(shí)電阻，而是用來(lái)等效變壓器鐵耗的模擬電阻，不存在隨溫度變化的問(wèn)題，不需要進(jìn)行溫度折算。 3、Zm與飽和程度有關(guān)，電壓越高，磁路越飽和，Zm越小。所以應(yīng)以額定電壓下測(cè)讀的數(shù)據(jù)計(jì)算勵(lì)磁參數(shù)變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)4.5.2 變壓器的短路試驗(yàn)變壓器的短路試驗(yàn) 通過(guò)變壓器的短路試驗(yàn)，可以測(cè)量出額定

27、短路電流I1N時(shí)一次側(cè)電壓UK、短路損耗Pk；從而計(jì)算出短路阻抗Zk。 1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?、實(shí)驗(yàn)接線圖、實(shí)驗(yàn)接線圖變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)kCuFeCuppppkk1NUZICukk22kkpprII22kkkxZr121kNIIIItrrkcko5 .234755 .23475227575kckckxrZoo溫度折算溫度折算（以銅線變壓器為例）：（以銅線變壓器為例）：3 3、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)原理變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)5、兩個(gè)注意點(diǎn)、兩個(gè)注意點(diǎn)1、三相變壓器試驗(yàn)測(cè)定的電壓、電流都是線值，計(jì)算時(shí)必須根據(jù)繞組的聯(lián)結(jié)方式，換算成相值；測(cè)出的功率是三相的總功率，除

28、以三，取一相的功率進(jìn)行計(jì)算。變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)若用高壓繞組額定電壓的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，則為：若用高壓繞組額定電壓的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，則為： %100%10017511NckNNkkUZIUUUo2、短路電壓或者阻抗電壓、短路電壓或者阻抗電壓：變壓器的短路試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)：變壓器的短路試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)繞組中的電流達(dá)到額定值，加在高壓繞組上的電壓繞組中的電流達(dá)到額定值，加在高壓繞組上的電壓Uk。 ckNckkkooZIZIU75175變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)4.6 標(biāo)幺值標(biāo)幺值1. 定義定義實(shí)際值（任意單位）標(biāo)幺值基值（與實(shí)際值同單位） 某一物理量的實(shí)際值與選定的基值之比。若若U

29、1=150V，U2=250V，取，取100V作為兩電壓的基值，作為兩電壓的基值，則：則：*1111501.5100bUUU*2222502.5100bUUU變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)標(biāo)幺值實(shí)質(zhì)：標(biāo)幺值實(shí)質(zhì)： 基值標(biāo)為一（幺即為一）后，該物理量的相對(duì)值。基值標(biāo)為一（幺即為一）后，該物理量的相對(duì)值。 2. 基值的選取原則基值的選取原則一、選取的基值必須遵循物理關(guān)系的約束。一、選取的基值必須遵循物理關(guān)系的約束。 bbbUI ZbbbSU I 對(duì)于單相電路的計(jì)算而言， U、I、Z和S四個(gè)基本物理量的基值中，只要選定兩個(gè)，剩下的兩個(gè)基值可以根據(jù)下式來(lái)確定： 變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大

30、學(xué)電機(jī)學(xué)二、一般取各物理量的二、一般取各物理量的相額定值相額定值作為基值。作為基值。 單相變壓器一次側(cè)各物理量的基值為： 11bNUU11bNII111NbNUZI三相變壓器一次側(cè)各物理量基值可以按如下方法選擇： 一次繞組為星形聯(lián)結(jié)： 113NbUU11bNII1113NbNUZINbSS31一次繞組為三角形聯(lián)結(jié)： 11bNUU113NbII1113NbNUZINbSS31bNSS變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)三、同一側(cè)電路的同類(lèi)物理量要用同一個(gè)基值。三、同一側(cè)電路的同類(lèi)物理量要用同一個(gè)基值。 二次繞組向一次繞組折算后，就和一次側(cè)繞組屬于同一電路，因此，二次側(cè)繞組各物理量的折算值以一

31、次側(cè)繞組相應(yīng)物理量的相額定值作為基值。 電壓類(lèi)：U1、E1、E1 、U2、E2、E2的基值均為U1b。電流類(lèi)：I1、Im、I2 的基值均為I1b。阻抗類(lèi)：Z1、Zm、R1、Rm、X1 、Xm、Z2、R2、X2的基值均為Z1b。變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)四、不同側(cè)電路的物理量要用不同的基值。四、不同側(cè)電路的物理量要用不同的基值。 變壓器的一次側(cè)物理量的基值用一次側(cè)的額定值，二次側(cè)物理量的基值用二次側(cè)的額定值。 3. 3. 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)幺值表示電壓、電流時(shí)，可以直觀的看出變壓器的運(yùn)行情況。 9kV6A一次電壓、電流分別為一次電壓、電流分別為、在不知道它

32、的額定值的情況下，是無(wú)法判定其運(yùn)行工在不知道它的額定值的情況下，是無(wú)法判定其運(yùn)行工況的。況的。 變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)（2）不論變壓器容量是大是小，用標(biāo)幺值表示時(shí)，各）不論變壓器容量是大是小，用標(biāo)幺值表示時(shí)，各個(gè)參數(shù)和典型的性能數(shù)據(jù)通常都在一定的范圍以內(nèi)，因個(gè)參數(shù)和典型的性能數(shù)據(jù)通常都在一定的范圍以內(nèi)，因此便于比較和分析。此便于比較和分析。 *11U *10.5I 變壓器出于額定電壓下一半額定電流運(yùn)行變壓器出于額定電壓下一半額定電流運(yùn)行 *11I 滿載運(yùn)行滿載運(yùn)行 *10.5I 半載運(yùn)行半載運(yùn)行 *10.25I 1/4負(fù)載運(yùn)行 變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)（3）用

33、標(biāo)幺值表示時(shí)，歸算到高壓側(cè)或低壓側(cè)時(shí)變壓）用標(biāo)幺值表示時(shí)，歸算到高壓側(cè)或低壓側(cè)時(shí)變壓器的參數(shù)恒相等，故用標(biāo)幺值計(jì)算時(shí)不必再進(jìn)行歸算。器的參數(shù)恒相等，故用標(biāo)幺值計(jì)算時(shí)不必再進(jìn)行歸算。*2122222*2UUUkUkUUUUNNN（4）某些物理量的標(biāo)幺值將具有相同的數(shù)值。）某些物理量的標(biāo)幺值將具有相同的數(shù)值。 *11111111*kNkNkNNNkbbkbkkUUUUZIIUZIUZZZZ4、標(biāo)幺值的缺點(diǎn)是沒(méi)有量綱，無(wú)法用量綱關(guān)系來(lái)檢查。、標(biāo)幺值的缺點(diǎn)是沒(méi)有量綱，無(wú)法用量綱關(guān)系來(lái)檢查。 變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)4.7 變壓器的運(yùn)行特性變壓器的運(yùn)行特性 4.7.1 外特性和電壓變化率

34、外特性和電壓變化率 變壓器外特性是指當(dāng)U1=U1N，cos2=常數(shù)時(shí)，副邊端電壓隨負(fù)載電流變化的規(guī)律，即：U2=(I2)曲線。有外特性有外特性U2=(I2)和效率特性和效率特性=(I2) 變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)1. 電壓變化率電壓變化率 電壓變化率是表征變壓器運(yùn)行性能的重要指標(biāo)之一,它大小反映了供電電壓的穩(wěn)定性。20220100%UUuU 定義：當(dāng)一次側(cè)電壓保持為額定值，負(fù)載功率因數(shù)為常值，從空載到負(fù)載時(shí)二次側(cè)電壓變化的百分值，用u表示。通常約為通常約為5%2(1) 100%U/121100%NNUUU222()100%NNk UUkU222100%NNUUU變壓器變壓器南通

35、大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)2、電壓調(diào)整率的實(shí)用計(jì)算公式、電壓調(diào)整率的實(shí)用計(jì)算公式 2b/2I/2U1NU假設(shè)為感性負(fù)載假設(shè)為感性負(fù)載0acpd1kI r1kjI X221N2UUabbc11222()()NkkUI ZUI ZU 1N2UUab1N21N1Nu100%100%UUabUU 變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)22codssinabaccbadp2 kadI r2dkpI x122222cossinNkkUUI rI xb/2I/2U1NU0acpd1kI r1kjI X 2121100%NNUUuU 22221cossin100%kkNI rI xU222111cossin1

36、00%kkNNNrxIUII*222cossin) 100%kkIrx（變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)3、外特性、外特性222100%NNUUuU 22()Uf I*222cossin) 100%kkuIrx （2cos假設(shè) 為常數(shù)，*2()Uf I 變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)21100%PP4.7.2 效率和效率特性效率和效率特性1、效率定義2、計(jì)算方法1）直接負(fù)載法：不準(zhǔn)確；對(duì)于大型變壓器，負(fù)載不具備。2）間接法：準(zhǔn)確；簡(jiǎn)單方便。112100%1100%PppPPp 變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)變壓器的損耗說(shuō)明：變壓器的損耗說(shuō)明：鐵損耗與外加電壓大小有關(guān)

37、，而與負(fù)載大小基本無(wú)關(guān)，稱為不變損耗。銅損耗大小與負(fù)載電流平方成正比，稱為可變損耗。1、鐵耗2、銅耗變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)2222222*2222222coscoscoscosNNNNNPmU ImUIImUII SI*2*22*222221100%1100%()cosFekNNFekNppp If IPpI Spp I 222*2222275752()CuNkNkckcNIpmI RmIRp II變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)3、效率特性、效率特性*22*22221100%cosFekNNFekNpp II Spp I *2/0ddI*2Fe2kNpp IFe0p

38、p變壓器的空載試驗(yàn)測(cè)得變壓器的空載試驗(yàn)測(cè)得 ，短路試驗(yàn)測(cè)得，短路試驗(yàn)測(cè)得 。0pkNp 當(dāng)銅損耗等于鐵損耗當(dāng)銅損耗等于鐵損耗(可變損耗等于不變損耗可變損耗等于不變損耗)時(shí)時(shí),變壓器效率最大：變壓器效率最大：%100)2cos21 (020maxPSPNm*Fe2kNpIp負(fù)載系數(shù)變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)4.8 三相變壓器三相變壓器4.8.1 三相變壓器磁路系統(tǒng)三相變壓器磁路系統(tǒng)1、三相、三相變壓器組組特點(diǎn)：三相磁路彼此無(wú)關(guān)聯(lián)；適用于巨型變壓器。變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)2、三相芯式變壓器、三相芯式變壓器特點(diǎn)：三相磁路彼此有關(guān)聯(lián)；耗材少，價(jià)格低，占地少，維護(hù)簡(jiǎn)單。變

39、壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)4.8.2 三相變壓器的電路系統(tǒng)三相變壓器的電路系統(tǒng)1、變壓器的聯(lián)結(jié)法、變壓器的聯(lián)結(jié)法繞組名稱三相變壓器中性點(diǎn)首端末端高壓繞組 A、B、CX、Y、ZN、O低壓繞組a、b、cx、y、zn、o表1 繞組端頭標(biāo)號(hào)變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)星形連接：星形連接：Y、y；三角形連接：；三角形連接：D、d。三相變壓器可以聯(lián)結(jié)成如下幾種形式：（1）Y，y或YN，y或Y，yn；（2）Y，d或YN，d；（3）D，y或D，yn；（4）D，d。變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)2、高、低壓繞組的、高、低壓繞組的相電動(dòng)勢(shì)相電動(dòng)勢(shì)相位關(guān)系相位關(guān)系1）同名端及判別：

40、）同名端及判別：同名端的定義同名端的標(biāo)志同名端的標(biāo)志通常標(biāo)以相同的符號(hào)*或同名端的判斷同名端的判斷1)觀察繞向法：變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)2)直流電流法：直流電流法： 互為同名端的兩個(gè)端點(diǎn)在任意時(shí)刻極性都相同，且同名端總是成對(duì)出現(xiàn)的。 主要器材： 直流電流表一只， 干電池一節(jié)合上開(kāi)關(guān)s：1）指針正偏，則A，a互為同名端2）指針?lè)雌?，則A，x互為同名端注意：應(yīng)用此法時(shí)，為了減少對(duì)電流表的沖擊。應(yīng)把電流表接到變壓器的低壓側(cè)。變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)3）高、低壓繞組相電動(dòng)勢(shì)相位關(guān)系的確定）高、低壓繞組相電動(dòng)勢(shì)相位關(guān)系的確定 高、低壓繞組相電動(dòng)勢(shì)的正方向統(tǒng)一規(guī)定為：高、

41、低壓繞組相電動(dòng)勢(shì)的正方向統(tǒng)一規(guī)定為：從繞組的首端指向末端從繞組的首端指向末端。 若高、低壓繞組的首端（或末端）互為同名端，則相電動(dòng)勢(shì)同相位；若首端（或末端）和低壓繞組的末端（或首端）互為同名端，則相電動(dòng)勢(shì)反相位 。變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué)3、相量圖、相量圖變壓器變壓器南通大學(xué)電機(jī)學(xué)南通大學(xué)電機(jī)學(xué) 根據(jù)三相變壓器高、低壓繞組根據(jù)三相變壓器高、低壓繞組線電動(dòng)勢(shì)線電動(dòng)勢(shì)的相位關(guān)的相位關(guān)系，將變壓器繞組的連接分成各種不同的組號(hào)，這稱系，將變壓器繞組的連接分成各種不同的組號(hào)，這稱為繞組的為繞組的聯(lián)結(jié)組聯(lián)結(jié)組。3、高、低壓繞組的、高、低壓繞組的線電動(dòng)勢(shì)線電動(dòng)勢(shì)相位關(guān)系：相位關(guān)系：聯(lián)結(jié)組聯(lián)結(jié)組1）聯(lián)結(jié)組：）聯(lián)結(jié)組： 理論和實(shí)踐證明，無(wú)論采用怎樣的連接方式，理論和實(shí)踐證明，無(wú)論采用怎樣的連接方式，一、二次側(cè)線電動(dòng)勢(shì)的相位差總是一、二次側(cè)線電動(dòng)勢(shì)的相位差總是300的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。聯(lián)結(jié)組號(hào)共有聯(lián)結(jié)組號(hào)共有12個(gè)組號(hào)。個(gè)組號(hào)。一般用聯(lián)結(jié)法的符號(hào)加數(shù)字來(lái)表示聯(lián)結(jié)組，一般用聯(lián)結(jié)法的符號(hào)加數(shù)字來(lái)表示聯(lián)結(jié)組，變壓器變壓器南通