第四章變壓器

Transformers本章教學(xué)基本要求1.了解變壓器的主要結(jié)構(gòu)、基本工作原理及主要額定值的意義；2.通過變壓器的負(fù)載運(yùn)行分析，深入理解負(fù)載運(yùn)行時(shí)變壓器各物理量之間的關(guān)系，繞組折算的物理意義及其計(jì)算方法，掌握負(fù)載運(yùn)行時(shí)的等值電路、相量圖、參數(shù)測定及求解電壓變化率和效率，學(xué)會(huì)分析變壓器的運(yùn)行性能；3.熟悉三相變壓器的聯(lián)接組別，并能根據(jù)繞組接線圖判別其聯(lián)接組別或按照已知的聯(lián)接組別畫出繞組的接線圖。本章教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：1.理解在不同運(yùn)行狀態(tài)下I0、I1和I2等參數(shù)的物理意義；2.變壓器的基本方程式、等值電路、相量圖；3.三相變壓器的聯(lián)接組別。難點(diǎn)：負(fù)載運(yùn)行時(shí)各量之間的關(guān)系。目錄5.1概述5.2變壓器的空載運(yùn)行5.3變壓器的負(fù)載運(yùn)行5.4標(biāo)幺值5.5變壓器的參數(shù)測定5.6變壓器的運(yùn)行特性5.7變壓器的連接組別5.8變壓器的并聯(lián)運(yùn)行5.9自藕變壓器5.10儀用互感器5.1概述

變壓器是一種變換交流電的靜止電氣設(shè)備。變壓器的用途與分類變壓器按用途可分為：輸配電用的電力變壓器，包括升、降壓變壓器等；供特殊電源用的特種變壓器，包括電焊變壓器、整流變壓器、電爐變壓器、中頻變壓器等；供測量用的儀用變壓器，包括電流互感器、電壓互感器、自耦變壓器（調(diào)壓器）等；用于自動(dòng)控制系統(tǒng)的小功率變壓器；用于通信系統(tǒng)的阻抗變換器等等。返回鐵心（磁路部分）鐵心的材料為了提高磁路的導(dǎo)磁性能，減小鐵心中的磁滯、渦流損耗，鐵心一般采用高磁導(dǎo)率的鐵磁材料—0.35～0.5mm厚的硅鋼片疊成。變壓器用的硅鋼片其含硅量比較高。硅鋼片的兩面均涂以絕緣漆，這樣可使疊裝在一起的硅鋼片相互之間絕緣。5.1.1變壓器主要結(jié)構(gòu)鐵心形式鐵心是變壓器的主磁路，電力變壓器的鐵心主要采用心式結(jié)構(gòu)，它是將A、B、C三相的繞組分別放在三個(gè)鐵心柱上，三個(gè)鐵心柱由上、下兩個(gè)鐵軛連接起來，構(gòu)成閉合磁路。如圖繞組繞組是變壓器的電路部分，它是由銅或鋁的絕緣導(dǎo)線繞制而成。為了便于絕緣，低壓繞組靠近鐵心柱，高壓繞組套在低壓繞組外面。油箱油浸式變壓器均要有一個(gè)油箱，裝入變壓器油后，將組裝好的器身裝入其中，以保證變壓器正常工作。變壓器油用作加強(qiáng)變壓器內(nèi)部絕緣強(qiáng)度和散熱作用。儲(chǔ)油柜變壓器在運(yùn)行中，隨著油溫的變化，油的體積會(huì)膨脹和收縮，為了減少油與外界空氣的接觸面積，減小變壓器受潮和氧化的概率，通常在變壓器上部安裝一個(gè)儲(chǔ)油柜（俗稱油枕）。呼吸器(吸濕器)變壓器隨著負(fù)荷和氣溫變化，各變壓器油溫不斷變化，這樣油枕內(nèi)的油位隨著整個(gè)變壓器油的膨脹和收縮而發(fā)生變化，為了使潮氣不能進(jìn)入油枕使油劣化，將油枕用一個(gè)管子從上部連通到一個(gè)內(nèi)裝硅膠的干燥器（俗稱呼吸器），硅膠對(duì)空氣中水份具有很強(qiáng)的吸附作用，干燥狀態(tài)狀態(tài)為蘭色，吸潮飽和后變?yōu)榉奂t色。吸潮的硅膠可以再生。冷卻器直接裝配在變壓器油箱壁上，對(duì)于強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器，電動(dòng)泵從油箱頂部抽出熱油送入散熱器管簇中，這些管簇的外表受到來自風(fēng)扇的冷空氣吹拂，使熱量散失到空氣中去，經(jīng)過冷卻后的油從變壓器油箱底部重新回到變壓器油箱內(nèi)。無論電動(dòng)泵裝在冷卻器上部還是下部，其作用是一樣的。絕緣套管變壓器繞組的引出線從油箱內(nèi)部引到箱外時(shí)必須經(jīng)過絕緣套管，使引線與油箱絕緣。絕緣套管一般是陶瓷的，其結(jié)構(gòu)取決于電壓等級(jí)。1kV以下采用實(shí)心磁套管，10～35kV采用空心充氣或充油式套管，110kV及以上采用電容式套管。為了增大外表面放電距離，套管外形做成多級(jí)傘形裙邊。電壓等級(jí)越高，級(jí)數(shù)越多。分接開關(guān)變壓器常用改變繞組匝數(shù)的方法來調(diào)壓。一般從變壓器的高壓繞組引出若干抽頭，稱為分接頭，用以切換分接頭的裝置叫分接開關(guān)。分接開關(guān)分為無載調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種，前者必須在變壓器停電的情況下切換；后者可以在變壓器帶負(fù)載情況下進(jìn)行切換。分接開關(guān)安裝在油箱內(nèi)，其控制箱在油箱外，有載調(diào)壓分接開關(guān)內(nèi)的變壓器油是完全獨(dú)立的，它也有配套的油箱、瓦斯繼電器、呼吸器。壓力釋放閥當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障而產(chǎn)生大量氣體時(shí)，油箱內(nèi)壓力迅速增加，為防止變壓器發(fā)生爆炸，油箱上安裝壓力釋放閥。氣體繼電器又稱為瓦斯繼電器，是變壓器的一種保護(hù)裝置，安裝在油箱與儲(chǔ)油柜的連接管道中，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)（如絕緣擊穿、匝間短路、鐵芯事故、油箱漏油使油面下降較多等）產(chǎn)生的氣體和油流，迫使氣體繼電器動(dòng)作。輕者發(fā)出信號(hào)，以便運(yùn)行人員及時(shí)處理。重者使斷路器跳閘，以保護(hù)變壓器。5.1.2變壓器銘的型號(hào)和額定數(shù)據(jù)1.變壓器銘牌數(shù)據(jù)

每臺(tái)變壓器都有一銘牌，上面標(biāo)注著型號(hào)、額定值及其它數(shù)據(jù)，便于用戶了解變壓器的運(yùn)行性能。電力變壓器產(chǎn)品型號(hào)SL7－315/10產(chǎn)品編號(hào)額定容量315kV·A使用條件戶外式額定電壓10000/400V冷卻條件ONAN額定電流18.2/454.7A短路電壓4%額定頻率50Hz器身吊重765kg相數(shù)三相油重380kg聯(lián)接組別Yyno總重1525kg制造廠生產(chǎn)日期

電力變壓器銘牌示意圖變壓器銘牌數(shù)據(jù)1額定容量SN它是變壓器額定工作條件下輸出能力的保證值，是額定視在功率，單位：伏安（V?A）或千伏安（kV?A）或兆伏安（MV?A）。一般容量在630kVA以下的為小型電力變壓器；800~6300kVA的為中型電力變壓器；8000~63000kVA為大型電力變壓器；90000kVA及以上的為特大型電力變壓器。

變壓器銘牌數(shù)據(jù)2額定電壓U1N/U2N

均指線值電壓。原邊額定電壓U1N是指電源加在原繞組上的額定電壓；副邊額定電壓U2N是指原邊加額定電壓副邊空載時(shí)副繞組的端電壓，單位有：伏（V）或千伏（kV）。

變壓器銘牌數(shù)據(jù)3額定電流I1N/I2N均指線值電流。原、副邊額定電流是指在額定容量和額定電壓時(shí)所長期允許通過的電流，單位有：安（A）額定頻率fN指工業(yè)用電頻率，我國規(guī)定為50Hz。各量之間關(guān)系

變壓器的額定容量、額定電壓、額定電流之間的關(guān)系為：單相變壓器三相變壓器

2.主要系列(1)型號(hào)說明

變壓器型號(hào)包括：基本代號(hào)、額定容量、額定電壓以及結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)。例如型號(hào)為：SL7-630/10，其中“S”代表三相，“L”代表鋁導(dǎo)線，“7”代表設(shè)計(jì)序號(hào)，“630”代表額定容量為630kV?A，“10”代表高壓繞組額定電壓為10kV。(2)主要系列

我國生產(chǎn)的各種變壓器系列產(chǎn)品有：S7、SL7、S9、SC8等。其中SC8型為環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器。5.2.1變壓器各電磁量的正方向

按電動(dòng)機(jī)慣例，吸收電功和1、

按發(fā)電機(jī)慣例，發(fā)出電功和5、均由同名端流入和6、3、、和符合右手螺旋定則2、和符合右手螺旋定則4、和符合右手螺旋定則5.2單相變壓器的空載運(yùn)行返回5.2.2變壓器的空載運(yùn)行1.主磁通、漏磁通*、都是最大值，一般*、都是由勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的。書上有誤2.主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同理

可見，感應(yīng)電勢(shì)的大小與匝數(shù)和主磁通幅值成正比，相位滯后于主磁通相量90°3.漏磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)上式可寫成：一次繞組的漏電抗可寫成：一次繞組的漏自感一次繞組的漏電抗漏磁路的漏磁導(dǎo)為了提高運(yùn)行性能，希望漏電抗越小越好4、空載運(yùn)行電壓方程一次繞組回路電壓方程一次繞組的漏阻抗二次繞組回路開路變壓器一次繞組加額定電壓空載運(yùn)行時(shí)，空載電流很小不超過額定電流的10％，再加上漏阻抗值較小一、二次繞組電動(dòng)勢(shì)之比稱為變比空載時(shí)：當(dāng)電源電壓隨時(shí)間按正弦變化，則電動(dòng)勢(shì)、磁通必定都按正弦規(guī)律變化。根據(jù)鐵磁材料的磁化曲線可知，磁通和勵(lì)磁電流成飽和曲線關(guān)系

5.勵(lì)磁電流(1)當(dāng)磁通為正弦波，由于此路飽和，勵(lì)磁電流為非正弦，不能用相量表示，工程上用等效正弦波的概念來表示實(shí)際的磁化電流i0r。(2)磁通與勵(lì)磁電流同相位。飽和對(duì)勵(lì)磁電流的影響根據(jù)磁路歐姆定律當(dāng)計(jì)磁路飽和時(shí)，隨著結(jié)論：

鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象會(huì)引起損耗，叫磁滯損耗。交變的磁通會(huì)在鐵心中參生渦流損耗，叫渦流損耗。磁滯損耗和渦流損耗統(tǒng)稱為變壓器鐵損耗。變壓器空載運(yùn)行，電源應(yīng)輸入大小為鐵耗值的有功功率，對(duì)應(yīng)的電流用表示，因系有功，應(yīng)與同相6變壓器空載運(yùn)行的相量圖空載運(yùn)行情況下有功功率變壓器消耗掉無功功率儲(chǔ)于磁場中7.變壓器空載運(yùn)行的等效電路并聯(lián)型等效電路例題5-1一臺(tái)三相變壓器，Y/Y接法，SN=100kVA，U1N/U2N=6000/400V，I1N/I2N=9.62/144.3A，每相參數(shù)：Z1=R1+jX1=（4.2+j9）Ω，Zm=Rm+jXm=（514+j5526）Ω。

（1）勵(lì)磁電流及其與額定電流的比值(1)解例題5-1一臺(tái)三相變壓器，Y/Y接法，SN=100kVA，U1N/U2N=6000/400V，I1N/I2N=9.62/144.3A，每相參數(shù)：Z1=R1+jX1=（4.2+j9）Ω，Zm=Rm+jXm=（514+j5526）Ω。

（2）空載運(yùn)行時(shí)的輸入功率(2)解例題5-1一臺(tái)三相變壓器，Y/Y接法，SN=100kVA，U1N/U2N=6000/400V，I1N/I2N=9.62/144.3A，每相參數(shù)：Z1=R1+jX1=（4.2+j9）Ω，Zm=Rm+jXm=（514+j5526）Ω。

（3）一次相電壓、相電動(dòng)勢(shì)及漏阻抗壓降，并比較它們的大小(3)解5.3、變壓器的負(fù)載運(yùn)行返回5.3.1負(fù)載時(shí)的磁通勢(shì)及一、二次電流的關(guān)系由于電源電壓恒定，即U1=常數(shù)，則E1≈常數(shù)，Фm≈常數(shù)。因此，達(dá)到新的電動(dòng)勢(shì)平衡的條件是使一次繞組的電流增量所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)與二次繞組電流所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)相抵消，以維持主磁通基本不變，以及由主磁通所感應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)基本不變負(fù)載運(yùn)行時(shí)因此5.3.2負(fù)載時(shí)二次電壓、電流的關(guān)系5.3.3變壓器的基本方程式5.3.4折合算法

①目的:a、得出使一、二次繞組“有”電的連接的等效電路。b、簡化各電量的計(jì)算,畫相量圖方便（定量畫法）。②解決方法（算法根據(jù)）保持不變，就不會(huì)影響的變化。③定義：保持一個(gè)繞組的磁動(dòng)勢(shì)不變而改變其電流和匝數(shù)的算法稱為歸算法（折合算法）。⑤折合值：二次向一次折合為例。④定義：如果保持二次繞組磁動(dòng)勢(shì)不變，而假想它的匝數(shù)與一次繞組匝數(shù)相同的折合算法，稱為二次繞組折合成一次繞組或簡稱二次向一次折合。⑴電流⑵電動(dòng)勢(shì)⑶阻抗⑷負(fù)載電壓阻抗角沒變說明：折合算法其結(jié)果不改變變壓器運(yùn)行的物理本質(zhì)，既不改變功率傳遞關(guān)系，不影響阻抗抗角。如果則一次向二次折合值為：5.3.5等效電路㈠折合后的六個(gè)基本方程式:變壓器“T”型等值電路㈡“T”型等效電路.T型等效電路只適用于變壓器對(duì)稱、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，如果運(yùn)行在不對(duì)稱、動(dòng)態(tài)乃至故障狀態(tài)，則T型等效電路將不適用。注意的是下面各量的值都是相值。（三）“Γ”型簡化等值電路

“T”型等值電路雖能準(zhǔn)確反映變壓器內(nèi)部電磁關(guān)系，但它是串、并聯(lián)電路，計(jì)算較復(fù)雜。由于Z1<<Zm，為了簡化計(jì)算，將勵(lì)磁支路左移到電源端，使其成為“?！钡戎惦娐罚坪笏鸬恼`差，工程上允許?！唉！毙偷戎惦娐罚ㄋ模┮蛔中秃喕刃щ娐妨?.3.6、相量圖已知：、、、感性負(fù)載容性負(fù)載簡化相量圖求：已知:例5-2三相變壓器①;kVA,V,Y,y0聯(lián)接，，，副邊Y接，每相負(fù)載阻抗為

解求：已知:例5-2三相變壓器kVA,V,Y,y0聯(lián)接，，，副邊Y接，每相負(fù)載阻抗為

解②;求：已知:例5-2三相變壓器③;kVA,V,Y,y0聯(lián)接，，，副邊Y接，每相負(fù)載阻抗為

④4.4變壓器參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測定變壓器的參數(shù)有勵(lì)磁參數(shù)和短路參數(shù)，只有已知參數(shù)，才能運(yùn)用前面所介紹的基本方程式、等值電路或相量圖求解各量。對(duì)制造好的變壓器，其參數(shù)可通過實(shí)驗(yàn)測得。4.4.1變壓器空載實(shí)驗(yàn)通過空載實(shí)驗(yàn)可得勵(lì)磁參數(shù)、變比和鐵損等數(shù)據(jù)?？蛰d實(shí)驗(yàn)接線圖說明為了便于測量和安全，空載實(shí)驗(yàn)一般在副邊做，即在低壓繞組ax上加電壓U2N，高壓繞組AX開路，測量電壓U2、空載電流I20、輸入功率P0和開路電壓U10。因變壓器空載時(shí)無功率輸出，所以輸入的功率全部消耗在變壓器的內(nèi)部，為鐵芯損耗pFe和空載銅耗I202r2之和，但空載電流I20很小，pFe>>I202r2，故可忽略空載銅耗，認(rèn)為P0≈pFe=I202rm?？蛰d實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算根據(jù)測得的空載實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可計(jì)算單相變壓器的參數(shù)：變比為：

空載阻抗：

空載電阻：

其中。實(shí)驗(yàn)說明1由于可認(rèn)為勵(lì)磁阻抗：勵(lì)磁電阻：勵(lì)磁電抗：實(shí)驗(yàn)說明2由于空載實(shí)驗(yàn)在低壓側(cè)做，計(jì)算所得的勵(lì)磁參數(shù)是低壓側(cè)的值，如需折算到高壓側(cè)，各計(jì)算值應(yīng)乘k2，還應(yīng)注意的是，勵(lì)磁參數(shù)隨電壓的大小而變化，計(jì)算時(shí)要取額定電壓下的數(shù)據(jù)。對(duì)于三相變壓器測得的功率是三相的，而勵(lì)磁參數(shù)是指每一相的，故在計(jì)算時(shí)應(yīng)將三相功率除以3，即取一相功率計(jì)算，同時(shí)應(yīng)將測得的線值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相值數(shù)據(jù)，讀者可自己推導(dǎo)三相變壓器空載實(shí)驗(yàn)的參數(shù)計(jì)算公式。4.4.2變壓器短路實(shí)驗(yàn)通過短路實(shí)驗(yàn)可得短路參數(shù)、銅損等數(shù)據(jù)。短路實(shí)驗(yàn)接線圖如下圖所示。短路實(shí)驗(yàn)說明1變壓器短路實(shí)驗(yàn)一般在高壓側(cè)做，即原邊加電壓，副邊短路。應(yīng)注意的是，由于變壓器的短路阻抗zk一般很小，當(dāng)原邊的電流達(dá)到額定值時(shí)，原邊所加的電壓很低，所以在短路實(shí)驗(yàn)時(shí)，變壓器的高壓繞組前接自耦變壓器，將自耦變壓器的輸出電壓由零開始慢慢升高，直至短路電流為額定電流為止，記錄原邊的短路電壓Uk、電流I1和輸入功率Pk數(shù)據(jù)。短路實(shí)驗(yàn)說明2短路實(shí)驗(yàn)時(shí)，變壓器副邊無功率輸出，輸入功率全部消耗在內(nèi)部，由于當(dāng)繞組中短路電流為額定值時(shí)，原邊所加的電壓很低，主磁通比正常運(yùn)行時(shí)小很多，鐵芯損耗pFe與銅損pCu相比可忽略，短路損耗中主要是原、副邊的銅損，即有：Pk≈pCu=pCu1+pCu2。短路參數(shù)計(jì)算根據(jù)測得的短路實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可計(jì)算單相變壓器的參數(shù)短路阻抗：短路電阻：（4-24）短路電抗：根據(jù)規(guī)定，測得的電阻應(yīng)換算到國標(biāo)規(guī)定的75℃時(shí)的數(shù)值，換算公式為：對(duì)于銅線：（4-25）對(duì)于鋁線：式中θ為實(shí)驗(yàn)時(shí)的環(huán)境溫度（℃）。說明在75℃時(shí)的短路阻抗為：（4-26）對(duì)于三相變壓器應(yīng)注意用相值計(jì)算，所得的參數(shù)也是每相值。如果要將原、副邊參數(shù)分開，可近似認(rèn)為：r1≈r2′；x1≈x2′；z1≈z2′。4.4.3標(biāo)幺值標(biāo)幺值是指某個(gè)物理量的實(shí)際值與其所選定的同一單位的固定值的比值，即：

。為了與實(shí)際值區(qū)分，標(biāo)幺值都用在其右上角加“*”號(hào)表示。基值的選取是任意的，在變壓器中，一般選額定值作為各物理量的基值，但存在有相互關(guān)系的幾個(gè)物理量中，所選基值的個(gè)數(shù)并不是任意的，當(dāng)某幾個(gè)物理量的基值已被確定，其它物理量的基值也就跟著確定了。如單相變壓器，當(dāng)選定原邊的額定電壓和額定電流作為電壓和電流的基值時(shí)，原邊每相阻抗的基值也就確定了，應(yīng)為額定電壓除以額定電流，即：z1N=U1N/I1N。標(biāo)幺值在變壓器和電機(jī)的工程計(jì)算中，為了分析和運(yùn)算的方便，往往采用標(biāo)幺值。變壓器原、副邊電壓、電流、阻抗的標(biāo)幺值為：

采用標(biāo)幺值時(shí)，變壓器的短路阻抗標(biāo)幺值與額定電流下的短路電壓標(biāo)幺值相等，即有：

用標(biāo)幺值來表示各物理量的優(yōu)點(diǎn)1.采用標(biāo)幺值時(shí)，不論變壓器的容量大小，變壓器的參數(shù)和性能指標(biāo)總在一定的范圍內(nèi)，便于分析和比較。例如電力變壓器的短路阻抗標(biāo)幺值z(mì)k*=0.05~0.10，如果求出的短路阻抗標(biāo)幺值不在此范圍內(nèi)，就應(yīng)核查一下是否存在計(jì)算或設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。2.采用標(biāo)幺值能直觀地表示變壓器的運(yùn)行情況。例如已知一臺(tái)運(yùn)行著的變壓器端電壓和電流為35kV、20A，從這些實(shí)際數(shù)據(jù)上判斷不出什么問題，但如果已知它的標(biāo)幺值為Uk*=1.0、Ik*=0.6，說明這臺(tái)變壓器欠載運(yùn)行。3.采用標(biāo)幺值時(shí)，原、副邊各物理量不需進(jìn)行折算，便于計(jì)算。例如副邊電壓向原邊折算為：，采用標(biāo)幺值時(shí)為：

課后復(fù)習(xí)要點(diǎn)1.變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系、工作原理、等值電路、功率關(guān)系等2.結(jié)合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書自學(xué)變壓器參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測定內(nèi)容3.自學(xué)標(biāo)幺值內(nèi)容4.預(yù)習(xí)變壓器運(yùn)行特性和三相變壓器思考題：P1324-9、4-17作業(yè)：1）P1324-18、2）分別定性畫出變壓器帶感性負(fù)載、電阻性負(fù)載和電容性負(fù)載的相量圖本次課程內(nèi)容、要求和重點(diǎn)內(nèi)容：變壓器的運(yùn)行特性和三相變壓器要求：1.了解三相變壓器結(jié)構(gòu)和磁路特點(diǎn)2.掌握三相變壓器聯(lián)結(jié)組別3.了解標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組別的應(yīng)用重點(diǎn)：變壓器外特性、聯(lián)結(jié)組別。

4.5變壓器的運(yùn)行特性

變壓器的運(yùn)行特性有外特性U2=?(I2)和效率特性η=?(I2)而變壓器的主要性能指標(biāo)是電壓變化率。4.5.1電壓變化率和外特性變壓器外特性是指當(dāng)U1=U1N，cosφ2=常數(shù)時(shí)，副邊端電壓隨負(fù)載電流變化的規(guī)律，即：U2=?(I2)曲線。變壓器外特性由于變壓器內(nèi)部存在漏阻抗，當(dāng)有負(fù)載電流時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電壓降，輸出電壓是隨負(fù)載電流變化而變化，其變化規(guī)律與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)。電壓變化率

為了表征電壓隨負(fù)載電流變化的程度，可用電壓變化率ΔU*表示。電壓變化率是指在原邊加額定電壓，副邊空載電壓與某一功率因數(shù)下的額定負(fù)載的副邊電壓差值與副邊額定電壓的比值用百分?jǐn)?shù)來表示，即有：（4-28）

電壓變化率反映了變壓器電壓的穩(wěn)定性，是一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)。電壓變化率

可根據(jù)簡化等值電路的相量圖,推導(dǎo)出電壓變化率的公式為：

（4-31）式中β=I1/I1N=I2/I2N，稱為變壓器的負(fù)載系數(shù)。簡化等值電路的相量圖用標(biāo)幺值表示時(shí)電壓變化率公式用標(biāo)幺值表示時(shí)，電壓變化率公式為：(4-33)從上式可見，變壓器的電壓變化率與短路參數(shù)rk和xk、負(fù)載系數(shù)β、負(fù)載功率因數(shù)角φ2有關(guān)，當(dāng)負(fù)載為電阻性或感性時(shí)，電壓變化率ΔU*>0，且電阻性負(fù)載電壓變化率小于感應(yīng)負(fù)載的電壓變化率；當(dāng)負(fù)載容性時(shí)，一般情況下，|rkcosφ2|<|xksinφ2|使電壓變化率ΔU*<0,外特性上翹。4.5.2變壓器效率和效率特性變壓器的效率為：

式中∑p=pFe+pCu是變壓器的總損耗，P1為變壓器的輸入功率，P2為變壓器的輸出功率。變壓器損耗由前面分析可知，變壓器的空載損耗主要是鐵損，它不隨負(fù)載變化而變化，有P0≈pFe，所以鐵損是不變損耗。銅損耗包括原、副繞組上的銅損，它與負(fù)載電流的平方成正比，隨負(fù)載電流的變化而變化的，并與短路實(shí)驗(yàn)電流為額定值時(shí)的輸入功率存在如下關(guān)系：β2PkN≈pCu，銅損耗是可變損耗。變壓器效率公式設(shè):P2=mU2I2cosφ2≈mU2NβI2Ncosφ2=βSNcosφ2則效率公式為：（4-36）

從上式中可見，變壓器的效率與P0、PkN、負(fù)載的性質(zhì)以及負(fù)載率有關(guān)。效率特性是指當(dāng)負(fù)載功率因數(shù)為常數(shù)時(shí)，效率與負(fù)載系數(shù)的關(guān)系，即η=?(β)。變壓器效率曲線η=?（β）

由曲線可見，當(dāng)負(fù)載變化到某一值時(shí)，效率為最大，即為ηmax，對(duì)應(yīng)的負(fù)載系數(shù)為βm，對(duì)式（4-36）求導(dǎo)，并令dη/dβ=0，得最高效率時(shí)的負(fù)載系數(shù)為：

（4-37）

可見，當(dāng)不變損耗等于可變損耗時(shí)，變壓器效率為最高。4.6三相變壓器應(yīng)用：三相變壓器廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。特點(diǎn)：在對(duì)稱三相負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，變壓器的各相電壓、電流大小相等，互差120°相角，三相完全對(duì)稱。4.6.1三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相變壓器結(jié)構(gòu)分：組式、芯式。組式：由三個(gè)容量與結(jié)構(gòu)完全相同的單相變壓器組成的三相變壓器。特點(diǎn)：是每相都有自己獨(dú)立的磁路，互不相關(guān)，各相的勵(lì)磁電流在數(shù)值上完全相等。組式組式應(yīng)用

三相組式變壓器優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)特大容量的變壓器制造容易，備用量小。但其鐵芯用料多，占地面積大，只適用于超高壓、特大容量的場合。芯式變壓器

特點(diǎn)：

是三相磁路相互關(guān)聯(lián)，磁路長度不等，當(dāng)外加三相對(duì)稱電壓時(shí)，三相勵(lì)磁電流不對(duì)稱，但因勵(lì)磁電流很小，可忽略對(duì)負(fù)載運(yùn)行的影響，這種結(jié)構(gòu)的變壓器稱為三相芯式變壓器。芯式變壓器應(yīng)用：

大、中、小容量的變壓器廣泛用于電力系統(tǒng)中。優(yōu)點(diǎn)：

節(jié)省材料，體積小，效率高，維護(hù)方便。芯式變壓器結(jié)構(gòu)（a）三相星形磁路（b）三相磁通向量圖（c）實(shí)際芯式變壓器的磁路芯式變壓器4.6.2三相變壓器的繞組聯(lián)接組別

三相繞組接線有：星形聯(lián)結(jié)、三角形聯(lián)結(jié)星形聯(lián)結(jié)記作：“Y”或“y”三角形聯(lián)結(jié)記作：“D”或“d”繞組標(biāo)記繞組名稱單相變壓器三相變壓器中性點(diǎn)首端末端首端末端高壓繞組AXA、B、CX、Y、ZN低壓繞組axa、b、cx、y、zn星形聯(lián)結(jié)星形聯(lián)結(jié)的三相繞組特點(diǎn)：三個(gè)末端連接在一起形成中性點(diǎn)，如果將中性點(diǎn)引出，就形成了三相四線制了，表示為YN或yn。三角形聯(lián)結(jié)三角形聯(lián)結(jié)的三相繞組接法有兩種。

變壓器的同一相高、低壓繞組都是繞在同一鐵芯柱上，并被同一主磁通鏈繞，當(dāng)主磁通交變時(shí)，在高、低壓繞組中感應(yīng)的電勢(shì)之間存在一定的極性關(guān)系1.高低壓繞組中電勢(shì)的相位同名端同名端：

在任一瞬間，高壓繞組的某一端的電位為正時(shí)，低壓繞組也有一端的電位為正，這兩個(gè)繞組間同極性的一端稱為同名端，記作“˙”。

2.聯(lián)結(jié)組別通過變換變壓器繞組的聯(lián)接方式，改變變壓器原副邊感應(yīng)電勢(shì)或電壓的相位。變壓器聯(lián)結(jié)組別用時(shí)鐘表示法表示規(guī)定：各繞組的電勢(shì)均由首端指向末端，高壓繞組電勢(shì)從A指向X，記為“èAX”，簡記為“èA”，低壓繞組電勢(shì)從a指向x，簡記為“èa”。時(shí)鐘表示法時(shí)鐘表示法：

把高壓繞組線電勢(shì)作為時(shí)鐘的長針，永遠(yuǎn)指向“12”點(diǎn)鐘，低壓繞組的線電勢(shì)作為短針，根據(jù)高、低壓繞組線電勢(shì)之間的相位指向不同的鐘點(diǎn)。單相變壓器組別

單相變壓器高、低壓繞組電勢(shì)相位關(guān)系只有同相位和反相位兩種，因此只有同相變壓器和反相變壓器。同相變壓器記作“ⅠⅠ0”反相變壓器記作“ⅠⅠ6”3.三相變壓器聯(lián)結(jié)組別

確定三相變壓器聯(lián)結(jié)組別的步驟是：①根據(jù)三相變壓器繞組聯(lián)結(jié)方式（Y或y、D或d）畫出高、低壓繞組接線圖（繞組按A、B、C相序自左向右排列）；②在接線圖上標(biāo)出相電勢(shì)和線電勢(shì)的假定正方向③畫出高壓繞組電勢(shì)相量圖，根據(jù)單相變壓器判斷同一相的相電勢(shì)方法，將A、a重合，再畫出低壓繞組的電勢(shì)相量圖（畫相量圖時(shí)應(yīng)注意三相量按順相序畫）；④根據(jù)高、低壓繞組線電勢(shì)相位差，確定聯(lián)結(jié)組別的標(biāo)號(hào)。Y接、D接的相量圖要點(diǎn)：采用雙下標(biāo)、順相序例題1例題2例題3總結(jié)

Yy聯(lián)結(jié)的三相變壓器，共有Yy0、Yy4、Yy8、Yy6、Yy10、Yy2六種聯(lián)結(jié)組別，標(biāo)號(hào)為偶數(shù)。例題4例題5Yd聯(lián)結(jié)組別總結(jié)

Yd聯(lián)結(jié)的三相變壓器，共有Yd1、Yd5、Yd9、Yd7、Yd11、Yd3六種聯(lián)結(jié)組別，標(biāo)號(hào)為奇數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組別

為了避免制造和使用上的混亂，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)單相雙繞組電力變壓器只有ⅠⅠ0聯(lián)結(jié)組別一種。對(duì)三相雙繞組電力變壓器規(guī)定只有Yyn0、Yd11、YNd11、YNy0和Yy0五種。標(biāo)準(zhǔn)組別的應(yīng)用Yyn0組別的三相電力變壓器用于三相四線制配電系統(tǒng)中，供電給動(dòng)力和照明的混合負(fù)載；Yd11組別的三相電力變壓器用于低壓高于0.4kV的線路中；YNd11組別的三相電力變壓器用于110kV以上的中性點(diǎn)需接地的高壓線路中；YNy0組別的三相電力變壓器用于原邊需接地的系統(tǒng)中；Yy0組別的三相電力變壓器用于供電給三相動(dòng)力負(fù)載的線路中。其他用途變壓器（自學(xué)）自學(xué)具體要求：1、自耦變壓器分析自耦變壓器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理。熟悉電壓關(guān)系、電流關(guān)系、容量關(guān)系，特別要注意變壓器容量和繞組容量的概念。自耦變壓器的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。2、交流互感器電壓互感器的工作原理和使用注意事項(xiàng)。電流互感器的工作原理和使用注意事項(xiàng)。課后復(fù)習(xí)要點(diǎn)：自學(xué)1.7.3實(shí)驗(yàn)確定繞組的極性和三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別*熟練：已知接線圖——畫向量圖——判別組別已知組別——畫向量圖——畫接線圖思考題：P1334-23、4-31、4-32、4-31、4-32作業(yè)：P1334-22、4-24（1）（3）、4-25（1）（3）、4-33本章小結(jié)本章內(nèi)容：主要介紹了變壓器基本工作原理和運(yùn)行特性；三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別問題；自耦變壓器、儀用互感器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)等。1變壓器是利用電磁感應(yīng)原理將某一電壓等級(jí)的電能轉(zhuǎn)換成相同頻率的另一電壓等級(jí)的電能的靜止電器，在變換電壓的同時(shí)，還能變換電流。2在變壓器中不僅有電路問題，還有磁路問題，所以它的基本工作原理是建立在電磁感應(yīng)和磁勢(shì)平衡關(guān)系上的。基本方程式、等值電路、相量圖是描述變壓器內(nèi)部電磁關(guān)系的工具，有關(guān)變壓器的基本理論也可推廣應(yīng)用于交流電機(jī)中。通過空載和短路實(shí)驗(yàn)，可求得變壓器勵(lì)磁和短路等參數(shù)。變壓器的電壓調(diào)整率是表征負(fù)載運(yùn)行時(shí)的副邊電壓穩(wěn)定性和供電質(zhì)量效率特性表征負(fù)載運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)性。3表示三相變壓器原、副邊線電勢(shì)的相位關(guān)系是聯(lián)結(jié)組別；若已知接線圖，可根據(jù)接線圖畫出相量圖，從而判斷出聯(lián)結(jié)組別；若已知聯(lián)結(jié)組別，可根據(jù)組別畫出相量圖，從而畫出接線圖；變壓器的極性和聯(lián)結(jié)組別也可通過實(shí)驗(yàn)確定。4自耦變壓器除通過電磁感應(yīng)傳遞能量外，還能從原邊直接向副邊傳導(dǎo)能量，所以在相同容量情況下，它比普通雙繞組變壓器耗材少，體積小，效率高。5使用互感器的目的是使測量回路與高壓線路隔離，便于測量，同時(shí)也為了操作人員和設(shè)備的安全，互感器的使用注意事項(xiàng)是確?；ジ衅髡９ぷ鞯那疤?。6其他用途變壓器（自學(xué)）自學(xué)要求:1.掌握自耦變壓器、電壓互感器、電流互感器工作原理2.熟悉自耦變壓器、電壓互感器、電流互感器適用范圍。

其他用途變壓器（自學(xué)）

其它用途的變壓器*1自耦變壓器自耦變壓器的特點(diǎn)是副繞組是原繞組的一部分，原、副繞組既有磁的耦合，又有電的聯(lián)系。自耦變壓器有單相和三相，有升壓，也有降壓。圖1-33所示為單相雙繞組自耦變壓器接線圖。從圖中可見，AX為原繞組，匝數(shù)為N1，ax為副繞組，匝數(shù)為N2，其中副繞組也是原繞組的一部分，稱為公共繞組，將Aa繞組稱為串聯(lián)繞組。1.電壓關(guān)系與雙繞組變壓器一樣，當(dāng)在原邊加電壓時(shí)，有主磁通和漏磁通產(chǎn)生，主磁通在原、副繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)è1、è2，如果忽略漏阻抗壓降，則原、副邊的電壓關(guān)系為：

式中kA為自耦變壓器的變比，kA>1時(shí)為降壓變壓器。2.電流關(guān)系負(fù)載運(yùn)行時(shí)，主磁通可認(rèn)為與空載時(shí)近似相等，則有磁勢(shì)平衡方程式：自耦變壓器忽略勵(lì)磁電流時(shí)可得：

上式表明，電流ì1與ì2的實(shí)際方向相反。對(duì)于圖1-33節(jié)點(diǎn)aˊ利用基爾霍夫電流定律，可得公共繞組aˊx中的電流I為：

當(dāng)忽略ì0時(shí)，ì1與ì2反相，在kA>1時(shí)，則有ì2>ì1，在節(jié)點(diǎn)aˊ上的電流有效值為：I=I2-I1。自耦變壓器自耦變壓器3.容量關(guān)系自耦變壓器中存在變壓器容量和繞組容量這兩個(gè)容量。變壓器容量是指原邊輸入容量或副邊輸出容量，又稱通過容量，數(shù)值上等于額定電壓與額定電流的乘積。繞組容量是指該繞組的電壓與電流的乘積，又稱電磁容量。自耦變壓器對(duì)于雙繞組變壓器，功率是全部通過原、副繞組的電磁耦合從原邊傳送到副邊，即有：SN=UN1IN1=UN2IN2所以，變壓器的繞組容量就等于原繞組容量或副繞組容量，也就是銘牌上標(biāo)注的變壓器容量。但是自耦變壓器的變壓器容量與繞組容量卻不相等。自耦變壓器的額定變壓器容量為：SN=UN1IN1=UN2IN2。自耦變壓器Aa串聯(lián)繞組的繞組容量為：

ax公共繞組的繞組容量為：