第7 章 变压器
第七章 电能传输及转换技术
U2N
cosφ 2=0.8滞后
cosφ 2=1
变压器的外特性就是描述输出电压 u2随负载电流 i2变化的关系，即： u2 ＝f（i2 ） 两者之间的对应关系可用左图所示 曲线进行描述。
0
I2N
i2
2．电压调整率
U 20 U 2 N U % 1 0 0 % U 20
电压调整率反映了变压器运行时输出电压的稳定性，是变 压器的主要性能指标之一。
M 1 L1 1/ （a） L2 2/ 1/ （b）
二端口网络
L1 2 1
L2 2 C 2/ 1/ 1
Z1
Z2
2
Z3 2/ （c）
在四端网络中端口由两个端钮组成，当从一个端钮流入该网络 的电流等于从另一个端钮流出该网络的电流时，该两个端钮称一 个端口。上图（a）中，如果流入端钮1的电流等于流出端钮1/的 电流，1-1/称一个端口。图中四端网络共有两个端口，称二端口网 络。
高压套管
低压套管 分接开关 油箱 铁芯 绕组 放油阀门
变压器主要由铁芯和绕组两大部分构成。铁芯是它的磁 路部分，绕组是它的电路部分。
7-2 变压器
二、变压器的工作原理
（1）变压器的空载运行与变换电压作用
Φ S i10 u20 a
x
A u X 1
N1N2
|ZL|
x
变压器的一次侧接电源，二次侧开路，这种运行状 态称为空载。 变压器空载时原边电流 i10很小，在铁心磁路中产生按 正弦规律变化的磁通φ ，当φ 穿过两线圈时，分别感应电压：
U L1 4.44 fN1m U M2 4.44 fN 2m
7-2
变压器
变压器原、副边电压与感应电压的关系为：
U1 U L1 4.44 fN1m U 20 U M2 4.44 fN 2m
变压器运行规程
变压器运行规程变压器是电力系统中常见的一种设备，主要用于升降电压。
为了保证变压器的正常运行和安全使用，制定了一系列的运行规程。
以下是变压器运行规程的一个示例，共____字。
具体规程根据实际情况和需求进行调整：第一章总则第一条为了保证变压器的正常运行和安全使用，制定本规程。
第二条本规程适用于所有使用变压器的单位和个人。
第二章变压器的运行管理第三条变压器的运行管理应符合国家相关标准和规定。
第四条变压器的运行管理由专业人员负责，包括变压器的运行监测、维护、检修等工作。
第五条变压器应有专门的运行记录，记录包括变压器的运行参数、维护记录、检修记录等。
第三章变压器的日常维护第六条变压器的日常维护包括外观检查、油液检查、绝缘检查等。
第七条每天对变压器的外观进行检查，注意变压器是否有异常现象，如渗油、漏油等。
第八条定期对变压器的油液进行检查，包括油位、油色、油质等。
如发现问题，应及时处理。
第九条定期对变压器的绝缘进行检查，采取合适的绝缘测试方法进行测试。
第四章变压器的定期检修第十条变压器的定期检修应按规定时间和方法进行。
第十一条变压器的定期检修包括绝缘电阻测量、内部接线检查、油液更换等。
第十二条变压器的定期检修应由经验丰富的专业人员进行。
第五章变压器的事故处理第十三条变压器发生故障时，应立即停止运行，并采取相应的事故处理措施。
第十四条在事故处理时应采取必要的保护措施，确保人员安全。
第十五条变压器的事故处理应及时报告相关部门和单位。
第六章变压器的运行安全第十六条变压器的运行安全是保证变压器正常运行的基础。
第十七条变压器运行过程中应注意安全操作，禁止违章操作和使用不合格设备。
第十八条对于使用过程中存在的安全隐患，应及时进行整改。
第七章变压器的节能管理第十九条变压器的节能管理应根据实际情况制定相应措施。
第二十条变压器的节能管理包括合理调整负载、提高变压器的效率等。
第八章变压器的更新改造第二十一条当变压器使用寿命结束或性能不符合要求时，应及时进行更新改造。
电工电子学第7章习题答案
7.1.1 选择题.(1)功率放大电路的最大输出功率是在输入电压为正弦波时,输出根本不失真情况下,负载上可能获得的最大 A .A.交流功率B.直流功率C.平均功率(2)功率放大电路的转换效率是指―B.A.输出功率与晶体管所消耗的功率之比B.最大输出功率与电源提供的平均功率之比C.晶体管所消耗的功率与电源提供的平均功率之比(3)在选择功放电路中的晶体管时,应当特别注意的参数有__B D E .A. 3B. I CMC. I CBOD. U (BR) CEOE. P CMF. f T(4)在OCL乙类功放电路中,假设最大输出功率为1 W,那么电路中功放管的集电极最大功耗约为C.A. 1 WB. WC. W(5)与甲类功率放大器相比拟,乙类互补推挽功放的主要优点是B.A.无输出变压器B. 能量转换效率高C.无交越失真(6)所谓能量转换效率是指—B.A.输出功率与晶体管上消耗的功率之比B.最大不失真输出功率与电源提供的功率之比C.输出功率与电源提供的功率之比(7)功放电路的能量转换效率主要与—C _______ 有关.A.电源供应的直流功率B. 电路输出信号最大功率C. 电路的类型(8)乙类互补功放电路存在的主要问题是―C.A.输出电阻太大B. 能量转换效率低C. 有交越失真〔9〕为了消除交越失真,应当使功率放大电路的功放管工作在 B 状态.A.甲类B. 甲乙类C. 乙类〔10〕乙类互补功放电路中的交越失真,实质上就是__C.A.线性失真B. 饱和失真C. 截止失真〔11〕设计一个输出功率为20W勺功放电路,假设用乙类互补对称功率放大,那么每只功放管的最大允许功耗PC"小应有B.A. 8WB. 4WC. 2W〔12〕在题图7.1.1所示功率放大电路中.二极管D1和D2的作用是B.A.增大输出功率B.减小交越失真C.减小三极管的穿透电流题图7.1.17.1.2题图所示为三种功率放大电路. 图中所有晶体管的电流放大系数、饱和管压降的数值等参数完全相同,导通时b-e间电压可忽略不计；电源电压V C C和负载电阻RL均相等.〔1〕分别将各电路的名称〔OCL OTL或BTL〕填入空内,图〔a〕所示为 OTL电路,图〔b〕所示为OCL 电路,图〔c〕所示为BTL 电路.〔2〕静态时,晶体管发射极电位U E为零的电路为有OCL〔由于图〔a〕和〔c〕所示电路是单电源供电,为使电路的最大不失真输出电压最大,静态应设置晶体管发射极电位为V C C/2O因此,只有图〔b〕所示的OCL电路在静态时晶体管发射极电位为零.因此答案为OCL 〕〔3〕在输入正弦波信号的正半周,图〔a〕中导通的晶体管是__T1,图〔b〕中导通的晶体管是—T1 ,图〔c〕中导通的晶体管是T!和T4 .〔根据电路的工作原理,图〔a〕和〔b〕所示电路中的两只管子在输入为正弦波信号时应交替导通,图〔c〕所示电路中的四只管子在输入为正弦波信号时应两对管子〔T i和丁4、T2和交替导通.〕T3〕〔4〕效率最低的电路为—C.题图7.1.27.1.3 电路如题图所示.电源电压V Cc=15V, R L=8Q,U CE S^0,输入信号是正弦波.试问：〔1〕负载可能得到的最大输出功率和能量转换效率最大值分别是多少？〔2〕当输入信号u i = 10sincot V时,求此时负载得到的功率和能量转换效率.题图7.1.3【相关知识】乙类互补推挽功率放大电路性能指标.【解题思路】根据题目给定条件确定输出电压幅值的最大值,计算最大可能的输出功率和能量转换效率；估算电压增益,推算输出电压,求相应的输出功率和能量转换效率.【解题过程】(1)图示电路为乙类互补推挽功率放大电路,最大的输出电压幅值,所以W(2)对每半个周期来说,电路可等效为共集电极电路,所以A J ^ 1Uo= Ui = 10sin w t V即 U om= 10V故W7.1.4 互补对称功放电路如题图 所示,试求：(1)忽略三极管的饱和压降 U CES 时的最大不失真输出功率 Rm .(2)假设设饱和压降 U C E =1V 时的最大不失真输出功率P om.【解】(1 ) P orrf^ 9W (2) Rm27.1.5 功放电路如题图所示,设输入为正弦信号, R.=8 ,要求最大输出功率略三极管的饱和压降 U C E §试求：(1)正、负电源 Me 的最小值.(2)输出功率最大(F 0m =9W 时,电源供应的功率P E O【解】(1)正负电源 Vx 的最小彳1为士 12V .(2)输出功率最大(F 0m =9VV 时,功率：F E =题图7.1.4题图7.1.6 互补对称功放电路如图题 所示,设三极管「、T 2的饱和压降 U C ES =2V,P °m =9W 忽电源供应的(1)当T3管的输出信号U O=10V有效值时,求电路的输出功率、管耗、直流电源供应的功率和效率.(2)该电路不失真的最大输出功率和所需的U O3有效值是多少？(3)说明二极管D、D2在电路中的作用.【解题过程】(1)根据电路有：VP E=P>m+Pn+P T2 = + 5 + 5 =%(2)电路不失真的最大输出电压峰值：Um=V cc—H ES=20-2=18V电路不失真的最大输出功率：U O3的有效值：U>3(3)二极管D、D为输出的BJT提供静态偏置电压,用以克服交越失真.7.1.7 国产集成功率放大器5G31的简化原理图如题图所示,试答复以下问题：(1)电路中有几级电压放大,几级功率放大？他们分别由哪些三极管组成？(2)三极管「、T2组成什么形式的放大电路？(3)两个输入端(1和2)中,哪个是反相输入端,哪个是同相输入端？(4)三极管T3的发射极接至「的集电极,而不是接在V cc上,这样做有什么好处？(5)二极管D和D〜D3各起什么作用？(6)三极管T5、飞和T7、T8、T9是什么接法？它们分别可用一个什么类型的三极管(NPN 或PNB等效？(7)电阻R构成什么支路？有何作用？(8)假设用5G31驱动8扬声器,应如何连接？在图中画出.(9)假设把功放的1端与虚线框中的/端相连,2端与虚线框中的2/端相连,写出电路的电压放大倍数表达式.(10)设V=12V, T6和T9的饱和压降U：ES=2V, R=8 ,输入为正弦信号,求电路的最大不失真输出功率P Omo【解题过程】(1) T 1〜T4管组成三级电压放大电路. T5〜T9管组成一级互补对称功率放大电路.(2)三极管T i、T2组成长尾式差动放大电路.(3) 1端是同相输入端,2端是反相输入端.(4)三极管T3的发射极接至T1的集电极,而不是接在Vx上.这样可以将差动放大器的单端输出信号转换为双端输出信号,使输出信号的幅度加倍.(5)二极管D给T3管提供偏置电压.它同时具有温度补偿作用. D〜Q为输出级提供适当的偏置电流,还能保证T5和T7管的基极交流电位根本相等.另外,它们也有温度补偿作用.(6) 三极管丁5、T6和丁7、丁8、T9是复合管接法.丁5、T6管等效为NPNf , 丁7、丁8、丁9管等效为PNP管.(7)电阻R构成电压串联负反应支路,可以稳定电路的静态工作点,改善交流信号的放大性能.(8)假设用5G31驱动8扬声器,应使其输出端经过一个200 F大电容与负载电阻R L相连. 电容极性左正右负.(9)(10) P om=1W1 .整流的目是A .(a)将交流变为直流；(b)将高频变为低频；(c)将正弦波变为方波2 . 在题图7.2.1示的桥式整流电路中,假设, R L=100W二极管的性能理想.(1)电路输出电压的平均值为―C.(a) (b) 10V (c) 9V(2)电路输出电流的平均值为C.(a) 0.14A (b) 0.1A (c) 0.09A(3)流过每个二极管的平均电流为―C.(a) 0.07A (b) 0.05A (c) 0.045A(4)二极管承受的反向电压最大值 A .(a) (b) 10V (c) 9V(5)假设开路,那么输出A .(a)只有半周波形(b)全波整流波形(c)无波形且变压器被短路(6)如果正负端接反,那么输出(a)只有半周波形(b)全波整流波形(c)无波形且变压器被短路(7)如果被击穿(电击穿),那么输出_C .(a)只有半周波形(b)全波整流波形(c)无波形且变压器被短路(8)如果负载被短路,将会使B.(a)整流二极管被击穿(b)整流二极管被烧坏(c)无法判断3 .直流稳压电源中滤波电路的目的是C .(a)将交流变为直流(b)将高频变为低频(c)将交直流混合量中的交流成分滤掉.4 .在直流稳压电源中的滤波电路应选用旦 .(a)高通滤波器(b)低通滤波器(c)带通滤波器5 .在题图7.2.1.2所示桥式整流电容滤波电路中, 假设二极管具有理想的特性, 那么,当,, 时题图7.2.1.2(1)电路输出电压的平均值约为 C .(a) 9 (b) 10 (c) 12(2)电路输出电流的平均值约为 C mA(a) (b) 1 (c)(3)流过每个二极管的平均电流约为C mA(a) (b) 0.5A (c)(4)二极管承受反向电压的最大值为A .(a) (b) 10V (c) 9V(5)在一个周期内,每只二极管的导通时间C .(a)等于一个周期(b)等于半个周期(c)小于半个周期(6)与无滤波电容的电路相比,二极管将旦.会被击穿(a)会承受更高的反向电压(b)会有较大的冲击电流(c)(7)电容滤波电路只适合于负载电流 A 的场合.(a)比拟小或根本不变(b) 比拟小且可变(c) 比拟大(8)如果滤波电容断路,那么输出电压平均值将会B .(a) 升高(b) 降低(c) 不变(9)如果负载开路,那么输出电压平均值将会 A .(a) 升高(b) 降低(c) 不变6.电路如题图7.2.1.3所示,那么车出电压=B .7.2.2 串联型稳压电路如题图所示.稳压管的稳定电压,负载.(1)标出运算放大器A的同相和反相输入端.(2) 试求输出电压的调整范围.(3) 为了使调整管的,试求输入电压的值.题图7.2.2相关知识】串联型稳压电路.解题思路】(1) 运算放大器的同相和反相输入端的连接要保证电路引入电压负反应.(2) 根据确定输出电压的调整范围.(3) 由,并考虑到电网电压有波动,确定输入电压的值.解题过程】(1) 由于串联型稳压电路实际上是电压串联负反应电路.为了实现负反应,取样网络A+).(2) 根据串联型稳压电路的稳压原理,由图可知式中,为可变电阻滑动触头以下局部的电阻,.当时,最小当时,最大因此,输出电压的可调范围为.3)由于当时,为保证,输入电压假设考虑到电网电压有波动时,也能保证,那么,实际应用中,输入电压应取.【常见的错误】容易无视电网电压有波动.7.2.3某串联反应型稳压电路如题图所示,图中输入直流电压U I=24V,调整管不和误差放大管T2的U BE均等与,稳压管的稳定电压U Z等于,负载电流等于100mA试问：(1)输出电压UO的最大值和最小值各等于多少伏？(2)当Ci的电容量足够大时,变压器副边电压廿等于多少伏？(3)当电位器R W的滑动端处于什么位置(上端或下端)时,调整管T i的功耗最大？调整管「的极限参数P C拴少应选多大(应考虑电网有10%勺波动)？题图7.2.3相关知识】串联反应型稳压电路.解题思路】〔 1 〕由,可求得输出电压的最大值和最小值.〔2〕由关系,确定变压器副边电压的大小.〔3〕调整管T1 的极限参数.解题过程】〔1〕图中,晶体管T2的基极电位故输出电压的最大值与最小值分别为2〕〔3〕 T1的最大功耗出现在Rv的最上端考虑电源10％波动时7.2.4 题图中画出了两个用三端集成稳压器组成的电路,静态电流I Q=2mA.〔1〕写出图〔a〕中电流I.的表达式,并算出其具体数值；(2)写出图(b)中电压UO的表达式,并算出当兄=时的具体数值;3)说明这两个电路分别具有什么功能？图(a)图(b)题图7.2.4【相关知识】三端集成稳压器.【解题思路】(4) 写出图(a) 电路输出电流与稳压器输出电压的表达式.(5) 写出图(b) 电路输出电压与稳压器输出电压的表达式.(6) 由表达式分析各电路的功能.【解题过程】( 1)( 2)(3)图(a)所示电路具有恒流特性,图(b)所示的电路具有恒压特性.。
磁路与变压器
5
2. 磁通 磁通是磁感应强度矢量的通量，是指穿过某一截面S的磁力 线条数，用Φ表示，单位是Wb，称为韦伯。在均匀磁场中，各 点磁感应强度大小相等，方向相同。当所取截面S与磁力线方向 垂直时，有
Φ BS 或 B Φ
(7.2)
S
从式(7.2)可看出，B也可理解为单位截面上的磁通， 即穿 过单位截面的磁力线条数，故又称为磁通密度，简称磁密。
第二定律。
23
4. 磁路的计算 在进行磁路计算时，首先要注意几个问题。 1) 主磁通与漏磁通 主磁通又称为工作磁通，即工作所要求的闭合磁路的磁 通，如图7.7中的Φ即为主磁通。 漏磁通是不按所需的工作路径闭合的磁通，如图7.7中的 Φσ所示。漏磁通很小，一般只有工作磁通的千分之几，因而 常可忽略不计。
15
图7.4 不同材料的磁滞回线 (a) 永磁材料；(b) 软磁材料；(c) 矩磁材料
16
7.2 磁路计算的基本定律
1. 安培环路定律 任何磁场都是由电流产生的，磁路中的磁场也不例外。安 培环路定律说明了产生磁场的电流与所产生的磁场强度之间的 定量关系，它表述为：在磁场中沿任何闭合回路的磁场强度H的 线积分等于通过闭合回路内各电流的代数和。用数学式表示为
磁通为Φ2和Φ3，则根据物理学中磁通连续性原理可知：
Φ1=Φ2+Φ3
或
Φ1－Φ2－Φ3=0
推广到一般情况，对任意闭合面的总磁通有：
∑Φk=0 这一关系与电路中的基尔霍夫第一定律相对应，可称为磁路
的基尔霍夫第一定律。
另外，若在图7.6所示的磁路中，任取一闭合磁路 ABCDA，其中：CDA段平均长度为L1，AC段平均长度为L2， ABC段平均长度为L3。则根据全电流定律得到
36
电工学(第七版上册)秦曾煌主编
电路
电动势 E 电流 I 电流密度 J l 电阻 R S I + E R _
I E R E l S
l
S
F NI l Rm S
4. 磁路分析的特点 (1)在处理电路时不涉及电场问题，但在处理磁路时离 不开磁场的概念； (2)在处理电路时一般可以不考虑漏电流，但在处理磁 路时一般都要考虑漏磁通； (3)磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。 由于 不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律 不能直接用来计算，只能用于定性分析； (4)在电路中，当 E=0时，I=0；但在磁路中，由于有 剩磁，当 F=0 时， 不为零；
7
例：环形线圈如图，其中媒质是均 匀的，磁导率为，试计算线圈内 部各点的磁感应强度。 解：半径为x处各点的磁场强度为 NI Hx lx NI I 故相应点磁感应强度为 Bx Hx
lx
N匝
x
Hx S
由上例可见,磁场内某点的磁场强度 H 只与电流 大小、线圈匝数、以及该点的几何位置有关，与磁 场媒质的磁性() 无关；而磁感应强度 B 与磁场媒 质的磁性有关。
磁路的欧姆定律是分析磁路的基本定律 1. 引例 环形线圈如图，其中媒质是均 匀的，磁导率 为， 试计算线圈内部 的磁通 。
解：根据安培环路定律，有
N匝 xBiblioteka H dl I设磁路的平均长度为 l，则有 B NI Hl l l S
S I
Hx
即有： Φ NI F
在例1(1)，(2)两种情况下，如线圈中通有同样大 小的电流0.39A，要得到相同的磁通 ，铸铁材料 铁心的截面积和硅钢片材料铁心的截面积，哪一 个比较小？ 【分析】 如线圈中通有同样大小的电流0.39A， 则铁心中的磁场强度是相等的，都是260 A/m。 查磁化曲线可得， B铸铁 = 0.05T、 B硅钢 =0.9T, B硅钢是B铸铁的18倍。 因 =BS，如要得到相同的磁通 ，则铸铁铁 心的截面积必须是硅钢片铁心的截面积的18倍。 结论：如果线圈中通有同样大小的励磁电流，要 得到相等的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可 使铁心的用铁量大为降低。
发电厂电气部分第7章 配电装置1
中型配电装置 实物图
旁路母 线9
隔离开 关4 隔离开 关3
A B C
A
B
C
A
B C
隔离开 关7
断路器5
中央门型架
悬式绝缘子
☞分相中型配电装置：
所谓分相布置系指隔离开关是分相直接布置在母线的正下方。
采用硬圆管母线及伸缩式隔离开关，可减小母线相间距离，降 低构架高度，节约占地面积；断路器采用三列布置。 分相中型配电装置具有接线简单，清晰，占地面积小的特点。
2、屋内配电装置图
平面图 是按比例画出房屋及其间隔、通道和出口等处的 平面布置轮廓，平面上的间隔只是为了确定间隔数
及排列，故可不表示所装电气设备。
断面图 是用来表明所取断面的间隔中各种设备的具体空 间位置、安装和相互连接的结构图。 也应按比例绘制。
断面图举例
进线
旁路 母线
主母线
进 线
二、屋内配电装置的布置原则
线、母线隔离开关等较轻设备布置在第二层。
优点：与三层式相比，它的造价较低，运行维护和
检修较方便。 缺点：占地面积有所增加。 适用于出线有电抗器的情况。
☞单层式占地面积较大，通常采用成套开关柜，以
减少占地面积。
间隔的概念
在屋内配电装置中，通常将同一回路的电气设备和导
体布置在一个间隔内。 所谓间隔是指为了将电气设备故障的影响限制在最小 的范围内，以免波及相邻的电气回路，以及在检修电 气设备时，避免检修人员与邻近回路的电气设备接触， 而用砖或用石棉板等制成的墙体隔离的空间。
TM3
380/220V配电装置
4、对配电装置的基本要求 （1）运行可靠。
（2）便于操作、检修、和巡视。
（3）保证工作人员的安全。
第7章-供配电常识
第7章-供配电常识什么是供配电供配电是指将电能从发电站输送到用户的电力系统。
当今的现代电力系统都采用输电、变电、配电、用电等环节来建立完整的电力系统。
建立正确的供配电系统，可确保电源的可靠性，确保电路的安全性，并且可减少失电的情况。
供配电系统的组成供配电系统主要由输电线路、变电设备、配电设备和电气设备组成。
•输电线路：负责将发电站的电能运输到变电站，该线路通常由高压架空输电线路与光缆组成。
•变电设备：用于将电压从高压段降低到低压段，实现前段电能与用电负荷之间的转换和管理。
常规的变电设备有变压器，自耦变压器，变压调节器等。
•配电设备：负责将变压器输出的低压电能输送到用户，常见的包括开关，控制器，保护器等。
•电气设备：不断为供配电系统提供新颖的操作方法。
供配电系统的运行模式亚洲地区的供配电系统一般采用220伏特/380伏特的三相四线系统。
在过去的二十年里，随着经济增长和工业化程度的提高，电力供求关系逐渐趋于紧张。
在此情况下，各种新技术和新领域的研究逐渐发展起来，形成了不同的运行模式。
•城市轮换停电模式：在这种模式下，全市的供配电系统在限时轮换的情况下停电，可有效解决当地用电需求过大时的压力;•电力储能系统模式：因为风能和太阳能的不稳定性，储能系统发展必须变得更加先进和可靠，以确保系统的平稳运行和跨国区供电。
供配电系统的安全供配电系统的运行首先需要确保供电安全性，而供电安全性是供配电系统最重要的问题之一。
在该领域内的工程师们通常在生产和维护期间需要考虑各种因素，包括使其满足先进安全标准，确保其长期使用的安全性，确保系统的最佳使用效果。
•策略规划：合理的技术部署和维护安全是保障供电安全的关键之一。
•测试和评估措施：定期进行模型评估，以确保系统长期运行安全可靠。
•安全研究和分析：有时需要进行警示和态势数据分析、可行性研究以及系统优化等做法，以保证系统的可靠性和安全性。
经济效益供配电系统的经济效益是建设该系统的最终目的。
电力系统分析第7章习题答案
第七章 思考题及习题答案7-1 电力系统短路的分类、危害及短路计算的目的是什么？答：短路的类型有三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路。
短路对电力系统的危害有：短路电流很大，并会电气设备使发热急剧增加，导致设备因过热而损坏；导体产生很大的电动力，有可能引起设备机械变形、扭曲甚至损坏；短路时系统电压大幅度下降，会影响电气设备的正常工作；发生不对称短路时，不平衡电流所产生的不平衡磁通会对邻近的通信系统造成干扰；短路情况严重时，会导致并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳定性。
短路计算目的有：设计和选择合理的发电厂、变电所及电力系统的电气主接线；选择有足够动稳定度和热稳定度的电气设备及载流导体；合理配置各种继电保护和自动装置并正确地整定其参数；分析和计算在短路情况下电力系统的稳定问题。
7-2 无限大功率电源的含义是什么？由无限大电源供电的系统三相短路时，短路电流包括几种分量？有什么特点？答：无限大功率电源是指其容量为无限大、内阻抗为零的电源。
由无限大功率电源供电的系统三相短路时，短路电流包括周期分量和非周期分量。
其特点是在外电路发生短路时，电源电压基本上保持恒定，因此周期分量不随时间而变化。
7-3 什么叫短路冲击电流？它出现在短路后的哪一时刻？冲击系数的大小与什么有关？ 答：短路冲击电流是指在最严重短路情况下三相短路电流的最大瞬时值。
它出现在短路发生半个周期（0.01s ）时。
冲击系数与短路回路中电抗与电阻的相对大小有关。
7-4 什么是短路功率？在三相短路计算中，对某一短路点，短路功率的标幺值与短路电流的标幺值有何关系？答：短路功率等于短路电流有效值乘以短路处的正常工作电压（一般用平均额定电压）。
短路功率的标幺值与短路电流的标幺值相等。
7-5 什么是短路电流的最大有效值？与冲击系数有什么关系？答：短路电流的最大有效值是指短路后第一周的电流有效值。
它与冲击系数的关系为2)1(21−+=imp p imp K I I7-6 什么是电力系统三相短路的实用计算？分为几个方面的内容？答：电力系统三相短路的实用计算，主要是计算系统中含多台发电机、电源并非无限大功率电源供电时，三相短路电流周期分量的有效值。
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７.１
变压器的基本工作原理和结构
• 同心式绕组是将高、低压绕组同心地套装在铁芯柱上,如图7.7 (a)所示 。为了便于与铁芯绝缘,把低压绕组套装在里面,高压绕组套装在外面 。对低压大电流大容量的变压器,由于低压绕组引出线很粗,也可以把 它放在外面。高、低压绕组之间留有空隙,可作为油浸式变压器的油 道,既利于绕组散热,又作为两绕组之间的绝缘。同心式绕组的结构简 单、制造容易,常用于芯式变压器中,这是一种最常见的绕组结构形式, 国产电力变压器基本上均采用这种结构。常用同心式绕组的结构按其 绕制方法不同又可分为圆筒式、纠结式、连续式和螺旋式等基本形式 ,如图7.8所示。
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７.１
变压器的基本工作原理和结构
• (4)气体继电器。 • 气体继电器又称瓦斯继电器,它是变压器内部故障的保护装置。当变 压器内部发生故障时,故障点会局部产生高温,使得其油温升高,当油内 含有的空气被排出时,或当故障点产生电弧,使得绝缘物和油分解从而 产生大量的气体时,为了保护油箱不致爆炸,在变压器上装置了气体继 电器的安全气道。 • 如图7.13所示为气体继电器的内部结构。气体继电器安装在储油柜和 油箱连接的管道上。当有气体进入气体继电器并使得开口杯降到某一 限定位置时,磁铁使干簧触点闭合,接通信号回路,发出信号。若故障严 重,连接管中的油流就将冲动挡板,当挡板运动到某一限定位置时,磁铁 使干簧触点闭合,接通跳闸回路,切断变压器的电源,从而起到保护变压 器的作用。
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７.１
变压器的基本工作原理和结构
• 2)变压器的额定值 • 额定值是对变压器正常工作状态所做的使用规定,它是正确使用变压 器的依据。 • (1)额定容量SN。 • 额定容量SN 指变压器在额定工作条件下所能输出的视在功率,单位为 V· A 或kV· A。由于变压器效率高,通常一次侧、二次测的额定容量设 计相等。对三相变压器而言,额定容量指三相容量之和。 • (2)额定电压U1N和U2N。 • U1N是指加在变压器一次绕组上的额定电源电压值,U2N 是指变压器 一次绕组加额定电压,二次绕组开路时的空载电压值。单位为V 或kV 。对三相变压器而言,额定电压是指线电压。
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７.１
变压器的基本工作原理和结构
• 由于变压器一、二次侧感应电动势e1、e2 与一、二次侧电压u1、u2 的大小非常接近,因此K =N1/N2≈u1/u2。可见,当电源电压u1 确定时, 若改变匝数比N1/N2,则可以获得不同数值的二次侧电压,就能达到改 变电压的目的,这就是变压器的变压原理。 • 国家标准规定了电气图用的图形符号,变压器的图形符号如图7.3所示 。 • 2. 变压器的分类 • 变压器的分类方法很多,通常可按用途、绕组数目、相数、铁芯结构 、调压方式和冷却方式等划分类别。 • 按照用途对变压器进行分类,一般分为电力变压器和特种变压器两大 类。
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７.１
变压器的基本工作原理和结构
• (3)额定电流I1N和I2N。 • 额定电流I1N和I2N指变压器在额定负载情况下,各绕组长期允许通过 的电流,单位为A。I1N是指一次绕组的额定电流;I2N是指二次绕组的 额定电流。对三相变压器而言,额定电流是指线电流。 • (4)额定频率fN。 • 我国规定标准工业用电的频率即工频为50Hz。 • (5)连接组标号。 • 连接组标号指三相变压器一、二次绕组的连接方式,Y 表示高压绕组 做星形连接;y表示低压绕组做星形连接;D表示高压绕组做三角形连接 ;d表示低压绕组做三角形连接;n表示低压绕组做星形连接时的中性线 。
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７.１
变压器的基本工作原理和结构
• 7.1.2 变压器的基本结构与额定值
• 1. 变压器的基本结构 • 如图7.4所示为三相油浸式电力变压器的外形图。图7.4中剖有一个小 缺口,可以窥视其内部结构。变压器的种类繁多,结构各有特点,但铁芯 和绕组是组成变压器的两个主要部分,如图7.5所示。本节以油浸式电 力变压器为例,简要介绍变压器的结构及各主要部分功能。 • 1)铁芯 • 为了减少交变磁通在铁芯中引起的磁滞损耗和涡流损耗(合称铁损耗), 变压器铁芯是由厚0.3~0.35mm 的硅钢片叠压而成的。铁芯结构的基 本形式有芯式和壳式两种。芯式变压器是在两侧的铁芯柱上放置绕组 ,形成绕组包围铁芯的形式,如图7.6 (a)所示。
第７ 章
• ７.１
• ７.２
变压器
变压器的基本工作原理和结构
单相变压器的运行原理及特性
• ７.３
• ７.４
三相变压器
其他常用变压器
• ７.５
技能训练
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７.１
变压器的基本工作原理和结构
• 7.1.1 变压器的基本工作原理及分类
• 1. 变压器的基本工作原理 • 图7.1是一台单相双绕组变压器的示意图。它由叠片组成的闭合铁芯 和环绕在铁芯上的两个(或多个)绕组(线圈)组成,两个绕组匝数不同。 其中,一个绕组与电源相接,其电压由电源电压决定,接受电源电能,称为 一次绕组(又称原边绕组或初级绕组),其匝数用N1 表示;另一个绕组与 负载相接,其电压由变压器绕组匝数决定,并向负载提供电能,称为二次 绕组(又称副边绕组或次级绕组),其匝数用N2 表示。 • 图7.2所示为变压器工作原理示意图。当交流电压u1 加到一次绕组上, 一次绕组中便有交流电流i1 流过,在铁芯中产生与外加电压相同频率 的交变磁通ϕ,磁通ϕ 被限制在铁芯所提供的磁路之中,并沿磁路闭合, 磁通ϕ 同时交链了一次绕组和二次绕组,根据电磁感应原理,分别在一 、二次绕组中感应出同频率的电动势e1 和e2。
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7.2 单相变压器的运行原理及特性
• (1)电压的参考方向:在同一支路中,电压的参考方向与电流的参考方向 一致。 • (2)磁通的参考方向:磁通的参考方向与电流的参考方向之间符合右手 螺旋定则。 • (3)感应电动势的参考方向:由交变磁通产生的感应电动势,其参考方向 与产生该磁通的电流参考方向一致(即感应电动势与产生它的磁通之 间符合右手螺旋定则),如图7.14所示。
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7.2 单相变压器的运行原理及特性
• 7.2.2 单相变压器负载运行
• 变压器的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,称为变压器的负载运行。此时,二次绕组有电流流向 负载,电能就从变压器的一次侧传递到二次侧,如图7.15所示。 • 1. 负载运行时的电磁关系 • 变压器负载运行时,除了铁芯内的主磁通ϕ 外,还分别有原、副绕组漏 磁通ϕ1σ与ϕ2σ。单独与一、二次绕组相交链产生的磁通称为漏磁通 。主磁通ϕ 将在原、副绕组内分别感应出电势E· 1 与E· 2;而漏磁通 ϕ1σ与ϕ2σ也将分别感应出原绕组漏感电势E·1σ及副绕组漏感电势 E·2σ。由于绕组有电阻,一、二次绕组电流I· 1 和I· 2 分别产生电阻压 降。它们之间的关系如下表所示。
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７.１
变压器的基本工作原理和结构
• 4)油箱及其他附件 • (1)油箱及变压器油。 • 除了干式变压器以外,电力变压器的器身都放在油箱中,箱内充满变压 器油,如图7.4所示,油箱是用钢板焊接而成的,它是整个变压器的框架, 它将变压器所有的零部件组合成一个整体。油箱的另一个很重要的作 用是使变压器油得到冷却。铁芯和绕组中的热量通过油箱壁依靠油的 对流作用散发到空气中去。 • (2)储油柜。 • 油箱顶部装有储油柜,又称油枕,其体积一般为油箱体积的8%~10%,如 图7.10所示。在油箱和储油柜之间有管道相通。设置储油柜,不仅可 以减少油面与空气的接触面积,减缓变压器油受潮变质速度,同时可使 油箱中的油在热胀冷缩时,有一个缓冲的余地。
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７.１
变压器的基本工作原理和结构
• 芯式变压器结构较为简单,绕组的装配及绝缘也较容易,绝大部分国产 变压器均采用芯式结构。壳式变压器是在中间的铁芯柱上放置绕组, 形成铁芯包围绕组的形状,如图7.6 (b)所示。壳式变压器制造工艺复 杂,使用材料较多。目前只有容量很小的电源变压器使用这种结构。 • 2)绕组 • 变压器的线圈通常称为绕组,它是变压器中的电路部分,小型变压器一 般用具有绝缘的漆包圆铜线绕制而成,对容量稍大的变压器则用扁铜 线或扁铝线绕制。 • 在变压器中,接到高压电网的绕组称高压绕组,接到低压电网的绕组称 低压绕组。按高压绕组和低压绕组的相互位置和形状不同,绕组可分 为同心式和交叠式两种。
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７.１
变压器的基本工作原理和结构
• 储油柜上装有吸湿器,如图7.11所示。使储油柜上部的空气通过吸湿 器与外部的空气相通。吸湿器内装有吸湿剂,用来过滤吸入柜内空气 中的杂质和水分。储油柜侧面装有玻璃油表,用来观察油面的高低。 新型全密封变压器就省去了储油柜装置,可以15年免维护,目前多应用 于城市供电。 • (3)散热器。 • 由于变压器在运行的过程中,内部会有铁损耗和铜损耗产生,并且各种 损耗都以热的形式散发出来,从而变压器的温度就会随之升高。为了 不让变压器内部的温度升得很高,变压器上都装有散热器,如图7.12所 示。容量在10000kVA 以上的变压器,一般采用油箱外装设带风扇冷 却的散热器;对于容量更大的变压器则采用强迫油循环冷却油箱。
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７.１
变压器的基本工作原理和结构
• 3)绝缘套管 • 变压器的绝缘可分为外部绝缘和内部绝缘。外部绝缘是指油箱盖外的 绝缘,主要是指变压器的高、低压绕组引线从油箱内穿过油箱盖时,必 须经过绝缘套管,以使高压引线和接地的油箱绝缘。绝缘套管一般是 瓷质的,为了增加爬电距离,套管外形做成多级伞形,10~35kV 套管采用 充油结构,如图7.9所示。内部绝缘是指油箱盖内部的绝缘,主要是绕组 绝缘、内部引线绝缘等。
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