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
立博中国
