变压器工作基本原理、分类和结构

1、变压器工作基本原理、分类和结构变压器工作基本原理、分类和结构 3.1 3.1 变压器的工作原理、分类和结构变压器的工作原理、分类和结构 3.2 3.2 变压器的空载运行变压器的空载运行 3.3 3.3 变压器的负载运行变压器的负载运行 3.4 3.4 变压器的等效电路及相量图变压器的等效电路及相量图 3.5 3.5 变压器参数的测定和标么值变压器参数的测定和标么值 3.6 3.6 变压器的运行特性变压器的运行特性 3.7 3.7 三相变压器三相变压器 3.8 3.8 其它用途的变压器其它用途的变压器 变压器是一种静止电器,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

2、等级的交流电能.变压器工作基本原理、分类和结构只要一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变压的目的。 变压器的主要部件是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。1u1e2e2u1i2i1U2U1u2uLZ1122deNdtdeNdt 变压器工作基本原理、分类和结构变压器工作基本原理、分类和结构基本的结构：铁心、绕组基本的结构：铁心、绕组器身器身变压器工作基本原理、分类和结构 变压器结构上的分类：变压器结构上的分类：心式变压器心式变压器壳式变压器壳式变压器变压器工作基本原理、分类和结构变压器的主磁路，为

3、了提高导磁性能和减少铁损，用厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。 铁心的分类：铁心的分类：叠接式铁心渐开线式铁心卷式铁心 叠接式铁心的叠片次序叠接式铁心的叠片次序：变压器工作基本原理、分类和结构 变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。 变压器工作基本原理、分类和结构 油箱 油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷却介质，又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。 绝缘套管 将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘，担负着固定的作用。 此外还有储油柜、吸湿器、安全气道、净油器和气体此外还有储油柜、吸湿器、安全气道、净油器和气

4、体继电器。继电器。变压器工作基本原理、分类和结构 指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率。 符号：SN；单位：VA或kVA。 三相变压器：三相容量之和。 S1N = S2N = SN 额定电压额定电压 指长期运行时所能承受的工作电压。 符号：U1N / U2N ；单位：V或kV。 三相变压器：额定值为线电压。U1N是指加在一次侧的额定电压； U2N是指一次侧加额定电压，二次侧的空载电压； 额定容量额定容量变压器工作基本原理、分类和结构 额定电流额定电流 指在额定容量下，允许长期通过的额定电流。 符号：IN1 / IN2 ；单位：A。 三相变压器：额定值为线电流 其数值是根据额定容量和额定

5、电压计算出的值。 额定频率额定频率此外，额定值还有额定频率、效率、温升等。 额定频率：工频50Hz。 温升：电机某部分温度和周围冷却介质的温度之差。对单相变压器对单相变压器: :对单相变压器对单相变压器: :1212;33NNNNNNSSIIUU1212;NNNNNNSSIIUU变压器工作基本原理、分类和结构1u1e2e2u1i2i1U2U1u2uLZ01I R1U0I001FI N1E011E2E变压器工作基本原理、分类和结构性质上： 与 成非线性关系； 与 成线性关系；数量上： 占99%以上， 仅占1%以下；作用上： 起传递能量的作用， 起漏抗压降作用。0000I0I111主磁通与漏磁通的

6、区别主磁通与漏磁通的区别感应电动势分感应电动势分析析主磁通感应的电动势主电动势0sinmt 设00011112sin(90 )sin(90 )mmdeNfNtEtdt 则124.44mEfN有效值114.44mEjfN 相量可见，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 。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。090变压器工作基本原理、分类和结构 漏磁通感应的电动势漏电动势漏电动势也可以用漏抗压降来表示，即根据主电动势的分析方法，同样有1114.44mEjfN 1114.44EfN11001EjL IjI X 由于漏磁通主要经过非

7、铁磁路径,磁路不饱和,故磁阻很大且为常数,所以漏电抗 很小且为常数,它不随电源电压负载情况而变.1X空载运行的电压方程空载运行的电压方程100101111202UEI rj I xEI ZUE 变压器工作基本原理、分类和结构 作用与组成 性质和大小性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载性质：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电流主要是感性无功性质也称励磁电流；也称励磁电流；空载电流空载电流 包含两个分量，包含两个分量，一个是励磁分量，作用是建立磁一个是励磁分量，作用是建立磁场，产生主磁通场，产生主磁通无功分量无功分量 ；另一个是铁损耗分量，作；另

8、一个是铁损耗分量，作用是供变压器铁心损耗用是供变压器铁心损耗有功分量有功分量 。0IFeII变压器工作基本原理、分类和结构 波形波形由于磁路饱和，空载电由于磁路饱和，空载电流流 与由它产生的主磁与由它产生的主磁通通 呈非线性关系。呈非线性关系。0i0t0i1t2t3t3t2t1t0i当磁通按正弦规律变当磁通按正弦规律变化时，空载电流呈尖化时，空载电流呈尖顶波形。顶波形。当空载电流按正弦规律变当空载电流按正弦规律变化时，主磁通呈尖顶波形。化时，主磁通呈尖顶波形。实际空载电流为是正弦波，但为了分析、计算和测量的方便，实际空载电流为是正弦波，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

9、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。变压器工作基本原理、分类和结构对于已制成变压器，铁损与磁通密度幅值的平方成正比，与电对于已制成变压器，铁损与磁通密度幅值的平方成正比，与电流频率的次方成正比，即流频率的次方成正比，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%1%，而且随变压器容量的增，而且随变压器容量的增大而下降。大而下降。为减少空载损耗，改进设计结构的方向是采用优为减少空载损耗，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。变压器空载时，一次侧从电源吸收

10、少量的有功功率变压器空载时，一次侧从电源吸收少量的有功功率 ，用来，用来供给铁损供给铁损 和绕组铜损和绕组铜损 。由于。由于 和和 均很小，所均很小，所以以 ，即空载损耗近似等于铁损。，即空载损耗近似等于铁损。0P0FePP0I1RFeP201I R21.3FemPBf变压器工作基本原理、分类和结构根据前面所学的方程，可作出变压器空载时的相量图：（1）以 为参考量m（2） 与 同相， 滞后 ，m000raIII0900aI0rI（3） 滞后 ， ；1E090m12,EE1 001,RIjI X（4）1U（5）m0aI0rI0I1E1E2E01jI X1 0RI1U变压器工作基本原理、分类和结构

11、1EmXmR1R1X1U0I102022mF eMmmmEZIPRIXZR一次侧的电动势平衡方程为11010010100mmUEI ZI ZI ZI ZZI Z由右图空载时等效电路可知变压器工作基本原理、分类和结构和特性，所以和特性，所以 不是常数，随磁路饱和程度增大而不是常数，随磁路饱和程度增大而减小。减小。,mmmRXZ励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。由于磁路有饱励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。由于磁路有饱mmmZRjXmZ由于由于 ，所以有时忽略漏阻抗，空载等效，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只是一个电路只是一个 元件的电路。在元件的电路。在 一定的情况下，一定的情况下， 大小取决大小取决

12、于于 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，所以变压器越小越好，所以变压器常采用高导磁材料，增大常采用高导磁材料，增大 ，减小，减小 ，提高运行效率和功，提高运行效率和功率因数。率因数。 11,mmRRXXmZmZ0I0I1U0I变压器工作基本原理、分类和结构 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. . 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

13、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。 空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，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。铁心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。 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而减小。磁路的饱和而减小。综上所述综上所述变压器工作基本原理、分类和结构 3.3 3.3 变压器的负载运行变压器的负载运行变压器一次侧接

14、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，称为负载运行。上负载的运行状态，称为负载运行。1u1e2e2u1i2i1U2U1u2uLZ负载运行示意图负载运行示意图变压器工作基本原理、分类和结构1I2I1F2FmF1E2E原边的电势平衡副边的电势平衡忽略了漏阻抗压降，忽略了漏阻抗压降， 主磁通主磁通 不变。从空载到负载，不变。从空载到负载，初级绕组电流初级绕组电流 增加一个分量增加一个分量 以平衡次级绕组的作用，以平衡次级绕组的作用，11UEm1LI1I112221210 N NLLI NI NII又又112211,UENEEN

15、21 1122 21()()LNUIEIEIN 原边绕组从电网吸收的功率传递给副边绕组。原边绕组从电网吸收的功率传递给副边绕组。 副边绕组电副边绕组电流增加或减小的同时，引起原边电流的增加或减小，吸收的流增加或减小的同时，引起原边电流的增加或减小，吸收的功率也增大或减小。功率也增大或减小。变压器工作基本原理、分类和结构空载时,由一次磁动势 产生主磁通 ,负载时,产生 的磁动势为一、二次的合成磁动势 。由于 的大小取决于 ，只要 保持不变，由空载到负载， 基本不变，因此有磁动势磁动势平衡方程：平衡方程：0012FF01U1U00F用电流形式表示2210201()()NIIIIINR表明表明:变压

16、器的负载电流分成两个分量,一个是励磁电流 ,用来产生主磁通,另一个是负载分量 ,用来抵消二次磁动势的作用。电磁关系将一、二次联系起来,二次电流增加或减少必然引起一次电流的增加或减少.0I2IR120FFF1 1221 0N IN IN I变压器工作基本原理、分类和结构根据基尔霍夫电压定律可写出一二次侧电动势平衡方程根据基尔霍夫电压定律可写出一二次侧电动势平衡方程111111111UEI RjI XEI Z 222222222UEI RjI XEI Z22LUI Z11E22E11 1FN I22 2FN I001FI N1E1E在一次绕组内在一次绕组内在二次绕组内在二次绕组内变压器工作基本原理

17、、分类和结构 可得出变压器负载运行的基本方程式可得出变压器负载运行的基本方程式10mEI Z1 1221 0N IN IN I1111UEI Z 2222UEI Z12EKE变压器工作基本原理、分类和结构3.4.1 3.4.1 绕组折算绕组折算折折 算：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。目目 的：的：用一个等效的电路代替实际的变压器。折算原则折算原则：保持二次侧磁动势不变； 保持二次侧各功率或损耗不变。方方 法：法：（将二次侧折算到一次侧)22122EkEEUkU 22IIk 222222222LRk ZXRk RZ

18、k Z 变压器工作基本原理、分类和结构折算后折算后 变压器的负载运行基本方程式为变压器的负载运行基本方程式为1111UEI Z 2222UEI Z120III120mEEI Z 22LUI Z 变压器工作基本原理、分类和结构T型等效电路型等效电路根据折算后的方程，可以作出变压器的等效电路。根据折算后的方程，可以作出变压器的等效电路。近似等效电路近似等效电路变压器工作基本原理、分类和结构简化等效电路：简化等效电路：其中其中121212,kkKkkZ ZZR jXR R R XXX 分别为短路电阻、短路电分别为短路电阻、短路电抗和短路阻抗。抗和短路阻抗。 由简化等效电路可知，短路阻抗起限制短路电流

19、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10201020倍。倍。变压器工作基本原理、分类和结构 作相量图的步作相量图的步 骤骤-对应对应T T型等型等 效电路效电路, ,假定变压假定变压 器带感性负载器带感性负载224) jX I 016)90mE超前07)I1028)()III 1111)jI X112)U22)I223)I R215)EE 19)E21)U 1110)I R变压器工作基本原理、分类和结构作相量图的步骤（假定变压器带感性负载）作

20、相量图的步骤（假定变压器带感性负载）-对应简化等效电路对应简化等效电路由等效电路可知1212II2U1KI R1KjI X1U2U2I 2coskRkX变压器工作基本原理、分类和结构一、目的一、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、铁损和励磁阻抗。二、接线图二、接线图三、要求及分析三、要求及分析1 1）低压侧加电压，高压侧开路）低压侧加电压，高压侧开路；1103),FeRXPp忽略和即V1020001012)01.2,()()NUUUIPIf UPf U电压在范围内单方向调节 测出和画出和曲线WAV变压器工作基本原理、分类和结构5 5）空载电流和空载功率必须

21、是额定电压时的值，并以此求取）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；励磁参数；6 6）若要得到高压侧参数，须折算；）若要得到高压侧参数，须折算；7 7）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；20211100202200NUKNUUIPIZRm0n10m0高压电压比 低压励磁阻抗 ZZ励磁电阻 RR励磁电抗 XX4 4）求出参数）求出参数变压器工作基本原理、分类和结构一、目的一、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、铜损和短路阻抗。二、接线图二、接线图三、要求及分析三、要求及分

22、析1）高压侧加电压，低压侧短路；2),0 1.3,()();kNkkkssssIIIUPIf UPf U通 过 调 节 电 压 让 电 流在范 围 内 变 化测 出 对 应 的和画 出和曲 线3）同时记录实验室的室温；4）由于外加电压很小，主磁通很少，铁损耗很少，忽略铁损，认为 。kC uPPWAV变压器工作基本原理、分类和结构5）参数计算:12122kkNkkNkkkUZIPRIXZR短路阻抗 短路电阻 短路电抗 6）温度折算：电阻应换算到基准工作温度时的数值。8）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；7）若要得到低压侧参数，须折算；四、短路电压：四、短路电压：短路时，当短路电流

23、为额定值时一次所加的电压，称为短路电压短路电压也称为阻抗电压。阻抗电压。变压器工作基本原理、分类和结构短路电压常用百分值表示短路电压常用百分值表示001*7575k7511:U100%100%NKCKCCNNUI ZUU短路电压百分值00175*75kp7511(): U100%100%NKpCKCCNNUI ZUU短路电压电阻 有功 分量百分值*1kQ1():U100%100%KQNKNNUIXUU短路电压电抗 无功 分量百分值短路电压的大小直短路电压的大小直接反映短路阻抗的接反映短路阻抗的大小大小, ,而短路阻抗又而短路阻抗又直接影响变压器的直接影响变压器的运行性能。运行性能。 从正常运行

24、角度看从正常运行角度看, ,希望它小些希望它小些, ,这样可使这样可使副边电压随负载波动副边电压随负载波动小些小些; ;从限制短路电流从限制短路电流角度角度, ,希望它大些希望它大些, ,相相应的短路电流就小些应的短路电流就小些. .变压器工作基本原理、分类和结构*121212*121212;NNNNUUUUUUIIIIII 标么值,就是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,即 实际值标么值基准值通常以各物理量的额定值作为基准值当以额定值为基值时，一、二次电压、电流的标么值为变压器工作基本原理、分类和结构一、二次绕组阻抗的标么值为一、二次绕组阻抗的标么值为*111111*2222

25、22NNNNNNZIZZZUZIZZZU75*75757575*7575757575kpCkCNkCkCkpcNNNkQkNkkkQNNNkCNkCkCkCkcNNNURI RRUZUUUXI XXUZUUZI ZUZUZUU变压器工作基本原理、分类和结构 不论变压器的容量大小和电压高低，用标么值表示时，所有电力变压器的性能数据变化范围很小，这就便于对不同容量的变压器进行分析和比较。 用标么值表示时，无论从高压侧或低压看进去的阻抗标么值都是相等的，故不必进行折算，使运算大为简便。以上各式中，电压、电流及阻抗均为一相的数值。以上各式中，电压、电流及阻抗均为一相的数值。由上式可见，短路阻抗的标么值

26、 就是短路电压的标么值 ，短路电阻的标么值 就是短路电压有功分量的标么值 ，短路电抗的标么值 就是短路电压无功分量的标么值 。*75kcZ*75kcU*75kpcU*kX*75CkR*75kpcU变压器工作基本原理、分类和结构 由于变压器内部存在电阻和漏电抗，因此负载运行时，当负载电流流过二次侧时，变压器内部将产生阻抗压降，使二次侧端电压随负载电流的变化而变化，这种变化关系可用变压器的外特性来描述。 变压器的外特性：变压器的外特性：指一次侧的电源电压和二次侧负载的功率因数均为常数时，二次侧端电压随负载电流变化的规律，即 U2 = f ( I2 ) 。变压器工作基本原理、分类和结构 变压器带负载

27、运行时，二次侧端电压的变化程度通常用电压调整率来表示。 电压调整率电压调整率：指当一次侧接在额定频率额定电压的电网上，负载功率因数为常值时，空载与负载时二次侧端电压变化的相对值，用U*表示，即*0221221*121100%NNNNNUUUUUUUUUUU或或2*2*22*1221221cossincossin100%2KkKkUI RRIRR若需要精细计算，则电压的调整率为：若需要精细计算，则电压的调整率为：变压器工作基本原理、分类和结构 一般情况下，在 （感性）时，额定负载的电压调整率约为（4-5.5）%左右。 当 二次侧端电压随负载电流变化的规律U2=f(I2)，称为变压器的外特性，如图

28、所示。变压器在纯电阻和感性负载时，外特性是下降的而容性负载时，外特性可能上翘。2cos0.8112,cosNUU常值常值时,电压调整率与变压器的参数、负载的性质和大小有关，可由简化相量图求出，下图重绘了变压器感性负载时简化相量图变压器感性负载时简化相量图。1NUABO121KjI X22CFDP1KI R2U 12II变压器工作基本原理、分类和结构 变压器在能量传递过程中会产生损耗。变压器的损耗分为铜损耗铜损耗和铁损耗铁损耗两大类，每一类损耗中又包括基本损耗基本损耗和附加损耗附加损耗两种。 基本铜耗基本铜耗是电流在绕组中产生的直流电阻损耗。 附加损耗附加损耗包括因集肤效应、导体中电流分布不均匀

29、而使电阻变大所增加的铜耗以及漏磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。 基本铁耗基本铁耗是变压器铁心中的磁滞和涡流损耗。磁滞损耗与硅钢片材料的性质、磁通密度的最大值以及频率有关。 附加铁损耗附加铁损耗包括铁心叠片间由于绝缘损伤而引起的局部涡流损 耗以及主磁通在结构部件中所引起的涡流损耗等。附加铁损耗难以准确计算，一般取基本损耗的（15-20）%。 变压器工作基本原理、分类和结构21100%PP 变压器效率变压器效率是指变压器的输出功率P2与输入功率P1之比，用百分数表示，即 由于变压器效率很高，用直接负载法测量输出功率P2和输入功率P1来确定效率，很难得到准确的结果，工程上常用间接法计算效率，即通过

30、空载试验和短路试验，求出变压器的铁心损耗PFe和铜耗Pcu，然后按下式计算效率121100%1100%FecuFecupppPPpp 式中：P=PFe+Pcu变压器工作基本原理、分类和结构 在用上式计算效率时，采取下列几个假定：在用上式计算效率时，采取下列几个假定： 以额定电压下的空载损耗P0作为铁心损耗PFe，并认为铁心损耗不随负载而变化，即PFe=P0=常值。 由于变压器的电压调整率很小，负载时U2的变化可不予考虑（即认为U2UN2）于是输出功率 2222*22cos22cos2cos 2NNNNPmUII mUII S2*2222cukNkNNIppII 以额定电流时的短路损耗PkN作为

31、额定电流时的铜耗PcuN，且认为铜耗与负载电流的平方成正比，即2*202*22cos021100%kNNkNpIpI SpIp于是上式可写成变压器工作基本原理、分类和结构 由上式算出的效率称为惯例效率。对已制成的变压器，P0和PkN是一定的，所以效率与负载的大小及功率因数有关。 在 =常值下，效率随负载电流变化的曲线 称为效率曲线，如图所示。2cos *2f I 将此式代入 式即可求出变压器的最大效率。 从效率曲线上可以看出， 当负载变化到某一数值时将出现最大效率max。与分析直流电机的最大效率一样，当变压器的可变损耗等于不变损耗时，效率达最大值，即2*20kNIPP*2I变压器的效率曲线变压

32、器的效率曲线0max变压器工作基本原理、分类和结构电力系统普遍采用三相供电制， 电力系统用的最多的是三相变压器。当三相变压器的原边和副边绕组均以一定的接法现接， 带上三相对称对称负载， 原边加上对称对称的三相电压时 ，因为三相对称电压本身大小相等、相位互差1200，因此求得一相的电压、电流， 其它两相按对称关系求出。 特殊问题： 三相绕组的联接，即电路问题； 三相变压器的磁路系统； 不同磁路下的感应电势的波形；变压器工作基本原理、分类和结构特点：特点：三相磁路彼此无关联。特点：特点：三相磁路彼此有关联。1W2Ww1V2Vv1U2UuUVW变压器工作基本原理、分类和结构绕组名称绕组名称单相变压器

33、三相变压器中性点首端首端末端末端首端首端末端末端高压绕组高压绕组U1U1U2U2U1U1、V2V2、W1W1U2U2、V2V2、W2W2N N低压绕组低压绕组u1u1u2u2u1u1、v1v1、w1w1u2u2、v2v2、w2w2n n中压绕组中压绕组U1U1m mU2U2m mU1U1m m、V1V1m m、W1W1m mU2U2m m、V2V2m m、W2W2m mN Nm m三相变压器中，不论一次绕组或二次绕组，我国主要采用星形星形和三角形两种联结和三角形两种联结。变压器工作基本原理、分类和结构W2W1U1V1U2V2UEVEWE星形联结U1V1W1U2V2W2UEVEWE三角形联结把三

34、相绕组的三个末端U2、V2、W2联接在一起，而把它们的首端U1、V1、W1引出，便是星形联结（Y接法）用字母Y或y表示把一相绕组的末端和另一相绕组的首端连在一起，顺次联接成一闭合回路，然后从首端U1、V1、W1引出，如图所示，便是三角形联结，用字母D或d表示。变压器工作基本原理、分类和结构一、二次绕组的同极性端一、二次绕组的同极性端同标志时，一、二次绕组同标志时，一、二次绕组的电动势同相位。的电动势同相位。一、二次绕组的同极性端一、二次绕组的同极性端异标志时，一、二次绕组异标志时，一、二次绕组的电动势反相位。的电动势反相位。1U2U1u2uUEuEUEuE同相位同相位1u2u1U2UUEuEU

35、EuE反相位反相位变压器工作基本原理、分类和结构连接组号：连接组号：反映三相变压器连接方式及一、二次线电动势（或线电压）的相位关系。三相变压器的连接组号不仅与绕组的绕向和首末端标志有关，而且还与三相绕组的连接方式有关。理论和实践证明：理论和实践证明：无论采用怎样的连接方式，一、二次侧线电动势（可电压）的相位差总是300的整数倍。因此可以采用时钟表示法 作为时钟的分针，指向12点， 作为时钟的时针，其指向的数字就是三相变压器的组别号。组别号的数字乘以300，就是二次绕组的线电动势滞后于一次侧电动势的相位角。UVEuvE变压器工作基本原理、分类和结构1 1、Y Y，y y连接连接将一、二次绕组的同

36、名端将一、二次绕组的同名端标记首端。这时一、二次标记首端。这时一、二次侧对应的相电动势同相位，侧对应的相电动势同相位，同时一、二次侧的电动势同时一、二次侧的电动势 也同相位，如右图也同相位，如右图b b所示。所示。这时如把这时如把 指向钟面的指向钟面的1212，则，则 也指向也指向1212，是为零点，故，是为零点，故其组号为其组号为“0 0”用用Y Y，y0y0表表示。示。 EuvUV与ETVEUVEY Y，y0y0联结时的接线图联结时的接线图相位图相位图变压器工作基本原理、分类和结构Y Y，y6y6联结时的接线图联结时的接线图 相位图相位图如将上例中一、二次如将上例中一、二次绕组的非同名端作

37、为绕组的非同名端作为首端，如右图所示，首端，如右图所示，这时一、二次侧对应这时一、二次侧对应相的相电动势反向，相的相电动势反向，则线电动势则线电动势 的的相位相差相位相差180180，如图，如图b b所示，因而就得到了所示，因而就得到了Y Y，y6y6联结组。联结组。EuvUV与 E变压器工作基本原理、分类和结构2 2、Y Y，d d连接连接第一、二次绕组的同名第一、二次绕组的同名端标为首端。二次绕按端标为首端。二次绕按u1v2v1w2w1uu1v2v1w2w1u2u12u1的顺序依次联接成的顺序依次联接成三角形联结。这时一、三角形联结。这时一、二次侧对应相的相电动二次侧对应相的相电动势也同相

38、位线电动势势也同相位线电动势 的相位差为的相位差为330330如图如图b b所示。当所示。当 指向钟面的指向钟面的1212时，则时，则 指向指向1111，故其组号为，故其组号为1111，用用Y Y，d11d11表示。表示。EuvUV与EU vEu vEY Y，d11d11联结时的接线图联结时的接线图相位图相位图变压器工作基本原理、分类和结构Y Y，d1d1联结时的接线图联结时的接线图 相位图相位图如下图所示。这时一、如下图所示。这时一、二次绕组对应相的相电二次绕组对应相的相电动势也同相，但线电动动势也同相，但线电动势势 的相位差的相位差为为3030，如图，如图b b所示，所示，故其组号为故其组

39、号为1 1，则得到，则得到了了Y Y，d1d1联结组。联结组。EuvUV与E变压器工作基本原理、分类和结构 不论是Y，y联结组还是Y，d联结组，如果一次绕组的三相标记不变，把二次绕组的三相标记u、v、w顺序改为w、u、v(相序不能变)，则二次侧的各线电动势相量将分别转过120，相当于转过4个钟点；若改标记为v、w、u，则相当于转过8个钟点 对Y,y联结而言，可得0、4、8、6、10、2等六个偶数组号； 对Y,d联结而言，可得11、3、7、5、9、1等六个奇数组号。变压器联结组的种类很多，为了制造和并联运行时的方便，我国规定国规定Y Y，yn0yn0；Y Y，d11d11；YNYN，d11d11

40、；YNYN，y0y0和和Y Y，y0y0等五种作为等五种作为三相双绕组电力变压器的标准联结组。三相双绕组电力变压器的标准联结组。其中以前三种最为常用。 Y，Yn0联结组的二次侧可引出中性线，成为三相四线制，用作配电变电器时可兼供动力和照明负载。 Y，d11联结组用于二次侧电压超过400V的线路中，这时二次侧接成三角形，对运行有利。 YN，d11联结组主要用于高压输电线路中，使电力系统的高压侧有可能接地。变压器工作基本原理、分类和结构 单相变压器，当外加电压u1是正弦波时，电动势e1及产生e1的主磁通 也应是正弦波，但由于磁路饱和的关系，空载电流i0将是尖顶波，其中除基波外，还含有较强的3次谐波

41、和其它高次谐波 对三相变压器中，由于一、二次绕组的联接方法不同，空载电流中不一定能含有3次谐波分量，这就将影响到主磁通和相电动势的波形，并且这种影响还与变压器的磁路系统有关。变压器工作基本原理、分类和结构 电路理论中已分析过，3次谐波电流因构成零序对称组，而不能存在于无中性线星形联结的对称三相电路中。因而当一次绕组采用星形联结且无中性线引出时，空载电流中不可能含有三次谐波分量，空载电流就呈正弦波形（5次及其以上的高次谐波，由于其值不大，可不计）。由于变压器磁路的饱和特性，正弦波形的空载电流，激励出呈平顶波的主磁通，如下图所示。平顶波主磁通中除基波磁通 外，还含有3次谐波磁通 。3次谐波磁通多大

42、，影响如何，这取决于磁路系统的结构，现分三相变压器组三相变压器组和三三相心式变压器相心式变压器两种情况来讨论。130t0i0t130i正弦空载电流产生的主磁通波形正弦空载电流产生的主磁通波形变压器工作基本原理、分类和结构 三相心式变压器三相心式变压器3不能在铁心中流过，只能借助油和油箱壁等形成回路，如右图，磁路磁阻很大， 3很小， 基本为正弦波，感应电动势 e 也基本为正弦波 。但通过油箱壁时将产生涡流损耗，造成局部过热，降低变压器的效率，因此，容量大于1600kVA时，不宜采用心式Y，y连接。 三相组式变压器三相组式变压器et0e1e3eY Y，y y联接三相变压器的相电动势波形联接三相变压

43、器的相电动势波形心式变压器中心式变压器中3 3次谐波磁路的路径次谐波磁路的路径 3可以在铁心中存在，所以为平顶波，感应电动势e 为尖顶波，其中的三次谐波幅值可达基波幅值的45%60%，如右图，使相电动势的最大值升高很多，可能击穿绕组绝缘，因此，三相组式变压器不采用Y，y连接。变压器工作基本原理、分类和结构 当三相变压器采用D,y接法时，一次侧空载电流以的三次谐波分量可以流通，于是主磁通和由它感应的相电动势e1和e2都是正弦波。 当三相变压器采用Y，d联结时，如下图所示。 Y，d联结三相变压器联结三相变压器变压器工作基本原理、分类和结构一次侧空载电流中不存在一次侧空载电流中不存在3次谐波分量，因

44、次谐波分量，因此主磁通和一、二次侧相电动势中都会有此主磁通和一、二次侧相电动势中都会有3次谐波分量。但因二次侧是三角形联结，三次谐波分量。但因二次侧是三角形联结，三次谐波相电动势次谐波相电动势 也是零序对称组，沿三角也是零序对称组，沿三角形联结回路之和不等于零，于是在二次绕组形联结回路之和不等于零，于是在二次绕组中产生三次谐波电流中产生三次谐波电流 。由于二次绕组的电。由于二次绕组的电阻远小于绕组对阻远小于绕组对3次谐波的电抗，所以次谐波的电抗，所以 接接近滞后近滞后 90， 建立的磁通建立的磁通 在相位上在相位上接近相反，其结果几乎完全抵消了接近相反，其结果几乎完全抵消了 的作用，的作用，如

45、右图所示。因此合成磁通及其感应的电动如右图所示。因此合成磁通及其感应的电动势都接近正弦波形。势都接近正弦波形。23E23I23I23E23I233与33233 23E23I230Y，d联接变压器联接变压器3次次谐波电流的去磁作用谐波电流的去磁作用变压器工作基本原理、分类和结构 三相变压器的相电动势波形与绕组接法及磁路系统有密切关系。 只要变压器有一侧是三角形联结，就能保证主磁通和电动势为正弦波形，这是因铁心中的磁通取决于一、二次绕组中总磁动势，所以三角形联结的绕组在一次侧或在二次侧，其作用是一样的。因此一般三相变压器常采用Y，d或D，y联结。 在大容量高压变压器中，当需要一、二次侧都是星形联结

46、时，可另加一个接成三角形的小容量的第三绕组，兼供改善电动势波形之用。变压器工作基本原理、分类和结构并联运行并联运行是指将几台变压器的一、二次绕组分别接在一、二次侧的公共母线上，共同向负载供电的运行方式。并联运行的优点：并联运行的优点：提高供电的可靠性。提高供电的可靠性。并联运行时，如果某台变压器发生故障，可以把它从电网切除检修，而电网仍能继续供电。可以根据负载的大小调整投入并联运行变压器的台数，以提高运行效率。提高运行效率。可以减少总的备用容量可以减少总的备用容量，并可随着用电量的增加分批增加新的变压器。并联的台数过多也是不经济的，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

47、，占地面积也小。变压器工作基本原理、分类和结构空载时并联的各变压器之间没有环流，以避免环流铜耗。负载时，各变压器所承担的负载电流应按其容量的大小成正比例分配，防止其中某台过载或欠载，使并联组的容量得到充分利用。负载后，各变压器所分担的电流应与总的负载电流同相位。 这样在总的负载电流一定时，各变压器所分担的电流最小。 如果各变压器的二次电流一定，则共同承担的负载电流为最大。 要达到上述理想并联运行的要求，需满足下列诸条件：要达到上述理想并联运行的要求，需满足下列诸条件：各台变压器的额定电压应相等，并且各台变压器的电压比 应相等。各台变压器的联结组别必须相同。各台变压器的短路阻抗（或短路电压）的标

48、么值应相等。 变压器并联运行的理想情况：变压器并联运行的理想情况：变压器工作基本原理、分类和结构 两台变压器的电压比和短路阻抗标么值均相等，但是联结组别不同，并联运行时其后果更为严重。因为联结组别不同，两台变压器二次侧线电压的相位就不同，至少相差30，因此会产生很大的电压差。 由于变压器的短路阻抗很小，这样大的电压差将在两台变压器的二次绕组中产生很大的环流，其数值会超过额定电流的很多倍，可能使变压器的绕组烧毁，所以联结组联结组别不同的变压器是绝对不允许并联运行别不同的变压器是绝对不允许并联运行的。变压器工作基本原理、分类和结构 假设有两台电压比相等，联结组别也相同的变压器并联运行。现在来研究这

49、个并联组在负载时，如何达到负载的合理分配。 由于两台变压器的一、二次侧分别并联在公共母线上，其电压比、组别又相同，故可得所示的简化等效电路。由图可知 此外两台变压器内部的阻抗压降应相等，即 从上式知，并联运行各台变压器所分担的电流与其短路阻抗成反比，即短路阻抗大的分担的是电流小，短路阻抗小的分担电流大。 ( )()IIIIII1( )2()k Ik III ZI Z并联运行的简化等效电路并联运行的简化等效电路变压器工作基本原理、分类和结构 把式 表示为相对值可得1( )2()k Ik III ZI Z( )( )()()( )( )()()Ik IIIk IIN IN IN IIN IIIZI

50、ZIZIZ*( )( )( )( )Ik IIIk III ZI Z*()()*()()IkIIIIkIIZIZ即即或或上式说明：上式说明：各变压器负载电流的标么值与其短路阻抗（或短路电压）的标么值成反比分配。合理的分配是，各台变压器应根据其本身的能力（容量）来分担负载，即 。这就要求各台变压器短路阻抗标么值相等，即 。*( )( )k Ik IIZZ*( )()IIIII( )()N IN IIUU( )( )( )( ),N IN IN IIN IIIZIZ其 中( )( )( )( )( )( ),N IN IIN IN IIN IN IIUUZZII 由于并联运行的变压器容量不一定相等

51、，故负载的分配是否合理，不能直接从电流的安培值来判断，而应从相对值（即负载电流与额定电流之比，也就是标么值）的大小来判断。由于 即 变压器工作基本原理、分类和结构 从上式可知，要使各台变压器所分担的电流均为同相，从上式可知，要使各台变压器所分担的电流均为同相，则各台变压器的短路阻抗的幅角均应相等。根据实际计则各台变压器的短路阻抗的幅角均应相等。根据实际计算得知，即使各变压器的阻抗角相差算得知，即使各变压器的阻抗角相差1010 30 30，影响，影响也不大，故在实际计算中，一般都不考虑阻抗角的差别，也不大，故在实际计算中，一般都不考虑阻抗角的差别，故认为总的负载电流是各变压器二次电流的代数和。故

52、认为总的负载电流是各变压器二次电流的代数和。 实际并联时，希望各变压器的电流标么值相差不超过实际并联时，希望各变压器的电流标么值相差不超过10%10%，所以要求各变压器的短路阻抗标么值相差不大于，所以要求各变压器的短路阻抗标么值相差不大于10%10%。变压器工作基本原理、分类和结构 普通双绕组变压器的一、二次绕组之间互相绝缘，它们之间只有磁的耦合，没有电的联系。自耦变压器的特点在于一、二次绕组之间不仅有磁的耦合，而且还有电的直接联系。 保持一台双绕组单相变压器两个绕组的额定电压和额定电流不变，把一、二次绕组串联起来作为新的一次绕组，而二次绕组还同时作为二次侧，它的两个端点接到负载阻抗ZL上，便

53、得到一台降压自耦变压器。如下图：变压器工作基本原理、分类和结构对于降压自耦变压器，由图可见，一、二次电压为 从原理上看，自耦变压器属于单绕组变压器，当作为降压变压器使用时，一次绕组的一部分兼作二次绕组用；当作为升压变压器使用时，二次绕组的一部分兼作一次绕组用。把同时属于一次侧和于一次侧和二次侧的一部分线匝称作二次侧的一部分线匝称作公共线圈，其余的部分公共线圈，其余的部分串联线圈。无论用作降压或升压，其基本原理是相同的。降压自耦变压器降压自耦变压器接线图接线图原理图原理图自耦变压器的电压比：自耦变压器的电压比： 1221aN NkkN 式中， ，是双绕组变压器的电 压比。211211122111

54、aaUUU UUUUkUU 1122NNUNkN U 变压器工作基本原理、分类和结构一次电流为一次电流为 对于接点对于接点u u，利用基尔霍夫定律，可得自耦变压器的二次电，利用基尔霍夫定律，可得自耦变压器的二次电流为流为 在忽略励磁电流的情况下，根据磁动势平衡关系得在忽略励磁电流的情况下，根据磁动势平衡关系得 即即 将上式代入式将上式代入式 便得便得 上式表明，当忽略励磁电流时，上式表明，当忽略励磁电流时， 同相位，并同相位，并 且且 ，就有效值来说，就有效值来说 。 11aII221aIII1122221210I NI NNIIINk 221aIII221211aIIIIk 22aII与22

55、aII大于2211aIIk变压器工作基本原理、分类和结构1122112221111111aNa N a Na N a NNNNNNNNNNNNNSUIUIU IkUISkkSSSU IkSS 于是，从式可求得自耦变压器的额定容量为于是，从式可求得自耦变压器的额定容量为 变压器工作基本原理、分类和结构 上述可见：上述可见：当把额定容量为当把额定容量为S SN N、电压比为、电压比为k k的普通双绕组变的普通双绕组变压器改接成自耦变压器后，自耦变压器的额定容量增加压器改接成自耦变压器后，自耦变压器的额定容量增加到到 ，而电压比为（，而电压比为（1+k1+k）。这时自耦变压器的额定）。这时自耦变压器

56、的额定容量容量SaNSaN可以分成两部分，第一部为可以分成两部分，第一部为 ，与，与这一部分容量对应的功率是公共线圈和串联线圈之间通过电这一部分容量对应的功率是公共线圈和串联线圈之间通过电磁感应关系传递给负载的，即通常所说的电磁功率。这一部磁感应关系传递给负载的，即通常所说的电磁功率。这一部分容量决定了变压器的主要尺寸和材料消耗，是变压器的设分容量决定了变压器的主要尺寸和材料消耗，是变压器的设计依据，称为自耦变压器的计算容量。第二部分为计依据，称为自耦变压器的计算容量。第二部分为 ，与此对应的功率是一次电流与此对应的功率是一次电流I IN1N1通过传导关系直接传递给负通过传导关系直接传递给负载

57、的，称为传导功率。传导功率不影响变压器的计算容量。载的，称为传导功率。传导功率不影响变压器的计算容量。11NSk221 1NN NN NS U IU I21NNNSU I变压器工作基本原理、分类和结构 可得自耦变压器计算容量自耦变压器计算容量S SN N与额定容量与额定容量S SaNaN的关系为的关系为 1111aNNaNaSSSkk由上式可见，自耦变压器的计算容量比额定容量小，当ka越接近1时，计算容量越小，自耦变压器的优点就越显著。因此自耦变压器适用于变压比ka不大的场合，一般ka2。变压器工作基本原理、分类和结构 绕组容量小于额定容量绕组容量小于额定容量， 与额定容量相同的普通变压器比，

58、 消耗的材料少、体积小、造价低， 同时效率高。 短路电流较大。短路电流较大。为了提高自耦变压承受突然短路的能力，设计时对自耦变压器的机械结构应适当加强，必要时可适当增大短路阻抗以限制短路电流。 由于自耦变压器一、二次之间有电的直接联系，当高压侧过电压时，会引起低压侧产生严重的过电压。为避免这种危险，一、二次侧都需装设避雷器一、二次侧都需装设避雷器。变压器工作基本原理、分类和结构 互感器互感器是一种测量用的设备，有电流互感器和电压互感是一种测量用的设备，有电流互感器和电压互感 器两种，它们的作用原理与变压器相同。器两种，它们的作用原理与变压器相同。 使用互感器目的：使用互感器目的： 为了工作人员的安全，使测量回路与高压电网隔离为了工作人员的安全，使测量回路与高压电网隔离 可以使用小量程的电流表测