西南交大电机学2变压器

1、变压器变压器Transformer电气工程学院 郭冀岭乡镇变电所铁路变电所箱式变电站大型变压器大型变压器电力变压器电力变压器试验室调压变压器试验室调压变压器电源用变压器电源用变压器单相变压器单相变压器各种小型变压器各种小型变压器变压器n变压器的基本原理 n三相变压器n三相变压器运行n特种变压器1 变压器的基本原理 Basic Therory of Transformern变压器的结构与工作原理n变压器空载运行分析 n变压器负载运行分析n标幺值n变压器参数测定n变压器运行特性一次，一次，初级，初级，原边原边二次，二次，次级，次级，副边副边dtdNe 电源电源1.1 变压器的结构与工作原理 Str

2、ucture & Operation Principle(1) (1) 变压器的工作原理变压器的工作原理 Basic Operation PrincipleBasic Operation Principlen电磁感应原理 n两个绝缘绕组套在同一铁心上 n磁耦合 n静止装置n用途用途q电力变压器电力变压器 n升压、降压、联络、厂用升压、降压、联络、厂用 q仪用互感器仪用互感器 n电压互感器、电流互感器电压互感器、电流互感器 q特种变压器特种变压器 n脉冲变压器、调压器、试验、电炉变压器、脉冲变压器、调压器、试验、电炉变压器、整流、电焊变压器、矿用、船用等整流、电焊变压器、矿用、船用等 n

3、绕组数目绕组数目 q双绕组、三绕组、多绕组、自耦等双绕组、三绕组、多绕组、自耦等(2)(2)变压器的分类变压器的分类 ClassificationClassification电力变压器电源变压器环形变压器接触调压器控制变压器三相干式变压器n铁心结构铁心结构q心式心式 壳式壳式 n相数相数q单相、三相单相、三相 n冷却方式冷却方式 q油浸、干式、充气油浸、干式、充气 n容量容量 q小型：小型：10630kVA q中型：中型：8006300kVA q大型：大型：800063000kVA q特大型：特大型：90000kVA以上以上电力变压器的用途：电力变压器的用途：升压升压降压降压本章研究对象：本章

4、研究对象：油浸电力变压器油浸电力变压器经济地经济地输送输送电能电能合理地合理地分配分配电能电能安全地安全地使用使用电能电能配电配电n铁心：磁路 n绕组：电路 n绝缘套管：引出线由绕组到箱外的绝缘体 n油箱及附件：油箱、储油柜、安全气道 (3)(3)变压器的基本结构变压器的基本结构 Basic Structure Basic Structure铁心铁心绕组绕组绝缘套管绝缘套管放油阀门放油阀门分接开关分接开关安全气道安全气道储油柜储油柜气体继电器气体继电器吸湿器吸湿器铁心铁心绕组绕组储油柜储油柜放油阀门放油阀门铁心铁心1）变压器铁心变压器铁心 Core Core n作用作用q主磁路主磁路+机械骨架

5、机械骨架 n材料材料q(冷冷/热轧热轧)硅钢片硅钢片q0.350.5mm+0.010.13mm漆膜漆膜 n型式型式q心式（绕组包铁心）心式（绕组包铁心）q壳式（铁心包绕组的顶、底和侧面）壳式（铁心包绕组的顶、底和侧面） 铁铁心心柱柱铁铁心心柱柱铁铁 轭轭铁铁 轭轭11112222心式变压器心式变压器低压绕组低压绕组高压绕组高压绕组 (b) 单相心式变压器示意图单相心式变压器示意图 core type transformer心柱截面也可是内接于圆的多级矩形，铁轭与心柱截面相等。铁轭铁轭 铁轭铁轭 壳式变压器壳式变压器 shell type transformer铁铁 铁铁 铁铁 心心 轭轭 柱柱

6、 轭轭1122 单相壳式变压器单相壳式变压器 绕组绕组2）变压器绕组变压器绕组 transformer winding transformer windingn作用q电路部分，完成能量转换 n材料q铜或铝绝缘导线 n型式q同心式 制造简便 使用普遍n圆筒式 螺旋式 连续式 纠结式q交叠式 机械强度高 漏抗小n饼式n装配q低压绕组靠着铁心，高压绕组套在低压绕组外面，高低压绕组间设置有油道(或气道)，以加强绝缘和散热。q将绕组装配到铁心上成为器身绝缘套管绝缘套管分接开关分接开关3 3）绝缘套管绝缘套管 Isolation Tuben作变压器的引线从油箱内穿过油箱盖时，必须经过绝缘套管，以使高压引线

7、和接地的油箱绝缘。n绝缘套管一般是瓷质的，为了增加爬电距离，套管外形做成多级伞形，结构取决于电压等级q1kV以下采用实心瓷套管q10kV35kV套管采用空心充气或充油式套管q110kV以上采用电容式套管n分接开关n连接以及切换变压器分接抽头的装置，称为分接开关。 n分接开关的作用是调节变压器的高压绕组的匝数在额定值的5%或2.5%的范围内变化，从而改变低压侧的电压，以充分适应用户对电压的需要。q无励磁分接开关 断电状态操作q有励磁分接开关 带电状态也可操作放油阀门放油阀门安全气道安全气道储油柜储油柜气体继电器气体继电器吸湿器吸湿器4 4）油箱）油箱 Oil Box Oil Box 除干式变压器

8、以外，电力变压器的器身都放在油箱中，箱内充满变压器油，其目的是提高绝缘强度(因变压器油绝缘性能比空气好)、加强散热。 变压器油要求：介电强度高、着火点高、黏度小，水分和杂质含量低，指标符合国家标准。 配套的油路：油箱、储油柜（油枕）、放油阀门、吸湿器、气体继电器、安全气道。电力变压器电力变压器铭牌铭牌铁芯的交叠装配铁芯的交叠装配n单相变压器铁心叠法，偶数层刚好压着奇数层的接缝，从而减少了磁路和磁阻，使磁路便于流通 接缝处气隙小n可以避免涡流在钢片之间流通(4)(4)变压器制作过程变压器制作过程 Manufacturing ProcessManufacturing Processn三相芯式变压器

9、的铁心排列法，主要使叠缝相互交叠，从而减少磁路的磁阻 变压器铁芯的压制变压器铁芯的压制变压器组装过程变压器组装过程装配装配绕组绕组绕组整合绕组整合套入铁芯套入铁芯合成器身合成器身完成装配完成装配额定值（铭牌值）：正常工作的使用规定。 (5)(5)变压器的额定值变压器的额定值 Rated ParametersRated Parametersn额定电压 U1N / U2N 单位： V/kVq指空载电压的额定值q即当 U1 = U1N 时, U20 = U2N q如铭牌上标注: 电压 10 000 / 230 V q 三相变压器是指线电压n额定电流 I1N / I2N 单位：Aq指满载电流值，即长期

10、工作所允许的最大电流q 三相变压器是指线电流。n额定功率（额定容量） SN 单位：W/kWq指视在功率的额定值。 n额定频率 fN 单位：Hzq一般： fN = 50Hz（工频）n效率n温升n相数n连接组号单相变压器：单相变压器：三相变压器：三相变压器：N2N2NN1N1NUSIUSI ，N2N2NN1N1NU3SIU3SI ，n型号O S F P S Z 250000/220自耦三相风冷强迫油循环高压侧220kV额定容量250MVA有载调压三绕组(6)(6)变压器的发热与冷却变压器的发热与冷却 Heating & CoolingHeating & Coolingn变压器的发热

11、q铁心损耗 绕组铜损 附加损耗q产生热量与散发热量相等时，温升达到稳定值q油浸式电力变压器一般采用A级绝缘材料，最高允许温度105，温度每超过8(加速老化),寿命减半n变压器的冷却q油浸自冷式 油自然对流 7500kVA以下q油浸风冷式 加装风扇 10000kVA以上q强迫油循环 油泵至冷却器 50000kVA以上分析步骤：电磁关系分析步骤：电磁关系基本方程基本方程等效电路等效电路相量图相量图1.2 变压器的空载运行分析 Analysis of no-load operation(1)(1)空载运行相关问题空载运行相关问题( (正方向规定正方向规定) ) Reference Direction

12、 Reference Direction 空载运行空载运行：一次绕组接交流电源，二次绕组开：一次绕组接交流电源，二次绕组开路，负载电流为零。路，负载电流为零。 n正方向规定正方向规定q一次绕组按电动机惯例定向 q二次绕组按发电机惯例定向 q磁通正方向与产生它的电流的正方向符合右手关系 q感应电动势与产生它的磁通的正方向符合右手关系注：磁场仅由一次电流确定注：磁场仅由一次电流确定主磁通:通过铁心同时与一、通过铁心同时与一、二次绕组交链二次绕组交链漏磁通：漏磁通：仅与绕组仅与绕组自身交链自身交链思考：主磁通与漏磁通的区别？思考：主磁通与漏磁通的区别？ 考虑三方面：性质、作用、数量考虑三方面：性质、

13、作用、数量(2)(2)变压器空载运行电磁关系变压器空载运行电磁关系 Electomagnetic Analysis Electomagnetic Analysisn主磁通和漏磁通的区别 difference between main flux & leakage fluxq所经磁路的磁阻不同 n主磁通沿铁心闭合，磁阻为非常数，存在饱和现象，与i0呈非线性关系；n漏磁通主要沿非铁磁材料(油、空气)闭合，磁阻为常数，1与i0呈线性关系。 q所起的作用不同：n主磁通同时与一次侧绕组、二次侧绕组相交链，起能量传递媒介的作用；n漏磁通1仅与一次侧绕组相交链，不能传递能量，仅起电压降的作用。 q大

14、小不同：n主磁通占总磁通的绝大部分；n漏磁通只占很小的一部分。 变压器重要参数：变压器重要参数：变比变比 2121201NNEEUUkdtdNdtdNRieeRium111110111101dtdNeum2220111m1 sin-2sin -22mdeNN tEtdt m222m2 sin -2sin -22deNNtEtdt m1m1144. 4221fNNfEm2m2244. 4221fNNfEtm sin=mm电势与磁通的关系：11m44. 4fNU(3)(3)各物理量的分析（各物理量的分析（u u为正弦量为正弦量相量法分析相量法分析） Analysis of EMF,Flux,Exc

15、iting current Analysis of EMF,Flux,Exciting current主磁通的决定因素主磁通的决定因素n结论：影响主磁通大小的因素是电源电压U1、电源频率f和一次侧线圈匝数N1，与铁心材质及几何尺寸基本无关。 m1m1144. 4221fNNfE11m44. 4fNU1111101eeeRiu磁通和励磁电流（空载电流）的关系：i0i01t i激磁电流：产生主磁通所需要的电流。n空载电流的波形空载电流的波形q电网电压为正弦波，铁心中主磁通亦为正弦波若铁心不饱和(Bm1.3T)空载电流i0 也是正弦波q对于电力变压器，Bm=1.4T 1.73T，铁心饱和q励磁电流呈

16、尖顶波，除基波外，还有较强的三次谐波和其它高次谐波n在交流铁芯线圈中，当交变磁通按照正弦规律变化时，受到饱和磁路的影响，线圈中的电流会发生畸变，并成为尖顶波，这就是所谓的交流磁路电流畸变。n要分析电流的变化规律q（1）分析磁通与电流之间的关系q（2）分析磁通与时间之间的关系q（3）确定电流与时间之间的关系05010015020025030035040000.511.522.53IA/cmPHIWb05010015020025030035040001234IA/cmts00.511.522.533.500.511.522.53tsPHIWbn励磁电流小结q(1)理想情况 铁心磁路不饱和且无铁耗n

17、磁化曲线为直线，励磁电流与主磁通为线性关系，即U为正弦电压，励磁电流和主磁通均为同相正弦波q(2)磁路饱和，不计铁耗n磁化曲线有饱和部分，励磁电流为尖顶波，与磁通同相位q(3)磁路饱和，计铁耗n磁化曲线为磁滞回线，励磁电流为扭曲的尖顶波，且超前主磁通一个小角度Fe Fe0pp 空空载载损损耗耗 有功分量有功分量无功分量无功分量FemIII 2Fe2mIII n非正弦空载电流的正弦等效处理非正弦空载电流的正弦等效处理q引入等效正弦励磁电流Im代替i0，以建立线性正弦等值电路。n条件q有效值相等； q基波同频同相； q有功功率大小不变。FemIIImmmmmIZIjxRNjE)(m11励磁阻抗励磁

18、阻抗 参数物理意义： Rm：对应铁耗的等效电阻。 Xm：表示铁心磁化性能。 Zm：前两者的综合参数。有功分量无功分量FemIII22FemIII产生主磁通产生主磁通代表铁耗代表铁耗励磁电阻励磁电阻 励磁电抗励磁电抗 注意：参数不是常数！注意：参数不是常数！n励磁阻抗的导出励磁阻抗的导出漏磁通和励磁电流（空载电流）的关系： 11e11111ENj N 11mEI 1m1EjxI 一次一次漏电抗漏电抗漏电抗物理意义漏电抗物理意义：漏磁通对电路的电磁效应。：漏磁通对电路的电磁效应。dtdNdtdNRieeRium1111101111011110101010mmUI REEI Rj I xIjxR有功

19、有功无功无功一次侧漏抗一次侧漏抗铁耗铁耗励磁励磁励磁阻抗励磁阻抗+ + - - 1U 1R1x 1E 1E mxmR(4)(4)一次侧等效电路与相量图一次侧等效电路与相量图 equivalent electric circuit of primary side& phasor diagram nRm和Xm都不是常数，随铁心饱和程度变化n电压升高时，铁心更加饱和。Rm和Xm都随外施电压的增加而减小。n实际上，当变压器接入的电网电压在额定值附近变化不大时，可以认为Zm不变。 空载运行相量图空载运行相量图phasor diagram on no-loadphasor diagram on n

20、o-load 若铁心中没有损耗，与主磁通 同相位。 但由于主磁通在铁心中交变，产生涡流损耗和磁滞损耗，合称为铁耗pFe。 此时 将领先 一个角度 。 0Im0ImFem IFe I0 R1 I0 U1 Iu 励磁分量励磁分量 E2 E1 -E1 jX1 I0 漏抗漏抗 -I0jXm铁耗角铁耗角 -I0 Rm 励磁阻抗励磁阻抗m IFe I0 R1 I0 U1 Iu 励磁分量励磁分量 E2 E1 -E1 jX1 I0 漏抗漏抗 -I0jXm铁耗角铁耗角 -I0 Rm 励磁阻抗励磁阻抗【例例】n问题：问题：220V/50Hz220V/50Hz的变压器空载接到的变压器空载接到440V/50Hz440

21、V/50Hz的电源上，后果如何？的电源上，后果如何？ n问题：问题：220V/50Hz220V/50Hz的变压器空载接到的变压器空载接到220220直直流电源上，后果如何？流电源上，后果如何？分析步骤：电磁关系分析步骤：电磁关系基本方程基本方程等效电路等效电路相量图相量图1.3 变压器的负载运行分析Analysis of load operation 2E 1E1E2E22RI11RI 2 1m 1N2NLZ2I2N1N1N2F1F1I1U注：磁场由一次、二次电流共同确定。注：磁场由一次、二次电流共同确定。(1)(1)变压器负载运行电磁关系变压器负载运行电磁关系 Electomagnetic

22、Analysis 0112211ININININm(2)(2)变压器基本方程变压器基本方程 Main EquationsMain Equationsn磁势方程磁势方程 MMF Equationq其一次绕组漏阻抗压降I1Z1很小，负载时仍有U1E1=4.44fN1m，故铁心中与E1相对应的主磁通m近似等于空载时的主磁通，从而产生m的合成磁动势Fm与空载磁动势F0近似相等，负载时的励磁电流与空载电流I0也近似相等。021FFFFm将上式两边同除以N1 ,得LIIkIIIINNII1020101221)()(n变压器一次侧电流I1有两个分量q励磁电流I0 用于建立变压器铁心中的主磁通mq负载分量I1

23、L 用于建立磁动势N1I1L,去抵消二次侧磁动势N2I2 0112211ININININmFemmI2Ik1I2Ik211122222222211111111144. 4)()(EEkZIfNjEjXRIURIEUEjXRIERIEEUmmm问题：如何得到一个连通的等效电路？问题：如何得到一个连通的等效电路？绕组折算绕组折算 n电势方程电势方程 EMF Equation(3)(3)变压器绕组折算变压器绕组折算 winding referringwinding referringn绕组折算绕组折算q将一、二次绕组匝数变换为同一匝数的方法。n折算方式q一次二次q二次一次n折算原则q磁场不变q能量关

24、系不变折算关系（二次折算关系（二次一次）：一次）：222RkR 电势、电压的折算：电势、电压的折算： kNNNNEE2122222222kUUkEE，电流的折算（磁场不变）：电流的折算（磁场不变）： 2222ININkII22阻抗的折算（能量不变）：阻抗的折算（能量不变）： 222222)(IrIr：有功耗能不变222222)(IxIx：无功储能不变222XkX 21mmm1110m21222222222111111111EEZIfN44. 4jEIIII)jXR(IURIEUE)jXR(IERIEEU (4)(4)变压器绕组折算后的基本方程式变压器绕组折算后的基本方程式 Equations

25、after winding referring Equations after winding referring 项目项目 折算前折算前 折算后折算后 一次侧一次侧 电压方程电压方程 二次侧二次侧 电压方程电压方程 电流关系电流关系 感应电动势感应电动势 感应电动势感应电动势 的关系的关系 输出电压输出电压U1 =E1Z1I1 U1 =E1Z1I1 U2 = E2Z2I2 U2 = E2 Z2I2 N1I1N2I2 = N1I0 I1I2 = I0 E1 =ZmI0 E1 =ZmI0 E1= kE2E1 = E2U2 = ZLI2 U2 = ZLI2 (5)(5)变压器等值电路推导变压器等值

26、电路推导 equivalent electric circuitequivalent electric circuit m 变压器的变压器的T型等值电型等值电路路一般一般I1NZ10.08U1N 时时采用采用 忽略忽略I0采用采用 (6)(6)变压器近似等值电路变压器近似等值电路 型等效电路：简化等效电路：approximate equivalent electric circuit 【例例】一台单相变压器，一台单相变压器，U1N /U2N = 380/190 V，Z1 = ( 0.4j0.8 ) ，Z2 = ( 0.15j0.3 ) ，Zm = ( 600j1 200 ) ，ZL = ( 7

27、.5j4.75 ) ，当一次绕，当一次绕 组加上额定电压组加上额定电压 380 V 时，时，试分别用试分别用T 型等效电路和简化等效电路求负载电流和电压的型等效电路和简化等效电路求负载电流和电压的实际值。实际值。解：解：(1) 用用T 型等效电路型等效电路k =U1N U2N = = 2 380 190Z2 = k2Z2 = 22 (0.15j0.3) = (0.6j1.2) ZL = k2ZL = 22 (7.5j4.75) = (30j19) = 35.5 32.35O 电路总阻抗电路总阻抗 Zd = Z1 Zm (Z2 ZL) Zm Z2 ZL = 36.6 34.88O I1 =U1

28、Zd = A36.6 34.88O 380 0O = 10.38 34.88O A E2 = E1 = Z1I1U1 = ( 0.4j0.8 ) V 10.38 34.88O 380 0O = 376.62 180.72O V I2 = E2 Z2ZL = 10.27 147.3O A I2 = kI2 = 210.27 A = 20.54 AU2 = |ZL| I2 (2) 用简化等效电路用简化等效电路 ZS = Z1Z2 = (1.0j2.0) = 182.35 V= 7.524.752 20.54 V= 10.15 34.1O A I1 =I2 = U1 ZSZL I2 = kI2 =

29、210.15 A = 20.3 A U2 = |ZL| I2 = 180.22 Vm 12EE 1E 1I mI 2I 1U 2U 2I1 2 11RI 11xIj 22xIj 22RI (7)(7)变压器向量图变压器向量图 phasor diagramphasor diagram 已知U2、I2、 ，变压器参数k、R1、X1、R2、X2、Rm、Xm 。绘出相量图 2U2I222R I 22jI X2EFemmI2I1I11I R1E11jI X1U1变压器相量图变压器相量图(cos2滞后滞后)1E 2cos画出 ； 22,IU在 相量上加上 得到 ； 2U2222XjIRI2E12EE画出领

30、先 的主磁通 ；1 90Em根据 画出 ，领先 一个铁耗角 ；mmZEI/1mImFe画出 与 的相量和 ；2ImI1I画出 ，加 得到1E1111XI jRI1U 设：设： U2 = U2 0 U2I2 电感性负载电感性负载 2E1 = E2R2I2jX2I2E1 I0I2I1 R1I1jX1I1 1U1 从相量图可以看出， 变压器原边电压 与电流 的夹角为 称为变压器负载运行的功率因数角， 称为变压器的功率因数。 对于运行的变压器，负载的性质和大小可影响变压器功率因数。1U11cos2滞后,cos 21 电容性负载电容性负载 U2I2E1 = E2 R2I2 jX2I2 I0I2 U1 2

31、E1 I1 R1I1 jX1I1 1 电阻性负载电阻性负载 U2I2E1 = E2R2I2jX2I2I0I2U1E1 R1I1jX1I1 1I1 2=0,cos 2=12超前,cos 2Z1 ，可忽略Z1 ，1010IUzmmmzzz1则有：励磁阻抗功率损耗基本上为无功励磁损耗，即铁耗，故励磁电阻2mIpr1010k =U1U2 励磁电抗2m2mmrzx短路试验短路试验 short-circuit testshort-circuit test： kIkpkU（1 1）短路试验接线图）短路试验接线图n试验一般在高压侧做； n电压由低调节到高时，测量电压、电流和功率损耗的相应数据； n一般要求测量

32、出额定电流时的相对应数据； （2 2）试验做法及测量对象）试验做法及测量对象（3 3）测量数据的处理）测量数据的处理 短路试验时，Uk很低（4%10%U1N），铁心中主磁通很小，励磁电流可忽略，铁耗也可忽略。从电源输入的功率Pk等于铜耗，亦等于负载损耗。 mz/zz22短路阻抗2kkkIpr22kkkrzx.rrkCk5234755234752k2CkCkxrz7575短路电阻短路电抗考虑温度影响的短路电阻考虑温度影响的短路阻抗kkkIUzzz1121n短路电压q短路试验时，使短路电流为额定电流时一次侧所加的电压，称为短路电压UK，即额定电流在短路阻抗上的压降，亦称作阻抗电压。 q常用其百分比

33、表示：q中、小型变压器：（410.5）%q大型变压器： （12.517.5）%UUUNkNk100%1（4 4）短路电压（阻抗电压）短路电压（阻抗电压）n短路电压与短路阻抗的关系nuk对变压器运行性能的影响：q短路电压大小反映短路阻抗大小 q 正常运行时希望小些 ，电压波动小 ； q 限制短路电流时，希望大些。*175117517511*%100%100kNkNNkNkNNkNkZZZIUZUZIUUuUk =Uk U1N100% 用标幺值表示用标幺值表示:标幺值标幺值 = 实际值实际值 基值基值用百分数表示用百分数表示:Uk* =Uk U1N阻抗电压的标么值：阻抗电压的标么值： 用短路阻抗模

34、的标幺值表示用短路阻抗模的标幺值表示:Uk* =Uk U1N= |Zk | I1N U1N= |Zk | U1N / I1N= |Zk|*n铭牌上的标注方法求折算至高压侧的求折算至高压侧的 |Zm|、Rm、Xm 和和 |Zk| 、Rk、Xk。 【例例】 一台三相变压器，一台三相变压器， SN = 1 000 kVA，U1N / U2N = 10 000/231 V，I1N / I2N = 43.3 / 1 874 A。Y,d 联结。联结。 室温为室温为 20o C，绕组为铜线，试验数据如下表：，绕组为铜线，试验数据如下表： 试试 验验 线电压线电压/V 线电流线电流/A 功率功率/W 备备 注

35、注 空载试验空载试验 231/10 000 103.8 3 800 电压加在低压侧电压加在低压侧 短路试验短路试验 440 43.3 10 900 电压加在高压侧电压加在高压侧= 3.83 Xm =|Zm |2Rm2 U20U1N k =10 000 / 3 231= = 25 折算至高压侧折算至高压侧 Zm = 2523.85 = 2 406 Rm = 2520.35 = 219 Xm = 2523.83 = 2 394 | Zm | =U1 I0= = 3.85 231 103.8 /3 Rm =p0 / 3 I02= = 0.35 3 800 / 3 (103.8 /3 )2 解：解：

36、(1) 由空载试验求得由空载试验求得Xk =| Zk | 2Rk2 = 5.54 折算至折算至75 Rk = 1.94 = 2.36 234.5 +75 234.5 +20Xk = 5.54 | Zk | = Rk2Xk2 = 6.022 | Zk | =Uk IkRk =pk / 3 Ik2= = 1.94 10 900 / 3 43.32= = 5.87 440 / 3 43.3(2) 由短路试验求得由短路试验求得n定义：当电源电压和负载功率等于常数时，二次侧端电压随负载电流变化的规律。1.6 变压器的运行特性 Operation Characteristics（1）外特性）外特性 vol

37、tage regulation characteristic1222()cosUCUf IC内内部部阻阻抗抗的的存存在在：变变化化变变化化不不变变、221UIUn变压器内部存在电阻和漏抗，负载电流通过时，变压器内部将产生阻抗压降，使二次侧端电压随负载电流变化而变化。n二次侧端电压不仅与负载电流大小有关，还与负载性质有关。U2 I2 O U2Ncos2=1(电阻性电阻性) cos2= 0.8(电感性电感性)cos2= 0.8(电容性电容性) I2N U2外特性一般用电压调整率来表示。n电压调整率 定义：保持一次侧电压额定、负载功率因数为常数，从空载到负载时二次侧电压变化的百分比。n电压调整率 意

38、义：表征电网电压的稳定性，反表征电网电压的稳定性，反映电能的质量。映电能的质量。2021221100%100%NNNUUUUuUU （2）电压调整率）电压调整率 voltage regulationn电压调整率 计算q（使用简化等值电路和相量图计算时）_1211100%/NNNUUuab UU NkkUxIRI12222sincosNNNkkIUIxIRI1112222sincos100%)coscos(2*2*kkXRIn电压调整率决定因素q负载系数q短路参数q负载功率因素02 02 100%)sincos(100%)sincos(2*2*2*2*kkkkXRXRIun变压器的电压调整q为保

39、证二次侧端电压的变化在允许范围内，变压器高压侧设置抽头，并装设分接开关来改变高压侧的工作匝数q中小型电力变压器一般有三个分接头：UNUN5%q大型电力变压器一般有五个或多个分接头q分接开关分无载和有载两种高压分接头（3 3）变压器运行功率关系）变压器运行功率关系 power equationspower equationsn功率功率q电源输入变压器的有功功率电源输入变压器的有功功率q变压器输出的有功功率变压器输出的有功功率q损耗损耗1111cosIUP 2222cosIUP FeCuppPP21n损耗损耗 lossq铜损铜损pcun包括基本铜耗（原副边绕组通过电流的电阻损耗）和附加铜耗n由于p

40、Cu I2，铜损耗为可变损耗 q铁损铁损pFen包括基本铁损（铁心涡流损耗和磁滞损耗）和附加铁耗npFe m、f 等，当 U1、f 均不变时，铁耗为不变损耗22 2121222121RIRIRIRIpCupCu = Rk I12 = Rk I22 （用简化等效电路） = 2 pk （用短路试验） pFe = Rm I02 （用 T 型等效电路） = p0（用空载试验） n 变压器效率 定义： =(P2P1)100 %=1- p(P2+ p)100 % n 在用上式计算效率时，作以下几个假定q1）以额定电压下空载损耗p0作为铁耗，并认为铁耗不随负载而变化q2）以额定电流时的负载损耗pk作为额定负

41、载电流时的耗，并认为铜耗与负载系数的平方成正比q3） 计算P2时，忽略负载运行时二次侧电压的变化 (4) (4) 变压器运行效率变压器运行效率 operation efficiency operation efficiency 12PP CuFeCuFeppIUpppPppPP222222cos11: 95%99%间接法间接法kNkpIpISpIp2*202*22*20cos1n 变压器效率 计算：kNkppSpp20220cos1kNNNkkNkpIpIIIUpIppIpIUpIp2*20222222*202*202222*20cos1cos1CCUIf212cos)(结论：不变损耗可变损耗

42、时，效率达最大值。结论：不变损耗可变损耗时，效率达最大值。 最大效率：最大效率：0*2dddIdkpIp2*20kmmppI0*2n 变压器效率 特性：/kmNmkmNmkmNmkmpSppSpppSpp22202020220max2cos212cos21cos12 三相变压器 Three-phase Transformern三相变压器联接组n三相变压器的磁路n三相变压器电动势 n三相变压器参数测定三相变压器分析方法三相问题三相问题单相问题单相问题对称负载对称负载相值相值三相解三相解相值相值单相解单相解相值相值线线值值相值相值n三相变压器绕组的联结不但是构成电路的需要，还关系到一次侧、二次侧绕

43、组电动势谐波的大小以及并联运行等问题。n联结组：联结法（联结方式）+联结组号q联结法 q联结组号：表示高、低绕组线电动势之间相位差2.1 三相变压器电路联结组Connectionn与联结组号相关因素q绕组的联结法 绕组的绕向同名端问题 绕组的标法绕组名称首端末端中性点高压绕组A，B，C X，Y，ZO 低压绕组a，b，cx，y，zo （1 1）联结法）联结法 connection method connection methodY接(带中线Yn联接)d接/接C CA AB BZ ZX XY YY Y型（星形）型（星形）A AB BC CX XY YZ ZDD型（三角形）型（三角形）三相变压器电路

44、接线方式：三角星型(D,y 联接)、星星型(Y,y 联接)、三角三角(D, d 联接)、星三角(Y,d 联接) 。（2）同名端及其性质）同名端及其性质 i1i2*E1E2n同名端同名端q若两绕组电流在铁心内产生若两绕组电流在铁心内产生的磁通同向，则定义两电流的磁通同向，则定义两电流的流入端为两耦合绕组的同的流入端为两耦合绕组的同名端。名端。n性质性质q同名端上感应电动势极性永同名端上感应电动势极性永远相同。远相同。n推论推论q若以同名端作参考点看的相若以同名端作参考点看的相位，则位，则E1和和E2同相；若以异同相；若以异名端为参考点，则名端为参考点，则E1和和E2的的相位差为相位差为180度电

45、角度。度电角度。 * * *E EAE EuAXax+ +- -+ +- -V VE EAE Ea0V减极性联接减极性联接* * *E EAE EuAXxa+ +- -+ +- -V VE EAE Ea0V加极性联接加极性联接n一相心柱上一、二次侧绕组的联结方式一相心柱上一、二次侧绕组的联结方式* * *E EAE EaXAax+ +- -+ +- -V VE EAE Ea0V加极性联接加极性联接* * *E EAE EaXAxa+ +- -+ +- -V VE EAE Ea0V减极性联接减极性联接（3 3）变压器的联结组号的定义）变压器的联结组号的定义 connection symbol c

46、onnection symboln联接组号q高压侧的线电压与低压侧对应的线电压之间的相位关系，常用“时钟表示法”表示。q把高、低压绕组两个线电压三角形的中心重合，把高压侧线电压三角形的一条中线作为时钟的长针，指向12，把低压侧电压三角形对应中线作为短针的钟点号就是该联接组的联接组号。n高低压绕组都绕在同一个铁心柱上，被同一主磁通所交链在高低压绕组感应电动势相位关系只有两种：qEA与Ea同相位qEA与Ea反相位 （4 4）单相变压器联结组）单相变压器联结组 connection of single-phase transformerconnection of single-phase trans

47、former物理电路 向量图 等效电路物理电路 向量图 等效电路同相：时针指向0点，联接组号为0，联接组为Ii0。反相：时针指向6点，联接组号为6，联接组为Ii6。q规律n高低压两绕组的同名端同标记，EA与Ea同相位n高低压两绕组的同名端异标记，EA与Ea反相位q时钟表示法n将高压绕组电动势相量作为分针指向0点n将低压绕组电动势相量作为时针n看时针所指nIi代表高低压绕组为单相n三相变压器 q采用时钟表示法n高压绕组的线电动势 (任取一个) 作分针，指向12点；n低压绕组对应的线电动势作时针n钟点数即为联结组号q三相变压器联结组判断方法q由三相变压器联结组号画出三相变压器电路图（5 5）三相变

48、压器联结组）三相变压器联结组connection of three-phase transformern两种典型联结组nY,y0nY,d11n1) 由联结图确定联结方式。 n2) 在联结图上标出高、低压绕组的线电动势和相电动势，同名端。 n3) 画出高压绕组的电动势相量图。q星形联结时相电动势画成 Y 形，三角形联结时相电动势画成 形。n4) 画出低压绕组的电动势相量图。q先画相电动势相量，再画线电动势相量。 n5) 判断联结组号，写出联结组。q找出某个对应的高、低压绕组的线电动势的相位差，确定钟点数。 （6 6）三相变压器联结组判断方法一）三相变压器联结组判断方法一 Judgement wa

49、y 1Judgement way 1abcABCEAEBEC1212一次侧：一次侧：D逆相序联结：逆相序联结：A头头B尾尾B头头C尾尾C头头A尾尾【例例1 1】三角星型三角星型(D,y (D,y 联接联接) )各心柱减极性联接各心柱减极性联接二次侧：二次侧：ABC第一步第一步1、作一次侧电位升位图、作一次侧电位升位图:以以BA为为垂线垂线,代表代表12点方向。点方向。即二次侧相电势滞后一次侧即二次侧相电势滞后一次侧30度。度。2、按绕组首尾、按绕组首尾联接关系和箭联接关系和箭头指同名端画头指同名端画图。例如：同图。例如：同名端在名端在A头头,箭箭头由头由A尾尾(C头头)指向指向A头。头。B A

50、C第二步第二步XYZBAEAB第四步：连接第四步：连接a-b, a-b和和AB比比较即可得组别：较即可得组别： D，y-1 第三步第三步二次侧：按一次侧图二次侧：按一次侧图平行作图。平行作图。Y联结时联结时箭头均指离中心点。箭头均指离中心点。同名端在字母侧时箭同名端在字母侧时箭头方向与一次侧相同头方向与一次侧相同例：例：b相绕组对应相绕组对应A，c对对B，a对对CabcyzxEab作图步骤：箭头方向与一次侧相反。箭头方向与一次侧相反。例：例：c c相绕组对应相绕组对应A A，a a对对B B，b b对对C C；比较比较a-ba-b和和A AB B ，得联，得联结组别结组别: :D D，y-7y

51、-7a ab bc cA AB BC CE EA AE EB BE EC C1212B B A AC CX XY YZ ZB BA AE EABAB同名端不在字母侧时：a ab bc cE EababB B A AC CX XY YZ ZB BA AE EABABE EBCBCE ECACA结论：一、二次侧的相序必须同为正相序或同为逆相序。结论：一、二次侧的相序必须同为正相序或同为逆相序。相序不一致的后果：造成相位错乱。相序不一致的后果：造成相位错乱。一次侧：一次侧：D D相序：相序：B BA AC CY Y相序相序: :a ab bc c一、二次侧相序不一致时：a ab bc cB BA A

52、C CE EA AE EB BE EC C1212a ab bc cE Eabab滞后滞后150150度度E Ebcbc滞后滞后270270度度E Ecaca滞后滞后3030度度联结组别：联结组别：Y,y-12Y,y-12【例例2 2】星星型星星型(Y,y (Y,y 联结联结) )：a ab bc cA AB BC CE EA AE EB BE EC C1212A ABC C第一步第一步第二步第二步B B A AC CX X Y YZ ZB BA AE EABAB第三步第三步b b a ac cx x y yz zb ba aE Eababn采用不同的联结方式，可实现一、二次侧电动势相位在36

53、0度范围内以30度级差的有级调节。B B A AC CX XY YZ ZB BA AE EABABD D，y-9y-9b bc ca aA AB BC CE EA AE EB BE EC C1212c cb ba az zx xy yE Eabab【例例3 3】调节调节bcaABCEAEBEC1212Y，y-8abcABCEAEBEC1212Y，y-0cabABCEAEBEC1212Y，y-4n1) 由联结图确定联结方式 n2) 在联结图上标出同名端，相电压方向。 n3) 判断同一相的相电压相位，画出高、低压绕组的线电压三角形，并将两个三角形重心重合。n4) 根据高、低压绕组线电压三角重心重合

54、后的对应中性线位置，确定联结组号。（7 7）三相变压器联结组判断方法二）三相变压器联结组判断方法二 Judgement way 2Judgement way 2n确定为Yy联接法n确定同名端和相电压方向n画出高压侧三角形n画出低压侧三角形（注意对应相）n重心重合，读出联接组号abcABCUAUBUC1212uaubucYZXxyzACBacbNnUAuaACBNacbnYy0Yy 型0n确定为Yd联接法n确定同名端和相电压方向n画出高压侧三角形n画出低压侧三角形（注意对应相）n重心重合，读出联接组号ACBabcNxUAuaACBNYd11Yd 型11abcABCUAUBUC_+1221uaub

55、ucYZXxyzyzabcn补充q为制造和并联运行方便，我国规定Y/yn0,Y/d11,YN/d11,YN/y0和Y/y0五种作为标准联接组q我国国家标准规定对1600kVA以下的配电变压器采用Yy0、Dy11，而大于1600kVA的电力变压器采用Yd11、Dy11qY/yn0二次侧可引出中线，成为三相四线制，用于配电变压器时可兼供动力和照明负载，故产生不对称qY/d11用于二次侧电压超过400V的线路中，此时变压器有一侧结成三角形对运行有利qYN/d11主要用于高压输电线路中，使电力系统高压侧可以接地qYy联接组号有0、2、4、6、8、10共六个偶数联接组号qYd联接法共有1、3、5、7、9

56、、11共六个奇数联接组号（8 8）三相变压器联结组小结）三相变压器联结组小结 例例判断三相变压器的联结组。判断三相变压器的联结组。EU EV EWU1 V1 W1 U2 V2 W2u1 v1 w1 n u2 v2 w2Eu Ev EwEW EU EV UVWEUV uvw联结组联结组: Y,yn6 Eu Ev Ew Euv EU UWVuvwEu WVUvwuEv = EuvEUV 例例判断三相变压器的联结组。判断三相变压器的联结组。EU EV EW Ev Ew Eu U1 V1 W1 U2 V2 W2v1 w1 u1 v2 w2 u2EU EW EV UVWEu Ew uvw联结组号联结组号

57、: D,d6 VUWEU uvwVUWuvwn补充qA-B-CA-B-C顺时针放置顺时针放置 两三角形箭头方向保持一致两三角形箭头方向保持一致qYyYy同名端同名端 必为必为Yy0,4,8;Yy0,4,8;异名端为异名端为6,10,2,6,10,2,即分别加即分别加6 6qYdYd由于由于D D有正绕或反绕之分有正绕或反绕之分q同名端同名端 正绕正绕Yd3Yd3，7 7，1111 反绕反绕Yd9Yd9，1 1，5 5q异名端先以同名端判断然后再加异名端先以同名端判断然后再加6 6qDy由于D有正绕或反绕之分q同名端 正绕Dy0，4，8 反绕Dy2，6，10q异名端先以同名端判断然后再加6qDd

58、由于有正绕或反绕之分q同绕 同名端 Dd0,4,8;异名端6,10,2，即分别加6q异绕 同名端 Dd6,10,2;异名端0,4,8,即分别加6n三相变压器按磁路可分为组式变压器和心式变压器两类（1 1）三相组式变压器）三相组式变压器q三相组式变压器由三台单相变压器组成，各相主磁通都有自己独立的磁路，互不相关联，彼此独立。q若一次侧三相电压对称，各相主磁通必然对称，各相空载电流也对称。单相分析方法仍适用。2.2 三相变压器磁路 Magnetic circuitq三相心式变压器的铁心结构是从三相组式变压器铁心演变过来的，各相磁路是彼此关联的。q三相磁路长度不相等，中间B相磁路较短，两边A、C相磁

59、路较长，磁阻也较B相大。当外施三相对称电压时，三相空载电流不相等，B相较小，A、C相较大。q由于变压器的空载电流百分值很小（额定电流的0.6%2.5%），它的不对称对变压器负载运行影响极小，可以忽略。（2 2）三相心式变压器）三相心式变压器2.3 三相变压器绕组联接法和磁路系统对空载电动势波形的影响Relation among Connection Type,Magnetic Circuit and EMF with no-loadi0i01t in单相变压器空载运行时，若磁路不饱和，当外施电压为正弦波时，因UE,感应电动势和主磁通也为正弦波n若磁路饱和，励磁电流呈现尖顶波形，除基波外，还含有

60、较强的三次谐波n单相变压器磁化曲线的非线性，可近似认为： q电流为正弦波时，磁通含三次谐波q反之，磁通为正弦波时，电流含三次谐波（1）单相变压器磁通与励磁电流关系）单相变压器磁通与励磁电流关系 relation between main flux & exciting current in single-phase Transn空载电流的波形空载电流的波形q电网电压为正弦波，铁心中主磁通亦为正弦波若铁心不饱和(Bm1.3T)空载电流i0 也是正弦波q对于电力变压器，Bm=1.4T 1.73T，铁心饱和q励磁电流呈尖顶波，除基波外，还有较强的三次谐波和其它高次谐波（2）三相变压器磁路及联结方式对电动势的影响）三相变压器磁路及联结方