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变压器作业原理解说

发布时间:2021-07-04 10:34:12 作者:澳客体育比赛直播 来源:澳客体育比分网址

  第三章 变压器 变压器是一种摆摊电器,它经过线圈间的电磁感应,将 一种电压等级的沟通电能转换成同频率的另一种电压等 级的沟通电能. 第一节 变压器的作业原理、分类及和结构 第二节 变压器的空载运转 第三节 变压器的负载运转 第四节 变压器的等效电路及相量图 第五节 变压器参数的测定和标么值 第六节 变压器的运转特性 第七节 三相变压器 第八节 其它用处的变压器 变压器是一种摆摊电器,它经过线圈间的电磁感应,将 一种电压等级的沟通电能转换成同频率的另一种电压等 级的沟通电能。切当地说,它具有变压、变流、改换阻 抗和阻隔电路的效果。 例如,在电力死而复生顶用电力变压器把发电机宣布的电压升高 后进行远距离输电,抵达意图地今后再用变压器把电压下降供用 户运用; 在实验室用自耦变压器改动电源电压; 在丈量上运用仪用变压器扩展对沟通电压、电流的丈量规模; 在电子设备和仪器顶用小功率电源变压器供给多种电压,用 耦合变压器传递信号并阻隔电路上的联络等等。 变压器尽管巨细悬殊,用处各异,但其根本结构和作业原理 是相同的。 第一节 变压器的作业原理、分类及结构 一、变压器的根本结构 变压器的根本结构分为四个部分:①铁心—变压器的磁路;② 绕组—变压器的电路;③绝缘结构;④油箱等其它部分。 (一)铁心 铁心柱 铁轭 铁心由铁心柱和铁轭两部分组成。变压器的主磁路,为了 进步导磁功能和削减铁损,用厚为0.35-0.5mm、外表涂有绝 缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠成。 变压器的铁心中,每片硅钢片为拼接片。在叠片时,选用叠 接式,行将上下两层叠片的接缝错开,可缩小接缝空隙,以减小 励磁电流。如下图所示。 当选用冷轧硅钢片时,运用斜切钢片的叠装办法,可进步导 磁系数,下降损耗,如图3-5所示。 叠装好的铁心其铁轭用槽钢(或焊接夹件)及螺杆固定。铁 心柱则用环氧无纬玻璃丝粘带绑扎。 铁心柱的截面在小型变压器中选用方形。在容量较大的变压 器中,选用阶梯形截面,如图3-6所示。 铁轭的截面有矩形及阶梯形的,如图3-7所示,其截面一般 比铁心柱截面大(5~10)%,以减小空载电流和空载损耗。 (二)绕组 绕组是变压器的电路,一般用绝缘铜线或铝线(扁线或圆线) 绕制而成。 如下图所示有两组:一个绕组与电源相连,称为一次绕组 (或原绕组),这一侧称为一次侧(或原边);另一个绕组与负 载相连,称为二次绕组(或副绕组),这一侧称为二次侧(或副 边)。 U1 一次侧接电源 U2 u1 二次侧接负载 u2 关于三相变压器,依据两组绕组的相对方位,绕组可分为同 心式和交叠式两种,如以下两图所示。 同心式绕组 交迭式绕组 依据绕组和铁心的相对方位,变压器有壳式结构和心式结构 两种,如以下两图所示。 (三)其它结构部件 如下图所示,油浸式电力变压器的结构中还包含油箱、绝缘套 管、储油柜、安全气道等。 二、变压器的分类 按用处分:电力变压器和特种变压器。 按绕组数目分:单绕组(自耦)变压器、双绕组变压器、三 绕组变压器和多绕组变压器。 按相数分:单相变压器、三相变压器和多相变压器。 按铁心结构分:心式变压器和壳式变压器。 按调压办法分:无励磁调压变压器和有载调压变压器。 按冷却介质和冷却办法分:干式变压器、油浸式变压器和 充气式变压器。 按容量分:小型、中型、大型和特大型变压器。 我国变压器的首要系列:SJL1(三相油浸铝线电力变压器)、 SEL1(三相强油风冷铝线电力变压器)、SFPSL1(三相强油风 冷三线圈铝线电力变压器)、SWPO(三相强油水冷自耦电力变 压器)等。 衔接发电机与电网的升压变压器 衔接发电机的 关闭母线 与电网相连 的高压出线端 三相干式变压器 触摸调压器 电源变压器 环形变压器 操控变压器 三、变压器的作业原理 变压器的首要部件是一个铁心和套在铁 心上的两个绕组。两绕组只需磁耦合没电联 系。在一次绕组中加上交变电压,发生交链 一、二次绕组的交变磁通,在两绕组中别离 感应电动势e1、e2。依据电磁感应规则可写 出电动势的瞬时方程式: Φ i1 U1 u1 e1 e1 = - N1 dΦ dt e2 = - N2 dΦ dt i2 u1 e2 u2 ZL u2 U2 只需:(1)磁通有改动量;(2)一、二次绕组的匝数不同,就能 到达改动电压的意图。 四、变压器的额外值 额外容量 SN ( kVA ) 指铭牌规则的额外运用条件 下所能输出的视在功率。是 输出才能确保值。 单位:V·A、KV·A、MV·A 其实践输出功率取决于负载的大 小和性质,即P=Scosφ。 额外电压 U1N / U2N ( kV ) 指长时刻运转时所能接受的作业电压, 单位:V、KV。 U1N是指依据绝缘强度和 答应发热所规则的应加在一次 绕组上的正常电压有效值。 U2N是指一次侧加 额外电压时二次侧的开 路电压。 在三相变压器中额外电压为线 N ( A ) 指在额外容量下,变压器在接连运转时答应经过的 最大电流有效值。在三相变压器中指的是线电流。 单位:A 三者联系: 单相:SN U1N I1N U2 N I2 N 三相:SN 3 U1N I1N 3 U2 N I2 N 额外频率fN 指电源频率,我国规则规范工频为50Hz。 此外,额外值还有功率、温升等。除额外值外,铭牌上还标 有变压器的相数、联合组和接线图、短路电压(或短路阻抗)的 标么值、变压器的运转办法及冷却办法等。 为考虑运送,有时铭牌上还标有变压器的总重、油重、器身 重量和外形尺度等隶属数据。 第二节 变压器的空载运转 变压器的空载运转是指变压器一次绕组接在额外电 压的沟通电源上,而二次绕组开路时的作业状况。 一、空载运转时的物理状况 Φ主磁通 U1 u1 U2 i0 eσ1 e1 N1 N2 Φσ1漏磁通 i2=0 e2 u1 u02 u2 当变压器的一次绕组加上沟通电压u1时,一次绕组内便有一 个交变电流i0(即空载电流)流过,并树立交变磁场。 依据电磁感应原理,别离在一、二次绕组发生电动势e1、eσ1 和e2。 依据基尔霍夫电压规则,按上图所示电压、电流和电动势的 正方向,可写出一、二次绕组的电动势方程式为: u1=i0R1-e1-eσ1≈i0R1+N1dφ/dt u02=e2=-N2dφ/dt 在一般变压器中,电阻压降i0R1很小,仅占一次绕组电压 的0.1%以下,故可近似以为u1≈-e1。 设 Φ Φm sin ωt 则 e1 N1 dΦ dt 2 πfN1Φm sin(ωt -900 ) E1m sin(ωt 900 ) 有效值 E1 4.44 fN1Φm 同理,e2=2πfN2φmsin(ωt-90)=E2msin(ωt-90) 有效值 E2=4.44fN2φm . 相量表达式 E1 j4.44 f N1m . E 2 j4.44 f N 2 m 因而,可得出:E1/E2=N1/N2≈U1/U2=k 式中k为变压器的电压比,即变比。 界说 k E1 N1 U1 U1N E2 N 2 U 20 U 2 N K1变压器为降压变压器; K1变压器为升压变压器。 依据主电动势e1的剖析办法,相同有 E1σ 4.44 fN1Φ1σ E1σ j 4.44 fN Φ 1 1σm 漏电动势也能够用漏抗压降来标明,即 E1σ jωL1σ I0 jI0 X1 因为漏磁通首要经过非铁磁途径,磁路不饱满,故磁阻很大且为 常数,所以漏电抗 X很1 小且为常数,它不随电源电压负载状况而 变. 变压器空载运转时电动势平衡方程: (1)一次侧电动势平衡方程 ? ? ? ? U E E I 1 1 1 0 R1 ? ? ? ? U I I E ? 1 E1 0 R1 j 0 x1 1 I0Z1 疏忽很小的漏阻抗压降,并写成有效值办法,有 U1 E1 4.44 fN1Φm 重要公式 则 Φm E1 4.44 fN1 U1 4.44 fN1 可见,影响主磁通巨细的要素有电源电压和频率,以及一次 线)二次侧电动势平衡方程 U 20 E 2 二、空载电流和空载损耗 (一)空载电流 1. 效果与组成 空载电流i0包含两个重量: 一个是励磁重量(无功重量) iμ,称为磁化电流,效果是树立 磁场,与主磁通同相; 另一个是铁损耗重量iFe,称为铁耗电流,首要效果是供铁损耗 (磁滞损耗和涡流损耗),超前于主磁通90度,即与E1反相。 2、性质和巨细 性质:因为空载电流的无功重量远大于有功重量,所以空载电流 首要是理性无功性质——也称励磁电流。 巨细:与电源电压和频率、线圈匝数、磁路原料及几许尺度有关, 用空载电流百分数I0%来标明: I0 % I0 IN 100% 与两个重量的相量联系:I0=Iμ+IFE 一般IFE<10%I0,故 I0≈Iμ 3、空载电流波形 因为磁路饱满,空载电流 与由它发生的主磁通呈非 线性联系。 因而,当主磁通按正弦 t i0 规则改动时,空载电流 321 呈尖顶波形。 1 2 i0 3 实践空载电流为非正弦波,但为了剖析、核算和丈量的便利,在 相量图和核算式中常用正弦的电流替代实践的空载电流。 (二)空载损耗 变压器空载运转时,一次绕组从电源中吸取了少数的电功率 P0,首要用来补偿铁心中的铁耗以及少数的绕组铜耗,能够为 P0 ≈pFe。 空载损耗约占额外容量的0.2%~1%,并且随变压器容量的 增大而下降。为削减空载损耗,改善规划结构的方向是选用优 质铁磁资料:优质硅钢片、激光化硅钢片或运用非晶态合金。 三、空载时的相量图和等效电路 1、相量图 依据一次侧电动势平衡方程: U I I E ? ? 1 E1 ? 0 R1 j ? 0 x1 ?1 I0Z1 二次侧电动势平衡方程: U 20 E 2 可作出变压器空载时的相量图: jI0 X1 U 1 R1 I0 E 1 I0 I0a Φ m (1)以Φ m为参阅相量 (2)I0r与Φ m同相,I0a 超前 900,I0 I0r I0a (3)E 1 , E 2 滞后 Φ m 90,0 E1; (4) R1 I0 , jI0 X 1 (5) U 1 E 2 I0r E 1 2、等效电路 ? ? ? ? U I I E 由公式: ? 1 E1 0 R1 j 0 x1 1 I0Z1 可知 空载变压器能够看作是两个电抗线圈串联的电路。 其间一个是没有铁 心的线; 另一个是带有铁心 的线圈,其阻抗为 Zm=Rm+jXm 即 E1 I0 (Rm jX m ) I0 Zm 一次侧的电动势平衡方程为 U1 E1 I0 (Rm jXm ) ZI01 (R1 jX1 ) I0 Rm , X m , Zm 励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。因为磁路具有饱 和特性,所以Zm Rm 不jX是m常数,随磁路饱满程度增大而减小。 因为 Rm R1 , Xm,所X以1 有时疏忽漏阻抗,空载等效电路仅仅一个 元件的电Z路m 。在 必定的情U况1 下, 巨细取决于I0 的巨细。从Z运m 行视点讲,期望 越小越好,所I以0 变压器常选用高导磁资料,增 大 ,减小 ,进步Z运m 行功率I和0 功率因数。 空载运转小结 (1)感应电动势E的巨细与电源频率f、绕组匝数N及铁心中主 磁通的最大值φm 成正比,在相位上滞后发生它的主磁通90度。 而主磁通的巨细由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决议,与 磁路所用资料的性质及几许尺度根本无关。 (2)电抗是交变磁通所感应的电动势与发生该磁通的电流的比 值,线性磁路中,电抗为常数,非线性电路中,电抗的巨细随磁 路的饱满而减小。 (3)空载电流巨细与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关。铁 心的饱满程度越高,则磁导率越低,励磁电抗越小,空载电流越 大。因而要合理挑选铁心截面,使磁通密度Bm为最大。 (4)铁心所用资料的导磁功能越好,则励磁电抗越大,空载电 流越小。因而变压器的铁心均用高导磁的资料硅钢片叠成。 (5)气隙对空载电流影响很大,气隙越大,空载电流越大。因 此要严格操控铁心叠片接缝之间的气隙。 第三节 变压器的负载运转 变压器一次侧接在额外频率、额外电压的沟通电源上,二次 接上负载的运转状况,称为负载运转。 一、负载运转时的物理状况 A I1 U 1 E 1 E 1σ X m 1 2 I2 a E 2 E 2 U 2 ZL x 用图示负载运转时的电磁进程 U 1 I1 U 2 I2 F1 N1I1 F2 N 2 I2 F0 N1I0 R1I1 1 E1 E1 0 E 2 2 E 2 R2 I2 二、负载运转时的根本方程式 (一)磁动势平衡方程式 空 次 不载 磁 变,时 动由,势一空F次载2共磁到同动负作势载用F,0产 产0大生 生小主0基.磁本0大通不小0变;主,负因要载此取时有决一磁于次动 U1磁势,只动平要势衡FU11方 和保程 二持: F1 F2 F0 或 N1I1 N2 I2 N1I0 用电流办法标明 I1 I0 ( N2 N1 ) I2 I0 ( I2 k ) I0 I1L 产表生明主: 变磁压通器;另的一一个次是电负流载包分括量两I个1L ,分它量起平: 一衡个二是次励磁磁动电势流的I0作,它用用。来 电磁联系将一、二次联络起来,二次电流添加或削减必定引起一 次电流的添加或削减. 负载运转时,疏忽空载电流有: I1 I2 k 或 I1 I2 1 k N2 N1 标明,一、二次电流比近似与匝数成反比。可见,匝数不同, 不仅能改动电压,一起也能改动电流。 (二)电动势平衡方程式 依据基尔霍夫规则可得: . .. .. U1 E1 I1(R1 jx1 ) E1 I1 Z1 . .. .. U 2 E2 I 2(R2 jx2 ) E2 I 2 Z 2 . . 或 U2 I2 ZL 综上所述,变压器负载运转方程式总结为: . . . I. 1N 1 I. 2 N 2. I 0 N 1 U. 1 . E 1 . I 1Z 1 U 2. E.2 I 2Z 2 . E 1 I.0Zm E1 KE2 第四节 变压器的等效电路及相量图 一、绕组折算 因为变压器一、二次侧绕组的匝数为N1N2,绕组的感应 电动势E1E2,这就给剖析变压器的作业特性和凹凸相量图 添加了困难。为了战胜这个困难,常用一设想的绕组来替代其 中一个绕组,使之成为变比k=1的变压器,这样就能够把一、 二次侧绕组联成一个等效电路,然后大大简化变压器的剖析计 算。这种办法称为绕组折算。折算后的量在本来的符号上加一 个上标号“′”以示差异。折算仅仅人为地处理问题的办法,它 不会改动变压器运转时的电磁实质。 需求留意的一点是:习惯上,咱们都是将变压器二次侧数据折 算到一次测。 (一)二次侧电动势和电压的折算值 因为折算后的二次绕组和一次绕组有相同的匝数,依据电动势 与匝数成正比的联系可得: E2 N 2 N1 k E2 N2 N2 E 2 KE 2 E1 (二)二次侧电流的折算值 依据折算前后一二次绕组磁动势不变的准则,可得: N1I 2 N 2 I 2 I2 N1 N2 I2 I2 k (三)二次侧阻抗的折算值 依据折算前后二次绕组的铜损耗不变的准则,可得: R 2 ( I2 I 2 )2 R2 k 2R2 由折算前后漏磁通及无功损耗不变,得 所x以2 , (漏II22阻)抗2 x的 2折算k 2值x为2: Z 2 R2 jx 2 k 2(R2 jx 2) k 2Z 2 负载阻抗的折算值: k Z L U2 kU 2 2 ZL I 2 1 I 2 k 二、等效电路 依据折算后的方程,能够作出变压器的等效电路。 T型等效电路: 近似等效电路 R1 X1 R2 X 2 R1 X1 R2 X 2 U 1 I1 I0 Rm I2 U 2 I1 Z LU1 Xm I1L I2 U 2 ZL 简化等效电路: RS X S I1 I2 U 1 U 2 Z L 其间 RS R1 R2 X S X1 X 2 ZS RS jX S 别离称为短路电阻、短路 电抗和短路阻抗。 由简化等效电路可知,短路阻抗起约束短路电流的效果,由 于短路阻抗值很小,所以变压器的短路电流值较大,一般可达额 定电流的10~20倍。 三、变压器负载时的相量图 作相量图的过程——对 应T型等效电路, 假定 变压器带理性负载。 12 )U 1 11) jX 1I1 9) E1 2 )I2 1 )U 2 3 )I2 R2 4 ) jX 2I2 10 ) I1 R1 8)I1 I0 (I2 ) 7) I0 6) m超前E1900 5)E2 E1 作相量图的过程(假定带理性负载)——对应简化等效电路 由等效电路可知 U2 I2 Z2 I1 I2 U1 U2 I1RS jX S I1 U 1 依据方程可作出简化相量图 jI1 X S I1 I2 I1 RS U 2 2 第五节 变压器参数的测定和标么值 一、空载实验 (一)意图:经过丈量空载电流和一、二次电压及空载功率来计 算变比、空载电流百分数、铁损和励磁阻抗。 (二)接线图: (三)要求及剖析: * *W A ~V 1)为了便于丈量和安全,一般在 低压侧加电压,高压侧开路; V 向 2I0)电 调 压 节 f (U,U测11在出 )和0U~P2001,.2IU0f和(NU范 P01 ,围 )画 曲内出 线 U1N I0 % I0 I1 N 100% Zm U1N I0 Rm P0 I 2 0 Xm Z 2 m Rm2 5)空载电流和空载功率有必要是额外电压时的值,并以此求取励 磁参数; 6)若要得到高压侧参数,须折算; 7)对三相变压器,各公式中的电压、电流和功率均为相值。 二、短路实验 (一)意图:经过丈量短路电流、短路电压及短路功率来核算变 压器的短路电压百分数、铜损和短路阻抗。 (二)接线图: (三)要求及剖析: * *W A ~V 1)高压侧加电压,低压侧短路; U02PS)~S通,1I.过S3f和I(调 NUP范SS节,)围画 曲电内出 线压I变 ;,让S 化 短,f测路( U出电S 对)流和I应S 在的 3)一起记载实验室的室温; 4)因为外加电压很小,主磁通很少,铁损耗很少,疏忽铁损, 以为: PS pCu 5)参数核算 数据成果:在短路状况下, 短路阻抗: Zk Uk IN1 短路电阻: Rk pk I N12 短路电抗: Xk Zk2 Rk2 6)温度折算:电阻应换算到基准作业温度时的数值。 235 75 Rk75℃ =Rk 235 (对铜线C x2 (对铝线而言) 短路损耗和短路电压也应换算到75℃的值 PkN = I2N1 Rk75℃ UkN = IN1 Zk75℃ 留意:别的因为实验是在高压侧进行的,故得到的实验参数是高 压侧的数据,不必再向高压测折算。 7)对三相变压器,各公式中的电压、电流和功率均为相值; 三、标么值 在工程核算中,各物理量往往不必实践值标明,而选用相应的 标幺值来进行标明,一般取各量的额外值作为基值,运用公式: 标么值=实践值/基值核算,各物理量的标幺值都用在其右上角 加“*”标明。 例如: U* 1 U1 UN1 I* 1 I1 IN1 标幺值常常作为重要参数标示在变压器的铭牌上。 选用标幺值的长处: 1.选用标么值能够简化各量的数值,并能直观地看出变压器的运转 状况。用标么值标明,电力变压器的参数和功能目标总在必定的范 围之内,便于剖析比较。 2.选用标么值标明时,高、低压侧的阻抗标么值都是持平的,不需 Z Z 要折算 ,例如: * 1 。 * 2 缺陷: 标么值没有单位,物理含义不明确。 第六节 变压器的运转特性 一、变压器的电压调整率和外特性 1)电压调整率 是指当一次侧接在额外电压的电网上,负载的功率因数为常 数时,空载与负载时二次侧端电压改动的相对值,用△U*标明。 即: U * U N1U 2 U N1 电压调整率是表征变压器运转功能的重要目标之一,它巨细反 映了供电电压的稳定性。 用相量图能够推导出电压改动率的表达式: U*I1*(Rk*cos2 Xk*sin2)100% 由表达式可知,电压调整率的巨细与负载巨细、性质及变压 器的自身参数有关。 2)变压器的外特性 变压器在负载运转中,跟着负载的添加,负载电流随之增 加,一、二次绕组上的电阻压降及漏磁电动势都随之添加,二次 绕组的端电压U2将会下降。 当 电 源 电 压 和 负 载 功 率因 数 一 U * 2 cos(2) 0.8 定 时,二 次 端 电 压 随 负 载 电 流变 化 的 1.0 规 特 律,即U 性. 2 f ( I2 ),称为变压器的外 cos2 1 cos2 0.8 I * 2 ( ) 0 1.0 当变压器带阻性负载(2 0 )和阻理性负载(2 0 )时,U为 正值,这时二次端电压比空载时低;带阻容性负载(2 0 )时,U可 能为正 ,也或许 为负 值.当 X * s sin2 R*s cos2时U为负值,阐明二 次电压比空载时高. 3)电压调整 为了确保二次端电压在答应规模之内,一般在变压器的高压侧 设置抽头,并装设分接开关,调理变压器高压绕组的作业匝数,来调 节变压器的二次电压。 中、小型电力变压器一般有三个分接头,记作UN ±5%。大型电力变压器选用五个或多个分接头,例UN ±2x2.5%或UN ±8x1.5%。 分接开关有两种办法:一种只能在断电状况下进行调理,称 为无载分接开关-----这种调压办法称为无励磁调压;另一种能够 在带负荷的状况下进行调理,称为有载分接开关-----这种调压方 式称为有载调压。 二、变压器的损耗与功率 1)变压器的损耗 变压器的损耗首要是铁损耗和铜损耗两种。 铁损耗包含根本铁损耗和附加铁损耗。根本铁损耗为磁滞损 耗和涡流损耗。附加损耗包含由铁心叠片间绝缘损害引起的部分 涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。 铁损耗与外加电压巨细有关,而与负载巨细根本无 关,故也称为不变损耗。 铜损耗分根本铜损耗和附加铜损耗。根本铜损耗是在电流在 一、二次绕组直流电阻上的损耗;附加损耗包含因集肤效应引起 的损耗以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。 铜损耗巨细与负载电流平方成正比,故也称为可变 损耗。 2)变压器的功率 功率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。 = P2 100% P1 功率巨细反映变压器运转的经济功能的好坏,是表征变压器 运转功能的重要目标之一。 p2 100% ( p1 p ) 100% (1 pFe pCu ) 100% p1 P1 p2 pFe pCu 依据上式,可经过空载实验和短路实验,求出变压器的铁心 损耗和铜损,然后核算功率。 对上式选用以下几个假定: 1)以额外电压下的空载损耗p0作为铁心损耗pFe,并以为铁耗不 随负载发生改动。 2) 以额外电流时的短路损耗PKN作为铜损耗PCu,并以为铜耗与 负载电流的平方成正比。 3)因为变压器的电压调整率很小,负载时U2的改动能够不考虑。 因而: P2 mU 2I2 cos2 功率公式能够写成: (1 p0 I 2*2 pKN )100% I 2* SN cos2 p0 I 2*2 pKN 变压器功率与负载的巨细及功率因数有关。 功率特性:在功率因数必守时,变 压器的功率与负载电流之间的联系 η=f(I2),称为变压器的功率特性。 特性剖析: 1.空载时输出功率为零,所以η=0。 max 2.负载较小时,损耗相对较大,功率η 较低。 0 3.负载添加,功率η亦随之添加。超越 某一负载时,因铜耗与负载电流的平 方成正比增大,功率η反而下降,最 大功率η不必定出现在额外负载处, 最高功率ηmax出现在变压器的不变 为了进步变压器 损耗等于可变损耗时,即: 的运转效益,规划时 I2*= p0 pkN 应使变压器的铁损耗 小些。 第七节 三相变压器 一、三相变压器的磁路死而复生 (一)三相变压器组 U1 u 特色是:三相磁路 互相无关。 U2 V1 v V2 W1 w W2 (二)三相心式变压器 特色是:三相磁路 互相有相关。 U1 u V1 v w W1 U2 V2 W2 u1 v1 w1 u2 v2 w2 二、三相变压器的电路死而复生-联合组 (一)变压器的端头标号 绕组 单相变压器 称号 首端 结尾 高压 绕组 U1 U2 低压 绕组 u1 u2 三相变压器 首端 结尾 U1、V2、W1 U2、V2、W2 u1、v1、w1 u2、v2、w2 中性 点 N n 中压 绕组 U1m U2m U1m、V1m、 W1m U2m、V2m、 W2m Nm (二)单相变压器的极性 U1 * U2 u1 * u2 U1 * U2 u2 u1 * U1 u1 U2 u2 一、二次绕组的同极性端 同标志时,一、二次绕组 的电动势同相位。 U1 * U2 u2 * u1 U1 * U2 u1 u2* U1 U2 u2 u1 一、二次绕组的同极性端 异标志时,一、二次绕组 的电动势反相位。 (三)三相变压器的衔接组别 1、联合组的界说 界说:按一、二次侧线电势的相位联系,把变压器绕组的 衔接分红各种不同的组合,称为绕组的联合组。 2、联合组的表达办法 在三相变压器中,关于一次绕组或二次绕组,主 要选用星型和三角形两种联合办法。我国出产的 三相电力变压器常用Y,yn、Y,d、YN,d等三种联 结。 3、联合组别号的断定办法 (1)时钟标明法 12 1 2 9 3 8 4 76 5 将一次侧线电势的向量作为 时钟的分针,一直指向12 (0)点;二次侧线电势的 向量作为时钟的时针,它所 指的钟点即为变压器的联合 组别号。 挂钟上时刻确实定是由分 针和时针在顺时针方向的 夹角确认的。 (2)断定的过程 ①绕组的衔接办法 U VW 各相绕组结尾衔接在一起,首端 引出为星型衔接。 U VW 各相绕组首、结尾顺次衔接在一 起构成回路,首端引出为星型连 接。 ②相序的断定 U VW 关于星型衔接U、V、W为顺向序, 做向量图是依照顺时针方向画图。 V . EU U . EV . Ew W 关于星型衔接,逆相序时,做向量 图仍然依照顺时针方向画图。 WVU V . EV . Ew W . EU U U VW 关于三角型衔接U、V、W为顺向 序,做向量图是依照顺时针方向画 图。 V . . EU EV U . W Ew UVW 关于三角型衔接为逆向序时,做向 量图是依照逆时针方向画图。 V . . EV EW U . W EU ③同名端的判别 同名端是指一、二次侧绕组相电动势间的极性关 系,用“.”符号。极性相一起为同名端,对应相 电势同向反。之为非同名端,对应相电势反向。 U . EU . Eu u . EU . Eu ④作向量图断定组别号 U VW u vw V . EUV v . EV . Euv . . EU . Ew U u Eu w W 组别号为:Y,y0 U VW V . EUV . EV w .U Eu u . EU . Ew 180° W . Euv v 组别号为:Y,y6 U VW V . EUV . Eu 30° v. EU U u W w 组别号为:Y,d1 U VW V . EUV .v Euv w. U u . Eu EU W 330° 组别号为:Y,d11 UVW V . EUV . w EU 180° . u EuV . EV Uv . EW . EV W 组别号为:D,d6 思考题 有一三相变压器,其一、二次绕组的同名端及端点符号如图 所示,试把该变压器连成Y,d7。 U VW V . EUV . . EU Euv . U u W v Eu U VW v wu Y,d7 V . EUV w . . EuvU . u EU vEv W 有一三相变压器,其一、二次绕组的同名端及端点符号如图 所示,试把该变压器连成D,d4。 UVW . EUV V . V uw .u Euv W . EU Ev 120° Uvu . W vEuv (四)联合组别号的特色及运用 1、特色: ①当变压器一、二次侧绕组衔接办法都为星型时, 可得0、2、4、6、8、10、六个偶数组号。 ②当变压器一次侧绕组衔接办法为星型,二次绕 组衔接办法为三角型时,可得1、3、5、7、9、 11六个奇数组号。 2、运用: 为了制作和并联运转时的便利,我国规则 Y,yn0;Y,d11;YN,d11;YN,y0;Y,y0等五种作为三 相电力变压器的规范联合组。 三、三相变压器的联合法和磁路死而复生对电动势波形的影 响 单相变压器,当磁路饱满时,u1为正弦波,Φ和e1也是正 弦波,而i0为尖顶波——分解为基波i01和三次谐波i03(疏忽其 它高效次谐波)。 对三相变压器,因为绕组的衔接办法不同,i0 中或许i03 ,使 Φ和e1为非正弦波——相同可分解为基波和三次谐波(疏忽其它 高效次谐波) 。 i0中有无i03 ,看电路衔接中有无i03通路,Y衔接中,无i03通 路,i0为正弦波;YN或D衔接,i03能够在绕组中流过,i0为尖顶波。 Φ中有无Φ3 ,看磁路结构,三相组式变压器, Φ3能够在 铁心中流过, Φ为平顶波;三相心式变压器, Φ3不能在铁心 中流过,只能凭借油和油箱壁等构成回路,磁路磁阻很大, Φ3 很小, Φ根本为正弦波。 (一)Y,y联合的三相变压器的电动势波形 一次侧Y接线为正弦波,磁通Φ应为平顶波。 1、对三相变压器组,Φ3能够在铁心中存在,所以Φ为平顶波, 感应电动势e 为尖顶波,其间的三次谐波幅值可达基波幅值的 45%~60%,使相电动势的最大值升高许多,或许击穿绕组绝 缘,因而,三相组式变压器不选用Y,y衔接。 (2)对三相心式变压器,Φ3不能在铁心中流过,只能凭借油 和油箱壁等构成回路,磁路磁阻很大, Φ3很小, Φ根本为正弦 波,感应电动势 e 也根本为正弦波 。但经过油箱壁时将发生涡 流损耗,形成部分过热,下降变压器的功率,因而,容量不大 于1600kVA的三相心式变压器,才答应选用Y,d联合。 (二)D,y衔接的三相变压器的电动势波形 一次侧D接线为尖顶波,磁通Φ应为正弦 波,感应电动势 e 也为正弦波 。 (三)Y,d衔接的三相变压器的电动势波形 一次绕组Y衔接, i03=0, i0为正弦波,Φ应为平顶波,其间 的Φ3在二次绕组中感应电动势e23,并在D内发生i23。i23树立 的磁通Φ23大大削弱Φ3的效果,因而组成磁通和电动势均挨近 正弦波。 定论: (1)变压器一次侧是YN衔接时,电动势波为正弦。 (2)变压器有一侧是D衔接时,电动势波为正弦。 (3)同路相电动势是否为正弦波,但线电动势必定是正弦波。 (4)若必定需求Y,y衔接,则能够添加第三绕组,选用D接线。 四、变压器的并联运转 并联运转是指将几台变压器的一、二次绕组别离接在一、 二次侧的公共母线上,共同向负载供电的运转办法。 并联运转的长处: 1、进步供电的牢靠性; 2、能够依据负载的巨细调整投入并联运转变压器的台数, 以进步运转功率。 3、进步供电的经济性。 并联运转的抱负状况: 1、空载时各变压器绕组之间无环流; 2、负载时,各变压器的负载系数持平; 3、负载后,各变压器的负载电流与总的负载电流同相位。 为了到达上述抱负运转状况,并联运转的变压器需满意 以下条件: 1、各台变压器一、二次侧的额外电压应别离持平,并且各台变 压器的变比应持平; 2、各台变压器的联合组别有必要相同; 3、各台变压器的短路阻抗(或短路电压)的标么值要持平。 其间,第二条有必要肯定满意。 (一)变比不等时变压器的并联运转 kI kZISII 变比不等的两台变压器并联运转 时,二次空载电压不等。折算到 二次侧的等效电路如图所示。 U 1 由等效电路能够列出方程式: kI IILLIII U 1 k II Z S II IC I2 U 2 ZL I = I I + I II U1 kI - U2 = I I Z SI U1 k II - U2 = I II Z SII 则二次侧电流为: U1 - U1 II = kI kII Z SI + Z SII + Z SII Z SI + Z SII I = IC + I LI U1 - U1 I II = kI kII Z SI + Z SII + Z SI Z SI + Z SII I = - IC + I LI 当变压器的变比不等时,在空载时,环流 IC就存在。变比 差越大,环流越大。因为变压器的短路阻抗很小,即便变比 差很小,也会发生很大的环流。环流的存在,既占用了变压 器的容量,又添加了变压器的损耗,这是很晦气的。 为了确保空载时环流不超越额外电流的10%,一般规则并 联运转的变压器的变比差不大于1%。 (二)联合组别不一起变压器的并联运转 衔接组别不一起,二次侧线%,因为变压器的短路阻抗很小, 这么大的电压差将发生几倍于额外电流的空载环流,会焚毁 绕组,所以联合组别不同绝不答应并联。 (三)短路阻抗标么值不等时变压器的并联运转 等效电路如图所示。 由等效电路可知: I I Z SI = I II Z SII ZSI IIIII II I NI ZSI = III I NII ZSII I NI U N I NII U N U1 k I : II = 1 Z * SI : 1 Z* SII Z S II U 2 ZL 可见,各台变压器所分管的负载巨细与其短路阻抗标么值 成反比。 为了充沛变压器的容量,抱负的负载分配,应使各台变压 器的负载系数持平,并且短路阻抗标值持平。 为了使各台变压器所承当的电流同相位,要求各变压器的 短路阻抗角持平。一般来说,变压器容量相差越大,短路阻抗 角相差也越大,因而要求并联运转的变压器的最大容量之比不 超越3:1。 变压器运转规程规则:在任何一台变压器不过负荷的情 况下,变比不同和短路阻抗标么值不等的变压器能够并联运 行。又规则:阻抗标么值不等的变压器并联运转时,应适当 进步短路阻抗标么值大的变压器的二次电压,以使并联运转 的变压器的容量均能充沛运用。 第八节 其它用处的变压器 一、自耦变压器 把一般双绕组变压器的高压绕组和低压绕组串联衔接,便构成 一台自耦变压器,如图所示。正方向规则与双绕组变压器相同。 二、仪用互感器 电压互感器和电流互感器又称仪用互感器,是电力死而复生中使 用的丈量设备,其作业原理与变压器根本相同。运用互感器的 意图是: 1、使丈量回路与被测高压电网阻隔,以保证作业人员和测验设 备的安全; 2、与小量程的规范化电压表和电流表合作丈量高电压、大电流; 3、为各类继电保护和操控死而复生供给操控信号。 电 流 互 感 器 留意:电流互 感器二次绕组 不能开路有必要 牢靠接地。 电 压 互 感 器 留意:电压互 感器二次绕组 不能短路有必要 牢靠接地。 压电 变焊 压变 器压 。器 实 际 上 是 一 台 降