1、第四章 變壓器,第一節(jié) 變壓器的基本工作原理與結(jié)構(gòu),一、變壓器的基本工作原理,變壓器的主要部件鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。在一次繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈一、二次繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應電動勢。,2,k匝比,忽略鐵心中的損耗，根據(jù)能量守恒定律，有：,二、變壓器的分類,按用途分：電力變壓器和特種變壓器。,按繞組數(shù)目分：單繞組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。,按相數(shù)分：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。,按鐵心結(jié)構(gòu)分：芯式變壓器和殼式變壓器。,按調(diào)壓方式分：無勵磁調(diào)壓變壓器和有載調(diào)壓變壓器。,按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分：干式變壓器、油浸

2、式變壓器和充氣式變壓器。,3,電源變壓器,電力變壓器,控制變壓器,接觸調(diào)壓器,三相干式變壓器,4,三、變壓器的結(jié)構(gòu)簡介,鐵心變壓器中主要的磁路部分，分為鐵心柱與鐵軛兩部分。,5,繞組變壓器中的電路部分。,6,油浸式電力變壓器,1信號式溫度計 2吸濕器 3儲油柜 4油位計 5安全氣道 6氣體繼電器 7高壓套管 8低壓套管 9分接開關 10油箱 11鐵心 12線圈 13放油閥門,7,四、變壓器的額定值,額定容量為變壓器的視在功率（用SN 表示，單位 kVA ，VA）,額定電壓（一次和二次繞組上分別為U1N 和U2N ，單位V, kV）,額定電流（一次和二次繞組上分別為I1N 和I2N ，單位 A

3、, kA）,單相變壓器,三相變壓器,額定頻率fN 我國的規(guī)定為50Hz,8,例3-1 有一臺三相油浸自冷式鋁線電力變壓器，,試求一次、二次繞組的額定電流。,解：,聯(lián)結(jié),9,第二節(jié) 變壓器的空載運行,一、空載運行時的物理情況,變壓器匝數(shù)為N1的一次繞組加上交流電壓，變壓器匝數(shù)為N2的二次繞組開路，這種情況即為變壓器的空載運行。,一次繞組和二次繞組的電動勢平衡方程式,其中，i0 空載電流；u20 二次繞組的空載電壓；r1 一次繞組的電阻。 主磁通；1 一次繞組漏磁通。,10,1、感應電動勢與主磁通,感應電動勢e1 和e2 均滯后于 的電角度90，其有效值為,E1和E2的相量表達式,11,2、空載電

4、流,空載電流包含兩個分量，一個是勵磁分量，作用是建立磁場，產(chǎn)生主磁通無功分量；另一個是鐵損耗分量，作用是供變壓器鐵心損耗有功分量。,性質(zhì)：由于空載電流的無功分量遠大于有功分量，所以空載電流主要是感性無功性質(zhì)也稱勵磁電流；,大?。号c電源電壓和頻率、線圈匝數(shù)、磁路材質(zhì)及幾何尺寸有關，用空載電流百分數(shù)I0%來表示：,3、漏磁通和漏電抗,漏電抗X1 是一次繞組的一個參數(shù)。,12,二、空載運行時的電動勢平衡方程式、相量圖及等效電路,主磁通產(chǎn)生的感應電動勢 e1 ：,式中 R1 一次繞組的電阻；Z1 一次繞組的漏阻抗， Z1 R1 j X1。,式中，Zf 變壓器的勵磁阻抗，Zf =Rf +jXf ; Rf

5、 變壓器的勵磁電阻，對應鐵耗PFe;,Xf 變壓器的勵磁電抗，反映主磁通的作用。,13,相應的等效電路如圖所示，其中,，,，,。,14,第三節(jié) 變壓器的負載運行,變壓器一次側(cè)接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次側(cè)接上負載的運行狀態(tài)，稱為負載運行。,15,二、負載運行時的基本方程式,1、磁動勢平衡方程式,為負載電流分量,由于變壓器空載電流,很小，為方便分析問題，常忽略不計,可近似為 ：,16,2、電動勢平衡方程式,17,第四節(jié) 變壓器的等效電路及相量圖,1.問題？ 是否可找到一個便于工程計算的單純電路,以代替無電路聯(lián)系、但有磁路耦合作用的實際變壓器。 但這個電路必須能正確反映變壓器內(nèi)部電磁過

6、程 2.答案：有！ 這種電路稱為變壓器的等效電路;前提條件是必須進行繞組歸算.,18,一、繞組歸算,歸算：將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個繞組來等效，同時，對該繞組的電磁量作相應的變換，以保持兩側(cè)的電磁關系不變。,歸算原則：1）保持二次側(cè)磁動勢不變；2）保持二次側(cè)各功率或損耗不變。,二次繞組歸算后，變壓器一次和二次繞組具有同樣的匝數(shù)，即,（一）電動勢和電壓的歸算,則,19,（二）電流的歸算,（三）阻抗的歸算,阻抗歸算的原則：歸算前后電阻銅耗及漏感中無功功率不變。,因此，得到二次側(cè)阻抗折算公式,相應地，對負載阻抗 ZL ，其折算值為,20,歸算后變壓器負載運行時的基本方程式變?yōu)槿缦滦问剑?2

7、1,二 、等效電路,右圖中，二次繞組各量均已經(jīng)歸算到一次繞組，即,圖中a、b和c、d分別是等電位點，可連接起來而不改變運行情況。于是作出變壓器的T形等效電路。（由前述的基本方程式也可得出該等效電路）,22,三 、近似等效電路圖,根據(jù)T形等效電路，可以畫出相應的相量圖。,四 、相量圖,23,第五節(jié) 變壓器的參數(shù)測定,一、空載試驗,其目的是測定變壓器的電壓比k、空載電流I0 、空載損耗P0和勵磁參數(shù)Rf、Xf、Zf等。,24,由于空載電流 I0 很小，繞組損耗I02R很小，所以認為變壓器空載時的輸入功率P0 完全用來平衡變壓器的鐵心損耗，即P0 pFe 由等效電路可知，變壓器空載時的總阻抗,由于電

8、力變壓器中，一般 Rf R1，XfX1，因此 Z0Zf ，則有：,勵磁電抗,電壓比,勵磁電阻,勵磁阻抗,25,二、負載試驗 （又稱短路試驗）,通過測量短路電流、短路電壓及短路功率來計算變壓器的短路電壓百分數(shù)、銅損和短路阻抗。,高壓側(cè)加電壓，低壓側(cè)短路；由于外加電壓很小，主磁通很少，鐵損耗很少，忽略鐵損。,Psh pCu,短路阻抗,短路電阻,短路電抗,銅線變壓器,鋁線變壓器,26,標么值,就是指某一物理量的實際值與選定的同一單位的基準值的比值（通常以額定值為基準值）,即,阻抗電壓 負載試驗時，當繞組中電流達到額定值，加在一次繞組上的短路電壓。用一次側(cè)額定電壓的百分值表示。,27,第六節(jié) 三相變壓

9、器,、三相變壓器的磁路系統(tǒng),（一）三相變壓器組的磁路,當一次側(cè)繞組加上三相對稱電壓時，三相的主磁通必然對稱，三相的空載電流也是對稱的。,28,（二）三相心式變壓器的磁路圖,三相心式變壓器的磁路特點是三相主磁通磁路相互聯(lián)系，彼此相關，為了使結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、減小體積和節(jié)省硅鋼片，可將三相鐵心柱布置在同一平面內(nèi)。,29,二、三相變壓器的電路系統(tǒng)聯(lián)結(jié)組,（一）聯(lián)結(jié)法,30,（二）聯(lián)結(jié)組,1、高低壓側(cè)繞組相電動勢的相位關系,兩個繞組的相電動勢只有同相位和反相位兩種情況，它取決于繞組的同名端和繞組的首末端標記。,31,2、三相變壓器的聯(lián)結(jié)組標號的確定,三相變壓器的聯(lián)結(jié)組標號不僅與繞組的同名端及首末端的

10、標記有關，還與三相繞組的聯(lián)結(jié)方式有關。根據(jù)聯(lián)結(jié)圖，用相量圖法判斷聯(lián)結(jié)組的標號一般可分為以下幾個步驟：,（1）標出高、低壓側(cè)繞組相電動勢的假定正方向。 （2）將高壓側(cè)和低壓側(cè)的電動勢相量圖畫在同一圖上，畫圖時注意以下幾點：a、原理圖中相序標號從左到右排列，對應的在相量圖上按順時針方向排列，例如：若相序為A-B-C，則相量圖上的三個頂點A、B、C按順時針方向排列。高壓側(cè)和低壓側(cè)的畫圖原則相同。b、同一鐵心柱上，高壓和低壓兩個相量只有同相或者反相兩種情況。 3）判斷聯(lián)結(jié)組別：取高、低壓相對應的線電勢相量進行比較，旋轉(zhuǎn)相量圖使高壓側(cè)線電勢指向鐘表“12”，低壓側(cè)線電勢相量所指向的字母即為聯(lián)結(jié)組別。,A

11、B（方向為由A指向B）和,ab（方向為由a指向b）、,BC和,bc等等,32,33,三、三相變壓器的并聯(lián)運行,34,需要滿足下列三個條件：,（1）并聯(lián)運行的各臺變壓器的額定電壓應相等，即各臺變壓器的電壓比應相等； （2）并聯(lián)運行的各臺變壓器的聯(lián)結(jié)組號必須相同； （3）并聯(lián)運行的各臺變壓器的短路阻抗（或阻抗電壓）的相對值要相等。,35,第七節(jié) 變壓器的運行特性,1、變壓器的電壓調(diào)整率,變壓器二次側(cè)的端電壓隨負載變化的程度用電壓調(diào)整率u來表示。 電壓調(diào)整率u規(guī)定為：一次側(cè)加額定負載電壓、負載功率因數(shù)為一定值，空載與負載時二次側(cè)端電壓之差，用二次側(cè)額定電壓的百分值表示，即,36,電壓變化率是表征變壓

12、器運行性能的重要指標之一,它大小反映了供電電壓的穩(wěn)定性。,可見，電壓變化率的大小與負載大小、性質(zhì)及變壓器的本身參數(shù)有關。,37,2、變壓器的效率,變壓器的損耗主要是鐵耗和銅耗兩種。 鐵耗包括基本鐵耗和附加鐵耗?；捐F耗為磁滯損耗和渦流損耗。附加損耗包括由鐵心疊片間絕緣損傷引起的局部渦流損耗、主磁通在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。鐵耗與外加電壓大小有關，而與負載大小基本無關，故也稱為不變損耗。,銅耗也分基本銅耗和附加銅耗。基本銅耗是在電流在一、二次繞組直流電阻上的損耗；附加損耗包括因集膚效應引起的損耗以及漏磁場在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。銅耗大小與負載電流平方成正比，故也稱為可變損耗。,變壓器的效率也是指其輸出的有功功率與輸入的有功功率之比，用百分值表示。,38,式中,變壓器的銅耗：,變壓器的鐵耗：,39,第八節(jié) 自耦變壓器與互感器,1、工作原理,實質(zhì)上，自耦變壓器就是利用一個繞組抽頭的辦法來實現(xiàn)改變電壓的一種變壓器。,額定容量,電壓比,在不計勵磁電流的條件下,40,2、容量關系,自耦變壓器的通過容量有兩部分組成：一部分是通過繞組公共部分的電磁感應作用，由一次側(cè)傳遞到二次側(cè)