变压器课程ppt课件

1、第三章 变压器第一节第一节 变压器的工作原理、分类及结构变压器的工作原理、分类及结构一、变压器的工作原理一、变压器的工作原理 变压器的主要部件铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。111ddueNt 222ddueNt 111222UENKUENK匝比忽略铁心中的损耗，根据能量守恒定律，有：忽略铁心中的损耗，根据能量守恒定律，有：1 12 2U IU I 按用途分：电力变压器和特种变压器。按用途分：电力变压器和特种变压器。按绕组数目分：单绕组自耦变压器、双绕组变压器、三绕组按绕组数目分：单绕组自

2、耦变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。变压器和多绕组变压器。按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。 按铁心结构分：芯式变压器和壳式变压器。按铁心结构分：芯式变压器和壳式变压器。 按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。 按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器。式变压器。 电源变压器电源变压器电力变压器电力变压器控制变压器控制变压器接触调压器接触调压器三相干式变压器铁心铁心变压器中主要的磁路部分，

3、分为铁心柱与铁轭两部分。变压器中主要的磁路部分，分为铁心柱与铁轭两部分。 三相芯式变压器三相芯式变压器11铁心柱铁心柱 22铁轭铁轭33高压线圈高压线圈 44低压线圈低压线圈单相芯式变压器单相芯式变压器单相壳式变压器单相壳式变压器11铁心柱铁心柱 22铁轭铁轭 33绕组绕组绕组绕组变压器中的电路部分。变压器中的电路部分。 11低压绕组低压绕组 22高压绕组高压绕组交叠式绕组交叠式绕组油浸式电力变压器油浸式电力变压器11信号式温度计信号式温度计22吸湿器吸湿器33储油柜储油柜44油位计油位计55安全气道安全气道66气体继电器气体继电器77高压套管高压套管88低压套管低压套管99分接开关分接开关1

4、010油箱油箱1111铁心铁心1212线圈线圈1313放油阀门放油阀门变压器的额定值变压器的额定值额定容量为变压器的视在功率用额定容量为变压器的视在功率用SN SN 表示，单位表示，单位 kVA kVA ，VAVA）额定电压一次和二次绕组上分别为额定电压一次和二次绕组上分别为U1N U1N 和和U2N U2N ，单位，单位V, kVV, kV）额定电流一次和二次绕组上分别为额定电流一次和二次绕组上分别为I1N I1N 和和I2N I2N ，单位，单位 A , A , kAkA）单相变压器单相变压器N1N 1N2N2NSUIUI三相变压器三相变压器N1N 1N2N2N33SUIUI额定频率额定频

5、率fN fN 我国的规定为我国的规定为50Hz50Hz 例例3-1 3-1 有一台三相油浸自冷式铝线电力变压器，有一台三相油浸自冷式铝线电力变压器，N160kV ASY,yn0联结1N2N/35kV/0.4kVUU试求一次、二次绕组的额定电流。试求一次、二次绕组的额定电流。解：解：3N1N31N160 10A2.64A3335 10SIU3N2N32N160 10A230.9A330.4 10SIU第二节 单相变压器的空载运行一、空载运行时的物理情况一、空载运行时的物理情况变压器匝数为变压器匝数为N1N1的一次绕组加上的一次绕组加上交流电压，变压器匝数为交流电压，变压器匝数为N2N2的二的二次

6、绕组开路，这种情况即为变压次绕组开路，这种情况即为变压器的空载运行。器的空载运行。一次绕组和二次绕组的电动势平衡方程式一次绕组和二次绕组的电动势平衡方程式110 1110 111dd()()ddmui reei rNNtt 2022ddmueNt 其中，其中，i0 空载电流；空载电流；u20 二次绕组的空载电压；二次绕组的空载电压；r1 一次绕一次绕组的电阻。组的电阻。m 主磁通；主磁通；1 一次绕组漏磁通。一次绕组漏磁通。1 1、感应电动势与主磁通、感应电动势与主磁通空载运行时，忽略空载运行时，忽略i0r1i0r1和和e1 e1 11uesinmmt 设：设：1111dsin(90 )sin

7、(/2)dmmmeNNtEtt 2222dsin(90 )sin(/2)dmmmeNNtEtt 感应电动势感应电动势e1 e1 和和e2 e2 均滞后于均滞后于m m 的电角度的电角度9090，其有效值为，其有效值为1111124.44222mmmmENfNEfN2222224.44222mmmmENfNEfNE1和E2的相量表达式11j4.44mEfN 22j4.44mEfN 2 2、空载电流、空载电流空载电流包含两个分量，一个是励磁分量，作用是建立磁空载电流包含两个分量，一个是励磁分量，作用是建立磁场，产生主磁通场，产生主磁通无功分量；另一个是铁耗分量，作用无功分量；另一个是铁耗分量，作用

8、是供变压器铁心损耗是供变压器铁心损耗有功分量。有功分量。 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，所以空载电流主要是感性无功性质流主要是感性无功性质也称励磁电流；也称励磁电流；大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有大小：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I0%I0%来表示：来表示：00N%100%III3 3、漏磁通和漏电抗、漏磁通和漏电抗漏电动势漏电动势E 1E 111mEI 11jmEx I 漏电抗漏电抗x 1 x 1 是一次绕组的一个参数。是一次绕组的一个参数。

9、titit1t1t2t3t2t3图变压器空载电流的波形图变压器空载电流的波形mE1空载时相量图空载时相量图二、空载运行时的电动势平衡方程式、相量图及等效电路二、空载运行时的电动势平衡方程式、相量图及等效电路1111111()()j()mmmUI rEEI rI xE 11111(j )()()mmIrxEI ZE 202UE1(j)mmmmmEI ZIrx其中，其中，Z 1 Z 1 一次绕组漏阻抗一次绕组漏阻抗 Zm Zm 变压器的励磁阻抗变压器的励磁阻抗 xm xm 变压器的励磁电抗变压器的励磁电抗 rm rm 变压器的励磁电阻变压器的励磁电阻并且有并且有1mmEZI2FemmprI22mm

10、mxZr-E1ImIFeIr1Imjx1ImU110101111()mmmmUI ZEI ZI Z r1,x1r1,x1是常量，是常量，rm,xmrm,xm因铁心中因铁心中存在发热现象，故都是变量，存在发热现象，故都是变量，它们是虚拟值，且它们是虚拟值，且xmrm,xmxmrm,xm是代表铁心磁化性能的一个综是代表铁心磁化性能的一个综合参数，并随铁心的饱和程度合参数，并随铁心的饱和程度而减小；而减小；rmrm是表征铁心发热而是表征铁心发热而消耗有功功率的一个参数。消耗有功功率的一个参数。第三节第三节 单相变压器的基本方程式单相变压器的基本方程式 变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，

11、二次侧变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次侧接上负载的运行状态，称为负载运行。接上负载的运行状态，称为负载运行。一、负载运行时的物理情况一、负载运行时的物理情况由于电源电压恒定，即由于电源电压恒定，即U1=U1=常数，则常数，则E1E1常数，常数，mm常数。因而，常数。因而，达到新的电动势平衡的条件是使一次绕组的电流增量所产生的磁动达到新的电动势平衡的条件是使一次绕组的电流增量所产生的磁动势与二次绕组电流所产生的磁动势相抵消，以维持主磁通基本不变，势与二次绕组电流所产生的磁动势相抵消，以维持主磁通基本不变，以及由主磁通所产生的感应电动势基本不变。以及由主磁通所产生的感应电动势基

12、本不变。11220I NI N2121NIIN 1 1、磁动势平衡方程式、磁动势平衡方程式2 2、电动势平衡方程式、电动势平衡方程式11221122()0mI NI NIINI N201121 ()mmI NI NNIII和漏电抗。和漏电抗。分别为一次和二次绕组的漏阻抗、电阻分别为一次和二次绕组的漏阻抗、电阻121212ZZrrxx、 、 、 和1mmEI Z111 11 1111jUEI rI xEI Z 222 222222jUEI rI xEI Z1212/EENNK第四节第四节 变压器的等效电路及相量图变压器的等效电路及相量图一、绕组归算一、绕组归算归算：将变压器的二次或一次绕组用另一

13、个绕组来等效，同时，归算：将变压器的二次或一次绕组用另一个绕组来等效，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。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。归算原则：归算原则：1 1保持二次侧磁动势不变；保持二次侧磁动势不变； 2 2保持二次侧各功率或损耗不变。保持二次侧各功率或损耗不变。二次绕组归算后，变压器一次和二次绕组具有同样的匝数，即二次绕组归算后，变压器一次和二次绕组具有同样的匝数，即（一电动势和电压的归算（一电动势和电压的归算21NN 那那么么221222ENNKENN22EEK 2020EKE 22UUK （二电流的归算（二电流的归算221IIK

14、（三阻抗的归算（三阻抗的归算22222 2I rI r 22222222IKIrrr 222222I xI x 22222222IKIxxx 12mIII1111UEI Z 2222UEI Z 12EE1mmEI Z 二二 、等效电路、等效电路图中图中a a、b b和和c c、d d分别是等电位点，分别是等电位点，可连接起来而不改变运行情况。可连接起来而不改变运行情况。于是作出变压器的于是作出变压器的T T形等效电路。形等效电路。（由前述的基本方程式也可得出（由前述的基本方程式也可得出该等效电路）该等效电路）下图中，二次绕组各量均已经归算到一次绕组，即下图中，二次绕组各量均已经归算到一次绕组，

15、即2121,NN EE三三 、相量图、相量图根据根据T T形等效电路，可以画出相应的相量图。形等效电路，可以画出相应的相量图。四四 、近似等效电路图、近似等效电路图 rs rs、xsxs和和ZsZs分别称为短路电阻、短路电抗和短路阻抗。分别称为短路电阻、短路电抗和短路阻抗。一、空载试验一、空载试验通过测量空载电流和一、二次电压通过测量空载电流和一、二次电压及空载功率来计算变比、空载电及空载功率来计算变比、空载电流百分数、铁耗流百分数、铁耗pFepFe和励磁阻抗和励磁阻抗ZmZm。变压器空载运行时，可以认为输入功率变压器空载运行时，可以认为输入功率p0p0完全用来抵偿铁耗。即完全用来抵偿铁耗。即

16、0Fepp从空载运行的等效电路得出从空载运行的等效电路得出2210110()()mmUZrrxxI0mZZ0mrr0mxx12UKU二、负载试验二、负载试验( (短路试验短路试验) )通过测量短路电流、短路电压及通过测量短路电流、短路电压及短路功率来计算变压器的短路电短路功率来计算变压器的短路电压百分数、铜损和短路阻抗。压百分数、铜损和短路阻抗。高压侧加电压，低压侧短路；由于外加电压很小，主磁通很少，铁高压侧加电压，低压侧短路；由于外加电压很小，主磁通很少，铁损耗很少，忽略铁损。损耗很少，忽略铁损。sssUZI2sssprI222Cu1 122ssspI rpI rI r 22sssxZr折算

17、到折算到7575时的数值时的数值075 C075ssTrrT2275 C75 CsssZrx标么值标么值指某一物理量的实际值与选定的同一单位的基准值的比指某一物理量的实际值与选定的同一单位的基准值的比值通常以额定值为基准值）值通常以额定值为基准值）, ,即即实际值标么值基准值阻抗电压阻抗电压负载试验时，当绕组中电流达到额定值，加在一次绕负载试验时，当绕组中电流达到额定值，加在一次绕组上的短路电压。用一次侧额定电压的百分值表示。组上的短路电压。用一次侧额定电压的百分值表示。1N75 C1N1N100%100%sssI ZUuUU阻抗电压的标么值阻抗电压的标么值1N*75 C75 C75 C1N1

18、N1N1NN/ssssssIZZZUuZUUUIZ*sZ其中其中, ,为短路阻抗的相对值为短路阻抗的相对值第六节第六节 三相变压器三相变压器一、三相变压器的电路系统一、三相变压器的电路系统联结组联结组1 1、联结法、联结法a)星形联结 b)三角形联结2 2、联结组、联结组a)I/I-0联结组 b)I/I-6联结组Y, y0 Y, y0 联结组联结组AXCZBYabcY, d11 Y, d11 联结组联结组AXCZBYacb30o二、三相变压器的磁路系统二、三相变压器的磁路系统 铁心的结构形式铁心的结构形式a) a)单相芯式铁心的合并单相芯式铁心的合并c) c)三相芯式铁心三相芯式铁心b)b)铁

19、心的演变铁心的演变 不考虑铁耗时励磁电流波形确定不考虑铁耗时励磁电流波形确定三、三相变压器的电路系统和磁路系统对电动势波形影响三、三相变压器的电路系统和磁路系统对电动势波形影响励磁电流中无三次励磁电流中无三次谐波的主磁通波形谐波的主磁通波形第七节第七节 变压器的稳态运行变压器的稳态运行1 1、变压器的电压调整率、变压器的电压调整率变压器二次侧的端电压随变压器二次侧的端电压随负载变化的程度用电压调负载变化的程度用电压调整率整率uu来表示。来表示。电压调整率电压调整率uu规定为：一规定为：一次侧加额定负载电压、负次侧加额定负载电压、负载功率因数为一定值，空载功率因数为一定值，空载与负载时二次侧端电

20、压载与负载时二次侧端电压之差，用二次侧额定电压之差，用二次侧额定电压的百分值表示，即的百分值表示，即2022N21N22N2N1N100%100%100%UUUUUUuUUU电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之一电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之一, ,它大小反映了它大小反映了供电电压的稳定性。供电电压的稳定性。1N21N21Ncossin100%ssI rIxuU 式中式中 11N/II为负载系数为负载系数 可见电压变化率的大小与负载大小、性质及变压器的本身参数有关。可见电压变化率的大小与负载大小、性质及变压器的本身参数有关。当I2=I2N, =1时2()uf 2 2、变压器的

21、效率、变压器的效率21100%PP121112100%100%(1)100%(1)100%PpppPPPPPp式中式中FeCuppp常用的几个假设：常用的几个假设：、在额定电压下，空载损耗、在额定电压下，空载损耗P0作为铁耗作为铁耗PFe,并认为铁耗不随并认为铁耗不随负载而变化。负载而变化。、额定电流时的负载损耗、额定电流时的负载损耗Ps作为额定电流时的铜耗作为额定电流时的铜耗PCu,，并认为负载铜耗与负载系统并认为负载铜耗与负载系统的平方成正比，故有的平方成正比，故有Pcu= 2Ps、计算时，怱略了负载运行时的二次电压的变化，即、计算时，怱略了负载运行时的二次电压的变化，即22222222coscoscosNNNNPmUIm UIS第八节第八节 自耦变压器与互感器自耦变压器与互感器一、自耦变压器一、自耦变压器自耦变压器仅有一个绕组，其一、二次自耦变压器仅有一个绕组，其一、二次绕组之间既有磁的耦合，又有电的联系。绕组之间既有磁的耦合，又有电的联系。1 1、工作原理、工作原理实质上，自耦变压器就是利用一个绕实质上，自耦变压器就是利用一个绕组抽头的办法来实现改变电压的一种组抽头的办法来实现改变电压的一种变压器。变压器。额定容量额定容量N1N 1N2N2NSUIUI电压比电压比12121N2