變壓器是一種靜止電器，它通過線圈間的電磁感應(yīng)，利用電磁感應(yīng)定律，將一種電壓等級(jí)的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等級(jí)的交流電能。

只要(1)磁通有變化量；(2)一、二次繞組的匝數(shù)不同，就能達(dá)到改變壓的目的。

變壓器的主要部件是鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。在一次繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈一、二次繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

當(dāng)原邊繞組接到交流電源時(shí)，繞組中便有交流電流流過，并在鐵心中產(chǎn)生與外加電壓頻率相同的磁通，這個(gè)交變磁通同時(shí)交鏈著原邊繞組和副邊繞組。原、副繞組的感應(yīng)分別表示為：

則：

變比k：表示原、副繞組的匝數(shù)比，也等于原邊一相繞組的感應(yīng)電勢(shì)與副邊一相繞組的感應(yīng)電勢(shì)之比。

改變變壓器的變比，就能改變輸出電壓。但應(yīng)注意，變壓器不能改變電能的頻率。

電力變壓器的分類：

變壓器的種類很多，可按其用途、相數(shù)、結(jié)構(gòu)、調(diào)壓方式、冷卻方式等不同來進(jìn)行分類。

按用途分類：升壓變壓器、降壓變壓器；

按相數(shù)分類：?jiǎn)蜗嘧儔浩骱腿嘧儔浩鳎?/p>

按線圈數(shù)分類：雙繞組變壓器、三繞組變壓器和自耦變壓器；

按鐵心結(jié)構(gòu)分類：心式變壓器和殼式變壓器；

按調(diào)壓方式分類：無載（無勵(lì)磁）調(diào)壓變壓器、有載調(diào)壓變壓器；

按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分類：油浸式變壓器和干式變壓器等；

按容量大小分類：小型變壓器、中型變壓器、大型變壓器和特大型變壓器。

基本結(jié)構(gòu)：

一、鐵心：

1.鐵心的材料

采用高磁導(dǎo)率的鐵磁材料—0.35～0.5mm厚的硅鋼片疊成。

為了提高磁路的導(dǎo)磁性能，減小鐵心中的磁滯、渦流損耗。變壓器用的硅鋼片其含硅量比較高。硅鋼片的兩面均涂以絕緣漆，這樣可使疊裝在一起的硅鋼片相互之間絕緣。

2.鐵心形式

鐵心是變壓器的主磁路，電力變壓器的鐵心主要采用心式結(jié)構(gòu) 。

二、繞組：

1.繞組的材料

銅或鋁導(dǎo)線包繞絕緣紙以后繞制而成。

2.形式

圓筒式、螺旋式、連續(xù)式、糾結(jié)式等結(jié)構(gòu)。為了便于絕緣，低壓繞組靠近鐵心柱，高壓繞組套在低壓繞組外面，兩個(gè)繞組之間留有油道。變壓器繞組外形如圖所示 。

三、油箱及其他附件：

1.油箱

變壓器油的作用：加強(qiáng)變壓器內(nèi)部絕緣強(qiáng)度和散熱作用。

要求：用質(zhì)量好的鋼板焊接而成，能承受一定壓力，某些部位必須具有防磁化性能。

形式：大型變壓器油箱均采用了鐘罩式結(jié)構(gòu)；小型變壓器采用吊器身式。

2.儲(chǔ)油柜

作用：減少油與外界空氣的接觸面積，減小變壓器受潮和氧化的概率。

在大型電力變壓器的儲(chǔ)油柜內(nèi)還安放一個(gè)特殊的空氣膠囊，它通過呼吸器與外界相通，空氣膠囊阻止了儲(chǔ)油柜中變壓器油與外界空氣接觸。。

3.呼吸器

作用：內(nèi)裝硅膠的干燥器，與油枕連通，為了使潮氣不能進(jìn)入油枕使油劣化。

硅膠對(duì)空氣中水份具有很強(qiáng)的吸附作用，干燥狀態(tài)狀態(tài)為蘭色，吸潮飽和后變?yōu)榉奂t色。吸潮的硅膠可以再生。

4.冷卻器

作用：加強(qiáng)散熱。

裝配在變壓器油箱壁上，對(duì)于強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器，電動(dòng)泵從油箱頂部抽出熱油送入散熱器管簇中，這些管簇的外表受到來自風(fēng)扇的冷空氣吹拂，使熱量散失到空氣中去，經(jīng)過冷卻后的油從變壓器油箱底部重新回到變壓器油箱內(nèi)。

5.絕緣套管

作用：使繞組引出線與油箱絕緣。

絕緣套管一般是陶瓷的，其結(jié)構(gòu)取決于電壓等級(jí)。1kV以下采用實(shí)心磁套管，10～35kV采用空心充氣或充油式套管，110kV及以上采用電容式套管。為了增大外表面放電距離，套管外形做成多級(jí)傘形裙邊。電壓等級(jí)越高，級(jí)數(shù)越多。

6.分接開關(guān)

作用：用改變繞組匝數(shù)的方法來調(diào)壓。

一般從變壓器的高壓繞組引出若干抽頭，稱為分接頭，用以切換分接頭的裝置叫分接開關(guān)。

分接開關(guān)分為無載調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種，前者必須在變壓器停電的情況下切換；后者可以在變壓器帶負(fù)載情況下進(jìn)行切換。分接開關(guān)安裝在油箱內(nèi)，其控制箱在油箱外，有載調(diào)壓分接開關(guān)內(nèi)的變壓器油是完全獨(dú)立的，它也有配套的油箱、瓦斯繼電器、呼吸器。

7.壓力釋放閥

作用：為防止變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障而產(chǎn)生大量氣體，引起變壓器發(fā)生爆炸。

8.氣體繼電器（瓦斯繼電器）

作用：變壓器的一種保護(hù)裝置，安裝在油箱與儲(chǔ)油柜的連接管道中，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)（如絕緣擊穿、匝間短路、鐵芯事故、油箱漏油使油面下降較多等）產(chǎn)生的氣體和油流，迫使氣體繼電器動(dòng)作。輕者發(fā)出信號(hào)，以便運(yùn)行人員及時(shí)處理。重者使斷路器跳閘，以保護(hù)變壓器。

變壓器的銘牌數(shù)據(jù)說明：

一、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。

例如：SL-500/10：表示三相油浸自冷雙線圈鋁線，額定容量為500kVA，高壓側(cè)額定電壓為10kV級(jí)的電力變壓器。

再如：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250000kVA，高壓額定電壓220kV電力變壓器。

二、額定值

額定運(yùn)行情況：制造廠根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)規(guī)定變壓器的正常運(yùn)行狀態(tài)。

表示額定運(yùn)行情況下各物理量的數(shù)值稱為額定值。額定值通常標(biāo)注在變壓器的銘牌上。變壓器的額定值主要有：

額定容量SN：銘牌規(guī)定在額定使用條件下所輸出的視在功率。

原邊額定電壓U1N：正常運(yùn)行時(shí)規(guī)定加在一次側(cè)的端電壓，對(duì)于三相變壓器，額定電壓為線電壓。

副邊額定電壓U2N：一次側(cè)加額定電壓，二次側(cè)空載時(shí)的端電壓。

原邊額定電流I1N：變壓器額定容量下原邊繞組允許長(zhǎng)期通過的電流，對(duì)于三相變壓器，I1N為原邊額定線電流。

副邊額定電流I2N：變壓器額定容量下原邊繞組允許長(zhǎng)期通過的電流，對(duì)于三相變壓器，I2N為副邊額定線電流。

單相變壓器額定值的關(guān)系式：

三相變壓器額定值的關(guān)系式：

額定頻率fN：我國(guó)工頻：50Hz；還有額定效率、溫升等額定值。

變壓器的空載運(yùn)行：

變壓器空載運(yùn)行是指變壓器原邊繞組接額定電壓、額定頻率的交流電源，副邊繞組開路時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。

主磁通與漏磁通的區(qū)別：

各電磁量參考方向的規(guī)定：

一次側(cè)遵循電動(dòng)機(jī)慣例，二次側(cè)遵循發(fā)電機(jī)慣例。

強(qiáng)調(diào)：磁通與產(chǎn)生它的電流之間符合右手螺旋定則；電動(dòng)勢(shì)與感應(yīng)它的磁通之間符合右手螺旋定則。

一、空載時(shí)各物理量產(chǎn)生的因果關(guān)系

電勢(shì)與磁通的大小和相位關(guān)系

設(shè)主磁通按正弦規(guī)律變化,根據(jù)電磁感應(yīng)定律可推導(dǎo)出原繞組感應(yīng)電勢(shì)：

同理可得：

所以，變壓器原、副繞組的感應(yīng)電勢(shì)大小與磁通成正比，與各自的匝數(shù)成正比，感應(yīng)電勢(shì)在相位上滯后磁通90°。

三、原邊漏電抗和激磁電抗

1.原邊漏電抗

2.激磁電抗

3.漏磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)—漏電動(dòng)勢(shì)

根據(jù)主電動(dòng)勢(shì)的分析方法，同樣有：

漏電動(dòng)勢(shì)也可以用漏抗壓降來表示，即

由于漏磁通主要經(jīng)過非鐵磁路徑,磁路不飽和,故磁阻很大且為常數(shù),所以漏電抗X1很小且為常數(shù),它不隨電源電壓負(fù)載情況而變。

空載電流和空載損耗：

一、空載電流：

1. 作用與組成：空載電流i0包含兩個(gè)分量，一個(gè)是勵(lì)磁分量i0r，作用是建立磁場(chǎng)，另一個(gè)是鐵損耗分量i0a，主要作用是供鐵損耗。

2、性質(zhì)和大小

性質(zhì)：由于空載電流的無功分量遠(yuǎn)大于有功分量，所以空載電流主要是感性無功性質(zhì)——也稱勵(lì)磁電流；

大?。号c電源電壓和頻率、線圈匝數(shù)、磁路材質(zhì)及幾何尺寸有關(guān)，用空載電流百分?jǐn)?shù)I0%來表示：

3、空載電流波形：

由于磁路飽和，空載電流與由它產(chǎn)生的主磁通呈非線性關(guān)系。由于磁路飽和，空載電流與由它產(chǎn)生的主磁通呈非線性關(guān)系。當(dāng)空載電流按正弦規(guī)律變化時(shí)，主磁通呈尖頂波形。

實(shí)際空載電流為非正弦波，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。

對(duì)于已制成變壓器，鐵損與磁通密度幅值的平方成正比，與電流頻率的1.3次方成正比，即：

空載損耗約占額定容量的0.2%~1%，而且隨變壓器容量的增大而下降。為減少空載損耗，改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的方向是采用優(yōu)質(zhì)鐵磁材料：優(yōu)質(zhì)硅鋼片、激光化硅鋼片或應(yīng)用非晶態(tài)合金。

空載時(shí)的等效電路：

Z1＜＜Zm、rm＜＜xm 。

空載時(shí)電路功率因數(shù)都很小，空載電流I0主要是無功性質(zhì)，由于鐵磁材料的磁飽和性，引起空載電流I0的波形是尖頂波。

希望空載電流越小越好，因此變壓器采用高導(dǎo)磁率的鐵磁材料，以增大Zm減少I0 。

變壓器空載時(shí)既吸收無功功率，也吸收有功功率，無功功率主要用于建立主磁通，有功功率主要用于鐵耗。

空載運(yùn)行小結(jié)：

（1）一次側(cè)主電動(dòng)勢(shì)與漏阻抗壓降總是與外施電壓平衡,若忽略漏阻抗壓降，則一次主電勢(shì)的大小由外施電壓決定。

（2）主磁通大小由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝數(shù)決定，與磁路所用的材質(zhì)及幾何尺寸基本無關(guān)。

（3）空載電流大小與主磁通、線圈匝數(shù)及磁路的磁阻有關(guān)，鐵心所用材料的導(dǎo)磁性能越好，空載電流越小。

（4）電抗是交變磁通所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)與產(chǎn)生該磁通的電流的比值，線性磁路中，電抗為常數(shù)，非線性電路中，電抗的大小隨磁路的飽和而減小。

單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行：

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。

負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系：

用圖示負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁過程：

基本方程：

一、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程

電磁關(guān)系將一、二次聯(lián)系起來,二次電流增加或減少必然引起一次電流的增加或減少。

表明，一、二次電流比近似與匝數(shù)成反比?？梢?，匝數(shù)不同，不僅能改變電壓，同時(shí)也能改變電流。

二、電動(dòng)勢(shì)平衡方程

根據(jù)基爾霍夫電壓定律可寫出一、二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程：

等效電路及相量圖：

一、折算

折算：將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個(gè)繞組(N2=N1)來等效，同時(shí)對(duì)該繞組的電磁量作相應(yīng)的變換，以保持兩側(cè)的電磁關(guān)系不變,用一個(gè)等效的電路代替實(shí)際的變壓器。

折算原則：1）保持二次側(cè)磁動(dòng)勢(shì)不變；2）保持二次側(cè)各功率或損耗不變。

方法：（將二次側(cè)折算到一次側(cè))

折算后的方程式為：

二、等效電路

根據(jù)折算后的方程，可以作出變壓器的等效電路。

簡(jiǎn)化等效電路：

由簡(jiǎn)化等效電路可知，短路阻抗起限制短路電流的作用，由于短路阻抗值很小，所以變壓器的短路電流值較大，一般可達(dá)額定電流的10~20倍。

三、相量圖：

作相量圖的步驟—對(duì)應(yīng)T型等效電路， 假定變壓器帶感性負(fù)載。

作相量圖的步驟（假定帶感性負(fù)載）——對(duì)應(yīng)簡(jiǎn)化等效電路

變壓器的參數(shù)測(cè)定：

空載實(shí)驗(yàn)：

1.目的：通過測(cè)量短路電流、短路電壓及短路功率來計(jì)算變壓器的短路電壓百分?jǐn)?shù)、銅損和短路阻抗。

標(biāo)么值：

標(biāo)么值,就是指某一物理量的實(shí)際值與選定的同一單位的基準(zhǔn)值的比值,即：

二、基準(zhǔn)值的確定

1、通常以額定值為基準(zhǔn)值。

2、各側(cè)的物理量以各自側(cè)的額定值為基準(zhǔn)；

線值以額定線值為基準(zhǔn)值，相值以額定相值為基準(zhǔn)值；

單相值以額定單相值為基準(zhǔn)值，三相值以額定三相值為基準(zhǔn)值；

3.

三、優(yōu)點(diǎn)：

1、額定值的標(biāo)么值為1。

2、百分值=標(biāo)么值×100% ；

3、折算前、后的標(biāo)么值相等。線值的標(biāo)么值=相值的標(biāo)么值；單相值的標(biāo)么值=三相值的標(biāo)么值；

4、某些意義不同的物理量標(biāo)么值相等

四、缺點(diǎn)：標(biāo)么值沒有單位，物理意義不明確。

變壓器的運(yùn)行特性：

1 電壓變化率

定義：是指一次側(cè)加50Hz額定電壓、二次空載電壓與帶負(fù)載后在某功率因數(shù)下的二次電壓之差，與二次額定電壓的比值，即：

電壓變化率是表征變壓器運(yùn)行性能的重要指標(biāo)之一,它大小反映了供電電壓的穩(wěn)定性。

用相量圖可以推導(dǎo)出電壓變化率的表達(dá)式：

由表達(dá)式可知，電壓變化率的大小與負(fù)載大小、性質(zhì)及變壓器的本身參數(shù)有關(guān)。

電壓調(diào)整：為了保證二次端電壓在允許范圍之內(nèi),通常在變壓器的高壓側(cè)設(shè)置抽頭,并裝設(shè)分接開關(guān),調(diào)節(jié)變壓器高壓繞組的工作匝數(shù),來調(diào)節(jié)變壓器的二次電壓。

中、小型電力變壓器一般有三個(gè)分接頭，記作UN±5%。大型電力變壓器采用五個(gè)或多個(gè)分接頭,例UN±2x2.5%或UN±8×1.5%。

分接開關(guān)有兩種形式：一種只能在斷電情況下進(jìn)行調(diào)節(jié)，稱為無載分接開關(guān)--這種調(diào)壓方式稱為無勵(lì)磁調(diào)壓；另一種可以在帶負(fù)荷的情況下進(jìn)行調(diào)節(jié)，稱為有載分接開關(guān)--這種調(diào)壓方式稱為有載調(diào)壓。

損耗、效率及效率特性：

一、變壓器的損耗

變壓器的損耗主要是鐵損耗和銅損耗兩種。

鐵損耗包括基本鐵損耗和附加鐵損耗?；捐F損耗為磁滯損耗和渦流損耗。附加損耗包括由鐵心疊片間絕緣損傷引起的局部渦流損耗、主磁通在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。

鐵損耗與外加電壓大小有關(guān)，而與負(fù)載大小基本無關(guān)，故也稱為不變損耗。

銅損耗分基本銅損耗和附加銅損耗?；俱~損耗是在電流在一、二次繞組直流電阻上的損耗；附加損耗包括因集膚效應(yīng)引起的損耗以及漏磁場(chǎng)在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。

銅損耗大小與負(fù)載電流平方成正比，故也稱為可變損耗。

二、效率及效率特性

效率是指變壓器的輸出功率與輸入功率的比值。

效率表達(dá)式：

變壓器效率的大小與負(fù)載的大小、功率因數(shù)及變壓器本身參數(shù)有關(guān)。

效率特性：在功率因數(shù)一定時(shí)，變壓器的效率與負(fù)載電流之間的關(guān)系η=f(β),稱為變壓器的效率特性。

三相變壓器：

磁路系統(tǒng)：

電路系統(tǒng)：

一、變壓器的端頭標(biāo)號(hào)

二、單相變壓器的極性

三、三相變壓器的連接組別

連接組別：反映三相變壓器連接方式及一、二次線電動(dòng)勢(shì)（或線電壓）的相位關(guān)系。

三相變壓器的連接組別不僅與繞組的繞向和首末端標(biāo)志有關(guān)，而且還與三相繞組的連接方式有關(guān)。

理論和實(shí)踐證明，無論采用怎樣的連接方式，一、二次側(cè)線電動(dòng)勢(shì)（可電壓）的相位差總是300的整數(shù)倍。因此可以采用時(shí)鐘表示法—

作為時(shí)鐘的分針，指向12點(diǎn)，

作為時(shí)鐘的時(shí)針，其指向的數(shù)字就是三相變壓器的組別號(hào)。組別號(hào)的數(shù)字乘以300，就是二次繞組的線電動(dòng)勢(shì)滯后于一次側(cè)電動(dòng)勢(shì)的相位角。

變壓器的連接組別很多，為了便于制造和并聯(lián)運(yùn)行，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，Y，yn0、Y，d11、YN，d11、YN，y0和Y，y0連接組為三相雙繞組電力變壓器的標(biāo)準(zhǔn)連接組別。

變壓器的并聯(lián)運(yùn)行：

并聯(lián)運(yùn)行是指將幾臺(tái)變壓器的一、二次繞組分別接在一、二次側(cè)的公共母線上，共同向負(fù)載供電的運(yùn)行方式。

并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)：

1、提高供電的可靠性；

2、提高供電的經(jīng)濟(jì)性。

并聯(lián)運(yùn)行的理想條件：

并聯(lián)運(yùn)行的理想情況是：

1、空載時(shí)各變壓器繞組之間無環(huán)流；

2、負(fù)載后，各變壓器的負(fù)載系數(shù)相等；

3、負(fù)載后，各變壓器的負(fù)載電流與總的負(fù)載電流同相位。

為了達(dá)到上述理想運(yùn)行情況，并聯(lián)運(yùn)行的變壓器需滿足以下條件：

1、各變壓器一、二次側(cè)的額定電壓分別相等，即變比相同；

2、各變壓器的連接組別相同；

3、各變壓器的短路阻抗（短路電壓）的標(biāo)么值相等，且短路阻抗角也相等。

其中，第二條必須絕對(duì)滿足。

為了保證空載時(shí)環(huán)流不超過額定電流的10%，通常規(guī)定并聯(lián)運(yùn)行的變壓器的變比差不大于1%。

二、連接組別不同時(shí)并聯(lián)運(yùn)行

連接組別不同時(shí)，二次側(cè)線電壓之間至少相差30°，則二次線電壓差為線電壓的51.8%，由于變壓器的短路阻抗很小,這么大的電壓差將產(chǎn)生幾倍于額定電流的空載環(huán)流，會(huì)燒毀繞組，所以連接 組別不同絕不允許并聯(lián)。

三、短路阻抗標(biāo)么值不等時(shí)并聯(lián)運(yùn)行

等效電路如圖所示。

由等效電路可知：

可見，各臺(tái)變壓器所分擔(dān)的負(fù)載大小與其短路阻抗標(biāo)么值成反比。

為了充分變壓器的容量，理想的負(fù)載分配，應(yīng)使各臺(tái)變壓器的負(fù)載系數(shù)相等，而且短路阻抗標(biāo)值相等。

為了使各臺(tái)變壓器所承擔(dān)的電流同相位，要求各變壓器的短路阻抗角相等。一般來說，變壓器容量相差越大，短路阻抗角相差也越大，因此要求并聯(lián)運(yùn)行的變壓器的最大容量之比不超過3：1。

變壓器運(yùn)行規(guī)程規(guī)定：在任何一臺(tái)變壓器不過負(fù)荷的情況下，變比不同和短路阻抗標(biāo)么值不等的變壓器可以并聯(lián)運(yùn)行。又規(guī)定：阻抗標(biāo)么值不等的變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高短路阻抗標(biāo)么值大的變壓器的二次電壓，以使并聯(lián)運(yùn)行的變壓器的容量均能充分利用。

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