船舶电气设备及系统课件 第二章

1、L/O/G/O集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统第二章第二章 变压器变压器集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统第二章小结第二章小结2-1 变压器的结构和铭牌变压器的结构和铭牌2-2 变压器工作原理及特性变压器工作原理及特性2-3 三相变压器三相变压器2-4 自耦、仪用互感器自耦、仪用互感器集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统变压器变压器 (Transformer): 是利用是利用电磁感应电磁感应原理进行工作的，所以将它原理进行工作的，所以将它划在电机的范畴内。由于它没有转动

2、部件，是静划在电机的范畴内。由于它没有转动部件，是静止的，因而有人称之为止的，因而有人称之为“静止电机静止电机”。 集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。电子线路中应用广泛。变电压：变电压：电力系统电力系统 变阻抗：变阻抗：电子线路中的阻抗匹配电子线路中的阻抗匹配变电流：变电流：电流互感器电流互感器 变压器的主要功能有：变压器的主要功能有： 在能量传输过程中，当输送功率在能量传输过程中，当输送功率P =UI cos 及及负载功率因数负载功率因数cos 一定

3、时：一定时：电能损耗小电能损耗小节省金属材料（经济）节省金属材料（经济）概述：概述：U I P = I RlI S集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 电力工业中常采用高压输电低压配电，实电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。具体如下：现节能并保证用电安全。具体如下： 发电厂发电厂10.5kV输电线输电线220kV升压升压仪器仪器36V降压降压实验室实验室380 / 220V降压降压变电站变电站 10kV降压降压降压降压集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统变压器的应用变压器的应用 在陆上：在陆上

4、： 变压器广泛应用于电力传输、电气控制、电气变压器广泛应用于电力传输、电气控制、电气检测等方面。检测等方面。 电力传输：电力传输： 升、降压。原因减小损耗。电气控制：提供合升、降压。原因减小损耗。电气控制：提供合适的电源。电气检测：得到所需的信号。适的电源。电气检测：得到所需的信号。 在船上：在船上： 主要有：照明变压器和控制变压器。要求安全、主要有：照明变压器和控制变压器。要求安全、可靠。可靠。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 学习变压器结构原理，平衡方程，学习变压器结构原理，平衡方程，运行特性及参数；运行特性及参数； 学习三相变压器极性和判别方法

5、；学习三相变压器极性和判别方法； 学习自耦变压器结构原理和互感器使用学习自耦变压器结构原理和互感器使用注意事项。注意事项。 能够进行变压器的基本计算。能够进行变压器的基本计算。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 主要知识点主要知识点 变压器的结构变压器的结构 变压器的铭牌数据变压器的铭牌数据集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统按用途分按用途分电力变压器电力变压器 (输配电用输配电用)仪用变压器仪用变压器 整流变压器整流变压器 按相数分按相数分三相变压器三相变压器 单相变压器单相变压器 按制造方式按制造方式壳式壳式

6、心式心式变压器符号变压器符号电压互感器电压互感器 (voltage transformer) 电流互感器电流互感器 (current transformer) 集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 按按用途用途分：电力（包括照明）、电源、控制、仪用、分：电力（包括照明）、电源、控制、仪用、特殊（电解、电焊等）。特殊（电解、电焊等）。 按按相数相数分：单相、三相。分：单相、三相。 按按连接方式连接方式分：分： / 、 / 、 / 、 / 等。等。 按按结构形式结构形式分：线圈：分：线圈：筒式、盘式，筒式、盘式， 铁心：铁心：心式、壳式。心式、壳式。 按按冷

7、却方式冷却方式分：自冷、它冷，风冷、油冷等。分：自冷、它冷，风冷、油冷等。注意：注意：船用变压器为船用变压器为B B级绝缘级绝缘( (工作温度工作温度130C ) )。船用变压器应该采用干式。船用变压器应该采用干式。变压器的具体分类（补充）变压器的具体分类（补充）集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 Y-90 A-105 E-120 B-130 F-155 H-180 C-180集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统组成：组成：变压器由变压器由铁心铁心和和绕组绕组组成。组成。铁心：铁心：构成磁路构成磁路。绕组：绕组：

8、构成电路构成电路。位置：位置：低压在里、在边。低压在里、在边。 绕组绕组按一定规律连接的线圈。按一定规律连接的线圈。 变压器的结构变压器的结构集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统变压器的磁路变压器的磁路绕组：绕组：一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成厚厚0.35mm 或或 0.5mm铁心铁心变压器的电路变压器的电路一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心单相变压器单相变压器1u2u1i2i+Z 集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电

9、气设备及系统船舶电气设备及系统集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 变压器的结构示意图及电路符号变压器的结构示意图及电路符号 降压变压器原边降压变压器原边绕组匝数多，副绕组匝数多，副边绕组匝数少。边绕组匝数少。 符号：符号：a)原理原理图符号；图符号；b)单线单线图符号；图符号；c)国外国外图纸符号。图纸符号。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 变压器的铭牌数据变压器的铭牌数据 铭牌数据主要有：铭牌数据主要有：Sn、U1n/U2n、I1n

10、/I2n、fn等。等。 额定容量额定容量Sn：注意：因为没有气隙，励磁功率小，没有注意：因为没有气隙，励磁功率小，没有机械损耗机械损耗(不动不动)。所以总损耗小，效率高，输出与输入功率。所以总损耗小，效率高，输出与输入功率相差较小。因此，相差较小。因此，Sn既是输入额定值，也是输出额定值。既是输入额定值，也是输出额定值。 三相额定电压三相额定电压/电流：电流：注意：额定值都是注意：额定值都是“线线”的量。的量。 三相功率计算：三相功率计算：不论是三角形还是星形，不论是三角形还是星形，“线线”量与量与“相相”量关系是电压或电流总有一个相等，一个相差量关系是电压或电流总有一个相等，一个相差 。 所

11、以不论是三角形还是星形其三相功率计算：用线电压所以不论是三角形还是星形其三相功率计算：用线电压和线电流的乘积再在前面乘和线电流的乘积再在前面乘 。 3 3集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统1）变压器的型号）变压器的型号变压器的铭牌和技术数据变压器的铭牌和技术数据S J L 1000/10 变压器额定容量变压器额定容量(KVA) 铝线圈铝线圈 冷却方式冷却方式 J:油浸自冷式油浸自冷式 F:风冷式风冷式相数相数 S:三相三相 D:单相单相 高压绕组的额定电压高压绕组的额定电压(KV)集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及

12、系统2）额定值）额定值额定电压额定电压 U1N、U2N ： 变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值。绕组允许的电压值。单相：单相：U1N ，一次侧电压，一次侧电压， U2N，二次侧空载时的电压，二次侧空载时的电压三相：三相：U1N、U2N，一次、二次侧的线电压，一次、二次侧的线电压 额定电流额定电流 I1N、I2N ： 变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。电流值。单相：单相：一次、二次侧绕组允许的电流值一次、二次侧绕组允许的电流值三相：三相：一次、二次侧绕组线电流一次、二次侧绕组线电流

13、集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统额定容量额定容量 SN ：传送功率的最大能力。传送功率的最大能力。单相：单相：三相：三相：N1N1N2N2NIUIUS N1N1N2N2N33IUIUS 容量容量 SN 输出功率输出功率 P2 一次侧输入功率一次侧输入功率 P1 输出功率输出功率 P2注意：变压器几个功率的关系注意：变压器几个功率的关系(单相单相)效率效率N1N1NIUS 容量：容量： 21PP 一次侧输入功率：一次侧输入功率： cos222IUP 输出功率：输出功率： 变压器运行变压器运行时的功率取时的功率取决于负载的决于负载的性质。性质。集美大学轮

14、机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统1、运行前绝缘、短断路情况、运行前绝缘、短断路情况2 2、保持清洁、避免漏电、保持清洁、避免漏电3 3、记录（温度、电压、电流、过载、偏载）、记录（温度、电压、电流、过载、偏载）集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 结构（作用）；结构（作用）； 铭牌数据（容量、电压、电流）；铭牌数据（容量、电压、电流）； 注意：冷却方式（不能用油浸式）。注意：冷却方式（不能用油浸式）。第一节要点第一节要点集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统本节的主要内容本节的主要内

15、容 变压器的空载运行及变压原理；变压器的空载运行及变压原理； 变压器的负载运行及磁势平衡关系；变压器的负载运行及磁势平衡关系； 变压器的运行特性。变压器的运行特性。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统2.2.1 变压器的空载运行及变压原理变压器的空载运行及变压原理变压器的工作原理：变压器的工作原理：原原边绕组边绕组N1通入交流电，有励通入交流电，有励磁电流磁电流I0流过原绕组，在磁流过原绕组，在磁路中产生交变磁通路中产生交变磁通 1m。交。交变磁通分别在原、副绕组感变磁通分别在原、副绕组感应电势应电势e1和和e2。感应电势公式：感应电势公式： E1 =

16、4.44 f N1 1m；（4.44公式）公式） E2 = 4.44 f N2 1m。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统变压器的工作原理变压器的工作原理(1)(2)(3)(4)集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统变压器的工作原理变压器的工作原理 一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心单相变压器单相变压器1u2u1i2i+Z 集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 dd011tiL

17、e 02i空载运行情况空载运行情况0i20u+2e+1e+ 11u+1e+1N2N 一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧开路。二次侧开路。1u dd11tNe i0 ( i0N1) 1tNedd 22 空载时，铁空载时，铁心中主磁通心中主磁通 是是由一次由一次绕组磁动势绕组磁动势产生的。产生的。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统电压变换（设加正弦交流电压）电压变换（设加正弦交流电压）)sin(ddddm111ttNtNe tNm cos1 )90t(sinm1 E1m144.4NfE 222111mmfNEE 有效值有效值:同同 理：理：)90t

18、(sinm22 Ee2m244. 4NfE 主磁通按正弦规律变化，设为主磁通按正弦规律变化，设为 则则,sintm (1) 一次、二次侧主磁通感应电动势一次、二次侧主磁通感应电动势集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统根据根据KVL：1111111111jEIXIREEIRU 变压器一次侧等效电路如图变压器一次侧等效电路如图 由于电阻由于电阻 R1 和感抗和感抗 X1 (或漏磁通或漏磁通)较小，其两端较小，其两端的电压也较小，与主磁电动势的电压也较小，与主磁电动势 E1比较可忽略不计，比较可忽略不计，则则1E1R1I1U1E+(2) 一次、二次侧电压一次、

19、二次侧电压式中式中 R1 为为一次侧一次侧绕组的电阻绕组的电阻; X1= L 1 为为一次侧一次侧绕组的感抗绕组的感抗(漏磁感抗，由漏漏磁感抗，由漏磁产生磁产生)。1m1111444Nf.EUEU 集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统+u21u+1e+1e+ 1N2Ni1i2+e2+e 2KNNEEUU 2121201（匝比）（匝比）K为为变比变比对二次侧，对二次侧，根据根据KVL：2m220224440Nf.EUU,I 结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。222222222jUIXIRUEIRE 2式中式中 R2 为

20、二次绕组的电阻为二次绕组的电阻; X2= L 2 为二次绕组的感抗；为二次绕组的感抗； 为二次绕组的端电压。为二次绕组的端电压。2U变压器空载时变压器空载时:式中式中U20为变压器空载电压。为变压器空载电压。故有故有集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 平衡方程式（电压关系）平衡方程式（电压关系） 变压器的磁通：主磁通与漏磁通。变压器的磁通：主磁通与漏磁通。 主磁通主磁通(working flux)：同时与原、副绕组交链的同时与原、副绕组交链的磁通。是主磁通。磁路是铁磁材料（会饱和）。磁通。是主磁通。磁路是铁磁材料（会饱和）。 漏磁通漏磁通 (leaka

21、ge flux )：只与一个绕组交链的磁通，只与一个绕组交链的磁通，非工作磁通。磁路主要是空气（不会饱和）。非工作磁通。磁路主要是空气（不会饱和）。 感应电动势：感应电动势： 主磁通感应电动势：主磁通感应电动势：E1和和E2。 漏磁通感应电动势：漏磁通感应电动势：E 1和和E 2。 处理：处理：Xm和和X1 。注意：。注意： Xm和和Zm不是常数。不是常数。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统1、原、副边绕组铜电阻、原、副边绕组铜电阻I0r12、漏磁通的存在、漏磁通的存在 1 = - jİ0X1 3、主磁电势、主磁电势 1 = -İ0(rm+ jXm)

22、集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 首先必须清楚：交流首先必须清楚：交流电量方向与直流电量方向电量方向与直流电量方向的区别：的区别： 正方向只是一种参考正方向只是一种参考方向，实际上是有相位差方向，实际上是有相位差的。的。 变压器惯例正方向：变压器惯例正方向： 原边是电源的负载，以电压为参考，电流与电压相同，原边是电源的负载，以电压为参考，电流与电压相同，磁通与电流符合右螺旋定则，电势在电路上要满足：磁通与电流符合右螺旋定则，电势在电路上要满足： = - jİ X ，所以从高电位指向低电位。，所以从高电位指向低电位。 副边是负载的电源：则以电势为参考。

23、副边是负载的电源：则以电势为参考。 电磁物理量的正方向电磁物理量的正方向 电压平衡方程式（正方向的说明）电压平衡方程式（正方向的说明）图2-2 变压器的负载运行集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 原边电压平衡方程根原边电压平衡方程根据基尔霍夫电压定律直接据基尔霍夫电压定律直接列出，其中：列出，其中： 1 = - j İ1X 1 满足电磁感应定律满足电磁感应定律说明：说明：绕组电势绕组电势1若采用电抗若采用电抗表示，则带铁心线圈的电抗为表示，则带铁心线圈的电抗为非线性的，不是常数，只有进非线性的，不是常数，只有进行小范围线性处理后才能采用行小范围线性处理

24、后才能采用电抗电抗Xm表示。表示。小范围线性处理：在工作点附近进行。小范围线性处理：在工作点附近进行。注意：电势此时的性质注意：电势此时的性质是被当作是被当作电压降电压降处理处理( (电抗压降电抗压降) )。 电压平衡方程（电动势的处理）电压平衡方程（电动势的处理）图2-2 变压器的负载运行集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 漏阻抗漏阻抗 励磁阻抗励磁阻抗 忽略漏阻抗，即可得忽略漏阻抗，即可得E1U1 )(r)()(mm0101011101jXrIXI jIEErIU )0101mZIZIU（）（ 集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及

25、系统船舶电气设备及系统2.2.2 2.2.2 变压器的负载运行及磁势平衡关系变压器的负载运行及磁势平衡关系 本小节要点：本小节要点： 变压器的磁势（电流）平衡方程式；变压器的磁势（电流）平衡方程式； 变压器的负载运行原理；变压器的负载运行原理； 变压器的等效电路。变压器的等效电路。 另外补充说明变压器的功能。另外补充说明变压器的功能。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 当当İ20，则原、副绕组产生磁势的矢量和为励磁磁，则原、副绕组产生磁势的矢量和为励磁磁势，共同在磁路中产生磁通（势，共同在磁路中产生磁通（UE 定定 m定）定）İ0N1基本不变，才能保证

26、磁通不变。基本不变，才能保证磁通不变。 İ0N1= İ1N1+ İ2N2 矢量和矢量和İ0很小，很小，İ1N1 - İ2N2 ，（负号去磁）也就是：，（负号去磁）也就是： İ1 - İ2N2 / N1 = - İ2k I（负号表示方向相反）。（负号表示方向相反）。其中其中k I = N2 / N1 = 1/k 称为变流比称为变流比 （见（见P.24式式2-18）。）。 注意：副边磁势具有去磁性质（注意：副边磁势具有去磁性质（E2具有障碍磁通具有障碍磁通经过的性质）。经过的性质）。 磁势平衡关系（变流原理）磁势平衡关系（变流原理）集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气

27、设备及系统İ 1 1：副边电流等效到原：副边电流等效到原边时的等效电流。边时的等效电流。可以可以理解为：副边带负载后理解为：副边带负载后对原边电流的影响。对原边电流的影响。注意：因为变压器对电流的变换作用，注意：因为变压器对电流的变换作用，磁势平衡方程磁势平衡方程实际上就是电流平衡方程实际上就是电流平衡方程。 P.20.式（式（2-10）。若）。若令电流令电流İ 1= -（N/N）İ2，则：则：İ1=İ0+İ 1 就是电就是电流的平衡方程。流的平衡方程。 磁势的实质（电流平衡）磁势的实质（电流平衡）图2-2 变压器的负载运行集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备

28、及系统 变压器副边接上负载后，副边绕组有电流流过。变压器副边接上负载后，副边绕组有电流流过。负载电流是由穿过副绕组交变磁通感应副边电势产生负载电流是由穿过副绕组交变磁通感应副边电势产生的，根据电磁感应定律负载电流也会建立负载磁势，的，根据电磁感应定律负载电流也会建立负载磁势，具有去磁性质（阻碍穿过副边绕组磁通变化）。具有去磁性质（阻碍穿过副边绕组磁通变化）。 结论结论：虽然正方向已经设定，但是：虽然正方向已经设定，但是负载磁势与负载磁势与励磁磁势的实际方向相反。励磁磁势的实际方向相反。 负载磁势具有去磁性质，为了保证磁路中的磁负载磁势具有去磁性质，为了保证磁路中的磁通不变（才能平衡电源电压），

29、原绕组中将增大电流通不变（才能平衡电源电压），原绕组中将增大电流（电流从（电流从I0变化到变化到I1）。）。 负载运行原理（说明）负载运行原理（说明）集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 2+u2 Z 1e+ 1 dd111tiLe 带负载运行情况带负载运行情况一次侧接交流电源；一次侧接交流电源；二次侧接负载。二次侧接负载。1u+1e+ 11N2N 1u dd11tNe tNedd 22 i1 ( i1N1) i1i2 ( i2N2) 2有载时，铁心中有载时，铁心中主磁通主磁通 是是由一由一次、二次绕组磁次、二次绕组磁通势共同产生的通势共同产生的合成磁通

30、。合成磁通。i2+e2+e 2 dd2tiLe22 集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 原边接原边接u1后，原绕组有后，原绕组有 i0流过，在铁心中产生流过，在铁心中产生 并与原、并与原、副绕组交链，副绕组将感应副绕组交链，副绕组将感应e2，产生，产生u2 。接上负载后，副边。接上负载后，副边绕组有绕组有i2 流过。流过。i2 建立负载磁势建立负载磁势F2 ，对磁路中，对磁路中 有去磁性质。有去磁性质。为了保证为了保证 不变（才能平衡不变（才能平衡u1 ），原边电流将增大（从），原边电流将增大（从i0变变化到化到i1），），i2 越大，越大，i1增加越

31、多。变压器就是这样通过磁路磁增加越多。变压器就是这样通过磁路磁通将原边的电能传输到副边而工作的。通将原边的电能传输到副边而工作的。 工作过程说明：工作过程说明：副边电流增大时，副边磁势的去磁作用增副边电流增大时，副边磁势的去磁作用增大；这将使主磁通出现减少的趋势。但主磁通的这一趋势，立大；这将使主磁通出现减少的趋势。但主磁通的这一趋势，立即引起原边电势的减少，立即使其电流增加，从而使主磁通保即引起原边电势的减少，立即使其电流增加，从而使主磁通保持基本不变，反之亦然（若副边电流减小，原边电流也会减持基本不变，反之亦然（若副边电流减小，原边电流也会减小）。也就是说，只要原边电压不变，主磁通是基本不

32、变的。小）。也就是说，只要原边电压不变，主磁通是基本不变的。正是主磁通能保持基本不变，原边电流才能随副边电流的增减正是主磁通能保持基本不变，原边电流才能随副边电流的增减而增减。而增减。 为什么为什么原副边无电的联系，但电流却相应变化？原副边无电的联系，但电流却相应变化？集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统总的平衡方程：总的平衡方程： P.21，式，式2-11，6个个 原副边电压平衡：原副边电压平衡：2个（说明电路关系）；个（说明电路关系）； 电动势关系：电动势关系：2个（说明原边电动势等效处理及个（说明原边电动势等效处理及原副边电动势关系）；原副边电动势

33、关系）； 负载电路：负载电路：1 1个（说明与负载电路的关系）；个（说明与负载电路的关系）； 磁势（电流）平衡：磁势（电流）平衡：1 1个（说明原副边之间，功个（说明原副边之间，功率传递的关系）。率传递的关系）。 变压器总的方程组（变压器总的方程组（6 6个）个）集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 KNNEENININIZIUEXI jrIEErIUjXrIEEXI jrIEErIULmm2121102211222222222222011111111111/)()()()( 集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统

34、以上的方程组及等效电路综合反映了以上的方程组及等效电路综合反映了变压器负载运行时内部的电磁关系。利用变压器负载运行时内部的电磁关系。利用这一方程组和等效电路，并结合各个量的这一方程组和等效电路，并结合各个量的具体的物理意义就能分析变压器的各种运具体的物理意义就能分析变压器的各种运行特性。但是由于变压器原副边之间行特性。但是由于变压器原副边之间没有没有直接的电的联系直接的电的联系，因而等效电路是两个相，因而等效电路是两个相互独立的电回路，它们之间的各个量是通互独立的电回路，它们之间的各个量是通过磁势平衡方程式联系起来的，这就过磁势平衡方程式联系起来的，这就给分给分析、计算带来不便。析、计算带来不

35、便。 集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统磁势平衡关系、能量传递等物理过程不变磁势平衡关系、能量传递等物理过程不变 图2-3 变压器的负载运行时的等效电路集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统LLzKzXKXrKrIKIKUUKEE22222222222221集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 (a) (b)图2-4 变压器的T形等效电路及简化等效电路集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 变压器等效电路的推导（理解即可）变压器等效电路的

36、推导（理解即可） 变压器的等效电路可以通过平衡方程式得到，设：变压器的等效电路可以通过平衡方程式得到，设：Z为从变压器原边绕组两端看到的整个等效阻抗。为从变压器原边绕组两端看到的整个等效阻抗。1111111111111IEZIEZIZEZIUIUZ ， 2Lm12Lm12L222221211212101m111ZZZZZZZZZZZZIUIEIkEIEkIIkEEIEZ 因此因此，数值上，数值上为励磁阻抗，为励磁阻抗，令令这就是这就是“变压器的等效电路变压器的等效电路” 。 采用电路图表示为采用电路图表示为集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 变压器的等

37、效电路变换过程变压器的等效电路变换过程1111111111111IEZIEZIZEZIUIUZ ， 集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 变压器的等效电路变换过程变压器的等效电路变换过程111111m011011EIEIIEZIEIII ，L2222222L2222211ZIUZIUEZZZIUIEIE ，集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 等效电路的种类等效电路的种类 T形形形形近似近似1.T形等效电路：形等效电路： 比较精确，比较精确，但运算较复杂，形状象但运算较复杂，形状象T。2.形等效电路：形等效电路：运

38、算较简单，运算较简单，但较不精确，形状象但较不精确，形状象。3.近似等效电路：近似等效电路：运算最为简运算最为简单，但也是最不精确的，主要单，但也是最不精确的，主要用来估算变压器的参数及定性用来估算变压器的参数及定性分析变压器。分析变压器。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统2.2.3 2.2.3 变压器的运行特性变压器的运行特性 本小节要点：本小节要点： 变压器的效率特性；变压器的效率特性； 变压器的外特性及电压变化率；变压器的外特性及电压变化率； 变压器的短路电压及短路阻抗；变压器的短路电压及短路阻抗； 变压器的变流作用及阻抗变换作用。变压器的变流作

39、用及阻抗变换作用。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 变压器的效率特性变压器的效率特性 一般变压器或电机，一般变压器或电机，铁损铁损= 铜损铜损时效率最高。时效率最高。 效率特性效率特性(条件条件)：cos 2 不变，不变， 2= (P2)。 说明：说明： 没有机械损耗，没有机械损耗，变变压器的效率比较高。压器的效率比较高。 铁损等于铜损铁损等于铜损(60%80%P2N)时效率最高。时效率最高。 与电机的效率特性的形与电机的效率特性的形状基本相同。状基本相同。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统变压器的损耗包括两

40、部分：变压器的损耗包括两部分：铜损铜损 ( PCu) ：绕组导线电阻的损耗。与负载大小绕组导线电阻的损耗。与负载大小（正比于电流平方）有关。（正比于电流平方）有关。铁损铁损( PFe )：FeCu2212PPPPPP 变压器的效率为变压器的效率为一般一般 95%。负载为额定负载的负载为额定负载的(5075)%时，时， 最大。最大。输出功率输出功率输入功率输入功率磁滞损耗：磁滞损耗：涡流损耗涡流损耗它与铁心内磁感应强度它与铁心内磁感应强度的最大值的最大值Bm的平方成正的平方成正比。与负载大小无关。比。与负载大小无关。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 变

41、压器的外特性及电压变化率变压器的外特性及电压变化率外特性（条件）：外特性（条件）：cos 2 不不变，变，U2=f (I2)。是一条下降。是一条下降的曲线。的曲线。cos 2变化，变化，I2的去的去磁程度不同，外特性形状也磁程度不同，外特性形状也不同。不同。下降原因：下降原因：阻抗阻抗(主要是电抗主要是电抗)压降。压降。 电压变化率：电压变化率：u2%，是作，是作为电源的重要指标。为电源的重要指标。电压变化率表征了输出电压变化率表征了输出电压的稳定性电压的稳定性 恒压源都需要考察外特性，恒压源都需要考察外特性，都以电压变化率作为其性都以电压变化率作为其性能指标。能指标。集美大学轮机工程学院集美

42、大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统1. 变压器的外特性变压器的外特性 当一次侧电压当一次侧电压 U1和负载功率因数和负载功率因数 cos 2保持不变时，保持不变时，二次侧输出电压二次侧输出电压 U2和输出电流和输出电流 I2的关系，的关系，U2 = f (I2)。U20：一次侧加额定电压、二次：一次侧加额定电压、二次侧开路时，二次侧的输出电压。侧开路时，二次侧的输出电压。 一般供电系统希望要硬特性（随一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，的变化，U2 变变化不大），电压变化率约在化不大），电压变化率约在5%左右。左右。电压变化率：电压变化率：%100%20220 UUUU)

43、(22IfU cos 2 =0.8(感性）感性）U2I2U20I2Ncos 2 =1O集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统%100%222 NNUUUU集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 变压器的短路电压及短路阻抗变压器的短路电压及短路阻抗 意义：意义：短路电压和短路阻抗对变压器的故障分析短路电压和短路阻抗对变压器的故障分析有重要意义，可估算短路电流的影响和危害。有重要意义，可估算短路电流的影响和危害。 测量：测量：可通过短路试验进行测量，由短路电压、可通过短路试验进行测量，由短路电压、电流和功率，根据书电流和功

44、率，根据书P.23，式式2-14进行计算。进行计算。 短路电压短路电压Uk：短路时电流为额定值时的端电压。短路时电流为额定值时的端电压。 影响的性能：影响的性能： Uk大，故障影响小；但供电性能受大，故障影响小；但供电性能受影响（电压变化率大）。影响（电压变化率大）。 其它：其它：并联运行要求各台的并联运行要求各台的Uk和和 Zk对应相等。对应相等。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 变压器的变流作用及阻抗变换作用变压器的变流作用及阻抗变换作用 变流作用：变流作用： 在磁势平衡中已经介绍过：在磁势平衡中已经介绍过： İ1 - İ2N2 / N1 = -

45、 İ2k I 其中其中k I = N2 / N1 = 1/k称为变流比称为变流比 （见（见P.24式式2-18）。也就是合理选择）。也就是合理选择k，即可变压，也可变流。，即可变压，也可变流。 阻抗变换作用：阻抗变换作用： 由于由于Z=U/I，既然可变压和变流，因此也可变换，既然可变压和变流，因此也可变换阻抗（所谓变换阻抗，意思是指：某一边的阻抗在另阻抗（所谓变换阻抗，意思是指：某一边的阻抗在另外一边看，相当于等效的阻抗，见下页）外一边看，相当于等效的阻抗，见下页）集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统1. 电流变换电流变换（一次、二次侧电流关系）（一次、

46、二次侧电流关系）有载运行有载运行2222ZUIZ 1m11 44. 4 NfEU 不论变压器空载还是有不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻抗载，一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故有压降均可忽略，故有当当U1、 f 不变，则不变，则 m 基本不变，近于常数。即：铁基本不变，近于常数。即：铁心中主磁通的最大值心中主磁通的最大值 m在变压器空载和有载时基本在变压器空载和有载时基本是恒定的。是恒定的。空载空载：m10 Ni有载：有载：m2211 NiNi+|Z|2i1u2e1i1e1N2N+2u集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统一般情况下：一般情况下：I0 (

47、23)%I1N 很小可很小可忽忽略。略。2211 NiNi 所所以以或或2211NINI 2211NINI 所所以以KNNII11221 结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。或：或：221011NiNiNi 1.提供产生提供产生 m的磁势的磁势2.提供用于补偿提供用于补偿 i2N2 作用作用 的磁势的磁势可得可得磁势平衡式：磁势平衡式：102211NiNiNi 空载磁势空载磁势有载磁势有载磁势集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统2. 阻抗变换阻抗变换由图可知：由图可知：22IUZ 11IUZ ZKIUKKIKUIUZ2

48、2222211 ZKZ2 结论：结论： 变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模的带负载的阻抗模的K2 倍。倍。 1U2U1I2IZ+1U1IZ +集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统(1) 变压器的匝数比应为：变压器的匝数比应为：108800L21 LRRNNK解解:例例1: 如图，交流信号源的电动势如图，交流信号源的电动势 E= 120V，内阻，内阻 R 0=800 ，负载负载为扬声器，其等效电阻为为扬声器，其等效电阻为RL=8 。要求要求: (1)当当RL折算到原边的等效折算到原边的等效电阻电阻RL =

49、 R0时，求变压器的匝数时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率；（比和信号源输出的功率；（2）当将负载直接与信号源联接时当将负载直接与信号源联接时,信号源输出多大功率？信号源输出多大功率？I1N2U2IR0+2NRLE信号源信号源+R0ERLI集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统信号源的输出功率：信号源的输出功率： W548008008001202L2L0.RRREP 电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。 结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。0LRR 原因：满

50、足了最大功率输出的条件：原因：满足了最大功率输出的条件： W1760888001202L2L0.RRREP （2）将负载直接接到信号源上时，输出功率为：）将负载直接接到信号源上时，输出功率为：集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统变压器功能有四个：变压器功能有四个： . 电压变换的功能；电压变换的功能； . 电流变换的功能；电流变换的功能； . 阻抗变换的功能；阻抗变换的功能； . 电气隔离的功能。电气隔离的功能。（双绕组变压器）（双绕组变压器）电气隔离功能，可保证必要的安全。电气隔离功能，可保证必要的安全。有的书说，变压器还能变换相位（单相变反，有的书说

51、，变压器还能变换相位（单相变反，三相可改变三相可改变30的倍数）。的倍数）。 变压器的功能（补充，不要求）变压器的功能（补充，不要求）集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 工作原理（空载、负载运行原理）；工作原理（空载、负载运行原理）； 平衡方程（电压、磁势，总方程组平衡方程（电压、磁势，总方程组6 6个）；个）； 等效电路（种类、特点）；等效电路（种类、特点）； 作用（变压、流、阻抗和隔离）；作用（变压、流、阻抗和隔离）； 运行特性（效率、外特性）运行特性（效率、外特性） 参数（电压变化率，短路阻抗）参数（电压变化率，短路阻抗） 第二节要点第二节要点集

52、美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统本节的主要内容：本节的主要内容： 三相电压的变换；三相电压的变换； 变压器原、副边绕组的同名端；变压器原、副边绕组的同名端； 三相变压器的连接组别。三相变压器的连接组别。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统2.3.1 三相电压的变换三相电压的变换 措施：措施：要对三相电压进行变换，就得使用三相变要对三相电压进行变换，就得使用三相变压器。压器。 方法：方法： 书上说有三种（实际是两种，书上说有三种（实际是两种，“V/V连接连接”为其中一种的特殊运行方式）。为其中一种的特殊运行方式）。

53、 三相变压器：三相变压器：又称为又称为“三相芯式变压器三相芯式变压器”，一般变压器都是采用一般变压器都是采用“芯式变压器芯式变压器”，故，故“三相三相变压器变压器” 无特别说明，都指无特别说明，都指“三相芯式变压三相芯式变压器器”。 三相组合变压器：三相组合变压器：又称为又称为“三相组式变压三相组式变压器器”，是由三个单相变压器组成的。，是由三个单相变压器组成的。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统三相电压的变换三相电压的变换(1) 三相变压器的结构三相变压器的结构高压绕组：高压绕组：U2、 V2 、W2 : 尾端尾端U1、 V1 、W1 : 首端首端低

54、压绕组：低压绕组：u1、v1 、w1: 首端首端u2、v2 、w2: 尾端尾端U1U2u1u2V1V2v1v2W1W2w1w2集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统(2) 三相变压器的联结方式三相变压器的联结方式/000YYYYYYYY、联结方式：联结方式：高压绕组接法高压绕组接法低压绕组接法低压绕组接法:Y/Y0三相配电变压器三相配电变压器: /Y动力供电系统（井下照明）动力供电系统（井下照明）: /Y0 高压、超高压供电系统高压、超高压供电系统常用接法常用接法:三相电压的变换三相电压的变换集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电

55、气设备及系统 三相组合变压器三相组合变压器 组式变压器的磁路是相互独立的（不会相互造成组式变压器的磁路是相互独立的（不会相互造成干扰或影响）。干扰或影响）。 备用容量小、易维护，但损耗较大。备用容量小、易维护，但损耗较大。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 三相（芯式）变压器三相（芯式）变压器 芯式铁心可以从组式铁心演变得来（如下图）。芯式铁心可以从组式铁心演变得来（如下图）。 原理：原理：利用利用 A+ B+ C=0，去掉中心柱，再变形。，去掉中心柱，再变形。 特点：特点：结构简单，但磁路相互影响且稍微不对称。结构简单，但磁路相互影响且稍微不对称。集

56、美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 三相（芯式）变压器的接线三相（芯式）变压器的接线图图2-7 三相变压器三相变压器 图图2-7原边采用星原边采用星形接法，也可采用三形接法，也可采用三角形接法。同样，副角形接法。同样，副边也可采用星形或三边也可采用星形或三角形接法。角形接法。 一般船用照明变一般船用照明变压器主要采用三角形压器主要采用三角形接法。接法。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 “V”形连接的三相变压器形连接的三相变压器图图2-8 “V”形联接的三相变压器形联接的三相变压器 V形联接是形联接是“/”连接的

57、特殊工作方式。连接的特殊工作方式。 实际应用：实际应用：电压、电电压、电流互感器的三相测量；流互感器的三相测量；船用照明变压器的一种船用照明变压器的一种特殊工作方式。特殊工作方式。 船用变压器：船用变压器：是船舶是船舶安全运行的重要设备之安全运行的重要设备之一。一。 U iU V iV W iW T1 T2 uiu viv iw w 集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统、应急使用、应急使用、测量仪表、测量仪表2NN22NN2866. 030cosIUIUP 集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 “V”形连接说明形连

58、接说明V/V 连接连接集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 每台单相变压器电流额定值不能超过。设单相变每台单相变压器电流额定值不能超过。设单相变压器额定值：压器额定值：I2n、U2n。V/V连接最大容量为连接最大容量为SVL，则，则和和V连接容量分别为：连接容量分别为： “V”形连接说明形连接说明n2n222VL2nn2n2222333333IUIUSIUIUIUSn 因此，因此， V/V连接容量和连接时容量的关系：连接容量和连接时容量的关系：31nVL SS利用系数：利用系数：23VnVL SS集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统

59、船舶电气设备及系统 船用照明变压器：船用照明变压器：船舶照明变压器是重要的设备，有两种配置方案：船舶照明变压器是重要的设备，有两种配置方案： 1.两台三相变压器：两台三相变压器： 互为备用。互为备用。 2.三台单相变压器：三台单相变压器： 组成组成/连接的三相连接的三相组式变压器。应急时可由两台单相变压器连接成组式变压器。应急时可由两台单相变压器连接成V/V连接继续使用。连接继续使用。注意：必须是三相组式（三台单相）变压器，变压器注意：必须是三相组式（三台单相）变压器，变压器三相的磁路才是独立的，才不会相互影响。三相的磁路才是独立的，才不会相互影响。船用照明变压器及船用照明变压器及V/V连接连

60、接集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统2.3.2 变压器原、副边绕组的同名端变压器原、副边绕组的同名端 概念：概念：同名端又称为同极性端。同名端又称为同极性端。同名端同名端是指不同是指不同绕组工作时其端部的相位关系。绕组工作时其端部的相位关系。同一铁心上（环链同一铁心上（环链同一磁通）的两个（或多个）绕组中，某一瞬时同同一磁通）的两个（或多个）绕组中，某一瞬时同为高电位（或低电位）的出线端称为同名端。为高电位（或低电位）的出线端称为同名端。 要求：要求：两个以上绕组的变压器，连接（并联运行）两个以上绕组的变压器，连接（并联运行）时都应该按照正确极性进行连