第二篇變壓器第1頁，課件共84頁，創作于2023年2月

發電廠發出的電能（10.5～20KV）升壓變壓器高壓電輸電線用電區降壓變壓器配電電壓→送到各用電區配電變壓器降到用戶電壓圖1-1簡單的電力系統圖第2頁，課件共84頁，創作于2023年2月２．變壓器的分類一般分為電力變器和特種變壓器兩大類。電力變壓器是電力系統中輸配電的主要設備，容量從幾十KVA～幾十萬KVA。電力變壓器按用途分：（1）升高變壓器（2）降壓變壓器（3）配電變壓器（4）聯絡變壓器按結構分：（1）雙繞組變壓器（2）三繞組變壓器（3）自耦變壓器按相數分：單相、三相、多相變壓器第3頁，課件共84頁，創作于2023年2月

1-2電力變壓器的主要結構部件1、油浸式變壓器變壓器器身放在灌滿油的油箱內，稱油浸式。一、二次繞組：輸入電能的繞組稱為一次繞組(或原繞組)；輸出電能的繞組稱為二次繞組(或副繞組)，它們通常套裝在同一心柱上。高、低壓繞組:電壓較高的繞組稱為高壓繞組；電壓較低的稱為低壓繞組。對于升壓變壓器，一次繞組為低壓繞組，二次繞組為高壓繞組；對于降壓變壓器，情況恰好相反，高壓繞組的匝數多、導線細；低壓繞組的匝數少、導線粗。鐵心和繞組是變壓器的主要部分，稱器身。第4頁，課件共84頁，創作于2023年2月圖1-3油浸式電力變壓器1-訊號式溫度計；

2-銘牌；

3-吸濕器；

4-儲油柜

5-油表

6-安全氣道

7-氣體繼電器

9-低壓套管

10-分接開關

11-油箱

12-鐵心

13-放油閥門14-線圈及絕緣

15-小車

16-接地板

8-高壓套管第5頁，課件共84頁，創作于2023年2月2、干式電力變壓器將變壓器采用環氧樹脂澆注成為一個整體，稱為干式。目前在35KV及以下電壓等級的配電系統廣泛使用。1-3變壓器的發熱與溫升變壓器運行時,繞組有銅耗,鐵耗以及附加損耗,這些損耗,一方面影響變壓器的效率,一方面轉變為熱能,導致變壓器本身的溫度升高,還把熱量散發到周圍介質中去.各部分的溫度對絕緣材料影響很大.決定變壓器運行時溫度高低的因素有二:一是變壓器的總損耗二是其散熱能力.當發熱量=散熱量時,變壓器各部分的溫度達穩定值.溫升:變壓器運行時各部分溫度穩定時與周圍環境冷卻介質溫度之差.變壓器帶額定負載長期運行時,各部分的溫升不應超過國家標準規定的數值。保證工作年限為(20-30年),我國規定了環境最高溫度為40℃,溫升指比環境溫度40℃高出的數值.第6頁，課件共84頁，創作于2023年2月1-4變壓器的額定數據1．額定容量kVA2．額定電壓V，kV3．額定電流A4、相數、繞組聯結圖與聯結標號5．額定頻率HZ額定值之間的關系：單相變壓器：三相變壓器：例2-1一臺三相雙繞組變壓器，額定容量，一二次額定電壓。求一二次額定電流。

第7頁，課件共84頁，創作于2023年2月第二章變壓器的運行分析

2-1變壓器的各電磁量正方向單相變壓器的示意圖（1）規定各量的方向僅為參考方向，并不代表實際方向。

與規定的正方向符合右手定則。

（2）

第8頁，課件共84頁，創作于2023年2月若說明變壓器從電源吸收的有功功率變壓器從電網中吸收無功功率

說明變壓器輸出有功功率。

說明變壓器輸出無功功率反之吸收無功功率

一次繞組中感應電勢：

二次繞組中感應電勢：第9頁，課件共84頁，創作于2023年2月2-2單相變壓器空載運行空載運行：原繞組接交流電源上，二次繞組開路，稱為～單相變壓器空載運行時的示意圖A→X只是參考相量，不表示該量瞬時的實際方向。第10頁，課件共84頁，創作于2023年2月主磁通、漏磁通空載電流：一次側接至交流電網，二次側開路時，一次繞組中的電流。空載磁勢（勵磁磁勢）：

主磁通：與一次繞組與二次繞組同時相交鏈的磁通，磁路為鐵芯，是變壓器能量傳遞的媒介。漏磁通：只與自身繞組相交鏈的磁通，只占總磁通的（0.1-0.2）%,沿空氣閉合,只起電壓降作用,不能傳遞能量.瞬時表達式：第11頁，課件共84頁，創作于2023年2月1、主磁通感應電動勢２、相量表達式：電動勢的大小與磁通的交變頻率、繞組匝數以及磁通幅值成正比。當頻率、匝數一定時，其大小取決于主磁通的幅值。第12頁，課件共84頁，創作于2023年2月3、漏磁通感應電動勢相量表示：

漏磁通路徑主要是空氣，其磁阻為常數，所以在頻率一定時，為常數，第13頁，課件共84頁，創作于2023年2月4、空載運行電壓方程一次繞組：二次側

空載電流不超過額定電流的10%，所以忽略一次繞組的漏阻抗壓降。結論：變比：第14頁，課件共84頁，創作于2023年2月變比5、勵磁電流：空載電流又稱勵磁電流空載電流兩個分量：

第15頁，課件共84頁，創作于2023年2月6.變壓器空載運行的相量圖以作為參考相量滯后于

表明空載時

很低，從電網中吸收大量的無功功率吸收的有功功率：

第16頁，課件共84頁，創作于2023年2月7、變壓器空載運行的等效電路若用一個阻抗來等效即：變壓器的勵磁阻抗，—勵磁電抗表明鐵心磁化性能一個參數，—勵磁電阻，反映鐵耗的等效電阻。為兩個線圈串聯第17頁，課件共84頁，創作于2023年2月

為常數為變量，隨飽和程度增大而減小。空載等效電路如圖所示變壓器空載運行時的等效電路第18頁，課件共84頁，創作于2023年2月6-3變壓器的負載運行第19頁，課件共84頁，創作于2023年2月負載時上的電壓方程為：

負載時，一二次繞組中都有電流流過，都產生磁動勢。鐵芯中的主磁通是由這兩個磁動勢共同產生的。即：1、負載時的磁動勢及一、二次電流關系第20頁，課件共84頁，創作于2023年2月即：的數值取決于鐵芯中主磁通的數值，它的大小取決于的大小。一次回路電壓方程：與空載相比，但設計時很小，不變，近似不變。說明負載時的勵磁磁勢和空載磁勢在數值上相差不大第21頁，課件共84頁，創作于2023年2月對于負載運行。勵磁磁勢的理解：必然改變磁路的磁動勢和主磁通的大小，因此一次繞組中必有電流基本不變，產生一個的磁動勢以抵消二次繞組電流產生的磁動勢，維持磁動勢則：上式表明，負載時一次繞組磁動勢由兩個分量:一為勵磁磁勢用來產生主磁通，從空載到負載變化不大另一分量為:用來平衡二次繞組磁勢它隨負載變化而變化。,為負載分量，第22頁，課件共84頁，創作于2023年2月是主要分量。電流由兩個分量組成：一個是維持主磁通的勵磁分量，另一個是用以補償二次繞組去磁磁通勢的負載分量。第23頁，課件共84頁，創作于2023年2月2、負載時二次電壓、電流的關系二次繞組漏磁通，磁路近似線性的。第24頁，課件共84頁，創作于2023年2月變壓器的基本方程式為第25頁，課件共84頁，創作于2023年2月各量的關系如下：第26頁，課件共84頁，創作于2023年2月結論:(1)上述方程不僅適用于單相變壓器的穩定運行,也適用于三相變壓器穩態運行,全部電磁量都指的一相。（2）鐵芯中的主磁通的大小由端電壓決定。（3）主磁路采用硅鋼片，磁導大，即大，由很小的勵磁電流就能產主較大的主磁通．（４）漏磁路主要由非鐵材料構成，對應的漏電抗很小（５）掌握根據規定正方向判斷變壓器負載運行時功率流向及性質．第27頁，課件共84頁，創作于2023年2月４、折合算法歸算的目的：導出等效電路歸算的方法：是將一個匝數與一次繞組相等，電磁效應與二次繞組相同的繞組去代替的二次繞組。為二次側折算到一次側。當然也可以將一次側折算到二次側歸算的算法原則：歸算不改變電磁效應，即歸算前后磁勢平衡關系，各種能量關系均保持不變。（１）電動勢和電壓的歸算

第28頁，課件共84頁，創作于2023年2月故：同理電動勢和電壓的歸算是乘以變比（2）電流的歸算：磁勢相等電流的歸算是除以變比則磁勢方程:（3）阻抗的歸算折算原則：功率相等第29頁，課件共84頁，創作于2023年2月阻抗的歸算是乘以變比的平方變壓器歸算后的基本方程式第30頁，課件共84頁，創作于2023年2月經過歸算以后，使原本無電路聯系的雙繞組變壓器，一、二次繞組電動勢相等，磁動勢平衡方程變為電流平衡關系：即：。負載運行時的T形等效電路。變壓器的T形等效電路

５、等效電路Ｔ形等效電路只適用變壓器對稱、穩態運行。第31頁，課件共84頁，創作于2023年2月簡化等效電路：變壓器負載運行時，忽略；可認為無窮大而斷開，可得簡化等效電路圖（a）(b)☆簡化等效電路不適用空載，適用正常負載運行和穩態短路。第32頁，課件共84頁，創作于2023年2月思考題：為什么在功率放大電路帶揚聲器負載時，在其間接一放大電路？如將一次側折算到二次側第33頁，課件共84頁，創作于2023年2月已知、、及變壓器的各個參數，則畫圖的步驟為：（1）以作為參考相量，畫滯后一角度；（2）在上加和得；（3）；（4）主磁通超前，畫出和；（5）根據，畫落后于一個角度（6）作（７）再在加上和，從而得原邊電壓。6.相量圖第34頁，課件共84頁，創作于2023年2月第35頁，課件共84頁，創作于2023年2月簡化相量圖：已制好的變壓器很難用實驗的方法將其阻抗分開。因此，實際中常常采用簡化相量圖第36頁，課件共84頁，創作于2023年2月例1變壓器二次繞組開路，一次繞組加額定電壓時，雖然一次繞組電阻很小，但一次電流并不大，為什么？勵磁阻抗代表的物理意義？電力變壓器不用鐵心而用空氣心行不行？答（１）因為主磁通在一次繞組中產生的感應電動勢基本上與一次繞組外加電壓相平衡，即勵磁阻抗很大，所以一次電流并不大。（２）表示單位勵磁電流產生的電動勢。（３）若不用鐵心而用空氣心，則磁阻大大增加，勵磁阻抗變小，空載電流增大，以致達到滿載電流，無法再增加負載。第37頁，課件共84頁，創作于2023年2月例2如圖所示，單相變壓器，出線端為A、X，低壓繞組出線端為a、x，A和a為同極性端，

高壓繞組在A和X兩端加220V，ax

開路時的勵磁電流為,主磁通為

勵磁磁動勢為，勵磁阻抗為求下列三種情況下的主磁通、勵磁磁動勢、勵磁電流和勵磁阻抗。(1)AX側開路,ax端加110V電壓;(2)X和a相連,Ax端加330V電壓;(3)X和x相連,Aa端加110V電壓作業:S6-4,S6-6第38頁，課件共84頁，創作于2023年2月6-4標幺值

標幺值就是某一個物理量的實際值與選定一個同單位的固定數值的比值。即：標幺值=實際值/基值一般選額定值作為基值。對于單相變壓器，選額定電壓、電流作為基值。容量的基值表示為：阻抗的基值表示為:對于三相變壓器,選額定的線電壓、線電流作為基值容量的基值為：對于星形聯結第39頁，課件共84頁，創作于2023年2月

對于三角形聯結采用標幺值的優點：1、采用標幺值表示電壓、電流時，可以直觀地看出變壓器的運行情況

例：如兩臺變壓器運行時，它們的一次電壓、電流分別為6KV、9A和35KV、20A，在不知道它們的額定值時，無法判斷其運行情況，如果給出它們的標么值分別和2、三相變壓器的線值標幺值與相值標幺值相等。在交流電路，最大值、有效值的標幺值相等。3、同一量折算前后的標幺值相等。用標幺值表示電壓、電流大小時，不必考慮是折合到哪一側。4、便于判定電機運行情況

當，滿載、過載、欠載第40頁，課件共84頁，創作于2023年2月6-5變壓器參數的測定1、變壓器的空載試驗從空載試驗可以求出變壓器的變比k，鐵耗及勵磁阻抗。在空載試驗時，一次繞組加上額定電壓，二次繞組開路，測量二次空載電壓、空載電流及空載輸入功率。第41頁，課件共84頁，創作于2023年2月空載試驗時的等效電路由于空載運行時空載電流很小，產生的銅耗可以忽略不計。為此近似認為第42頁，課件共84頁，創作于2023年2月單相變壓器變壓器的變比：空載阻抗：

由于勵磁阻抗

第43頁，課件共84頁，創作于2023年2月由于的數值與磁路的飽和程度有關，一般應以額定電壓下測得的數據計算勵磁參數。對于三相變壓器，試驗測定的電壓，電流都是線值，根據繞組的聯結方式，換算成相值，測得的功率也是三相的，算出一相功率，得出每相的變比和參數。空載試驗一般在低壓測取，測得的的數據后應歸算到高壓側。2、短路試驗短路試驗可以測出變壓器的銅耗和短路阻抗。第44頁，課件共84頁，創作于2023年2月變壓器短路試驗的接線圖高壓側加低電壓，約為額定電壓的5～10%，使低壓側電流等于額定電流，測取、、第45頁，課件共84頁，創作于2023年2月變壓器的短路參數短路時的等效電路變壓器的銅耗：由于施加電壓很低，鐵耗很小可忽略，所以第46頁，課件共84頁，創作于2023年2月對于銅：

對于鋁

短路試驗時，當繞組中電流達到額定時，加在一次繞組的短路電壓為

通常用相對值表示：

繞組的電阻隨溫度變化，而短路試驗一般在室溫下進行。按國家標準規定，油浸式變壓器電阻應折算到時的數值。第47頁，課件共84頁，創作于2023年2月阻抗電壓相對值是變壓器很重要的參數之一。一般中小型電力變壓器為4～10.5%，大型為12.5～17.5%。思考題:變壓器做空載和短路試驗時,在一次、二次側分別做同一試驗，測得的輸入功率相同嗎？為什么？答：在一、二側分別做空載試驗，只要都加額定電壓，這兩種情況下主磁通相等，鐵耗相等，即電源輸入功率相等。在一、二次分別做短路試驗時，只要加額定電流，這兩種情況下銅耗相等，即電源輸入功率相等。第48頁，課件共84頁，創作于2023年2月一臺三相變壓器,一、二次繞組均為星形聯結，在二次側做空載試驗，測得數據為在一次側做短路試驗，測得數據為室溫求：該變壓器每一項參數的標么值作業:6-6(1~4),6-7第49頁，課件共84頁，創作于2023年2月6-6變壓器的運行性能表征變壓器運行性能的主要指標有兩個：電壓調整率和效率。一、電壓調整率變壓器的外特性:

變壓器帶不同性質負載時的外特性

純電阻負載時，端電壓變化較小；感性負載時，變化較大，但外特性都是下降的；容性負載時，外特性可能上翹，上翹程度隨容性的增大而增大。第50頁，課件共84頁，創作于2023年2月電壓調整率：從空載到負載時副邊端電壓之差與副邊額定電壓之比，用百分數表示：變壓器的電壓變化率表征了電網電壓的穩定性，一定程度上反映了電能的質量，所以它是變壓器的主要性能指標之一電壓調整率計算公式推導：第51頁，課件共84頁，創作于2023年2月——稱為負載系數變壓器的電壓變化率不僅決定于它的短路參數和負載系數，還與負載的功率因數有關電阻性負載：

且較小；

感性負載時：

且較大；

第52頁，課件共84頁，創作于2023年2月電容性負載時：

故往往

說明副邊端電壓隨負載電流增大而升高

例：一臺容量為100VA的三相變壓器，已知計算它的額定電壓調整率。

（1）當額定負載，功率因數

滯后時；

（2）當額定負載，功率因數

超前時；

第53頁，課件共84頁，創作于2023年2月例：一臺三相變壓器，試驗，測得時，測得二次電壓求此時負載的性質及功率因素角的大小。一、二次繞組分別為星形、三角形聯結，在高壓側做第54頁，課件共84頁，創作于2023年2月鐵耗銅耗

基本鐵耗

附加鐵耗:

變壓器的損耗

基本銅耗:

附加銅耗:

渦流損耗:磁滯損耗:

主要由漏磁通引起的集膚效應，使電流在導線截面分布不均勻產生的損耗,

附加銅耗隨著變壓器容量的增加占基本銅耗的比例增加

主要有在鐵芯接縫處由于磁通分布不均勻引起的損耗2、變壓器的效率第55頁，課件共84頁，創作于2023年2月變壓器的效率

變壓器效率都較高，大多數在95%以上，而大型變壓器效率可達99%以上

確定變壓器效率一般不采用直接測量的方法，原因為：

（1）相差很小，儀表本身的誤差就可能超出此范圍；

（2）容量大的變壓器在制造廠或實驗室很難找到一個合適負載做試驗；

（3）直接做效率試驗耗電太多，不經濟。

第56頁，課件共84頁，創作于2023年2月變壓器的效率特性

當不變損耗等于可變損耗時，最高

第57頁，課件共84頁，創作于2023年2月一臺三相變壓器額定數據為：一、二次繞組分別為星形、三角形聯結，已知空載損耗短路損耗求：（1）當變壓器供給額定負載且（2）當負載滯后時的最高效率（滯后）時的效率作業:6-9,6-10第58頁，課件共84頁，創作于2023年2月

特點：磁路有關系，一相磁路以另外兩相磁路作為閉合磁路。1.三相變壓器組：一種由三個單相變壓器的鐵心組成。特點：三相磁路彼此獨立

2.三鐵心柱變壓器：第七章三相變壓器7-１三相變壓器的磁路系統第59頁，課件共84頁，創作于2023年2月7-2變壓器的聯結組標號1、單相變壓器繞組的標志方式同名端：感應電勢極性相同的出線端。異名端：感應電勢極性相反的出線端第60頁，課件共84頁，創作于2023年2月同一鐵心上套有兩個繞組，高壓繞組首端標記為A，尾端為X，低壓繞組首端標記為a，尾端為x，它們被主磁通交鏈，當主磁通交變時，高、低壓繞組中感應出的電動勢相位關系有同相和反相。規定各繞組電動勢方向以首端指向尾端，高壓繞組用表示，低壓繞組用表示。第61頁，課件共84頁，創作于2023年2月時鐘表示法：

作為時鐘的長針永遠指向12，

作為時鐘的短針，根據短針的指向，確定聯結組標號。

第62頁，課件共84頁，創作于2023年2月2、三相變壓器繞組的聯結三相高壓繞組：首端A、B、C，尾端X、Y、Z低壓繞組：首端a、b、c，尾端x、y、z三相繞組聯成星形（Y）或三角形（D），Y形：X、Y、Z聯結一起（1）、星形聯結第63頁，課件共84頁，創作于2023年2月相電動勢

線電動勢

三角形聯法（D聯結）

a、AX-CZ-BY-AX第64頁，課件共84頁，創作于2023年2月B、聯結順序是AX-BY-CZ-AX

第65頁，課件共84頁，創作于2023年2月3．三相變壓器的聯結組仍采用時鐘法：

為長針，永遠指向鐘面“12”

為短針所指向的數字，稱為三相繞組聯結組標號

確定聯結組標號具體步驟為：☆按規定繞組的出線端標志聯接成所規定的聯接法，畫出聯接圖☆標明相電勢方向☆判斷同一相的相電勢的相位，并畫出高低壓邊對稱三相電勢的相量圖，將相量，和的頭A和a畫在一起☆根據高低壓線電勢的相位差確定聯組的標號第66頁，課件共84頁，創作于2023年2月①Yy聯結

a、Yy0聯結Yy0聯結第67頁，課件共84頁，創作于2023年2月b、Yy6聯結Yy6聯結第68頁，課件共84頁，創作于2023年2月

②Yd聯結

a、Yd11聯結Yd11聯結第69頁，課件共84頁，創作于2023年2月

b、Yd1接法Yd1接法第70頁，課件共84頁，創作于2023年2月畫圖的注意事項：（１）畫在一個縱方向的兩個高低繞組是指一個鐵心柱上的高低繞組。（２）把a和A重合，是為了使高、低壓繞組線電動勢有公共的起點。第71頁，課件共84頁，創作于2023年2月

①Yy聯結方式，只能得到偶數的聯結組別。即:Yy0、Yy2、Yy4、Yy6、Yy10②Yd或Dy聯結方式，只能得到奇數的聯結組別。即:Yd或Dy（1、3、5、7、9、11)③電力變壓器常用的聯接組別為:Yyn0,Yd11,YNd11,YNy0和Yy05、思考：Yy0變為Yy4,Yy0變為Yy64、結論：第72頁，課件共84頁，創作于2023年2月作業:7-2,7-3(1)(2)第73頁，課件共84頁，創作于2023年2月7-5變壓器的并聯運行變壓器并聯運行是電力變壓器的實際運行方式。1.本章主要內容：變壓器理想并聯運行的情況和條件；具體逐一分析不滿足這些條件時的問題及實際并聯運行的條件。2.本章重點：并聯運行的各臺變壓器如果短路阻抗標幺值大小不同時，它們的負載分配不同，其容量分配與短路阻抗標幺值之間的關系是：第74頁，課件共84頁，創作于2023年2月7-5變壓器的并聯運行概述現代電力系統容量越來越大，一臺變壓器不能擔負起全部容量的傳輸或配電任務，為此采用兩臺或多臺變壓器的并聯運行。并聯運行：變壓器一、二繞組相同標志的出線端聯在一起，分別接到母線上的運行方式。

第75頁，課件共84頁，創作于2023年2月并聯運行的優點：1．提高供電的可靠性2．提高系統的運行效率3．減少備用容量

4．分期分批投資