電機學(xué)-變壓器部分1

電機學(xué)許加柱湖南大學(xué)第三章變壓器變壓器的分類、基本結(jié)構(gòu)、額定值1變壓器的空載運行2變壓器的負載運行3變壓器的等效電路4變壓器的參數(shù)測定5變壓器的標(biāo)幺值6第三章變壓器變壓器的運行特性7變壓器的并聯(lián)運行8三繞組變壓器9自耦變壓器10電壓互感器、電流互感器113.1變壓器的分類、基本結(jié)構(gòu)、額定值發(fā)電輸電配電用電傳輸距離（km）電壓（kV）電壓等級15～2010；6.6中壓5035中壓100110高壓200～300220500～1000500(DC)or750(AC)超高壓Extra-highVoltage(EHV)800～800(DC)or1000(AC)特高壓Ultra-HighVoltage(UHV)3.1變壓器的分類、基本結(jié)構(gòu)、額定值發(fā)電輸電配電用電3.1變壓器的分類、基本結(jié)構(gòu)、額定值發(fā)電輸電配電用電特高壓換流變壓器3.1變壓器的分類、基本結(jié)構(gòu)、額定值3.1變壓器的分類、基本結(jié)構(gòu)、額定值發(fā)電輸電配電用電1000kV、750kV交流變壓器3.1變壓器的分類、基本結(jié)構(gòu)、額定值3.1.1變壓器的分類1）按用途分類：電力變壓器、互感器、特殊用途變壓器2）按繞組數(shù)目分類：雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器、多繞組變壓器3）按相數(shù)分類：單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器4）按冷卻方式分類：空冷干式變壓器、油浸變壓器、

蒸發(fā)冷卻變壓器5)按鐵心結(jié)構(gòu)分類：心式變壓器和殼式變壓器3.1.2變壓器的基本結(jié)構(gòu)鐵心(變壓器的磁路部分)繞組(變壓器的電路部分)其他部件(油箱、冷卻裝置、保護裝置、套管)變壓器的基本結(jié)構(gòu)3.1.2變壓器的基本結(jié)構(gòu)1.變壓器鐵心鐵心是變壓器的磁路，分為心柱和鐵軛兩部分3.1.2變壓器的基本結(jié)構(gòu)3.1.2變壓器的基本結(jié)構(gòu)心式變壓器:

結(jié)構(gòu)：心柱被繞組所包圍。

特點:心式結(jié)構(gòu)的繞組和絕緣裝配比較容易，所以電力變壓器常常采用這種結(jié)構(gòu)。殼式變壓器:

結(jié)構(gòu)：鐵心包圍繞組的頂面、底面和側(cè)面。

特點：殼式變壓器的機械強度較好，常用于低電壓、大電流的變壓器或小容量電訊變壓器。3.1.2變壓器的基本結(jié)構(gòu)一次繞組：輸入電能的繞組。

二次繞組：輸出電能的繞組。高壓繞組的匝數(shù)多,導(dǎo)線細；低壓繞組的匝數(shù)少，導(dǎo)線粗。從高,低壓繞組的相對位置來看,變壓器的繞組可分為同心式和交錯式。2.繞組3.1.2變壓器的基本結(jié)構(gòu)2.繞組同心式結(jié)構(gòu)：

同心式繞組的高、低壓繞組同心地套裝在心柱上。特點：

同心式繞組結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，國產(chǎn)電力變壓器均采用這種結(jié)構(gòu)。交錯式結(jié)構(gòu)：

交迭式繞組的高、低壓繞組沿心柱高度方向互相交錯地放置。交錯式繞組用于特種變壓器中。特點：3.1.2變壓器的基本結(jié)構(gòu)繞組是變壓器的電路部分，由包有絕緣材料的銅（鋁）導(dǎo)線繞制而成，裝配時低壓繞組靠近鐵心，高壓繞組套在低壓繞組外面。3.1.2變壓器的基本結(jié)構(gòu)油箱變壓器油典型的油浸電力變壓器散熱器絕緣套管分接開關(guān)繼電保護裝置等部件除干式變壓器外，電力變壓器的器身都放在油箱中。3.其他部件

3.1.2變壓器的基本結(jié)構(gòu)除干式變壓器外，電力變壓器的器身都放在油箱中。3.1.2變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器的引線從油箱內(nèi)穿過油箱蓋時，必須經(jīng)過絕緣的套管，使高壓引線和接地的油箱絕緣3.1.3變壓器的額定值變壓器的額定值額定容量

在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下變壓器輸出視在功率的保證值，單位為VA或kVA或MVA。三相變壓器指三相容量之和。額定電壓

銘牌規(guī)定的各個繞組在空載、指定分接開關(guān)位置下的端電壓，單位為V或kV。三相變壓器指線電壓。額定電流

根據(jù)額定容量和額定電壓算出的電流稱為額定電流，單位為A或kA。三相變壓器指線電流。

3.1.3變壓器的額定值三相變壓器：額定頻率

我國的標(biāo)準(zhǔn)工頻規(guī)定為50赫(Hz)。單相變壓器：設(shè)計時規(guī)定變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的額定容量相等。3.1.3變壓器的額定值一臺Yd11連接（一次側(cè)是星形連接，二次側(cè)是三角形連接）的三相變壓器，額定容量Sn=3150kVA,U1N/U2N=35/6.3kV。確定其一、二次側(cè)額定電流以及一次側(cè)相電壓和二次側(cè)相電流。其它額定值：額定頻率(f)額定運行時繞組溫升(K)連接組號短路阻抗空載損耗短路損耗空載電流3.2變壓器的空載運行規(guī)定正方向：一次電流i1的正方向與電源電壓U1的正方向一致；主磁通φ與一次電流i1滿足右手螺旋關(guān)系；一次和二次繞組感應(yīng)電動勢e1/e2與電流i同向；二次電壓U2的正方向與流入負載阻抗ZL的電流的正方向一致。3.2變壓器的空載運行什么叫變壓器的空載運行？變壓器的一次繞組接交流電源,二次繞組開路,負載電流為零(即空載)時的運行,稱為空載運行。3.2變壓器的空載運行一、空載運行時的物理情況變壓器的空載運行

3.2.1空載運行時的磁通、感應(yīng)電動勢空載磁動勢：主磁通：磁力線與一次側(cè)和二次側(cè)繞組交鏈的磁通。漏磁通:磁力線僅與一次側(cè)繞組相交鏈的磁通。二、磁通和感應(yīng)電動勢3.2.1空載運行時的磁通、感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢：在正弦穩(wěn)態(tài)情況下：3.2.1空載運行時的磁通、感應(yīng)電動勢上式說明：在電路中，漏電動勢可以用漏電抗的壓降來代替。漏磁通所經(jīng)過路徑的磁導(dǎo)率是常數(shù)，和漏電抗亦是常數(shù)。3.2.2電壓平衡方程式、變比3.2.3電壓平衡方程式、變比變壓器中，一次側(cè)繞組的電動勢與二次側(cè)繞組的電動勢之比成為變比。對三相變壓器，變比指一、二次側(cè)相電動勢之比3.2.3空載電流1、空載電流的波形電網(wǎng)電壓為正弦波，故主磁通也為正弦波若鐵心不飽和，空載電流也為正弦波；但鐵心飽和時，空載電流為尖頂波。3.2.3空載電流2、空載電流與主磁通的關(guān)系若鐵心中沒有損耗，則空載電流與主磁通同相位但主磁通在鐵心中交變，在其中產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗（合稱為鐵耗）?？蛰d電流將領(lǐng)先主磁通一個角度。變壓器的空載相量圖

3.2.3空載電流2、空載電流與主磁通的關(guān)系變壓器空載時，主磁場由空載電流建立，故空載電流也稱之為激磁電流。激磁電流有兩個分量：(1)磁化分量：(2)鐵耗分量：3.2.3空載電流2、空載電流與主磁通的關(guān)系磁化電抗與鐵耗電阻3.2.3空載電流磁化電抗與鐵耗電阻磁化電抗：式中稱為變壓器的磁化電抗，是表征鐵心磁化性能的一個參數(shù)。另外：

鐵耗電阻：稱為鐵耗電阻，是表征鐵心損耗的一個參數(shù)。（可得鐵心線圈的并聯(lián)等效電路)3.2.3空載電流鐵心線圈的并聯(lián)等效電路

3.2.3空載電流由上式可得：

激磁電抗：是表征鐵心的磁化性能的一個等效參數(shù);激磁電阻：是表征鐵心損耗的一個等效參數(shù)。激磁阻抗：3.2變壓器的空載運行3、空載時的等效電路3.2變壓器的空載運行3、空載時的等效電路E1與Im是非線性關(guān)系，即激磁阻抗Zm不是常數(shù)，隨著飽合度的增加而減小。但考慮到實際運行中，系統(tǒng)電壓近似為某一常值，可近似將Zm視為某一常值。3.3變壓器的負載運行

3.3.1磁動勢平衡方程忽略了漏阻抗壓降，主磁通不變。從空載到負載，一次繞組電流增加一個分量以平衡次級繞組的作用。3.3變壓器的負載運行1）變壓器負載運行時，主磁通由一次側(cè)和二次側(cè)的磁動勢共同建立；2）主磁通的大小與空載運行時近似相等，磁動勢也近似相等；3）一次側(cè)電流中增加了一個負載分量，以平衡二次側(cè)電流的作用，負載運行時磁動勢平衡的幾點結(jié)論3.3變壓器的負載運行負載運行時的電磁過程3.3.2電壓平衡方程二次側(cè)繞組漏電動勢：二次側(cè)電壓平衡方程：3.3.3繞組折算負載時一、二次側(cè)電壓平衡方程：由于變壓器的變比k較大，使得一次側(cè)、二次側(cè)的電壓和電流的數(shù)量級相差很大，不方便計算，畫相量圖更是困難，為了方便計算和得到變壓器的等效電路，而引入繞組折算3.3.3繞組折算繞組折算的含義：通常是把二次側(cè)的繞組折算到一次側(cè)，即用一個匝數(shù)為N1的繞組去代替原變壓器匝數(shù)為N2的二次側(cè)繞組。要求折算前后，變壓器的電磁本質(zhì)不變，即要求折算后的二次側(cè)繞組產(chǎn)生的磁動勢的大小和分布和折算前相同。3.3.2電壓平衡方程二次側(cè)電流的折算二次側(cè)電動勢的折算二次側(cè)阻抗的折算3.3.2電壓平衡方程折算規(guī)律：當(dāng)把二次側(cè)各物理量折算到一次側(cè)時，凡是單位為V的乘以k，凡是單位為Ω的乘以，電流的折算乘以3.3.2電壓平衡方程折算后電壓平衡方程：3.3.4相量圖已知U2/I2/cosφ2和變壓器的參數(shù)k/R1/x1σ/R2/X2σ/Rm/Xm，可按以下步驟繪出向量圖。3.4變壓器的等效電路單相變壓器負載運行時的電磁關(guān)系用等值電路的形式表示，作為變壓器模擬仿真的電路模型。1)T型等效電路2Γ型等效電路3）簡化等效電路3.4變壓器的等效電路等效電路的形成(1)T型等效電路一次側(cè)：

3.4變壓器的等效電路等效電路的形成(1)T型等效電路二次側(cè)：↓3.4變壓器的等效電路等效電路的形成(1)T型等效電路

3.4變壓器的等效電路等效電路的形成(2)Γ型等效電路

3.4變壓器的等效電路3、簡化等效電路3.4變壓器的等效電路計算變壓器負載運行方法有基本公式、等值電路和相量圖。

基本方程式：是變壓器的電磁關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式；等值電路：是基本方程式的模擬電路；相量圖：是基本方程的圖示表示；三者是統(tǒng)一的，一般定量計算用等效電路，討論各物理量之間的相位關(guān)系用相量圖。3.4變壓器的等效電路例：一臺三相變壓器：SN=315000kVA，U1n/U2n=220/11kV，YnD11連接，F(xiàn)=50Hz，==0.038，==８，=17711，

=138451，負載三角形接，=11.52＋j8.64。當(dāng)高壓側(cè)接額定電壓時，求：1）高壓方電流，從高壓方看進去的功率因數(shù)2）低壓側(cè)電動勢3）低壓側(cè)電壓、電流、負載功率因數(shù)、輸出功率3.5變壓器的參數(shù)測定1、空載試驗3.5變壓器的參數(shù)測定空載試驗直接測量的試驗數(shù)據(jù)試驗側(cè)電壓另一側(cè)空載電壓試驗側(cè)電流試驗側(cè)功率為了方便和安全，空載試驗一般在低壓方進行。3.5變壓器的參數(shù)測定空載試驗可計算的參數(shù)變壓器變比：勵磁阻抗：勵磁電阻：勵磁電抗：3.5變壓器的參數(shù)測定空載試驗中注意事項（1）上述計算是針