第三章 變壓器(3)

重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電機(jī)學(xué)及拖動(dòng)基礎(chǔ)1第三章變壓器2主要內(nèi)容第六節(jié)三相變壓器第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行3電力系統(tǒng)用的最多的是三相變壓器對(duì)稱負(fù)載時(shí)，三相變壓器的一、二次繞組是三相對(duì)稱電路，各相電壓和電流大小相等、彼此相差120o電角度，求得一相的電壓、電流后，其它兩相可根據(jù)對(duì)稱關(guān)系得出共性問(wèn)題：基本方程式、等效電路、相量圖、運(yùn)行特性特有問(wèn)題：1）三相變壓器的電路系統(tǒng)，即三相繞組的聯(lián)結(jié)2）三相變壓器的磁路系統(tǒng)，即鐵心的結(jié)構(gòu)3）不同電路和磁路系統(tǒng)下的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形第六節(jié)三相變壓器4聯(lián)結(jié)法——三相變壓器繞組的聯(lián)結(jié)方式，星形和三角形聯(lián)結(jié)一次繞組首端由A、B、C表示，末端由X、Y、Z表示；二次繞組首端由a、b、c表示，末端由x、y、z表示。一、三相變壓器的電路系統(tǒng)——聯(lián)結(jié)組1、聯(lián)結(jié)法第六節(jié)三相變壓器5星形聯(lián)結(jié)（Y或y）——首端引出，末端連在一起稱為中性點(diǎn)，用N（或n）表示三角形聯(lián)結(jié)（D或d）——首端引出，規(guī)定各相順序連接次序?yàn)锳→X→C→Z→B→Y（a→x→c→z→b→y）一次繞組符號(hào)在前，二次繞組符號(hào)在后，表示聯(lián)結(jié)法 如：YNd表示一次繞組作星形聯(lián)結(jié)，并引出中性點(diǎn)，二次繞組作三角形聯(lián)結(jié)；Yd；Dy；Dd第六節(jié)三相變壓器6聯(lián)結(jié)組——三相變壓器一、二次繞組線電壓的相位關(guān)系 主要與繞組聯(lián)結(jié)法、繞組繞向、繞組端子標(biāo)志相關(guān)同名端——一、二次繞組被同一交變主磁通φ交鏈，在任一瞬間，一次繞組某一端點(diǎn)電位為正，二次繞組必有一端點(diǎn)電位也為正，這兩個(gè)對(duì)應(yīng)端點(diǎn)稱為“同名端” 同名端用“·”標(biāo)注，同名端取決于繞組繞向2、聯(lián)結(jié)組第六節(jié)三相變壓器Xa7聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)——一、二次繞組線電壓的相位差 對(duì)于三相變壓器，無(wú)論采用什么聯(lián)結(jié)法，一、二次繞組線電壓的相位差，總是30o電角度的倍數(shù)“時(shí)鐘表示法”——標(biāo)示一、二次繞組線電壓的相位關(guān)系按規(guī)定的同名端和端子標(biāo)志，作出一、二次繞組的線電壓三角形，并將其重心重合；將一次繞組線電壓三角形的一條中性線作為“長(zhǎng)針”，指向12點(diǎn)；將二次繞組線電壓三角形的對(duì)應(yīng)中性線作為“短針”，所指向的鐘點(diǎn)即為聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)。第六節(jié)三相變壓器8單相變壓器的聯(lián)結(jié)組：對(duì)于任意的同名端和端子標(biāo)志，一、二次繞組中電壓相位關(guān)系只有同相或反相兩種可能，因此只有兩類(lèi)：a）I/I-0聯(lián)結(jié)組b）I/I-6聯(lián)結(jié)組第六節(jié)三相變壓器Xa9三相變壓器的聯(lián)結(jié)組：根據(jù)時(shí)鐘刻度，共計(jì)12種聯(lián)結(jié)組：Yy0、Yy2、Yy4、Yy6、Yy8、Yy10Yd1、Yd3、Yd5、Yd7、Yd9、Yd11要求：畫(huà)出全部12種聯(lián)結(jié)組的聯(lián)結(jié)圖和線電壓相量圖1）給出聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)→畫(huà)出相量圖和相應(yīng)的聯(lián)結(jié)圖；2）給出聯(lián)結(jié)圖→畫(huà)出相量圖并確定聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)。規(guī)定：1）參考正方向：首端

末端2）實(shí)際正方向：高電勢(shì)端標(biāo)注為同名端3）順時(shí)針要求：a→b→c三相，順時(shí)針依次相差120o電角度；△聯(lián)結(jié)，順序連接a→x→c→z→b→y第六節(jié)三相變壓器10例1：Y/y聯(lián)結(jié)的繪制和判別步驟按規(guī)定繞組端子標(biāo)志，畫(huà)出聯(lián)結(jié)圖；標(biāo)明繞組的相電壓方向和同名端；

相電壓正方向規(guī)定：首端

末端畫(huà)出一次繞組相電壓，各相頂點(diǎn)相連即為線電壓三角形；根據(jù)同一鐵心上一、二次繞組的相電壓相位關(guān)系，畫(huà)出二次繞組相電壓，各相頂點(diǎn)相連即為線電壓三角形；將兩個(gè)三角形重心重合；根據(jù)一、二次繞組線電壓三角形對(duì)應(yīng)中性線位置，確定聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)。第六節(jié)三相變壓器ABCabcnNYy011

第六節(jié)三相變壓器例2：Y/d聯(lián)結(jié)的繪制和判別步驟按規(guī)定繞組端子標(biāo)志，畫(huà)出聯(lián)結(jié)圖；標(biāo)明繞組的相電壓方向和同名端； 相電壓正方向規(guī)定：首端

末端畫(huà)出一次繞組相電壓，各相頂點(diǎn)相連即為線電壓三角形；根據(jù)同一鐵心上一、二次繞組的相電壓相位關(guān)系，畫(huà)出二次繞組相電壓，各相頂點(diǎn)相連即為線電壓三角形；將兩個(gè)三角形重心重合；根據(jù)一、二次繞組線電壓三角形對(duì)應(yīng)中性線位置，確定聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)。ABCabcnNYd1112三相變壓器聯(lián)結(jié)組的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)和結(jié)論：改變變壓器的繞組聯(lián)結(jié)法（Y或D）、繞組繞向（同名端）、繞組端子標(biāo)志（首末端），可得到不同的聯(lián)結(jié)組Y/y聯(lián)結(jié)的三相變壓器，其聯(lián)結(jié)組號(hào)都是偶數(shù)Y/d聯(lián)結(jié)的三相變壓器，其聯(lián)結(jié)組號(hào)都是奇數(shù)D/d聯(lián)結(jié)可以得到與Y/y聯(lián)結(jié)相同的組號(hào)D/y聯(lián)結(jié)可以得到與Y/d聯(lián)結(jié)相同的組號(hào)最常用的聯(lián)結(jié)組是Yy0和Yd11第六節(jié)三相變壓器13由三個(gè)容量與結(jié)構(gòu)完全相同的單相變壓器的鐵心組成特點(diǎn)：三相磁路完全獨(dú)立，互不影響特點(diǎn)：磁路相互關(guān)聯(lián)，一相磁路以另外兩相磁路作為閉合磁路1.三相組式變壓器2.三相芯式變壓器第六節(jié)三相變壓器二、三相變壓器的磁路系統(tǒng)——鐵心的結(jié)構(gòu)形式14變壓器運(yùn)行的兩種主要特性：1）外特性；2）效率特性對(duì)應(yīng)的兩個(gè)主要指標(biāo)：1）電壓調(diào)整率；2）效率第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行一、外特性外特性——當(dāng)一次繞組外施額定電壓U1=U1N和負(fù)載功率因數(shù)cosφ2不變時(shí)，二次側(cè)端電壓隨負(fù)載電流變化的規(guī)律，即U2＝f(I2)二次側(cè)電壓的變化趨勢(shì)：

U2下降的原因——變壓器“內(nèi)阻”上壓降增大。15變壓器的外特性：

阻性負(fù)載——外特性下降，端電壓變化小

感性負(fù)載——外特性下降，端電壓變化增大

容性負(fù)載——外特性可上翹，端電壓變化增大第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行變壓器的外特性二次側(cè)端電壓U2隨負(fù)載變化的程度——電壓調(diào)整率Δu16電壓調(diào)整率——一次側(cè)外施額定電壓U1=U1N、負(fù)載功率因素cosφ2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：電壓調(diào)整率是變壓器運(yùn)行性能的重要指標(biāo)之一

——它表征了電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，反映了電能的質(zhì)量。第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行17電壓調(diào)整率的計(jì)算——通過(guò)近似等效電路及其相量圖簡(jiǎn)化第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行近似等效電路及其相量圖 式中，β——負(fù)載系數(shù)18影響電壓調(diào)整率Δu的因素：負(fù)載大?。é拢回?fù)載性質(zhì)（cosφ2）；變壓器本身的短路參數(shù)（Rk、Xk）。第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行由電壓調(diào)整率Δu分析外特性： 阻性負(fù)載——

，Δu為正 感性負(fù)載——

，Δu為正 容性負(fù)載——

，Δu可正負(fù)實(shí)際運(yùn)行中，一般是感性負(fù)載，故端電壓下降5～8%當(dāng)I2=I2N、β=1時(shí)19效率特性——當(dāng)一次繞組外施額定電壓U1=U1N和負(fù)載功率因數(shù)cosφ2不變時(shí)，變壓器效率隨負(fù)載電流變化的規(guī)律，即η＝f(I2)能量傳遞過(guò)程：變壓器中損耗主要包括銅耗和鐵耗：銅耗∝負(fù)載電流的平方——可變損耗鐵耗∝外施電壓大小，與負(fù)載基本無(wú)關(guān)——不變損耗二、效率特性第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行20效率——輸出的有功功率與輸入的有功功率之比 式中，——總損耗問(wèn)題在于：pCu和pFe如何確定？第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行21計(jì)算效率的幾個(gè)假定：以額定電壓下的空載損耗p0作為鐵耗pFe，并認(rèn)為鐵耗不隨負(fù)載而變化，即：以額定電流時(shí)的負(fù)載損耗pk作為額定電流的銅耗pCu，并認(rèn)為銅耗與負(fù)載系數(shù)β的平方成正比，即：計(jì)算P2時(shí)，忽略負(fù)載運(yùn)行時(shí)的二次側(cè)電壓變化，即：第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行22效率的計(jì)算——第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行變壓器的效率特性：

令，可得