1、電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)1山東科技大學(xué)信電學(xué)院山東科技大學(xué)信電學(xué)院電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)2第三章第三章 變壓器變壓器電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)3 主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 變壓器的工作原理、分類及結(jié)構(gòu)變壓器的工作原理、分類及結(jié)構(gòu)第二節(jié)第二節(jié) 單相變壓器的空載運(yùn)行單相變壓器的空載運(yùn)行第三節(jié)第三節(jié) 單相變壓器的基本方程式單相變壓器的基本方程式第四節(jié)第四節(jié) 變壓器的等效電路及相量圖變壓器的等效電路及相量圖第五節(jié)第五節(jié) 等效電路的參數(shù)測定等效電路的參數(shù)測定第六節(jié)第六節(jié) 三相變壓器三相變壓器第七節(jié)第七節(jié) 變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行第八節(jié)第八節(jié) 自耦變壓器與互感器自耦變壓器與互感器電

2、電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)4第三節(jié)我們講到變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式為 1122m1111122221m1212II/mI NI NNUEI ZUEI ZEZEENNk ImI1I2/k電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)5第四節(jié) 變壓器的等效電路及相量圖變壓器負(fù)載時(shí)的電路圖變壓器負(fù)載時(shí)的電路圖由圖可見：變壓器一、二次繞組的電路是獨(dú)立的，只有磁的耦由圖可見：變壓器一、二次繞組的電路是獨(dú)立的，只有磁的耦合，沒有電的聯(lián)系，計(jì)算過程繁瑣、精確度低。合，沒有電的聯(lián)系，計(jì)算過程繁瑣、精確度低。電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)常采用歸算的方法常采用歸算的方法, ,把兩個(gè)電路化成一個(gè)電路，其目的

3、是簡化把兩個(gè)電路化成一個(gè)電路，其目的是簡化計(jì)算，得出一次、二次側(cè)有聯(lián)系的統(tǒng)一等效電路。計(jì)算，得出一次、二次側(cè)有聯(lián)系的統(tǒng)一等效電路。需要注意：繞組歸算前后，如果改變了變壓器的狀態(tài)，折算是毫無意義的。不能影響非歸算方的電壓、電流，鐵芯磁通以及有功和無功功率的大小。顯然，只要想辦法將兩個(gè)繞組的感應(yīng)電勢變?yōu)橄嗟燃纯?。也就是將二次繞組匝數(shù)變?yōu)橐淮卫@組匝數(shù)即可。為此，希望有一個(gè)既能反映變壓器內(nèi)部電磁過程，又便于工程計(jì)算的單純電路來代替沒有電路聯(lián)系、僅有磁耦合作用的實(shí)際變壓器。6電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)7 繞組歸算：繞組歸算：將變壓器的二次（或一次）繞組用另將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個(gè)繞組的匝數(shù)

4、來等效計(jì)算，同時(shí)不改變歸算前一個(gè)繞組的匝數(shù)來等效計(jì)算，同時(shí)不改變歸算前后變壓器兩側(cè)電磁關(guān)系的一種分析方法。后變壓器兩側(cè)電磁關(guān)系的一種分析方法。 歸算原則：歸算原則：1 1）保持歸算前后磁動(dòng)勢不變；）保持歸算前后磁動(dòng)勢不變；2 2）保）保持歸算前后各功率或損耗的能量關(guān)系不變。持歸算前后各功率或損耗的能量關(guān)系不變。電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)8 歸算后一、二次繞組有相同的匝數(shù)：歸算后一、二次繞組有相同的匝數(shù)：即：二次側(cè)電動(dòng)勢歸算到一次側(cè)，只需乘以電即：二次側(cè)電動(dòng)勢歸算到一次側(cè)，只需乘以電電壓比電壓比k k。（一）電動(dòng)勢和電壓的歸算（一）電動(dòng)勢和電壓的歸算12NN 221222ENNkENN22Ek

5、E 2020EkE 22UkU 電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)9（二）電流的歸算（二）電流的歸算 歸算前后二次側(cè)磁動(dòng)勢不變：歸算前后二次側(cè)磁動(dòng)勢不變：即：歸算后電流為歸算前的即：歸算后電流為歸算前的1/k1/k。2222N IN I 222222211NNIIIINNk （三）阻抗的歸算（三）阻抗的歸算 歸算前后電阻銅耗和漏感中無功功率不變：歸算前后電阻銅耗和漏感中無功功率不變：即：歸算后阻抗為歸算前的即：歸算后阻抗為歸算前的k k2 2倍。倍。222222I RI R 222222I XI X 22222222IRRk RI 22222222IXXk XI 電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)結(jié)論：結(jié)

6、論：（1）歸算前后，二次側(cè)電流變化）歸算前后，二次側(cè)電流變化1/k倍倍（2）二次側(cè)電勢、電壓變化）二次側(cè)電勢、電壓變化k倍倍（3）二次側(cè)電阻、阻抗、負(fù)載變化）二次側(cè)電阻、阻抗、負(fù)載變化k2倍倍.221.N22NIkII2222LLZk ZZk Z222222rk rxk x.222LUI ZkU.221Ek EE電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)11歸算后變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式：歸算后變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式：1122m1111122221m1212II/mI NI NNUEI ZUEI ZEZEENNk 12m11112222211mIImIIUEI ZUEIZEEEZ 電電機(jī)機(jī)與與電電

7、力力拖拖動(dòng)動(dòng)12例單相變壓器，UN1/UN2220V/110V，低壓側(cè)漏電抗為0.15，折算到高壓側(cè)后大小為A. 0.3 B. 0.6 C. 0.0375 D. 0.075電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)13二二 等效電路等效電路將二次繞組各量歸算到一次繞組中，即將二次繞組各量歸算到一次繞組中，即12NN 12EE電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)14 圖中圖中a a、b b和和c c、d d是等電位點(diǎn)，可連接起來而不是等電位點(diǎn)，可連接起來而不改變運(yùn)行情況改變運(yùn)行情況 可將兩個(gè)并聯(lián)繞組合并為一個(gè)繞組，用一個(gè)等可將兩個(gè)并聯(lián)繞組合并為一個(gè)繞組，用一個(gè)等效阻抗效阻抗Z Zm m代替代替作出變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的作

8、出變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的T T形等效電路形等效電路（與歸算后的基本方程式是等價(jià)的）（與歸算后的基本方程式是等價(jià)的）T T形等效電路形等效電路電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)15電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)三三 相量圖相量圖T T形等效電路對應(yīng)的相量圖：形等效電路對應(yīng)的相量圖： 假定感性負(fù)載，已知假定感性負(fù)載，已知 、 、 ； 以以 為參考相量，由感性負(fù)載性質(zhì)，為參考相量，由感性負(fù)載性質(zhì)，畫出畫出 ； 在相量在相量 上加上上加上 得得 ； 由由 ，亦得，亦得 ； 畫出超前畫出超前 為為9090o o的主磁通的主磁通 ； 畫出滯后畫出滯后 為為 的的 ； 由由 畫出畫出 ； 在相量在相量 上加上上加上 得

9、得 。圖中，圖中， 為變壓器原邊的功率因數(shù)角，為變壓器原邊的功率因數(shù)角， 為變壓器的功率因數(shù)。為變壓器的功率因數(shù)。2U2I2cos2U2I2U2222I RjI X 2E21EE 1E1Em1Earctan(/)mmmXRmI1I12()mIII 1E1111I RjI X1U11cos電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)17U2 I2R2 jI2X2E2(=E1)-E1-I2 ImI1U1I1R1jI1X1I2 2 2U2電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)18四四 近似等效電路近似等效電路 T T形電路包含串聯(lián)、并聯(lián)電路，復(fù)數(shù)運(yùn)算復(fù)雜形電路包含串聯(lián)、并聯(lián)電路，復(fù)數(shù)運(yùn)算復(fù)雜 考慮到實(shí)際變壓器中，考慮到實(shí)際變

10、壓器中，Z Zm mZZ1 1，則：，則：1 1）可認(rèn)為一定電源電壓下，勵(lì)磁電流）可認(rèn)為一定電源電壓下，勵(lì)磁電流I Im m= =常數(shù)；常數(shù)；2 2）并忽略）并忽略I Im m在一次繞組中的漏阻抗壓降在一次繞組中的漏阻抗壓降簡化為簡化為形等效電路形等效電路形等效電路形等效電路電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)19 考慮到實(shí)際變壓器中，考慮到實(shí)際變壓器中，I IN NIIm m，可忽略勵(lì)磁電流，可忽略勵(lì)磁電流I Im m不計(jì)不計(jì)簡化為簡化為變壓器的近似等效電路變壓器的近似等效電路變壓器的近似等效電路變壓器的近似等效電路 二次側(cè)短路，即負(fù)載阻抗二次側(cè)短路，即負(fù)載阻抗Z ZF F=0=0時(shí)，變壓器阻抗為時(shí)

11、，變壓器阻抗為Z Zk k 變壓器的短路參數(shù)：變壓器的短路參數(shù)：Rk短路電阻Xk短路電抗Zk短路阻抗 可用短路試驗(yàn)測得可用短路試驗(yàn)測得電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)20變壓器基本方法總結(jié)變壓器基本方法總結(jié)分析計(jì)算變壓器負(fù)載運(yùn)行有以下三種基本方法：分析計(jì)算變壓器負(fù)載運(yùn)行有以下三種基本方法： 基本方程式基本方程式是變壓器電磁關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)是變壓器電磁關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá) 等效電路等效電路是基本方程式的模擬電路是基本方程式的模擬電路 相量圖相量圖是基本方程式的圖示表示是基本方程式的圖示表示 三者是統(tǒng)一的，一般說來：三者是統(tǒng)一的，一般說來：定量計(jì)算定量計(jì)算用等效電用等效電路，路，定性分析定性分析各物理量的相位

12、關(guān)系用相量圖各物理量的相位關(guān)系用相量圖電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)變壓器中的等效參數(shù)變壓器中的等效參數(shù)勵(lì)磁阻抗勵(lì)磁阻抗Zm和和短路阻抗短路阻抗Zk，對變壓器的，對變壓器的運(yùn)行性能有直接影響，知道了變壓器的參數(shù)，就可繪出等效電運(yùn)行性能有直接影響，知道了變壓器的參數(shù)，就可繪出等效電路，然后應(yīng)用等效電路分析計(jì)算。對已經(jīng)制成的變壓器，可以路，然后應(yīng)用等效電路分析計(jì)算。對已經(jīng)制成的變壓器，可以通過空載試驗(yàn)測出勵(lì)磁阻抗，短路試驗(yàn)測出短路阻抗。通過空載試驗(yàn)測出勵(lì)磁阻抗，短路試驗(yàn)測出短路阻抗。一、空載試驗(yàn)（開路試驗(yàn)）一、空載試驗(yàn)（開路試驗(yàn)）條件：為試驗(yàn)安全和儀器接線方條件：為試驗(yàn)安全和儀器接線方便，一般在低壓

13、側(cè)做空載實(shí)驗(yàn)。便，一般在低壓側(cè)做空載實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，低壓側(cè)加試驗(yàn)時(shí)，低壓側(cè)加額定電壓額定電壓，二，二次繞組開路。次繞組開路。低壓側(cè)低壓側(cè)高壓側(cè)高壓側(cè)U1VAWV第五節(jié) 變壓器參數(shù)的測定電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)空載試驗(yàn)可求取空載試驗(yàn)可求取: 變比變比k、鐵耗、鐵耗PFe、勵(lì)磁阻抗、勵(lì)磁阻抗Zm。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：U1N、I0、P0、U20。(1) 鐵損耗 P0 = PFePCu = RmI02R1I02 PFeP0 (2) 勵(lì)磁阻抗模 |Zm | Z1+Zm | =U1NI0空載時(shí)輸出功率為空載時(shí)輸出功率為0，輸入功率主用于鐵耗，輸入功率主用于鐵耗，I0很小，很小，R1很小，銅耗可忽略。測得的功率近似

14、為鐵耗。很小，銅耗可忽略。測得的功率近似為鐵耗。U1.I0.R1X1E1.RmXm電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)(3) 勵(lì)磁電阻RmR1Rm =P0I02(4) 勵(lì)磁電抗 Xm =|Zm |2Rm2(5) 電壓比U20U1Nk =(6) 折算 開路試驗(yàn)測量通常為歸算到低壓側(cè)時(shí)的值。折算到高壓側(cè)時(shí)，Rm 、Xm 和 Zm 需要折算。實(shí)際值為Rm= k2P0 I02Xm =|Zm |2Rm2U1NI0Zm= k2電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)二、短路試驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)方法： 逐漸增加 U1 ，使電流達(dá)到額定值：I1 = I1N 。U1 = (5%10%)U1N高壓側(cè)高壓側(cè)低壓側(cè)低壓側(cè)U1AVW實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： Uk

15、 = U1、Ik = I1N 、Pk 。(1) 銅損耗 PCu PFe + PCu = Pk(2) 短路阻抗模 |Zk | = UkIk由于外施電壓很低，主磁通很小，鐵耗和勵(lì)磁電流均可忽略，則輸入功率近似等于一、二次側(cè)繞組的銅耗。電電機(jī)機(jī)與與電電力力拖拖動(dòng)動(dòng)U1.-U2 .I1 =- I2.RkXk短路試驗(yàn)時(shí)，繞組溫度與實(shí)短路試驗(yàn)時(shí)，繞組溫度與實(shí)際運(yùn)行時(shí)不一樣。需要折算到際運(yùn)行時(shí)不一樣。需要折算到75度時(shí)的值。若繞組為銅線，可按度時(shí)的值。若繞組為銅線，可按課本上的公式課本上的公式3-42進(jìn)行換算。進(jìn)行換算。短路試驗(yàn)時(shí)，使電流達(dá)到額定值時(shí)所加的電壓短路試驗(yàn)時(shí)，使電流達(dá)到額定值時(shí)所加的電壓Uk稱為稱為阻阻抗壓降抗壓降或或短路電壓短路電壓。一般用額定電壓的百分值表示。它也是