【正文】 換到另外一個(gè)支路時(shí)，元件中的電流變化的過(guò)渡過(guò)程稱為換向過(guò)程。一個(gè)元件的電流換向過(guò)程所需的時(shí)間就稱為換向周期Th，即一個(gè)換向片通過(guò)電刷所用的時(shí)間。 電抗電勢(shì)大小反比于換向周期。其大小為:其方向企圖與換向后的電流方向相同，或者說(shuō)換向極電勢(shì)是幫助換向的。 四、改善換向的方法 ：裝置在磁極表面的槽內(nèi)，產(chǎn)生抵消電樞反應(yīng)的磁勢(shì)，與電樞繞組串聯(lián)。 判斷電刷移動(dòng)的方向： 對(duì)直流發(fā)電機(jī)是順轉(zhuǎn)向移動(dòng)一個(gè)小角度； 變壓器的結(jié)構(gòu)、原理和額定值51 問(wèn)題51 整流變壓器(專用)： 給直流電力機(jī)車供電。 二、變壓器的工作原理 (1)原理圖 　 (2)工作原理 1. 當(dāng)一次繞組接交流電壓后，就有激磁電流i0存在，該電流在鐵心中可產(chǎn)生一個(gè)交變的主磁通Φ。 即：U1/U2=N1/N2 冷卻方式：干式、油浸式變壓器等 二、結(jié)構(gòu)(電力變壓器) 二者構(gòu)成變壓器的核心即電磁部分。 型式：心式變壓器(結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單工藝簡(jiǎn)單應(yīng)用廣泛)； 偶數(shù)層剛好壓著奇數(shù)層的接縫，從而減少了磁阻，便于磁通流通。 鐵心柱截面形狀：小型變壓器做成方形或者矩形；大型變壓器做成階梯形。 一般用絕緣扁銅線或圓銅線在繞線模上繞制而成。 器身裝在油箱內(nèi)，油箱內(nèi)充滿變壓器油。②變壓器油受熱后產(chǎn)生對(duì)流，對(duì)變壓器鐵心和繞組起散熱作用。 為了加快散熱，有的大型變壓器采用內(nèi)部油泵強(qiáng)迫油循環(huán)，外部用變壓器風(fēng)扇吹風(fēng)或用自來(lái)水沖淋變壓器油箱。 從而減緩了油的變質(zhì)。 如果是嚴(yán)重事故，變壓器油大量氣化，油氣沖破安全氣道管口的密封玻璃，沖出變壓器油箱，避免油箱爆裂。U1N為正常運(yùn)行時(shí)一次側(cè)應(yīng)加的電壓。 (2)額定容量SN (3)額定電流 I1N/I2N1. 單位為A、kA。 I1N = SN / U1N I2N = SN / U2N 3. 對(duì)三相變壓器： I1N=SN/U1N] I2N=SN/U2N] (4)額定頻率fN 第 6 章 3. 建立變壓器的等效電路模型和相量圖。 變壓器的空載運(yùn)行 規(guī)定正方向：電壓U1與電流I0同方向，磁通Ф正方向與電流I0正方向符合右手螺旋定則。 空載時(shí)，主磁通Ф在一次側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)E1，在二次側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)E2，一次側(cè)的漏磁通Ф1σ在一次側(cè)漏抗電勢(shì)E1σ。 （由電源電流感應(yīng)的磁通變化感應(yīng)出的電勢(shì)）電勢(shì)在相位上永遠(yuǎn)滯后于它所匝鏈的磁通90o。 其最大值:E1m= N1ωФm ； E1σm=ω N1Φ1σm 以上推導(dǎo)涉及到的電磁量均為正弦變化，可以用相量來(lái)表示。 二次側(cè)無(wú)電流，故：E2=U2 對(duì)于制成運(yùn)行的變壓器，其磁通Φ可以由電壓U1和頻率f控制。 問(wèn)題63：220V、50Hz的變壓器空載接到220直流電源上，后果如何？ N1≈U1/ 4. Bm的取值與變壓器性能密切相關(guān)。是一個(gè)純粹的無(wú)功電流。 (2) 空載時(shí)的等效電路 變壓器正常工作時(shí)，由于電源電壓變化范圍小，鐵心中主磁通的變化不大，勵(lì)磁阻抗Zm也基本不變。 變壓器的負(fù)載運(yùn)行 負(fù)載后，二次側(cè)電流產(chǎn)生磁勢(shì)F2=N2I2，該磁勢(shì)將力圖改變磁通Φ（還是二次側(cè)反電勢(shì)），而磁通是由電源電壓決定的， 也就是說(shuō)Φ基本不變。 根據(jù)規(guī)定的正方向可以寫(xiě)出電壓平衡方程 U1= E1+I1(R1+jX1σ) = E1+I1Z1 （E1=ImRm+jImXm)）U2= E2I2(R2+jX2σ) = E2 I2Z263 1. 由于一、二次側(cè)繞組匝數(shù)不同，其電勢(shì)E1和E2也不同，難以將兩側(cè)的等效電路合并成一個(gè)完整的等效電路。2=Im，兩側(cè)的等效電路就可以合并了。 折算前　 　二次側(cè) N2\U2\I2\E2\R2\X2σ\RL\XL\E239。\ XL39。/E2=N1/N2=k，E239。=N2I2 I239。=(I2)2R2R239。=(I2)2X2σX2σ39。=(I2)2 RLRL39。=(I2)2XLXL39。 I239。 如果知道效電路中各個(gè)參數(shù)、負(fù)載阻抗和電源電壓，則可計(jì)算出各支路電流II239。/k。 簡(jiǎn)化等效電路中,Zk=Rk+jXk，Rk與Xk構(gòu)成變壓器的漏阻抗，也叫短路阻抗，即變壓器的副邊短路時(shí)呈現(xiàn)的阻抗。 Rk=R1+R239。 用簡(jiǎn)化等效電路計(jì)算的結(jié)果也能夠滿足工程精度要求。 定性分析時(shí)，用相量圖較為清楚；定量計(jì)算時(shí)，則用等效電路。 等效電路中的各種RRX1σ、X2σ、Rm、Xm、k 等，對(duì)變壓器運(yùn)行性能有重大影響。 I0很小，由I0在繞組中引起的銅耗忽略不計(jì)，p0全部為鐵耗 p0=pFe=RmI02 Zm=U1/I0 Rm=p0/I02 Xm= 空載試驗(yàn)也可以在二次側(cè)做，但應(yīng)注意折算到一次側(cè)，即結(jié)果要乘以k2 pk全部為銅耗。 Zk=Uk/Ik 阻抗電壓uk是變壓器的重要參數(shù)，其大小主要取決于變壓器的設(shè)計(jì)尺寸。但發(fā)生突然短路時(shí)，希望uk大些以降低短路電流。 I1*=I1/I1N， 直觀明了，直接反映變壓器運(yùn)行狀態(tài)，例如I1*=不論變壓器大小、形狀，其兩個(gè)主要性能指標(biāo)的大小一般為 I0*=~，Uk*=~ * 65 ΔU ΔU=[(U20U2)/U2N]100% （U20:空載 U2：負(fù)載）ΔU=[(U2NU2)/U2N]100% ΔU=[1U2*]100% ΔU=[k(U2NU2)/(kU2N)]100% =[(U1NU239。它與3個(gè)因素有關(guān): 變壓器的損耗可以分為兩大類：鐵耗和銅耗(鋁線變壓器稱之為鋁耗)。 (1)鐵耗 pFe= m I02 Rm 鐵耗在等效電路中用勵(lì)磁電阻上的損耗來(lái)表示。 pFe= m I02 Rm (2)銅耗附加銅耗指由于集膚效應(yīng)所引起的電流在導(dǎo)線截面分布不均勻所產(chǎn)生的額外損耗。 輸出功率：P2=mU2I2cosφ2=βSNcosφ2 令dη／dβ=0，解得β2pKN = pFe 。 三相變壓器 將三臺(tái)相同的單相變壓器一次、二次側(cè)繞組，按對(duì)稱式做三相聯(lián)結(jié)，可組成三相變壓器組，如圖所示。 當(dāng)一次側(cè)加上三相對(duì)稱正弦電壓時(shí)，三相空載電流是對(duì)稱的，三相繞組的主磁通ΦA(chǔ)、ΦB、ΦC也是對(duì)稱的。 三相芯式變壓器的鐵心，是將三臺(tái)單相變壓器的鐵心合在一起經(jīng)演變而成的。 如果三相電壓對(duì)稱，則三相磁通的總和ΦA(chǔ)+ΦB+ΦC=0，因此，中間鐵心校可以省去。 這種鐵心結(jié)構(gòu)，兩邊兩相磁路的磁阻比中間一相磁阻大一些。 在計(jì)算空載電流時(shí)，可取三者算術(shù)平均值。 72 三相變壓器的一、二次側(cè)均有A、B、C三相繞組，它們之間的聯(lián)結(jié)方式對(duì)變壓器的運(yùn)行性能有較大影響。 聯(lián)結(jié)組的問(wèn)題包括變壓器兩側(cè)對(duì)應(yīng)相之間的相對(duì)極性，同一側(cè)各相之間的標(biāo)號(hào)等問(wèn)題。 同一鐵心柱上一、二次側(cè)之間的相位關(guān)系僅有兩種：同相或反相 繞向相同，標(biāo)號(hào)相同—?jiǎng)t兩側(cè)相電勢(shì)同相 三相變壓器的聯(lián)結(jié)組用高低壓側(cè)對(duì)應(yīng)線電勢(shì)之間的相位關(guān)系來(lái)描述。 實(shí)際變壓器高低壓側(cè)對(duì)應(yīng)線電壓之間的相位差一般為0o,30o,60o,90o,120o,...150o,300o,330o。 (2)根據(jù)繞組連接圖判斷聯(lián)結(jié)組別 根據(jù)接線圖畫(huà)出一次側(cè)相量圖，并找出線電勢(shì)EAB的相位。 IV. 凡Δ形聯(lián)結(jié)時(shí)，必須標(biāo)出首末端。 總結(jié)步驟： （1）鐘表法 (1)時(shí)鐘表示法 如果一次側(cè)為Y接法，AB相線電勢(shì)EAB的相位為0度，二次側(cè)也為Y接法，對(duì)應(yīng)的ab相的線電勢(shì)Eab之相位為0度，則該聯(lián)結(jié)組記為Y,y0。 繞向相反，標(biāo)號(hào)相同—?jiǎng)t兩側(cè)相電勢(shì)反相 高、低壓側(cè)相電勢(shì)之間的相位關(guān)系判斷方法如下： 高壓側(cè)用AX、BY、CZ，低壓側(cè)用ax、by、cz來(lái)標(biāo)記各相繞組的引線端的符號(hào)，簡(jiǎn)稱標(biāo)號(hào)。 一般來(lái)說(shuō)三相繞組可以連結(jié)成Y或者Δ(d)型。 在小容量變壓器中表現(xiàn)較明顯,一般I0A=I0C= () I0B 在大型變壓器中，其不平衡度較小。 為了使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、減小體積、 節(jié)省材料，通常將三相鐵心柱的中心線布 置在同一平面內(nèi)，演變成常用三相心式變 壓器鐵心。 當(dāng)繞組流過(guò)三相交流電時(shí)，通過(guò)中間鐵心柱的磁通便是A、B、C 三個(gè)鐵心柱磁通的相量和。 對(duì)于特大容量變壓器，采用這種變壓器組時(shí)將方便運(yùn)輸。 這種變壓器組的各相磁路是相互獨(dú)立的。大部分三相變壓器是將三個(gè)鐵心柱和鐵軛聯(lián)成一個(gè)三相磁略， 形成三相一體三相芯式變壓器。 71 βm=，一般βm=～ 第 7 章β開(kāi)始增大時(shí)，pFe/β變小而βpKN增大，但由于β值尚小，pFe/β起主導(dǎo)作用，故效率增大,當(dāng)β增大到βm時(shí),效率會(huì)達(dá)到最大值ηmax，在進(jìn)一步增大β時(shí)，η反而會(huì)降低。 由短路負(fù)載試驗(yàn)在額定電流時(shí)測(cè)得的損耗可以認(rèn)為是pKN. 銅耗隨著負(fù)載電流的變化而變化。 銅耗分基本銅耗和附加銅耗。 基本鐵耗主要是磁滯和渦流損耗。 第6節(jié) (2)負(fù)載性質(zhì)，用cosφ2來(lái)表示； 實(shí)用公式 ΔU= β（Rk*cosφ2+Xk*sinφ2） β=I2/I2N 對(duì)于負(fù)載的變壓器來(lái)說(shuō)，其二次側(cè)的方程為U2=E2I2(R2＋jX2σ)，E2= N2Фm, 由一次側(cè)(電源)電壓U1等量決定，所以U2會(huì)隨負(fù)載電流的變化而變化。*，I2*=I239。 I2*=I2/I2NP1*=P1/SN 注意：應(yīng)該使用外接法，因?yàn)殡妷汉苄?，?nèi)阻抗小，防止電流表分壓，造成電壓表測(cè)量不準(zhǔn)(1)標(biāo)幺值 = 實(shí)際值 / 基值 阻抗電壓：短路電壓Uk的實(shí)際值和額定電壓U1N的比值的百分?jǐn)?shù)稱為阻抗電壓uk。Xk=rk75=rk[(+75)/(+θ)] 二次側(cè)直接短路時(shí)的運(yùn)行方式為短路運(yùn)行。 Zm與飽和程度有關(guān)，應(yīng)取額定電壓時(shí)的數(shù)據(jù)。 這些參數(shù)通常通過(guò)空載試驗(yàn)和穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)來(lái)求得 （求取Rm,Xm,I0,pFe ,k）  （折算后）根據(jù)方程式(equation)或者等效電路，可以畫(huà)出相量圖，從而了解變壓器中電壓、電流、磁通等量之間的相位和大小關(guān)系。 當(dāng)需要在二次側(cè)基礎(chǔ)上分析問(wèn)題時(shí)，可將一次側(cè)折算到二次側(cè)。 Xk=X1σ+X2σ39。ZL39。 由于勵(lì)磁阻抗很大，Im很?。ㄉ蠄DI0），有時(shí)就將勵(lì)磁支路舍掉，得到所謂簡(jiǎn)化等效電路。/損耗/效率等，通過(guò)反折算就能計(jì)算出二次側(cè)實(shí)際電流I2=kI239。=Im≈I0 E1= E239。 (Equivalent Circuit)(1) 折算后的方程 U1= E1+I1(R1＋jX1σ)U239。)2 RL= k2 RL(I239。)2 X2σ= k2X2σ(I239。)2 R2=k2R2(I239。 阻抗折算要保持功率/損耗不變 (I239。 同樣U239。= f N1Фm=E1 E2= f N2Фm \X2σ39。\U239。 將變壓器的二次側(cè)繞組折算到一次側(cè)，就是用一個(gè)與一次側(cè)繞組匝數(shù)N1相同的繞組，去代替匝數(shù)為N2的二次側(cè)繞組，在代替的過(guò)程中，保持二次側(cè)繞組的電磁關(guān)系及功率關(guān)系不變。 4. 折算方法：我們可以將二次側(cè)等效為用一個(gè)與一次側(cè)匝數(shù)N1相同的繞組來(lái)等效替代。I1L+I2/k=0 2. 負(fù)載后，一次側(cè)繞組中的電流由兩個(gè)分量組成，一個(gè)是其負(fù)載分量I1L， 另一個(gè)是產(chǎn)生磁通的勵(lì)磁分量I0，I1L產(chǎn)生的磁勢(shì)與二次側(cè)電流產(chǎn)生的磁勢(shì)大小相等,方向相反,互相抵消。 要維持Φ不變，一次繞組的電流將由原來(lái)的I0變?yōu)镮1。一次側(cè)電流不再是I0， 而是變?yōu)镮1，這就是變壓器的負(fù)載運(yùn)行情況。在實(shí)際應(yīng)用中要注意到這個(gè)結(jié)論。 Rm是用來(lái)代表鐵耗的等效（虛擬的）電阻，稱為勵(lì)磁電阻。 I0=I0w+I0rE1=I0Rm+jI0Xm=I0Zm K=(UAB/uab+UBC/ubc+UCA/uca)/3 (1)勵(lì)磁電流/鐵耗電阻、勵(lì)磁阻抗  1. k=E1/E2=()/()=N1/N2 2. 變比k等于匝數(shù)比。 問(wèn)題62：220V、50Hz的變壓器空載接到220V、25Hz的電源上，后果如何？所以U1≈E1= f N1Φm，可見(jiàn)變壓器的磁通主要由電源電壓U頻率f 和一次側(cè)繞組的匝數(shù)N1決定。 E1σ=jX1σI0 由于漏磁路的磁導(dǎo)率μo為常數(shù)，Φ1σm =L1σII0，故E1σ= N12L1σI0=X1σI0，即E1σ可用漏抗壓降的形式表示。) E2m=N2Φmω；E2= f N2 Φme1σ=N1dΦ1σ/dt =N1Φ1σmωsin(ωt90176。 這就是電機(jī)學(xué)最重要的“”公式。)=E1m sin (ωt－90176。 假設(shè)磁通為正弦波Ф=Фm sin ωt 61 變壓器的基本理論1. 分析變壓器內(nèi)部的電磁過(guò)程。 2. 對(duì)單相變壓器： SN為變壓器的視在功率。 變壓器的額定值（Rating）(1)額定電壓U1N/U2N 故障時(shí),熱量會(huì)使變壓器油氣化，觸動(dòng)氣體繼電器發(fā)出報(bào)警信號(hào)或切斷電源。 油箱有許多散熱油管，以增大散熱面積。 變壓器油是一種礦物油，具有很好的絕緣性能。 繞組套裝在變壓器鐵心柱上，一般低壓繞組在內(nèi)層，高壓繞組套裝在低壓繞組外層，以便于提高絕緣性能。疊片間留有間隙作為油道(縱向或橫向)。 除了電磁部分，還有油箱、冷卻裝置、絕緣套管、調(diào)壓和保護(hù)裝置等部件。 按繞組分：雙繞組、自耦、三繞組、多繞組變壓器 52 變壓器的類型和結(jié)構(gòu)一、類型 儀用變壓器。 電爐變壓器(專用)， 給電爐(如煉鋼爐)供電。 電力變壓器：