變壓器運(yùn)行分析

變壓器運(yùn)行分析第1頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變壓器的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行分析第七章第2頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)變壓器的基本結(jié)構(gòu)重點(diǎn)：變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值難點(diǎn)：變壓器的鐵心和繞組第3頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變壓器概述為了供電、輸電、配電的需要，就必須使用一種電氣設(shè)備把發(fā)電廠內(nèi)交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電壓變換成不同等級(jí)的電壓。這種電氣設(shè)備就是變壓器。變壓器是在法拉第電磁感應(yīng)原理的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制造的一種靜止的電氣設(shè)備，它可以將輸入的一種等級(jí)電壓的交流電能變換成同頻率的另一種等級(jí)電壓的交流電能輸出。第4頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變壓器基本結(jié)構(gòu)一、鐵心變壓器的主磁路，為了提高導(dǎo)磁性能和減少鐵損，用0.35mm厚、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。變壓器的電路，一般用絕緣銅線或鋁線繞制而成。油浸式變壓器的器身浸在變壓器油的油箱中。油是冷卻介質(zhì)，又是絕緣介質(zhì)。油箱側(cè)壁有冷卻用的管子（散熱器或冷卻器）。將線圈的高、低壓引線引到箱外，是引線對(duì)地的絕緣，擔(dān)負(fù)著固定的作用。二、繞組三、油箱四、絕緣套管此外，還有儲(chǔ)油柜、吸濕器、安全氣道、凈油器和氣體繼電器。第5頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變壓器的分類(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。按鐵心結(jié)構(gòu)分：心式變壓器和殼式變壓器。按調(diào)壓方式分：無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓變壓器和有載調(diào)壓變壓器。按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器。第6頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變壓器的銘牌和額定值變壓器銘牌上面標(biāo)注著變壓器的型號(hào)和額定值等。三者關(guān)系：此外，額定值還有額定頻率、效率、溫升等。指長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)所能承受的工作電壓指銘牌規(guī)定的額定使用條件下所能輸出的視在功率。指在額定容量下，允許長(zhǎng)期通過(guò)的額定電流。在三相變壓器中指的是線電流第7頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一工作原理和運(yùn)行分析

變壓器的主要部件是鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。兩繞組只有磁耦合沒(méi)電聯(lián)系。在一次繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈一、二次繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。只要一、二次繞組的匝數(shù)不同，就能達(dá)到改變壓的目的。第8頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變壓器的空載運(yùn)行變壓器中各電磁量的正方向按圖所示做如下規(guī)定：（1）電位降用電壓U表示；電位升用電勢(shì)E表示；（2）原邊繞組電壓的正方向是從原邊繞組的首端A指向末端X；（3）原邊繞組電流I的正方向是從原邊繞組的首端A指向末端X，即原邊繞組電壓的正方向和電流的正方向一致。（4）磁通的正方向與電流的正方向之間符合右手螺旋定則。（5）原邊繞組感應(yīng)電勢(shì)的正方向和副邊繞組感應(yīng)電勢(shì)的正方向與產(chǎn)生它們的磁通的正方向之間亦符合右手螺旋定則。第9頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一理想變壓器空載時(shí)的電壓方程理想變壓器是指繞組沒(méi)有電阻，鐵心中沒(méi)有損耗，磁路不飽和且沒(méi)有漏磁通的變壓器。第10頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一理想變壓器空載時(shí)的電壓方程在理想變壓器中，外加的電源電壓和原邊繞組中的感應(yīng)電勢(shì)在數(shù)值上是相等的，而在相位上相差180o。因此可以得到：U1＝E1=4.44fN1Фm上式表明，一定幅值的外加電壓U1，產(chǎn)生一定幅值的交變磁通Фm，以建立與電壓平衡的感應(yīng)電勢(shì)。即在頻率f和匝數(shù)N1不變的條件下，電壓U1正比于磁通Фm或者說(shuō)，若外加電壓U1不變。第11頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變壓器的變壓比變壓器的變壓比用K表示，它定義為原邊繞組電勢(shì)E1與副邊繞組電勢(shì)E2之比。變壓器的變壓比等于原邊、副邊繞組的匝數(shù)之比，等于原邊繞組電壓與副邊繞組空載電壓之比，也等于原邊繞組額定電壓與副邊繞組額定電壓之比。第12頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一實(shí)際變壓器空載時(shí)的電壓方程第13頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一實(shí)際變壓器空載時(shí)的電壓方程實(shí)際上的變壓器空載運(yùn)行時(shí)，空載電流I0激勵(lì)的磁通分為兩部分：一部分為主磁通，它同時(shí)與原邊、副邊繞組交鏈并產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)E1和E2；另一部分通過(guò)原邊繞組周?chē)目臻g形成閉合回路，只與原邊繞組交鏈而不與副邊繞組交鏈，稱為原邊繞組漏磁通。它在原邊繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)稱為漏電抗電勢(shì)，由于漏磁通經(jīng)過(guò)空氣閉路，磁路不會(huì)飽和，又由于漏磁通經(jīng)過(guò)的路徑磁阻很大，因此相應(yīng)的漏電抗和漏電抗電勢(shì)是很小的。第14頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變壓器的空載運(yùn)行（1）一次側(cè)主電動(dòng)勢(shì)與漏阻抗壓降總是與外施電壓平衡,若忽略漏阻抗壓降，則一次主電勢(shì)的大小由外施電壓決定.（2）主磁通大小由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝數(shù)決定，與磁路所用的材質(zhì)及幾何尺寸基本無(wú)關(guān)。（3）空載電流大小與主磁通、線圈匝數(shù)及磁路的磁阻有關(guān)，鐵心所用材料的導(dǎo)磁性能越好，空載電流越小。（4）電抗是交變磁通所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)與產(chǎn)生該磁通的電流的比值，線性磁路中，電抗為常數(shù)，非線性電路中，電抗的大小隨磁路的飽和而減小。第15頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變壓器的負(fù)載運(yùn)行負(fù)載運(yùn)行是指變壓器的原邊繞組接在電源上，副邊繞組接上負(fù)載后輸出電流的狀態(tài)。負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系第16頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變壓器的負(fù)載運(yùn)行或第17頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變壓器的等效電路

一、折算折算：將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個(gè)繞組來(lái)等效，同時(shí)對(duì)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。目的：用一個(gè)等效的電路代替實(shí)際的變壓器。折算原則：1）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。方法：（將二次側(cè)折算到一次側(cè))第18頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變壓器的等效電路折算后的方程式為第19頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變壓器的等效電路根據(jù)折算后的方程，可以作出變壓器的等效電路。第20頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變壓器的參數(shù)測(cè)定

對(duì)已制造出的變壓器通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)測(cè)定參數(shù)二、接線圖三、要求及分析1）低壓側(cè)加電壓，高壓側(cè)開(kāi)路；WAVV~**空載實(shí)驗(yàn)一、目的：通過(guò)測(cè)量空載電流和一、二次電壓及空載功率來(lái)計(jì)算變比、空載電流百分?jǐn)?shù)、鐵損和勵(lì)磁阻抗。第21頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變壓器的參數(shù)測(cè)定5）空載電流和空載功率必須是額定電壓時(shí)的值，并以此求取勵(lì)磁參數(shù)；6）若要得到高壓側(cè)參數(shù)，須折算；7）對(duì)三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值；4）求出參數(shù)第22頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變壓器的參數(shù)測(cè)定短路實(shí)驗(yàn)一、目的：通過(guò)測(cè)量短路電流、短路電壓及短路功率來(lái)計(jì)算變壓器的短路電壓百分?jǐn)?shù)、銅損和短路阻抗。二、接線圖三、要求及分析1）高壓側(cè)加電壓，低壓側(cè)短路；WAV~**3）同時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)室的室溫；4）由于外加電壓很小，主磁通很少，鐵損耗很少，忽略鐵損，認(rèn)為。第23頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變壓器的參數(shù)測(cè)定5）參數(shù)計(jì)算對(duì)T型等效電路：6）溫度折算：電阻應(yīng)換算到基準(zhǔn)工作溫度時(shí)的數(shù)值。8）對(duì)三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值；7）若要得到低壓側(cè)參數(shù)，須折算；四、短路電壓：短路時(shí)，當(dāng)短路電流為額定值時(shí)一次所加的電壓，稱為短路電壓，記作短路電壓也稱為阻抗電壓。第24頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變壓器的參數(shù)測(cè)定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，希望它小些，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。第25頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)變壓器的運(yùn)行性能

電壓變化率用相量圖可以推導(dǎo)出電壓變化率的表達(dá)式：定義：是指一次側(cè)加50Hz額定電壓、二次空載電壓與帶負(fù)載后在某功率因數(shù)下的二次電壓之差，與二次額定電壓的比值，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。式中稱為負(fù)載系數(shù)由表達(dá)式可知，電壓變化率的大小與負(fù)載大小、性質(zhì)及變壓器的本身參數(shù)有關(guān)。第26頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)變壓器的運(yùn)行性能在原邊繞組電壓保持額定，負(fù)載功率因數(shù)為常數(shù)時(shí)，變壓器副邊繞組端電壓U2隨負(fù)載電流I2變化的規(guī)律U2=f（I2）稱為變壓器的外特性。1.001.0變壓器的外特性為了保證二次端電壓在允許范圍之內(nèi),通常在變壓器的高壓側(cè)設(shè)置抽頭,并裝設(shè)分接開(kāi)關(guān),調(diào)節(jié)變壓器高壓繞組的工作匝數(shù),來(lái)調(diào)節(jié)變壓器的二次電壓。第27頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)變壓器的運(yùn)行性能鐵損耗與外加電壓大小有關(guān)，而與負(fù)載大小基本無(wú)關(guān)，故也稱為不變損耗。變壓器的損耗銅損耗也分基本銅損耗和附加銅損耗?；俱~損耗是在電流在一、二次繞組直流電阻上的損耗；附加損耗包括因集膚效應(yīng)引起的損耗以及漏磁場(chǎng)在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。。變壓器的損耗主要是鐵損耗和銅損耗兩種。鐵損耗包括基本鐵損耗和附加鐵損耗?；捐F損耗為磁滯損耗和渦流損耗。附加損耗包括由鐵心疊片間絕緣損傷引起的局部渦流損耗、主磁通在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。第28頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)變壓器的運(yùn)行性能效率大小反映變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性能的好壞，是表征變壓器運(yùn)行性能的重要指標(biāo)之一。效率及效率特性效率是指變壓器的輸出功率與輸入功率的比值。其中第29頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)變壓器的運(yùn)行性能變壓器效率的大小與負(fù)載的大小、功率因數(shù)及變壓器本身參數(shù)有關(guān)。效率特性：在功率因數(shù)一定時(shí)，變壓器的效率與負(fù)載電流之間的關(guān)系η=f(β),稱為變壓器的效率特性。第30頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一單相變壓器的聯(lián)接組別

變壓器繞組的同名端

因?yàn)樽儔浩鞯脑⒏边吚@組繞在同一個(gè)鐵心上，都被磁通交鏈，故當(dāng)磁通交變時(shí)，在兩個(gè)繞組中感應(yīng)出的電勢(shì)有一定的方向關(guān)系，即當(dāng)原邊繞組的某一端點(diǎn)瞬時(shí)電位為正時(shí)，副邊繞組上也必有一電位為正的對(duì)應(yīng)端點(diǎn)。這兩個(gè)對(duì)應(yīng)的端點(diǎn)、稱為同名端或同極性端。

1．對(duì)兩個(gè)繞向已知的繞組，當(dāng)電流從兩個(gè)同名端流入（或流出）時(shí)，鐵心中所產(chǎn)生的磁通方向一致；2、對(duì)于一臺(tái)已經(jīng)制成的變壓器，無(wú)法從外部觀察其繞組的繞向，因此無(wú)法辨認(rèn)其同名端，此時(shí)可用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定的方法有交流法和直流法兩種。第31頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一單相變壓器的聯(lián)接組別**一、二次繞組的同極性端同標(biāo)志時(shí)，一、二次繞組的電動(dòng)勢(shì)同相位。******一、二次繞組的同極性端異標(biāo)志時(shí)，一、二次繞組的電動(dòng)勢(shì)反相位。第32頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一其它用途變壓器

自耦變壓器

第33頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一自耦變壓器也就是在忽略激磁電流后一個(gè)繞組本身的兩段存在著磁勢(shì)平衡。磁勢(shì)平衡

第34頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一自耦變壓器容量關(guān)系可見(jiàn)兩段繞組的容量均只有變壓器容量(1-1/ka)倍。

自耦變壓器不僅可以省去一個(gè)繞組，而且其繞組容量要比相應(yīng)的雙繞組變壓器小，這樣就減少鐵、銅等材料，縮小尺寸。

(1-1/ka)越小則省材越多，所以適合于ka<2的情況。第35頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一自耦變壓器傳導(dǎo)容量和電磁容量把普通雙繞組變壓器改接成自耦變壓器以后，自耦變壓器的額定容量增加，自耦變壓器額定容量是通過(guò)電磁感應(yīng)關(guān)系從電源端傳到負(fù)載的，這部分容量稱為電磁容量，另一部分增加的容量則通過(guò)一、二次繞組的電聯(lián)系直接傳遞的，稱為傳導(dǎo)容量。第36頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一互感器直接測(cè)量大電流或高電壓是比較困難的。在交流電路中，常用特殊的變壓器把高電壓轉(zhuǎn)換成低電壓、大電流轉(zhuǎn)換成小電流后再測(cè)量。這種特殊的變壓器就是互感器。第37頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電壓互感器用于測(cè)量高電壓的互感器叫電壓互感器

電壓互感器的一、二次繞組繞在閉合的鐵芯上。一次繞組的匝數(shù)很多，并聯(lián)在被測(cè)電路上，二次繞組的匝數(shù)很少，只有一匝或幾匝接在高阻抗的測(cè)量?jī)x表上

Ku為電壓互感器的額定比或稱變比第38頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電壓互感器因?yàn)榭蛰d電流和一、二次繞組的漏阻抗的存在使電壓互感器產(chǎn)生兩種誤差：