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第三章变压器,第一节变压器的用途、分类与结构,内容提要：,1.变压器的用途、分类,2.变压器的主要结构部件,3.变压器的发热温升,4.变压器的额定数据,一、变压器的用途、分类,1、变压器的用途：,变压器是静止电器，由铁心(磁路)及两个或两个以上的绕组(电路)组成，绕组之间由铁心中交变磁通联系(磁耦合)实现从一种电压(电流)变为另一种电压(电流)。,按绕组分为：双绕组变压器三绕组变压器自耦变压器,按相数分为：单相变压器三相变压器多相变压器,2、变压器的分类：,升压变压器降压变压器隔离变压器,(4)按冷却方式：油浸自冷变压器,(3)按用途分为：,油浸水冷变压器,干式空气自冷变压器,油浸风冷变压器,二、变压器的主要结构部件,1、一次绕组（原绕组）电源侧,2、二次绕组（副绕组）负载侧,3、变压器铁心磁路部分,3.1非晶合金铁心变压器的特点,3.2立体卷铁心变压器的特点,3.3叠铁心变压器的特点,3.4平面卷铁心变压器的特点,三、变压器的发热温升,由于绕组里有铜耗、铁耗及各种附加损耗，一方面影响效率；一方面转变为热能，因此导致变压器的温度升高，并使绝缘材料老化。,四、变压器的额定数据,2、额定电压（线电压）,1、额定容量（视在功率）,3、额定电流（线电流）,*一次绕组额定电压,，单位为VA或kVA,，单位为V或kV,单位A,Y接：,接：,第二节变压器的运行分析,本节内容体现了变压器的基本电磁关系，着重研究变压器稳态运行的数学模型。,*以单相变压器为例来介绍变压器的运行分析及数学模型等，这些结果同样适用于三相变压器对称稳态运行分析,主要内容：,1.基本方程式、相量图和等效电路图,2.变压器的折合算法,3.标么值,4.运行性能,变压器各物理量的参考方向,3、和符合右手螺旋定则,2、和符合右手螺旋定则,4、和符合右手螺旋定则,一、变压器空载运行,*、都是最大值，一般*、都是由励磁磁动势产生的。,1.主磁通、漏磁通,变压器正常运行时，设电源电压为正弦变化，则主磁通的瞬时值为,根据电磁感应定律,2.主磁通感应电动势,则电动势的有效值为,同理：,取参考向量，因落后主磁通，,则：,4.漏磁通感应电动势,3.主磁通感应电动势结论：,变比,主磁通决定了感应电动势E1的大小。,4.1定义式,4.2一次绕组漏电抗X1的分析一次绕组漏电抗*漏电抗X1为常数，即X1不随电流大小而变化。,令一次绕组漏电抗*把漏磁通感应电动势看成在漏电抗X1上的负压降形式。,5.空载运行电压方程式,其中为一次绕组的电阻为一次绕组的漏电抗为一次绕组的漏阻抗,空载时的变比为：,由可知，当电源电压随时间按正弦规律变化，则电动势、磁通必定都按正弦规律变化。根据铁磁材料的磁化曲线可知，磁通和励磁电流成饱和曲线关系，即呈非线性关系。,6.励磁电流,(1)当磁通为正弦波，由于此路饱和，励磁电流为尖顶波。(2)磁通与励磁电流同相位。(3)励磁电流可以分解为基波和三次谐波。,6.1饱和对励磁电流的影响,根据磁路欧姆定律,当计磁路饱和时，随着,结论：,由于铁损耗的存在，使励磁电流半波波形非对称，使励磁电流波形超前主磁通波形的角度称铁耗角，用表示。,由于励磁电流波形的非正弦，不能用相量表示。工程上用等效正弦波概念来表征实际励磁电流,思考：单相变压器220V/110V，如错把低压边接为220V时，问的变化？,6.2铁损对励磁电流的影响,因为空载功率因数很小，所以变压器空载运行时从电源吸收很大的滞后性无功功率。,7.变压器空载运行的相量图,其中Rm励磁电阻；Xm励磁电抗Zm励磁阻抗,G0励磁电导B0励磁导纳,8.变压器空载运行的等效电路,所以,8.变压器空载运行的等效电路,Rm励磁电阻,它是反映变压器铁耗大小的等效电阻，不能用伏安法测量。Xm励磁电抗，反映了主磁通对电路的电磁效应。,结论：,Rm、Xm都随磁路的饱和程度增加而减小。磁路饱和，XmRmX1R1，一般,X1是与一次绕组漏磁通对应的电抗；Xm是与主磁通对应的电抗X1是常数，Xm与磁路饱和有关，是一个变化量。,二、变压器的负载运行,1.一二次电流关系（磁动势平衡方程式）,负载时电压与电流的关系：,1.2磁动势和根据安培环路定律，此时一二次绕组的磁动势合成产生主磁通。即，其中为合成磁动势。,1.1一次侧电流能量的观点用电磁关系来解释一次绕组的电流由变成,负载一次绕组,一次电流从空载到负载时，有：,从大小关系来看，从空载到满载，因为电源电压不变，所以一次绕组的感应电动势变化不大，。所以基本不变。,1.3空载一次绕组,空载时主磁通是由励磁电流产生，,当仅考虑数量关系时，一次磁动势等于二次磁动势，即，所以利用磁动势平衡的概念来定性分析变压器负载运行时，可得如下结论：电流之比等于匝数之比，。,由一次电流负载分量所建立的磁动势与二次电流磁动势相平衡。,当略去时，,当时，即一次电流达到满载时，也达到额定值。,2.负载时二次电压、电流的关系,3.变压器的基本方程式,4.折合算法,目的:a、使一、二次绕组“有”电的连接等效电路，这样就用电路知识来解题了。b、画相量图方便（定量画法）。,解决方法（算法根据）保持不变，就不会影响的变化。,定义：保持一个绕组的磁动势不变而改变其电流和匝数的算法称为归算法（折合算法）。,折合值：二次向一次折合为例。,定义：如果保持二次绕组磁动势不变，而假想它的匝数与一次绕组匝数相同的折合算法，称为二次绕组折合成一次绕组或简称二次向一次折合。,阻抗,负载电压,说明：折合算法其结果不改变变压器运行的物理本质，既不改变功率，不影响阻抗抗角。如果则一次向二次折合值为：,变压器“T”型等值电路,“T”型等效电路,.,“一”字型等效电路不适用空载，适用正常负载运行和稳态短路。,“一”字型等效电路,是、的夹角，进而可求出。,由“T”型等效电路可得：,是、的夹角，是的阻抗角，因为求复数阻抗比较繁，所以专业上常常把励磁支路提前。,简化等效电路,叫短路阻抗，短路电阻，短路电抗,一般情况没给励磁阻抗，只给短路阻抗就用简化等值电路。,6、相量图,已知：、,kVA,V,Y,y0联接，副边Y接，,求：,已知:,例21(p30),;,;,;,一个物理量的,1、电机学中基值的选择(一)以额定值为基值相(线)电压(流)的基值分别是相(线)电压(流)的额定值。三相(单相)功率的基值分别是三相(单相)的额定功率。(二)视在(有功、无功)功率的基值是一样的,第三节标幺值P,U,(五)电阻、电抗与阻抗取同一基（,）。,(三)变压器的一、二次额定电压、电流不同，所以一、二次电压(流)的基值不同。,(四)阻抗的基值是相值。,一次绕阻阻抗的基值,二次绕阻阻抗的基值,2、取标幺值的优点,(一)一个量与它的折合值的标幺值相等,(二)线值与相值电压(流)的标幺值相等,(三)一相功率与三相功率的标幺值相等,(五)计算方便当电流为额定值时，电阻压降标幺值=电阻功率标幺值=电阻标幺值。以电流流过电阻为例,(四)便于判定电机运行情况，当满载、过载、欠载,非额定值时：符合欧姆定律同理：,(六)便于一些数据的记忆如：左右，,(七)简化公式,可以忽略Z1；,1、空载试验,第四节参数测定,忽略Z1,2、短路试验,其中，U2N代表变压器一次绕组接额定电压，二次绕组开路时，二次电压U20就是二次额定电压。,第五节变压器的运行性能,1、变压器的电压调整率,定义：,采用标幺值表示为：,图2-17用标幺值的简化等值电路,感性负载简化相量图,变压器的短路阻抗越小，U也也越小，供电电压越稳定。,=1时，U称为额定电压调整率，标志着变压器的输出电压的稳定程度。,2.变压器的效率,其中:,变量P2代表副边输出的有功功率；,变量P1代表原边输入的有功功率；,代表变压器的总损耗。,单相变压器：,三相变压器：,以上两式的结果是一样的。,P2的计算:,若忽略副边端电压在负载时的变化，则：,不变损耗,可变损耗,铜耗是一二次绕阻中，电流在电阻上的有功损耗，因此与负载电流平方成正比。,，,从空载到负载，变压器的主磁通基本不变，因此相应的铁耗在额定电压下基