第一篇 变压器

1、第一篇第一篇 变压器变压器11第一篇 变压器第一篇第一篇 变压器变压器21.2 变压器的基本结构变压器的基本结构1.3 变压器的型号和额定值变压器的型号和额定值1.1 变压器的工作原理变压器的工作原理第一篇第一篇 变压器变压器31.11.1：变压器的基本工作原理：变压器的基本工作原理一、变压器的用途一、变压器的用途 静止电气设备，它利用静止电气设备，它利用电磁感应电磁感应原理，原理，将某一数值的交变电压变换为同频率的另一数值的将某一数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压。还可用来改变电流、变换阻抗以及产生交变电压。还可用来改变电流、变换阻抗以及产生脉冲等。脉冲等。 作用：作用： 主要用

2、于输配电系统，而且还广泛应用于主要用于输配电系统，而且还广泛应用于电气控制领域、电子技术领域，测试技术领域以及电气控制领域、电子技术领域，测试技术领域以及 焊接技术领域等。焊接技术领域等。 用途：用途： 第一篇第一篇 变压器变压器4第一篇第一篇 变压器变压器5二、变压器分类二、变压器分类1 1按用途分类按用途分类 （1 1）电力变压器。）电力变压器。 用作电能的输送与分配。用作电能的输送与分配。 （2 2）特种变压器。）特种变压器。 在特殊场合使用的变压器，如作为焊接在特殊场合使用的变压器，如作为焊接 电源的电焊变压器；专供大功率电炉使电源的电焊变压器；专供大功率电炉使 用的电炉变压器；将交流

3、电整流成直流用的电炉变压器；将交流电整流成直流 电时使用的整流变压器等。电时使用的整流变压器等。第一篇第一篇 变压器变压器6（3 3）仪用互感器。）仪用互感器。 用于电工测量中，如电流互感器、电用于电工测量中，如电流互感器、电压压互感器等。互感器等。（4 4）控制变压器。）控制变压器。 容量一般比较小，用于小功率电源系统容量一般比较小，用于小功率电源系统 和自动控制系统。和自动控制系统。（5 5）其他变压器。）其他变压器。 如高压变压器、调压变压器；脉冲变压如高压变压器、调压变压器；脉冲变压器器。第一篇第一篇 变压器变压器72 2按绕组构成分类按绕组构成分类叠片式铁心、卷制式铁心、非晶合金铁心

4、。叠片式铁心、卷制式铁心、非晶合金铁心。3 3按铁心结构分类按铁心结构分类有单相变压器、三相变压器、多相变压器。有单相变压器、三相变压器、多相变压器。4 4按相数分类按相数分类有干式变压器、油浸自冷变压器、油浸风冷变压器、强迫有干式变压器、油浸自冷变压器、油浸风冷变压器、强迫油循环变压器、充气式变压器等。油循环变压器、充气式变压器等。5 5按冷却方式分类按冷却方式分类双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器等双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器等第一篇第一篇 变压器变压器86 6按容量大小分类按容量大小分类小型变压器（容量为小型变压器（容量为10630kVA）、）、

5、中型变压器（容量为中型变压器（容量为8006300kVA）、）、大型变压器（容量为大型变压器（容量为800063000kVA）特大型变压器（容量在特大型变压器（容量在90000kVA及以上）。及以上）。第一篇第一篇 变压器变压器9三、变压器工作原理三、变压器工作原理互相绝缘且匝数不同只有磁的耦互相绝缘且匝数不同只有磁的耦合而没有电的联系合而没有电的联系 111dueNdt 122dueNdt 根据电磁感应根据电磁感应 原理原理 ：改变一、二次绕组的匝数，就可达到改变一、二次绕组的匝数，就可达到 改变电压的目的。改变电压的目的。 第一篇第一篇 变压器变压器101.21.2：变压器的基本结构：变压

6、器的基本结构高压侧油枕散热管主箱体 变压器是变压器是一种利用电磁一种利用电磁原理工作的静原理工作的静止装置。其主止装置。其主要功能是变换要功能是变换（升高或降低）（升高或降低）电压。电压。 低压侧第一篇第一篇 变压器变压器11第一篇第一篇 变压器变压器12（一）铁心（一）铁心构成变压器磁路系统，并作为变压器的机械骨架构成变压器磁路系统，并作为变压器的机械骨架 铁心柱铁心柱 磁轭磁轭0.35 mm0.35 mm厚的硅钢片，减小铁耗。厚的硅钢片，减小铁耗。 国产硅钢片国产硅钢片 有热轧硅钢有热轧硅钢 片、冷轧无片、冷轧无 取向硅钢片、取向硅钢片、 高导磁晶粒高导磁晶粒冷轧取向硅冷轧取向硅钢片钢片

7、厚度具体为厚度具体为0.50.5、0.350.35、0.30.3、0.260.26、0.230.23、0.180.18、0.15mm0.15mm，而非晶合金片厚度仅有，而非晶合金片厚度仅有0.03mm0.03mm。第一篇第一篇 变压器变压器13单相小容量变压器铁心形式单相小容量变压器铁心形式 为了减小铁心为了减小铁心 磁路的磁阻以磁路的磁阻以 减小铁心损耗，减小铁心损耗， 要求铁心装配要求铁心装配 时，接缝处的时，接缝处的 空气隙应越小空气隙应越小 越好。越好。 第一篇第一篇 变压器变压器14第一篇第一篇 变压器变压器15 交叠方式：相邻层按不同方式交错叠放，将接缝错开。交叠方式：相邻层按不同

8、方式交错叠放，将接缝错开。偶数层刚好压着奇数层的接缝，从而减少了磁阻，便于磁偶数层刚好压着奇数层的接缝，从而减少了磁阻，便于磁通流通。通流通。四片式铁心交叠方法六片式铁心每层排列法第一篇第一篇 变压器变压器16心式变压器心式变压器壳式变压器壳式变压器 芯式变压器铁心柱截面为圆形立放，高低压线圈截面亦为圆形（芯式变压器铁心柱截面为圆形立放，高低压线圈截面亦为圆形（实为环形）同心地套在铁心实为环形）同心地套在铁心 柱上，线圈包围贴心。柱上，线圈包围贴心。 壳式变压器铁芯壳式变压器铁芯截面为长方形卧放，线圈截面亦为长方形套在铁心柱上卧房，两边有截面为长方形卧放，线圈截面亦为长方形套在铁心柱上卧房，两

9、边有旁轭，旁轭， 铁心包围线圈。铁心包围线圈。 第一篇第一篇 变压器变压器17匝数少，导线粗NoImageNoImage（二）绕组（二）绕组 变压器中的电路部分，小型变压器一般用具有绝缘的漆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。铝线绕制。 1 1同心式绕组同心式绕组按其绕制方法的不同又可分为按其绕制方法的不同又可分为 圆筒式、螺旋式、纠结式和连续式圆筒式、螺旋式、纠结式和连续式 匝数多，导线细高、低压绕组同心地套装高、低压绕组同心地套装在铁心柱上。为了便于与在铁心柱上。为了便

10、于与铁心绝缘和高压绕组易于铁心绝缘和高压绕组易于与分接开关连接，把低压与分接开关连接，把低压绕组套装在里面，高压绕绕组套装在里面，高压绕组套装在外面。组套装在外面。 第一篇第一篇 变压器变压器18 2 2交叠式绕组交叠式绕组 将绕组分成若干个将绕组分成若干个线饼交替排列线饼交替排列又称饼式绕组又称饼式绕组 漏抗小、机械强度高、漏抗小、机械强度高、引线方便。主要用在引线方便。主要用在低电压、大电流的变低电压、大电流的变压器上，如容量较大压器上，如容量较大的电炉变压器、电阻的电炉变压器、电阻电焊机（如点焊、滚电焊机（如点焊、滚焊和对焊电焊机）变焊和对焊电焊机）变压器等。压器等。优点优点: :第一篇

11、第一篇 变压器变压器19NoImageNoImage三油箱和冷却装置三油箱和冷却装置油箱内装变压器油油箱内装变压器油扁形散热油管扁形散热油管 或片式散热器或片式散热器 帮助散热帮助散热10 000 kVA10 000 kVA的电力变压器，采用风吹冷却或强迫油的电力变压器，采用风吹冷却或强迫油循环冷却装置。循环冷却装置。第一篇第一篇 变压器变压器20 变压器油：变压器油：是石油的一种分馏产物，它的主要成分是 烷烃,环烷族饱和烃,芳香族不饱和烃等化合物。俗称方棚油，浅黄色透明液体，相对密度0.895。凝固点-45 。 变压器油的主要作用： （1）绝缘作用：变压器油具有比空气高得多的绝缘强度。 绝缘

12、材料浸在油中，不仅可提高绝缘强度，而且还可免受潮气的侵蚀。 （2）散热作用：变压器油的比热大，常用作冷却剂。变压器运行时产生的热量使靠近铁芯和绕组的油受热膨胀上升，通过油的上下对流，热量通过散热器散出，保证变压器正常运行。 （3）消弧作用：在油断路器和变压器的有载调压开关上，触头切换时会产生电弧。由于变压器油导热性能好，且在电弧的高温作用下能分触了大量气体，产生较大压力，从而提高了介质的灭弧性能，使电弧很快熄灭。 第一篇第一篇 变压器变压器21附附件件1.绝缘套管绝缘套管 变压器套管是将变压器内部高、低压引线引到油箱外部的绝缘套管，不但作为引线对地绝缘，而且担负着固定引线的作用，变压器套管是变

13、压器载流元件之一， 套管结构：接线板、瓷件、导电杆和铸铝合金法兰组成。 主绝缘主要由瓷套和油隙构成，属于不击穿、免维护部件。 多级伞形第一篇第一篇 变压器变压器22NoImageNoImageNoImage2.2.储油柜：储油柜：通过连接管与通过连接管与油箱相通使变油箱相通使变压器油与空气压器油与空气的接触面积大的接触面积大为减小，减缓为减小，减缓了变压器油的了变压器油的老化速度老化速度新型的全充油密封式电力变压器则取消了储油柜，新型的全充油密封式电力变压器则取消了储油柜， 运行时变压器油的体积变化完全由设在侧壁的膨运行时变压器油的体积变化完全由设在侧壁的膨 胀式散热器（金属波纹油箱）来补偿。

14、胀式散热器（金属波纹油箱）来补偿。附附件件第一篇第一篇 变压器变压器23附附件件在油箱和储油柜之间的连接管中装有气体继在油箱和储油柜之间的连接管中装有气体继电器，当变压器发生故障时，内部绝缘物汽电器，当变压器发生故障时，内部绝缘物汽化，使气体继电器动作，发出信号或使开关化，使气体继电器动作，发出信号或使开关跳闸。跳闸。3.3.气体继电器。气体继电器。第一篇第一篇 变压器变压器24附附件件装在油箱顶部，它是一个长的圆形钢筒，上端装在油箱顶部，它是一个长的圆形钢筒，上端用酚醛纸板密封，下端与油箱连通。若变压器用酚醛纸板密封，下端与油箱连通。若变压器发生故障，使油箱内压力骤增时，油流冲破酚发生故障，

15、使油箱内压力骤增时，油流冲破酚醛纸板，以免造成变压器箱体爆裂。近年来，醛纸板，以免造成变压器箱体爆裂。近年来，国产电力变压器已广泛采用压力释放阀来取代国产电力变压器已广泛采用压力释放阀来取代防爆管。防爆管。 4.4.防爆管（安全气道）。防爆管（安全气道）。 第一篇第一篇 变压器变压器25附附件件5 5分接开关分接开关 电力变压器的分接开关是用来调节变压器输出电压的。由于电力系统电网中各处的电压不是完全相同的，为了使得变压器无论安装在电网什么位置都能输出额定电压，就在变压器的高压绕组设置了多次抽头，并将抽头接到分接开关上，通过开关于电网相连。这样，可以通过分接开关与不同的变压器绕组抽头连接来改变

16、变压器高低压绕组的匝数比，从而达到调节变压器输出电压的目的。第一篇第一篇 变压器变压器26附附件件 分接头有无载调节和有载调节两种，前者只能在变压器于电网脱开后调节分接开关位置，而后者可以在变压器运行工况中调节分接头位置。一般配电变压器，如果没有特殊的要求，都采用无载调压分接头开关，调节档次为5%额定电压，容量稍微大一些是可以是2X2.5%。而采用有载调压分接头的，可以有5X1.25%、7X1.0%等等许多组合第一篇第一篇 变压器变压器271.31.3：变压器的型号和额定值：变压器的型号和额定值一、型号 型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方型号表示一台变压器的结构、额定容量、电

17、压等级、冷却方式等内容，表示方法为式等内容，表示方法为如如OSFPSZ-250000/220OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压，额定容量有载调压，额定容量250000kVA250000kVA，高压额定电压，高压额定电压220kV220kV电力变压器电力变压器第一篇第一篇 变压器变压器28p第一个字母：绕组藕合方式，涵义分：独立（不标）；自藕（表示） p第二个字母：相数，涵义分：单相（）；三相（）。 p第三个字母：冷却装置种类，涵义分；自然循环冷却装置（不标）：风冷却器（）：水冷却器（）。 p第四个字母：绕组数，涵义

18、分；双绕组（不标）；三绕组（）；双分裂绕组（）。 p第五个字母：线圈导线材质，涵义分：铜（不标）；铜箔（）；铝（）铝箔（） p第六个字母：调压方式，涵义分；无励磁调压（不标）；有载调压抑（）。 第一篇第一篇 变压器变压器29p绕组外绝缘介质，分；变压器油（不标）；空气（）：气体（）；成型固体浇注式（）：包绕式（）：难燃液体（）。 其他：p油循环方式，涵义：自然循环（不标）；强迫油循环（） p铁心材质，涵义；电工钢片（不标）；非晶合金（）。p特殊用途或特殊结构，分；密封式（）；串联用（）；起动用（）；防雷保护用（）；调容用（）；高阻抗（）地面站牵引用（）；低噪音用（）；电缆引出（）；隔离用（）；

19、电容补偿用（）；油田动力照明用（）；厂用变压器（）；全绝缘（）；同步电机励磁用（）。 第一篇第一篇 变压器变压器30二、额定值：二、额定值： 额定值是制造厂对变压器在指定工作条件下运行时所额定值是制造厂对变压器在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。额定值通常标注在变压器的铭牌上。变规定的一些量值。额定值通常标注在变压器的铭牌上。变压器的额定值主要有：压器的额定值主要有：1. 额定容量额定容量SN：额定容量是指额定运行时的视在功率。以额定容量是指额定运行时的视在功率。以 VA、kVA或或MVA表示。由于变压器的效率很高，通常一、表示。由于变压器的效率很高，通常一、二次侧的额定容量设计成相等。二

20、次侧的额定容量设计成相等。2.额定电压额定电压U1N和和U2N 正常运行时规定加在一次侧的端电正常运行时规定加在一次侧的端电压称为变压器一次侧的额定电压压称为变压器一次侧的额定电压U1N。二次侧的额定电压二次侧的额定电压U2N 是指变压器一次侧加额定电压时二次侧的空载电压。是指变压器一次侧加额定电压时二次侧的空载电压。额定电压以额定电压以V或或kV表示。对三相变压器，额定电压是指表示。对三相变压器，额定电压是指线电压。线电压。第一篇第一篇 变压器变压器313.3.额定电流额定电流I I1N1N和和I I2N2N 根据额定容量和额定电压计算出的根据额定容量和额定电压计算出的线电流，称为额定电流，

21、以线电流，称为额定电流，以A A表示。表示。N1N 1N2N2NSU IUI对单相变压器对单相变压器对三相变压器对三相变压器112233NNNNNSUIUI4 4、额定频率、额定频率 fN 工频工频50Hz 除额定值外，变压器的相数、绕组连接方式及联结除额定值外，变压器的相数、绕组连接方式及联结组别、短路电压、运行方式和冷却方式等均标注在铭牌组别、短路电压、运行方式和冷却方式等均标注在铭牌上。额定状态是电机的理想工作状态，具有优良的性能，上。额定状态是电机的理想工作状态，具有优良的性能，可长期工作。可长期工作。第一篇第一篇 变压器变压器32例例11：一台三相油浸自冷式铝线变压器，已知一台三相油

22、浸自冷式铝线变压器，已知SN=560kVA，U1N/U2N=10000V/400V， 试求一次、二试求一次、二次绕组的额定电流次绕组的额定电流I1N 、I2N各是多大各是多大?解：解： 32.33AI1NN1N 10000310560U3S3808.29A2NN2N A400310560U3SI3第一篇第一篇 变压器变压器33第二章 变压器的运行原理与运行分析2.2 变压变压器的器的负载运负载运行行2.1 单单相相变压变压器的空器的空载运载运行行2.4 标标幺幺值值2.3 变压变压器的器的参数测参数测定定2.6三相三相变压变压器的磁路系器的磁路系统统和和电电路系路系统统2.5 变压变压器的器的

23、运运行特性行特性2.8 三相三相变压变压器的器的并并列列运运行行2.7 对电势对电势波形的影波形的影响响2.10 变压变压器的瞬器的瞬变过变过程程2.9 三相三相变压变压器的不器的不对称运对称运行行第一篇第一篇 变压器变压器342.1 2.1 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行1 1、电磁过程、电磁过程1U1EE120U0I2(I )1mAXaxm2E10RI1U0I100NIF1Em1m1E2E一、空载运行时的电磁关系一、空载运行时的电磁关系第一篇第一篇 变压器变压器35按照按照“负载惯例负载惯例” ” 规定一次侧各量参考方向：规定一次侧各量参考方向： 参考方向的规定参考方向的规定 按

24、此参考方向列出的电磁感应定律方程：按此参考方向列出的电磁感应定律方程： dtdNe（2 2）电流的参考方向：）电流的参考方向：电流的参考电流的参考方向与电压降的参考方向一致。方向与电压降的参考方向一致。（4 4）感应电动势的参考方向：）感应电动势的参考方向：一次一次感应电动势与磁通符合右手螺旋定则。感应电动势与磁通符合右手螺旋定则。（1 1）电压的参考方向：）电压的参考方向：首端首端A A指向末指向末端端X X为电压为电压 正方向。正方向。1U（3 3）磁通的参考方向：）磁通的参考方向：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。与电流的参考方向之间符合右手螺旋定则。2

25、2、正方向规定、正方向规定第一篇第一篇 变压器变压器36按照按照“电源惯例电源惯例” ” 规定一次侧各量参考方向：规定一次侧各量参考方向： （2 2）二次电流的参考方向：）二次电流的参考方向：电流的参考方向与电动势电流的参考方向与电动势的参考方向一致。的参考方向一致。（1 1）二次感应电动势正方向与磁通正方向符合右手螺旋定则。）二次感应电动势正方向与磁通正方向符合右手螺旋定则。（3 3）二次电压的参考方向：）二次电压的参考方向：与二次电流的参考方向一致。与二次电流的参考方向一致。第一篇第一篇 变压器变压器37 正方向表示电位降低；12,U U 正方向表示电位升高；12,E E 在一次侧，在一次

26、侧， 由首端指向末端，由首端指向末端， 从首端流入，当从首端流入，当 和和 同时为正或同时为负时，表示电功率从一次侧输入，同时为正或同时为负时，表示电功率从一次侧输入，称为电动机惯性。1U01()II1U01()II 在二次侧，在二次侧， 和和 的方向由的方向由 的正方向决定，当的正方向决定，当 和和 同时为正或同时为负时，电功率从二次侧流出，同时为正或同时为负时，电功率从二次侧流出，称为发电称为发电机惯性。机惯性。2U2I2E2I2U第一篇第一篇 变压器变压器38设设m msintsint0msincos2sin(t-90 )=E sin(90 )mmmddeNN(t)NtdtdtfN 0

27、0t te e滞后于滞后于90900 0 结论：结论： 可见，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动可见，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通 。主电动势。主电动势的大小与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。的大小与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。090同理，漏电势也有同样的结论。同理，漏电势也有同样的结论。3. 3. 电动势和磁通的关系电动势和磁通的关系第一篇第一篇 变压器变压器39NoImageNoImageNoImageNoImage有效值有效值 ：mmm44. 4222fNfN

28、EEE E1 1=4.44=4.44fNfN1 1m mE E2 2=4.44=4.44fNfN2 2m m2121NNEE略去一次绕组中的阻抗不计略去一次绕组中的阻抗不计 U U1 1E E1 14.444.44fNfN1 1m m U U2 2E E2 2=4.44=4.44fNfN2 2m m KKNNEEUUu212121 变压比，简称变比变压比，简称变比 U U1 1恒定时，变压器恒定时，变压器 铁心中的磁通铁心中的磁通m m 基本上保持不变基本上保持不变 第一篇第一篇 变压器变压器40以向量表示：以向量表示：224.44mEjfN 114.44mEjfN 1290EE与在相位上比磁

29、通落后漏磁通：漏磁通：由电工基础知识可知，磁链可表示为电流和电感的乘积，即N11m=L1I0m,则1 010101=2mL IEILI或101Ej I 11m111mN=4.442EfN11m1=-4.44EfN或或第一篇第一篇 变压器变压器41 漏磁通1m通过的磁路是线性的，漏磁链 1m与产生漏磁链的电流i0呈线性关系，漏电势可表示为：10101L XI jI jE（1）L1为原绕组的漏感系数；X1是原绕组的漏电抗。表征漏磁通对电流的电磁效应。两者与匝数和几何尺寸有关，均为常数。（2）漏电感电动势与电流同频率，相位上落后I0 900。结论：mfNjEU11144. 4（3）空载时，漏阻抗压降

30、小，（4）主磁通大小， 取决于电网电压、频率和匝数。第一篇第一篇 变压器变压器4211101101011101101()UI rEEI rj IEIrjEI ZE202UE4 4、电动势平衡方程、电动势平衡方程1114.44mUEfN 忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有11114.444.44mEUfNfN则 可见，影响主磁通大小的因素有可见，影响主磁通大小的因素有电源电压电源电压和和频率频率，以及，以及一次线圈的匝数一次线圈的匝数,它与变压器铁芯材料及几何尺寸无关。当它与变压器铁芯材料及几何尺寸无关。当f1、N1一定时，一定时，mU1，说明变

31、压器主磁通虽然由空载电动势，说明变压器主磁通虽然由空载电动势F0产生，但它的大小基本由电源电压产生，但它的大小基本由电源电压U1决定。决定。重要公式第一篇第一篇 变压器变压器43定义定义112112022NNUUENkENUU 对三相变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近似对三相变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近似为额定相电压之比，具体为为额定相电压之比，具体为Y，d接线接线NNU3Uk21 NNUU3k21D，y接线接线5 5、变比、变比第一篇第一篇 变压器变压器446 6、空载损耗、空载损耗 对于已制成变压器，铁损与磁通密度幅值的平方成正比，对于已制成变压器，铁损与磁通密度幅值

32、的平方成正比，与电流频率的与电流频率的1.31.3次方成正比，即次方成正比，即 空载损耗约占额定容量的空载损耗约占额定容量的0.2%0.2% 1%1%，而且随变压器容量的，而且随变压器容量的增大而下降。为减少空载损耗，改进设计结构的方向是采用优增大而下降。为减少空载损耗，改进设计结构的方向是采用优质铁磁材料：优质硅钢片、激光化硅钢片或应用非晶态合金。质铁磁材料：优质硅钢片、激光化硅钢片或应用非晶态合金。21.3mFePBf。，PP，RI。RIP,PFeFe耗耗即即空空载载损损耗耗近近似似为为铁铁损损所所以以均均很很小小和和由由于于和和绕绕组组铜铜损损耗耗耗耗供供给给铁铁损损电电源源吸吸收收少少

33、量量有有功功功功率率变变压压器器空空载载时时一一次次侧侧从从 0101200第一篇第一篇 变压器变压器451 1、空载电流的作用和组成、空载电流的作用和组成二、空载电流二、空载电流0eFIII空载电流空载电流 （2 21010）I IN N 无功分量无功分量I I，用，用来建立磁场，起来建立磁场，起励磁作用励磁作用 有功分量有功分量I IFeFe，用来供给变压用来供给变压器铁心损耗器铁心损耗 1010I I0 0 第一篇第一篇 变压器变压器46 性质性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电流主要是感性无功性质流主要是感性无功性质也称

34、励磁电流也称励磁电流；它使电网的功率因；它使电网的功率因素降低，输送的有功功率减小，因此变压器运行规程规定，不素降低，输送的有功功率减小，因此变压器运行规程规定，不允许变压器长期在电网中空载运行。允许变压器长期在电网中空载运行。大小大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关，用空载电流百分数关，用空载电流百分数I I0 0% %来表示来表示：00N100II %I2 2、性质和大小、性质和大小 电力变压器的I0%很小，一般在1%8%之间，容量越大， I0%越小。第一篇第一篇 变压器变压器47t0i3211230i由于磁路饱和，空载电

35、流由于磁路饱和，空载电流与由它产生的主磁通与由它产生的主磁通呈非呈非线性关系。线性关系。 当磁通按正弦规律当磁通按正弦规律变化时达到一定值后，变化时达到一定值后，磁路开始饱和，空载电磁路开始饱和，空载电流增长的速度比主磁通流增长的速度比主磁通快得多，呈尖顶波形。快得多，呈尖顶波形。 当空载电流按正弦规律变化，当当空载电流按正弦规律变化，当i0达到一定值后，磁路开始饱和，主磁达到一定值后，磁路开始饱和，主磁通增长速度比空载电流慢，波形被削通增长速度比空载电流慢，波形被削平，呈平顶波形。平，呈平顶波形。3. 3. 空载电流波形空载电流波形第一篇第一篇 变压器变压器48 实际空载电流为非正弦波，但为

36、了分析、计算和测量的方便，实际空载电流为非正弦波，但为了分析、计算和测量的方便，在相量图和计算式中常用正弦的电流代替实际的空载电流。在相量图和计算式中常用正弦的电流代替实际的空载电流。 根据谐波分析法，尖顶波可分解为基波和根据谐波分析法，尖顶波可分解为基波和3 3、5 5、7 7、次次谐波，除基波外，三次谐波分量最大。这就是说，由于铁磁谐波，除基波外，三次谐波分量最大。这就是说，由于铁磁材料磁化曲线的非线性关系，要在变压器中建立正弦波磁通材料磁化曲线的非线性关系，要在变压器中建立正弦波磁通，励磁电流必须包含三次谐波分量。，励磁电流必须包含三次谐波分量。 励磁电流励磁电流 产生主磁通，两者同相位

37、。铁损耗分量产生主磁通，两者同相位。铁损耗分量 乘以电压降（乘以电压降（ ）是电源提供损耗功率，）是电源提供损耗功率， 与（与（ ）相）相同，这时空载电流同，这时空载电流 将超前磁通一相位角将超前磁通一相位角 。IFeI1EFeI1E0I第一篇第一篇 变压器变压器49三、空载时的等效电路和向量图三、空载时的等效电路和向量图rx 100mmmEI (j)I Z101120,FemmFeEjI XEPrI rP 基于表示法感应的电动势也用电抗压降表示 由于在铁心中引起铁损所以还要引入一个电阻用等效即1.1.等效电路等效电路0I0I1U1Emrmxmrmx1x1r1E第一篇第一篇 变压器变压器50

38、考虑漏磁通， 变压器空载运行时相量形式表示的电压平衡方程式：10 1110 10100011()() ()mmmmUI rEEI rjI xI rjI xIrjxrjx 由此可以看出，空载运行的变压器可以看做是两个阻由此可以看出，空载运行的变压器可以看做是两个阻抗抗Z1与与Zm的串联。这样可以作出空载时的等效电路。的串联。这样可以作出空载时的等效电路。mmm,Zrx励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。由于磁路具有饱励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。由于磁路具有饱和特性，所以和特性，所以 不是常数，随磁路饱和程度增大而减不是常数，随磁路饱和程度增大而减小。小。mmmZjrx第一篇第一篇 变压器变压器51m

39、1m1,rr xx由于由于 ，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只是一个是一个 元件的电路。在元件的电路。在 一定的情况下，一定的情况下， 大小取决于大小取决于 的大小。从运行角度讲，希望的大小。从运行角度讲，希望 越小越好，所以变压器常采用越小越好，所以变压器常采用高导磁材料，增大高导磁材料，增大 ，减小，减小 ，提高运行效率和功率因数。，提高运行效率和功率因数。 mZmZ0I0ImZ1U0I101011XIjRIEU220 EUmfNjE1144. 4mfNjE2244. 4FeIII0由上面的分析可以得到空载时的基本方程：第一篇第一篇 变压器变压器52根

40、据前面所学的方程，可作根据前面所学的方程，可作出变压器空载时的相量图：出变压器空载时的相量图：（1）以 为参考相量m（2） 与 同相， 滞后 ，m0IIIFe090IFeI1E（3） 滞后 ， ；090m21E,E1001I , jIrx（4）1U（5）mIFeI0I1E1E2E01jI x1 0Ir1U2. 2. 向量图向量图第一篇第一篇 变压器变压器53空载运行小结空载运行小结（1 1）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡, ,若忽若忽略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定. .（2

41、 2）主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，）主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。（3 3）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。（4 4）电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的电流的比）电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的电流的比值，线性磁路中，电抗为常数，非线性电路中，电抗的大小随值，线性磁路中，电抗为常数，非线性电路中，电抗的大小随磁路的饱和

42、而减小。磁路的饱和而减小。第一篇第一篇 变压器变压器542.2 2.2 变压器的负载运行变压器的负载运行变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次接变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次接上负载的运行状态，称为上负载的运行状态，称为负载运行负载运行。1U1E1E2U1I2I1m2EAXaxLZ22E一、负载运行时的电磁关系一、负载运行时的电磁关系第一篇第一篇 变压器变压器5511IR11E22IR22E1U1I2I2U11 1FN I22 2FN I01 0FN Im1E2E用图示负载运行时的电磁过程用图示负载运行时的电磁过程第一篇第一篇 变压器变压器56二、电压平衡方

43、程二、电压平衡方程 除了主磁通在原、副边绕组中感应电动势E1和E2外， 原、副边还有对应于漏磁通产生的漏电势。原边：原边：1111111111111ZIExI jrIErIEEU副边：副边：2222222222222ZIExI jrIErIEEULZIU22物理意义说明:负载所需的二次侧电能，是通过磁势的方式向一次则电源索要，而一次电源将电能则以磁势方式提供给负载，满足二次负载的需要。磁场为一、二次电能的传送提供了重要的中间介质。第一篇第一篇 变压器变压器57三、磁动势平衡方程三、磁动势平衡方程120FFF或112210N IN IN I 电磁关系将一、二次联系起来电磁关系将一、二次联系起来,

44、 ,二次电流增加或减少必然引二次电流增加或减少必然引起一次电流的增加或减少起一次电流的增加或减少. .:,U,U.FF;F,因因此此有有磁磁动动势势平平衡衡方方程程大大小小基基本本不不变变由由空空载载到到负负载载不不变变保保持持只只要要大大小小主主要要取取决决于于共共同同作作用用产产生生次次磁磁动动势势和和二二负负载载时时一一次次磁磁动动势势产产生生主主磁磁通通一一次次磁磁动动势势空空载载时时011002100用电流形式表示用电流形式表示LII)kI(II)NN(II102021201。,I;,I:L作用作用它起平衡二次磁动势的它起平衡二次磁动势的另一个是负载分量另一个是负载分量产生主磁通产生

45、主磁通它用来它用来一个是励磁电流一个是励磁电流两个分量两个分量变压器的负载电流包括变压器的负载电流包括表明表明10第一篇第一篇 变压器变压器58负载运行时负载运行时, ,忽略空载电流有忽略空载电流有: :1221211或NNkIIkII表明，一、二次电流比近似与匝数成反比。可见，匝数不表明，一、二次电流比近似与匝数成反比。可见，匝数不同，不仅能改变电压，同时也能改变电流。同，不仅能改变电压，同时也能改变电流。四、变压器参数的折算四、变压器参数的折算 由于变压器原、副边绕组的匝数不等，甚至相差很大，由于变压器原、副边绕组的匝数不等，甚至相差很大，而且原副边绕组之间又不直接相接，只通过电磁感应而联

46、系而且原副边绕组之间又不直接相接，只通过电磁感应而联系，因此计算十分繁琐不便，而且精度降低。为了用一个即有，因此计算十分繁琐不便，而且精度降低。为了用一个即有电路关系、又有电磁耦合的的纯电路来计算，就必须采用归电路关系、又有电磁耦合的的纯电路来计算，就必须采用归算的方法，算的方法，将变压器的一侧归算到另一侧，两侧合到一起，将变压器的一侧归算到另一侧，两侧合到一起，这样变压器就变成一个纯电路了，这个电路就叫变压器的等这样变压器就变成一个纯电路了，这个电路就叫变压器的等值电路。值电路。 第一篇第一篇 变压器变压器59折算：折算：将变压器的二次（或一次）绕组用另一个绕组将变压器的二次（或一次）绕组用

47、另一个绕组(N(N2 2=N=N1 1) )来等效，同时对该绕组的电磁量作相应的变换，以保持两来等效，同时对该绕组的电磁量作相应的变换，以保持两侧的电磁关系不变侧的电磁关系不变, ,用一个等效的电路代替实际的变压器。用一个等效的电路代替实际的变压器。u变压器原边和副边没有直接电路的联系，只有磁路的联变压器原边和副边没有直接电路的联系，只有磁路的联系。副边的负载通过磁势影响原边。系。副边的负载通过磁势影响原边。因此只有副边的磁势因此只有副边的磁势不变，原边的物理量就不会有改变。这为折算提供了依据。不变，原边的物理量就不会有改变。这为折算提供了依据。u实际绕组的各个量，称为实际值；假想绕组的各个量

48、，称为折算值；u保持副边绕组的磁势不变进行折算，称为副边向原边折算；u保持原边绕组的磁势不变进行折算，称为原边向副边折算。第一篇第一篇 变压器变压器60（1） 副边电流的折算值保持折算前后 不变，2F2212NINI221221 IkINNI（2） 副边电动势的折算值折算前后主磁场、漏磁场不变。mmNfjENfjE21211244. 444. 4kNNEE2122同理，kNNEE212222122EkEEEkE即120III磁动势平衡转换为电流方程第一篇第一篇 变压器变压器613. 副边阻抗的折算值222rKr 222xK x222222rIrI有功功率不变：222222I xI x无功功率不

49、变：LLZkIUkIkUkIUZ2222222214. 二次电压和负载阻抗折算值222222222222)(1UkZIEkZkIkEkZIEU第一篇第一篇 变压器变压器62能量是否改变？铜耗：铜耗：有功输出：有功输出：无功输出：无功输出：222222rmIrmI222222222coscos1cosImUIkmkUImU222222222sinsin1sinImUIkmkUImU 折算法只是一种分析的方法。凡是单位为伏的物理量（电动势、电压）的折算值等于原来数值乘k；单位为欧的物理量（电阻、电抗、阻抗）的折算值等于原来数值乘k2；电流的折算值等于原来的数值乘以1/k.第一篇第一篇 变压器变压器

50、63折算后的方程式为折算后的方程式为111111111ZIEXI jRIEU 222222222ZIEXI jRIEU 021III12EE01IZEmLZIU22(已没有变比k)第一篇第一篇 变压器变压器64五、等效电路和向量图五、等效电路和向量图 单相变压器负载运行时的电磁关系用等值电路的形式表示，作为变压器模拟仿真的电路模型。2r1I1U1x1r1ELZ2x2I2E2U1I（1）电路中全部的量和参数都是每一相的值。原边为实际值，副边为折算值。第一篇第一篇 变压器变压器65T型等值电路（2）等效的是稳态对称运行状态。第一篇第一篇 变压器变压器66 4）根据）根据 绘绘出相电压出相电压 。)

51、(11111jxrIEU1U 2相量图相量图m22rI2I0I1I1E11rI11xI1U步骤：步骤： 2）根据）根据mNfjEE112144. 4绘出绘出 超前超前 9 0 0 ；1Em21EE22xI j2U2I 1）根据）根据 做出做出 、 相量，并相量，并据据 求得求得 ； 2I222222xI jrIUE22U12EE201)( III 3）绘出）绘出 并根据并根据 绘出绘出 ； 1I0I201)( III第一篇第一篇 变压器变压器67六、简化等值电路六、简化等值电路 T型电路包含有串联、并联回路。复数运算复杂。实际变压器中， 很小。 负载变化时 变化不大。因此假定I0Z1 不随负载

52、变化，则将T型等效电路中的激磁支路移出，并联在电源端口,得到 型等值电路。10101 , , ZIZZIImN21EE2r1I1U1x1rLZ2x2UmI2Imrmx0I第一篇第一篇 变压器变压器68简化等效电路：简化等效电路：其中121212kkkkkrrrxxxZZZrjx分别称为分别称为短路电阻短路电阻、短路短路电抗电抗和和短路阻抗短路阻抗。 由简化等效电路可知，短路阻抗起限制短路电流的作用，由简化等效电路可知，短路阻抗起限制短路电流的作用，由于短路阻抗值很小，所以变压器的短路电流值较大，一般由于短路阻抗值很小，所以变压器的短路电流值较大，一般可达额定电流的可达额定电流的1010 202

53、0倍。倍。1U2ULZ2II1krkx第一篇第一篇 变压器变压器69作相量图的步骤（假定带感性负载）作相量图的步骤（假定带感性负载）对应简化等效电路对应简化等效电路212112212SSUI ZIIUUI RjX I 由等效电路可知由等效电路可知根据方程可作出简化相量图根据方程可作出简化相量图21II2USRI1SXI j11U2思考思考题题 作出变压器带上不同性质作出变压器带上不同性质负载时的简化相量图负载时的简化相量图? ?第一篇第一篇 变压器变压器702.3 2.3 变压器的参数测定变压器的参数测定（一）变压器的空载试验（一）变压器的空载试验 求变比求变比k、空载电流、空载电流I0、空载

54、损耗、空载损耗P0以及以及等效电路中的励磁阻抗等效电路中的励磁阻抗Zm，从而判断铁心和线圈质，从而判断铁心和线圈质量。量。 试验时，一般在变压器低压侧加电压，测量高试验时，一般在变压器低压侧加电压，测量高压侧对应的电压、电流和功率。压侧对应的电压、电流和功率。目的：目的： WAVV*低压侧加电压，高压侧断路；采用内接法第一篇第一篇 变压器变压器71空载试验线路图空载试验线路图 计算时，采用电压计算时，采用电压为额定点的参数，为额定点的参数，因为空载电流很小，因为空载电流很小，此时的铜损耗很小，此时的铜损耗很小，故可近似认为额定故可近似认为额定电压点测得的空载电压点测得的空载损耗即为变压器额损耗

55、即为变压器额定运行时的空载损定运行时的空载损耗即铁耗。耗即铁耗。 1200001010 1.2,()()NUUUIPIf UPf U 为了测出空载电流和空载损耗随电压变化曲线，电压在范围内单方向调节 测出和画出和曲线变压器的空载特性曲线第一篇第一篇 变压器变压器72 空载试验能测得的量有：低压侧电压U1，空载损耗P0，空载电流I0和高压侧的开路电压U20.NoImage计算：计算： 总阻抗总阻抗Z Z0 0= Z= Z1 1+ Z+ Zm m20211KNUNNU变比此处此处U20指高压侧电压，指高压侧电压，U1指指 低压侧电压。即试验电压。低压侧电压。即试验电压。01IUZm励磁阻抗020I

56、PRm励磁电阻2m2mRZXm励磁电抗注意：若空载试验在注意：若空载试验在低压侧进行，要获得低压侧进行，要获得高压侧参数时，必须高压侧参数时，必须进行折算，乘以进行折算，乘以K2。空载时功率因数很低，空载时功率因数很低，一般采用一般采用0.20.2的功率因的功率因数表。数表。 111,mmmZZrrxx、001%100%NIII空载电流百分数第一篇第一篇 变压器变压器73在测量和计算时应注意：p由于铁芯磁路具有磁滞现象，调节电压测量数据时就应单方向励磁；p由于励磁参数与磁路饱和程度有关，故应取额定电压下的数据来计算励磁参数；p 对于三相变压器，U1、I0、P0均取相值。第一篇第一篇 变压器变压

57、器74（二）变压器的短路试验（二）变压器的短路试验 1.目的：目的：通过测量短路电流通过测量短路电流Ik、短路电压、短路电压Uk及短路功率及短路功率PK来计算变压器的短路电压百分数、铜损和短路阻抗。来计算变压器的短路电压百分数、铜损和短路阻抗。试验时，一般在变试验时，一般在变压器高压侧加电压，压器高压侧加电压，低压侧直接短路，低压侧直接短路，测量高压额定电流测量高压额定电流点对应的电压、电点对应的电压、电流和功率。流和功率。高压侧加电源，低压侧短路，外接法高压侧加电源，低压侧短路，外接法 第一篇第一篇 变压器变压器75,0 1.3,()();SNkkkkkkkIIUIPIf UPf U 通过调

58、节电压 让短路电流 在范围内变化测出对应的和画出和曲线 短路试验能测得的量有短路试验能测得的量有:短路电压短路电压Ush，短路功率（即短，短路功率（即短路损耗）路损耗）Psh，短路电流，短路电流Ish： 计算时，采用电流为额定点的参数，因为此时计算时，采用电流为额定点的参数，因为此时短路电压很低，铁损耗很小，故可近似认为额定短路电压很低，铁损耗很小，故可近似认为额定电流点测得电流点测得的短路损耗的短路损耗Pk即为变压器额定运行时的即为变压器额定运行时的铜损耗铜损耗Pk 。 计算：计算： 2kkkPRI短路电阻22kkkXZR短路电抗KZkkkNUUII短路阻抗第一篇第一篇 变压器变压器76温度

59、换算：温度换算：由于线圈电阻随温度而变化，试验时的温由于线圈电阻随温度而变化，试验时的温度和实际变压器运行时的温度不同，国家标准规定，变度和实际变压器运行时的温度不同，国家标准规定，变压器的短路电阻应换算到工作温度压器的短路电阻应换算到工作温度75750 0C C时的值时的值。0C75234.575234.5kkrr对于铜线变压器0C7522875228kkrr对于铝线变压器00C75022C7575kkCZRX时的短路阻抗短路损耗和短路电压换算到75的值0021752175kNNkCkNNkCPIrUIZ第一篇第一篇 变压器变压器77需要强调的是：p对于三相变压器， Uk、Ik、Pk均为一相

60、的数值。p当短路电流为额定值时，短路损耗称为额定损耗，用PkN表示；p 短路试验在高压侧进行，得到的参数是对应高压侧的参数，要想得到对应低压侧的参数，必须进行折算。第一篇第一篇 变压器变压器78短路电压短路时，当短路电流为额定值时一次所加的电压，称为短短路时，当短路电流为额定值时一次所加的电压，称为短路电压，记作路电压，记作0kN1Nk75 CUZI短路电压也称为阻抗电压短路电压也称为阻抗电压。短路电压常用百分值表示短路电压常用百分值表示 短路电压的大小直接短路电压的大小直接反映短路阻抗的大小，而反映短路阻抗的大小，而短路阻抗又直接影响变压短路阻抗又直接影响变压器的运行性能。器的运行性能。01