變壓器注冊電氣工程師執(zhí)業(yè)資格考試專業(yè)基礎(chǔ)——電氣工程4.6.1三相變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三相組式變壓器

體積小 重量輕 用于超高壓、特大容量場合三相芯式變壓器

材料省 效率高 經(jīng)濟(jì)分析要點(diǎn)： 鐵芯結(jié)構(gòu) 磁路特點(diǎn) 勵磁電流和磁通情況了解4.6.1.1組式——各相磁路彼此獨(dú)立各相主磁通以各自鐵芯作為磁路?！F芯獨(dú)立，磁路不關(guān)聯(lián)各相磁路的磁阻相同，當(dāng)三相繞組接對稱的三相電壓時，各相的激磁電流和磁通對稱。由三臺完全相同（容量、變比）的單相變壓器按三相連接方式連接而成三相組成變壓器4.6.1.2芯式——各相磁路彼此相關(guān)通過中間三個芯柱的磁通等于三相磁通的總和。當(dāng)外施電壓為對稱三相電壓，三相磁通也對稱，其總和A+B+c=0，即在任意瞬間，中間芯柱磁通為零。在結(jié)構(gòu)上省去中間的芯柱三相三鐵芯柱變壓器三相鐵心互不獨(dú)立三相磁路互相關(guān)聯(lián)中間相的磁路較短，令外施電壓為對稱三相電壓，三相激磁電流也不完全對稱，中間相激磁電流較其余兩相為小。與負(fù)載電流相比激磁電流很小，如負(fù)載對稱，三相電流基本對稱。中間相磁路短，磁阻小，激磁電流較小（F=ΦR）4.6.2變壓器的額定值額定電壓U1N/U2N——由制造廠所規(guī)定的變壓器在空載時額定分接頭上的電壓保證值。單位為V或kV。當(dāng)變壓器初級側(cè)在額定分接頭處接有額定電壓U1N，次級側(cè)空載電壓即為次級側(cè)額定電壓U2N。對于三相變壓器而言，銘牌上的額定電壓是指線電壓額定頻率——50Hz掌握4.6.2變壓器的額定值額定容量SN——制造廠所規(guī)定的在額定條件下使用時輸出能力的保證值。單位為VA或kVA。對于三相變壓器而言是指三相的總?cè)萘俊曉诠β?。由于效率高，原、副方的額定容量設(shè)計得相等，與體積、用銅量有關(guān)掌握4.6.2變壓器的額定值額定電流I1N/I2N——額定容量除以各繞組的額定電壓所計算出來的線電流值。單位用A或kA。掌握單相變壓器三相變壓器注意：對三相變壓器，額定電壓和電流值均指線值，額定容量為三相的總?cè)萘浚ú皇怯泄β剩?.6.3變壓器的變比和參數(shù)測定定義：一次繞組感應(yīng)電動勢E1對二次繞組感應(yīng)電動勢E2之比實用：了解次級空載時端點(diǎn)電壓講解：升壓與降壓4.6.3變壓器的變比和參數(shù)測定一次繞組匝數(shù)N1的確定Bm——磁密最大值（T），熱軋硅鋼片1.1-1.475，冷軋片1.5-1.74.6.4變變壓壓器器的的工工作作原原理理空載載運(yùn)運(yùn)行行負(fù)載載運(yùn)運(yùn)行行等效效電電路路掌握握注意意：正正方方向向的的規(guī)規(guī)定定電壓壓u1與電電流流i0同方方向向磁通通正正方方向向與與電電流流正正方方向向符符合合右右手手螺螺旋旋定定則則e的正正方方向向與與電電流流同同方方向向。。e1=－－N1dФФ/dt例如如正在在增增加加，，dФФ/dt為正正值值，，e1＝－－N1dФФ/dt＜＜0為負(fù)負(fù)值值，，若若外外電電路路能能使使e1產(chǎn)生生電電流流，，其其電電流流方方向向必必與與i0正方方向向相相反反，，該該電電流流產(chǎn)產(chǎn)生生磁磁通通Ф′′，，與Ф方向向相相反反，，起起阻阻止止Ф增加加的的作作用用，，即即符符合合楞楞次次定定律律。。箭頭方向向來表示示正方向向規(guī)定電流流的正方方向與該該電流所所產(chǎn)生的的磁通正正方向符符合“右右手螺旋旋”定則則，規(guī)定定磁通的的正方向向與其感感應(yīng)電勢勢的正方方向符合合“右手手螺旋””定則。。電流正方方向與電電勢正方方向一致致。正方向的的規(guī)定4.6.4.1變壓壓器的空空載運(yùn)行行空載：原邊接接額定電電壓u1n電源，副副邊開路路原邊繞組組電流i0為空載電電流，產(chǎn)產(chǎn)生空載載勵磁磁磁勢F0=I0×N1——產(chǎn)生磁通通磁通分為為兩部分分主磁通Φ流徑閉合合鐵心，，同時匝匝鏈了原原邊和副副邊繞組組,并感應(yīng)出出電勢e1和e2。是變壓壓器傳遞遞能量的的主要媒媒介漏磁通Ф1σ，僅與原邊邊繞組匝匝鏈，通通過變壓壓器油或或空氣形形成閉路路。變壓器鐵鐵心由高高導(dǎo)磁材材料硅鋼鋼片制成成（導(dǎo)磁磁系數(shù)μr>2000)，大大部分磁磁通都在在鐵心中中流動，，主磁通通約占總總磁通的的99％％以上，，而漏磁磁通占總總磁通的的1％以以下。掌握4.6.4.1變壓壓器的空空載運(yùn)行行空載：原邊接接額定電電壓u1n電源，副副邊開路路原邊繞組組電流i0為空載電電流，產(chǎn)產(chǎn)生空載載勵磁磁磁勢F0=I0×N1——產(chǎn)生磁通通空載激磁磁電流Im：磁化電流流分量I0w:產(chǎn)生磁通通，超前前電勢E190°，無功性質(zhì)質(zhì)鐵耗電流流分量I0r：供給渦流流損耗和和磁滯損損耗，有有功性質(zhì)質(zhì)空載電勢勢E1:掌握4.6.4.1變壓壓器的空空載運(yùn)行行空載電勢勢E1:掌握Rm勵磁電阻阻——等等效鐵耗耗Xm勵磁電抗抗——反反映主磁磁通I0wI0rjImxmImrm-鐵耗角空載相量圖4.6.4.2負(fù)載運(yùn)運(yùn)行N1N2變壓器的初級級、次級繞組組沒有電的聯(lián)聯(lián)系，功率傳傳遞依靠互感感。在功率傳傳遞過程中應(yīng)應(yīng)滿足能量守守恒，在電路路上需滿足電電壓平衡、磁磁路上需滿足足磁勢平衡。。負(fù)載時的磁勢勢平衡

———二次電流的的影響次級電流的存存在、建立起起次級磁勢，，它也作用在在鐵芯磁路上上。試圖改變變原有的磁勢勢平衡狀態(tài)，，迫使主磁通通變化，導(dǎo)致致電勢也隨之之改變。電勢的改變變又破壞已建建立的電壓平平衡，迫使原原電流隨之改改變，直到電電路和磁路又又達(dá)到新的平平衡為止。（磁勢平衡式式）負(fù)載時作用在在主磁路上的的全部磁勢應(yīng)應(yīng)等于產(chǎn)生磁磁通所需的激激磁磁勢。u1≈4.44fN1Φm當(dāng)有負(fù)載電流流時：初級電電流I1應(yīng)包含有二個個分量。其中中I0用以激勵主磁磁通。I1L所產(chǎn)生負(fù)載分分量磁勢I1LN1，用以抵消次級級磁勢I2N2對主磁路的影影響。激磁電流的值值決定于主磁磁通m，即決定于E1或端電壓U1。初級、次級電電流間的約束束關(guān)系忽略激磁電流：負(fù)載時的電勢勢平衡4.6.4.3變壓器器的等效電路路變壓器的繞組組歸算歸算為1：1的變壓器器P289圖4-53等效電路變壓器的歸算算繞組歸算——用一假想的繞繞組替代其中中一個繞組使使成為k＝1的變壓器。歸算量在原符符號加上標(biāo)號號區(qū)別，歸算后后的值稱為歸歸算值或折算算值。原則：歸算不改變實實際變壓器內(nèi)內(nèi)部的電磁平平衡關(guān)系負(fù)載后的等效效電路注意：由等效電路寫寫出電勢平衡衡式——正方方向了解各參數(shù)的的含義近似等效電路路把激磁支路路移至端點(diǎn)點(diǎn)處。計算時引起起的誤差不不大：變壓壓器的激磁磁電流(即即空載電流流)為額定定電流的3％-8％％，（大型型變壓器不不到1％））。簡化等效電電路簡化等效電電路：略去激滋電電流（支路）常用于定性性分析4.6.5變壓器器電壓調(diào)整整率的定義義由于變壓器內(nèi)部部存在著電電阻和漏抗抗(原因)，負(fù)載時產(chǎn)生生電阻壓降降和漏抗壓壓降，導(dǎo)致致次級側(cè)電壓壓隨負(fù)載電電流變化而而變化（結(jié)結(jié)果）。電壓變化化程度通常常用電壓變化率率表示設(shè)外施電壓壓為額定電電壓，取空空載與額定定負(fù)載兩種種情況下的的次級側(cè)電電壓的算術(shù)術(shù)差與空載載電壓之比比定義為電電壓變化率率(又稱電壓調(diào)整率率)掌握電壓變化率率與負(fù)載性性質(zhì)U與負(fù)載電流流的功率因因數(shù)有關(guān)與負(fù)載電流流的大小也也有關(guān)4.6.6變壓器器空載合閘閘時

產(chǎn)生生沖擊電流流的原因現(xiàn)象：合閘瞬間有有超過額定定電流的沖沖擊電流（（大大超過過正常的空空載電流））原因：鐵芯的飽和和現(xiàn)象和剩剩磁的存在在。影響：使保保護(hù)誤動作作，影響合合閘了解1.合閘閘瞬間的勵勵磁電流勵磁電流瞬瞬時值im：忽略r1im。假設(shè)電感為為常數(shù)Lav，則：1.合閘閘瞬間的勵勵磁電流磁通的解，包括穩(wěn)態(tài)分量1′和瞬態(tài)分量1′′

：接通電源瞬間=0接通電源瞬間=90o暫態(tài)磁通與與合閘相角角有關(guān)；考慮剩磁（（20%-30%））后，磁通通最大值更更大。由磁化曲線線確定需要要的激磁電電流p291(圖4-57)2.空載載合閘過電電流的影響響數(shù)倍于額定定電流，小小于短路電電流，對變變壓器本身身無直接危危害合閘開始后后數(shù)周期內(nèi)內(nèi)的沖擊電電流可能使使變壓器的的保護(hù)裝置置誤動作措施：合閘使串串如限流電電阻，（1）限制沖沖擊電流；；（2）使使其快速衰衰減。4.6.7變壓器器的效率的的最大效率率了解定義：輸出功率與與輸入功率率之比輸入功率應(yīng)應(yīng)該是輸出出功率與全全部損耗之之和轉(zhuǎn)換能量過過程中同時時產(chǎn)生損耗耗：初級繞組銅銅耗pcu1=I12r1次級繞組銅銅耗pcu2＝i22r2鐵芯損耗pFe＝Im2rm全部損耗為為p=P2/P1=P2/(P2+p)=(P1-p)/P1間接法計算算效率_損耗分離法法由空載試驗驗和短路試試驗測出空空載和額定定電流時的的短路損耗耗,可計算出任任意給定負(fù)負(fù)載時的效效率效率大小與與

負(fù)載大大小和功率率因數(shù)有關(guān)關(guān)意義：當(dāng)可變損損耗等于不不變損耗時時效率達(dá)到到最大最大效率的極值條件：4.6.8三相變變壓器不同同連接組中中的電勢和和電流波形形激磁要求：磁通和電勢勢為正弦波波形；勵磁電流：尖頂波形，，含有諧波波（3次最最大）關(guān)鍵：若三次諧諧波電流在在繞組中不不能流通，，則產(chǎn)生的的磁通和感感應(yīng)的電勢勢為非正弦弦形了解3次諧波電電流的性質(zhì)質(zhì)大小相等相位一致連接組與3次諧波電電流Y形：i3a+i3b+i3c=0=>i3a=i3b=i3c=0YN形：i3a+i3b+i3c=i0=>i3a=i3b=i3c=1/3i0D形：i3a=i3b=i3c4.6.8.1YN,y或D,y連接組三次諧波電電流可以在在原邊流通通，則三相磁通通和感應(yīng)電電勢均呈（（接近）正正弦波形4.6.8.2Y,y連接組初級為Y連接，激磁電流中中所必需的三次諧波電電流分量不不能流通———磁化電流正正弦形磁通波近似似于平頂波波在各次諧波磁磁通中以三三次諧波磁磁通幅度最最大分析：3次諧波磁磁通能否流流通及其影影響三次諧波磁磁通與基波波磁通有相相同磁路，，其磁阻較較小，相電勢中三次諧波電電勢相當(dāng)大大。其振幅可可達(dá)基波振振幅的50％一60％。導(dǎo)致電勢波形嚴(yán)嚴(yán)重畸變。所產(chǎn)生的的過電壓有有可能危害害線圈絕緣緣。規(guī)定：三相變壓壓器組不能能接成Y，y運(yùn)行。思考：相電勢中存存在三次諧諧波電勢，，則線電勢的波波形如何？三次諧波電電勢，大小小相等，相相位一致，，則線電勢勢中相互抵抵消。線電電勢勢呈呈正正弦弦形形1三三相相組組式式變變壓壓器器2三三相相鐵鐵芯芯式式Y(jié)，，y連接接三次次諧諧波波電電流流不不能能流流通通，，有有三三次次諧諧波波磁磁通通存存在在磁路路特特點(diǎn)點(diǎn)：三相相鐵鐵芯芯式式變變壓壓器器的的三三相相磁磁路路彼彼此此相相關(guān)關(guān)，各相相的的三三次次諧諧波波磁磁通通在在時時間間上上是是同同相相位位三次次諧諧波波磁磁通通的的路路徑徑———鐵鐵芯芯周周圍圍的的油油、、油油箱箱壁壁和和部部分分鐵鐵軛軛特點(diǎn)點(diǎn)：：磁阻阻較較大大，三次次諧諧波波磁磁通通及及其其三三次次諧諧波波電電勢勢很很小小磁通通接接近近正正弦弦，，相相電電勢勢接接近近于于正正弦弦波波形形三相相鐵鐵芯芯式式變變壓壓器器可可以以接接成成Y，，y三次次諧諧波波磁磁通通經(jīng)經(jīng)過過油油箱箱壁壁，，在在其其中中感感應(yīng)應(yīng)電電勢勢，，產(chǎn)產(chǎn)生生損損耗耗，會引起起油箱壁壁局部過過熱容量限制制在1800kVA以下4.6.8.3三相相變壓器器Y，d連接次級側(cè)三角形接接法：對對三次諧諧波電勢勢短路，，在三角形形電路中中產(chǎn)生的的三次諧諧波電流流（環(huán)流）。該環(huán)流（供供給勵磁磁電流中中所需的的3次諧諧波電流流分量））對原有有的三次次諧波磁磁通起去去磁作用用，三次諧諧波電勢勢被削弱弱，量值值是很小小的。相相電勢波波形接近近正弦波波形。由初級側(cè)側(cè)提供了了磁化電電流的基基波分量量，由次次級側(cè)提提供了磁磁化電流流的三次次諧波分分量。在高壓線線路中的的大容量量變壓器器需接成成Y，d基波電勢勢形成環(huán)環(huán)流？分析點(diǎn)：一次側(cè)相相電流中中是否有有三次諧諧波電流流？磁通中有有無三次次諧波一次側(cè)線線電流、、相電勢勢與線電電勢中有有無三次次諧波二次側(cè)電電勢、電電流中是是否存在在三次諧諧波4.6.9判判斷三相相連接組組別用初級、、次級繞繞組的線線電勢相相位差來來表示與繞組的的接線方法法和繞組的的極性端標(biāo)標(biāo)志方法法有關(guān)了解Y，y0連接同極性端端相同首首端標(biāo)志志初級、次次級相電電勢同相相位，次次級側(cè)線線電勢Eab與初級側(cè)側(cè)線電勢勢EAB同相位。。Y，d11Y，d1Eab滯后EAB330Eab滯后EAB30區(qū)別：低低壓繞組組的連接接次序不不同標(biāo)準(zhǔn)組別別五種標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)連接組組：①Y，yn0；②②Y，，d11，，③YN，，d11；④YN，，y0，⑤⑤Y、、y0。YN--高壓側(cè)側(cè)的中中點(diǎn)可可以直直接接接地或或通過過阻抗抗接地地對不同同的應(yīng)應(yīng)用場場合，，使用用不同同的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)組組別常用的的連接接組別別：①Y，yn0；②②Y，，d114.6.10絕絕緣緣系統(tǒng)統(tǒng)、冷冷卻方方式、、允許許溫升升絕緣：：了解主絕緣緣：繞組對