电机与拖动：第四章 变压器

1、第四章 变压器作业：4.1, 4.3, 4.6, 4.71第四章 变压器第一节 变压器的基本工作原理与结构一、变压器的基本工作原理 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。2k匝比忽略铁心中的损耗，根据能量守恒定律，有：二、变压器的分类 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。

2、 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。 3电源变压器电力变压器控制变压器接触调压器三相干式变压器4三、变压器的结构简介铁心变压器中主要的磁路部分，分为铁心柱与铁轭两部分。 单相芯式变压器1铁心柱 2铁轭3高压线圈 4低压线圈三相芯式变压器1铁心柱 2铁轭3高压线圈 4低压线圈5单相壳式变压器1铁心柱 2铁轭 3绕组绕组变压器中的电路部分。 1低压绕组 2高压绕组交叠式绕组6油浸式电力变压器1信号式温度计2吸湿器3储油柜4油位计5安全气道6气体继电器7高压套管8低压套管9分接开关10油箱11铁心12线圈13放油阀门7四、变压器的额定值额定容量为变压器的视在功率（用SN

3、 表示，单位 kVA ，VA）额定电压（一次和二次绕组上分别为U1N 和U2N ，单位V, kV）额定电流（一次和二次绕组上分别为I1N 和I2N ，单位 A , kA）单相变压器三相变压器额定频率fN 我国的规定为50Hz8例3-1 有一台三相油浸自冷式铝线电力变压器，试求一次、二次绕组的额定电流。解：联结9第二节 变压器的空载运行一、空载运行时的物理情况变压器匝数为N1的一次绕组加上交流电压，变压器匝数为N2的二次绕组开路，这种情况即为变压器的空载运行。一次绕组和二次绕组的电动势平衡方程式其中，i0 空载电流；u20 二次绕组的空载电压；r1 一次绕组的电阻。 主磁通；1 一次绕组漏磁通。

4、101、感应电动势与主磁通空载运行时，忽略i1R1和e1 设：感应电动势e1 和e2 均滞后于 的电角度90，其有效值为E1和E2的相量表达式112、空载电流空载电流包含两个分量，一个是励磁分量，作用是建立磁场，产生主磁通无功分量；另一个是铁损耗分量，作用是供变压器铁心损耗有功分量。 性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电流主要是感性无功性质也称励磁电流；大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关，用空载电流百分数I0%来表示：3、漏磁通和漏电抗漏电抗X1 是一次绕组的一个参数。12二、空载运行时的电动势平衡方程式、相量图及等效电路主磁通产生的感应电动势 e1 ：

5、 式中 R1 一次绕组的电阻；Z1 一次绕组的漏阻抗， Z1 R1 j X1。式中，Zf 变压器的励磁阻抗，Zf =Rf +jXf ; Rf 变压器的励磁电阻，对应铁耗PFe; Xf 变压器的励磁电抗，反映主磁通的作用。13相应的等效电路如图所示，其中 ，。14第三节 变压器的负载运行 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。一、负载运行时的物理情况由于电源电压恒定，即U1=常数，则E1常数，m常数。因此，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，以及由主磁通所感应产生的

6、电动势基本不变。15二、负载运行时的基本方程式1、磁动势平衡方程式为负载电流分量 由于变压器空载电流很小，为方便分析问题，常忽略不计 可近似为 ：162、电动势平衡方程式和漏电抗。分别为一次和二次绕组的漏阻抗、电阻17第四节 变压器的等效电路及相量图1.问题？ 是否可找到一个便于工程计算的单纯电路,以代替无电路联系、但有磁路耦合作用的实际变压器。 但这个电路必须能正确反映变压器内部电磁过程2.答案：有！ 这种电路称为变压器的等效电路;前提条件是必须进行绕组归算.18一、绕组归算归算：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。归

7、算原则：1）保持二次侧磁动势不变；2）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（一）电动势和电压的归算则19（二）电流的归算（三）阻抗的归算阻抗归算的原则：归算前后电阻铜耗及漏感中无功功率不变。因此，得到二次侧阻抗折算公式相应地，对负载阻抗 ZL ，其折算值为 20归算后变压器负载运行时的基本方程式变为如下形式：21二 、等效电路右图中，二次绕组各量均已经归算到一次绕组，即图中a、b和c、d分别是等电位点，可连接起来而不改变运行情况。于是作出变压器的T形等效电路。（由前述的基本方程式也可得出该等效电路）22三 、近似等效电路图 根据T形等效电路，可以画

8、出相应的相量图。四 、相量图23第五节 变压器的参数测定一、空载试验其目的是测定变压器的电压比k、空载电流I0 、空载损耗P0和励磁参数Rf、Xf、Zf等。24由于空载电流 I0 很小，绕组损耗I02R很小，所以认为变压器空载时的输入功率P0 完全用来平衡变压器的铁心损耗，即P0 pFe 由等效电路可知，变压器空载时的总阻抗 由于电力变压器中，一般 Rf R1，XfX1，因此 Z0Zf ，则有：励磁电抗电压比励磁电阻励磁阻抗25二、负载试验 （又称短路试验）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。高压侧加电压，低压侧短路；由于外加电压很小，主磁通很少，

9、铁损耗很少，忽略铁损。Psh pCu 短路阻抗短路电阻短路电抗铜线变压器 铝线变压器 26标幺值,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（通常以额定值为基准值）,即阻抗电压 负载试验时，当绕组中电流达到额定值，加在一次绕组上的短路电压。用一次侧额定电压的百分值表示。27第六节 三相变压器、三相变压器的磁路系统（一）三相变压器组的磁路 当一次侧绕组加上三相对称电压时，三相的主磁通必然对称，三相的空载电流也是对称的。28（二）三相心式变压器的磁路图 三相心式变压器的磁路特点是三相主磁通磁路相互联系，彼此相关，为了使结构简单、制造方便、减小体积和节省硅钢片，可将三相铁心柱布置在同一平

10、面内。 29二、三相变压器的电路系统联结组（一）联结法30（二）联结组1、高低压侧绕组相电动势的相位关系 两个绕组的相电动势只有同相位和反相位两种情况，它取决于绕组的同名端和绕组的首末端标记。 312、三相变压器的联结组标号的确定 三相变压器的联结组标号不仅与绕组的同名端及首末端的标记有关，还与三相绕组的联结方式有关。根据联结图，用相量图法判断联结组的标号一般可分为以下几个步骤：（1）标出高、低压侧绕组相电动势的假定正方向。（2）将高压侧和低压侧的电动势相量图画在同一图上，画图时注意以下几点：(a)、原理图中相序标号从左到右排列，对应的在相量图上按顺时针方向排列，例如：若相序为A-B-C，则相

11、量图上的三个顶点A、B、C按顺时针方向排列。高压侧和低压侧的画图原则相同。(b)、同一铁心柱上，高压和低压两个相量只有同相或者反相两种情况。 (3）判断联结组别：取高、低压相对应的线电势相量进行比较，旋转相量图使高压侧线电势指向钟表“12”，低压侧线电势相量所指向的字母即为联结组别。AB（方向为由A指向B）和ab（方向为由a指向b）、BC和bc等等 32Y y0 联结组Yd11 联结组33三、三相变压器的并联运行34需要满足下列三个条件： （1）并联运行的各台变压器的额定电压应相等，即各台变压器的电压比应相等； （2）并联运行的各台变压器的联结组号必须相同； （3）并联运行的各台变压器的短路阻

12、抗（或阻抗电压）的相对值要相等。35第七节 变压器的运行特性一、变压器的外特性和电压变化率变压器二次侧的端电压随负载变化的程度用电压变化u来表示。电压变化率u规定为：一次侧加额定负载电压、负载功率因数为一定值，空载与负载时二次侧端电压之差，用二次侧额定电压的百分值表示，即3637电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之一,它大小反映了供电电压的稳定性。式中 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。当I2=I2N, =1时38二、变压器的效率特性变压器的损耗主要是铁耗和铜耗两种。铁耗包括基本铁耗和附加铁耗。基本铁耗为磁滞损耗和涡流损耗。附加损耗包括由铁心叠片间

13、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。铁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。 铜耗也分基本铜耗和附加铜耗。基本铜耗是在电流在一、二次绕组直流电阻上的损耗；附加损耗包括因集肤效应引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。铜耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。 变压器的效率也是指其输出的有功功率与输入的有功功率之比，用百分值表示。39式中变压器的铜耗： 变压器的铁耗： 40效率特性41第八节 自耦变压器与互感器一、自耦变压器 自耦变压器仅有一个绕组，其一次、二次绕组之间既有磁的耦合，又有电的联系。1、工作原理 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变压器。额定容量电压比在不计励磁电流的条件下422、容量关系 自耦变压器的通过容量有两部分组成：一部分是通过绕组公共部分的电磁感应作用，由一次