第四章 变压器

1、电电 机机 原原 理理 及及 拖拖 动动主讲人：方主讲人：方 炜炜安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院第四章第四章 变压器变压器 变压器的用途、工作原理及结构变压器的用途、工作原理及结构1变压器的空载运行变压器的空载运行 变压器的负载运行变压器的负载运行 234变压器参数的试验测定变压器参数的试验测定5变压器的运行特性变压器的运行特性三相变压器、特殊变压器三相变压器、特殊变压器6安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.1 变压器的用途、工作原理及结构变压器的用途、工作原理及结构 变压器是一种变压器是一种静止电机静止电

2、机, ,它通过线圈间的电磁感应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等级的交流电能。 变压器的作用就是：变压器的作用就是： 经济地输出电能；经济地输出电能； 合理的分配电能；合理的分配电能； 安全地使用电能；安全地使用电能；安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.1 变压器的用途、工作原理及结构变压器的用途、工作原理及结构1 1、基本工作原理、基本工作原理 变压器的主要部件是铁心和套在铁心上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。在一两个绕组。两绕

3、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。组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。1u1e2e2u1i2i1U2U1u2uLZ1212de= - Ndtde= - Ndt 只要只要(1)磁通有磁通有变化量变化量;(2)一、二一、二次绕组的匝数不同，次绕组的匝数不同，就能达到改变压的就能达到改变压的目的。目的。安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.1 变压器的用途、工作原理及结构变压器的用途、工作原理及结构2 2、变压器的分类、变压器的分类按用途分：电力变压器和特种变压器。按用

4、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、双绕组变压按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。器、三绕组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：心式变压器和壳式变压器。按铁心结构分：心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。充气式变压器。 安徽工业大

5、学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院连接发电机与电网的升压变压器连接发电机与电网的升压变压器连接发电机的连接发电机的封闭母线封闭母线 与电网相连与电网相连的高压出线端的高压出线端4.1 变压器的用途、工作原理及结构变压器的用途、工作原理及结构安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院三相干式变压器三相干式变压器接触调压器接触调压器4.1 变压器的用途、工作原理及结构变压器的用途、工作原理及结构安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院电源变压器电源变压器环形变压器环形变压器控制变压器控制变压器4.1 变压器的用途、工作原理及结构变压器的用途、工作原理及结构安徽工业大学安徽工

6、业大学 电气信息学院电气信息学院4.1 变压器的用途、工作原理及结构变压器的用途、工作原理及结构3 3、变压器的结构、变压器的结构一、铁心一、铁心 变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用厚为变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用厚为0.35-0.5mm0.35-0.5mm、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。 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。 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，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

7、）。又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。 将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘，担负将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘，担负着固定的作用。着固定的作用。二、绕组二、绕组四、油箱四、油箱三、绝缘套管三、绝缘套管此外，还有储油柜、吸湿器、安全气道、净油器和气体继电器。此外，还有储油柜、吸湿器、安全气道、净油器和气体继电器。安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.1 变压器的用途、工作原理及结构变压器的用途、工作原理及结构4 4、变压器的型号与额定值、变压器的型号与额定值(1) (1) 型号型号 型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷

8、却方型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容，表示方法为式等内容，表示方法为如如OSFPSZ-250000/220OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压，额定容量有载调压，额定容量250000kVA250000kVA，高压额定电压，高压额定电压220kV220kV电力变压器电力变压器安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.1 变压器的用途、工作原理及结构变压器的用途、工作原理及结构4 4、变压器的型号与额定值、变压器的型号与额定值(2) (2) 额定值额定值此外，额定值还有此外，额定值

9、还有额定频率额定频率、效率、温升效率、温升等。等。指铭牌规定的额定使用条件指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率。下所能输出的视在功率。额定容量额定容量NS (kVA)指长期运行时所能承受的工作电压指长期运行时所能承受的工作电压额定电压额定电压12NNU/ U(kV ) 是指一次侧所加的额定电压，是指一次侧所加的额定电压， 是指一次侧加额定电压时是指一次侧加额定电压时二次侧的开路电压。在三相变压器中额定电压为线电压。二次侧的开路电压。在三相变压器中额定电压为线电压。1NU2NU三者关系三者关系：1122112233NNNNNNNNNNSUIUISUIUI单相：单相：三相：三相：指在额定容

10、量下，允许长期通过的额定指在额定容量下，允许长期通过的额定电流。在三相变压器中指的是线电流电流。在三相变压器中指的是线电流额定电流额定电流12NNI/ I( A)安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.2 变压器的空载运行变压器的空载运行1 1、电磁关系、电磁关系1U1EE120U0I2(I )11U2U1u2u02E交变电流交变电流i1通过一次侧绕组在原边绕组上产生交变磁通通过一次侧绕组在原边绕组上产生交变磁通0二次侧绕组切割交变磁通二次侧绕组切割交变磁通 的磁力线，感应出电动势的磁力线，感应出电动势02E安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.2 变压器的空载运

11、行变压器的空载运行1 1、电磁关系、电磁关系(1) 物理情况物理情况1U1EE120U0I2(I )11U2U1u2u02E10RI1U0I100NIF1E011E2E安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.2 变压器的空载运行变压器的空载运行(2) 各电磁量参考方向的规定各电磁量参考方向的规定1 1）性质上：）性质上： 与与 成非线性关系；成非线性关系； 与与 成线性关系成线性关系；2 2）数量上：）数量上： 占占99%99%以上，以上， 仅占仅占1%1%以下以下；3 3）作用上：）作用上： 起传递能量的作用，起传递能量的作用， 起漏抗压降作用。起漏抗压降作用。0000I0I1

12、11主磁通与漏磁通的区别主磁通与漏磁通的区别一次侧遵循电动机惯例，二次侧遵循发电机惯例。一次侧遵循电动机惯例，二次侧遵循发电机惯例。强调强调：磁通与产生它的电流之间符合右手螺旋定则；电动势与感磁通与产生它的电流之间符合右手螺旋定则；电动势与感应它的磁通之间符合右手螺旋定则。应它的磁通之间符合右手螺旋定则。1 1、电磁关系、电磁关系安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.2 变压器的空载运行变压器的空载运行(3)感应电动势分析感应电动势分析1 1、电磁关系、电磁关系 主磁通感应的电动势主磁通感应的电动势主电动势主电动势tsinm设0011112-9090mmdeNfN sin(t)

13、Esin()dtt 则114.44mEfN 有效值114.44mEjfN 相量同理，二次主电动势也有同样的结论。同理，二次主电动势也有同样的结论。 可见，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动可见，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势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通 。主电动势。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。的大小与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。090安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.2 变压器的空载运行变压器的空载运行(3)感应电动势分析感应电动势分析1 1、电磁关系、电

14、磁关系NkNUEUE1112022同理，二次主电动势也有同样的结论。同理，二次主电动势也有同样的结论。因此，变压器一次绕组和二次绕组的电压比为：因此，变压器一次绕组和二次绕组的电压比为： mEjfN 224.44安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.2 变压器的空载运行变压器的空载运行(3)感应电动势分析感应电动势分析1 1、电磁关系、电磁关系 漏磁通感应的电动势漏磁通感应的电动势漏电动势漏电动势漏电动势也可以用漏抗压降来表示，即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，同样有根据主电动势的分析方法，同样有1114.44mEjfN 1114.44EfN 1100

15、1EjL IjI X 由于漏磁通主要经过非铁磁路径由于漏磁通主要经过非铁磁路径, ,磁路不饱和磁路不饱和, ,故磁阻很大且为故磁阻很大且为常数常数, ,所以漏电抗所以漏电抗 很小且为常数很小且为常数, ,它不随电源电压负载情况它不随电源电压负载情况而变而变. .1X安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.2 变压器的空载运行变压器的空载运行2 2、空载电流和空载损耗、空载电流和空载损耗一、一、 空载电流空载电流1) 作用与组成2) 性质和大小 性质性质：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

16、无功性质也称励磁电流；也称励磁电流；大小大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有与电源电压和频率、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I I0 0% %来表示来表示：00N100II %I空载电流空载电流 包含两个分量，一个是励磁分量包含两个分量，一个是励磁分量 ，作用是建立磁，作用是建立磁场，另一个是铁损耗分量场，另一个是铁损耗分量 ，主要作用是供铁损耗。，主要作用是供铁损耗。0IaI0rI0安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.2 变压器的空载运行变压器的空载运行2 2、空载电流和空载损耗、空载电流和空载损耗t0i321123

17、0i3) 空载电流波形由于磁路饱和，空载电流由于磁路饱和，空载电流与由它产生的主磁通与由它产生的主磁通呈非呈非线性关系。线性关系。 当磁通按正弦规律当磁通按正弦规律变化时，空载电流呈尖变化时，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。安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.2 变压器的空载运行变压器的空载运行2 2、空载电流和空载损耗、空载电流和空载损耗ihi0iti0 考虑饱和和磁滞影响，考虑饱和和磁滞影响，i0不对称的尖顶波分解为：不对称的尖顶波分解为：1 1）对称的尖顶波，考虑饱和影响的磁化电流

18、）对称的尖顶波，考虑饱和影响的磁化电流i; ;2) 2) 正弦波，对应铁心中的磁滞损耗正弦波，对应铁心中的磁滞损耗ih安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.2 变压器的空载运行变压器的空载运行2 2、空载电流和空载损耗、空载电流和空载损耗二、空载损耗二、空载损耗 对于已制成变压器，铁损与磁通密度幅值的平方成正比，对于已制成变压器，铁损与磁通密度幅值的平方成正比，与电流频率的与电流频率的1.31.3次方成正比，即次方成正比，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%0.2% 1%1%，而且随变压器容量的，而且随变压器容量的增大而下降。为减少空载损耗，改进设计结构的方

19、向是采用优增大而下降。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。21.3mFePBf。，PP，RI。RIP,PFeFe耗耗即即空空载载损损耗耗近近似似为为铁铁损损所所以以均均很很小小和和由由于于和和绕绕组组铜铜损损耗耗耗耗供供给给铁铁损损电电源源吸吸收收少少量量有有功功功功率率变变压压器器空空载载时时一一次次侧侧从从 0101200安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.2 变压器的空载运行变压器的空载运行3 3、空载时的电动势方程、等效电路和相量图、空载时的电动势方程、等

20、效电路和相量图一、电动势平衡方程和变比一、电动势平衡方程和变比1 1、电动势平衡平衡方程、电动势平衡平衡方程（1 1）一次侧电动势平衡方程）一次侧电动势平衡方程1110110101110UEEI REI RjI XEZ I 1114.44mUEfN 忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有11114.444.44mEUfNfN则 可见，影响主磁通大小的因素有可见，影响主磁通大小的因素有电源电压电源电压和和频率频率，以及，以及一次线圈的匝数一次线圈的匝数。重要公式安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.2 变压器的空载运行变压器的空载运行

21、3 3、空载时的电动势方程、等效电路和相量图、空载时的电动势方程、等效电路和相量图一、电动势平衡方程和变比一、电动势平衡方程和变比（2 2）二次侧电动势平衡方程）二次侧电动势平衡方程220EU2 2、变比、变比定义定义112112022NNUUENkENUU 对三相变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近似对三相变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近似为额定相电压之比，具体为为额定相电压之比，具体为Y，d接线接线NNU3Uk21 NNUU3k21D，y接线接线安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.2 变压器的空载运行变压器的空载运行3 3、空载时的电动势方程、等效电路和相

22、量图、空载时的电动势方程、等效电路和相量图二、空载时的等效电路和相量图二、空载时的等效电路和相量图1 1、等效电路、等效电路100mmmEI (RjX)I Z 即即等等效效用用电电阻阻所所以以还还要要引引入入一一个个在在铁铁心心中中引引起起铁铁损损由由于于降降表表示示也也用用电电抗抗压压感感应应的的电电动动势势表表示示法法基基于于,PRI,R,P,E,XI jEFemmFe201101 安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.2 变压器的空载运行变压器的空载运行3 3、空载时的电动势方程、等效电路和相量图、空载时的电动势方程、等效电路和相量图二、空载时的等效电路和相量图二、空载时

23、的等效电路和相量图1 1、等效电路、等效电路一次侧的电动势平衡方程为一次侧的电动势平衡方程为01101011I)jX(RI)jX(RZIEUmm空载时等效电路图空载时等效电路图mmmZ,X,R励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。由于磁路具有饱励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。由于磁路具有饱和特性，所以和特性，所以 不是常数，随磁路饱和程度增大而减不是常数，随磁路饱和程度增大而减小。小。mmmjXRZ安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.2 变压器的空载运行变压器的空载运行3 3、空载时的电动势方程、等效电路和相量图、空载时的电动势方程、等效电路和相量图二、空载时的等效电路和相量图二、空载

24、时的等效电路和相量图11XX,RRmm由于由于 ，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只是一个是一个 元件的电路。在元件的电路。在 一定的情况下，一定的情况下， 大小取决于大小取决于 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，所以变压器常采用越小越好，所以变压器常采用高导磁材料，增大高导磁材料，增大 ，减小，减小 ，提高运行效率和功率因数。，提高运行效率和功率因数。 mZmZ0I0ImZ1U0I安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.2 变压器的空载运行变压器的空载运行3 3、空载时的电动势方程、等效电路和相量图、空载时的电动

25、势方程、等效电路和相量图二、空载时的等效电路和相量图二、空载时的等效电路和相量图2 2、相量图、相量图根据前面所学的方程，可作出变压器根据前面所学的方程，可作出变压器空载时的相量图：空载时的相量图：（1）以 为参考相量m（2） 与 同相， 滞后 ，mar0III00090aI0rI01E（3） 滞后 ， ；090m21E,E1001XI j,IR（4）1U（5）maI0rI00I1E1E2E10XI j01IR1U安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.2 变压器的空载运行变压器的空载运行3 3、空载时的电动势方程、等效电路和相量图、空载时的电动势方程、等效电路和相量图空载运行小

26、结空载运行小结（1 1）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. .（2 2）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。（3 3）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁）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。心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。

27、（4 4）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。安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.3 变压器的负载运行变压器的负载运行1 1 负载运行时的电磁关系负载运行时的电磁关系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，称为上负载的运行状态，称为负载运行负载运行。1U1E1E2U1I2I1m2EAX

28、axLZ22E安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.3 变压器的负载运行变压器的负载运行1 1 负载运行时的电磁关系负载运行时的电磁关系11IR11E22IR22E1U1I2I2U11 1FN I22 2FN I01 0FN I01E2E用图示负载运行时的电磁过程用图示负载运行时的电磁过程安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.3 变压器的负载运行变压器的负载运行2 2 基本方程式基本方程式1) 1) 磁动势平衡方程磁动势平衡方程120FFF或112210N IN IN I:,U,U.FF;F,因因此此有有磁磁动动势势平平衡衡方方程程大大小小基基本本不不变变由由空

29、空载载到到负负载载不不变变保保持持只只要要大大小小主主要要取取决决于于共共同同作作用用产产生生次次磁磁动动势势和和二二负负载载时时一一次次磁磁动动势势产产生生主主磁磁通通一一次次磁磁动动势势空空载载时时011002100用电流形式表示用电流形式表示LII)kI(II)NN(II102021201安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.3 变压器的负载运行变压器的负载运行 电磁关系将一、二次联系起来电磁关系将一、二次联系起来, ,二次电流增加或减少必然引二次电流增加或减少必然引起一次电流的增加或减少起一次电流的增加或减少. .用电流形式表示用电流形式表示LII)kI(II)NN(I

30、I102021201。,I;,I:L作用作用它起平衡二次磁动势的它起平衡二次磁动势的另一个是负载分量另一个是负载分量产生主磁通产生主磁通它用来它用来一个是励磁电流一个是励磁电流两个分量两个分量变压器的负载电流包括变压器的负载电流包括表明表明102 2 基本方程式基本方程式1) 1) 磁动势平衡方程磁动势平衡方程安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.3 变压器的负载运行变压器的负载运行用电流形式表示用电流形式表示LII)kI(II)NN(II1020212012 2 基本方程式基本方程式1) 1) 磁动势平衡方程磁动势平衡方程负载运行时负载运行时, ,忽略空载电流有忽略空载电流有

31、: :1221211或NNkIIkII表明，一、二次电流比近似与匝数成反比。可见，匝数不表明，一、二次电流比近似与匝数成反比。可见，匝数不同，不仅能改变电压，同时也能改变电流。同，不仅能改变电压，同时也能改变电流。安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.3 变压器的负载运行变压器的负载运行2 2 基本方程式基本方程式2) 2) 电动势平衡方程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根据基尔霍夫电压定律可写出一、二次侧电动势平衡方程111111111ZIEXI jRIEU222222222ZIEXI jRIEU LZIU22安徽工业大学安徽工业大学 电气信息

32、学院电气信息学院4.3 变压器的负载运行变压器的负载运行3 3 等效电路及相量图等效电路及相量图1) 折算折算折算原则折算原则：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）保持二次侧各功率或损耗不变。或损耗不变。22122 EkEEUkU 22IIk222222 2LLrk rxk xZk Z方法方法：（将二次侧折算到一次侧（将二次侧折算到一次侧) )折算：折算：将变压器的二次（或一次）绕组用另一个绕组将变压器的二次（或一次）绕组用另一个绕组(N(N2 2=N=N1 1) )来来等效，同时对该绕组的电磁量作相应的变换，以保持两侧的电磁等效，同时对该绕组的电磁量

33、作相应的变换，以保持两侧的电磁关系不变关系不变, ,用一个等效的电路代替实际的变压器。用一个等效的电路代替实际的变压器。安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.3 变压器的负载运行变压器的负载运行3 3 等效电路及相量图等效电路及相量图1) 折算折算折算后的方程式为折算后的方程式为111111111ZIEXI jRIEU 222222222ZIEXI jRIEU 021III12EE01IZEmLZIU22安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.3 变压器的负载运行变压器的负载运行3 3 等效电路及相量图等效电路及相量图2) 等效电路等效电路根据折算后的方程，可以作

34、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。T T型等效电路型等效电路：近似等效电路近似等效电路1R1X2R2XmRmX1U2ULZ2I1I0I1R1X2R2X21IIL1I1U2ULZ1mZZ安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.3 变压器的负载运行变压器的负载运行3 3 等效电路及相量图等效电路及相量图2) 等效电路等效电路1R1X2R2X21IIL1I1U2ULZ1U2ULZ2II1SRSX121SS2SSSRRRXXXZRjX分别称为分别称为短路电阻、短路短路电阻、短路电抗电抗和和短路阻抗。短路阻抗。 由简化等效电路可知，短路阻抗起限制短路电流的作用

35、，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1020倍倍。安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.3 变压器的负载运行变压器的负载运行3 3 等效电路及相量图等效电路及相量图3) 相量图相量图作相量图的步骤作相量图的步骤对应对应T T型等效电路，型等效电路， 假定变压器带感性负载假定变压器带感性负载。0190)6Em超前0)7 I)() 8201III11)11IjX1)12 U22 I ) 223RI )224IXj )12) 5EE1)9

36、E21 U)11)10RI1R1X2R2XmRmX1U2ULZ2I1I0I安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.3 变压器的负载运行变压器的负载运行3 3 等效电路及相量图等效电路及相量图3) 相量图相量图简化等效电路的相量图简化等效电路的相量图212112212SSUI ZIIUUI RjX I 21II2USRI1SXI j11U2思考思考题题 作出变压器带上不同性质作出变压器带上不同性质负载时的简化相量图负载时的简化相量图? ?1U2ULZ2II1SRSX安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.4 变压器参数的试验测定变压器参数的试验测定1 1 空载实验空载

37、实验一一) )目的：目的：通过测量空载电流和一、二次电压及空载功率来计算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、铁损和励磁阻抗变比、空载电流百分数、铁损和励磁阻抗。二二) ) 接线图接线图WAVV*安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.4 变压器参数的试验测定变压器参数的试验测定1 1 空载实验空载实验三三) ) 要求及分析要求及分析FepP,XR) 0113即即和和忽忽略略1 1）低压侧加电压，高压侧开路；）低压侧加电压，高压侧开路；曲曲线线和和画画出出和和测测出出向向调调节节范范围围内内单单方方在在电电压压)U(fP)U(fI,PI ,U,U.U

38、)N1010002012102 WAVV*安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.4 变压器参数的试验测定变压器参数的试验测定1 1 空载实验空载实验三三) ) 要求及分析要求及分析1002022NmmmmmUZIPRIXZR201001100NNUkUII %I4 4）求出参数）求出参数5 5）空载电流和空载功率必须是额定电压时的值，并以此求）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；取励磁参数；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

39、为相值；安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.4 变压器参数的试验测定变压器参数的试验测定2 2 短路实验短路实验一一) )目的：目的：通过测量短路电流、短路电压及短路功率来计算变压通过测量短路电流、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。器的短路电压百分数、铜损和短路阻抗。二二) ) 接线图接线图WAV*安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.4 变压器参数的试验测定变压器参数的试验测定三三) ) 要求及分析要求及分析2 2 短路实验短路实验WAV*1 1）高压侧加电压，低压侧短路；）高压侧加电压，低压侧短路；;)U(fP)U(fI,PI

40、 ,U,I.I,)SSSSSSSNS曲曲线线和和画画出出和和测测出出对对应应的的范范围围内内变变化化在在让让短短路路电电流流通通过过调调节节电电压压 31023 3）同时记录实验室的室温；）同时记录实验室的室温；4 4）由于外加电压很小，主磁通很少，）由于外加电压很小，主磁通很少，铁损耗很少，忽略铁损，认为铁损耗很少，忽略铁损，认为 。CuSpP 安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.4 变压器参数的试验测定变压器参数的试验测定三三) ) 要求及分析要求及分析2 2 短路实验短路实验5 5）参数计算）参数计算122122ssNssNsSNSsNsssUUZIIPPRIIXZR对

41、对T T型等效电路：型等效电路：ssXXXRRR212121216 6）温度折算：电阻应换算到基准工作温度时的数值。）温度折算：电阻应换算到基准工作温度时的数值。8 8）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；7 7）若要得到低压侧参数，须折算；）若要得到低压侧参数，须折算；安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.4 变压器参数的试验测定变压器参数的试验测定四四) ) 短路电压短路电压2 2 短路实验短路实验短路时，当短路电流为额定值时一次所加的电压，称为短短路时，当短路电流为额定值时一次所加的电压，称为短路电压，记作

42、路电压，记作NSSNIZU1750C短路电压也称为阻抗电压短路电压也称为阻抗电压。 短路电压的大小直接反映短路短路电压的大小直接反映短路阻抗的大小，而短路阻抗又直接影阻抗的大小，而短路阻抗又直接影响变压器的运行性能。响变压器的运行性能。安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.4 变压器参数的试验测定变压器参数的试验测定四四) ) 短路电压短路电压2 2 短路实验短路实验%URI%)(NCSN0100u :1751sa 分量百分值分量百分值有功有功短路电压电阻短路电压电阻%UXI%)(NSN100u :11sa 分量百分值分量百分值无功无功抗抗短路电压电短路电压电 从正常运行角度看

43、，从正常运行角度看，希望短路电压小些，这样希望短路电压小些，这样可使副边电压随负载波动可使副边电压随负载波动小些；从限制短路电流角小些；从限制短路电流角度，希望它大些，相应的度，希望它大些，相应的短路电流就小些。短路电流就小些。%UZI%NCSN0100u :1751s 短短路路电电压压百百分分值值安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.4 变压器参数的试验测定变压器参数的试验测定3 3 标么值标么值 标么值标么值, ,就是指某一物理量的实际值与选定的同一单位的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基准值的比值, ,即即一一) )定义定义二二) )基准值的确定基准

44、值的确定1 1、通常以额定值为基准值。、通常以额定值为基准值。 2 2、各侧的物理量以各自侧的额定值为基准；、各侧的物理量以各自侧的额定值为基准； 线值以额定线值为基准值，相值以额定相值为基准值；线值以额定线值为基准值，相值以额定相值为基准值；单相值以额定单相值为基准值，三相值以额定三相值为基准值；单相值以额定单相值为基准值，三相值以额定三相值为基准值； .SSQ,P.ZZX,R.EUBB的的基基准准值值为为和和的的基基准准值值为为和和的的基基准准值值为为和和BU3 3、标么值标么值= =实际值实际值基准值基准值安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.4 变压器参数的试验测定变压

45、器参数的试验测定3 3 标么值标么值三三) ) 优点优点01*mZI020*mPRI*sSNZU*sSNRP*NPcosN*NQsinN四四) ) 缺点缺点标么值没有单位，物理意义不明确。标么值没有单位，物理意义不明确。3 3、折算前、后的标么值相等。线值的标么值、折算前、后的标么值相等。线值的标么值= =相值的标么值；相值的标么值； 单相值的标么值单相值的标么值= =三相值的标么值；三相值的标么值； 1 1、额定值的标么值为、额定值的标么值为1 1。 2 2、百分值、百分值= =标么值标么值100% 100% ；4 4、某些意义不同的物理量标么值相等、某些意义不同的物理量标么值相等安徽工业大

46、学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.5 变压器的运行特性变压器的运行特性1 1 电压变化率电压变化率用相量图可以推导出电压变化率的表达式用相量图可以推导出电压变化率的表达式：定义：是指一次侧加定义：是指一次侧加50Hz50Hz额定电压、二次空载电压与带负载后额定电压、二次空载电压与带负载后在某功率因数下的二次电压之差，与二次额定电压的比值，即在某功率因数下的二次电压之差，与二次额定电压的比值，即 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, ,它大小它大小反映了供电电压的稳定性。反映了供电电压的稳定性。2022222NNNUUUUUUU22

47、*ssU(R cosX sin)式中式中NII22称为负载系数称为负载系数 由表达式可知，电压变化率的大小与负载大小、性质及由表达式可知，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。变压器的本身参数有关。安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.5 变压器的运行特性变压器的运行特性1 1 电压变化率电压变化率.,UcosRsinX.,U,)(;,U,)()(*s*s次次电电压压比比空空载载时时高高说说明明二二为为负负值值时时当当也也可可能能为为负负值值能能为为正正可可时时带带阻阻容容性性负负载载时时低低这这时时二二次次端端电电压压比比空空载载正正值值为为时时和和阻阻感感

48、性性负负载载当当变变压压器器带带阻阻性性负负载载22222000 .),I(fU,特特性性称称为为变变压压器器的的外外即即规规律律变变化化的的二二次次端端电电压压随随负负载载电电流流定定时时因因数数一一当当电电源源电电压压和和负负载载功功率率22 *2U)(*2I1.001.01cos28 . 0cos28 . 0)cos(2安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.5 变压器的运行特性变压器的运行特性2 2 电压调整电压调整 为了保证二次端电压在允许范围之内为了保证二次端电压在允许范围之内, ,通常在变压器的高通常在变压器的高压侧设置抽头压侧设置抽头, ,并装设分接开关并装设分接

49、开关, ,调节变压器高压绕组的工作调节变压器高压绕组的工作匝数匝数, ,来调节变压器的二次电压。来调节变压器的二次电压。 分接开关有两种形式：一种只能在断电情况下进行调节，称分接开关有两种形式：一种只能在断电情况下进行调节，称为无载分接开关为无载分接开关-这种调压方式称为无励磁调压；另一种可这种调压方式称为无励磁调压；另一种可以在带负荷的情况下进行调节，称为有载分接开关以在带负荷的情况下进行调节，称为有载分接开关-这种调这种调压方式称为有载调压。压方式称为有载调压。 中、小型电力变压器一般有三个分接头，记作UN 5%。大型电力变压器采用五个或多个分接头,例UN 2x2.5%或UN 8x1.5%

50、。安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.5 变压器的运行特性变压器的运行特性3 3 损耗、效率及效率特性损耗、效率及效率特性 铁损耗与外加电压大小有关，而与负载大小基本无关，故铁损耗与外加电压大小有关，而与负载大小基本无关，故也称为不变损耗。也称为不变损耗。一一) ) 变压器的损耗变压器的损耗 铜损耗铜损耗分基本铜损耗和附加铜损耗。基本铜损耗是在电流分基本铜损耗和附加铜损耗。基本铜损耗是在电流在一、二次绕组直流电阻上的损耗；附加损耗包括因集肤效应在一、二次绕组直流电阻上的损耗；附加损耗包括因集肤效应引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。引起的损耗以及漏磁场在结构部件

51、中引起的涡流损耗等。变压器的损耗主要是变压器的损耗主要是铁损耗铁损耗和和铜损耗铜损耗两种。两种。 铁损耗铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗。基本铁损耗为磁滞包括基本铁损耗和附加铁损耗。基本铁损耗为磁滞损耗和涡流损耗。附加损耗包括由铁心叠片间绝缘损伤引起的局损耗和涡流损耗。附加损耗包括由铁心叠片间绝缘损伤引起的局部涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。部涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。 铜损耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。铜损耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.5 变压器的运行特性变压器的运行特性3

52、 3 损耗、效率及效率特性损耗、效率及效率特性二二) ) 效率及效率特性效率及效率特性 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，是表征变压器运行性能的重要指标之一。运行性能的重要指标之一。效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。21100P=%P1121FeCuFeCupP + P-= -PP + P + P0222222FeCuSNSNNN2p= PIp=() P=PIP =S cos其中安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.5 变压器的运行特性变压器的运行特性3 3 损耗、效率及

53、效率特性损耗、效率及效率特性二二) ) 效率及效率特性效率及效率特性效率表达式效率表达式202201100SNNSNPP()%S c osPP 变压器效率的大小与负载的变压器效率的大小与负载的大小、功率因数及变压器本身参大小、功率因数及变压器本身参数有关。数有关。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(),=f(),称为变压器的效率特性。称为变压器的效率特性。0max安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.5 变压器的运行特性变压器的运行特性3 3 损耗、效率及效率特性损耗、效率及效率特性二二)

54、 ) 效率及效率特性效率及效率特性 即当即当铜损耗等于铁损耗铜损耗等于铁损耗( (可变损耗等于不变损耗可变损耗等于不变损耗) )时时, ,变压变压器效率最大：器效率最大：2mSN0P= P或或0SNP=Pm1002120maxmN20P= (-)%S cos+P 为了提高变压器的运行效益，设计时应使变压器的铁为了提高变压器的运行效益，设计时应使变压器的铁损耗小些。损耗小些。0dd令令 , ,则则 安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.6 三相变压器三相变压器1 1 磁路系统磁路系统一一) ) 组式磁路变压器组式磁路变压器二二) ) 心式磁路变压器心式磁路变压器特点是：三相磁特点

55、是：三相磁路彼此无关联。路彼此无关联。特点是：三相磁路特点是：三相磁路彼此有关联。彼此有关联。1W2Ww1V2Vv1U2Uu1U2U1u2u1V2V1v2v1W2W1w2wuvw安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院4.6 三相变压器三相变压器2 2 电路系统电路系统一一) ) 变压器的端头标号变压器的端头标号绕组名绕组名称称单相变压器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高压绕组组U1U2U1、V2、W1U2、V2、W2N低压绕低压绕组组u1u2u1、v1、w1u2、v2、w2n中压绕中压绕组组U1mU2mU1m、V1m、W1mU2m、V2m、W2mNm安徽工业大

56、学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院二二) )单相变压器的极性单相变压器的极性*1U2U1u2u*1U2U1u2u1U2U1u2u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。*1u2u1U2U1u2u*1U2U*1U2U1u2u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。2 2 电路系统电路系统)I , I(I/I012连接组别为)I,I(I/I66 连连接接组组别别为为安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院三三) ) 三相变压

57、器的连接组别三相变压器的连接组别2 2 电路系统电路系统连接组别连接组别：反映三相变压器连接方式及一、二次线电动势（或：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。线电压）的相位关系。 三相变压器的三相变压器的连接组别连接组别不仅与绕组的绕向和首末端标志有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。关，而且还与三相绕组的连接方式有关。理论和实践证明，无论采用怎样的连接方式，一、二次侧线电理论和实践证明，无论采用怎样的连接方式，一、二次侧线电动势（可电压）的相位差总是动势（可电压）的相位差总是30300 0的整数倍。因此可以采用时钟的整数倍。因此可以采用

58、时钟表示法表示法 作为时钟的分针，指向作为时钟的分针，指向1212点，点， 作为时钟的时作为时钟的时针，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。组别号的数字乘以以30300 0，就是二次绕组的线电动势滞后于一次侧电动势的相位角。，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安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院三三) ) 三相变压器的连接组别三相变压器的连接组别2 2 电路系统电路系统连接组别可以用相量图来判断：连接组别可以用相量图来判断：若高压绕组三相标志不变，低若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，

59、可压绕组三相标志依次后移，可以得到以得到Y,y4Y,y4、Y,y8Y,y8连接组别。连接组别。1 1、Y Y，y y连接连接UVEuvE 同名端在对应端，对应的同名端在对应端，对应的相电动势同相位，线电动势相电动势同相位，线电动势 和和 也同相位，连接组别为也同相位，连接组别为Y Y，y0y0。同理，若异名端在对应端，可同理，若异名端在对应端，可得到得到Y Y，y6y6、Y,y10Y,y10和和Y,y2Y,y2连接连接组别。组别。安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院三三) ) 三相变压器的连接组别三相变压器的连接组别2 2 电路系统电路系统若高压绕组三相标志不变，低若高压绕组三相

60、标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可压绕组三相标志依次后移，可以得到以得到Y,d3Y,d3、Y,d7Y,d7连接组别。连接组别。2 2、Y Y，d d连接连接-11-11UVEuvE 同名端在对应端，对应的相同名端在对应端，对应的相电动势同相位，线电动势电动势同相位，线电动势 和和 相差相差3303300 0，连接组别，连接组别为为Y Y，d11d11。同理，若异名端在对应端，可同理，若异名端在对应端，可得到得到Y Y，d5d5、Y,d9Y,d9和和Y,d1Y,d1连接连接组别。组别。安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院三三) ) 三相变压器的连接组别三相变压器的连接组别2 2