电机与拖动-变压器

第1章变压器1.变压器的基本工作原理和结构2.单相变压器的空载运行3.单相变压器的负载运行4.变压器的参数测定5.标么值6.变压器的运行特性7.三相变压器8.变压器的并联特性

变压器是一种静止电器,它通过线圈间的电磁感应,将一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能.变压器电力变压器特种变压器升压变压器降压变压器配电变压器联络变压器按用途分类厂用变压器整流变压器电炉变压器高压试验变压器测量变压器…电压互感器电流互感器单相变压器三相变压器按相数分类变压器的分类：变压器的种类繁多，有多种分类方法：1.1变压器的工作原理一次侧施加交流电压时，一次绕组中产生磁动势，在铁芯中形成磁通，磁通经铁芯穿过二次绕组，则在二次绕组中感应出电动势，这样一次侧电能则可传送到二次侧。变压器中各个电量的正方向的规定：按电工惯例实际中变压器的各个电量都是交变的

变压器的变压原理：当不考虑漏磁通时及绕组电阻时，有下列电动势平衡方程式：则一次侧与二次侧的电压、电动势的有效值与匝数N的关系为：令K=N1/N2，K称为变压器的变比当不计各种损耗时，依据能量守恒原理有：则：故：S为变压器的视在功率，称其为变压器的容量

1.2变压器的基本结构一、变压器的基本结构

铁芯：主要磁路部分。变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用厚

为0.35-0.5mm、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。有芯式和壳式两种（看图）铁芯分为两部分：铁芯柱与铁轭铁芯柱：套有绕组；铁轭：构成磁路的闭合回路绕组：变压器的电路部分，分为高压绕组与低压绕组。绕组有两种分布形式：同心式、交叠式其他部件：变压器的稳定工作的附件，也是必不可少的。变压器连接发电机与电网的升压变压器连接发电机的封闭母线与电网相连的高压出线端三相干式变压器接触调压器电源变压器环形变压器控制变压器二、型号与额定值1、型号

型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容，表示方法为如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压，额定容量250000kVA，高压额定电压220kV电力变压器2、额定值额定容量在铭牌规定的额定状态下变压器输出视在功率的保证值，单位为kV或kVA。三相变压器指三相容量之和。额定电压铭牌规定的各个绕组在空载、指定分接开关位置下的端电压，单位为V或kV。三相变压器指线电压。额定电流根据额定容量和额定电压算出的电流称为额定电流，单位为A。三相变压器指线电流。

三相变压器：额定频率我国的标准工频规定为50赫(Hz)。此外还有额定效率、额定温升。单相变压器：1.3变压器的运行分析一、空载运行——（以单相双绕组变压器为对象进行分析）1、空载运行时的物理情况空载时的电磁过程：讨论

1）当u1随正弦规律变化时有：则：有效值E1、E2分别为：E1、E2的相量表达式为：E1、E2在相位上滞后90。2）空载电流空载电流绝大部分是用来产生主磁通，但仍有小部分有功分量作为铁芯损耗。但通常，其在相位上滞后90˚。3）漏磁通与漏电抗一次绕组的漏电抗2、空载运行时的电动势平衡方程式、相量图及等效电路图1）空载运行时的电动势平衡方程式一次侧的漏阻抗变比，用K表示：2）空载相量图变压器的励磁阻抗变压器的励磁电抗变压器的励磁电阻3）变压器空载等效电路图二、变压器的负载运行

1、负载运行时的物理情况的出现破坏了，则一次侧增加的电流来与平衡，其条件是使得与空载时一样。(磁动势平衡）即：负载运行时的电磁过程2、负载运行时的基本方程式

1)磁动势平衡方程式2)电动势平衡方程式一次侧：二次侧：单相变压器负载运行时的基本方程式三、变压器的等效电路图及相量图

1、绕组折算

为了分析方便，人为的将一次侧匝数变换成二次侧，或将二次侧匝数变换成一次侧。折算条件是不改变磁动势平衡关系以及能量关系。

下面的折算都是将二次侧匝数变换成一次侧时各量的折算。折算值用原来的符号加表示1）电动势和电压的折算由于则同理电压值及其他二次侧电动势也按此折算：2）电流的折算为保持磁动势不变，应有：为保持功率关系不变，应有：故：3）阻抗的折算

保持功率不变的原则，应有：折算后变压器负载运行时的基本方程式变为如下形式：折算前折算后2、等效电路图abcd由于,则a、b等电位，c、d也等电位，故可将a、b连接，c、d连接。这样，两个线圈则可合并为一个绕组，且匝数为N1变压器负载运行的等效电路图形成过程示意图1）T型等效电路图

将二次侧折算到一次侧后，由于两个线圈合并为一个线圈了。则又有下图所示的T型等效电路图变压器负载运行的T型等效电路2）近似等效电路图

T型等效电路图是一种复联电路，不便于计算。考虑到，将励磁支路前移。此电路中当U1不变时，I0＝常数，不受负载影响考虑到I0<<I1时，还可以更进一步简化等效电路图,得

变压器负载运行时的型等效电路图变压器的近似等效电路图3、相量图1.4变压器参数的实验测定一、空载试验

空载试验可以测定变比K，铁耗pFe和ZmAv1wv2低压侧高压侧试验步骤：在低压侧加额定电压U1N（看V1表），读取V2（U2值）、W（p0值）、A（I2值）三个表的读数则可认为二、负载试验(短路试验）短路试验可以测定短路阻抗Zk短路试验的试验步骤：在高压侧加电压，从0开始上升，直到Ik＝I1N(A表），测读此时的pk（W表），Uk（V表）则有：Avw低压侧高压侧阻抗电压（短路电压）：用百分比表示：短路电压常用百分值表示

短路电压的大小直接反映短路阻抗的大小，而短路阻抗又直接影响变压器的运行性能。

从正常运行角度看，希望短路电压小些，这样可使副边电压随负载波动小些；从限制短路电流角度，希望它大些，相应的短路电流就小些。1.3.3短路电压1.3.4标么值

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,即一、定义二、基准值的确定1、通常以额定值为基准值。

2、各侧的物理量以各自侧的额定值为基准；

一次侧取一次侧的额定值作为基值，二次侧取二次侧的额定值作为基值，原边阻抗取原边的额定电压（电压基值）除以原边的额定电流（电流基值）作为基值。副边则取副边的。标么值=实际值基准值三、特点四、优、缺点优点：缺点：标么值没有单位，物理意义不明确。3、折算前、后的标么值相等。线值的标么值=相值的标么值；单相值的标么值=三相值的标么值；

1、额定值的标么值为1。使用标么值的基本方程式与采用实际值的方程式在形式上一致。2、百分值=标么值×100%；4、某些意义不同的物理量标么值相等三、标么值

（便于直观的了解设备的运行情况）

所谓标么值，就是某个物理量，它的实际值与选定的同单位的固定数值进行比较，他们的比值就是这个物理量的标么值。把选定的同单位的固定数值叫基值。如：U1＝99kV，U2＝110kV，若取U2为基值，变压器的基值选取：一次侧取一次侧的额定值作为基值，二次侧取二次侧的额定值作为基值，原边阻抗取原边的额定电压（电压基值）除以原边的额定电流（电流基值）作为基值。副边则取副边的。1.5变压器的运行特性本节只探讨单台变压器的运行特性一、电压变化率：变压器负载时的二次侧电压变化变压器的外特性图

负载系数二、效率若作一些假定：则

所以有变压器的铜耗等于铁耗时，有最大效率变压器的效率特性图

例题（1-1、1-2、1-3）一台单相变压器，在时开路和短路试验数据如下：【例题1-1】试验名称电压电流功率备注开路试验11KV45.5A47KW电压加在低压侧短路试验9.24KV157.5A129KW电压加在高压侧试求：(1)折算到高压侧时励磁阻抗和等效漏阻抗的值(2)已知，画出T形等效电路。

解：一次和二次绕组的额定电流为

电压比：折算到高压侧时的励磁阻抗和等效漏阻抗

换算到（2）T形等效电路图如图（看图）所示，图中

对于例1-1的单相20000KVA变压器，试求出励磁阻抗和漏阻抗的标幺值。从【例题1-1】可知，一次和二次绕组电压分别为127KV和11KV，额定电流分别为157.5A和1818.2A。由此可得：励磁阻抗标幺值折算到低压侧时

解【例题1-2】

折算到高压侧时

由于折算到低压侧的励磁阻抗是折算到高压侧的k的平方倍而高压侧的阻抗基值亦是低压侧的k的平方倍，所以从高压侧或低压侧算出的励磁阻抗标幺值恰好相等；故用标幺值计算时，可以不再进行折算。

（2）漏阻抗的标幺值

若短路试验在额定电流下进行，亦可以把实试验数据化成标幺值来计算，即

（2）最大效率和达到最大效率时的负载【例题1-3】已知例1-1中变压器的参数和损耗为

求此变压器带上额定负载,(滞后)时的额定电压调整率和额定效率，并确定最大效率和达到最大效率时的负载电流.解：（1）额定电压调整率和额定效率：

1.6

三相变压器一、三相变压器的磁路系统1.6

三相变压器BCabcAXYZxyz三相变压器组（Y，d1)AXBYCZaxbycz二、三相变压器的联结法绕组用大写字母表示高压绕组，为：AX，BY，CZ。小写字母表示低压绕组。为ax、by、cz。且绕组的电压都是从首端指向末端。如：Uax三、三相变压器的联结组别1)通常采用“时钟表示法”：把高、低压侧的两个线电压三角形的中心重合，在把高压侧线电压三角形的一条中线指向12点方向。而低压侧线电压三角形中对应的中线作为短针，它指向的钟点就是组别的标号。2)同名端的概念高压绕组的某一端为“＋”时，低压端的某一端也为“＋”，则称高、低压对应的这两个端子为同名端。用“*”或“·”标识，那么另外两个对应端也是同名端。判定三相绕组的联结组别

1)Y,y0联结组2）根据同名端确定高低压侧同相位的相电压，此处可知Ea与EA同相位1）画出高压绕组的线电压的相量图3）画出低压绕组的线电压的相量图4）将两个三角形的重心重合

2）Y，d11联结组2）根据同名端确定高低压侧同相位的相电压（此处可知Ea与EA同相）1）画出高压绕组的线电压的相量图3）画出低压绕组的线电压的相量图4）将两个三角形的重心重合分析：请判定下面变压器的联结组别四、三相变压器的磁路系统略三相变压器电路系统和磁路系统对电动势的影响

1、磁路无分支时，磁路中的磁通与励磁电流服从于铁磁物质的磁化曲线。

2、若要求磁化曲线为正弦波变化时，励磁电流为尖顶波，参考教材。则电流中存在3次谐波及其他奇次谐波。

3、当励磁电流为正弦波变化时，磁通为平顶波。则磁通中存在3次谐波及其他奇次谐波。奇次谐波的存在对变压器的运行带来一些问题。详细情况见教材。三相变压器的一侧绕组作三角形联结总是有利于改善电动势波形的。【例题1-4】一台三相变压器，Y，d联结，