第三章 變壓器

1變壓器是一種靜止電機(jī),它通過線圈間的電磁感應(yīng),將一種電壓等級的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等級的交流電能。第三章變壓器變壓器的主要部件是一個(gè)鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。與電源相連的線圈，接收交流電能，稱為一次繞組；與負(fù)載相連的線圈，送出交流電能，稱為二次繞組。是電力系統(tǒng)中生產(chǎn)，輸送，分配和使用電能的中的重要裝置，也是電力拖動(dòng)系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為電能傳遞或信號傳輸?shù)闹匾?AXax輸入電能輸出電能初級（原邊）

次級（副邊）一次繞組二次繞組公共鐵心同時(shí)交鏈一次、二次級繞組在一次、二次繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢e1和e2二次繞組若接上負(fù)載有e2的作用下，向負(fù)載輸出電功率公共鐵心：由高磁導(dǎo)率的電工硅鋼片疊壓而成，加強(qiáng)一次、二次繞組間的電磁耦合一、變壓器的工作原理兩個(gè)線圈沒有電的直接聯(lián)系，只有磁的耦合。3正方向(電路書內(nèi)稱為參考方向)不是電磁量的實(shí)際方向，若電磁量的實(shí)際方向與正方向一致，則為正值，若不一致，為負(fù)值。45671在同一支路內(nèi)，電壓與電流的正方向一致。2磁通量正方向與電流正方向之間符合右手螺旋關(guān)系。3感應(yīng)電動(dòng)勢正方向與電流方向一致，并有：AXax輸入電能輸出電能初級（原邊）

次級（副邊）一次繞組二次繞組公共鐵心4電壓的正方向是指電位降低的方向。5電動(dòng)勢的正方向是指電位升高的方向。電工慣例規(guī)定的正方向內(nèi)容如下：89k——匝比不計(jì)一次二次繞組的電阻和鐵損，無漏磁，稱為理想變壓器。AXax輸入電能輸出電能初級（原邊）

次級（副邊）一次繞組二次繞組公共鐵心10只須改變N1，N2的值，便可達(dá)到變換電壓的目的。11①電力變壓器——在電力系統(tǒng)中使用的用于升高電壓或降低電壓的變壓器。②特種變壓器——根據(jù)冶金、礦山、化工、交通等部門的具體要求而設(shè)計(jì)制造的專用變壓器。按用途分：儀用變壓器——電壓、電流互感器。按相數(shù)分：①單相變壓器②三相變壓器變壓器的分類12按繞組分：①雙繞組變壓器②三繞組變壓器③多繞組變壓器按冷卻條件分：①油浸式變壓器——變壓器的鐵心和繞組浸在變壓器油中。②空冷式變壓器——鐵心和繞組通過空氣進(jìn)行冷卻。按鐵心結(jié)構(gòu)分：①心式變壓器②殼式變壓器13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14一、鐵心變壓器中主要的磁路部分，分為鐵心柱與鐵軛兩部分。為了提高導(dǎo)磁性能和減少鐵損，用厚為0.35-0.5mm、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。三、變壓器的結(jié)構(gòu)簡介15繞組是變壓器的電路部分，一般為絕緣扁銅線或絕緣圓銅線在繞線模上繞制而成。繞組包括高壓繞組和低壓繞組。高、低壓繞組同心套裝在鐵芯柱上。一般情況下低壓繞組在里，高壓繞組在外。二、繞組16溫度計(jì)；吸濕器，儲(chǔ)油柜；油表；安全氣道；氣體繼電器；高壓套管；低壓套管；分接開關(guān)；油箱等等三、其他部件171819

額定容量

SN

在額定工作條件下，變壓器輸出視在功率的保證值。單相：三相：

變壓器額定值額定電壓UN

銘牌規(guī)定的各個(gè)繞組在

空載運(yùn)行時(shí)、指定分接開關(guān)位置下的端電壓。20額定電流IN

變壓器的額定容量除以各繞組的額定電壓所計(jì)算出來的線電流值。額定頻率fN

我國標(biāo)準(zhǔn)工頻為50Hz。第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行變壓器的一次繞組加上交流電壓，二次繞組開路，這種情況即為變壓器的空載運(yùn)行。電力系統(tǒng)三相電壓是對稱的；頻率相同；大小相等；相位互差120度；只需分析一相即可，本章分析的變壓器運(yùn)行的基本原理和運(yùn)行性能等，均針對單相變壓器進(jìn)行，所涉及的參數(shù)和物理量均指一相的值；只分析穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)；先分析空載——從簡單開始；22232425相量僅適用于頻率相同的正弦電路.由于頻率一定,在描述電路物理量時(shí)就可以只需考慮幅值與相位,幅值與相位用一個(gè)復(fù)數(shù)表示,其中復(fù)數(shù)的模表示有效值,輻角表示初相位.這個(gè)復(fù)數(shù)在電子電工學(xué)中稱為相量.26幾個(gè)同頻率的正弦量都用相量表示并畫在同一個(gè)坐標(biāo)系中，由此所構(gòu)成的圖稱為相量圖。26相量圖相量是一個(gè)復(fù)數(shù)，復(fù)數(shù)在復(fù)平面上可以用一個(gè)矢量來表示，所以一個(gè)相量可以用復(fù)平面上的一個(gè)矢量來表示。忽略繞組電阻和漏磁通27一、空載運(yùn)行時(shí)的物理情況空載運(yùn)行一次繞組中的電流I0通過（I0稱為空載電流）產(chǎn)生I0N1空載磁動(dòng)勢建立空載磁場，分布復(fù)雜主磁通漏磁通分開處理28291）性質(zhì)上：與成非線性關(guān)系；與成線性關(guān)系；2）數(shù)量上：占99%以上，僅占1%以下；3）作用上：起傳遞能量的作用，起漏抗壓降作用。主磁通與漏磁通的區(qū)別：30電壓的正方向是指電位降低的方向（

設(shè)為AX）。的正方向由電壓的正方向決定，AX“正電壓產(chǎn)生正電流”根據(jù)電流的正方向，用右手螺旋法則，右手拇指指向規(guī)定為磁通的正方向（包括主磁通和漏磁通）。“正電流產(chǎn)生正磁通”變壓器空載運(yùn)行各電磁量的正方向31電動(dòng)勢的正方向是指電位升高的方向。電動(dòng)勢和的正方向：按照右手螺旋定則右手四指的方向，與電流

的正方向相同（AX）。電動(dòng)勢的正方向：按照右手螺旋定則右手四指的方向，（ax）。32電壓

的正方向由電動(dòng)勢的正方向確定，應(yīng)由下指向上（

xa）。外接負(fù)載后，電流

的正方向與電壓相同?！罢妷寒a(chǎn)生正電流”3333一次繞組和二次繞組的電動(dòng)勢平衡方程式34m：主磁通的幅值；E1m：原繞組感應(yīng)電動(dòng)勢的幅值。主磁通按正弦規(guī)律變化，感應(yīng)電動(dòng)勢與主磁通當(dāng)主磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，一次繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢也按正弦規(guī)律變化，但相位比主磁通落后90o。35感應(yīng)電動(dòng)勢e1幅值：感應(yīng)電動(dòng)勢e1有效值：相量表示：36二次繞組鏈接同一磁鏈，感應(yīng)電動(dòng)勢e2：有效值：相量表示：37變比K忽略繞組電阻和漏磁通38原邊漏電勢由一次繞組鏈接漏磁鏈得到：

相量表示：漏磁通1通過的磁路是線性的，漏磁鏈1與產(chǎn)生漏磁鏈的電流i0呈線性關(guān)系，漏電勢可表示為：漏磁通和漏電抗3940若勵(lì)磁電流i0按正弦規(guī)律變化，即（1）Lσ1為原繞組的漏感系數(shù)；X1是一次繞組的漏電抗。利用這個(gè)參數(shù)，可將漏電動(dòng)勢用壓降形式表示。（2）漏電動(dòng)勢與電流同頻率，相位上落后I0900。有效值：相量表示：41二、空載電流空載運(yùn)行時(shí)，一次繞組中流過的電流i0，稱為空載電流（勵(lì)磁電流）?？蛰d電流i0磁化電流i0r鐵損電流i0a——產(chǎn)生磁通。它與磁通同相位，是無功分量。——產(chǎn)生鐵心損耗。它與磁通垂直，是有功分量。42相量圖有效值關(guān)系相量關(guān)系43Rm：變壓器的勵(lì)磁電阻，反映鐵耗；Xm:變壓器的勵(lì)磁電抗，反映勵(lì)磁過程；Xm＞＞RmZm=Rm+

jXm：變壓器的勵(lì)磁阻抗。把和之間的關(guān)系直接用參數(shù)形式反映，可把寫成流過一個(gè)阻抗引起的阻抗壓降。44變壓器空載運(yùn)行時(shí)相量形式表示的電壓平衡方程式：45步驟：46一次側(cè)的電動(dòng)勢平衡方程為空載時(shí)等效電路為等值電路綜合了空載時(shí)變壓器內(nèi)部的物理情況，在等值電路中R1、X1是常量；Rm、Xm是變量，因?yàn)殡娫措妷鹤兓秶淮?，?shí)際情況下基本上可視為不變。47綜合分析，變壓器空載運(yùn)行時(shí)的4個(gè)基本方程式48變壓器原邊接在電源上，副邊接上負(fù)載的運(yùn)行情況，稱為負(fù)載運(yùn)行。第三節(jié)單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行495051綜合分析，變壓器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的六個(gè)基本方程式各電磁量之間同時(shí)滿足這六個(gè)方程52第四節(jié)變壓器的等效電路一、繞組歸算歸算：將變壓器的二次（或一次）繞組的匝數(shù)變換成用另一個(gè)繞組的匝數(shù)，同時(shí)，對該繞組的電磁量作相應(yīng)的變換，以保持兩側(cè)的電磁關(guān)系不變。歸算原則：1）保持二次側(cè)磁動(dòng)勢不變；2）保持二次側(cè)各功率或損耗不變。目的：折算后，由于一次、二次繞組匝數(shù)相等，所以主磁通在兩個(gè)繞組上感應(yīng)電動(dòng)勢相等，可將一次、二次繞組聯(lián)成一個(gè)等值電路，用一個(gè)等效的電路代替實(shí)際的變壓器，簡化計(jì)算。531.副邊電流的折算值2.副邊電動(dòng)勢的折算值折算前后主磁場、漏磁場不變。同理，即保持副邊產(chǎn)生的磁動(dòng)勢不變

543.副邊電阻的折算值保持副邊繞組的損耗不變保持副邊輸出的有功功率不變554.副邊電抗的折算值保持副邊輸出的無功功率不變保持副邊繞組的無功功率不變5.副邊電壓的折算值5657二、等效電路右圖中，二次繞組各量均已經(jīng)歸算到一次繞組，即圖中a、b和c、d分別是等電位點(diǎn)，可連接起來，因?yàn)檫B線中無電流，所以不改變運(yùn)行情況。兩個(gè)繞組連接后可合并為一個(gè)繞組，相當(dāng)于一個(gè)繞在鐵心上的電感線圈，可用一個(gè)等效阻抗Zm=Rm+

jXm來表示，于是作出變壓器的T形等效電路。58步驟：三、相量圖59T型電路包含有串聯(lián)、并聯(lián)回路。復(fù)數(shù)運(yùn)算復(fù)雜。實(shí)際變壓器中，?？烧J(rèn)為在一定的電源電壓下Im=常數(shù)，同時(shí)忽略ImZ1，則將T型等效電路中的激磁支路移出，并聯(lián)在電源端口，得到型等值電路。四、近似等效電路圖60負(fù)載運(yùn)行時(shí)，I0在I1中所占的比例很小。在工程實(shí)際計(jì)算中，忽略I0，將激磁回路去掉，得到更簡單的阻抗串聯(lián)電路。Rk

為短路電阻；Xk為短路電抗；Zk為短路阻抗。61對應(yīng)于簡化等效電路，其相量圖為62第五節(jié)等效電路的參數(shù)測定一、空載試驗(yàn)通過空載實(shí)驗(yàn)，可以測定變壓器的變比K、空載電流I0、鐵損耗PFe，從而計(jì)算勵(lì)磁阻抗Zm。變壓器空載運(yùn)行時(shí)，可以認(rèn)為輸入功率p0完全用來抵償鐵耗。63空載時(shí)等效電路為64二、負(fù)載試驗(yàn)（又稱短路試驗(yàn)）通過短路實(shí)驗(yàn)測量UK、IK、PK，從而計(jì)算短路阻抗ZK及銅耗。試驗(yàn)?zāi)康模?5折算到75℃時(shí)的數(shù)值負(fù)載實(shí)驗(yàn)必須在降低電壓下進(jìn)行，由于外加電壓很小，主磁通很少，鐵損耗很少，忽略鐵損。66標(biāo)么值,就是指某一物理量的實(shí)際值與選定的同一單位的基準(zhǔn)值的比值（通常以額定值為基準(zhǔn)值）,即阻抗電壓——負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)繞組中電流達(dá)到額定值，加在一次繞組上的電壓。用一次側(cè)額定電壓的百分值表示。阻抗電壓的標(biāo)么值其中,為短路阻抗的相對值67第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行1、變壓器的電壓調(diào)整率變壓器二次側(cè)的端電壓隨負(fù)載變化的程度用電壓調(diào)整率Δu來表示。電壓調(diào)整率Δu規(guī)定為：一次側(cè)加額定負(fù)載電壓、負(fù)載功率因數(shù)為一定值，空載與負(fù)載時(shí)二次側(cè)端電壓之差，用二次側(cè)額定電壓的百分值表示，即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。68負(fù)載時(shí)電壓變化率可用簡化的等效電路和相量圖來分析。6970討論:感性負(fù)載容性負(fù)載阻性負(fù)載712、變壓器的效率變壓器在能量傳遞過程中，將產(chǎn)生銅耗和鐵耗。負(fù)載運(yùn)行銅耗鐵耗附加鐵耗基本鐵耗其它結(jié)構(gòu)件中的損耗等鐵芯磁滯和渦流損耗不變損耗附加銅耗基本銅耗電流分布不均勻,有效電阻增大而增加的銅耗?？勺儞p耗繞