变压器教程资料

1、变压器,注册电气工程师执业资格考试,专业基础,电气工程,4.6.1,三相变压器的结构特点,?,三相组式变压器,体积小,重量轻,用于超高压、特大容量场合,?,三相芯式变压器,材料省,效率高,经济,分析要点,：,铁芯结构,磁路特点,励磁电流和磁通情况,了解,4.6.1.1,组式,各相磁路彼此独立,?,各相主磁通以各自,铁芯作为磁路。,铁芯独立，磁路,不关联,?,各相磁路的磁阻相,同，,当三相绕组接,对称的三相电压时，,各相的激磁电流和,磁通对称,。,由三台完全相同（,容量、变比,）的单相变压器按三相连接方式连接而成,三相组成变压器,4.6.1.2,芯式,各相磁路彼此相关,?,通过中间三个芯柱的磁通

2、等于三相磁通的总和。,?,当外施电压为对称三相电压,，三相磁通也对称，,其总和,?,A,+,?,B,+,?,c,=0,，即在任意瞬间，,中间芯柱,磁通为零,。,?,在结构上省去中间的芯柱,三相三铁芯柱变压器,?,三相铁心互不独立,?,三相磁路互相关联,?,中间相的磁路较短,，令,外施电压为对称三相电,压，三相激磁电流也不,完全对称，,中间相激磁,电流较其余两相为小,。,?,与负载电流相比激磁电,流很小，如负载对称，,三相电流基本对称。,中间相磁路短，磁阻小，激磁,电流较小,（,F=R,）,4.6.2,变压器的额定值,?,额定电压,U,1N,/U,2N,由制造厂所规定的,变压器在空载时额定分接头

3、上的电压保,证值。单位为,V,或,kV,。当变压器初级侧,在额定分接头处接有额定电压,U,1N,，次级,侧,空载电压,即为次级侧额定电压,U,2N,。对,于三相变压器而言，,铭牌上的额定电压,是指线电压,?,额定频率,50 Hz,掌握,4.6.2,变压器的额定值,?,额定容量,S,N,制造厂所规定的在额定,条件下使用时输出能力的保证值。单位,为,VA,或,kVA,。对于,三相变压器,而言,是指,三相的总容量,视在功率,。,?,由于效率高，原、副方的额定容量设计,得相等，与体积、用铜量有关,掌握,4.6.2,变压器的额定值,?,额定电流,I,1,N,/I,2N,额定容量除以各绕,组的额定电压所计

4、算出来的,线电流值,。,单位用,A,或,kA,。,掌握,单相变压器,三相变压器,N,N,N,N,N,N,U,S,I,U,S,I,2,2,1,1,?,?,N,N,N,N,N,N,U,S,I,U,S,I,2,2,1,1,3,3,?,?,注意,：,对三相变压器，额定电压和电流值均指,线值,，额定容量为,三相的总容量,（不是有功功率）,4.6.3,变压器的变比和参数测定,?,定义：一次绕组感应电动势,E,1,对二次绕,组感应电动势,E,2,之比,?,实用：,了解,2,1,2,1,2,1,44,.,4,44,.,4,N,N,fN,fN,E,E,k,m,m,?,?,?,?,?,ph,ph,U,U,N,N,

5、E,E,k,20,1,2,1,2,1,?,?,?,次级空载时端点电压,讲解：升压与降压,4.6.3,变压器的变比和参数测定,?,一次绕组匝数,N,1,的确定,S,fB,U,N,S,B,fN,fN,E,U,m,m,m,44,.,4,44,.,4,44,.,4,1,1,1,1,1,1,?,?,?,?,?,B,m,磁密最大值（,T,），热轧硅钢片,1.1-1.475,，冷轧片,1.5-1.7,4.6.4,变压器的工作原理,?,空载运行,?,负载运行,?,等效电路,掌握,注意,：正方向的规定,电压,u,1,与电流,i,0,同方向,磁通正方向与电流正方向符合右手螺旋定则,e,的正方向与电流同方向。,e,

6、1,=,N,1,d/dt,?,例如,?,正在增加，,d/dt,为正值，,e,1,N,1,d/dt,0,为负值，若外电路能使,e1,产生电流，其电流,方向必与,i0,正方向相反，该电流产生磁通,，与,方向相反，起阻止,增加的作用，即符合楞次,定律。,?,箭头方向来表示正方向,?,规定电流的正方向与该电流所产生的磁通正,方向符合“右手螺旋”定则，规定磁通的正,方向与其感应电势的正方向符合“右手螺旋”,定则。,?,电流正方向与电势正方向一致,。,正方向的规定,?,4.6.4.1,变压器的空载运行,?,空载,：原边接额定电压,u,1n,电源，副边开路,?,原边绕组电流,i,0,为空载电流，产生空载励磁

7、,磁势,F,0,=I,0,N,1,产生磁通,?,磁通分为两部分,主磁通,流径闭合铁心，同时匝链,了原边和副边绕组,并感应出电势,e,1,和,e,2,。是,变压器传递能量的主要媒介,漏磁通,1,，仅与原边绕组匝链，,通过变压器油或空气形成闭路。,变压器铁心由高导磁材料硅钢片制成,（导磁系数,r,2000),，大部分磁通都在铁心,中流动，主磁通约占总磁通的,99,以上，而,漏磁通占总磁通的,1,以下。,掌握,4.6.4.1,变压器的空载运行,?,空载,：原边接额定电压,u,1n,电源，副边开路,?,原边绕组电流,i,0,为空载电流，产生空载励磁,磁势,F,0,=I,0,N,1,产生磁通,?,空载激

8、磁电流,Im,：,磁化电流分量,I,0w,:,产生磁通，超前电势,E,1,90,，无功性质,铁耗电流分量,I,0r,：供给涡流损耗和磁滞损,耗，有功性质,?,空载电势,E1:,掌握,m,m,m,m,m,m,Z,I,X,I,j,R,I,E,?,?,?,?,?,?,?,?,1,4.6.4.1,变压器的空载运行,?,空载电势,E1:,掌握,m,m,m,m,m,m,Z,I,X,I,j,R,I,E,?,?,?,?,?,?,?,?,1,1,E,?,R,m,励磁电阻,等效铁耗,X,m,励磁电抗,反映主磁通,?,I,0w,I,0r,jI,m,x,m,I,m,r,m,?,-,铁耗角,空载相量图,4.6.4.2,

9、负载运行,N,1,N,2,变压器的初级、次级绕组没有电的联系，功率传递依靠,互感。在功率传递过程中应满足能量守恒，在电路上需,满足电压平衡、磁路上需满足磁势平衡。,负载时的磁势平衡,二次电流的影响,?,次级电流的存在、建立起次级磁势，它也作用在铁芯,磁路上。试图改变原有的磁势平衡状态，迫使主磁通,变化，导致电势也随之改变。电势的改变又破坏已建,立的电压平衡，迫使原电流随之改变，直到电路和磁,路又达到新的平衡为止。,?,（磁势平衡式）,?,负载时作用在主磁路上的全部磁势应等于产,生磁通所需的激磁磁势,。,u,1,4.44fN,1,m,1,0,1,2,2,1,1,0,2,1,N,I,N,I,N,I

10、,N,I,F,F,F,F,m,m,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,空载磁势，励磁磁势,?,当有负载电流时：初级电流,I,1,应包含有二个,分量。其中,I0,用以激励主磁通。,I,1L,所产生,负载分量磁势,I,1L,N,1,，用以抵消次级磁势,I,2,N,2,对主磁路的影响。,?,激磁电流的值决定于主磁通,?,m,，即决定,于,E,1,或端电压,U,1,。,.,1,.,0,.,2,.,0,.,1,L,I,I,k,I,I,I,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,0,2,2,1,1,?,?,N,I,N,I,L,?,?,初级、次级电流间的约束关系,忽略激磁电流

11、：,k,N,N,I,I,I,k,I,I,m,1,0,1,2,2,1,2,1,?,?,?,?,?,?,?,?,负载时的电势平衡,4.6.4.3,变压器的等效电路,?,变压器的绕组归算,归算为,1,：,1,的变压器,P289,图,4-53,?,等效电路,变压器的归算,?,绕组,归算,用一假想的绕组替代其中,一个绕组使成为,k,1,的变压器。,?,归算量在原符号加上标号,?,区别，归算,后的值称为归算值或折算值。,?,原则：,归算不改变实际变压器内部的电,磁平衡关系,k,I,N,N,I,N,N,I,I,N,I,N,I,/,2,1,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,?,?,?,?,2,2,2,2

12、,2,kE,E,I,I,E,?,?,2,2,2,2,2,2,2,r,k,r,I,I,r,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,负载后的等效电路,注意,：,由等效电路写出电势平衡式,正方向,了解各参数的含义,近似等效电路,?,把激磁支路移至端点处。,计算时引起的误差,不大：变压器的激磁电流,(,即空载电流,),为额,定电流的,3,-8,，（大型变压器不到,1,）。,短路阻抗,短路电抗,短路电阻,k,k,k,k,k,jx,r,Z,x,x,x,r,r,r,?,?,?,?,?,?,?,?,2,1,2,1,简化等效电路,?,简化等效电路：,略去激滋电流,（支路）,常用于定性分析,4.6.5,变压器电压

13、调整率的定义,?,由于,变压器内部存在着电阻和漏抗,(,原,因,),，负载时产生电阻压降和漏抗压降，,导致,次级侧电压随负载电流变化而变化,（结果）,。电压变化程度通常用,电压变,化率,表示,?,设外施电压为额定电压，取空载与额定,负载两种情况下的次级侧电压的算术差,与空载电压之比定义为电压变化率,(,又称,电压调整率,),掌握,%,100,%,100,%,100,1,2,1,2,2,2,2,2,20,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,N,N,N,N,N,U,U,U,U,U,U,U,U,U,U,电压变化率与负载性质,?,?,U,与负载电流的功率因数有关,?,与负载电流的大小也有关,4.6

14、.6,变压器空载合闸时,产生冲击电流的原因,?,现象：,合闸瞬间有超过额定电流的冲击电流,（大大超过正常的空载电流）,?,原因：,铁芯的饱和现象和剩磁的存在。,?,影响：使保护误动作，影响合闸,了解,1.,合闸瞬间的励磁电流,励磁电流瞬时值,i,m,：,?,?,磁化曲线,回路电压方程,?,?,),(,sin,2,1,1,1,1,1,m,m,i,f,t,U,i,r,dt,d,N,?,?,?,?,?,?,?,?,忽略,r,1,i,m,。假设电感为常数,L,av,，则：,av,m,m,av,L,N,i,i,N,L,1,1,1,1,?,?,?,?,?,),sin(,2,1,1,1,1,1,1,1,?,

15、?,?,?,?,?,?,?,t,U,L,N,r,dt,d,N,av,的线性方程,1.,合闸瞬间的励磁电流,),sin(,2,1,1,1,1,1,1,1,?,?,?,?,?,?,?,?,t,U,L,N,r,dt,d,N,av,的线性方程,磁通的解，包括稳态分量,?,1,和瞬态分量,?,1,：,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,t,L,r,m,t,L,r,av,av,e,t,Ce,t,N,U,1,1,cos,90,sin,90,sin,2,1,1,1,1,1,?,?,?,?,?,?,(1),接通电源瞬间,?,=0

16、,(2),接通电源瞬间,?,=90o,电流,立即进入稳态，无冲击,t,m,?,sin,1,?,?,?,流很大,磁路高度饱和，激磁电,半周期后磁通最大,t,L,r,m,m,av,e,t,1,cos,1,?,?,?,?,?,?,?,?,暂态磁通与合闸相角有关；,考虑剩磁（,20%-30%,）后，,磁通最大值更大。,由磁化曲线确定需要的激,磁电流,p291(,图,4-57),2.,空载合闸过电流的影响,数倍于额定电流，小于短路电流，对变压器本身无,直接危害,合闸开始后数周期内的冲击电流可能使变压器的保,护装置误动作,措施,：合闸使串如限流电阻，（,1,）限制冲击电流；,（,2,）使其快速衰减。,4.

17、6.7,变压器的效率的最大效率,了解,?,定义：,输出功率与输入功率之比,?,输入功率应该是输出功率与全部损耗之和,?,转换能量过程中同时产生损耗：,初级绕组铜耗,p,cu1,=I,1,2,r,1,次级绕组铜耗,p,cu2,i,2,2,r,2,铁芯损耗,p,Fe,I,m,2,r,m,全部损耗为,?,p,?,?,=P,2,/P,1,=P,2,/(P,2,+,?,p)=(P,1,-,?,p)/P,1,间接法计算效率,_,损耗分离法,?,由空载试验和短路试验测出空载和额定,电流时的短路损耗,可计算出任意给定,负载时的效率,1,2,2,1,2,1,2,1,2,2,2,2,1,2,1,),(,r,I,r

18、,I,r,I,I,I,I,I,I,I,m,m,m,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,效率大小与,负载大小和功率因数有关,0,2,2,2,cos,cos,p,p,S,S,kN,N,N,?,?,?,?,?,?,?,?,?,意义,：当可变损耗等,于不变损耗时效率达,到最大,最大效率的极值条件：,kN,p,p,2,0,?,?,kN,P,P,0,max,?,?,4.6.8,三相变压器不同连接组中,的电势和电流波形,激磁要求,：,磁通和电势,为正弦波形；,励磁电流,：,尖顶波形，,含有谐波,（,3,次最大）,关键,：若三次谐波电流在绕组中不能流通，则产生,的磁通和感应的电势为非正弦形,了解,3,次谐

19、波电流的性质,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,240,sin,2,120,sin,2,sin,2,?,?,?,?,?,?,t,I,i,C,t,I,i,B,t,I,i,A,c,b,a,相,相,相,基波：,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,t,I,t,I,i,C,t,I,t,I,i,B,t,I,i,A,c,b,a,3,sin,2,240,3,sin,2,3,sin,2,120,3,sin,2,3,sin,2,3,3,3,3,3,3,3,3,相,相,相,三次谐波：,大

20、小相等,相位一致,连接组与,3,次谐波电流,Y,形：,i,3a,+i,3b,+i,3c,=0,=i,3a,=i,3b,=i,3c,=0,YN,形：,i,3a,+i,3b,+i,3c,=i,0,=i,3a,=i,3b,=i,3c,=1/3 i,0,D,形：,i,3a,=i,3b,=i,3c,4.6.8.1 YN,y,或,D,y,连接组,三次谐波电流可以,在原边流通，,则三相磁通和感应,电势均呈（接近）,正弦波形,4.6.8.2 Y,y,连接组,?,初级为,Y,连接，,激磁电流中所必,需,的,三次谐波电流分量不能流,通,磁化电流正弦形,?,磁通波近似于平顶波,?,在,各次谐波磁通中以三次谐波磁通幅

21、,度最大,分析：,3,次谐波磁通能否流通及其影响,?,三次谐波磁通与基波,磁通有相同磁路，其,磁阻较小，,相电势,中,三次谐波电势相当大,。,其振幅可达基波振幅,的,50,一,60,。,?,导致,电势波形严重畸,变,。所产生的过电压,有可能危害线圈绝缘。,?,规定,：三相变压器组,不能接成,Y,，,y,运行,。,3,3,3,44,.,4,m,N,f,E,?,?,思考,：,相电势中存在三次谐波电势，,则,线电势的波形如何,？,三次谐波电势，大小相等，相位一致，则,线电势中相互抵消。,线电势呈正弦形,1,三相组式变压器,2,三相铁芯式,Y,，,y,连接,?,三次谐波电流不能流通，有三次谐波磁通存在

22、,磁路特点,：,三相铁芯式变压器的三相磁路彼此相关，,各相的三次谐波磁通在时间上是同相位,三次谐波磁通的路径,铁芯周围的油、油箱壁和部分铁轭,特点：,磁阻较大,，,三次谐波磁通及其三次谐波电势很小,磁通接近正弦，相电势接近于正弦波形,?,三相铁芯式变压器可以接成,Y,，,y,?,三次谐波磁通经过油箱壁，在其中感应电势，产,生损耗,，会引起油箱壁局部过热,?,容量限制在,1800kV,A,以下,4.6.8.3,三相变压器,Y,，,d,连接,?,次级侧,三角形接法：对三次谐波电势短路，,在,三角形电路中产生的三次谐波电流（,环流,）,。,该,环流（供给励磁电流中所需的,3,次谐波电流,分量）对原有的三次谐波磁通起去磁作用,，三,次谐波电势被削弱，量值是很小的。相电势波,形接近正弦波形。,?,由初级侧提供了磁化电流的基波分量，由次级,侧提供了磁化电流的三次谐波分量。,?,在高压线路中的大容量变压器需接成,Y,，,d,基波电势形成环流？,分析点,：,一次侧相电流中是否有三次谐波电流？,磁通中有无三次谐波,一次侧线电流、相电势与线电势中有无三次谐波,二次侧电势、电流中是否存在三次谐波,4.6.9,判断三相连接组别,?,用初级、次级绕组的线电势相位差来表,示