chp 2机电能量转换基础2.1,2.2

HELLOEVERYONE,她犹如天鹅项下的一颗灿烂的珍珠。哈尔滨，雅称“冰城”、“丁香城”，中国东北北部最大的政治、经济、文化中心。地处富庶的松辽平原，松花江沿岸，是著名的避暑胜地、我国十大城市之一，同时也是一座风光旖旎、独具特色的大城市，美丽的松花江似彩带从市区蜿蜒而过，幽雅的太阳岛似一颗闪亮的明珠镶嵌在松花江北岸。巍峨的防洪纪念馆飞架南北的松花江公路大桥，壮观的工人体育馆.令秀美的哈尔滨更加婀娜多姿。兆麟公园冰雪大世界景色迷人。众多街心公园典雅秀丽.它们以独具特色的风姿吸引着中外的游客。它腹地辽阔，周围沃野千里，石油、煤炭、木材资源十分丰富，是国家重要工业基地之一。科技力量雄厚，大学众多，科研机构余家，具有国家级高新技术、经济技术开发区各一个。,猜猜这是哪？,2.1电机中的能量转换与磁路2.1.1电机中能量转换的两个实例2.1.2能量转换装置中的磁场与磁路2.2磁场的建立2.2.1安培环路定律及其简化形式2.2.2磁路的欧姆定律2.2.3磁路中铁心的作用2.2.4铁磁材料及其磁化特性2.3电磁感应定律2.3.1电磁感应定律2.3.2变压器电动势与运动电动势,第2章机电能量转换基础,2.4磁磁场能量与电感2.4.1磁场储能、磁共能2.4.2电感、用电感表示的磁场能量2.5*机电能量转换基本原理2.5.1典型的机电能量转换装置2.5.2电磁力和电磁转矩2.6交流磁路和电力变压器2.6.1交流磁路分析2.6.2变压器的空载运行2.6.3变压器的负载运行2.6.4*采用微分方程表示的变压器电路方程,2.1电机中的能量转换与磁路,2.1.1电机中能量转换的两个实例2.1.2能量转换装置中的磁场与磁路,通过实例说明电机中能量转换需要磁场作为耦合场，即通过磁场将能量输入的部件与能量输出的部件耦合起来。,2.1.1电机中能量转换的两个实例,什么是电机？电机是一种进行能量传递或机电能量转换的电磁机械装置。根据电机是否旋转，将电机分为静止电机和旋转电机。,静止电机(变压器),变压器的作用？电能的传递,旋转电机？,旋转电机,磁场与磁路？,电机的作用？机电能量的转换,2.1.2能量转换装置中的磁场与磁路,电能为什么能在变压器的两个彼此绝缘的线圈之间传递？电动机中，从定子部分输入的电能，为什么能转换为机械能从转子输出？,变压器和旋转电机中的磁路主要由铁磁材料构成。在变压器中，沿着图2.1.1所示磁路上，可以没有空气隙，即磁路可以完全由铁磁材料构成，称为铁心磁路；在旋转电机中，在定子磁路与转子磁路之间，总是有一个空气隙存在，这是带气隙的铁心磁路。,磁场的建立？,HELLOEVERYONE,长春是吉林省省会城市，“九一八”事变之后，沦成为伪满洲国的国都，作为伪满州国的傀儡皇帝爱新觉罗溥仪生活于此，留下了大量伪满殖民遗迹，有伪满皇宫、伪满国务院、伪外交部、伪军工部、伪司法部、伪经济部、伪兴农部、伪交通部、伪文教部、关东军司令部、伪满中央银行等.新中国后的长春是我国汽车工业的摇篮.同时，长春也是新中国电影的摇篮，新中国电影史上的众多第一都是在这里抒写.长春又是我国著名的“森林城”，其绿化率一直在我国大中城市中名列前茅，曾荣获“全国造林绿化十佳城市”、“全国园林绿化先进城市”和“国家园林城市”等称号；长春也是我国著名的科技文化城，这里除有着众多的国内科技第一外，这里还有众多的科研院所、国家级实验室以及国家重点学科等。长春的自然风光非常美丽迷人，有着鲜明的东北特色,2.2.1安培环路定律及其简化形式2.2.2磁路的欧姆定律2.2.3磁路中铁心的作用2.2.4铁磁材料及其磁化特性,2.2磁场的建立,在通电导线周围存在磁场（magneticfield），磁场与建立该磁场的电流之间的关系可由安培环路定律来描述。建立磁场的电流称之为激磁电流（或励磁电流）。下面具体讲述安培环路定律及其简化形式。,安培环路定律？,注意专业术语的掌握！,2.2.1安培环路定律及其简化形式,磁动势或磁势F？,今后可以体会到，磁动势或磁势F（magnetomotiveforce,mmf），单位为安匝(AN)是一个非常重要的物理量。,F=Ni称为磁动势或磁势！,磁路的欧姆定律？,1均匀磁路的欧姆定律,2.2.2磁路的欧姆定律,磁化曲线？,磁阻、磁导与哪些因素有关？,磁路与电路的对比？,分段均匀磁路的欧姆定律？,2分段均匀磁路的欧姆定律,(串联磁路),磁路中铁心的作用？,1铁心的增磁（增磁通）功能,2.2.3磁路中铁心的作用,磁路中气隙的作用？,2串联磁路中的气隙降低铁心的增磁功能,气隙的导磁率很低，只有铁心的数千分之一。,3铁心磁路使磁通在空间按一定形状分布,对图2.1.1所示变压器，利用铁心的增磁功能，使得同时与两个线圈交链的磁通得以增强；而在图2.1.2与图2.1.3中，则使得定、转子之间的耦合场得以增强，并可以使定子内圆表面的磁感应强度按一定规律在圆周上分布。,铁磁材料的磁化特性？,1铁磁材料的磁化特性,2.2.4铁磁材料及其磁化特性,磁通密度B与磁场强度H之间的关系曲线，称为B-H曲线(B-Hcharacteristic)，是磁性材料最基本的特性，也被称为材料的磁化曲线。磁化曲线开始拐弯的点（图中的b点），称为膝点。通常，电机磁路中的铁磁材料工作在膝点附近。,磁滞回线特性？,剩磁Br矫顽力Hc软磁材料：剩磁和矫顽力较小；硬磁材料：剩磁和矫顽力较大,注意磁滞回线与磁性材料的关系！,铁磁材料的磁化特性？,2铁磁材料的磁化特性与铁心磁路的磁化曲线的关系,永磁磁路？,3永磁磁路,硬磁材料一经磁化,能长时间保持磁性,故可以用于制造永久磁铁.,Permanentmagnet,永久磁铁，磁导率很大,普通软磁铁芯,永久磁铁的去磁化曲线,永久磁铁的特点？,本节小结？,本节小结1电生磁，安培环路定理；2铁增磁（磁路，电流一定时，增磁通）；3磁路的非线性特性（饱和特性，磁滞特性）4磁路与电路,2.3电磁感应现象？,2.3电磁感应定律,图2.1.1中，铁心中的磁场随时间变化变压器传递电功率；图2.1.2和2.1.3中，当磁力线“切割”定子线圈时，电能才有可能转变为机械能。前者:由于磁通交变在变压器的两个线圈中产生感应电势；后者:由于“切割”的作用，在定子线圈上产生了感应电势。,一般情况下，若一个线圈放在磁场中，只要造成了和线圈交链的磁通随时间发生变化，线圈内都会产生感应电势，这种现象就是电磁感应。电磁感应是实现电机中能量转换的基础。,电磁感应定律？,2.3.1电磁感应定律,从低电位指向高电位对于具体电路，如何确定箭头指向？,楞次定律？,单位：Wb,注意，只有线圈的磁通与电势符合右手螺旋关系，上式才取负号。此外，这种电动势正方向的规定被用于本书电力变压器和交流电机的内容之中。,感应电势方向的确定,对于交流电,如何确定感应电势的方向？,变压器电动势与运动电动势,2.3.2变压器电动势与运动电动势,变压器电动势,变压器电动势,运动电动势,运动电动势,进一步分析运动电动势,注意：在3.1节“直流电机原理”中BB(x),小结,2.3小结,动磁生动电：法拉第定律方向：总是.交流电：假定正方向，两次使用螺旋定则分为变压器电势和运动电势,磁场能量与电感的关系分析,HELLOEVERYONE,下页,上页,返回,沈阳市为辽宁省省会所在地，我国著名的重工业城市。沈阳已有2000多年历史，是中国著名的历史文化名城。这样一座历史悠久的文明古城，沈阳的历史可以追溯到战国时代（距今约2，300年前）的燕国；它也是清帝国的发祥地。清太祖（努尔哈赤）创建后金，曾定都于此，后又迁都北京。尽管如此，沈阳一直被叫做“奉天”，而且多位历代皇帝曾经到此避难和游玩。由于这个缘故，沈阳还留下许多与清朝有关的建筑和文物，其中又以沈阳故宫最为闻名。沈阳是东北地区最大的中心城市,东北地区的经济、文化、交通和商贸中心，拥有东北地区最大的民用航空港.沈阳有众多的高校、科研机构和文化团体。沈阳也是著名的旅游城市。,众所周知，磁铁能吸铁磁物质，说明磁铁能做功，即磁场中有能量。2.4.1磁场储能、磁共能2.4.2电感、用电感表示的磁场能量,2.4磁场能量与电感,磁场能量,1决定磁场能量的要素(1)可动部分静止,2.4.1磁场储能、磁共能（了解）,磁场储存的能量,运动距离对磁场储存能量的影响,(2)x具有不同数值时的磁场储能,结论,磁共能,2磁共能,将其作为一个计算量称为磁共能,进一步研究磁能和磁共能,电感与磁场能量,电感与线圈匝数的平方成正比，与磁场介质的磁导成正比，而与线圈所加的电压、电流或频率无关。,2.4.2电感、用电感表示的磁场能量,分析变压器电感与磁场能量,符号被定义,线圈的耦合系数,两个线圈的情况，容易得到其磁场储能及磁共能,机电能量转换简介,2.5机电能量转换原理,从能量转换的观点，我们可以把依靠电磁感应原理运行的机电设备看作是一类机电转换装置，比如变压器是一种静止的电能转换装置，而旋转电机是一种将机械能转换成电能（发电机）或将电能转换成机械能（电动机）的运动装置。因此，机电能量转换原理也是学习和研究电机理论的一个重要工具。,机电能量转换装置,2.5.1机电能量的转换装置,一般来说，电磁系统包括电气系统、机械系统和连接机电系统的中间媒介，其作用是能量传递和转换。系统可以从机械系统输入机械能，通过中间介质将机械能传递给电气系统，使之输出电能；另一方面，也可以从电气系统输入电能，并由中间介质转换为机械能，驱动机械系统运动。,机电能量转换关系,由于机械系统和电气系统是两种不同的系统，其能量转换必须有一个中间媒介，这个任务就是由气隙构成的耦合磁场来完成的，图2-2a是机电系统通过耦合磁场相联系的示意图。,根据电磁系统机电装置的能量输入和输出的数量，可分为单输入输出机电能量转换装置和多输入输出机电能量转换装置。,单输入输出机电能量转换装置,单输入输出机电能量转换装置单输入和输出机电能量转换装置是一类简单的电磁系统，如图2-3所示，其具有单一的电气和机械装置通过耦合磁场进行机电能量的转换，再由电气或机械装置输入或输出能量。这类电磁系统具有广泛的工程应用，比如：电磁继电器和电磁铁等机电装置。,多输入多输出机电能量转换装置,多输入多输出机电能量转换装置多输入和多输出机电能量转换装置是一类复杂的电磁系统，如图2-4所示，其具有多路的电气和机械装置通过耦合磁场进行机电能量的转换，再由电气或机械装置输入或输出能量。,交流磁路,2.6交流磁路和变压器原理,2.6.1交流磁路分析,HELLOEVERYONE,“这是一座集大气与浪漫于一身的海滨城市；这是一个用服装表达心情，用足球塑造性格，用浪漫装点生活，用巨轮承载雄心的城市。她的每一次亮相总是携手时尚，她的每一次出场总是彰显力量。这是一座将城市变成风景，将风景变成资本的城市。”,浪漫之都-时尚大连,2.6.2变压器的空载运行,1变压器的工作原理,变压器是利用电磁感应原理工作的，它主要由铁心和套在铁心上的两个（或两个以上）互相绝缘的线圈所组成，线圈之间有磁的耦合，但没有电的联系。,在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。,变压器的基本工作原理？,假定变压器两边绕组的电压和电动势的瞬时值都按正弦规律变化，可得一次、二次绕组中电压和电动势的有效值与匝数的关系为,由此可得变压器一次、二次绕组中电压和电流有效值的关系,k匝比,或电压比,忽略铁心中的损耗，根据能量守恒定律，有：,（4-5）,利用电磁感应原理，可将一种电压等级的交流电源转换成同频率的另一种电压等级的交流电源。只要改变匝数比k，便可变换输出电压u2或i2大小。,变压器的基本结构？,2.变压器的结构,铁心变压器中主要的磁路部分，分为铁心柱与铁轭两部分。,变压器的主要组成是铁心和绕组（俗称为器身）。,变压器的绕组？,绕组变压器中的电路部分。,常用绝缘铜线或铝线绕制而成，近年来还有用铝箔绕制的。为了使绕组便于制造和在电磁力作用下受力均匀以及机械性能良好，一般电力变压器都把绕组绕制成圆形的。,变压器的其他结构附件？,油浸式电力变压器,1信号式温度计2吸湿器3储油柜4油位计5安全气道6气体继电器7高压套管8低压套管9分接开关10油箱11铁心12线圈13放油阀门,其他结构附件,变压器的额定值？,3.变压器的额定值(名牌值）,额定容量为变压器的视在功率（用SN表示，单位kVA，VA）,额定电压U1N/U2N（一次和二次绕组上分别为U1N和U2N，单位V,kV）U1N是指根据变压器的绝缘强度和容许发热条件规定的一次绕组正常工作电压值。U2N指一次绕组加上额定电压，分接开关位于额定分接头时，二次绕组的空载电压值。对三相变压器，额定电压指线电压。,额定电流I1N/I2N（一次和二次绕组上分别为I1N和I2N，单位A,kA）I1N和I2N（A）是根据容许发热条件而规定的绕组长期容许通过的最大电流值。对三相变压器，额定电流指线电流。,单相变压器,三相变压器,额定频率fN我国的规定为50Hz,变压器的应用和分类？,4.变压器的应用和分类变压器的应用变压器在电力系统和电子设备中得到广泛的应用。变换电压、变换电流和阻抗电力系统中使用的变压器称作电力变压器，它是电力系统中的重要设备。由交流电功率可知，如果输电线路输送的电功率P及功率因数cos一定，电压U越高时，线路电流I越小，则输电线路上的压降损耗也就越小，同时还可以减小输电线的截面积，节省材料，达到减小投资和降低运行费用的目的。另外，变压器的用途还很多，如测量系统中使用的仪用互感器，可将高电压变换成低电压，或将大电流变换成小电流，以隔离高压和便于测量；用于实验室的自耦调压器，则可任意调节输出电压的大小，以适应负载对电压的要求；在电子线路中，除了电源变压器外，变压器还用来传递信号、实现阻抗匹配等等。,变压器的分类？,变压器的分类,按用途分：电力变压器和特种变压器。电力变压器主要用于电力系统，又可分为升压变压器、降压变压器、配电变压器和厂用变压器等。特种变压器根据不同系统和部门的要求，提供各种特殊电源和用途，如电炉变压器、整流变压器、电焊变压器、仪用互感器、试验用高压变压器和调压变压器等等。,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：芯式变压器和壳式变压器。,按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。,按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器（油浸自冷式、油浸风冷式和强迫油循环式等）和充气式变压器。,各种变压器的外形？,电源变压器,电力变压器,控制变压器,接触调压器,三相干式变压器,例变压器的计算？,例有一台三相油浸自冷式铝线电力变压器，,试求一次、二次绕组的额定电流。,解：,联结,变压器的空载运行？,5.变压器的空载运行,空载运行时的物理情况,变压器匝数为N1的一次绕组加上交流电压，变压器匝数为N2的二次绕组开路，这种情况即为变压器的空载运行。,一次绕组和二次绕组的电动势平衡方程式,其中，i0空载电流；u20二次绕组的空载电压；r1一次绕组的电阻。主磁通；1一次绕组漏磁通。,空载运行一次绕组接在额定电压的交流电源上，而二次绕组开路,变压器的空载运行感应电动势？,感应电动势与主磁通,感应电动势e1和e2均滞后于的电角度90，其有效值为,E1和E2的相量表达式,变压器的空载电流和漏磁电动势？,空载电流,空载电流包含两个分量，一个是励磁分量，作用是建立磁场，产生主磁通无功分量；另一个是铁损耗分量，作用是供变压器铁心损耗有功分量。,性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电流主要是感性无功性质也称励磁电流；,大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关，用空载电流百分数I0%来表示：,3、漏磁通和漏电抗,漏电抗X1是一次绕组的一个参数。漏电抗反映了漏磁通对电路的电磁效应。漏磁通的主要路径是非铁磁物质，磁路不会饱和，漏磁路是线性的，漏磁路的磁导是常数，因此对已制成的变压器，漏电感L1为一常数，当频率f1一定时，漏电抗也是常数X1=1L1。,一次绕组的漏磁通1也将在一次绕组中感应产生一个漏磁电动势e1,变压器的空载电动势平衡方程式？,空载运行时的电动势平衡方程式、相量图及等效电路,其中，式中r1一次绕组的电阻；Z1一次绕组的漏阻抗，Z1r1jX1,(1)电动势平衡方程式按规定的正方向，可以列出空载运行时的一次侧和二次侧电动势平衡式的相量形式为,变压器空载运行时，阻抗压降I0Z1很小(一般小于0.5%U1)，可近似地认为U1E1，因此，这里同样可以得到变压器的电压比k。,变压器的空载的等效电路和相量图？,(2)空载运行时的等效电路和相量图,等效电路的目的：简化对变压器的分析和计算,漏磁电动势e1的作用可看作是空载电流i0流过漏电抗X1时所产生的电压降。同样，感应电动势e1的作用也可类似地看作是空载电流i0流过电路中某一元件时所产生的电压降，设该电路元件的阻抗为Zf，代表主磁通在铁心中所产生的铁心损耗。因此，e1可用相量形式表示为,Zf变压器的励磁阻抗，Zf=Rf+jXf;Rf变压器的励磁电阻，对应铁耗PFe;Xf变压器的励磁电抗，反映主磁通的作用。,变压器的空载的等效电路和相量图？,（4-11）,（4-10）,将式（4-11）代入式（4-10）,（4-12）,X1为常数，Rf和Xf都不是常数，随外加电源电压U1的变化而变化。当U1增加时，Rf和Xf都减小。通常电源电压在额定值附近变化不大，定量计算时可以认为Zf基本上不变。变压器中由于主磁路的磁导比漏磁路的磁导大得多，XfX1，另外一般来说RfR1，故有ZfZ1。,变压器的负载运行？,2.6.3变压器的负载运行,负载运行变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次侧接上负载的运行状态，称为负载运行。,变压器的负载运行时的基本方程式？,1.负载运行时的基本方程式,磁动势平衡方程式,将上式两边除以N1并移项，便得,负载运行时，一次电流由空载时的i0变为负载时的i1，由于Z1较小，因此一次绕组漏阻抗压降I1Z1也仅为(35)%U1N，当忽略不计时，有U1E1，故当电源电压U1和频率f1不变时，产生E1的主磁通也应基本不变，即从空载到负载的稳定状态，主磁通基本不变。所以，负载时建立主磁通所需的合成磁动势F1F2与空载时所需的磁动势F0也应基本不变，即有磁动势平衡方程为,（4-14）,变压器的负载运行时的电流关系？,上式表明，负载时一次电流由两个分量组成，一个是励磁电流，用于建立主磁通；另一个是供给负载的负载电流分量，用以抵消二次绕组磁动势的去磁作用，保持主磁通基本不变。由于变压器空载电流很小，为方便分析问题，常忽略不计，则上式可近似为,上式表明，与相位上相差接近180，考虑数值关系时，有进一步说明变压器带负载运行时，其一次侧与二次侧的电流，在数值上也近似地与它们的匝数成反比。,变压器的负载运行时的电动势平衡方程式？,电动势平衡方程式,根据前面的分析可知，负载电流i2通过二次绕组时也产生漏磁通2，相应地产生漏磁电动势e2。类似e1的计算，e2也可用漏抗压降的形式来表示，即,根据基尔霍夫第二定律，变压器在负载时的一次、二次绕组的电动势平衡式为,综上所述，可得到变压器负载时的基本方程式,变压器的等效电路及相量图,7.变压器的等效电路及相量图,变压器负载运行时等效的纯电路模型,2.绕组归算归算：将变压器的二次（或一次）绕组用另一个绕组来等效，同时，对该绕组的电磁量作相应的变换，以保持两侧的电磁关系不变。,归算原则：1）保持二次侧磁动势不变；2）保持二次侧各功率或损耗不变。,二次绕组归算后，变压器一次和二次绕组具有同样的匝数，即,1.电动势和电压的归算,则,电流和阻抗的归算,2.电流的归算根据折算前后二次绕组磁动势不变的原则，即,3.阻抗的归算,阻抗归算的原则：归算前后电阻铜耗及漏感中无功功率不变。,归算后变压器负载运行时的基本方程式变为如下形式：,等效电路,3.等效电路,右图中，二次绕组各量均已经归算到一次绕组，即,图中a、b和c、d分别等电位，连接起来而不改变运行情况。则得出变压器T形等效电路。（由基本方程式也可得出该等效电路）,等效电路的简化,一般电力变压器运行时，I0只占(210)%I1N，从工程计算的观点，负载较大时，可以把I0略去，得到一个简化等效电路，,Zsh，Zsh称为变压器的等效漏阻抗或短路阻抗，即,Rsh短路电阻，RshR1R2；Xsh短路电抗，XshX1X2。,相量图,4.相量图,根据T形等效电路，可以画出相应的相量图。,等效电路的参数测定,HELLOEVERYONE,杭州是我国著名的历史文化名城，文化璀璨，积淀深厚。先后出现过极具特色的良渚文化、吴越文化、南宋文化和明清文化，形成了一个完整的文化发展系列，为中华文明史增添了亮丽的一笔。目前，有国家级重点文物保护单位5处、省级重点文物保护单位25处。,休闲之都杭州,2.6.4.等效电路的参数测定,1.空载试验,通过测量空载电流和一、二次电压及空载功率来计算变比、空载电流百分数、铁耗和励磁阻抗（励磁参数）。,变压器空载运行时，可以认为输入功率p0完全用来抵偿铁耗。,从空载运行的等效电路得出总阻抗,目的：要用基本方程式、等效电路或相量图分析变压器的运行性能，必须先知道变压器的绕组电阻、漏电抗及励磁阻抗等参数。对于一台已制成的变压器，只有通过实验的方法来求取各个参数，即可以通过空载试验和短路试验测量并计算变压器的参数。,励磁阻抗,电压比,励磁电阻,励磁电抗,空载试验注意的问题,由于励磁参数Rf、Xf和Zf与铁心的饱和程度有关，当电源电压变化时，铁心的饱和程度不同，这些参数会发生变化，且随铁心饱和程度的增加而减小，因此为使测定的参数符合变压器的实际运行情况，应取额定电压下的数据来计算励磁参数。,空载试验可在高压侧或低压侧进行，考虑到空载试验电压要加到额定电压，当高压侧的额定电压较高时，为了便于试验和安全起见，通常在低压侧进行试验，而高压侧开路。,从空载运行的等效电路得出励磁参数,空载试验注意的问题,负载试验,空载试验在低压侧进行时，其测得的励磁参数是低压侧的，因此必须乘以k2，将其折算成高压侧的励磁参数。,2.负载试验（又称短路试验）,通过测量短路电流、短路电压及短路功率来计算变压器的短路电压百分数、铜损和短路阻抗（短路参数）。,高压侧加电压，低压侧短路；由于外加电压很小，主磁通很少，铁损耗很少，忽略铁损。这时输入功率（短路损耗）Psh可认为完全消耗在绕组电阻损耗上，即PshpCu。由简化等效电路，根据测量结果，取IshI1N时的数据计算室温下的短路参数。,负载试验,短路阻抗,短路电阻,短路电抗,负载试验（又称短路试验）,由于绕组的电阻随温度而变，而短路试验一般在室温下进行，故测得的电阻值应按国家标准换算到基准工作温度。对A、E、B级的绝缘，其参考温度为75，则换算公式为,对铝线变压器,负载试验,对铜线变压器,在75时的短路阻抗为,短路电流等于额定电流时的短路损耗PshN和短路电压（阻抗电压）UshN也应换算到75时的数值，即,为了便于比较，常把Ush75C表示为对一次侧额定电压的相对值的百分数，即,一般中小型变压器ush(410.5)%，大型变压器的ush(12.517.5)%左右。如果变压器的绝缘耐热等级为其它绝缘耐热等级，则应校正的参考温度为115。,短路电压百分数,标么值,就是指某一物理量的实际值与选定的同一单位的基准值的比值（通常以额定值为基准值）,即,短路电压（阻抗电压）ush是变压器的一个重要参数，标在变压器的铭牌上，它的大小反映了变压器在额定负载下运行时，漏阻抗压降的大小。,从运行的角度上看，希望ush值小一些，使变压器输出电压波动受负载变化的影响小些，,从限制变压器短路电流的角度来看，则希望ush值大一些，这样可以使变压器在发生短路故障时的短路电流小一些。,如电炉用变压器，由于短路的机会多，因此将它的ush值设计得比一般电力变压器的ush值要大得多。,三相变压器,2.6.5三相变压器,本节主要讨论三相变压器本身的特点，如三相变压器的磁路、三相绕组的联接方法、三相变压器的联结组以及三相变压器的并联运行等问题。,1.三相变压器的磁路系统,三相变压器组的磁路,三相变压器的磁路,.三相心式变压器的磁路,三相心式变压器的磁路特点是三相主磁通磁路相互联系，彼此相关，为了使结构简单、制造方便、减小体积和节省硅钢片，可将三相铁心柱布置在同一平面内。常用的三相心式变压器的铁心结构如图所示，其三相磁路不对称，使空载电流不对称。由于电力变压器的空载电流很小，它的不对称对变压器负载运行的影响很小，可以不予考虑，因而空载电流取三相的平均值。,三相变压器的联结法,三相变压器的电路系统联结组,2.三相变压器绕组的联结法,联结法,a)星形联结Y或yb)三角形联结D或d,高压绕组用大写字母标注、低压绕组用小写字母标注。如YN,d,三相变压器的联结组,3.三相变压器绕组的联结组,按一次、二次线电压的相位关系把绕组的连接分成各种联结组,一次、二次线电压的相位差总是30电角度的倍数时钟表示法,表4-1变压器绕组的首端和末端标志,时钟表示法,电力变压器的国家标准GB1094.11996中的“钟时序数表示法”进行确定。,时钟表示法：a)把高、低绕组的的两个线电压三角形的重心重合在一起；b)高压侧线电压三角形的一条中线作为分针，指向12点；低压侧线电压三角形中相对应的一条中线作为时针，其所指的钟点为连接组的标号,（1）高低压侧绕组相电动势的相位关系a)I/I-0联结组b)I/I-6联结组,联结组标号的确定,（2）三相变压器联结组标号的确定决定连接组标号的步骤法：,1)标出高、低压侧绕组相电动势的假定正方向，标明绕组同名端和相电压方向；2）将高压侧和低压侧的电动势相量图画在同一图上，画图时注意以下几点：a、原理图中相序标号从左到右排列，对应的在相量图上按顺时针方向排列，例如：若相序为A-B-C，则相量图上的三个顶点A、B、C按顺时针方向排列。高压侧和低压侧的画图原则相同。b、同一铁心柱上，高压和低压两个相量只有同相或反相两种情况。3）判断联结组别：取高、低压相对应的线电势相量进行比较，旋转相量图使高压侧线电势指向钟表“12”，低压侧线电势相量所指向的字母即为联结组别。所谓高、低压相对应的线电势相量，即下标字母完全相同，且参考方向标注相同，例如AB（方向为由A指向B）和ab（方向为由a指向b）、BC和bc等等。判断同一相的相电压相位，画出两个线电压三角形，并将重心重合在一起；根据高、低压绕组线电压三角形重心重合后的对应中线位置，确定连接组的标号,GB规定常用连接组标号：Yy0、Yd11（或Dy11）两类,联结组例,例：图415a）为Yy0联结组，图415b）为Yd11联结组。,联结组例,铁心的结构形式,二、三相变压器的磁路系统铁心的结构形式,a)单相芯式铁心的合并b)铁心的演变c)三相芯式铁心,电动势波形影响,三、三相变压器的电路系统和磁路系统对电动势波形影响,谐波磁通的路径,三相变压器的并联运行,4.三相变压器的并联运行,所谓并联运行，就是将两台或两台以上的变压器的一次、二次绕组分别并联到公共母线上，同时对负载供电。,三相变压器的并联运行优点,变压器并联运行时的优点：,1）提高供电的可靠性。并联运行的某台变压器发生故障或需要检修时，可以将它从电网上切除，而电网仍能继续供电；2）提高运行的经济性。当负载有较大的变化时，可以调整并联运行的变压器台数，以提高运行的效率；3）可以减小总的备用容量，并可随着用电量的增加而分批增加新的变压器。当然，并联运行的台数过多也是不经济的，因为一台大容量的变压器，其造价要比总容量相同的几台小变压器的低，而且占地面积小。,三相变压器的并联运行的理想情况,变压器并联运行的理想情况是：,1）空载时并联运行的各台变压器之间没有环流；2）负载运行时，各台变压器所分担的负载电流按其容量的大小成比例分配，使各台变压器能同时达到满载状态，使并联运行的各台变压器的容量得到充分利用；3）负载运行时，各台变压器二次侧电流同相位，这样当总的负载电流一定时，各台变压器所分担的电流最小；如果各台变压器的二次侧电流一定，则承担的负载电流最大。,三相变压器的并联运行的理想情况三个条件,为达到上述理想的并联运行，需要满足下列三个条件：,1）并联运行的各台变压器的额定电压应相等，即各台变压器的电压比应相等；2）并联运行的各台变压器的联结组号必须相同；3）并联运行的各台变压器的短路阻抗（或阻抗电压）的相对值要相等。,电压比不等时的并联运行,电压比不等时的并联运行,假设并联运行的其他条件都具备，只是电压比不等，且kIkII。由于并联运行的两台变压器的一次侧接在同一电源电压U1下，而kIkII，则使得两台变压器的二次侧空载电压不等，且U20IU20II，故二次侧绕组之间在并联前存在空载电压差，如下图所示，当二次侧绕组并联后，在两个绕组中就会产生空载环流Ic。,联结组标号不同时的并联运行,联结组标号不同时的并联运行,如果并联运行的两台变压器的电压比和短路阻抗相对值均相等，但是联结组的标号不同，那后果十分严重。因为联结组标号不同时，两台变压器二次侧线电压的相位不同，至少相差30，因此会产生很大的空载电压差U20,短路阻抗相对值不等时的并联运行,短路阻抗（或阻抗电压）相对值不等时的并联运行,如果并联运行的两台变压器，其电压比相同，联结组标号相同，则在图7-23中就不会有空载环流产生。但因两台变压器的阻抗电压的相对值不等，如ushIushII，则在额定负载时，第一台变压器的绕组压降大于第二台变压器的绕组压降，即短路阻抗相对值较大的第一台变压器外特性较软，如图所示。,但是，并联运行的两台变压器二次侧接在同一母线上，具有相同的U2值，因而使变压器的负载分配不均匀，将会出现第一台变压器的负载电流还小于额定值时，第二台变压器已过载了。