第1章 变压器

1、变压器的基本知识变压器的基本知识 定义：变压器是一种静止电机，它通过线圈间的电磁感应，定义：变压器是一种静止电机，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。确切地说，它具有变压、变流、变换阻抗和隔的交流电能。确切地说，它具有变压、变流、变换阻抗和隔离电路的作用。离电路的作用。 用途举例：用途举例： 在电力系统中用电力变压器把发电机发出的电压升高后进行在电力系统中用电力变压器把发电机发出的电压升高后进行远距离输电，到达目的地以后再用变压器把电压降低供用户远距离输电，到达目的地以后再用变压器把电压降低

2、供用户使用；使用； 在实验室用自耦变压器改变电源电压；在实验室用自耦变压器改变电源电压； 在测量上利用仪用变压器扩大对交流电压、电流的测量范围；在测量上利用仪用变压器扩大对交流电压、电流的测量范围； 在电子设备和仪器中用小功率电源变压器提供多种电压，用在电子设备和仪器中用小功率电源变压器提供多种电压，用耦合变压器传递信号并隔离电路上的联系等等。耦合变压器传递信号并隔离电路上的联系等等。 变压器虽然大小悬殊，用途各异，但其基本结构和工作原理变压器虽然大小悬殊，用途各异，但其基本结构和工作原理是相同的。是相同的。第第1章章 变压器变压器 1.1 变压器的基本知识和结构变压器的基本知识和结构 1.2

3、 变压器的基本运行原理变压器的基本运行原理 1.3 三相变压器三相变压器 1.4 变压器的并联运行变压器的并联运行 1.5 其他用途的变压器其他用途的变压器1.1 变压器的基本知识和结构变压器的基本知识和结构 1.1.1 变压器的基本知识变压器的基本知识 1.1.2 变压器的基本结构变压器的基本结构 1.1.3 变压器的铭牌变压器的铭牌1.1.1 变压器的基本知识变压器的基本知识 1.变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理1U2U1u2uu1i0主磁通主磁通N1N211漏磁漏磁通通e e11e e1 1e e2 2i2u02 2.分类分类 1)用途分：用途分： 2)绕组数目分：绕组数目分：

4、3)电源相数分：电源相数分： 4)冷却方式分：冷却方式分： 5)铁心型式分：铁心型式分： 6)容量大小分：容量大小分： 详解：详解： 电力变电力变、仪用变、特种变、仪用变、特种变 双绕组、三绕组、多绕组、自耦变双绕组、三绕组、多绕组、自耦变 单相、单相、三相三相、多相变、多相变 干式、油浸式变干式、油浸式变 心式、壳式、成型卷片式心式、壳式、成型卷片式 小型（小型（630kVA以下）、中型以下）、中型（800-6300kVA）、大型（）、大型（8000-63000kVA）、特大型（）、特大型（90000kVA以上）以上）1.1.2 变压器的基本结构变压器的基本结构 结构名称结构名称 铁心铁心

5、绕组绕组 油箱油箱 变压器油变压器油 储油柜储油柜 安全气道安全气道 气体继电器气体继电器 绝缘套管绝缘套管 调压装置调压装置 冷却装置冷却装置 作用作用 磁路、机械骨架、磁路、机械骨架、0.23-0.35mm硅钢片硅钢片 铜、铝、同心式、交叠式、高、中、低铜、铝、同心式、交叠式、高、中、低 箱体、散热管、散热器箱体、散热管、散热器 绝缘、冷却绝缘、冷却 承受油位升降、并与外部隔离承受油位升降、并与外部隔离 防爆管、安全保护防爆管、安全保护 检测箱体内气体含量，越限发信号检测箱体内气体含量，越限发信号 带电引线与箱体绝缘带电引线与箱体绝缘 小范围内调压小范围内调压 散热器散热器 图片展示图片展

6、示三相油浸式电力变压器三相油浸式电力变压器1-1-温度计温度计 2-2-铭牌铭牌 3-3-吸湿吸湿器器 4-4-油枕油枕( (储油柜储油柜) 5-) 5-油油位指示器位指示器( (油标油标) 6-) 6-防爆防爆管管 7-7-瓦斯瓦斯( (气体气体) )继电器继电器 8-8-高压出线套管和接线端高压出线套管和接线端子子 9-9-低压出线套管和接低压出线套管和接线端子线端子 10-10-分接开关分接开关 11-11-油箱及散热油管油箱及散热油管 12-12-铁心铁心 13-13-绕组及绝缘绕组及绝缘 14-14-放油放油阀阀 15-15-小车小车 16-16-接地端子接地端子环氧树脂浇注绝缘的三

7、相干式电力变环氧树脂浇注绝缘的三相干式电力变压器压器1-1-高压出线套管和接线端子高压出线套管和接线端子2-2-吊环吊环 3-3-上夹件上夹件4-4-低压出线套管和接线端子低压出线套管和接线端子 5-5-铭铭牌牌6-6-环氧树脂浇注绝缘绕组环氧树脂浇注绝缘绕组( (内低压，内低压，外高压外高压) ) 7-7-上下夹件拉杆上下夹件拉杆 8-8-警示标牌警示标牌9-9-铁心铁心 10-10-下夹件下夹件 11-11-小车小车 12-12-高压绕组间连接导杆高压绕组间连接导杆 13-13-高压分接头连接片高压分接头连接片 1. 型号型号1.1.3 变压器的铭牌变压器的铭牌相数相数 绝缘绝缘 冷却冷却

8、 线圈数线圈数 调压调压序号序号材质材质SDGCF-PS-S-Z-L阿拉伯数字阿拉伯数字额定容量额定容量高压绕组电压高压绕组电压-BLB空气空气环氧树脂环氧树脂单相单相三相三相自冷自冷油油油冷油冷风冷风冷水冷水冷双绕组双绕组铜铜 铜箔铜箔三绕组三绕组有载调压有载调压无载调压无载调压铝铝 铝箔铝箔kVAkVAkVkV 2.额定值：额定值： SN： U1N： U2N： I1N： I2N： fN： 变比变比k 温升、连接组别、阻抗电压温升、连接组别、阻抗电压 信息内容：信息内容： 额定容量，单位额定容量，单位kVA、MVA 一次侧额定电压，单位一次侧额定电压，单位kV 二次侧额定电压，单位二次侧额定

9、电压，单位kV 一次侧额定电流，单位一次侧额定电流，单位A 二次侧额定电流，单位二次侧额定电流，单位A 额定频率，额定频率，50Hz k=高压侧电压高压侧电压/低压侧电压低压侧电压变压器的铭牌实物变压器的铭牌实物 电力变压器电力变压器 产品型号产品型号 SL7315/10 产品编号产品编号 额定容量额定容量 315kVA 使用条件使用条件 户外式户外式 额定电压额定电压 10000/400V 冷却条件冷却条件 ONAN 额定电流额定电流 18.2/454.7A 短路电压短路电压 4% 额定频率额定频率 50 Hz 器身吊重器身吊重 765kg 相相 数数 三相三相 油油 重重 380kg 联接

10、组别联接组别 Y yno 总总 重重 1525kg 制制 造造 厂厂 生产日期生产日期1.2 变压器的基本运行原理变压器的基本运行原理 1.2.1 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1.2.2 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行 1.2.3 单相变压器的等效电路图及相量图单相变压器的等效电路图及相量图 1.2.4 变压器的参数测定变压器的参数测定 1.2.5 标幺值标幺值 1.2.6 变压器的运行特性变压器的运行特性1.2.1 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 定义：变压器一次绕组接在额定电压的交流电源定义：变压器一次绕组接在额定电压的交流电源上，而二次绕组开路时的工作情

11、况。上，而二次绕组开路时的工作情况。 1.变压器空载运行时的一般物理状况变压器空载运行时的一般物理状况1U2U1u2uu1i0主磁通主磁通N1N211漏磁漏磁通通e e11e e1 1e e2 2i2=0u02 各物理量之间的关系：各物理量之间的关系：1U0I11 1FN I01 0FN I01E2E11E01Ir 2.正方向的选定正方向的选定 变压器左侧采用变压器左侧采用“电动机电动机”惯例；惯例； 变压器右侧采用变压器右侧采用“发电机发电机”惯例。惯例。 3.空载时的各物理量空载时的各物理量 （1）一次侧电压）一次侧电压 （2）空载电流）空载电流 （3）空载磁动势）空载磁动势 （4）主磁通

12、和漏磁通）主磁通和漏磁通 （5）一、二次侧感应）一、二次侧感应电动势电动势 （6）一次侧漏感应电）一次侧漏感应电动势动势 （7）空载损耗）空载损耗 作用作用 建立一次侧电压降建立一次侧电压降 一次绕组铜耗、铁心损耗一次绕组铜耗、铁心损耗 建立空载磁场建立空载磁场 变化磁通产生感应电动势变化磁通产生感应电动势 阻碍主磁通变化阻碍主磁通变化 阻碍漏磁通变化阻碍漏磁通变化 空载时的铜耗和铁耗，主空载时的铜耗和铁耗，主要是铁耗要是铁耗1U0I0Fm11E2E1E0p 4.空载时的基本方程式空载时的基本方程式 （1）一次侧电动势方程式）一次侧电动势方程式 （2）二次侧电动势方程式）二次侧电动势方程式 （

13、3）磁通与感应电动势的关系）磁通与感应电动势的关系 （4）变比）变比22EU10110111ZIErIEEUtIisinm0tsinm)90sin(cossinmmmtNtNdttdNdtdNef2mmm44. 422fNfNNE212121UUEENNk1.2.2 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行 定义：变压器一次侧接在额定频率、额定电定义：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。压的交流电源上，二次接上负载的运行状态。 1.负载运行时的物理状况负载运行时的物理状况AXaxLZ1U1Im11E1E2E2U2I22E 各物理量之间的关系：各物理量之间的关

14、系：1U1I11 1FN I2I2U22 2FN INIF 01E2Em22IR22E11E11IR 2.磁动势平衡方程式（略）磁动势平衡方程式（略） 3.电动势平衡方程式电动势平衡方程式11111111ZIErIEEU22222122ZIErIEEU1.2.3 单相变压器的等效电路图及相量单相变压器的等效电路图及相量图图 1.绕组折算绕组折算 （1）电动势的折算）电动势的折算 （2）电流的折算）电流的折算 （3）阻抗的折算）阻抗的折算 （4）负载阻抗的折算）负载阻抗的折算 （5）二次侧电压的折）二次侧电压的折算算 2.等值电路（略）等值电路（略） 3.向量图（略）向量图（略）122EkEE2

15、12IkI 222rkr 222xkx L2LZkZ 122UkUU1.2.4 变压器的参数测定变压器的参数测定 1.空载试验空载试验 目的：通过测量空载电流和一、二次电压及目的：通过测量空载电流和一、二次电压及空载功率来计算变比、空载电流百分数、铁空载功率来计算变比、空载电流百分数、铁损和励磁阻抗。损和励磁阻抗。 试验电路图：试验电路图：WAVV* 步骤：步骤： 在低压侧加电压，高压侧开路；在低压侧加电压，高压侧开路； 电压电压U1在在0-1.2UN范围内调节，测出范围内调节，测出U1 、U2、I0、p0，画出画出I0=f(U1)和和p0=f(U1)曲线；曲线； 忽略忽略r1和和x1，求出参

16、数。，求出参数。201001100NNUkUII %I1002022NmmmmmUZIPRIXZR 注意：注意： （1）空载电流和空载功率必须是额定电压时的值，）空载电流和空载功率必须是额定电压时的值，并以此求取励磁参数；并以此求取励磁参数； （2）若要得到高压侧参数，须折算；）若要得到高压侧参数，须折算； （3）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值。率均为相值。 2.短路试验短路试验 目的：通过测量短路电流、短路电压及短路目的：通过测量短路电流、短路电压及短路功率来计算变压器的短路电压百分数、铜损功率来计算变压器的短路电压百分数、铜损和短路

17、阻抗。和短路阻抗。 试验电路图：试验电路图：WAVV* 步骤：步骤： 高压侧加电压，低压侧短路；高压侧加电压，低压侧短路； 电流电流Ik在在0-1.3IN范围内调节，测出范围内调节，测出Uk、Ik、pk，画出，画出Ik=f(Uk)和和pk=f(Uk)曲线；曲线； 忽略铁损，求出参数（短路阻抗、忽略铁损，求出参数（短路阻抗、短路电阻、短路电抗）。短路电阻、短路电抗）。 注意：注意： （1）注意：另外由于实验是在）注意：另外由于实验是在高压侧高压侧进行的，故进行的，故得到的实验参数是高压侧的数据，得到的实验参数是高压侧的数据，不用不用再向高压测再向高压测折算；折算； （2）对三相变压器，各公式中的

18、电压、电流和功）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值。率均为相值。2k2kk2kkkkkkrZxIprIUZ 在工程计算中，各物理量往往不用实际值表示，而采用相应在工程计算中，各物理量往往不用实际值表示，而采用相应的标幺值来进行表示，通常取各量的额定值作为基值，利用的标幺值来进行表示，通常取各量的额定值作为基值，利用公式公式:标么值标么值=实际值实际值/基值基值计算，各物理量的标幺值都用在其计算，各物理量的标幺值都用在其右上角加右上角加“*”表示。表示。 例如：例如： 采用标幺值的采用标幺值的优点优点： （1）采用标么值可以简化各量的数值，并能直观地看出变）采用标么值可以简化各量的

19、数值，并能直观地看出变压器的运行情况。用标么值表示，电力变压器的参数和性能压器的运行情况。用标么值表示，电力变压器的参数和性能指标总在一定的范围之内，便于分析比较。指标总在一定的范围之内，便于分析比较。 （2）采用标么值表示时，高、低压侧的阻抗标么值都是相）采用标么值表示时，高、低压侧的阻抗标么值都是相等的，不需要折算等的，不需要折算 ，例如：，例如：1.2.5 标幺值标幺值111*NUUU1N11*III21*ZZ1.2.6 变压器的运行特性变压器的运行特性 1.变压器外特性与电压变化率变压器外特性与电压变化率 定义：变压器一次侧加额定电压，负载功率因素定义：变压器一次侧加额定电压，负载功率

20、因素不变时，二次侧端电压随负载电流的变化规律，不变时，二次侧端电压随负载电流的变化规律，即即U2=f(I2) 原因：原因：随着负载的增加，随着负载的增加，负载电流随之增加，一、负载电流随之增加，一、二次绕组上的电阻压降二次绕组上的电阻压降及漏磁电动势都随之增及漏磁电动势都随之增加，二次绕组的端电压加，二次绕组的端电压U2将会降低。将会降低。*2U*2I1.001.01cos28 . 0cos28 . 0)cos(2 电压调整电压调整 目的：为了保证二次目的：为了保证二次端电压在允许范围之端电压在允许范围之内，通常在变压器的内，通常在变压器的高压侧设置抽头高压侧设置抽头，并，并装设装设分接开关分

21、接开关，调节，调节变压器高压绕组的工变压器高压绕组的工作匝数作匝数,来调节变压来调节变压器的二次电压。器的二次电压。 有载调压：可以在带有载调压：可以在带负荷的情况下进行调负荷的情况下进行调节节 无载调压（无励磁调无载调压（无励磁调压）：只能在断电情压）：只能在断电情况下进行调节况下进行调节 2.效率效率 定义：变压器的输出功率与输入功定义：变压器的输出功率与输入功率的比值。率的比值。 重要度：效率大小反映变压器运行重要度：效率大小反映变压器运行的经济性能的好坏，是表征变压器的经济性能的好坏，是表征变压器运行性能的重要指标之一。运行性能的重要指标之一。 p= pCu+ pFe pCu和和pFe

22、可以通过短路试验和空载可以通过短路试验和空载试验求出。试验求出。 效率特性：效率特性：在功率因数一定时，变在功率因数一定时，变压器的效率与负载电流之间的关系压器的效率与负载电流之间的关系=f(I2),称为变压器的效率特性。称为变压器的效率特性。%100)1 (%100)(%100CuFe2CuFe1121pppppPpppp0max1.3 三相变压器三相变压器 1.3.1 三相变压器的磁路系统三相变压器的磁路系统 1.3.2 三相变压器的连接组别三相变压器的连接组别1.3.1 三相变压器的磁路系统三相变压器的磁路系统 1.三相组式变压器的磁路三相组式变压器的磁路 定义：由定义：由3台单相变压器

23、铁心组合而成台单相变压器铁心组合而成 特点：三相磁路各沿自己的铁心闭合，每相特点：三相磁路各沿自己的铁心闭合，每相磁路独立，互不关联磁路独立，互不关联1U2Uu1V2Vv1W2Ww 2.三相心式变压器三相心式变压器 定义：由定义：由3台单相变压器铁心合在一起演变而成台单相变压器铁心合在一起演变而成 特点：三相磁路彼此有关联特点：三相磁路彼此有关联 三相心式变压器磁路及电路关系图三相心式变压器磁路及电路关系图 三相三柱旁轭式铁心图三相三柱旁轭式铁心图 优点：减小变压器的高度优点：减小变压器的高度1U2U1u2uu1V2V1v2vv1W2W1w2ww1.3.2 三相变压器的连接组别三相变压器的连接

24、组别 1.变压器的绕组连接方法变压器的绕组连接方法(首尾端头标号首尾端头标号)绕组绕组名称名称单相变压器单相变压器三相变压器三相变压器中性中性点点首端首端末端末端首端首端末端末端高压高压绕组绕组U1U2U1、V2、W1U2、V2、W2N低压低压绕组绕组u1u2u1、v1、w1u2、v2、w2n中压中压绕组绕组U1mU2mU1m、V1m、W1mU2m、V2m、W2mNm 2.三相绕组的连接法三相绕组的连接法 （1）星形连接）星形连接 （2）三角形连接（）三角形连接（右右相相d接法）接法） （3）三角形连接（）三角形连接（左左相相d接法）接法） 3.变压器绕组极性及极性测试变压器绕组极性及极性测试

25、 （1）极性）极性*1U2U1u2u*1u2u1U2U1U2U1u2u1u2u*1U2U*1U2U1u2u1U2U1u2u一、二次绕组的同极性端一、二次绕组的同极性端（同名端）（同名端）同同标志时，一、标志时，一、二次绕组的电动势二次绕组的电动势同同相位。相位。一、二次绕组的同极性端一、二次绕组的同极性端（同名端）（同名端）异异标志时，一、标志时，一、二次绕组的电动势二次绕组的电动势反反相位。相位。 （2）极性测试）极性测试 直流法测定极性：直流法测定极性：S闭合瞬间，电压表闭合瞬间，电压表正正偏，偏，则则U1和和u1为为同同名端；名端；反反偏则为偏则为异异名端。名端。 交流法测定极性：当所加

26、电压交流法测定极性：当所加电压U=U1-u1时，时，则则U1和和u1为为同同名端；当所加电压名端；当所加电压U=U1+u1时，时，则则U1和和u1为为异异名端。名端。 4.三相变压器的连接组别三相变压器的连接组别 定义：按一、二次侧线电势的相位关系定义：按一、二次侧线电势的相位关系,把变压器绕把变压器绕组的连接分成各种不同的组合。组的连接分成各种不同的组合。 表达形式：字母和一个数字（表达形式：字母和一个数字（YY0） 时钟判定法：将一次侧线电势时钟判定法：将一次侧线电势的向量作为时钟的分针，始终的向量作为时钟的分针，始终指向指向12（0）点；二次侧线电势）点；二次侧线电势的向量作为时钟的时针

27、，它所的向量作为时钟的时针，它所指的钟点即为变压器的联结组指的钟点即为变压器的联结组别数字号。别数字号。 钟表上时间的确定是由分针和钟表上时间的确定是由分针和时针在顺时针方向的时针在顺时针方向的夹角夹角确定确定的。的。123456789101112 （1）单相变压器的连接组别）单相变压器的连接组别 (a)为为Ii0；(b)和和(c)为为Ii6 （2）三相变压器的连接组别）三相变压器的连接组别 高低压都为星型连接高低压都为星型连接 左图为：左图为：Yy0 右图为：右图为：Yy6 换向后可得：换向后可得： Yy2 、Yy4 、Yy8、 Yy10 高压为星型连接，低压为三角形连接高压为星型连接，低压

28、为三角形连接 左图为：左图为：Yd11 右图为：右图为：Yd1 换向后可得：换向后可得： Yy3 、Yy5 、Yy7、 Yy91.4 变压器的并联运行变压器的并联运行 1.4.1 概述概述 1.4.2 变压器的理想并联条件变压器的理想并联条件 1.4.3 并联条件不满足时的运行分析并联条件不满足时的运行分析 1.4.4 变压器的运行方式变压器的运行方式1.4.1 概述概述 定义：两台以上变压器的一、二次绕组分别连接到定义：两台以上变压器的一、二次绕组分别连接到一、二次侧的公共母线上，共同向负载供电的运行一、二次侧的公共母线上，共同向负载供电的运行方式。方式。1.4.1 概述概述 并联运行的优点

29、：并联运行的优点： (1)提高供电的可靠性。并联运行时，如果某台变压器发生故提高供电的可靠性。并联运行时，如果某台变压器发生故障或需要检修，另几台可继续供电。障或需要检修，另几台可继续供电。 (2)提高供电的经济性。并联运行时，可根据负载变化的情，提高供电的经济性。并联运行时，可根据负载变化的情，随时调整投入变压器的台数，以提高运行效率。随时调整投入变压器的台数，以提高运行效率。 (3)对负荷逐渐增加的变电所，可分批增装变压器，以减少初对负荷逐渐增加的变电所，可分批增装变压器，以减少初装时的一次投资。装时的一次投资。 当然，并联的台数过多也是不经济的，因为一台大容量变压当然，并联的台数过多也是

30、不经济的，因为一台大容量变压器的造价要比总容量相同的几台小变压器的造价低，占地面器的造价要比总容量相同的几台小变压器的造价低，占地面积也小。积也小。1.4.2 变压器的理想并联条件变压器的理想并联条件 变压器并联运行的理想情况：变压器并联运行的理想情况： (1)空载时并联运行的各变压器绕组之间无环流，以免增加绕组空载时并联运行的各变压器绕组之间无环流，以免增加绕组铜损耗。铜损耗。 (2)带负载后，各变压器的负载系数相等，即各变压器所分担的带负载后，各变压器的负载系数相等，即各变压器所分担的负载电流按各自容量大小成正比例分配。负载电流按各自容量大小成正比例分配。 (3)带负载后，各变压器所分担的电流应与总的负载电流同相位。带负载后，各变压器所分担的电流应与总的负载电流同相位。 变压器并联运行的理想条件：变压器并联运行的理想条件： (1)各变压器一、二次侧的额定电压应分别相等