1、變壓器原理§變壓器基本工作原理、結構與額定數據 ei、理想變壓器的運行原理：e2-變壓器電動勢：匝數為 N的線圈環鏈*，當*變化時，線圈兩端感生電動勢 e的大小與N及成 dt正比，方向由楞次定律決定。楞次定律：在變化磁場中線圈感應電動勢的方向總是使它推動的電流產生另一個磁場，阻止原有磁 場的變化。ii 一”(1Ei*：.J -卜廣一一-i 一T一一I 2變壓器的基本結構+亡Ui|0F 叫 e1®Jt-高高U2高高A。Zl+U1 + e =0 次側等效電路（假定一次側線圈電阻值為零）假設：1、一二次側完全耦合無漏磁，忽略一二次側線圈電阻；2、忽略鐵心損耗；3、忽略鐵心磁阻；4

2、、U1為正弦電壓。假定正向：電動勢是箭頭指向為高，電壓是箭頭指向為低。主磁通方向由一次側勵磁電流和繞組纏繞方向通過右手螺旋法則確定。一次側感應電動勢的符號：由它推動的電流應當與勵磁電流方向相反，所以它的實際方向應當高電 位在上，圖中的假定正向與實際方向相反，故有 e -N1 dt二次側感應電動勢的符號：由它推動的電流應當阻止主磁通的變化，即按右手螺旋法則應當產生與 主磁通方向相反的磁通，按圖中副方繞組的纏繞方向，它的實際方向也應當高電位在上，圖中的假定 正向與實際方向也相反，所以有U2 e 2 =0 二次側等效電路而按照電路理論，有ui =U2-ei=ee2 = -N 2，一二次側感應電動勢同

3、相位。dtNiN2-因為假定鐵心損耗為零，故有變壓器-變壓器的電壓變比Ke_Ei =UiE2 U2二次側視在功率相等:hUl'1 = U2'2，故 I2 Ke12.Zl = A Zl 半二 Ke2ZLI2 I1變壓器的功能是在實現對電壓有效值變換的同時, 還實現了對電流有效值和阻抗大小的變換。二、基本結構閱讀三、額定數據-Sn :額定工況下輸出視在功率保證值。因變壓器效率極高，一般認為一、二次側視在功率相等。-Uin/U2n :額定工況下，二次側開路時的一、二次側線電壓。-Iin/I2N :額定工況下的線電流。Sn = 73u 1N I 1N = Tau 2N I 2N單相變壓

4、器：Sn =UinIin =U2nI2N ；三相變壓器:§變壓器運行分析、空載運行分析與一次側繞組等值電路一次側加正弦電壓，則產生磁通 6=6mS n© te1 = -N 1ddt71% sin仏兀1A d2丿；e2N2匸=-N 2 m sin 05 t - !有效值:Ei2 5f X N 血J2龜 4.44 fNm ;止 4.44 fN mI 0rrA1 h -14詐1_ 一-,1上一' 1<14i LT%變壓器空載運行-c-E2+產1= X2I N2% V24尺&）十26=I高一次側等效電路q % + Wo = y-Rjo " -eie2

5、高+U20二次側等效電路U20 二 e2空載時漏磁電勢、銅耗很小（5%）。Uia：U20* E1 廠-j X1I 0相位滯后磁通90度。 *-空載電流I 0 = I Oa + I Or（下標來源）active curre nt有功電流、鐵耗； reactive curre nt無功電流、勵磁分量。空載等值電路非正弦空載電流的正弦等效處理鐵心高飽和一由正弦電壓產生正弦磁通的電流必然為非正弦:引入等效正弦勵磁電流1：取代i0，以建立線性正弦等值電路: 有效值相等；基波同頻同相；有功功率大小不變。 一次側等效電路與向量圖：一次側漏抗1。RiXiUiEi.Rm有功鐵耗勵磁阻抗U1fiQ漏抗 *Rii0

6、-E1EiXm無功勵磁-I 0 Rm 勵磁阻抗-I :jXmE2 br勵磁分量E1空載運行相量圖I0*Ei = -Zm I 0 , Z=Rm 中 jX m*Ui = -日-(氐 - Rilo)= lo(Zm + Zi), Zi = Ri+ jXi二、變壓器的負載運行與T型等值電路Ui1、變壓器負載運行i 1i2 ei 芻 tU2+ 一次側等效電路二次側等效電路負載運行的基本電磁過程負載運行時，一次側繞組電動勢平衡方程為* * *Ui = - Ei+ liZ1雖然li(T=Ei'，但寫Z1很小，正常工作時liZi «Ui ,*Ui -* *-Ei = j4.44 fN m。即負

7、載時和空載時主磁通近似相等2、空載下主磁通僅由一次側勵磁電流建立，磁勢負載下主磁通由兩側電流共同建立，因負載時和空載時主磁通 近似相等，在圖示假定正向下，磁勢* * * *F 0 = 11 Ni+ I 2 N2= I 0 Ni注：變壓器短路時li很大，IiZi不可忽略，此時3、由磁勢平衡方程可知，11中包括兩個分量:勵磁分量和負載分量li = lo+ (-Io +NiI 2I Ke丿其中勵磁分量固定不變，建立主磁通；負載分量抵消負載電流對磁通的作用，隨負載而變化。負載運行時，因locch，可以忽略，認為4、- 1 -l1 -l2Ke電功率Ul依電磁感應和磁通勢平衡，由一次側傳送到二次側:U廠

8、Ei =KeE2 止 KeU?（電磁感應）于（磁通勢平衡）5、U il 1 止 U 2 I 2 二次側的電動勢平衡方程為* * * * *U = E E + I 2 R EjX2IR2IEZ2l2 （二）T型等值電路基本方程組：* *-Ei + 11(冃 + jXj*一次側：U 1 =El =-lo(Rm+jXm)* * *二次側：U2 = El2(R2 + jX2)* *U2 = l2ZL+R1U1X1 h - -1 *E1 eA*O O _I - IX210l 2 2Rm«e2XmR? *l2t-.zlLI U2?一個電路O一次側+ + q o勵磁o+二次側+Q O負載 * *如

9、果：I1+ I 2 = I 0 , El = E2，可合并為一個電路。* * *兩側的聯系：11 N1+ I 2 N2= I 0 N1，即I1 + 丄 I2 =Ke*10* *Ei = KeE2 * * *I'等值電路：經過等效代換，使 E1=E2 ； 11 + I2 = I 0。 等效條件：等效前后一次側狀態不變。為此：以二次側匝數為叫的繞組取代實際二次側繞組此時Ke=1,* *Ei = e2折算前后關系為:* *E2 KeE2*再令1 2*Ke"2。為使代換成立，二次側阻抗和負載阻抗都應相應改變，以滿足*E1 = E2 時,Ke；2*E2'* '* 

10、9;應有：'=I 2。由亞=z2+ zl，=z2' +zl'Z2 +zl'2 LI2I2得: Z2'+Zl'二 K2(ZZl)* * * *折算后的二次側電壓：U 2* = I 2'zl' = Kel 2 Zl = KeU2折算后，等值電路為：OI1nnnn_+ R1 X1 匚U17-I2 x21E25 XmR20一次側勵磁等值電路的6個基本方程：二次側負載 ' 11+ I 2 = I 0* * *U1 = - E1 + I1(R1 +jX1)* * *U2' =E2'+I2'(R2' +j

11、xj)* *Ei = I 0 Zm* *E1 二 E2* *U2' =I2'Zljl 1X1U1 f*IiRl（三）相量圖 作圖步驟：1、2、3、*磁通水平向右，電動勢 E1滯后磁通4、5、*90度，E1反向畫出；*空載勵磁電流Io略超前磁通* *感性負載時，負載電流12滯后E1個稍大角度二次側繞組電阻壓降平行于負載電 流、電抗壓降超前其90度；*聯接原點至電阻壓降尾端為U2'6、U2、I:'夾角為二次側功率因素角 吻;7、I 2'負方向與l0按平行四邊形合成I1；一次側電阻壓降平行11，電抗壓降超前其90度;9、聯接原點至電抗壓降頭端為U110、U1、

12、I1夾角為一次側功率因素角。（四）等值電路參數的實驗測定閱讀§ 3- 3變壓器運行特性閱讀§ 3-4三相變壓器三相變壓器的磁路1、三相組式：磁路彼此獨立。若次側三相電壓對稱，各相主磁通必然對稱，各相空載電流也對稱。單相分析方法仍適用。OU<一三相組式2、三相心式：三相磁路彼此聯系*u+*V*W=0E1RjjwUV.V,1=O UO Vv三相對稱：單相分析適用于一個心柱繞組剩余問題：1、三相繞組的聯接方式;2、波形、三相變壓器繞組的聯接方式（相位轉換）1、預備知識：同名端及其性質若兩繞組電流在鐵心內產生的磁通相加，則定0 14義兩電流的流入端為兩耦合繞組的同名端。 性質

13、：同名端上感應電動勢極性永遠相同。推論：若以同名端作參考點看Ei,e2的相位，則Ei,E2同相；若以異名端為參考點，則Ei,e2的 相位差為180度電角度。一相心柱上一、二次側繞組的聯接方式2、衛。_一 +* EgQb EU J _加極性聯接0Eu，-U2o. -U 2°LaE0-/ V亠一+ Eu.+、fa+*零一一-Eu JW工一F1加極性聯接Eu-<* %-。上 2。V丄2。uioGu減極性聯接223、三相變壓器繞組的聯接方式主要：三角星型（D,y聯接）、星星型（Y,y聯接）D,y聯接:V W一次側:D逆相序聯接:U頭V尾 V頭W尾 W頭一U尾變壓器聯接組別和電位升位圖對

14、于不同的聯接方式，變壓器一、二次側線電勢相互間的 相位關系也不同。電位升位圖：判斷線電勢相位關系。 方法： 將360度相位按每30度分為12區，對應時鐘12點。各心柱減極性聯接Eij表示由i到j電位升高。作圖1、作一次側電+十+uv圖 323.3w改變二次側出線端相序標志和一、將一次側改為正相序：U尾一V頭、V尾一W頭、W尾一U頭，可構成D,y接線的另6種不二次側繞組聯接方式,可構成D,y接線的6種不同聯接方式。聯接組別：Y ,y-12U第一步360度范圍內以30度級差的有級調一次側:+1 +OvD相序：V- UWY相序:一、二次側 相序不一致無聯接組別VUEjv滯后150度*U 一 Eu 滯

15、后 30度Euv/ E/wEJW滯后270度同聯接方式。(2) Y,y 聯接:U O1+ 采用不同的聯接方式，可實現一、二次側電動勢相位在 節。、二次側的相序必須同為正相序或同為逆相序。相序不一致的后果：造成相位錯亂。習題3 8磁路形式和繞組聯接方式對電動勢波形的影響單相變壓器：出沖正弦、磁飽和：i0非正弦尖頂波，有較強3次諧波分量;三相變壓器:次側丫接：io無三次諧波通路（i0u3,i0v3,i0w3同相位），只能近似為正弦波;2qt0*d70Y,y聯接時:-三相組式：1、ei010側電動勢波形。磁路獨立：正弦電流勵磁-磁通為平頂波（磁飽和）-電動勢為尖頂波（微分）峰值可達基波幅值的140%

16、以上，三相組式變壓器 不采用Y,y無中線聯接。一次側有中線時，i0有三次諧波通路，情況與單相相同。三相心式：磁通三次諧波同相位，鐵心內無通路， 主磁通、感應電動勢近似為正弦波。2、Y,d聯接時：二次側繞組可在三角形內以環流形式產生 3次諧波 電流勵磁疊加于主磁通，使主磁通、感應電動勢均 近似為正弦波。結論：只要有一側為三角聯接，即可改善一、二次§電力拖動自動控制系統中的特殊變壓器一、 整流變壓器運行特點：負載中含非線性特性的整流二極管、濾波電感。二次側電流非正弦-有害剩磁？分析：例三相半波整流。二次側每相有電流時間為1/3電源周期，電流波形接近矩形，含有較大的直流分量。形成直流剩余磁通。對三相心式，直流磁通在鐵心內無通路，影響很小。對三相組式，直流磁通在鐵心內有通路，數值較大，疊加于主磁通使鐵心非正常飽和，主磁通平頂，一次側電勢趨于0 （微分關系），導致勵磁電流劇增，嚴重時可能損壞變壓器。iuVoIdMuv i消除措施:vTvWwIduu%Q tco T采用三相全波橋式整流，消除二次側直流分量。一次側采用三角聯接，為一次側 3次諧波電流提供通路,保證主磁通正弦。1、脈沖變壓器基本工作原理i1ui U R3 ei "%a0Diu1