電機(jī)與拖動(dòng)-變壓器

第1章變壓器1.變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)2.單相變壓器的空載運(yùn)行3.單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行4.變壓器的參數(shù)測(cè)定5.標(biāo)么值6.變壓器的運(yùn)行特性7.三相變壓器8.變壓器的并聯(lián)特性

變壓器是一種靜止電器,它通過(guò)線圈間的電磁感應(yīng),將一種電壓等級(jí)的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等級(jí)的交流電能.變壓器電力變壓器特種變壓器升壓變壓器降壓變壓器配電變壓器聯(lián)絡(luò)變壓器按用途分類廠用變壓器整流變壓器電爐變壓器高壓試驗(yàn)變壓器測(cè)量變壓器…電壓互感器電流互感器單相變壓器三相變壓器按相數(shù)分類變壓器的分類：變壓器的種類繁多，有多種分類方法：1.1變壓器的工作原理一次側(cè)施加交流電壓時(shí)，一次繞組中產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)，在鐵芯中形成磁通，磁通經(jīng)鐵芯穿過(guò)二次繞組，則在二次繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，這樣一次側(cè)電能則可傳送到二次側(cè)。變壓器中各個(gè)電量的正方向的規(guī)定：按電工慣例實(shí)際中變壓器的各個(gè)電量都是交變的

變壓器的變壓原理：當(dāng)不考慮漏磁通時(shí)及繞組電阻時(shí)，有下列電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：則一次側(cè)與二次側(cè)的電壓、電動(dòng)勢(shì)的有效值與匝數(shù)N的關(guān)系為：令K=N1/N2，K稱為變壓器的變比當(dāng)不計(jì)各種損耗時(shí)，依據(jù)能量守恒原理有：則：故：S為變壓器的視在功率，稱其為變壓器的容量

1.2變壓器的基本結(jié)構(gòu)一、變壓器的基本結(jié)構(gòu)

鐵芯：主要磁路部分。變壓器的主磁路，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。有芯式和殼式兩種（看圖）鐵芯分為兩部分：鐵芯柱與鐵軛鐵芯柱：套有繞組；鐵軛：構(gòu)成磁路的閉合回路繞組：變壓器的電路部分，分為高壓繞組與低壓繞組。繞組有兩種分布形式：同心式、交疊式其他部件：變壓器的穩(wěn)定工作的附件，也是必不可少的。變壓器連接發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的升壓變壓器連接發(fā)電機(jī)的封閉母線與電網(wǎng)相連的高壓出線端三相干式變壓器接觸調(diào)壓器電源變壓器環(huán)形變壓器控制變壓器二、型號(hào)與額定值1、型號(hào)

型號(hào)表示一臺(tái)變壓器的結(jié)構(gòu)、額定容量、電壓等級(jí)、冷卻方式等內(nèi)容，表示方法為如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷三繞組銅線有載調(diào)壓，額定容量250000kVA，高壓額定電壓220kV電力變壓器2、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kV或kVA。三相變壓器指三相容量之和。額定電壓銘牌規(guī)定的各個(gè)繞組在空載、指定分接開(kāi)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。三相變壓器指線電流。

三相變壓器：額定頻率我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)工頻規(guī)定為50赫(Hz)。此外還有額定效率、額定溫升。單相變壓器：1.3變壓器的運(yùn)行分析一、空載運(yùn)行——（以單相雙繞組變壓器為對(duì)象進(jìn)行分析）1、空載運(yùn)行時(shí)的物理情況空載時(shí)的電磁過(guò)程：討論

1）當(dāng)u1隨正弦規(guī)律變化時(shí)有：則：有效值E1、E2分別為：E1、E2的相量表達(dá)式為：E1、E2在相位上滯后90。2）空載電流空載電流絕大部分是用來(lái)產(chǎn)生主磁通，但仍有小部分有功分量作為鐵芯損耗。但通常，其在相位上滯后90?。3）漏磁通與漏電抗一次繞組的漏電抗2、空載運(yùn)行時(shí)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式、相量圖及等效電路圖1）空載運(yùn)行時(shí)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式一次側(cè)的漏阻抗變比，用K表示：2）空載相量圖變壓器的勵(lì)磁阻抗變壓器的勵(lì)磁電抗變壓器的勵(lì)磁電阻3）變壓器空載等效電路圖二、變壓器的負(fù)載運(yùn)行

1、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理情況的出現(xiàn)破壞了，則一次側(cè)增加的電流來(lái)與平衡，其條件是使得與空載時(shí)一樣。(磁動(dòng)勢(shì)平衡）即：負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁過(guò)程2、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式

1)磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式2)電動(dòng)勢(shì)平衡方程式一次側(cè)：二次側(cè)：?jiǎn)蜗嘧儔浩髫?fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式三、變壓器的等效電路圖及相量圖

1、繞組折算

為了分析方便，人為的將一次側(cè)匝數(shù)變換成二次側(cè)，或?qū)⒍蝹?cè)匝數(shù)變換成一次側(cè)。折算條件是不改變磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系以及能量關(guān)系。

下面的折算都是將二次側(cè)匝數(shù)變換成一次側(cè)時(shí)各量的折算。折算值用原來(lái)的符號(hào)加表示1）電動(dòng)勢(shì)和電壓的折算由于則同理電壓值及其他二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)也按此折算：2）電流的折算為保持磁動(dòng)勢(shì)不變，應(yīng)有：為保持功率關(guān)系不變，應(yīng)有：故：3）阻抗的折算

保持功率不變的原則，應(yīng)有：折算后變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式變?yōu)槿缦滦问剑赫鬯闱罢鬯愫?、等效電路圖abcd由于,則a、b等電位，c、d也等電位，故可將a、b連接，c、d連接。這樣，兩個(gè)線圈則可合并為一個(gè)繞組，且匝數(shù)為N1變壓器負(fù)載運(yùn)行的等效電路圖形成過(guò)程示意圖1）T型等效電路圖

將二次側(cè)折算到一次側(cè)后，由于兩個(gè)線圈合并為一個(gè)線圈了。則又有下圖所示的T型等效電路圖變壓器負(fù)載運(yùn)行的T型等效電路2）近似等效電路圖

T型等效電路圖是一種復(fù)聯(lián)電路，不便于計(jì)算。考慮到，將勵(lì)磁支路前移。此電路中當(dāng)U1不變時(shí)，I0＝常數(shù)，不受負(fù)載影響考慮到I0<<I1時(shí)，還可以更進(jìn)一步簡(jiǎn)化等效電路圖,得

變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的型等效電路圖變壓器的近似等效電路圖3、相量圖1.4變壓器參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定一、空載試驗(yàn)

空載試驗(yàn)可以測(cè)定變比K，鐵耗pFe和ZmAv1wv2低壓側(cè)高壓側(cè)試驗(yàn)步驟：在低壓側(cè)加額定電壓U1N（看V1表），讀取V2（U2值）、W（p0值）、A（I2值）三個(gè)表的讀數(shù)則可認(rèn)為二、負(fù)載試驗(yàn)(短路試驗(yàn)）短路試驗(yàn)可以測(cè)定短路阻抗Zk短路試驗(yàn)的試驗(yàn)步驟：在高壓側(cè)加電壓，從0開(kāi)始上升，直到Ik＝I1N(A表），測(cè)讀此時(shí)的pk（W表），Uk（V表）則有：Avw低壓側(cè)高壓側(cè)阻抗電壓（短路電壓）：用百分比表示：短路電壓常用百分值表示

短路電壓的大小直接反映短路阻抗的大小，而短路阻抗又直接影響變壓器的運(yùn)行性能。

從正常運(yùn)行角度看，希望短路電壓小些，這樣可使副邊電壓隨負(fù)載波動(dòng)小些；從限制短路電流角度，希望它大些，相應(yīng)的短路電流就小些。1.3.3短路電壓1.3.4標(biāo)么值

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,即一、定義二、基準(zhǔn)值的確定1、通常以額定值為基準(zhǔn)值。

2、各側(cè)的物理量以各自側(cè)的額定值為基準(zhǔn)；

一次側(cè)取一次側(cè)的額定值作為基值，二次側(cè)取二次側(cè)的額定值作為基值，原邊阻抗取原邊的額定電壓（電壓基值）除以原邊的額定電流（電流基值）作為基值。副邊則取副邊的。標(biāo)么值=實(shí)際值基準(zhǔn)值三、特點(diǎn)四、優(yōu)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：標(biāo)么值沒(méi)有單位，物理意義不明確。3、折算前、后的標(biāo)么值相等。線值的標(biāo)么值=相值的標(biāo)么值；單相值的標(biāo)么值=三相值的標(biāo)么值；

1、額定值的標(biāo)么值為1。使用標(biāo)么值的基本方程式與采用實(shí)際值的方程式在形式上一致。2、百分值=標(biāo)么值×100%；4、某些意義不同的物理量標(biāo)么值相等三、標(biāo)么值

（便于直觀的了解設(shè)備的運(yùn)行情況）

所謂標(biāo)么值，就是某個(gè)物理量，它的實(shí)際值與選定的同單位的固定數(shù)值進(jìn)行比較，他們的比值就是這個(gè)物理量的標(biāo)么值。把選定的同單位的固定數(shù)值叫基值。如：U1＝99kV，U2＝110kV，若取U2為基值，變壓器的基值選?。阂淮蝹?cè)取一次側(cè)的額定值作為基值，二次側(cè)取二次側(cè)的額定值作為基值，原邊阻抗取原邊的額定電壓（電壓基值）除以原邊的額定電流（電流基值）作為基值。副邊則取副邊的。1.5變壓器的運(yùn)行特性本節(jié)只探討單臺(tái)變壓器的運(yùn)行特性一、電壓變化率：變壓器負(fù)載時(shí)的二次側(cè)電壓變化變壓器的外特性圖

負(fù)載系數(shù)二、效率若作一些假定：則

所以有變壓器的銅耗等于鐵耗時(shí)，有最大效率變壓器的效率特性圖

例題（1-1、1-2、1-3）一臺(tái)單相變壓器，在時(shí)開(kāi)路和短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：【例題1-1】試驗(yàn)名稱電壓電流功率備注開(kāi)路試驗(yàn)11KV45.5A47KW電壓加在低壓側(cè)短路試驗(yàn)9.24KV157.5A129KW電壓加在高壓側(cè)試求：(1)折算到高壓側(cè)時(shí)勵(lì)磁阻抗和等效漏阻抗的值(2)已知，畫(huà)出T形等效電路。

解：一次和二次繞組的額定電流為

電壓比：折算到高壓側(cè)時(shí)的勵(lì)磁阻抗和等效漏阻抗

換算到（2）T形等效電路圖如圖（看圖）所示，圖中

對(duì)于例1-1的單相20000KVA變壓器，試求出勵(lì)磁阻抗和漏阻抗的標(biāo)幺值。從【例題1-1】可知，一次和二次繞組電壓分別為127KV和11KV，額定電流分別為157.5A和1818.2A。由此可得：勵(lì)磁阻抗標(biāo)幺值折算到低壓側(cè)時(shí)

解【例題1-2】

折算到高壓側(cè)時(shí)

由于折算到低壓側(cè)的勵(lì)磁阻抗是折算到高壓側(cè)的k的平方倍而高壓側(cè)的阻抗基值亦是低壓側(cè)的k的平方倍，所以從高壓側(cè)或低壓側(cè)算出的勵(lì)磁阻抗標(biāo)幺值恰好相等；故用標(biāo)幺值計(jì)算時(shí)，可以不再進(jìn)行折算。

（2）漏阻抗的標(biāo)幺值

若短路試驗(yàn)在額定電流下進(jìn)行，亦可以把實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)化成標(biāo)幺值來(lái)計(jì)算，即

（2）最大效率和達(dá)到最大效率時(shí)的負(fù)載【例題1-3】已知例1-1中變壓器的參數(shù)和損耗為

求此變壓器帶上額定負(fù)載,(滯后)時(shí)的額定電壓調(diào)整率和額定效率，并確定最大效率和達(dá)到最大效率時(shí)的負(fù)載電流.解：（1）額定電壓調(diào)整率和額定效率：

1.6

三相變壓器一、三相變壓器的磁路系統(tǒng)1.6

三相變壓器BCabcAXYZxyz三相變壓器組（Y，d1)AXBYCZaxbycz二、三相變壓器的聯(lián)結(jié)法繞組用大寫(xiě)字母表示高壓繞組，為：AX，BY，CZ。小寫(xiě)字母表示低壓繞組。為ax、by、cz。且繞組的電壓都是從首端指向末端。如：Uax三、三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別1)通常采用“時(shí)鐘表示法”：把高、低壓側(cè)的兩個(gè)線電壓三角形的中心重合，在把高壓側(cè)線電壓三角形的一條中線指向12點(diǎn)方向。而低壓側(cè)線電壓三角形中對(duì)應(yīng)的中線作為短針，它指向的鐘點(diǎn)就是組別的標(biāo)號(hào)。2)同名端的概念高壓繞組的某一端為“＋”時(shí)，低壓端的某一端也為“＋”，則稱高、低壓對(duì)應(yīng)的這兩個(gè)端子為同名端。用“*”或“·”標(biāo)識(shí)，那么另外兩個(gè)對(duì)應(yīng)端也是同名端。判定三相繞組的聯(lián)結(jié)組別

1)Y,y0聯(lián)結(jié)組2）根據(jù)同名端確定高低壓側(cè)同相位的相電壓，此處可知Ea與EA同相位1）畫(huà)出高壓繞組的線電壓的相量圖3）畫(huà)出低壓繞組的線電壓的相量圖4）將兩個(gè)三角形的重心重合

2）Y，d11聯(lián)結(jié)組2）根據(jù)同名端確定高低壓側(cè)同相位的相電壓（此處可知Ea與EA同相）1）畫(huà)出高壓繞組的線電壓的相量圖3）畫(huà)出低壓繞組的線電壓的相量圖4）將兩個(gè)三角形的重心重合分析：請(qǐng)判定下面變壓器的聯(lián)結(jié)組別四、三相變壓器的磁路系統(tǒng)略三相變壓器電路系統(tǒng)和磁路系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)勢(shì)的影響

1、磁路無(wú)分支時(shí)，磁路中的磁通與勵(lì)磁電流服從于鐵磁物質(zhì)的磁化曲線。

2、若要求磁化曲線為正弦波變化時(shí)，勵(lì)磁電流為尖頂波，參考教材。則電流中存在3次諧波及其他奇次諧波。

3、當(dāng)勵(lì)磁電流為正弦波變化時(shí)，磁通為平頂波。則磁通中存在3次諧波及其他奇次諧波。奇次諧波的存在對(duì)變壓器的運(yùn)行帶來(lái)一些問(wèn)題。詳細(xì)情況見(jiàn)教材。三相變壓器的一側(cè)繞組作三角形聯(lián)結(jié)總是有利于改善電動(dòng)勢(shì)波形的?！纠}1-4】一臺(tái)三相變壓器，Y，d聯(lián)結(jié)，