电机学第三章 变压器

电机学第三章变压器变压器的基本原理、结构、运行特性与分析方法Contents本章目录变压器原理与运行分析，涵盖结构、特性、等效电路及并联运行等核心知识模块。01变压器的基本结构与工作原理02变压器的额定值与分类03变压器的空载运行分析04变压器的负载运行分析05等效电路与相量图06参数测定：空载与短路试验07三相变压器与特殊变压器08变压器的并联运行CHAPTER01变压器的基本结构与工作原理从物理构造到电磁感应，建立变压器的基础认知CORESTRUCTURE铁芯的结构形式与截面设计铁芯结构形式决定了变压器的制造工艺和适用范围。心式结构简单经济，是电力系统主流选择；壳式结构机械强度高、散热好，适用于特殊大容量场合。心式与壳式变压器铁芯结构对比CoreType心式变压器：铁芯柱上套装绕组，磁路通过两侧铁轭闭合，结构简单、用材少、工艺成熟，广泛用于各电压等级ShellType壳式变压器：铁芯包围绕组形成外壳，机械强度高、抗短路能力强，多用于电炉变压器等大电流特殊场合CrossSection铁芯截面：小容量用方形截面便于制造，大容量采用多级阶梯形趋近圆形，窗口利用系数从0.64提升至0.85以上Lamination节能技术叠片方式：传统叠积式接缝处存在磁通畸变，现代卷铁芯采用连续卷绕消除接缝，空载损耗降低15%-20%，运行噪声同步减小，是当前配电变压器的主流发展方向CHAPTER02变压器的额定值与分类铭牌参数的物理含义与变压器的分类体系CHAPTER03变压器的空载运行分析副边开路工况下的励磁电流、铁损与电磁关系CHAPTER04变压器的负载运行分析负载工况下的磁动势平衡、电压变化与绕组归算CHAPTER05等效电路与相量图T形等效电路、简化等效电路与相量图的构建方法CHAPTER06参数测定：空载与短路试验通过标准试验确定变压器等效电路的全部参数Efficiency&OptimalLoad变压器的效率与最大效率变压器效率通常高达95%-99.5%，采用间接法（由空载和短路试验数据）计算。当铁损P₀等于铜损β²Pk时效率达到最大值，设计时通过调整P₀/Pk比值使最大效率出现在常用负载区间（β=0.5-0.7）。01效率定义：η=P₂/P₁×100%=(1-ΣP/P₁)×100%，其中总损耗ΣP=PFe+Pcu=P₀+β²Pk（铁损+铜损）95–99.5%02间接法计算：η=(1-(P₀+β²Pk)/(βSₙcosφ₂+P₀+β²Pk))×100%，无需实际加载即可由试验数据算出效率INDIRECT03最大效率条件：dη/dβ=0，得P₀=β²Pk，即不变损耗等于可变损耗时效率最高P₀=β²Pk04最优负载系数：βm=√(P₀/Pk)，一般设计为0.5-0.7，使变压器在常用负载范围内运行效率最高β=0.5–0.7变压器铭牌参数与效率特性CHAPTER07三相变压器与特殊变压器三相联结方式、磁路特点与自耦变压器、互感器PowerTransformer自耦变压器自耦变压器原副边共用部分绕组，既有磁耦合又有电连接，变比接近1时经济效益显著（容量利用率=1-1/k）。自耦变压器/调压器实物Structure原副边共用一部分绕组（公共绕组），串联绕组与公共绕组串联后构成高压侧，低压侧从公共绕组引出。Capacity容量S=串联容量Ss+传导容量Sc，当k接近1时传导容量占比大，如k=2时通过容量是额定容量的2倍。2×Efficiency效益系数1−1/k，变比越接近1经济效益越显著，故常用于相邻电压等级联络。50%Safety原副边有直接电连接，无电气隔离功能；短路阻抗较小导致短路电流较大，不适合需要隔离的场合。CHAPTER08变压器的并联运行并联运行的理想条件、实际偏差分析与负载分配PARALLELOPERATION并联运行的条件与负载分配变压器并联运行需满足三个条件：变比相等、联结组标号相同、短路阻抗百分数相等。其中联结组不同绝对不能并联。01变比相等：变比不等时空载也存在环流Ic=ΔU/(Zk₁+Zk₂)，增加损耗和温升，允许偏差±0.5%±0.5%02联结组标号相同：组号不同导致副边电压存在相位差（如Yy0与Yd11差30°），环流可达额定电流数倍，绝对不允许并联30°03短路阻抗uk%相等：负载分配与额定容量成正比、与uk%成反比，Si/Sni=Sj/Snj当且仅当uki%=ukj%uk%04实际原