第3章_變壓器

1、第三章第三章 變壓器變壓器變壓器是一種靜止的電機(jī).它是全電流定律和電磁感應(yīng)原理的具體應(yīng)用。它是將一種電壓等級(jí)的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一不同電壓等級(jí)的電能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離經(jīng)濟(jì)輸送電能或安全按需分配電能。 3.1 概述概述 3.1.1 變壓器的基本工作原理 變壓器工作是全電流定律和電磁感應(yīng)原理的具體應(yīng)用。1u1e2e2u0imA X ax 變壓器的種類很多，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。 3.1.2 變壓器的分類1、按用途分類，可分為電力變壓器電力變壓器（主要用在輸配電系統(tǒng)中，又分為升壓變壓器、降壓變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器和廠用變壓器）儀用互感器儀用互感器（電壓互感器和電流互感器） 特

2、種變壓器特種變壓器（如調(diào)壓變壓器、試驗(yàn)變壓器、電爐變壓器、整流變壓器、電焊變壓器等）2. 按繞組數(shù)目分3. 按鐵心結(jié)構(gòu)分4. 按相數(shù)分雙繞組變壓器三繞組變壓器多繞組變壓器自耦變壓器心式變壓器殼式變壓器單相變壓器三相變壓器多相變壓器油浸式變壓器干式變壓器充氣式變壓器 小型變壓器（容量為10630kVA） 中型變壓器（容量為8006300kVA） 大型變壓器（容量為800063000kVA） 特大型變壓器（容量在90000kVA及以上） 下面以單相雙繞組電力變壓器為例進(jìn)行討論。6. 電力變壓器按容量大小通常分為油浸自冷式油浸風(fēng)冷式油浸強(qiáng)迫油循環(huán)式5. 按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分類，可分為3.1.3 變

3、壓器的基本結(jié)構(gòu)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、繞組、絕緣套管、油箱及其他附件等，其中鐵心和繞組是變壓器的主要部件。典型的油浸式變壓器結(jié)構(gòu)訊號(hào)式溫度計(jì)吸濕器儲(chǔ)油柜（油枕）油表防爆管瓦斯繼電器高壓套管低壓套管分接開(kāi)關(guān)放油閥門(mén)繞組鐵心油箱1. 1. 鐵心鐵心鐵心構(gòu)成變壓器的磁路，又是套裝繞組的骨架。鐵心由鐵心柱和鐵軛兩部分構(gòu)成。鐵心柱上套裝繞組，鐵軛將鐵心柱連接起來(lái)形成閉合磁路。 ）鐵心材料：）鐵心材料： 鐵心一般用高磁導(dǎo)率的磁性材料硅鋼片疊裝而成。硅鋼片有熱軋和冷軋兩種，其厚度為0.350.5mm，兩面涂以厚0.020.23mm的漆膜，使片與片之間絕緣。) 鐵心型式鐵心型式變壓器

4、鐵心的結(jié)構(gòu)有心式、殼式和漸開(kāi)線式等形式。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，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較容易，電力變壓器的鐵心主要采用心式結(jié)構(gòu)。3) 鐵心疊裝鐵心疊裝 :變壓器的鐵心一般是由剪成一定形狀的硅鋼片疊裝而成。為了減小接縫間隙以減小激磁電流，一般采用交錯(cuò)式疊法，使相鄰層的接縫錯(cuò)開(kāi)。單層雙層4) 鐵心截面鐵心截面:鐵心柱的截面一般做成階梯形，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)部的散熱條件，如圖所示。繞組為什么做成圓形？鐵心柱的截面為什么

5、不做成圓形，而做成階梯形？繞組是變壓器的電路部分，它由銅或 鋁絕緣導(dǎo)線繞制而成 。 一次繞組（原繞組）：輸入電能 二次繞組（副繞組）：輸出電能 同一相的一次繞組和二次繞組通常套裝在同一個(gè)心柱上，一次和二次繞組具有不同的匝數(shù)。 按電壓高低，可分為高壓繞組和低壓繞組。 變壓器的繞組又可分為同心式、交迭式。同心式繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，被廣泛采用，交迭式主要用于特種變壓器中。2. 繞組繞組3. 3. 其它部件其它部件除器身外，典型的油浸電力變壓器中還有油箱、變壓器油、絕緣套管及繼電保護(hù)裝置等部件。 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。額定值通常標(biāo)注在變壓器的銘牌上。變壓器的

6、額定值主要有：3.1.4 3.1.4 額定值額定值 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 VA、kVA或MVA表示。2. 2. 額定電壓額定電壓U U1N1N/U/U2N2N 正常運(yùn)行時(shí)規(guī)定加在一次側(cè)的端電壓稱為變壓器一次側(cè)的額定電壓U1N。二次側(cè)的額定電壓U2N 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V或kV、MVA表示。對(duì)三相變壓器，額定電壓是指線電壓。3 3. . 額定電流額定電流I I1N1N/I/I2N2N根據(jù)額定容量和額定電壓計(jì)算出的電流，稱為額定電流，以A表示。對(duì)三相變壓器，額定電流是指線電流。對(duì)單相變壓器對(duì)單相變壓器對(duì)三

7、相變壓器對(duì)三相變壓器 NNNNNNUSIUSI2211;NNNNNNUSIUSI22113;3 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)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。3.2 3.2 變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行 3.2.1 3.2.1 空載運(yùn)行的空載運(yùn)行的電磁物理狀態(tài)電磁物理狀態(tài) 空載運(yùn)行：是指變壓器一次側(cè)繞組接到額定電壓、額定頻率的電源上，二次側(cè)繞組開(kāi)路時(shí)的運(yùn)行狀態(tài) 。 1. 磁動(dòng)勢(shì)和磁通的情況：一次側(cè)繞組施加電壓1010iNf m1dtdNe11dtdNe22dtdNe1111u1e2e2u0im 2. f0產(chǎn)生的磁通：

8、主磁通主磁通 ：沿鐵心閉合，與原、副繞組相交鏈。主磁通與建立它的電流之間呈非線性關(guān)系。主磁通與建立它的電流之間呈非線性關(guān)系。原、副繞組中感應(yīng)電勢(shì)，當(dāng)副繞組接上負(fù)載時(shí)原、副繞組中感應(yīng)電勢(shì)，當(dāng)副繞組接上負(fù)載時(shí)便有電功率向負(fù)載輸出，故主磁通起傳遞能量便有電功率向負(fù)載輸出，故主磁通起傳遞能量的作用。的作用。漏磁通漏磁通 ：僅與原繞組相交鏈，其路徑為鐵心和周圍的氣隙。漏磁通與產(chǎn)生它的電流呈線性關(guān)系。漏磁通與產(chǎn)生它的電流呈線性關(guān)系。在原在原繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，不傳遞能量，僅起壓降作用。繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，不傳遞能量，僅起壓降作用。2im1在分析變壓器和在分析變壓器和交流電機(jī)時(shí)常將交流電機(jī)時(shí)常將主磁通和漏磁通主

9、磁通和漏磁通分開(kāi)處理。分開(kāi)處理。 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，并不依正方向的選擇不同而改變。 電機(jī)學(xué)科中通常按電工慣例來(lái)規(guī)定正方向。3、 正方向的規(guī)定正方向的規(guī)定 （1）負(fù)載支路，電流的正方向與電壓降的正方向一致；而電源支路，電流的正方向與電動(dòng)勢(shì)的正方向一致 （2）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; （3）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。 在一次側(cè)，u1由首端指向末端，i1(i0)從首端流入。當(dāng)u1與i1同時(shí)為正或同時(shí)為負(fù)時(shí)，表示電功率從一次側(cè)輸入，稱為電動(dòng)機(jī)慣例。在二次側(cè)，u2和i2的正方向是由e2的正方向決定的，

10、即i2沿e2的正方向流出。當(dāng)u2和i2同時(shí)為正或同時(shí)為負(fù)時(shí)，電功率從二次側(cè)輸出，稱為發(fā)電機(jī)慣例。1u1e2e2u2i0i各物理量的正方向的規(guī)定m1)90sin(2cos01111tEtNdtdNem)90sin(2cos02222tEtNdtdNem 4 4、空載時(shí)的電磁關(guān)系、空載時(shí)的電磁關(guān)系1）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 =msint 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 ：mmfNNE11144. 42mmfNNE22244. 42式中：注意：從上面的表達(dá)式中我們可以看出，注意：從上面的表達(dá)式中我們可以看出， 電動(dòng)勢(shì)總是滯電動(dòng)勢(shì)總是滯后

11、與產(chǎn)生的他的磁通后與產(chǎn)生的他的磁通90。3.2.2 3.2.2 電動(dòng)勢(shì)平衡方程式和變比電動(dòng)勢(shì)平衡方程式和變比11XjIE10111RIEEU 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：衡方程式：將漏感電動(dòng)勢(shì)寫(xiě)成壓降的形式 ：dtdNe11111EU220EU式中式中原繞組漏阻抗原繞組漏阻抗111ZRjX對(duì)于電力變壓器，空載時(shí)一次側(cè)繞組的漏阻抗壓降I0Z1 很小，其數(shù)值不超過(guò)U1的0.2%，將I0Z1忽略，則上式變成：在副方，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于空載電壓，即：111111ZXjRIEIIEU1111144. 444. 4fNUfNEUmm變壓器的變比

12、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U1E1 ，U20E2，故可近似地用空載運(yùn)行時(shí)原、副方相電壓相電壓比來(lái)作為變壓器的變比，即NNOUUUUk2121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)E1和E2之比稱為變壓器的變比，用 k 表示，即：1112224.444.44mmEfNNkEfNN 3.2.3 3.2.3 空載電流空載電流1. 1. 空載電流的波形空載電流的波形變壓器空載運(yùn)行時(shí)一次側(cè)繞組中的電流主要用來(lái)產(chǎn)生變壓器空載運(yùn)行時(shí)一次側(cè)繞組中的電流主要用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，又稱為勵(lì)磁電流磁場(chǎng)，又稱為勵(lì)磁電流 ?？蛰d電流很小，一般不大于額?？蛰d電流很小，一般不大于額定電流

13、的定電流的2.5，大型變壓器更小。我們重點(diǎn)考察其波形。，大型變壓器更小。我們重點(diǎn)考察其波形。與磁路是否飽和、鐵心的鐵耗等因素有關(guān)。 1）.磁路不飽和，鐵心無(wú)鐵耗 勵(lì)磁電流為完全用來(lái)勵(lì)磁的磁化電流， 磁化電流和磁通為線性關(guān)系。施加的電壓為正弦波磁通為正弦波磁化電流為正弦波2）磁路飽和，鐵心無(wú)鐵耗勵(lì)磁電流為完全用來(lái)勵(lì)磁的磁化電流磁路飽和，則磁化電流和磁通為非線性關(guān)系施加的電壓為正弦波磁通為正弦波磁化電流為尖頂波222135IIIIL為了在相量圖中表示勵(lì)磁電流 ，可以用等效正弦波電流來(lái)代替非正弦波勵(lì)磁電流，其有效值為磁通為正弦規(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3、5

14、、7次諧波。除基波外，三次諧波分量最大。這就是說(shuō)，由于鐵磁材料由于鐵磁材料磁化曲線的非線性關(guān)系，要在變壓器中建立正弦波磁通，磁化曲線的非線性關(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。 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 i與磁通與磁通 是同相位的。是同相位的。i3）磁路飽和，鐵心有鐵耗當(dāng)考慮鐵心損耗時(shí)， 勵(lì)磁電流 i0中還必須包含鐵耗分量iFe ，即這時(shí)激磁電流這時(shí)激磁電流io將將超前磁通一相位角超前磁通一相位角(為什么？為什么？) 2220FeIII大小關(guān)系：Feiii0m10II0IFe2. 2. 空載時(shí)的向量圖和等效電

15、路空載時(shí)的向量圖和等效電路mE1E21)空載時(shí)的向量圖空載時(shí)的向量圖:XIRIEUj110011I0U100 這樣這樣,變壓器一次側(cè)的電動(dòng)勢(shì)方程可寫(xiě)成變壓器一次側(cè)的電動(dòng)勢(shì)方程可寫(xiě)成 而變壓器空載時(shí)從一次側(cè)看進(jìn)去的等效阻抗而變壓器空載時(shí)從一次側(cè)看進(jìn)去的等效阻抗 為為 稱為變壓器的激磁阻抗。稱為變壓器的激磁阻抗。 稱為變壓器原方漏阻抗。稱為變壓器原方漏阻抗。0zmmXXXRRRjXRZIU101000100mmmjXRZ111jXRZ0101ZIEU1U1R1XmRmX1ERm、Xm受鐵心飽和度的影響，不是常數(shù)。受鐵心飽和度的影響，不是常數(shù)。Rm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)

16、，而Xm是表征主磁通磁化性能是表征主磁通磁化性能的一個(gè)參數(shù)。的一個(gè)參數(shù)。R1是原繞組的電阻是原繞組的漏電抗。1空載時(shí)的空載時(shí)的等效電路等效電路I0 外施電壓外施電壓不變，不變，主磁通基本不變，磁路的飽和程也主磁通基本不變，磁路的飽和程也基本不變，因而基本不變，因而Rm、Xm可近似看著常數(shù)?？山瓶粗?shù)。當(dāng)頻率一定時(shí)，若外加電壓升高，則主磁通增大，鐵芯飽和程度增加，磁導(dǎo)m下降，Xm 減小。同時(shí)鐵耗 增大，但 增大的程度比 增大的程度小，由 = Rm，則Rm亦減小 。反之，若外加電壓降低,則Rm，Xm 增大 。pFepFemmNL12pFeI20I203.3 3.3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器的負(fù)載

17、運(yùn)行 當(dāng)變壓器一次側(cè)接入交流電源，二次側(cè)接上負(fù)載時(shí)的運(yùn)行方式稱為變壓器的負(fù)載運(yùn)行。1U1E2E2U1I2Im 空載運(yùn)行時(shí)空載磁動(dòng)勢(shì) 產(chǎn)生主磁通m 負(fù)載時(shí)一次繞組的磁動(dòng)勢(shì) ，二次側(cè)繞組的磁動(dòng)勢(shì) 。 負(fù)載時(shí)的主磁通m就是由一次、二次繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的，即:3.3.1 3.3.1 負(fù)載運(yùn)行時(shí)磁動(dòng)勢(shì)平衡負(fù)載運(yùn)行時(shí)磁動(dòng)勢(shì)平衡111NIF222NIF21FFFm 于是變壓器在負(fù)載時(shí)的電磁關(guān)系重新達(dá)到平衡。100NIF1NmI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，使一次側(cè)、二次側(cè)的電流緊密地聯(lián)系在一起，二次側(cè)通過(guò)磁動(dòng)勢(shì)平衡對(duì)一次側(cè)產(chǎn)生影響，二次側(cè)電流的改變必將引起一次側(cè)電流的改變，電能從一次側(cè)傳到了二次

18、側(cè)。00110mmIINNII111122212211102211110IUkIUkIUkNNNNNIIIIIII在二次側(cè)，電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為：在二次側(cè)，電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為：3.3.2 3.3.2 電動(dòng)勢(shì)平衡方程式電動(dòng)勢(shì)平衡方程式11111111()UEI RjXEI Z 在一次側(cè)，電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為22222222()UEIRjXEI Z 式中， Z2 =R2+ jX2 二次側(cè)繞組的漏阻抗， R2 二次側(cè)繞組的電阻 X2 二次側(cè)繞組的漏電抗。3.3.3 3.3.3 變壓器繞組的折算變壓器繞組的折算 由于一次側(cè)、二次側(cè)繞組的匝數(shù)，一次側(cè)、二次側(cè)繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)12，這就給分析變壓器的工作特性和

19、繪制相量圖增加了困難。為了克服這個(gè)困難，常用一假想的繞組假想的繞組來(lái)代替其中一個(gè)繞組，使之成為變比k=的變壓器，這樣就可以把一次側(cè)、二次側(cè)繞組聯(lián)成一個(gè)等效電路，從而大大簡(jiǎn)化變壓器的分析計(jì)算。這種方法稱為繞組折算。折算后的量在原來(lái)的符號(hào)上加一個(gè)上標(biāo)號(hào)“”以示區(qū)別。折算的本質(zhì)：折算的本質(zhì)：在由二次側(cè)向一次側(cè)折算時(shí)， 由于二次側(cè)通過(guò)磁動(dòng)勢(shì)平衡對(duì)一次側(cè)產(chǎn)生影響，因此，只要保持二次側(cè)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。即折算前后二次側(cè)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！二次側(cè)各量折算方法如下：折算的原則折算的原則：折算前后一次側(cè)、二次測(cè)電磁關(guān)系不變； 功率損耗不變；各種損耗不變；

20、 漏磁場(chǎng)儲(chǔ)能不變。1222N IN I 1）二次側(cè)電流的折算值:折算的原則折算的原則:二次側(cè)產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)不變。22221/NIIIkN 12222NEEkEN 22EkE2）二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)的折算值：）二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)的折算值： 由于折算前后主磁通和漏磁通均未改變，根據(jù)電動(dòng)由于折算前后主磁通和漏磁通均未改變，根據(jù)電動(dòng)勢(shì)與匝數(shù)成正比的關(guān)系可得勢(shì)與匝數(shù)成正比的關(guān)系可得3）二次側(cè)漏阻抗的折算值：）二次側(cè)漏阻抗的折算值： 根據(jù)折算前后二次側(cè)繞組的銅損耗不變的原則，根據(jù)折算前后二次側(cè)繞組的銅損耗不變的原則， 則：則：22222222()ZRjXkRjXk Z2222222()IRRk RI 由折算前后付方漏磁通

21、無(wú)功損耗不變，得2222222()IXXk XI所以，漏阻抗的折算值為：2222U IU I 4）二次側(cè)電壓的折算值:折算的原則折算的原則:負(fù)載上消耗的有功和無(wú)功不變。22UkU 5）負(fù)載阻抗的折算值:222Zk Z 電流的折算：除以變比k電壓、電動(dòng)勢(shì)的折算：乘以變比k 阻抗類的折算：乘以變比k的平方3.3.4 3.3.4 基本方程式、等效電路和相量圖基本方程式、等效電路和相量圖 1. 1. 基本方程式基本方程式折算后12EE11111()UEI RjX 22222()UEIRjX 12mIII&1()mmmEIRjX 222UI Z 12EkE11111()UEI RjX 折算前22222(

22、)UEIRjX 212m1NIIIN&1()mmmEIRjX 222UI Z2. 2. 相量圖相量圖11111()UEI RjX 22222()EUIRjX1mmmEIRjX2I22I R 22jI X2U21()E E1EmmI1I&2I11I R11jI X1U)2,(1IIIm3.4 3.4 等效電路圖及其簡(jiǎn)化等效電路圖及其簡(jiǎn)化)(1mmmjXRIE)(11111jXRIEU1U1R1X1EmRmXmI1E22222()UEIRjX 2R2X2I2E2UmIII2121EE1U1R1X2R2XmRmX2U1I2ImI1U1R1X2R2XmRmX由于激磁阻抗較大，直接左移，得到“ ”型等效

23、電路。等效電路的簡(jiǎn)化I1I0I21U1R1X2R2X1I2I忽略激磁電流（激磁阻抗）簡(jiǎn)化等效電路1212kkRRRXXX1UkRkX1I2U21( )II1kI R1kjI X2U1U121()kkUUI RjX 0相量圖相量圖簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化 等效電路等效電路簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化 等效電路等效電路 電壓平衡方程式電壓平衡方程式23.5 3.5 變壓器參數(shù)的測(cè)定變壓器參數(shù)的測(cè)定3.5.1 3.5.1 空載實(shí)驗(yàn)空載實(shí)驗(yàn) 變壓器的變壓器的Rk、Xk、Rm、Xm等參數(shù)，對(duì)其運(yùn)行性能等參數(shù)，對(duì)其運(yùn)行性能有直接的影響。對(duì)于已制成的變壓器，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)有直接的影響。對(duì)于已制成的變壓器，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量這些參數(shù)。量這些參數(shù)。

24、 試驗(yàn)?zāi)康脑囼?yàn)?zāi)康?測(cè)定變壓器的空載特性測(cè)定變壓器的空載特性、變比變比k、 勵(lì)磁阻抗勵(lì)磁阻抗Zm=Rm+jXm?？蛰d試驗(yàn)接線：空載試驗(yàn)接線：1U0IWVAVAXax注意：注意：為了便于測(cè)量和安全起見(jiàn)，通常在低壓側(cè)加電壓，將為了便于測(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。高壓側(cè)開(kāi)路。為便于調(diào)節(jié)所施加的電壓，一般利用調(diào)壓器。為便于調(diào)節(jié)所施加的電壓，一般利用調(diào)壓器。 調(diào)節(jié)所施加的電壓，只能單調(diào)上升或下降。調(diào)節(jié)所施加的電壓，只能單調(diào)上升或下降。數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理： 在電壓變化的過(guò)程中，記錄相應(yīng)的空載電流，空載損耗，作出相應(yīng)的曲線，找出當(dāng)電壓為當(dāng)電壓為額定時(shí)額定時(shí)相對(duì)應(yīng)的空載電流和空載損耗，作為

25、計(jì)算勵(lì)磁參數(shù)得依據(jù)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)驗(yàn)過(guò)程： 外加電壓從略大于額定電壓開(kāi)始在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，測(cè)量U1, U20, I0, P0。忽略一次側(cè)的漏阻抗，則激磁電抗：22mmmXZR激磁電阻：200mRP I激磁阻抗：10mZUI變壓器的變比：120kU U注意：注意：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)算勵(lì)磁參數(shù)。對(duì)于三相變壓器，按上式計(jì)算時(shí)U1、I0、p0均為每相值。但測(cè)量給出的數(shù)據(jù)卻是線電壓、線電流和三相總功率.空載損耗p0近似為鐵耗。 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。如果需要折算到高壓側(cè)，應(yīng)將上述參數(shù)乘以變比k的平方：222mmmmm

26、mZk ZRk RXk X 3.5.2 3.5.2 短路實(shí)驗(yàn)短路實(shí)驗(yàn)短路試驗(yàn)接線：短路試驗(yàn)接線：kUkIWVAAXax為了便于測(cè)量和安全起見(jiàn)，通常在高壓側(cè)加電壓，將為了便于測(cè)量和安全起見(jiàn)，通常在高壓側(cè)加電壓，將低壓側(cè)短路。低壓側(cè)短路。加壓前，調(diào)壓器的輸出應(yīng)為零位。加壓前，調(diào)壓器的輸出應(yīng)為零位。由于限制電流的為短路阻抗，調(diào)壓時(shí)應(yīng)微調(diào)。由于限制電流的為短路阻抗，調(diào)壓時(shí)應(yīng)微調(diào)。將變壓器的二次側(cè)直接短路，一次側(cè)施加電壓將短路電流調(diào)至約1.2倍額定電流，逐步降低施加的電壓，測(cè)量Uk，Ik，Pk，實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)?zāi)康模涸诓煌碾妷合聹y(cè)出短路特性曲線Ik=f(Uk)、短路參數(shù)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程：實(shí)驗(yàn)過(guò)程：數(shù)據(jù)處理：數(shù)

27、據(jù)處理：測(cè)量Uk，Ik，Pk，求短路阻抗:222kkkkkUZIpRIXZR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。 因電阻會(huì)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75：注意：注意：對(duì)銅導(dǎo)線對(duì)銅導(dǎo)線 75234.575234.5kCkRR對(duì)鋁線對(duì)鋁線7522875228kCkRR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75 的值的值227575kCkCkZRX2175175, kNNkCkNNkCuIZpIR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均為一相數(shù)值。均為一相數(shù)值。3.6 3.6 標(biāo)標(biāo) 幺幺 值

28、值 在工程計(jì)算中，各物理量往往不用實(shí)際值表示，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)幺值表示：而采用相應(yīng)的標(biāo)幺值表示：=該物理量的實(shí)際值標(biāo)幺值該物理量的基本值1、電機(jī)學(xué)中基值的選擇、電機(jī)學(xué)中基值的選擇以額定值為基值以額定值為基值相(線)電壓(流)的基值分別是相(線)電壓(流)的額定值。三相(單相)功率的基值分別是三相(單相)的額定功率。電阻、電抗與阻抗取同一基（ , ）。 1NZ2 NZ視在(有功、無(wú)功)功率的基值是一樣的變壓器的一、二次額定電壓、電流不同，所以一、二次電壓(流)的基值不同。阻抗的基值是相值。一次繞阻阻抗的基值111NNNUZI二次繞阻阻抗的基值222NNNU

29、ZINSNS1NU2NU1NU2NU1NI2NI1NI2NI111NNNUZI222NNNUZI標(biāo)幺值的基值2*22222211122NNNNRk RRRRRZZZZk *33llNNNUUUUUUUU*cos3cos33llNNNU IU IpPPSSS 2 2、取標(biāo)幺值的優(yōu)點(diǎn)、取標(biāo)幺值的優(yōu)點(diǎn)l 一個(gè)量與它的折算值的標(biāo)幺值相等一個(gè)量與它的折算值的標(biāo)幺值相等l 線值與相值電壓線值與相值電壓( (流流) )的標(biāo)幺值相等的標(biāo)幺值相等一相功率與三相功率的標(biāo)幺值相等一相功率與三相功率的標(biāo)幺值相等*NNNRIRRZU*NrrNNRIUUUU2*NNrrNNNNRII RPPSU IUl 計(jì)算方便 當(dāng)電流

30、為額定值時(shí)，電阻壓降標(biāo)幺值=電阻功率標(biāo)幺值=電阻標(biāo)幺值。 以電流流過(guò)電阻為例l 便于判定電機(jī)運(yùn)行情況 *111NIII*11I *11I *11I 例如短路阻抗例如短路阻抗 Zk*=0.040.175， 空載電流空載電流 I0*=0.020.10。 采用標(biāo)么值，某些不同的物理量具有相同的數(shù)值。采用標(biāo)么值，某些不同的物理量具有相同的數(shù)值。 Z k*=UKN*用標(biāo)么值表示，電力變壓器的參數(shù)和性能指標(biāo)總在用標(biāo)么值表示，電力變壓器的參數(shù)和性能指標(biāo)總在一定的范圍之內(nèi)，便于分析比較。一定的范圍之內(nèi)，便于分析比較。3.7 3.7 變壓器的運(yùn)行特性變壓器的運(yùn)行特性3.7.1 3.7.1 電壓變化率電壓變化率2

31、22100%NNUUU2022%100%NUUUU121100%NNUUU變壓器一次側(cè)接額定電壓，二次側(cè)開(kāi)路時(shí)，二次側(cè)的空載電壓U20=U2N，負(fù)載后，負(fù)載電流在變壓器內(nèi)部產(chǎn)生阻抗壓降，使二次側(cè)端電壓發(fā)生變化，其變化大小用電壓調(diào)整率表示：*21 U 簡(jiǎn)化公式簡(jiǎn)化公式：通過(guò)向量圖的我們可以將電壓變化率得求解：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。公式進(jìn)行簡(jiǎn)化。*21UU*2I*1kI R*1kjI X*2U*1UOAPCDE*11U UOPOAAPAEEP*12coskAEI R*12sinkEPCDI X*122(cossin)kkUIRX*22(cossin)kkURX*2*1

32、II稱為變壓器的負(fù)載系數(shù)稱為變壓器的負(fù)載系數(shù)2當(dāng)U1=U1N，cos2 =常數(shù)時(shí)，我們可以作出相應(yīng)的U2隨著I2變化的U2=f( I2 )曲線：純電阻負(fù)載:隨著負(fù)載電流增加，漏阻抗壓降增加，端電壓下降。2cos0.8()超前2I2U2NU2NI2cos0.8()滯后2cos1.0感性負(fù)載時(shí)：曲線（2）， U U為正為正，隨著負(fù)載電流的增加，端電壓逐步下降。容性負(fù)載時(shí)：曲線容性負(fù)載時(shí)：曲線（3），）， U為負(fù)為負(fù)，端電端電壓上升。壓上升。外特性外特性3.7.2 3.7.2 變壓器的損耗和效率變壓器的損耗和效率 1 1、變壓器的功率關(guān)系、變壓器的功率關(guān)系 2222cosImUP 變壓器原邊從電網(wǎng)吸

33、收電功率P1，其中很小部分功率消耗在一次側(cè)繞組的電阻上(pcu1=mI12R1)和鐵心損耗上(pFe=mI02Rm)。其余部分通過(guò)電磁感應(yīng)傳給二次側(cè)繞組，稱為電磁功率Pem。二次側(cè)繞組獲得的電磁功率中又有很小部分消耗在二次側(cè)繞組的電阻上(pcu2=mI22R2)，其余的傳輸給負(fù)載，即輸出功率:2、效率的計(jì)算：2211PpppPcuFecu2111100%100%PPpPP 1）以按給定負(fù)載條件直接給變壓器加負(fù)載，測(cè)出輸出）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)。這種方法稱為直接負(fù)和輸入有功功率就可以計(jì)算出來(lái)。這種方法稱為直接負(fù)載法載法 。 變壓器的功率關(guān)系可表

34、示如下：變壓器的功率關(guān)系可表示如下：變壓器的效率為：變壓器的效率為： 2）電力變壓器用損耗分析法計(jì)算效率。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p0和額定電流時(shí)的短路損耗pkN就計(jì)算出任意負(fù)載下的效率。 在應(yīng)用時(shí)通常作如下假定：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p0來(lái)代替鐵耗pFe，即pFe=p0，它不隨負(fù)載大小而變化，稱為不變損耗；忽略短路試驗(yàn)時(shí)的鐵耗，用額定電流時(shí)的短路損耗pkN來(lái)代替額定電流時(shí)的銅耗。它隨負(fù)載大小而變化，稱為可變損耗；不考慮變壓器二次側(cè)電壓的變化，即認(rèn)為U2=U2N不變，這樣便有 P2=mU2I2 cos2 =mU2NI2N(I2/I2N)cos

35、2 = SN cos 2kNcupp2不同負(fù)載時(shí)的銅耗與負(fù)載系數(shù)的平方成正比，當(dāng)短路損耗pk不是在IK=IN時(shí)測(cè)的，則pkN=(IN/IK)2pK3.3.效率特性：效率特性： 202201coskNNkNppppS 上式說(shuō)明，當(dāng)負(fù)載的功率因數(shù)cos 2一定時(shí)，效率隨負(fù)載系數(shù)而變化。圖為變壓器的效率曲線。 效率的公式可變?yōu)椋盒实墓娇勺優(yōu)椋?.負(fù)載增加，效率負(fù)載增加，效率亦隨之增加。超過(guò)某一負(fù)載時(shí)，因銅亦隨之增加。超過(guò)某一負(fù)載時(shí)，因銅耗與成正比增大，效率耗與成正比增大，效率反而降低，最大效率反而降低，最大效率出現(xiàn)在出現(xiàn)在 的地方。因此，取的地方。因此，取對(duì)對(duì)的導(dǎo)數(shù)，并令其等于零，即可的導(dǎo)數(shù)，并

36、令其等于零，即可求出最高效率求出最高效率 時(shí)的負(fù)載系數(shù)時(shí)的負(fù)載系數(shù)m0dd0mkNpp1.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。特性分析：特性分析：max0max2021cos2NmppS41310ppkN即當(dāng)不變損耗（鐵耗）等于可變損耗（銅耗）時(shí)效率最大。即當(dāng)不變損耗（鐵耗）等于可變損耗（銅耗）時(shí)效率最大。使鐵耗較小。使鐵耗較小。變壓器總是在額定電壓下運(yùn)行，但不可能長(zhǎng)期滿負(fù)載。變壓器總是在額定電壓下運(yùn)行，但不可能長(zhǎng)期滿負(fù)載。為了提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，通常設(shè)計(jì)成為了提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，通常設(shè)計(jì)成m=0.50.

37、6，這樣，這樣，例題例題 一臺(tái)單相變壓器,SN=1000kVA ,U1N/U2N=60/6.3 kV， fN=50赫，空載試驗(yàn)（低壓側(cè)）： U0=6300kV、I0=19.1A、P0=5000W；短路試驗(yàn)(高壓側(cè))： Uk=3240kV、Ik=15.15A、Pk=14000W；試計(jì)算：(1) 用標(biāo)么值計(jì)算“T”形等效電路參數(shù)；(2) 短路電壓及各分量的標(biāo)么值和百分值；(3) 滿載且cos2=0.8(滯后)時(shí)的電壓變化率及效率；(4) 當(dāng)cos2=0.8(滯后)時(shí)的最大效率。解：1 、AUSINNN67.1660100011AUSINNN73.1583 . 61000223 .8345.0)73

38、.1581 .19(10005)()(31.873.1581 .191112*2*222002*0*0*20*0*mmmNNmNmRZXIISPIPRIIIZ激磁參數(shù)kWIIPPVIIUUkNKkNkNkkN95.16)15.1567.16(14)(356515.1567.163240221105693. 001695. 0100095.160594. 06000035652*2*1*kkkNkNkNkNkNkNkRZXSppRUUUZ短路電流不是額定電流短路阻抗0285. 0210083. 021*2*1*2*1kkxxxrrr05693. 001695. 00594. 0*kkrkkakk

39、xUrUZU%693. 5%695. 1%94. 5%krkakUUU 2. 阻抗電壓：3、電壓變化率為： 0478. 0 )6 . 005693. 08 . 001695. 0( 1 )sincos(2*2*kkxru效率(%)32.97 (%)100)95.16158 . 01000195.16151 ( (%)100)cos1 (2220220KNNKNPPSPP4. 最大效率時(shí),負(fù)載系數(shù)為 543. 095.1650KNmPP最大效率為 (%)75.97 (%)100)528 . 01000543. 0521 ( (%)100)2cos21 (020maxPSPNm3.8 3.8 三三

40、 相相 變變 壓壓 器器 現(xiàn)代電力系統(tǒng)都采用三相制，故三相變壓器使用最廣泛。三相對(duì)稱制可研究其中一相即可。三相變壓器還有其特殊問(wèn)題，如三相變壓器的磁路系統(tǒng)、繞組的連接方法和聯(lián)結(jié)組、空載電動(dòng)勢(shì)的波形和三相不對(duì)稱運(yùn)行等需要研究。3.8.1 3.8.1 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：可分為：三相組式變壓器三相組式變壓器各相磁路彼此無(wú)關(guān)各相磁路彼此無(wú)關(guān)三相心式變壓器三相心式變壓器 各相磁路彼此相關(guān)各相磁路彼此相關(guān)特點(diǎn)：特點(diǎn)：1.各相磁路獨(dú)立，彼此無(wú)關(guān)。各相磁路獨(dú)立，彼此無(wú)關(guān)。 2.當(dāng)一次側(cè)接三相對(duì)稱電源時(shí)，各相主磁通和勵(lì)磁當(dāng)一次側(cè)接三相對(duì)稱電源

41、時(shí)，各相主磁通和勵(lì)磁電流也是對(duì)稱的。電流也是對(duì)稱的。 一、一、三相變壓器組三相變壓器組 三相變壓器組或三相變壓器組或組式三相變壓組式三相變壓器器,如圖所示如圖所示特點(diǎn)：特點(diǎn)：在這種鐵心結(jié)構(gòu)的變壓器中，某一相的磁通均以其他兩相鐵心為回路，各相磁路彼此相關(guān)聯(lián)。各相磁路相互聯(lián)系，互成回路，即：各相磁路相互聯(lián)系，互成回路，即：0ABC二、二、三相三相心式變壓器式變壓器由三由三相組式變相組式變壓器演變壓器演變過(guò)來(lái)，如過(guò)來(lái)，如圖所示：圖所示：3.8.2 3.8.2 三相變壓器的電路系統(tǒng)三相變壓器的電路系統(tǒng) -繞組的連接法與聯(lián)結(jié)組繞組的連接法與聯(lián)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：變壓器

42、的每相繞組有兩個(gè)端，定義一個(gè)為首端，變壓器的每相繞組有兩個(gè)端，定義一個(gè)為首端，另一個(gè)為末端。出線端的標(biāo)志符號(hào)：另一個(gè)為末端。出線端的標(biāo)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、低壓繞組交鏈著同一主磁通，當(dāng)某一瞬間高壓繞組的某一端為正電位時(shí)，在低壓繞組上必有一個(gè)端點(diǎn)的電位也為正，則這兩個(gè)對(duì)應(yīng)的端點(diǎn)稱為同極性端，并在對(duì)應(yīng)的端點(diǎn)上用符號(hào)“”標(biāo)

43、出。 注意：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)。規(guī)定繞組電動(dòng)勢(shì)的正方向?yàn)閺氖锥酥敢?guī)定繞組電動(dòng)勢(shì)的正方向?yàn)閺氖锥酥赶蚰┒?。向末端。?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。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：二、三相繞組的聯(lián)結(jié)方式：二、三相繞組的聯(lián)結(jié)方式： 三相變壓器高壓繞組或低壓繞組，三相變壓器高壓繞組或低壓繞組，主要采用主要采用星形連接（星形連接（Y Y連接）和三角形連接（連接）和三角形連接（D D連接）兩連接）兩種。種。星形連接方式：星形連接方式：以高壓繞組為例，把三相繞組的個(gè)末端X、Y、Z連在一起，結(jié)成中點(diǎn)，而把它們的三個(gè)

44、首端A、B、C引出，便是星形連接，以符號(hào)Y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連接起來(lái)，順序形成一閉合電路，稱為三角形連接，用D表示。注意：對(duì)于低壓側(cè)，用注意：對(duì)于低壓側(cè)，用 y y或或d d表示。表示。 例如例如 三、變壓器的聯(lián)結(jié)組：三、變壓器的聯(lián)結(jié)組：1、聯(lián)結(jié)組表征的物理意義：、聯(lián)結(jié)組表征的物理意義：表征表征變壓器高、低壓方對(duì)變壓器高、低壓方對(duì)應(yīng)的應(yīng)的線電動(dòng)勢(shì)或線電動(dòng)勢(shì)或線電壓線電壓之間的相位差角。之間的相位差角。 2、表示法表示法時(shí)鐘法：即把高壓方線電動(dòng)勢(shì)相量作為時(shí)鐘法：即把高壓方線電動(dòng)勢(shì)相量作為時(shí)鐘的長(zhǎng)針，且固定指向時(shí)鐘的長(zhǎng)針，且固定指向12的位置，對(duì)應(yīng)的

45、低壓方線的位置，對(duì)應(yīng)的低壓方線電動(dòng)勢(shì)相量作為時(shí)鐘的短針，將其順電動(dòng)勢(shì)相量作為時(shí)鐘的短針，將其順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)針旋轉(zhuǎn)所指的所指的鐘點(diǎn)數(shù)就是變壓器聯(lián)結(jié)組號(hào)。鐘點(diǎn)數(shù)就是變壓器聯(lián)結(jié)組號(hào)。3、判別方法、判別方法作電動(dòng)勢(shì)相量圖法： 按照高、低壓繞組連接方式分別作出按照高、低壓繞組連接方式分別作出高、低壓方高、低壓方電動(dòng)電動(dòng)勢(shì)勢(shì)相量圖，根據(jù)，根據(jù)電動(dòng)勢(shì)相量圖，找出出高、低壓高、低壓方相應(yīng)方相應(yīng)線電動(dòng)勢(shì)線電動(dòng)勢(shì)相量間相位差角。相位差角。11,dY 當(dāng)各相繞組同鐵心柱各相繞組同鐵心柱時(shí)，Y，y接法有兩種情況。 1）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，則高、低壓繞組對(duì)應(yīng)線電動(dòng)勢(shì)和也同相

46、位，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、低壓繞組相電動(dòng)勢(shì)相位相反，則對(duì)應(yīng)的線電動(dòng)勢(shì)和相位也相反，因此其聯(lián)結(jié)組為Y，y6。 3）單相變壓器的聯(lián)結(jié)組號(hào)：如圖所示： 當(dāng)高、低壓繞組電動(dòng)勢(shì)相位相同時(shí)，聯(lián)結(jié)組為I， I0，其中I，I表示高、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I，I6。 1 1、Y Y，y y接法接法三相變壓器的聯(lián)結(jié)組三相變壓器的聯(lián)結(jié)組高、低壓繞組對(duì)應(yīng)線電動(dòng)勢(shì)高、低壓繞組對(duì)應(yīng)線電動(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)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)，而且與繞組的連接方式有關(guān)志有關(guān)，而且與繞組的連接方式

47、有關(guān)。ABCa, 0Y y若abc順移一個(gè)位置：ABC, 4Y ya b c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ba，cb，ac；yx，zy，xz，則可得到其他聯(lián)結(jié)組別，例如Y，y4；Y，y8；Y，y10；Y，y2等偶數(shù)聯(lián)結(jié)組。ABCa, 11Y dbc2 2、Y Y，d d接法接法1）高、低壓繞組的相電動(dòng)勢(shì)均從首端指向末端，線電動(dòng)）高、低壓繞組的相電動(dòng)勢(shì)均從首端指向末端，線電動(dòng)勢(shì)從勢(shì)從A指向指向B； 2）相量圖中）相量圖中A、B、C與與a、b、c的排列順序必須同為的排列順序必須同為順順時(shí)針時(shí)針排列，即原、副方同為正相序。排列，即原、副方同為正相序。3）同一鐵心柱上的繞

48、組（在連接圖中為上下對(duì)應(yīng)的繞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，首端為異極組），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；性時(shí)相電動(dòng)勢(shì)相位相反；4）二次側(cè)的標(biāo)記）二次側(cè)的標(biāo)記a,b,c順移一位置，其鐘點(diǎn)數(shù)順移一位置，其鐘點(diǎn)數(shù)+4，反向，反向移移一位置，其鐘點(diǎn)數(shù)一位置，其鐘點(diǎn)數(shù) 4。在用相量圖判斷變壓器的聯(lián)結(jié)組時(shí)應(yīng)注下幾點(diǎn)：在用相量圖判斷變壓器的聯(lián)結(jié)組時(shí)應(yīng)注下幾點(diǎn)：5) 對(duì)于Y,y或D,d連接而言,可的0,2,4,6,8,10六個(gè)偶數(shù)的聯(lián)結(jié)組號(hào). 相對(duì)于Y,d或D,y而言,就可的1,3,5,7,9,11六個(gè)奇數(shù)的聯(lián)結(jié)組號(hào).6）為

49、了使用和制造上的方便，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定只生產(chǎn)我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定只生產(chǎn)下列下列5種標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組別的電力變壓器，即種標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組別的電力變壓器，即Y，yn0；Y，d11；YN，d11；YN，y0；Y，y0。其中以前其中以前3種最為常種最為常用。對(duì)于單相變壓器，標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組為用。對(duì)于單相變壓器，標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組為I，I0。3.8.3 3.8.3 三相變壓器空載電動(dòng)勢(shì)的波形三相變壓器空載電動(dòng)勢(shì)的波形 一、幾個(gè)基本概念：一、幾個(gè)基本概念： 1、三相三相三次諧波分量的特點(diǎn)：三次諧波分量的特點(diǎn)： 三相三次諧波分量大小相等相位相同。如三相電流的三次諧波分量：tIIitIIitIimmCmmBmA3sin)2403sin(3

50、sin)1203sin(3sin3033303333 2、三相繞組連接方式對(duì)三相三次諧波電流的影響：如果三相變壓器的繞組為YN，則三次諧波電流可以流通，各相電流為非正弦正弦波。如果三相變壓器的繞組為Y接法接法，則三次諧波電流不能流通，各相電流為正弦波正弦波。如果三相變壓器的繞組為D接法，則三次諧波電流可以三角形內(nèi)流通，各相電流為非正弦波正弦波。3、三相磁路結(jié)構(gòu)對(duì)三次諧波磁通的影響：3303330333sin 3sin 3(120 )sin 3sin 3(240 )sin 3ABCttttt 三相組式變壓器，各相磁路彼此無(wú)關(guān)，三次諧波磁通走鐵心磁路，其磁阻較??；三相心式變壓器，各相磁路彼此相關(guān)，

51、三次諧波磁通被擠到鐵心柱周圍的氣隙，通過(guò)油箱壁構(gòu)成閉合磁路，其磁阻較大； 二、二、Y,yY,y連接的三相變壓器：連接的三相變壓器：1 1三相變壓器組三相變壓器組 在這種接法里，三次諧波電流不能流通，勵(lì)磁電流近似為正弦波。由于鐵心的飽和現(xiàn)象，磁通近似為平頂波，除基波外，還主要包含有三次諧波磁通。但三次諧波磁通的大小決定于三相變壓器的磁路系統(tǒng)。三次諧波磁通沿鐵心閉合，其磁阻小，三次諧波磁通較大，三次諧波電動(dòng)勢(shì)相當(dāng)大，其幅值可達(dá)基波電動(dòng)勢(shì)幅值的4560%，導(dǎo)致相電動(dòng)勢(shì)波形嚴(yán)重畸變，所產(chǎn)生的過(guò)電壓可能危害繞組的絕緣。因此，三相變壓器組不能采用Y，y連接，但在線電動(dòng)勢(shì)中，由于三次諧波電動(dòng)勢(shì)互相抵消，其波

52、形仍為正弦波。 2 2 三相心式變壓器三相心式變壓器三次諧波磁通不能在主磁路中閉合，只能沿鐵心周圍的油箱壁等形成閉路，該磁路磁阻大，故三次諧波磁通很小，可以忽略不計(jì)，主磁通及相電動(dòng)勢(shì)仍可近似地看作正弦波形。因此，三相心式變壓器可以接成Y，y連接（包括Y，yn連接）。但因三次諧波磁通經(jīng)過(guò)油箱壁及其它鐵夾件時(shí)會(huì)在其中產(chǎn)生渦流，引起局部發(fā)熱，增加損耗。因此這種接法的三相心式變壓器其容量一般不超過(guò)1800KVA。 三、三、Y Y，d d或或D,yD,y連接的三相變壓器連接的三相變壓器 一次側(cè)Y連接，電流為正弦，磁通為平頂波，二次側(cè)產(chǎn)生三次諧波電動(dòng)勢(shì)，三次諧波電流，但該三次諧波環(huán)流對(duì)原有的三次諧波磁通有

53、強(qiáng)烈的去磁作用，因此磁路中實(shí)際存在的三次諧波磁通及相應(yīng)的三次諧波電動(dòng)勢(shì)是很小的，相電動(dòng)勢(shì)波形仍接近正弦波?；蛘邚娜娏鞫山忉?，作用在主磁路的磁動(dòng)勢(shì)為原、二次側(cè)磁動(dòng)勢(shì)之和，在Y，d連接中，由一次側(cè)提供了磁化電流的基波分量，由二次側(cè)提供了磁化電流的三次諧波分量，其作用與由一次側(cè)單獨(dú)提供尖頂波磁化電流是等效的。D,y連接的變壓器，連接的變壓器，三次諧波電流在一次側(cè)流通，相電流為尖頂波，電動(dòng)勢(shì)為正弦波。3.9 3.9 變壓器的并聯(lián)運(yùn)行變壓器的并聯(lián)運(yùn)行1U一、并聯(lián)運(yùn)行的定義一、并聯(lián)運(yùn)行的定義是指將兩臺(tái)或多臺(tái)是指將兩臺(tái)或多臺(tái)變壓器的一次側(cè)和二次變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)分別接在公共母線上，側(cè)分別接在公共母線

54、上，同時(shí)向負(fù)載供電的運(yùn)行同時(shí)向負(fù)載供電的運(yùn)行方式，如圖所示方式，如圖所示2U1UIII 二、并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)：二、并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)： 提高供電的可靠性。根據(jù)負(fù)荷的大小調(diào)整投入并聯(lián)運(yùn)行變壓器的臺(tái)數(shù)，提高運(yùn)行效率；減少備用容量；隨著用電量的增加，分期分批地安裝新的變壓器，以減少初投資。 當(dāng)然，并聯(lián)變壓器的臺(tái)數(shù)也不宜 太多，因?yàn)樵诳側(cè)萘肯嗤那闆r下，一臺(tái)大容量變壓器要比幾臺(tái)小容量變壓器造價(jià)低、基建設(shè)投資少、占地面積小。 1）空載時(shí)并聯(lián)的各變壓器二次側(cè)繞組之間沒(méi)有環(huán)流?？蛰d時(shí)并聯(lián)的各變壓器二次側(cè)繞組之間沒(méi)有環(huán)流。 2）帶負(fù)載后各變壓器的負(fù)載系數(shù)相等帶負(fù)載后各變壓器的負(fù)載系數(shù)相等。 3）負(fù)載時(shí)各變壓器對(duì)應(yīng)相

55、的電流相位相同負(fù)載時(shí)各變壓器對(duì)應(yīng)相的電流相位相同。 1）各變壓器高、低壓方的額定電壓分別相等，）各變壓器高、低壓方的額定電壓分別相等， 即各變即各變 壓器的變比相等；壓器的變比相等； 2) 各變壓器的聯(lián)結(jié)組相同；各變壓器的聯(lián)結(jié)組相同； 3）各變壓器短路阻抗的標(biāo)么值相等，且短路電抗與短）各變壓器短路阻抗的標(biāo)么值相等，且短路電抗與短 路電阻之比相等。路電阻之比相等。三、三、并聯(lián)變壓器的理想運(yùn)行狀態(tài)：并聯(lián)變壓器的理想運(yùn)行狀態(tài)：四、并聯(lián)運(yùn)行的變壓器必須滿足以下三個(gè)條件：四、并聯(lián)運(yùn)行的變壓器必須滿足以下三個(gè)條件： 上述三個(gè)條件中，條件上述三個(gè)條件中，條件2必須嚴(yán)格保證。必須嚴(yán)格保證。 變比不相等時(shí)：在并

56、聯(lián)運(yùn)行的變壓器之間也會(huì)產(chǎn)生環(huán)變比不相等時(shí)：在并聯(lián)運(yùn)行的變壓器之間也會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。流。 如果各變壓器的聯(lián)結(jié)組不同：將會(huì)在變壓器的二次側(cè)如果各變壓器的聯(lián)結(jié)組不同：將會(huì)在變壓器的二次側(cè)繞組所構(gòu)成的回路上產(chǎn)生一個(gè)繞組所構(gòu)成的回路上產(chǎn)生一個(gè)很大的電壓差很大的電壓差，這樣的，這樣的電壓差作用在變壓器必然產(chǎn)生很大的環(huán)流（幾倍于額電壓差作用在變壓器必然產(chǎn)生很大的環(huán)流（幾倍于額定電定電 流）它將燒壞變壓器的繞組，因此聯(lián)結(jié)組不同流）它將燒壞變壓器的繞組，因此聯(lián)結(jié)組不同的變壓器絕對(duì)不能并聯(lián)運(yùn)行。的變壓器絕對(duì)不能并聯(lián)運(yùn)行。當(dāng)并聯(lián)運(yùn)行的變壓器阻抗標(biāo)么值不相等時(shí)：各并聯(lián)變當(dāng)并聯(lián)運(yùn)行的變壓器阻抗標(biāo)么值不相等時(shí)：各并聯(lián)變壓器承

57、擔(dān)的負(fù)載系數(shù)將不會(huì)相等，下面分析變壓器并壓器承擔(dān)的負(fù)載系數(shù)將不會(huì)相等，下面分析變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載分配問(wèn)題。聯(lián)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載分配問(wèn)題。五、條件不滿足時(shí)的情況：五、條件不滿足時(shí)的情況：在實(shí)際運(yùn)行中，條件在實(shí)際運(yùn)行中，條件1）和）和3）可以稍有差異，但要求）可以稍有差異，但要求各并聯(lián)運(yùn)行的變壓器其變比的差值各并聯(lián)運(yùn)行的變壓器其變比的差值k不超過(guò)不超過(guò) 1%ABABkkkk k 用標(biāo)幺值表示用標(biāo)幺值表示:六、變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載分配六、變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載分配設(shè)這兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的變壓器聯(lián)結(jié)組相同,變比相等,但是阻抗的標(biāo)幺值不等,這樣,從圖可知 :KBBKAABAZZIIIII2KAKBBAKBBK

58、AAZZZZIIII設(shè)變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)二次側(cè)電壓U2=U2N保持不變,則負(fù)載系數(shù):可見(jiàn),負(fù)載電流的標(biāo)幺值與其短路阻抗的標(biāo)幺值成反比.由于短路阻抗角相差不大,短路阻抗角的差別對(duì)并聯(lián)變壓器的負(fù)載分配影響不大,因此上式可以寫(xiě)成標(biāo)量的形式,即:*AKBBKAIZIZ*2222222NNNNNII USISII US*AKBBKAZZ進(jìn)而可以寫(xiě)成:上式不難推廣到多臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行的情況.設(shè)有n臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行，額定容量為SN1,SN2, 所帶的總負(fù)荷為S，1niNiiSS對(duì)于j臺(tái)變壓器*KjijKiZZ*KjijKiZZ*1nKjjNiiKiZSSZ*1nNijKjiKiSZSZ*1jnNiKjiKiS

59、SZZ例題例題：兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行，其數(shù)據(jù)如下： 變壓器 變壓器求：（1）總負(fù)載為450 kVA時(shí)各變壓器所供給的負(fù)載； （2）在不使任一臺(tái)過(guò)載的情況下，變壓器所能供給 的最大負(fù)載。1320kVA, 6300/400V, 5.0%;ku ： 2240kVA, 6300/400V, 5.5%;ku ： 解解： 1）設(shè)第1臺(tái)變壓器的負(fù)載率為1，第2臺(tái)變壓器的負(fù)載率為2， 則：1222125.55.55.0 320240450 5.03202404502124504505.50.7601 0.83615.55925.03202405.01122320267.6kVA, 240182.4kVA SS2

60、）第1臺(tái)變壓器先滿載，設(shè)11.0max12320240538.2kVAS215.00.90915.5則： 變壓器所能供給的最大負(fù)載3.10 3.10 三相變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行三相變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行 變壓器在實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)三相負(fù)載不對(duì)變壓器在實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)三相負(fù)載不對(duì)稱的情況，這樣都會(huì)造成變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行的情況，稱的情況，這樣都會(huì)造成變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行的情況，分析不對(duì)稱運(yùn)行常用分析不對(duì)稱運(yùn)行常用對(duì)稱分量法對(duì)稱分量法。 3.10.1 概述概述1. 三相變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行的情況三相變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行的情況不對(duì)稱相量2.對(duì)稱分量法對(duì)稱分量法： 即將一組三相不對(duì)稱相量（如三相電流）分解成