变压器的基本结构和额定值

1、第三章 变压器:它是一种静止的电机,通过线圈间的电压转换为的另一等级的沟通电压.：电力变压器:用于电力系统升、降电压的变压器。3。1一、 变压器的基本结构部分构成.铁心柱上套绕组，铁轭将铁心柱连接起来形成闭合磁路。材料：0。35mm，导磁性能好，可削减铁损;铁心结构：心式和壳式；迭片方式：交迭式迭装1 页2。 绕组：一次绕组(原绕组):输入电能）:输出电能它们通常套装在同一个心柱上，一次和二次绕组具有不同的匝数，通过电磁感电流。压器中.3。油箱和冷却装置:绝缘和冷却4。绝缘套管:用于引线5。爱护装置和其他二、变压器的分类1、用途分:升压变压器、降压变压器；2 页2、相数分：单相变压器和三相变压

2、器；3、线圈数：双线圈变压器、三线圈变压器和自耦变压器;4、铁心结构：心式变压器和组式变压器;5、冷却介质和冷却方式：油浸式变压器和干式变压器等;6、容量大小:小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器。三、变压器的型号和额定值1、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。500kVA，高压侧10kV2、额定值：通常标注在变压器的铭牌上。变压器的额定值主要有：S：铭牌规定在额定使用条件下所输出的视在功率。NU（三相为线电压）NU:规定加在一次侧的电压；1NU:一次侧加额定电压，二次侧空载时的端电压。2NI：变压器额定容量下允许长期通过的电流有I和I（三相为线电流）.

3、N1N2Nf：我国工频:50Hz;N此外，还有额定效率、温升等额定值。3SNUINNSN3UINN对于双线圈变压器一、二次侧的额定容量相等.（由于其效率高)3 页四、基本工作原理00ii21Aau1e1e2u2Xxu1i1e1ei22e1d N0 ； e1dt2d N02dteu N111eu N222u可见， 1u2N1 只要转变线圈的匝数,就能达到转变电压的目的。N22.2 单相变压器的空载运行分析稳态运行性能（电压变化率、损耗和效率)该方法适用于三相变压器的对称运行。4 页一、一次和二次绕组的感应电动势空载定义：物理过程：0ii0Aau1e1e21u20Xx之间呈非线性关系。而漏磁通的磁

4、路大部分是非铁磁材料组成，所以漏磁路的磁阻和沟通电机时常将主磁通和漏磁通分开处理。E j4.44E j4.44fN 0100EU I F 100E12 j4.44fN1 E1 jI0 X13。正方向的确定：1从理论上讲,正方向可以任意选择，因各物理量的变化规律是肯定的，并不依正方向的选择不同而转变.但正方向规定不同,列出的电磁方程式和绘制的相量图也不同.在电机方向的学科中通常按习惯方式规定正方向，称为惯例.具体原则如下：5 页向与电动势的正方向全都;磁通的正方向与产生它的电流的正方向符合右手螺旋定则3）感应电动势的正方向与产生它的磁通的正方向符合右手螺旋定则方，u1 由首端指向末端,1 从首端

5、流入。当 u1 与 1 同时为正或同时为负时,表示电功2e2即 2 沿 e2u2 和 2 同时为正或同时为负时，电功率从副方输出,称为发电机惯例.4。主磁通感应的电动势设 0sint ,则 e1 N1 dt1 1E j4.44fN 1m同理可得： j444fN结论：E (E ) f N (N ),在相位上滞后1212m5E1：90.m设sint ,则 e Nd12fN 111dt11m1E1 j4.44fN11m。.又可得：E1 jIx0101式中：x 2fN2 =常数， 为一次绕组的漏电抗。11Rm6。电动势平衡方程：.U一次侧:U1 E Ir10110j Ix010 E IZ10110第

6、6 页忽视IZ,则有：U E 4.44 fN 0 1111mE14.44fNU14.44E14.44fNU14.44fNm11* 结论UfN11与铁心材质及几何尺寸基本无关。.2二次侧：U20 E2。 变压器的kK/E（4.44fNm）/（4.44fNm)=N/N121212k次绕组的匝数必需符合肯定条件:U4。44fNm4。44fNBmA111NU/4.44fBmA11BmBm1.111.5T；1。51。7T电压比 K：指三相变压器的线电压之比在做三相变压器联结绕组试验时用到电压比 K 进行计算.K=（U/u+UABab/u+UBCbc/u )/3CAcaU1N3U三相变压器:Y,d1N3U

7、2ND,y接线：K 1NU2NY，yD，dK U1NU2N7 页二、主磁通与励磁电流1、 主磁通与漏磁通在性质上:I；I0010在数量上：01以下;1在作用上：0漏抗压降.1Im2。激磁电流：Im作用：一是用来激磁，产生主磁通；二是供空载损耗.波形：磁路饱和:尖顶波；磁路不饱和:正弦波。p0p p p0Fe p B2Fef 1.3空载损耗约占（0。21)，随容量的增大而减小.cos 00.10。28 页三、变压器空载时的相量图:3.3 单相变压器的负载运行一、正方向的规定（同空载运行） 二、负载运行时的物理状况器原方接入沟通电源,副方接上负载时的运行方式称为变压器的负载运行。2、负载时的电磁过

8、程F0mF1+ F 2= F m。于是变压器在负载时的电磁关系重新达到平衡.9 页单相变压器负载运行示意图r1 1 N 1111111 0N 11010222 N22222r22二、 磁动势平衡磁动势平衡方程式:(1）磁动势形式:120（2）I1I1NI(2 )0k010I K N2留意大小和相位.21二、电动势平衡方程10 页.111U E Ir1111jIx111 E IZ11111.222U E Ir2222jIx222 E IZ2222212IN IN121 IN010N1E1 KENN12210E IZ10m.22U IZ22L三、 漏磁通和激磁阻抗1（以1a为例） =F/R=Nmi

9、11m11e =N d /dt= N2di/dt111a1m1L = N211me =L di/dt111i 2 I1sin t1则：e =Esin（t90。)11mE =-jL I11 12。漏磁电动势的表达式E =jX I11 1E =jX I21 2即漏磁电动势可以表示成电流流过漏电抗产生的压降,由于电动势与电压方向相反,故上式中取负号。四、 主磁通和励磁电抗分析不考虑铁耗时:E =-jXI1m m11 页考虑铁耗时：E =-（jX+R）I=jZI1铁心线圈的等效电路mmmm m3。4一、 变压器的基本方程FF磁动势方程： FF12 F0II1 (I2 )k.1 I.r11111x111

10、 I.Z11111.U222 E IrU2222jIx222 E IZ22222二、 T绕组折算12k=在原来的符号上加一个上标号“”以示区分。N=N21 2折算原则：F 2和二次侧的各功率保持不变I=I/k22二次侧电动势的折算：E=kE22E =kE22U=kU22二次侧阻抗的折算:R=k2R22X =k2 X2212 页R=k2RLLX=k2XLL2、折算后的方程： Z1111 UEIZ 2222 12120Z0m I Z 2L三、等效电路和相量图1“T形等效电路和相量图“T”形等效电路R1R1X12X22I0 2Xm2LI1RmU1113 页相量图2。近似等效电路时接受）1N 11N

11、I1R I211 220RI0m LU1 U2ZLXm3。简化等效电路和相量图简化等效电路:忽视 I0 I1 RX RX I21 1 22 LU1 U2 ZL2 2U电压方程式：U1 I (r1k1jXk)Urrk1r2其中:Xk X X12Z rkkjXk14 页简化相量图:CjI1 XBK12 12U 1 I1 rKI IAU2ABC*短路阻抗大小的意义:从正常运行角度看,期望小些；从短路角度看，期望大些，可限制短路电流。3.5 变压器参数的测定通过空载和短路试验测取变压器的参数。一、空载试验（开路试验)0I0U1,U200K,I（PFem=rm+jm 以及推断0铁心质量和线圈质量。接线：

12、一般低压侧加压，高压侧开路(如下图）3。步骤：低压侧加电压,高压侧开路;01。2U1.2 UN0U、U20、00值；I0=f(U1）P0=f（U1)15 页4.计算：K U20U1 0I0100I1Np PFe0Zm U1 ； RI0 ；XPI2PZ2mR2m00:rmXm是随电压的大小而变化的，故取对应额定电压时的值。k2倍。三相变压器必需使用一相的值.cos0.2，很低,为减小误差，利用低功率因数表.0二、短路试验1IK、UK及PKUK（）,pCu， ZK=RK+jXK 。接线：通常高压侧加压,低压侧短路（如下图)步骤:高压侧接电源,低压侧短接；IK=01。2INIK、UKPK；第 16

13、页IK=f(KPK=f（UK)，抛物线.计算：pCupK=PK（PK=pCu+pFepCu，电源电压很低pFe0） 由简化等效电路,得ZKU IKPZ2 R2KK；RZ2 R2KKKI2KKK11R1 R2R ;X2K1 X X2K75换算;R 23575 RK75CR235K 22875 RZK75CK75CR2R2 X2K75CK228K说明：三相变压器必需使用一相的值。倍。5.短路电压（阻抗电压)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UK即UKN=I1NzK75 额定电流在短路阻抗上的压降，亦称作阻抗电压。短路电压百分值uKU(%) UKN1NIZ100% 1NK75C

14、 100%U1NuK对变压器运行性能的影响：短路电压大小反映短路阻抗大小中、小型变压器（410。5）%；大型变压器： (12.517。5)。第 17 页3。6 三相变压器一、三相变压器的磁路系统联结，可组成三相变压器组，各相磁路彼此无关,即三相磁路是独立的;流。2。心式变压器：各相磁路彼此相关,有电和磁的联系；电流不对称，且中间电流小.18 页*组式和心式变压器的比较: 组式变压器:受运输条件或备用容量限制接受 心式变压器：省材料,效率高，占地少，成本低,运行维护简洁，广泛应用。(一、高、低压绕组相电压的相位关系1。变压器线圈的首、末端标志单相变压器三 相 变 压 器首端末端AAXCa末端XY

15、OZxy低压线圈axoczA中压线圈AmAm BmXmCmXm YmOmZm极性：指瞬时极性同名端由线圈的绕向和首末端标志打算19 页单相变压器的连接组别:I，I0;I,I6三相变压器线圈的连接组别1.）YD（y，d)）定义：反映三相变压器对称运行时，高、低压侧对应线电动势（或线电）之间的相位关系，它与线圈的绕向和首、末端标记及高、低压线圈的连接方式有关。3.)时钟表示法:（相量图)例：BCbcA,aY,y0作图步骤：先画出高压线圈的相量图；A，a画出低压侧的相量图;AB，ab4。国标规定了五种标准连接组：Y，yn0；Y,d11；YN，d11；YN，y0；Y,y0。Y，yD,dY，dD，y本节

16、课将原理讲完后,主要让同学自己练习.第 20 页3。7 标么值一、标么值的定义标么值 实际值即某一物理量实际值与选定值之比。基准值实际值与基准值必需具有相同的单位。二、基值的选取通常以额定值为基准值，各侧的物理量以各自侧的额定值为基准例如：变压器一次侧选U,I,Z1N1N1NU1N ；I1N变压器二次侧选U,I,Z2N2N2NU2N ；I2N由于变压器一、二次侧容量相等，均选SN额定值的标么值为 1；标么值的表示为在原符号右上角加“*表示；使用标么值表示的基本方程式与接受实际值时的方程式在形式上全都。举例：U* U1；I* I1；Z* Z11U1I1Z1N1N1NUIZU* 2;I* 2；Z*

17、 22U2I2Z2N2N2N*z* U 1NmI*0；R* mP*00;X* ZZ*2 R*2mm实际值、标么值和百分值的关系10021 页三、优缺点1。优点：便于分析比较；直观反映变压器运行状况，如：U*2 I*21.05(过载）物理意义不同的物理量，具有相同的数值；Z* u* ,R* u* ,X* u*KKKKaKKr接受标么值后，不必折算了；2、缺点：没有单位；物理概念比较模糊。3.8 变压器的运行性能一、电压调整率和外特性,cos1百分值.UU定义式:u 2021N2UU2N2UU21U*UUU22N2N1N参数表达式：由简化相量图，可得：(推导过程略)u (R*Kcos2X*KIsi

18、n )2 I 22N 2称为负载系数,直接反应负载的大小，第 22 页如 0,表示空载； 1,表示满载；*影响u ；短路阻抗标么值；负载性质2三、 效率和效率特性变压器的损耗：基本铜损：原副线圈直流电阻的损耗铜损损耗附加铜损：漏磁场引起的基本铁损：磁滞和涡流损耗铁损附加铁损：铁心、迭片间引起的铁损-不变损耗;铜损-可变损耗.2。效率： 2 100%PPP1*变压器的效率比较高，一般在（9598）%99以上。 p p pFeCu)100%P1令:P PFe0P p p2FeCuP cuI)2 PKN 2PKN2NP UI22Ncos2 UI2Ncos2 SNcos2 P 2P0kN)100%ScosN2P 2P0KN结论：效率大小与负载大小、性质及空载损耗和短路损耗有关。第 23 页效率特性: f ()最大效率：dP0得mP即 2P PKN（或铜损=铁损）时，有KNmax1 SmN2P0cos022P0*益，提高全年效益，设计时，铁损