1、第二部分 變壓器,第二章 變壓器,以電力變壓器為研究對象，講述變壓器的 工作原理、分類、結(jié)構(gòu)。重點講述變壓器的基本原理及運行特性。對三相變壓器特點加以探討。最后，對自耦及儀用互感器加以介紹。,,,變壓器是一種靜止的電器，它利用電磁感應(yīng)原理將一種等級電壓和電流的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種等級的電壓和電流的交流電能。,工作原理：電磁感應(yīng)和磁勢平衡,分析思路：電磁物理過程－－電路,,,,,,,

2、,研究步驟：實物模型－－－結(jié)構(gòu),物理模型－－電路、磁路、磁場特點?？蛰d、負(fù)載運行時的物理情況(電磁過程),電路模型－－基本方程式，相量圖和等效電路,穩(wěn)態(tài)運行分析(單臺及并聯(lián)運行),,,,,,,,,,第二章 變壓器,第一節(jié) 變壓器的基本原理、分類及結(jié)構(gòu)第二節(jié) 變壓器的空載運行第三節(jié) 變壓器的負(fù)載運行 第四節(jié) 變壓器的基本方程式、等效電路及相量圖第五節(jié) 等效電路參數(shù)的測定第六節(jié) 三相變

3、壓器第七節(jié) 標(biāo)幺值第八節(jié) 變壓器的運行特性第九節(jié) 變壓器的并聯(lián)運行第十節(jié) 三繞組變壓器、自耦變壓器與互感器,,,,,,,,,,,,,,第一節(jié) 變壓器的基本原理、分類及結(jié)構(gòu),一、變壓器的基本原理二、變壓器的分類三、變壓器的結(jié)構(gòu)四、變壓器銘牌,,,,一、變壓器的基本原理,* 核心部件：閉合鐵芯與兩個繞組 * 基本術(shù)語： 電源側(cè)—— 一次繞組/一次側(cè)/原繞組/原邊 負(fù)載側(cè)—— 二次

4、繞組/二次側(cè)/ 副繞組/副邊 當(dāng)負(fù)載增大，二次電流將如何變化？,,,,,,對于理想變壓器，可不計繞組電阻及鐵耗。設(shè)原副邊繞組的匝數(shù)分別為N1、N2，則原副邊繞組的感應(yīng)電勢為：若,,,,,變壓關(guān)鍵：（1）交鏈一、二次繞組的磁通是交變的； （2）一、二次繞組的匝數(shù)不同。,,,二、變壓器的分類：1、電力變壓器：電力系統(tǒng)中輸配電力的主要設(shè)備。升壓，降壓，配電，聯(lián)絡(luò)，廠用（按用途分）還可按線圈數(shù)：自耦、雙繞組、三繞組、多

5、繞組按相數(shù)：單相、三相、多相。還可按冷卻介質(zhì)，冷卻方式，鐵芯結(jié)構(gòu)及調(diào)壓方式分類。2、特種變壓器：整流，電爐，高壓試驗，礦用，船用，小容量控制變壓器，互感器，調(diào)壓器，電抗器等。,,,三、變壓器的結(jié)構(gòu)： 器身：鐵心、繞組、絕緣和出線裝置； 油箱； 冷卻裝置； 保護裝置（一）、鐵芯：磁路部分。含硅量高的(0.35~0.5mm)厚硅鋼片迭壓而成。（為減少磁滯，渦流損耗）分為鐵芯柱和鐵軛兩部分結(jié)構(gòu)的基本形式有芯式

6、和殼式兩種。,,,,單相心式變壓器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,單相殼式變壓器,,,,,,,,（二）繞組：電路部分。高壓繞組，低壓繞組同心式：高（外）、低（內(nèi)）壓繞組同心地套在鐵心柱上。結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。交迭式：做成餅式，高低壓繞組交迭放置，最上和最下為低壓繞組。漏抗小，機械強度好，引線方便，特殊變壓器用的多。（三）保護裝置： 包括儲油柜（油枕）、吸濕器（呼吸器）、安全氣道（防爆管）、氣體繼電器、凈油器、溫

7、度計。（四）其它結(jié)構(gòu)部件： 儲油箱，散熱管，分接開關(guān),四、變壓器銘牌： 用以標(biāo)明該設(shè)備的額定數(shù)據(jù)和使用條件。 額定值：保證設(shè)備能正常工作，且能保證一定壽命而規(guī)定的某量的限額。 1、額定容量： 視在功率，伏安，千伏安，兆伏安。在穩(wěn)定負(fù)載和額定使用條件下，加額定電壓，額定頻率時能輸出額定電流而不超過溫升限值的容量。對 三相變壓器指三相容量之和。,,,,2、額定電壓 （對三

8、相變壓器指線電壓） 原繞組的額定電壓Ｕ1N是指規(guī)定加到一次側(cè)的電壓； 副繞組的額定電壓Ｕ2N是指分接開關(guān)放在額定電壓位置，一次側(cè)加額定電壓時二次側(cè)的開路電壓，單位kV。,,,,3、額定電流：對三相變壓器指線電流；單位A或kA。4、關(guān)系： 單相 三相 （無論Y接或D接）作業(yè)1：推導(dǎo)三相變壓器額定值之間的關(guān)系。（

9、 ）,5、額定頻率fe：工頻50赫。6、相數(shù)：m。 6、接線圖和聯(lián)接組別。7、漏電抗標(biāo)么值或短路電壓。8、運行方式。(長期的、短期的) 9、冷卻方式。還有變壓器總重量、變壓器油重量、器身重量等。,例如：一臺三相變壓器，其額定容量 ， 原、付邊額定電壓 則原、付邊的

10、額定電流為多少？作業(yè)1：推導(dǎo)三相變壓器額定值之間的關(guān)系。（ ）作業(yè)2：P59 2-17 2-18,,,注意：變壓器實際使用時的功率與額定容量不相同。 因為實際使用時，付邊電流不一定是額定電流， 它受負(fù)載性質(zhì)的影響(容性、感性、純電阻)。 付邊的電壓也不一定是額定電壓。,,第二節(jié) 變壓器的空載運行,一、空載運行時物理情況1、參考正方向2、主、漏磁通3、

11、方程式二、各物理量的關(guān)系1、感應(yīng)電勢與主磁通的關(guān)系2、主磁通與激磁電流的關(guān)系3、感應(yīng)電勢與激磁電流的關(guān)系,,,,,空載運行：一次側(cè)加額定電壓，二次側(cè)開路的運行一、空載運行時物理情況： 空載電流、磁動勢、主磁通、漏磁通 （瞬時物理量的關(guān)系圖—黑板）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1、參考正方向：電源電壓 ——習(xí)慣取由首端A指向尾端X空載電流 ——習(xí)慣取參

12、考正方向與電壓 一致磁通 、 ——習(xí)慣取參考正方向與電流正方向 符合“右手螺旋”定則感應(yīng)電動勢 、 和 ——習(xí)慣取參考正方向 與磁通正方向符合“右手螺旋”定則二次電流 ——習(xí)慣取參考正方向與 的正方向 一致二次開路電壓 ——習(xí)慣取參考正方向與 的正 方向一致,,2

13、、主、漏磁通：主磁通Φ(與原副繞組交鏈)，比例大，Φ與i0 非線性。漏磁通Φ1σ(僅與原繞組交鏈)，比例小，0.1～0.2%, Φσ與i0線性。主磁通Φ→ ， ，傳遞能量 漏磁通Φ1σ→ ，只起電壓降作用,,,,,,3、方程式原付繞組電勢平衡方程為：,,,,若忽略原繞組電阻壓降和漏磁通影響時，由原邊電壓平衡方程式可得：,二、各物理量關(guān)系分析：1、感應(yīng)電勢與

14、主磁通的關(guān)系：若 ，有：,,,感應(yīng)電勢有效值：,,用相量表示：,,,同理，漏磁通感應(yīng)的電勢也有：,,,,變壓器變比：,,若忽略原繞組電阻壓降和漏磁通影響時，由原邊電壓平衡方程式可得：,重要結(jié)論： 變壓器中，當(dāng)頻率和原繞組的匝數(shù)一定時，主磁通Φ 的大小和波形主要決定于電源電壓的大小和波形。但主磁通Φ是由激磁磁磁勢 (或激磁電流)產(chǎn)生的。,,,,作業(yè)：P59 2-19

15、 2-20,2、主磁通和空載電流 的關(guān)系 產(chǎn)生主磁通 的電流是激磁電流，用 表示空載電流就是激磁電流。激磁電流 可分為磁化電流 ：以產(chǎn)生主磁通（磁化曲線） （無功分量）鐵耗電流 ：產(chǎn)生損耗 （有功分量） 故

16、 附：1、磁化電流波形分析（磁化曲線） 2、激磁電流波形分析（考慮磁滯損耗） 3、向量圖,,,,3、感應(yīng)電勢與激磁電流的關(guān)系： 主磁通所感應(yīng)的電勢與產(chǎn)生主磁通的磁化電流的關(guān)系為：因此，可引入磁化電抗則 另外，鐵耗電流,,,,因此感應(yīng)電勢與激磁電流的關(guān)系為： 因此，可引入激磁阻抗則有 （參閱書P28

17、 圖2-10）,,,,第三節(jié) 變壓器的負(fù)載運行,一、負(fù)載運行時物理情況1、物理過程分析2、磁動勢平衡關(guān)系二、各物理量的關(guān)系1、主磁通感應(yīng)電勢與電流的關(guān)系2、漏磁通感應(yīng)電勢與電流的關(guān)系,,,,,負(fù)載運行：一次側(cè)加額定電壓，二次側(cè)加負(fù)載的運行,一、負(fù)載運行時物理情況1、物理過程分析（復(fù)習(xí)參考正方向）,,,,,,2、磁動勢平衡關(guān)系： 負(fù)載時建立主磁通的磁動勢為 空載時建立主磁通的磁動勢為 由空

18、載到負(fù)載，電源電壓不變，主磁通基本不變，則建立主磁通的磁動勢相等，即 或 可得 由此可知，變壓器負(fù)載運行時，一次繞組電流包含兩個分量，一個是產(chǎn)生主磁通的激磁分量，另一個是抵消二次電流建立的磁動勢對主磁通影響的負(fù)載分量，即供給二次負(fù)載功率的一次繞組電流的負(fù)載分量。,,,,,二、各物理量的關(guān)系1、主磁通感應(yīng)電勢與電流的關(guān)系 2、漏磁通感應(yīng)電勢與電流的關(guān)系,,,,,第四節(jié) 變壓器的基本方程式、等值電路和

19、相量圖,一、基本方程式二、繞組歸算三、T型等值電路和相量圖四、簡化等值電路和相量圖,,,,,一、基本方程式：(一)、電勢平衡方程式：,,,,,,,,,,,,可寫出原付繞組的電勢方程：,,,,(三)、基本方程式組為：,,,,(二)、磁勢方程式：,二、繞組歸算：目的：用一個能正確反映變壓器內(nèi)部電磁過程又方便工程計算的單純電路來代替沒有電聯(lián)系只有磁耦合的實際變壓器，即等值電路。 習(xí)慣把二次繞組折算到一次繞組，即用一個與一

20、次繞組匝數(shù)相等的假想二次繞組代替實際的二次繞組，習(xí)慣用原物理量右上角加一撇“?”來表示折算后的物理量 歸算原則：一、二次繞組的電磁關(guān)系不變 即 保證歸算前后磁勢平衡關(guān)系、 各種能量關(guān)系不變,,,,(一)、電勢、電壓歸算：保證主漏磁場不變 (二)、電流歸算：保證付邊磁勢不變,,,,(三)、阻抗歸算： 保證銅耗和漏感儲能不變折算后的基本方程式組為：,,,,三、T 形等值

21、電路和相量圖,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,畫圖步驟：1．畫出負(fù)載的電壓 、電流 及其夾角 ——功率因數(shù)角；2．在上依次迭加 和 （超前90?——逆時針轉(zhuǎn)90?）得電動勢 ，又 ，即得 ；3．據(jù)電動勢公式，可畫出主磁通（超前90?）；4．作激磁電流 ，超前一個鐵損角?；5．作6．在 上依次迭加 （與

22、 平行）和 （超前90?——逆時針轉(zhuǎn)90?）得電源電壓 ；,,形等值電路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,由于變壓器的 ，將勵磁支路前移，這種電路稱為 形等值電路。,,四、簡化等值電路和相量圖,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,由于一般變壓器 ，可將勵磁電流 忽略不計，得到簡

23、化等值電路。,,,第五節(jié) 等值電路參數(shù)的測定,一、空載實驗1、實驗?zāi)康?2、實驗接線3、參數(shù)計算 4、注意二、短路實驗1、實驗?zāi)康?2、實驗接線3、參數(shù)計算 4、注意,,,,一、空載實驗：,A,W,V,V,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1、目的：測定變壓器高、低壓繞組的電壓、空載電流和空載損耗求得變壓器的變比k與激磁阻抗參數(shù) 2、接

24、線： (1)儀表的選擇：功率表 (2)儀表的接線,,,,,,,U1,U20,I10,P0,3、參數(shù)計算P0≈PFe，從等值電路圖可得：,因為，在電力變壓器中：,,,4、注意： 勵磁參數(shù)與磁路飽和有關(guān)，即與電源電壓有關(guān)（1）勵磁參數(shù)應(yīng)取額定電壓下測讀的數(shù)據(jù)計算。（2）試驗一般在低壓邊進行，Zm要進行歸算。（3）三相變壓器，采用每相值才可運用上述公式 計算。 （相損

25、耗，相電流，相電壓）,,,,A,W,V,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1、目的：測定一次繞組的短路電壓、短路電流和短路 損耗，求得短路阻抗參數(shù) 和變壓器的 重要參數(shù)短路電壓 。2、接線：(1)儀表的選擇 (2)儀表的接線,,,,,,低壓邊,高壓邊,,,,二、短路實驗：,,換算成75℃值： 為試驗時溫度，

26、 為常數(shù) 銅線為234.5度，鋁線為228度。 若要求低壓邊參數(shù)，應(yīng)折算到低壓邊。,,,3、參數(shù)計算： 由簡化等效電路知（1）,（2）重要參數(shù)：阻抗電壓或短路電壓 所謂短路電壓是指變壓器二次繞組短接，一次繞組流過額定電流時所加的電源電壓。也稱為阻抗電壓。用電壓額定值的百分?jǐn)?shù)表示：,,,4、注意： 對三相變壓器進行參數(shù)計算，也應(yīng)首先將測量數(shù)據(jù)換算為相值（相電

27、壓、相電流和一相的損耗），然后才能代入公式。例題：作業(yè)：P60 2-26（1）,第七節(jié) 標(biāo)幺值,,一、定義： 所謂某物理量的標(biāo)幺值是指其實際值與選定的同單位的基值之比。 標(biāo)幺值是一個相對值，沒有單位，習(xí)慣用各物理量原來的符號右下角加“*”號來表示。 二、基值的選擇： 在電機學(xué)中，通常取各物理量本身的額定值作為基值,標(biāo)幺值的特點 1．變壓器中各物理量在本側(cè)的標(biāo)幺值與其折算后在另

28、一側(cè)的標(biāo)幺值相等，即采用標(biāo)幺值計算時，無需折算。 2．各物理量額定值的標(biāo)幺值均為1，使運算方便。 3．某些物理量的標(biāo)幺值具有相同的數(shù)值，使公式簡化。 4．將標(biāo)幺值乘以100可得到以額定值表示的百分值，反之成立。舉例,第八節(jié) 變壓器的運行特性,一、電壓調(diào)整率和外特性：1、電壓調(diào)整率2、外特性二、效率和效率特性1、效率2、效率特性,,,,一、電壓調(diào)整率和外特性：1、電壓調(diào)整率： 所謂電壓調(diào)整率

29、?U是指變壓器一次繞組接額定頻率、額定電壓的交流電源，二次繞組開路時的電壓和二次繞組在給定功率因數(shù)下帶負(fù)載時的實際電壓之差，與二次繞組額定電壓的比值，即,,,從簡化等值電路的向量圖，可推得的ΔU%計算式： 其中例題,,,,,,,,,2、外特性： 原邊電壓為額定值U1= U1N，負(fù)載功率因數(shù)cosΦ2一定，付邊電壓U2 隨負(fù)載

30、電流 變化的關(guān)系曲線，U2 =f（I2）。,,,,,二、效率和效率特性：1、效率：輸出功率和輸入功率之比。 變壓器在傳遞能量過程中有鐵耗與銅耗?；捐F耗是磁滯損耗與渦流損耗，近似等于空載損耗；基本銅耗是一、二側(cè)繞組內(nèi)電流引起的直流電阻損耗；可通過短路損耗求得。,,,,,,作業(yè)：P60 2-28（1）（3） 2-29,理論上：當(dāng) 即