《華北電力電機(jī)學(xué)3-變壓器工作原理運(yùn)行分析課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《華北電力電機(jī)學(xué)3-變壓器工作原理運(yùn)行分析課件（87頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),第一篇變壓器,第一章 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu),第二章 變壓器運(yùn)行分析,第三章 三相變壓器,第四章 三繞組變壓器、自耦變壓器和互感器,第五章 變壓器并聯(lián)運(yùn)行,第六章 變壓器的瞬變過程,第一章 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu),教學(xué)要求,(1) 了解變壓器的用途、分類(2) 了解變壓器的主要結(jié)構(gòu)(3) 掌握變壓器的基本工作原理(4) 掌握變壓器的額定參數(shù),第一章 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu),1-1 變壓器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用,1-1 變壓器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用,1.電力傳輸,2.,變壓器的容量,1-2 變壓器的基本工

2、作原理及分類,基本工作原理,結(jié)構(gòu)原則：,原繞組，或一次繞組，簡(jiǎn)稱為原邊或一次。,下角標(biāo)以“1”，如 u,1,等。,副繞組，或二次繞組，簡(jiǎn)稱為副邊或二次。下角標(biāo)以“2”，如 u,2,等,。,第一章 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu),1-2 變壓器的基本工作原理及分類,基本工作原理,工作原理：,只要適當(dāng)改變繞組的匝數(shù)，就可以改變?cè)边呺妱?dòng)勢(shì)之比以達(dá)到改變電壓的目的。這就是變壓器的基本工作原理 。,變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu),1-2 變壓器的基本工作原理及分類,變壓器的分類,按用途分：,變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu),1-2 變壓器的基本工作原理及分類,按相數(shù)分：,單相變壓器,三相變壓器,1-2 變壓器的基本

3、工作原理及分類,按繞組形式分：,干式變壓器,油浸式變壓器,按冷卻介質(zhì)分:,強(qiáng)迫油循環(huán)電力變壓器,按鐵心形式分：,1-3變壓器的結(jié)構(gòu),三相變壓器的鐵心結(jié)構(gòu),鐵心疊片,主要部分：,鐵心 + 繞組 = 器身,1-3,變壓器的基本結(jié)構(gòu),變壓器的基本結(jié)構(gòu),鐵心,作用：磁路的構(gòu)成部分。,為了減少鐵心中的磁滯和渦流損耗，鐵心均用,0.35,0.5mm,厚的熱軋,或冷軋硅鋼片疊,成，片間涂以,0.010.013mm,厚的漆膜，以避免片間,短路。,繞組,作用：,電路的組成部分，用紙包、紗包或漆包的絕緣扁線或圓線繞成,。,感應(yīng)電勢(shì)、通過電流、實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。,絕緣結(jié)構(gòu),作用：實(shí)現(xiàn)變壓器的絕緣，包括外部絕緣和內(nèi)部

4、絕緣。,油箱和其它附件,作用：鐵心和繞組組成變壓器的器身，器身放置在裝有變壓器油的油箱內(nèi)，,在油浸變壓器中，變壓器油既是絕緣介質(zhì)，又是冷卻介質(zhì)。,變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu),低壓,高壓,三相變壓器的鐵心和繞組,變電站中的220KVA三相變壓器,作 用:通過改變?cè)褦?shù),進(jìn)行電壓調(diào)整,分接開關(guān),無勵(lì)磁調(diào)壓,:變壓器原副邊都不帶電的情況下,切 換分接開關(guān);稱無勵(lì)磁分接開關(guān);,有載調(diào)壓:,帶負(fù)載時(shí)切換分接開關(guān),稱有載分接開關(guān).,分接開關(guān)一般裝在高壓邊.調(diào)壓范圍一般為U,N,+-5%,1-4,變壓器的額定值,額定容量,指在額定狀態(tài)下變壓器的視在功率額定容量以伏安,(VA),、,千伏安,(KVA),或兆伏安

5、,(MVA),為單位。對(duì)三相變壓器，額定容量指三相的總?cè)萘俊?額定電壓,以伏（,V,）,或千伏（,kV,）,為單位。對(duì)三相變壓器，額定電壓指線電壓。,額定電流,以安（,A,）,或千安（,kA,）,為單位。對(duì)三相變壓器，額定電壓指線電流。,額定頻率,以赫茲（,Hz,）,為單位。我國(guó)額定工頻為,50Hz,。,注：,1,）額定工作狀態(tài)下變壓器的效率、溫升等數(shù)據(jù)，均屬于額定值。,2),除額定值以外，銘牌上還標(biāo)有變壓器的相數(shù)，聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)和繞組聯(lián),結(jié)圖、阻抗電壓等,。,變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu),1-4,變壓器的額定值,變壓器的額定值,1）,雙繞組變壓器原、副邊容量按相等進(jìn)行設(shè)計(jì)。,2）,U,1N,指電源

6、加到變壓器原邊的電壓；,U,2N,指原邊加上額定電壓時(shí)的副邊開,路電壓，空載電壓，副邊電流為零。,變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu),3）,一般情況下，當(dāng),U,1,U,1N,和,I,2,I,2N,時(shí)，,U,2,U,2N,，這是由于變壓器有,阻抗壓降之故，因此，此時(shí)一般,S,2,S,2N,。,4）,分析變壓器和電機(jī)時(shí)，所說的負(fù)載一般是指電流而不是阻抗，負(fù)載的增,減是指電流的增減。當(dāng)副邊電流為額定電流時(shí)，稱為額定負(fù)載。,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)、冷卻方式等內(nèi)容，表示方法為,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,250000

7、kVA，高壓額定電壓220kV電力變壓器。,三相變壓器的額定電壓，額定電流指線電流,第二章 變壓器的運(yùn)行分析,教學(xué)要求,(1) 基本方程式、相量圖和等效電路圖(2) 變壓器的折合算法(3) 標(biāo)么值(4) 運(yùn)行性能,2-1,變壓器各電磁量的規(guī)定正方向,所謂,規(guī)定正方向，就是用一箭頭表示該電磁量為正時(shí)之方向。這些箭頭并不表示某一瞬間各物埋量的實(shí)際方向，它們只起指路牌的作用。若某一物理量與規(guī)定正方向一致，則為正，反之，則為負(fù)。換言之，若所求出之值為正，則說明所求瞬間的實(shí)際方向與規(guī)定正方向一致；反之，若求出之值為負(fù)，則所求瞬間的實(shí)際方向與規(guī)定正方向相反。,第二章 變壓器的運(yùn)行分析,注：正方向可以任意規(guī)

8、定，但由于電磁規(guī)律是一定的，因此不同的規(guī)定正方向，列出的方程式其正負(fù)號(hào)不相同，所以每當(dāng)我們?cè)诹蟹匠淌?、畫相量圖之前必須首先規(guī)定正方向。然而，選取正方向有一定的習(xí)慣，稱為慣例，我國(guó)常用的變壓器的慣例如圖所示。,運(yùn)行：穩(wěn)態(tài),暫態(tài),穩(wěn)態(tài):對(duì)稱,非對(duì)稱,對(duì)稱:空載,負(fù)載,2-1,變壓器各電磁量的規(guī)定正方向,U,1,從A到X的電壓降方向。,I,1,由A流入原繞組的方向。,這種規(guī)定稱為“電動(dòng)機(jī)慣例”。,原邊正向電流按右手螺旋產(chǎn)生正向磁通的方向。(注意線圈的繞向),E,1,習(xí)慣上取與電流,I,1,正方向一致,根據(jù),根據(jù)楞次定律,：,原邊：,2-1,變壓器各電磁量的規(guī)定正方向,副邊：,I,2,與,E,2,規(guī)定

9、正方向一致，即由a流入副繞組的方向。,U,2,從x到 a的電壓降方向。,這種規(guī)定稱為“發(fā)電機(jī)慣例”。,變壓器的運(yùn)行分析,2-2 變壓器的空載運(yùn)行,一、電磁過程分析,以單相為例: 空載定義:,2-2 變壓器的空載運(yùn)行,二、磁場(chǎng)分析,1.主磁場(chǎng) 2.漏磁場(chǎng),路經(jīng)，作用，特點(diǎn),2-2 變壓器的空載運(yùn)行,二、磁場(chǎng)分析,綜上可知，主磁通和漏磁通的性質(zhì)不同，主要表現(xiàn)在：,1） 由于鐵磁材料存在飽和現(xiàn)象，主磁通與建立它的電流,i,0,之間成非線性關(guān)系；而漏磁通由于主要沿非鐵磁材料閉合，它與電流,i,0,保持線性關(guān)系。,2）,在電磁關(guān)系上，主磁通在原、副繞組內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，副方如果接上負(fù)載，則在電動(dòng)勢(shì)作用下向負(fù)

10、載輸出電功率，所以主磁通起傳遞能量的作用；漏磁通僅在原邊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，只起電壓降的作用，不能傳遞能量。,2-2 變壓器的空載運(yùn)行,三、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分析,推導(dǎo)：,1、主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),2-2 變壓器的空載運(yùn)行,1、主電勢(shì)分析,變壓器的變比：在變壓器中，原邊電動(dòng)勢(shì),E,1,和副邊電動(dòng)勢(shì),E,2,之比稱為變壓器的變比，用,k,表示，即：,討論：1）,變壓器的變比等于原、副繞組的匝數(shù)比。當(dāng)變壓器空載運(yùn)行時(shí)，,由于原邊,U,1,E,1,，副邊空載時(shí)的電壓,U,20,E,2,，故可近似的用,原、副邊的電壓之比作為變壓器的變比。,2）對(duì)三相變壓器來說，變比是指相電動(dòng)勢(shì)的比值，近似為相電壓,的比值。務(wù)必注意！,2

11、-2 變壓器的空載運(yùn)行,2,、漏電動(dòng)勢(shì)分析,推導(dǎo)：,2-2 變壓器的空載運(yùn)行,四、電動(dòng)勢(shì)和電流分析,a.,漏電勢(shì)和電流關(guān)系 ：,注意：,漏磁通經(jīng)非鐵磁材料閉合，與空載電流成線性關(guān)系。相量之比等于數(shù)值之比。,2-2 變壓器的空載運(yùn)行,b. 主電勢(shì)和電流關(guān)系 ：,2-2 變壓器的空載運(yùn)行,c.電動(dòng)勢(shì)平衡方程式,2-2 變壓器的空載運(yùn)行,五、空載電流分析,1. 空載電流的大小和相位,變壓器的空載電流可視為由兩部分組成：,磁化分量,i,0r,：它的作用是產(chǎn)生主磁通，是空載電流的無功分量。它與主磁通,同相位。,鐵耗分量,i,0a,：它和電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的有功功率供給鐵耗，,是空載電流的有功分量。它與電壓降,（

12、,-E,1,） 同相位。,2-2 變壓器的空載運(yùn)行,1. 空載電流的大小和相位,空載電流的大小除決定于外加電壓、原繞組匝數(shù)外，還取決于鐵心材料性質(zhì)（包括磁導(dǎo)率和損耗）尺寸及飽和程度,其大小可通過一等效電路來說明,2-2 變壓器的空載運(yùn)行,1. 空載電流的大小和相位,圖中：,r,m,稱為鐵耗等效電阻或激磁電阻。它是表征鐵心損耗的一個(gè)等效參數(shù)，空載電流,I,0,在,r,m,上產(chǎn)生的損耗等于鐵耗，即：,x,m,稱為激磁電抗，它是對(duì)應(yīng)于主磁通的電抗。,X,m,與主磁路的磁導(dǎo)成正比，因而它是表征鐵心磁化性能的一個(gè)參數(shù)。由于主磁路存在飽和現(xiàn)象，,x,m,不是常數(shù)。,由等效電路可知：,2-2 變壓器的空載運(yùn)

13、行,結(jié)論：,I,0,的,大小,由于主磁通遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于漏磁通，所以,x,m, x,1,，,或,Z,m,Z,1,。,當(dāng)忽略鐵耗時(shí)，空載電流的大小為：,2-2,變壓器的空載運(yùn)行,1. 空載電流的大小和相位,結(jié)論：,I,0,的,相位,由于,x,m,r,m,，所以,近于90,。,。,不考慮鐵耗時(shí),即：,滯后于,以90,。,。,2-2,變壓器的空載運(yùn)行,五、,空載電流分析,2. 空載電流的波形,當(dāng)磁路不飽和時(shí)，若不考慮鐵耗的影響，則空載電流全部為磁化電流，此時(shí),i,0,和成線性關(guān)系。當(dāng)磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，,i,0,也按正弦規(guī)律變化,。,2. 空載電流的波形,由于磁路飽和，空載電流 與由它產(chǎn)生的主磁通,呈非線

14、性關(guān)系。,當(dāng)磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，空載電流呈尖頂波形。,實(shí)際空載電流不是正弦波，但為了分析、計(jì)算和測(cè)量的方便，在相量圖和計(jì)算式中常用正弦的電流代替實(shí)際的空載電流。,2-2 變壓器的空載運(yùn)行,2. 空載電流的波形,討論：尖頂波的激磁電流可分解為基波及3，5，7等一系列奇次諧波，除基波外，主要是三次諧波， 如圖2-7所示。,2-2 變壓器的空載運(yùn)行,五、,空載電流分析,2. 空載電流的波形,結(jié)論：從上面分析可見，空載電流,i,0,不是正弦波，因此，用向量表示時(shí)，,必須取它的基波。但工程上為了便于測(cè)量和計(jì)算，常采用等效正弦波的,概念，即采用一個(gè)等效的正弦波來代替實(shí)際的空載電流。其等效條件如,下：,（

15、1）等效正弦波電流的頻率等于實(shí)際電流,i,0,的頻率。,（2）等效正弦波電流的有效值,I,0,等于實(shí)際電流,i,0,的有效值，即,（3）等效正弦波電流 的相位這樣來確定，它應(yīng)使得 與 相作用時(shí),被吸收的功率等于鐵耗，即,2-2 變壓器的空載運(yùn)行,六、變壓器空載運(yùn)行時(shí)的方程式、相量圖和等效電路,1. 五個(gè)基本方程式,2. 相量圖,討論：變壓器空載時(shí)功率因數(shù)很低，這是由于空載電流基本上是一個(gè)感性無功電流，即變壓器在工作時(shí)要從電網(wǎng)吸收一個(gè)滯后的無功電流進(jìn)行激磁。,2-2 變壓器的空載運(yùn)行,3. 等效電路,結(jié)論：,1）在忽略漏阻抗壓降的情況下，主磁通,m,的大小取決于電源電壓、頻率和原繞組的匝數(shù)，而與

16、磁路所用材料性質(zhì)和尺寸基本無關(guān)。,2）磁路的材料性質(zhì)、尺寸只決定產(chǎn)生,m,所需激磁電流,I,0,的大小，材料的導(dǎo)磁性能愈好，磁路截面積愈大，則,I,0,愈小。,3)磁路的飽和程度不僅影響激磁電流,I,0,的大小，而且影響激磁電流的波形，磁路愈飽和，則激磁電流愈大，而且波形愈尖。,4)在鐵芯變壓器里，由于有鐵耗， 與 不同相位，它們之間的夾角主要決定于鐵耗的大小。,2.3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行,一、 負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系,變壓器一次側(cè)接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次接上負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，稱為負(fù)載運(yùn)行。,2-3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行,二. 磁動(dòng)勢(shì)分析,變壓器的磁動(dòng)勢(shì)關(guān)系，或稱為磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系,2-3

17、 變壓器的負(fù)載運(yùn)行,2-3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行,討論：,1）變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，原邊電流可以看成由兩個(gè)分量組成，一個(gè)是激磁分量 ，它的主要作用是產(chǎn)生主磁通 ，另一個(gè)是負(fù)載分量 ，它的作用是產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì) ，用以抵消副邊磁動(dòng)勢(shì) ，從而基本保證激磁磁動(dòng)勢(shì) 不變。,2）變壓器通過電磁感應(yīng)作用進(jìn)行能量傳遞的原理：,若忽略原繞組的漏磁壓降，則 ，再考慮 ，得,因此,式中：負(fù)載時(shí)原繞組從電網(wǎng)增加輸入的一部分電功率傳遞到副繞組，變?yōu)楦崩@組獲得的電功率 。,2-3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行,三、負(fù)載運(yùn)行時(shí)基本方程式、等值電路,1. 電動(dòng)勢(shì)平衡方程式,2. 七個(gè)基本方程式,2-3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行,、等效電路：,2-3 變壓器

18、的負(fù)載運(yùn)行,四、變壓器的歸算值（匝數(shù)折合）,2-3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行,.匝數(shù)折合,折合,原則,：,1)原邊電路情況不變，即主磁場(chǎng) 不變；,2)副邊對(duì)原邊的影響不變，即副邊的磁動(dòng)勢(shì)不變；,3)有功和無功損耗不變。,折合方法,：用一匝數(shù)與一次繞組匝數(shù)相同的,二次繞組代替真實(shí)二次繞組,折合后變化規(guī)律,：,)凡是單位為伏的物理量（電動(dòng)勢(shì)、電壓等）的歸算值等于其原來的數(shù)值乘以k；,2)凡是單位為歐姆的物理量（電阻、電抗、阻抗等）的歸算值等于其原來的數(shù)值乘以k,2,；,3)電流的歸算值等于原來數(shù)值乘以1/k,2-3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行,2.,折合后,變壓器的等效電路、方程式、相量圖,“T”形等效電路。 “T

19、”形等效電路反映了變壓器的電磁,關(guān)系，因而能準(zhǔn)確地代表實(shí)際變壓器。,2-3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行,3.相量圖,2-3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行,.近似（簡(jiǎn)化）等效電路,2-3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行,簡(jiǎn)化等效電路：,式中：,r,k,、,x,k,和,Z,k,分別稱為變壓器的短路電阻、短路電抗和短路阻抗。,討論：,由簡(jiǎn)化等效電路可知,，,，當(dāng)發(fā)生穩(wěn)態(tài)短路時(shí)，,短路電流,，這個(gè)電流很大，可達(dá)額定電流的1020倍。,2-3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行,簡(jiǎn)化后相量圖,討論：,應(yīng)用基本方程式作出的向量圖在理論上是有意義的，但實(shí)際應(yīng)用較為困難。因?yàn)?，?duì)已經(jīng)制造好的變壓器，很難用實(shí)驗(yàn)方法把原、副繞組的漏電抗 和 分開。因此，在分析負(fù)載方

20、面的問題時(shí)，常根據(jù)簡(jiǎn)化等效電路來畫相量圖，如圖2-18所示。,2-3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行,結(jié)論：,基本方程式、等效電路和相量圖是分析變壓器運(yùn)行的三種方法。基本方程式概括了變壓器,中的電磁關(guān)系，而等效電路和相量圖是基本方程式的另一種表達(dá)形式，因此三者之間是一致的，究竟取哪一種表達(dá)形式，則視其具體情況而定進(jìn)行定量計(jì)算時(shí)，等效電路比較方便；討論各物理量之間大小和相位關(guān)系時(shí)，相量圖比較方便。,2-3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行,五、變壓器的功率平衡關(guān)系,2-4 變壓器的參數(shù)測(cè)定,1,、空載實(shí)驗(yàn),1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模呵蟪鲎儽?k,、空載損耗,p,0,和激磁阻抗,Z,m,。,2）實(shí)驗(yàn)原理圖：,額定鐵耗,空載銅耗很小,2-4

21、 變壓器的參數(shù)測(cè)定,空載實(shí)驗(yàn),3）實(shí)驗(yàn)步驟：,進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，高壓邊開路，低壓邊加上額定電壓,U,1N,，測(cè)量副邊電壓,U,20,、空載電流,I,0,及空載輸入功率,p,0,。,4）參數(shù)計(jì)算：,5）繪制空載特性曲線,2-4 變壓器的參數(shù)測(cè)定,注意：為了試驗(yàn)安全和儀表選擇方便，一般在低壓邊加 電壓，高壓邊開路。,2-4 變壓器的參數(shù)測(cè)定,空載實(shí)驗(yàn)（,討論）：,1）空載試驗(yàn)時(shí)，外加電壓和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都達(dá)到額定值，鐵心磁密以及鐵耗也是正常運(yùn)行時(shí)的數(shù)值。由于空載時(shí)原邊只有激磁電流，它引起的銅耗可以忽略不計(jì)。所以輸入功率,p,0,幾乎全部供給鐵耗,p,fe,。于是,p,0,p,fe,。,2）變壓器空載時(shí)的總阻

22、抗為Z,0,=,Z,1,+,Z,m,，由于Z,m, Z,1,，因此：,3）,如果是三相變壓器，在計(jì)算激磁阻抗時(shí)，都要用一相的功率、電壓和電流值來計(jì)算。,4）,由于激磁阻抗,Z,m,隨外加電壓的大小而變化，為了使測(cè)出的參數(shù)符合變壓器的實(shí)際運(yùn)行情況，空載試驗(yàn)應(yīng)在額定電壓下進(jìn)行。,5）,由于試驗(yàn)是在低壓側(cè)進(jìn)行的，故測(cè)得的參數(shù)是歸算到低壓方的數(shù)值，如果需要?dú)w算到高壓側(cè)，則必須乘以,k,2,。,2-4 變壓器的參數(shù)測(cè)定,2、短路實(shí)驗(yàn),1) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?求出負(fù)載損耗,p,k,、短路阻抗,Z,k,和短路電壓,u,k,。,2) 實(shí)驗(yàn)原理圖：,2-4,變壓器的參數(shù)測(cè)定,短路實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)步驟：,進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，副邊短路

23、，原邊通過調(diào)壓器接到電 源,試驗(yàn)時(shí)所加電壓必須比額定電壓低得,多，以原邊電流,達(dá)到或接近額定值為止。測(cè)量這時(shí)的電壓,U,k,，原邊電,流,I,k,，和輸入功率,p,k,。,參數(shù)計(jì)算：,2-4 變壓器的參數(shù)測(cè)定,注意事項(xiàng)：,為了便于測(cè)量，穩(wěn)態(tài)短賂試驗(yàn)通常將高壓繞組接到電源，低壓繞組直接短路,短路特性曲線,2-4 變壓器的參數(shù)測(cè)定,短路實(shí)驗(yàn),討論：,1）穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)原繞組電流達(dá)額定值，副繞組里電流也幾乎同時(shí)達(dá)額定值，這時(shí)繞組中的銅損耗相當(dāng)于額定負(fù)載時(shí)的銅。,從簡(jiǎn)化等效電路看出，當(dāng)副邊短路而原邊電流為額定值時(shí)，原邊電壓的大小等于變壓器漏阻抗上的壓降，因此,U,k,I,1N,z,k,很小。由于外

24、加電壓很低，鐵心里的主磁通很小，激磁電流以及鐵耗可以忽略，這時(shí)輸入功率,p,k,幾乎全部供給了繞組的銅耗，因此穩(wěn)態(tài)短路測(cè)出的損耗稱為負(fù)載損耗。,2）由于繞組的電阻隨溫度而變化，而短路試驗(yàn)一般在室溫下進(jìn)行，所以測(cè)得的電阻必須換算到基準(zhǔn)工作溫度時(shí)的數(shù)值，根據(jù)國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn)規(guī)定，油浸電力變壓器和電機(jī)的繞組應(yīng)換算由75的數(shù)值。,3）如果是三相變壓器，在計(jì)算激磁阻抗時(shí)，都要用一相的功率、電壓和電,流值來計(jì)算。,2-4 變壓器的參數(shù)測(cè)定,阻抗電壓,所謂阻抗電壓,是短路阻抗與原邊額定電流的乘積用原邊額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示，即,：,上式表明，,阻抗電壓就是變壓器短路電流達(dá)額定值時(shí)原邊所加電壓用原邊額定電壓百分?jǐn)?shù)表示

25、，故又稱短路電壓。它的有功分量,u,kr,無功分量,u,kx,分別為,:,討論：,1）,阻抗電壓標(biāo)在變壓器的銘牌上，它的大小反映在額定負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，漏阻抗壓降的大小，從運(yùn)行角度來看，希望阻抗壓降小一些，使變壓器輸出電壓隨負(fù)載變化波動(dòng)小一些。但阻抗電壓太小時(shí)，變壓器短路時(shí)電流太大，可能損壞變壓器。,2,）有功分量隨容量的增大而減小，無功分量則隨容量的增大而增大。,2-5 標(biāo)么值（p.u值）,標(biāo)么值,標(biāo)么值：,在工程計(jì)算中，把這些物理量表示成與某一選定的同單位的基值之比的形式，稱為標(biāo)么值。即,標(biāo)么值的表示方法：,在電機(jī)和變壓器中，常取額定值作為基值。為了區(qū)別標(biāo)么值和實(shí)際值，我們?cè)诟魑锢砹吭瓉淼姆?hào)

26、右上角加上,*,號(hào)以表示該物理量的標(biāo)么值。當(dāng)選用額定值為基值時(shí)，,原、副邊電壓、電流的標(biāo)么值為:,2-5 標(biāo)么值（p.u值）,標(biāo)么值,標(biāo)么值的表示方法(續(xù)）：,原、副繞組阻抗的基值分別取,相應(yīng)的原、副繞組漏阻抗的標(biāo)么值為 ：,即：,阻抗的標(biāo)么值等于額定電流在阻抗上產(chǎn)生的電壓降的標(biāo)么值,。,2-5,標(biāo)么值（p.u值）,采用標(biāo)么值具有下列優(yōu)點(diǎn)：,1,）不論變壓器的容量相差多大，用標(biāo)幺值表示的參數(shù)及性能數(shù)據(jù)變化范圍很小，這就便于對(duì)不同容量的變壓器進(jìn)行比較。,）在三相變壓器中，實(shí)際值和基值相線值一致，線值和相值的標(biāo)么值是相等的。,）用標(biāo)么值表示時(shí)，歸算值和未歸算值相等。例如：,2-5,標(biāo)么值（p.u值

27、）,采用標(biāo)么值具有下列缺點(diǎn)：,標(biāo)幺值的缺點(diǎn)是沒有單位，因而物理概念不明確，而且失去了利用量綱關(guān)系來檢查某些計(jì)算好是否正確的可能性。,例2-1 見教材p59頁,。,4）采用標(biāo)幺值后，各物理量的數(shù)值簡(jiǎn)化了。 采用標(biāo)么值，,各物理量額定值的標(biāo)么 值等于1，計(jì)算更加簡(jiǎn)便。,采用標(biāo)么值后，某些物理量具有相同的數(shù)值，例如,：,2-6 變壓器的運(yùn)行性能,1,、,變壓器的電壓調(diào)整率,所謂電壓調(diào)整率是指：,當(dāng)原邊接在額定頻率和額定電壓的電網(wǎng)上，空載時(shí)副邊電壓,U,20,與在給定負(fù)載功率因數(shù)下副邊電壓,U,2,的算術(shù)差，用副邊額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示的數(shù)值，即:,注：,變壓器負(fù)載后，由于變壓器內(nèi)部的漏阻抗壓降，導(dǎo)致副

28、邊電壓,U,2,與空載電壓,U,20,不相等，通常用電壓調(diào)整率來表示副邊電壓變化的程度。電壓調(diào)整率是表征變壓器運(yùn)行性能的重要數(shù)據(jù)之一，它反映了變壓器供電電壓的穩(wěn)定性。,2-6,變壓器的運(yùn)行性能,1、 變壓器的電壓調(diào)整率,推導(dǎo)：,在 的延長(zhǎng)線上作線段 及其垂線 ,有BAD,2,在一般變壓器中，由于 ，故可近似認(rèn)為,或 ，于是,變壓器的電壓調(diào)整率,若考慮 與 的差別，則電壓調(diào)整率為：,2-6,變壓器的運(yùn)行性能,討論：,1）,I,1,/,I,1N,=,I,2,/,I,2,N,稱為負(fù)載系數(shù)，額定負(fù)載時(shí)， 1；,2）電壓調(diào)整率隨著負(fù)載電流的增加而正比增加，此外還與短路阻抗和負(fù)載的功率因數(shù)有關(guān)。,3) 在

29、實(shí)際電壓中 ，故在純電阻負(fù)載時(shí)， 電壓調(diào)整率很小。在感性負(fù)載時(shí)，,U,為正 值.,若負(fù)載為容性，在,U,為負(fù)值，即負(fù)載時(shí)副邊電壓反而比空載電壓高。,2,、變壓器的損耗與效率,變壓器產(chǎn)生的損耗：負(fù)載損耗和鐵耗。,說明：1）,負(fù)載損耗與負(fù)載電流的平方成正比，因而負(fù)載損耗又稱可變損耗。,2,）鐵耗近似正比于,B,m,2,，在已制成的變壓器中近似正比于,U,1,2,。由于變壓器的原邊電壓一般保持為,U,1,U,1N,，故鐵耗又稱為不變損耗。,2-6,變壓器的運(yùn)行性能,2,、變壓器的損耗與效率,變壓器的效率：,輸出功率和輸入功率之比就是效率，即：,推導(dǎo)：,為簡(jiǎn)便起見，計(jì)算時(shí)作下列假定（滿足工程實(shí)際要求）

30、：,1）計(jì)算,P,2,時(shí)，忽略負(fù)載時(shí),U,2,的變化。即認(rèn)為：,2）認(rèn)為負(fù)載時(shí)的鐵耗等于額定電壓下的空載損耗,p,0,，即認(rèn)為從空載到負(fù)載， 主磁通基本不變，且忽略空載銅耗的影響，即：,P,fe,P,0,常數(shù),3）認(rèn)為額定負(fù)載時(shí)的負(fù)載損耗等于額定電流時(shí)的短路損耗。穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)時(shí)，外加電壓很低，故鐵心磁密很小，鐵耗可以忽略不計(jì)，因此短路損耗主要是負(fù)載損耗，由此可得：,2-6,變壓器的運(yùn)行性能,變壓器的損耗與效率,推導(dǎo)：,變壓器效率也是表征變壓器性能的重要指標(biāo)，它表征變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。,變壓器的損耗與效率,討論：1）,在一定性質(zhì)的負(fù)載下，效率隨負(fù)載系數(shù)而變化。,取不同的負(fù)載系數(shù)代入，可得,f,(

31、,),曲線，稱為效率特性，空載時(shí)輸出功率為零，所以,0,。,負(fù)載小時(shí)，空載損耗,p,0,占輸出功率的百分?jǐn)?shù)較大，效率很低。,負(fù)載增加時(shí)，,P,2,增加,上升。當(dāng)超過某一負(fù)載時(shí)，與,2,成正比的負(fù)載損耗增加很快，效率反而下降。這樣，效率有一最大值,。,2-6,變壓器的運(yùn)行性能,變壓器的損耗與效率,討論：,2)由于變壓器長(zhǎng)期接在線路上，鐵耗總是存在的，負(fù)載損耗隨負(fù)載變,化而變化，故鐵耗小對(duì)全年的平均效率有利。一般變壓器的最大效率,發(fā)生在,0.60.8左右。,max,的求?。?令,則產(chǎn)生最大效率的條件為：,即當(dāng)不變損耗等于可變損耗時(shí)，效率達(dá)到最大值。,本章小結(jié),根據(jù)變壓器內(nèi)部磁場(chǎng)的實(shí)際分布情況和所起

32、的作用不同，把磁通分為主磁通和 漏磁通兩部分。主磁通沿鐵心閉合，在原、副線圈內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，起傳遞能量 的媒介作用；漏磁通通過非鐵磁材料閉合，只起電抗壓降作用，而不直接參與 能量傳遞。,在變壓器中主要存在電動(dòng)勢(shì)平衡和磁動(dòng)勢(shì)平衡兩個(gè)基本電磁關(guān)系，負(fù)載變化對(duì)原邊的影響就是通過副邊磁動(dòng)勢(shì)起作用的。,在變壓器中，既有電路問題，又有磁路問題，且磁路和電路之間以及原邊電路 和副邊電路之間又有磁的聯(lián)系。為了把磁場(chǎng)的問題轉(zhuǎn)化成電路問題，引入了電 路參數(shù)激磁阻抗,Z,m,、,漏電抗,x,1,和,x,2,，,再經(jīng)過歸算，變壓器中的電磁關(guān)系就可 以用一個(gè)原、副邊之間有電流聯(lián)系的等效電路來代替。,分析變壓器內(nèi)部的電磁關(guān)

33、系可采用三種方法，基本方程式、等效電路和相量 圖。 基本方程式是電磁關(guān)系的一種數(shù)學(xué)表達(dá)式，相量圖是基本方程式的一種圖形表 示法，而等效電路是從基本方程式出發(fā)用電路來模擬實(shí)際變壓器，因此，三者 完全一致，知道了其中一種就可以推導(dǎo)出其它兩種。由于解方程式組比較復(fù)雜， 在實(shí)際工作中，如作定性分析可采用相量圖，如作定量計(jì)算，則采用等效電路。,無論列基本方程式、畫相量圖和等效電路，都必須首先規(guī)定各物理量的正方向。 正方向規(guī)定的不同，方程式中各物理量的符號(hào)和相量圖中各相量方向也不同。,激磁電抗,X,m,、,漏電抗,x,1,和,x,2,是,變壓器的重要參數(shù)，電路中的每一個(gè)電抗都于磁 場(chǎng)中的一個(gè)磁通相對(duì)應(yīng)。對(duì)

34、應(yīng)于主磁通,X,m,，,漏電抗,x,1,和,x,2,則,分別對(duì)應(yīng)于原、副 繞組的漏磁通，由于主磁通沿鐵心閉合，受磁路飽和的影響，故參數(shù),X,m,不是常 數(shù)。漏磁通主要通過非磁性物質(zhì)閉合，基本上不受鐵心飽和的影響，所以,x,1,和,x,2,基本上是常數(shù)。,電壓調(diào)整率,U,和,效率,是變壓器的主要性能指標(biāo)。,U,的,大小表明了變壓器運(yùn) 行時(shí)副邊電壓的穩(wěn)定性，效率,則,表明運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。參數(shù)對(duì),U,和,有很大 的影響，對(duì)已制成的變壓器，參數(shù)可以通過試驗(yàn)測(cè)出。從電壓調(diào)整率的觀點(diǎn)看， 希望短路阻抗,z,k,*,小,些，但,z,k,*,過,小，變壓器短路電流過大，短路電磁力亦大。因 此國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各種容量變壓器的,z,k,*,都,作了規(guī)定，一般而言，容量越大，電壓愈 高，,z,k,*,亦愈大。,本章結(jié)論對(duì)三相變壓器對(duì)稱運(yùn)行同樣適用，只是研究其中的一相而已。,