1、變壓器單元教學(xué)內(nèi)容變壓器的應(yīng)用、分類、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；變壓器的型號(hào)、額定參數(shù)及相關(guān)計(jì)算；變壓器空載和負(fù)載運(yùn)行的電磁關(guān)系；變壓器的等效電路、計(jì)算方法；變壓器的空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)；變壓器的運(yùn)行特性、電壓調(diào)整率和最大效率的確定；三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別的判斷、波形的分析；變壓器并聯(lián)運(yùn)行的條件與分析；自耦變壓器、三繞組變壓器、分裂變壓器的特點(diǎn)。1變壓器的定義變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備。它是由繞在共同鐵心上的兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組通過(guò)交變磁場(chǎng)而聯(lián)系著，利用電磁感應(yīng)原理，把某一種等級(jí)的交變電壓與電流轉(zhuǎn)變成同一頻率的另外一種等級(jí)交變的電壓與電流。2變壓器的應(yīng)用變壓器的用途是多方面的，它被十分廣泛的應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)

2、域里。以我們熟悉的電力系統(tǒng)而言，變壓器在電力系統(tǒng)中是一個(gè)非常重要的元件。電站需要升壓變壓器將發(fā)電機(jī)的端電壓升高后將電力送入電網(wǎng)；當(dāng)電能送到受電區(qū)（用戶），又必須用降壓變壓器將輸電線上的高電壓降到配電系統(tǒng)需要的電壓等級(jí)，再經(jīng)過(guò)一系列的配電變壓器將電壓降到用電的電壓等級(jí)以供使用；所以，在電力系統(tǒng)中變壓器的地位是十分重要的。變壓器除了應(yīng)用在電力系統(tǒng)中外，還應(yīng)用在需要特殊電源的工業(yè)企業(yè)中，如供電給電爐、整流設(shè)備等。在量測(cè)設(shè)備、試驗(yàn)設(shè)備和控制設(shè)備中也廣泛用著變壓器。3變壓器的分類（1） 變壓器的種類很多，我們可以從不同的角度和以不同的觀點(diǎn)來(lái)給它分類。如果按變壓器的用途來(lái)分，則可以分下列各類：a)電力變壓

3、器這種變壓器主要用在電力系統(tǒng)中，用于輸電和配電（升壓和降壓）,其容量從幾十千伏安到幾十萬(wàn)千伏安以上，電壓等級(jí)可以從幾百伏到1000kV。b)供給特殊電源用的變壓器例如電爐變壓器、整流變壓器、各種電焊用的變壓器等 c)調(diào)壓變壓器用來(lái)調(diào)節(jié)電網(wǎng)中的電壓，小容量的調(diào)壓變壓器也應(yīng)用在試驗(yàn)室中。d)量測(cè)變壓器如電壓互感器、電流互感器等。e)試驗(yàn)用高壓變壓器產(chǎn)生高電壓做高壓試驗(yàn)用。f)控制用變壓器用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中的小功率變壓器等。4電力變壓器5干式變壓器6干式變壓器7無(wú)載調(diào)壓變壓器8有載調(diào)壓變壓器9有載調(diào)壓變壓器10量測(cè)變壓器11試驗(yàn)用變壓器12控制用變壓器131415變壓器的分類（2）如果按變壓器本身的

4、結(jié)構(gòu)（繞組）來(lái)分類，則可以分下列各類：a)雙繞組變壓器b)三繞組變壓器c)多繞組變壓器d)自耦變壓器e)分裂變壓器等應(yīng)用最廣泛的變壓器是雙繞組變壓器，當(dāng)變壓器的容量較大且需把三種電壓等級(jí)的電網(wǎng)連接在一起的時(shí)候，也有應(yīng)用三繞組變壓器的，至于多繞組變壓器一般被用來(lái)作為特殊的變壓器。16變壓器的分類（3）如果按變壓器的冷卻條件來(lái)分類，則可以分下列各類：a)油浸變壓器現(xiàn)在生產(chǎn)的電力變壓器大多是油浸變壓器，變壓器的鐵心和繞組完全浸在變壓器油里，這種變壓器又分為： （1）油浸自冷變壓器， (2) 油浸吹冷變壓器,這種變壓器在散熱器上裝吹風(fēng)機(jī)吹風(fēng)冷卻。 （3）油浸強(qiáng)制油循環(huán)變壓器，利用專門(mén)的設(shè)備強(qiáng)怕變壓器油

5、循環(huán)，提高散熱能力；b) 干式變壓器這種變壓器沒(méi)有變壓器油，鐵心與線圈用空氣直接冷卻；c) 充氣式變壓器，變壓器被放在密封的鐵箱內(nèi)，箱內(nèi)充有特種氣體，氣體的絕緣性能好，傳熱快，化學(xué)性能穩(wěn)定，氣體的熱量可通過(guò)散熱器傳出。17變壓器的分類（4）如果按變壓器的鐵心結(jié)構(gòu)來(lái)分類，則可以分下列各類：a) 芯式變壓器b) 殼式變壓器如果按變壓器的調(diào)壓方式來(lái)分類，則可以分下列各類：a) 無(wú)載調(diào)壓變壓器b) 有載調(diào)壓變壓器如果按變壓器的相數(shù)來(lái)分類，則可以分下列各類：a)單相變壓器b)三相變壓器c)多相變壓器等18變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)電力變壓器根據(jù)其容量、電壓等級(jí)、繞組數(shù)的不同，它外形和附件雖不盡相同

6、，但它們的主要部件卻是基本相同的。鐵心和繞組是變壓器的最主要的部件，鐵芯和繞組裝配在一起統(tǒng)稱為器身。油浸式變壓器把器身放置在裝滿變壓器油的油箱里。油箱外還有一些附件，如儲(chǔ)油柜、冷卻裝置、絕緣套管、繼電器等。下面以油浸式變壓器為例，介紹變壓器的基本結(jié)構(gòu)。19變壓器照片2021鐵心鐵心是變壓器耦合磁通的磁路部分，為了降低鐵心在交變磁通作用下的磁滯和渦流損耗，鐵芯通常采用厚度為0.35mm或更薄的優(yōu)質(zhì)硅鋼片疊制而成。變壓器的鐵心包括鐵芯柱和鐵軛兩部分。鐵芯柱上套繞組，鐵軛則將鐵心連接起來(lái)，使之形成閉環(huán)的磁路。按照繞組在鐵心中的布置方式不同，變壓器的鐵心又分為芯式鐵心和殼式鐵心兩種。芯式變壓器是繞組包

7、圍著鐵心，這種結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，殼式變壓器是把全部繞組繞在中間的鐵心上兩個(gè)分支鐵心和鐵軛包圍著繞組，其機(jī)械強(qiáng)度較高，但制造工藝復(fù)雜，鐵心用材也多，且高壓繞組與鐵心的距離較近，絕緣處理較困難。22變壓器鐵芯23變壓器鐵芯形式24繞組繞組是變壓器傳遞交流電能的電路部分。高壓繞組和低壓繞組按其在鐵心上的相互之間的布置形式不同，分為同心式（也稱為圓筒式）和交疊式兩種。同心繞組，是同一相的高壓繞組和低壓繞組均作成圓筒狀，套在同一鐵心上。交疊式繞組，又稱為餅式繞組，高壓繞組和低壓繞組各分為若干個(gè)線餅，沿著鐵心的高度交錯(cuò)的排列著，交疊式繞組多用于殼式變壓器上。下面介紹同心式繞組。同心式繞組又分為圓筒式、螺旋式連

8、續(xù)式和糾結(jié)式。圓筒式繞組 是最簡(jiǎn)單的一種繞組，它是用絕緣導(dǎo)線沿鐵心高度方向連續(xù)繞制，繞完第一層后墊上層間絕緣紙?jiān)倮@第二層，如此連續(xù)下去。螺旋式繞組 是由多根絕緣扁導(dǎo)線沿著徑向并列排列，然后沿鐵芯柱的軸向高度像螺紋一樣一匝跟著一匝繞制而成，一匝就像一個(gè)線盤(pán)。25繞組連續(xù)式繞組 是用扁導(dǎo)線連續(xù)繞制成若干個(gè)線盤(pán)（也稱為線餅）構(gòu)成，繞組的排列如圖，相鄰線盤(pán)的連接是交替的在繞組的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，都用繞組的導(dǎo)線自然連接，沒(méi)有任何接頭，這種繞組的應(yīng)用比較廣泛。糾結(jié)式繞組 糾結(jié)式繞組的外形與連續(xù)式繞組的外形很相似，連續(xù)繞組是每個(gè)線盤(pán)中電氣上相鄰的線匝是依次排列的，而糾結(jié)式繞組電氣上相鄰的線匝之間插入了繞組中的另一

9、線匝，以使實(shí)際相鄰的匝間電位差增大，其目的是增加繞組的縱向電容，以便在過(guò)電壓時(shí)（如雷擊入侵），起始電壓比較均勻的分布于各線匝之間，提高匝間絕緣的安全性。這種繞組常用于110kV以上的高壓繞組。 26變壓器油和油箱油浸式變壓器中使用的變壓器油，是從石油中提煉出來(lái)的礦物油，其特點(diǎn)是介質(zhì)強(qiáng)度高，黏度低，閃燃點(diǎn)高，酸堿度低，雜質(zhì)和水分低。它在變壓器中既作絕緣介質(zhì)又是冷卻介質(zhì)，使用中要防止潮氣侵入油中，即使進(jìn)入極少量的水份，也會(huì)使變壓器的絕緣性能的降低。油箱及附件油浸式變壓器的器身裝在充滿變壓器油的油箱中，油箱用鋼板焊成。27變壓器油箱附件變壓器油箱附件包括儲(chǔ)油器、油位計(jì)、呼吸器、壓力釋放裝置、氣體繼電

10、器、絕緣套管、冷卻裝置、安全氣道、凈油器等，下面介紹其中的幾個(gè)。28儲(chǔ)油器儲(chǔ)油器，又叫儲(chǔ)油柜或油枕。油箱內(nèi)的變壓器油，當(dāng)溫度變化時(shí)，其體積會(huì)膨脹或收縮，為了使油面能夠自由地升降而又要求油箱內(nèi)始終充滿變壓器油，都要在變壓器油箱上加裝一只圓筒形的儲(chǔ)油器。儲(chǔ)油器用鋼板制成，底部有管道與主油箱連通，變壓器油一直充到儲(chǔ)油器的適當(dāng)位置，在儲(chǔ)油箱的側(cè)面裝有油位計(jì)，以便觀察油位的高低。在儲(chǔ)油器頂上裝有呼吸器與大氣相通，呼吸器內(nèi)裝有可再生的變色硅膠（吸濕劑），吸收空氣中的潮氣。呼吸器的下部有空氣過(guò)濾器，內(nèi)裝有顆粒狀的吸附劑（活性氧化鋁）及變壓器油，用來(lái)吸收空氣中的灰塵。為了能使儲(chǔ)油器內(nèi)的油面自由的升降，同時(shí)又防

11、止空氣中的水份和灰塵進(jìn)入儲(chǔ)油器內(nèi)的油中，中、小型變壓器的儲(chǔ)油器通過(guò)一根管道，再經(jīng)過(guò)一個(gè)呼吸器與大氣接通。29壓力釋放裝置變壓器的壓力釋放裝置在保護(hù)電力變壓器方面起重要作用。當(dāng)變壓器內(nèi)部產(chǎn)生短路故障時(shí)，電弧放電會(huì)在瞬間發(fā)生變壓器油汽化，導(dǎo)致油箱內(nèi)壓力劇增，如果不能極快釋放，油箱就會(huì)變形破裂，易燃的油和氣噴出并引起火災(zāi)造成更大的破壞。 “閥式壓力釋放裝置”的作用類似鍋爐上的安全閥，當(dāng)油箱內(nèi)的壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí)，壓力釋放裝置密封門(mén)（閥門(mén)）被打開(kāi)，壓力減小后，密封門(mén)在彈簧的壓力作用下又自動(dòng)關(guān)閉。壓力釋放器動(dòng)作壓力的調(diào)整，必須與氣體繼電器動(dòng)作流速的增訂相協(xié)調(diào)。防止由于釋放器的動(dòng)作壓力過(guò)低，使油箱壓力過(guò)快而

12、導(dǎo)致通過(guò)氣體繼電器的流速減低而拒動(dòng)，使故障擴(kuò)大。 30氣體繼電器 氣體繼電器俗稱瓦斯繼電器，它裝在油枕與主油箱之間的連接管上。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，內(nèi)部絕緣物氣化，產(chǎn)生的氣體從油箱上升進(jìn)入油枕前，先在氣體繼電器內(nèi)積聚，當(dāng)氣體積聚到相當(dāng)數(shù)量時(shí)，上浮筒下沉，觸點(diǎn)閉合，發(fā)出報(bào)警，此為“輕瓦斯”。當(dāng)氣體流速達(dá)到整定值時(shí)推動(dòng)擋板，使跳閘觸點(diǎn)閉合，斷路器跳閘，此為“重瓦斯”。要強(qiáng)調(diào)一下壓力釋放器動(dòng)作壓力和氣體繼電器動(dòng)作整定值一定要匹配：1）降低氣體繼電器流速整定值。為了使變壓器故障時(shí)，把故障的范圍限制在盡可能小的區(qū)域，氣體繼電器流速應(yīng)整定的越小越好，但又要考慮在地震時(shí)要具備足夠的安全系數(shù)。2）壓力釋放閥

13、本身帶有觸點(diǎn)，壓力釋放閥動(dòng)作后，其觸點(diǎn)動(dòng)作，建議將此觸點(diǎn)接于跳閘回路，作用于跳閘。 31分接開(kāi)關(guān)變壓器分接頭切換開(kāi)關(guān)，簡(jiǎn)稱分接開(kāi)關(guān)。它是變壓器為適應(yīng)電網(wǎng)的變化用來(lái)調(diào)節(jié)繞組（一般為高壓繞組）匝數(shù)以達(dá)到調(diào)節(jié)變壓器輸出電壓的一種裝置。如果操作分接開(kāi)關(guān)必須將變壓器從電網(wǎng)切除后進(jìn)行，稱為無(wú)載調(diào)壓，這種分接開(kāi)關(guān)稱為無(wú)載分接開(kāi)關(guān)。如果操作分接開(kāi)關(guān)可以在變壓器帶負(fù)荷下進(jìn)行，稱為有載調(diào)壓，這種分接開(kāi)關(guān)稱為有載分接開(kāi)關(guān)。裝有有載分接開(kāi)關(guān)的變壓器稱為有載調(diào)壓變壓器。無(wú)載分接開(kāi)關(guān)一般安裝在油箱的頂部，開(kāi)關(guān)本體埋入油箱內(nèi)，其手操機(jī)構(gòu)安裝在油箱的頂部，并刻有和分接機(jī)構(gòu)位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)字，便于操作。有載分接開(kāi)關(guān)的本體一般也埋

14、入油箱內(nèi)，操作機(jī)構(gòu)則裝在油箱側(cè)面的下部，兩者通過(guò)連桿和換向齒輪連接，可以自動(dòng)或手動(dòng)操作。323334絕緣套管變壓器繞組的引出線從箱內(nèi)穿過(guò)油箱引出時(shí)，必須經(jīng)過(guò)絕緣套管。絕緣套管主要由中心導(dǎo)電桿和瓷套組成。導(dǎo)電桿在油箱內(nèi)的一端與繞組連接，在外面的一端與線路連接。絕緣套管的結(jié)構(gòu)主要取決于電壓等級(jí)。電壓低的一般采用簡(jiǎn)單的純磁套管。當(dāng)電壓較高時(shí)，為了加強(qiáng)絕緣能力，在磁套管和導(dǎo)電桿之間留有一道充油層，這種套管稱為充油套管，主要用在老式的35kV變壓器上?，F(xiàn)在，電壓在35kV及35kV以上時(shí)，普遍采用電容式套管，電容式套管除了在磁套內(nèi)腔中充油外，在中心導(dǎo)電桿上包有電容式絕緣體，電容式絕緣體是用油紙加鋁箔卷制

15、而成。35變壓器的型號(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，其表示方法為 * * * * * * * * */* * * 繞組耦合方式- 相數(shù)- - - 高壓側(cè)冷卻方式- 額定電壓繞組數(shù) - - 額定容量繞組導(dǎo)線材質(zhì)-調(diào)壓方式-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，額定容量為250000kVA,高壓額定電壓為220Kv,電力變壓器。36變壓器的技術(shù)參數(shù)（1）額定容量變壓器某一個(gè)繞組的視在功率的指定值，常以kVA或MVA表示.。一般是指在廠家銘牌指定的額定電壓、額定電流下連續(xù)運(yùn)行時(shí)，能輸送的容量。額定電壓變壓器在空載時(shí)，繞組主分

16、接頭施加的電壓或空載時(shí)感應(yīng)的電壓。對(duì)于三相繞組，一次側(cè)額定電壓是指線路端子間的電壓，對(duì)于二次側(cè)來(lái)講，二次側(cè)額定電壓值當(dāng)一次側(cè)施加的額定電壓時(shí)在二次側(cè)感應(yīng)的電壓。額定電壓是指變壓器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)所能承受的工作電壓。 額定電流指變壓器在額定容量和額定電壓下，長(zhǎng)期允許通過(guò)的電流。各次繞組的額定電流是不一樣的，它們可以通過(guò)計(jì)算得出。37變壓器的技術(shù)參數(shù)（2）額定頻率 我國(guó)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)頻率為50Hz，故電力變壓器的額定頻率都是50Hz?？蛰d電流變壓器的一個(gè)繞組施加額定頻率下的額定電壓，其他繞組開(kāi)路時(shí)，流經(jīng)該繞組線路端子的電流均方根值，定義為變壓器的空載電流。（因空載電流僅起勵(lì)磁作用，所以又稱為勵(lì)磁電流。）

17、38變壓器技術(shù)參數(shù)（3）空載損耗變壓器的一個(gè)繞組施加額定頻率下的額定電壓，其他繞組開(kāi)路時(shí)，變壓器吸取的功率定義為空載損耗。負(fù)載損耗在變壓器的一對(duì)繞組中，一個(gè)繞組流經(jīng)額定電流，另一繞組短路，其他繞組開(kāi)路時(shí)，在變壓器額定頻率及參考溫度下，所吸取的功率是變壓器的負(fù)載損耗。39變壓器技術(shù)參數(shù)（4）變壓器繞組溫升繞組以電阻法確定的平均溫度與外部冷卻介質(zhì)溫度之差。當(dāng)在額定冷卻介質(zhì)溫度（環(huán)境最高氣溫為40，冷卻水進(jìn)水最高溫度為30）時(shí)，繞組溫升的限值為65。絕緣水平變壓器繞組的絕緣水平用其耐受電壓來(lái)表示，包括工頻、感應(yīng)、沖擊全波、沖擊載波、操作波電壓和局部放電水平?？蛰d電流40變壓器技術(shù)參數(shù)（5）阻抗電壓阻

18、抗電壓也曾叫短路電壓，把變壓器的二次繞組短路，在一次繞組上慢慢的升高電壓，當(dāng)二次饒組的短路電流等于額定電流時(shí)，此時(shí)在一次側(cè)所施加的電壓叫做阻抗電壓。通常，用額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示?？倱p耗變壓器空載損耗和負(fù)載損耗之和。變壓器效率變壓器輸出功率與輸入功率之比稱為效率。變壓器輸入功率與負(fù)載情況和功率因數(shù)有關(guān)，所以，變壓器的效率是一個(gè)變化的量。41變壓器的原理理想變壓器的假設(shè)為了便于了解變壓器的主要功能改變電壓和電流，先忽略實(shí)際變壓器中的各次要因素，考慮一臺(tái)理想的變壓器，所謂理想的變壓器是因?yàn)樗鼭M足了下列條件：1）原繞組和副繞組的電阻都等于零；2）原副繞組間沒(méi)有漏磁通，也就是它們有100%的耦合；3）鐵

19、芯中沒(méi)有損耗；4）鐵芯的導(dǎo)磁率為無(wú)窮大。42變壓器原理根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)變壓器原邊接到有恒定電壓U1的電源上時(shí)，副邊是開(kāi)路的，在變壓器的鐵芯中得到一磁通，如果電網(wǎng)的電壓U1是以正弦規(guī)律變化，磁通也以正弦規(guī)律變化，交變的磁通將在繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，若原副邊繞組的匝數(shù)分別為N1及N2，在原副邊中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)是 e1 = - N1 d/ dt e2 = - N2 d/ dt如果 = msint則一、二次繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為 e1 = - N1mcost = E1sin(t-/2) e2 = - N2mcost = E2sin(t-/2)43變壓器原理感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值E1= N1m/2 =4

20、.44fN1m E2= N2m/2 =4.44fN2m式中 =2 f ， f =50根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的平衡規(guī)律U1 = E1 = 4.44fN1m 同一磁通在副邊也感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì) U2 = E2 = 4.44fN2m所以 E1 / E2 = N1/N2 = k 將變壓器原、副邊的匝數(shù)做成不同，就可以達(dá)到改變電壓的目的。利用同樣的方法也可以得出電流關(guān)系I1/I2 = N2/N1 = 1/k功率關(guān)系P1 = U1I1 = U2I2 = P2這就說(shuō)明理想的變壓器內(nèi)沒(méi)有損耗，輸入功率等于輸出功率，其效率為100%。44一、二次繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：e1 = - N1mcost = E1sin(t-/2) e2 =

21、 - N2mcost = E2sin(t-/2)E1 = 4.44 f N1m E2 = 4.44 f N2m感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與電源頻率（主磁通）、繞組匝數(shù)及主磁通最大值成正比。45變壓器的空載運(yùn)行46變壓器的空載運(yùn)行實(shí)際變壓器繞組有電阻，也有漏磁通，因此在一次繞組中流過(guò)空載電流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電阻壓降和漏電動(dòng)勢(shì)?？蛰d電流：建立空載時(shí)的磁場(chǎng)和補(bǔ)償空載式變壓器內(nèi)部的有功功率損耗?？蛰d磁動(dòng)勢(shì)：產(chǎn)生主磁通，在一二次繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)；一次的漏磁通在一次繞組中感應(yīng)出漏電動(dòng)勢(shì)。47一次繞組中感應(yīng)的漏電動(dòng)勢(shì)：E1= jI0 x1因漏磁通是通過(guò)非磁性材料閉合的，磁路不存在磁飽和的問(wèn)題，是線性磁路，也就是說(shuō)，空載電

22、流和一次漏電勢(shì)之間存在線性關(guān)系?？蛰d損耗：變壓器空載時(shí)輸出功率為零，只從電源中吸取一小部分功率補(bǔ)償變壓器內(nèi)部的功率損耗，空載銅損和鐵損。因空載時(shí)銅損很小，故可認(rèn)為空載損耗近似等于鐵損。變壓器空載時(shí)，各物理量之間的關(guān)系p1148空載時(shí)的基本方程式一次側(cè)的電動(dòng)勢(shì)方程式U1=E1E1 I0r1 = E1 I0r1j I0 x1= E1I0Z1 上式中 Z1 = r1j x1 漏阻抗考慮到主磁通在鐵芯中引起鐵損，故不能單純引入一個(gè)電抗，而引入一個(gè)阻抗Zm，所以 E1 = I0Zm = I0（rmj xm ） Zm 、rm、xm分別稱為勵(lì)磁阻抗、勵(lì)磁電阻、勵(lì)磁電抗。二次側(cè)的電動(dòng)勢(shì)方程式U20 = E24

23、9U1=E1E1 I0r1 = E1 I0r1j I0 x1= E1I0Z1E1 = I0Zm = I0（rmj xm ）得U1= E1 I0r1j I0 x1 = I0rmjI0 xm I0r1j I0 x1根據(jù)此公式可畫(huà)出等值電路50變壓器的負(fù)載運(yùn)行51變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器接負(fù)載時(shí)，電流發(fā)生了變化：一次側(cè)由I0變?yōu)镮1，二次側(cè)由零變?yōu)镮2，兩電流產(chǎn)生的磁勢(shì)共同建立主磁通m。由于有了一、二次電流I1、I2，又產(chǎn)生交鏈各自繞組的漏磁通1、 2感應(yīng)出漏電動(dòng)勢(shì)E1、 E2。一、二次電流I1、I2還分別產(chǎn)生電阻壓降I1r1、 I2r2。各物理量的關(guān)系見(jiàn)P1952磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式F1 F2 F0 或

24、 F1 F0 （ F2）寫(xiě)成電流形式I1N1 I0N1 （ I2N2 ）同時(shí)除N1I1 I0（ I2/k ） I0 I1 LI1L （ I2/k ）從上看出，一次側(cè)除了從電源吸取I0外，還要吸取一個(gè)負(fù)載分量I1 L ，于是二次側(cè)對(duì)能源需求的變化就由磁勢(shì)平衡關(guān)系反映到一次側(cè)。變壓器一、二次側(cè)繞組之間雖沒(méi)有電的聯(lián)系，但借助磁耦合實(shí)現(xiàn)了一、二次側(cè)繞組間的能量傳遞和電流、電壓的變換。53電動(dòng)勢(shì)平衡方程式U1 E1 I1r1 j I1x1 E1 I1Z1U2 E2 I2r2 j I2x2 E2 I2Z2U2 I2ZLZ2r2 j x2ZLrL j xL54折算在分析變壓器時(shí)，常常把實(shí)際的變壓器一、二次側(cè)

25、的匝數(shù)變換為同一匝數(shù)，變壓器的變比為1，使變壓器的計(jì)算大為簡(jiǎn)單，這就是折算。折算的原則是：折算前后二次側(cè)的磁動(dòng)勢(shì)以及二次側(cè)個(gè)部分的功率不能改變。只有這樣，才能使折算前后變壓器的主磁通、漏磁通的數(shù)量和空間分布保持不變，才能使一次側(cè)仍從電源中吸取同樣大小的功率并傳遞到二次側(cè)，即折算對(duì)一次側(cè)個(gè)物理量將毫無(wú)影響，也不會(huì)改變變壓器的電磁關(guān)系本質(zhì)。55折算方法把低壓側(cè)各物理量折算到高壓側(cè)時(shí)，凡單位是V（伏）的物理量，其折算值等于原值乘以變比k，凡單位是A（安）的物理量，其折算值等于原值除以變比k，凡單位是（歐）的物理量，其折算值等于原值乘以變比k2。折算后的二次側(cè)的物理量，在其物理量的符號(hào)右上角加“”，如

26、折算前二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)為E2，那么折算后二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)為E2。56二次側(cè)折算結(jié)果電動(dòng)勢(shì) E2 k E2電流 I2 I2 / k阻抗 r2 k2 r2 x2 k2 x2負(fù)載阻抗 Z2 k2 ZL二次側(cè)電壓 U2 k U257折算后的基本方程式U1 E1 I1r1 j I1x1 E1 I1Z1U2 E2 I2r2 j I2x2 E2 I2Z2I1 I0 ( I2)U2 I2ZL E1 I0 (rm j xm) I0 ZmE1 E2 根據(jù)上面方程式就可以畫(huà)出變壓器的等值電路如下：58變壓器負(fù)載運(yùn)行等值電路59變壓器向量圖橫坐標(biāo)坐主磁通mE1 E2 滯后mI2滯后E2 角（與二次漏阻抗和負(fù)載阻抗有關(guān)）在E2

27、 上疊加I2r2 j I2x2 得U2 作I0 超前m鐵損耗角作I1（ I2、 I0的向量和）作 E1并疊加I1r1 j I1x1 得出變壓器向量圖如下：60變壓器空載試驗(yàn)線路圖61變壓器空載試驗(yàn)為了試驗(yàn)安全和選擇儀表方便，變壓器的空載試驗(yàn)一般在低壓側(cè)加電壓，高壓側(cè)空載。在這個(gè)試驗(yàn)中測(cè)得U1N ， U2O、 Io 、 Po 。62根據(jù)變壓器的空載試驗(yàn)，可以測(cè)出變壓器的副邊電壓 U1N ，原邊電壓U2O、空載電流Io、空載損耗Po以及計(jì)算出勵(lì)磁阻抗Zm和變比。在這樣的試驗(yàn)情況下，外加電壓和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都達(dá)額定值，鐵芯中的磁通也達(dá)到正常運(yùn)行時(shí)的數(shù)值，此時(shí)的鐵損相當(dāng)于正常運(yùn)行時(shí)的數(shù)值。二次繞組中沒(méi)有銅

28、損，一次繞組中有勵(lì)磁電流I0，所以一次繞組中有銅損。但因此時(shí)因變壓器是空載，空載電流I0很小，它所產(chǎn)生的銅損相對(duì)于這時(shí)產(chǎn)生的鐵損來(lái)說(shuō)是可以忽略的，因此空載時(shí)的輸入功率P0可以認(rèn)為等于變壓器的鐵損。63通過(guò)空載試驗(yàn)還可以計(jì)算出勵(lì)磁阻抗和變比：Zm U1N/ I0rm p0/ I02xm Zm2 rm 2k U20 / U1N由于空載試驗(yàn)是在低壓側(cè)施加電源電壓，所以測(cè)得的勵(lì)磁參數(shù)是低壓側(cè)的數(shù)值，如果需要得到高壓側(cè)的數(shù)值還必須進(jìn)行折算，即乘以k2。64變壓器的短路試驗(yàn)變壓器的短路試驗(yàn)一般是將變壓器的高壓側(cè)經(jīng)調(diào)壓器接入試驗(yàn)電源而低壓側(cè)短路，試驗(yàn)時(shí)，要監(jiān)視變壓器的二次側(cè)電流不要超過(guò)其額定電流。試驗(yàn)線路如

29、下：65變壓器短路試驗(yàn)線路圖66變壓器短路試驗(yàn)變壓器的副邊被短路，變壓器的原邊通過(guò)調(diào)壓器接到電源上，試驗(yàn)時(shí)原邊所加的電壓要比額定的電壓低得多，以原邊的電流達(dá)到或接近于額定值為止。試驗(yàn)時(shí)，測(cè)量原邊的電壓UK、電流IK和輸入功率PK。用變壓器短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以算出變壓器的阻抗電壓UK 、短路阻抗ZK和負(fù)載損耗PK 。在這個(gè)試驗(yàn)中，變壓器的副邊是短路的，所以副邊的繞組中也有電流，當(dāng)原邊繞組電流達(dá)到額定值時(shí)，副邊繞組也達(dá)到額定值，這時(shí)繞組中的銅損相當(dāng)于變壓器額定時(shí)的銅損。試驗(yàn)所加的電壓UK 是很低的。因?yàn)殡妷旱?，所以鐵芯中的主磁通很小，完全可以忽略勵(lì)磁電流。因?yàn)閯?lì)磁電流小，鐵芯中的損耗也可以忽略，所以，

30、可以認(rèn)為輸入功率PK完全供給了繞組的銅損。67變壓器短路試驗(yàn)計(jì)算短路阻抗ZK ：ZK UK / IKrK PK / IK2xK Zk2 rk 2應(yīng)該注意，此處是一相的負(fù)載損耗，三相總的負(fù)載損耗需乘以3。計(jì)算阻抗電壓uK ：uK I1N ZK/ I1N 100%短路阻抗是指額定電流在ZK上的阻抗電壓降占額定電壓的百分比。68變壓器的運(yùn)行特性 變壓器的運(yùn)行特性有兩個(gè)指標(biāo)，即電壓變化率（電壓調(diào)整率）和效率。變壓器的電壓變化率（電壓調(diào)整率）是指變壓器的一次側(cè)接在額定電壓和額定頻率的電源時(shí)，二次側(cè)額定電壓與二次側(cè)帶負(fù)載時(shí)的實(shí)際電壓之差跟二次側(cè)額定電壓之比的百分?jǐn)?shù)，U% =（U2N U2/ U2N）100

31、%這就是電壓調(diào)整率。經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo) U% =（rkcos2+xksin2）100%式中 為負(fù)載系數(shù) xk 為變壓器的漏電抗 rk 為變壓器的漏電阻 cos2為負(fù)載的功率因數(shù)69從以上公式可以看出，變壓器的電壓變化率（電壓調(diào)整率）與變壓器的漏阻抗的大小、負(fù)載的大小及負(fù)載的性質(zhì)（功率因數(shù)）有關(guān)。7071變壓器的效率特性變壓器的效率特性由于變壓器內(nèi)部有銅損耗和鐵損耗，致使輸出功率小于輸入功率。輸出功率P2于輸入功率P1之比稱為變壓器的效率,一般用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示： = P2/P1100%= P2 /（P2p) 100%因P2與負(fù)載的大小和功率因數(shù)有關(guān)，所以變壓器的效率是一個(gè)變化量。72求出變壓器最大效率 =

32、 P2/P1100%= (P2/P2p) 100%SNcos2/ (SNcos2 + p0 +2 pkN) 100%要求出變壓器最大效率時(shí)的負(fù)載系數(shù)，可將上式求導(dǎo)，得p0 2 pkN ，即變壓器的可變損耗（銅損)等于不變損耗（鐵損）時(shí)，變壓器的效率最高，一般此時(shí)變壓器的負(fù)載率為0.50.6。73三相變壓器三相變壓器的磁路與電路三相變壓器的連接組別三相變壓器的電動(dòng)勢(shì)波形三相變壓器的并聯(lián)運(yùn)行的條件與分析74三相變壓器的磁路與電路三相變壓器的磁路系統(tǒng)按鐵心結(jié)構(gòu)形式的不同分為兩種：組式變壓器磁路，芯式變壓器磁路。組式變壓器磁路由三臺(tái)單相變壓器鐵心組合而成，其特點(diǎn)是每相磁路獨(dú)立，互不關(guān)聯(lián)。三相芯式變壓器

33、磁路由三個(gè)單相鐵心演變而成。三相芯式變壓器磁路其特點(diǎn)是各相磁路彼此關(guān)聯(lián)，每相磁通都要通過(guò)另外兩相閉合。目前用得較多的是三相芯式變壓器，優(yōu)點(diǎn)是制造方便、消耗材料少、效率高、占地面積小、維護(hù)簡(jiǎn)單等。75組式變壓器磁路76芯式變壓器磁路77三相變壓器的磁路與電路三相變壓器的一、二次繞組連接方法有兩種：星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)。三相變壓器的繞組聯(lián)結(jié)及端頭標(biāo)記如下：繞組名稱 端頭標(biāo)記 聯(lián)接法星形聯(lián)結(jié)有中性點(diǎn)引出時(shí) 首端 末端 星形 三角形高壓繞組U1.V1.W1U2.V2.W2 Y D YN低壓繞組U1.v1.w1U2.v2.w2 y d yn78星形聯(lián)結(jié)星形聯(lián)結(jié)的接線和電動(dòng)勢(shì)的向量圖79三角形聯(lián)結(jié)三角形聯(lián)

34、結(jié)的接線和電動(dòng)勢(shì)的向量圖80三相變壓器的聯(lián)接組別變壓器不但能改變電壓數(shù)值，還可以使高低壓側(cè)的電壓之間有不同的的相位關(guān)系。變壓器的聯(lián)接組別就是把高、低壓繞組的聯(lián)接法以及高、低壓側(cè)電壓之間的相位關(guān)系用符號(hào)表示出來(lái)。81單相變壓器的聯(lián)結(jié)組當(dāng)高低壓繞組交鏈同一磁通時(shí)，高壓繞組的某一端頭若為正，低壓繞組必有一個(gè)端頭的電位也為正，這兩個(gè)具有正極性或另兩個(gè)副極性的端頭，稱為同極性端伙同名端，用“*”表示。如果把高壓繞組的電動(dòng)勢(shì)向量和低壓繞組的電動(dòng)勢(shì)向量形象地看成時(shí)鐘上的長(zhǎng)針和短針，并且令高壓繞組的電動(dòng)勢(shì)向量指在時(shí)鐘盤(pán)面上的“12”，那么低壓繞組電動(dòng)勢(shì)向量指向時(shí)鐘的數(shù)值，即為組別號(hào)。單相變壓器的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組有兩

35、個(gè)為：，6 （/-6）和，0 （/-12）。82三相變壓器的聯(lián)結(jié)組三相變壓器的聯(lián)結(jié)組由高低壓聯(lián)結(jié)法和代表對(duì)應(yīng)線電動(dòng)勢(shì)相位關(guān)系的組別號(hào)組成。83三相變壓器的電動(dòng)勢(shì)波形三相變壓器的電動(dòng)勢(shì)波形與三相繞組連接方式和磁路的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。Y,y聯(lián)結(jié)的組式變壓器的電動(dòng)勢(shì)波形Y,y聯(lián)結(jié)的組式變壓器由于各磁路獨(dú)立，三次諧波和基波磁通沿同一磁路閉合，鐵心的磁阻很小，三次諧波磁通很大，主磁通為平頂波。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形為尖頂波，因三次諧波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)幅值很大，相電動(dòng)勢(shì)波形嚴(yán)重畸變，所以，組式變壓器不宜采用Y,y聯(lián)結(jié)。84Y,y聯(lián)結(jié)的芯式變壓器的電動(dòng)勢(shì)波形三次諧波磁通不能沿鐵心閉合，磁阻很大三次諧波磁通很弱，主磁通波形接

36、近正弦波，相電動(dòng)勢(shì)波形也接近正弦波。85D,y聯(lián)結(jié)的變壓器的電動(dòng)勢(shì)波形變壓器一次繞組為三角形接法，三次諧波電流在閉合的三角形回路中流通，主磁通為正弦波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為正弦波。86Y,d聯(lián)結(jié)的變壓器的電動(dòng)勢(shì)波因變壓器一次側(cè)是星形連接，空載電流是正弦波，鐵芯中的主磁通三次諧波分量在二次感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，并在二次的三角形接法的繞組中產(chǎn)生三次諧波電流。由于一次沒(méi)有三次諧波電流相平衡，三次諧波電流其勵(lì)磁作用，其效果與D,y聯(lián)結(jié)一樣，磁通及其在繞組中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)波形是正弦波。三相變壓器的一二次側(cè)繞組中只要有一側(cè)接成三角形就能保證感應(yīng)出相電勢(shì)波形接近于正弦波。所以我們常見(jiàn)到Y(jié),d聯(lián)結(jié)和D,y聯(lián)結(jié)的變壓器。87三

37、相變壓器的并聯(lián)運(yùn)行條件與分析三相變壓器的并聯(lián)運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)：三相變壓器的并聯(lián)運(yùn)行是指兩臺(tái)或多臺(tái)變壓器的一、二次側(cè)分別接到公共的母線上，同時(shí)向負(fù)載供電的運(yùn)行方式。三相變壓器的并聯(lián)運(yùn)行有以下優(yōu)點(diǎn)：提高供電可靠性?？筛鶕?jù)負(fù)載的變化決定投入變壓器的臺(tái)數(shù)，減少能量損耗。減少備用容量，隨著用電量的增加，分批安裝變壓器。8889變壓器并聯(lián)運(yùn)行的理想情況變壓器并聯(lián)運(yùn)行的理想情況如下：1）空載時(shí)并聯(lián)運(yùn)行的各變壓器二次繞組之間沒(méi)有環(huán)流。環(huán)流的出現(xiàn)不僅會(huì)引起附加的損耗使繞組的溫度升高，效率降低，而且還占用設(shè)備容量。2）負(fù)載時(shí)各變壓器所帶負(fù)載的大小與它們的額定容量成正比，是各變壓器的容量都得到充分的利用。3）負(fù)載時(shí)各變壓器

38、對(duì)應(yīng)相的電流同相位，這樣總負(fù)載電流一定時(shí)，各變壓器分擔(dān)的負(fù)載電流最小。90并聯(lián)運(yùn)行的變壓器應(yīng)符合的條件為滿足上述理想情況，并聯(lián)運(yùn)行的變壓器必須符合下列三個(gè)條件：各變壓器的一、二次側(cè)的額定電壓分別相等，即各變壓器的變比相等。各變壓器的連接組別相同，即各變壓器的二次側(cè)電壓的相位一致。各變壓器的短路電壓百分?jǐn)?shù)UK %相等，且短路電壓的有功分量UKr %和無(wú)功分量UKx %相等 91變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，如果其并聯(lián)的條件不滿足會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題： 如果并聯(lián)的變壓器僅變比不等，產(chǎn)生環(huán)流。這個(gè)環(huán)流不但在二次側(cè)存在，在變壓器的一次側(cè)也會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。環(huán)流不僅占用了變壓器的容量，還增加了變壓器的損耗，還可能引起變壓器過(guò)載，

39、這是不利的。允許的變比誤差不超過(guò)0.5%92如果并聯(lián)的變壓器僅連接組標(biāo)號(hào)不同兩臺(tái)變壓器的連接組別不同并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，二次側(cè)各線電動(dòng)勢(shì)之間至少有30的相位差，因此，也會(huì)引起他們之間的電位差，其大小可達(dá)0.518U2N.。如此大的電位差作用在變壓器的二次繞組構(gòu)成的回路上，必然產(chǎn)生幾倍于額定電流的環(huán)流，它將燒壞變壓器的繞組。因此，連接組別不同的變壓器是絕對(duì)不允許并聯(lián)運(yùn)行的。93如果并聯(lián)的變壓器僅短路電壓百分?jǐn)?shù)不同當(dāng)并聯(lián)的變壓器短路電壓百分?jǐn)?shù)不同時(shí)，各變壓器承擔(dān)的負(fù)載系數(shù)將不同（負(fù)載分配不均，可能引起變壓器過(guò)載）。允許的短路電壓百分?jǐn)?shù)的差值不超過(guò)10%，短路阻抗角在1020之間。94特殊變壓器三繞組變壓器

40、自耦變壓器分裂變壓器95三繞組變壓器三繞組變壓器特點(diǎn)三繞組變壓器的結(jié)構(gòu)如圖，即每個(gè)鐵心住安放三個(gè)繞組，其中一個(gè)繞組是一次繞組與電源連接，另外兩個(gè)繞組就產(chǎn)生不同的電壓，為了絕緣的合理起見(jiàn)，一般高壓繞組放在最外邊層，低壓或中壓繞組放在內(nèi)層。這種變壓器用在需要兩種不同電壓的場(chǎng)合。由于一臺(tái)三繞組的變壓器可以代替兩臺(tái)雙繞組的變壓器，因此比較經(jīng)濟(jì)，當(dāng)副邊要求連接更多的不同電壓時(shí)，同一鐵心柱上的繞組也可以超過(guò)三個(gè)，成為多繞組變壓器，但多于三個(gè)繞組的變壓器并不多見(jiàn)。 96三繞組變壓器三繞組變壓器容量分配：各繞組的容量可以相等也可以不等，三繞組變壓器銘牌上的額定容量，是指最大的那個(gè)繞組的容量。而另外兩那個(gè)繞組的容量，可以是額定容量，也可以小于額定容量。三繞組變壓器各繞組容量的分配，并不是實(shí)際功率傳遞時(shí)的分配