电机与拖动 课件 第3章 变压器

3.1变压器的基本工作原理和结构3.2单相变压器的空载运行

3.3单相变压器的负载运行3.4变压器的参数测定3.5标么值3.6变压器的运行特性3.7三相变压器一、变压器的基本工作原理变压器——

是一种静止的电机，它利用电磁感应原理，把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。3.1变压器的基本工作原理和结构3.1.1基本工作原理和分类一、基本工作原理

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。

只要(1)磁通有变化量;(2)一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变压的目的。二、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：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。

3.1.2

基本结构一、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0.35-0.5mm、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。

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）。

将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘，担负着固定引线的作用。二、绕组四、油箱三、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。芯式变压器结构：芯柱被绕组所包围。特点：芯式结构的绕组和绝缘装配比较容易，所以电力变压器常常采用这种结构。单相芯式变压器1--铁芯柱2--铁轭3—高压线圈4—低压线圈壳式变压器结构：铁芯包围绕组。特点：壳式变压器的机械强度较好，常用于低压、大电流的变压器或小容量电讯变压器。单相壳式变压器1--铁芯柱2--铁轭3—绕组三相芯式变压器示意图绕组上铁轭铁芯柱下铁轭连接发电机与电网的升压变压器连接发电机的封闭母线与电网相连的高压出线端返回三相干式变压器接触调压器电源变压器环形变压器控制变压器3.1.3

型号与额定值一、型号

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，表示方法为如OSFPSZ-250000/220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250000kVA，高压额定电压220kV电力变压器二、额定值此外，额定值还有额定频率、效率、温升等。指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率。额定容量指长期运行时所能承受的工作电压额定电压

是指一次侧所加的额定电压，是指一次侧加额定电压时二次侧的开路电压。在三相变压器中额定电压为线电压。三者关系：单相：三相：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额定电流练习

1.有一台单相变压器，

试求变压器原、副线圈的额定电流？解：一次绕组的额定电流二次绕组的额定电流2.有一台SSP-125000/220三相电力变压器，

YN，d接线，求:变压器额定电压和额定电流

解：一、二次侧额定电压

一次侧额定电流（线电流）

二次侧额定电流（线电流）

变压器的空载运行是指变压器一次绕组接在额定电压的交流电源上，而二次绕组开路时的工作情况。3.2单相变压器的空载运行3.2.1

电磁关系一、物理情况二、各电磁量参考方向的规定1）性质上：与成非线性关系；与成线性关系；2）数量上：占99%以上，仅占1%以下；3）作用上：起传递能量的作用，起漏抗压降作用。主磁通与漏磁通的区别强调：磁通与产生它的电流之间符合右手螺旋定则；电动势与感应它的磁通之间符合右手螺旋定则。三、感应电动势分析

1.主磁通感应的电动势——主电动势设则有效值相量同理，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。2.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，同样有漏电抗X1很小且为常数,它不随电源电压负载情况而变.3.2.2空载电流和空载损耗一、空载电流1.作用与组成2、性质和大小性质：由于空载电流的励磁分量远大于损耗分量，所以空载电流——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：空载电流包含两个分量，一个是励磁分量，作用是建立磁场，另一个是铁损耗分量，主要作用是供铁损耗。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，与电流频率的1.3次方成正比，即3.2.3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1、电动势平衡平衡方程（1）一次侧电动势平衡方程忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有则可见，影响主磁通大小的因素有电源电压和频率，以及一次线圈的匝数。重要公式（2）二次侧电动势平衡方程2、变比定义对三相变压器，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Y，d接线D，y接线二、空载时的等效电路和相量图1、等效电路一次侧的电动势平衡方程为空载时等效电路为励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。由于磁路具有饱和特性，所以不是常数。但在变压器正常运行时，可近似认为是常数。由于，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只是一个元件的电路。在一定的情况下，大小取决于的大小。从运行角度讲，希望越小越好，所以变压器常采用高导磁材料，增大，减小，提高运行效率和功率因数。

空载运行小结（1）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡,若忽略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定.（2）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。（3）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。（4）阻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，阻抗为常数，非线性电路中，阻抗的大小随磁路的饱和而减小。空载运行小结（1）空载运行（2）感应电动势重要公式（3）电动势平衡方程、等效电路图3.3单相变压器的负载运行3.3.1

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，二次接上负载的运行状态，称为负载运行。用图示负载运行时的电磁过程3.3.2

基本方程一、磁动势平衡方程或电磁关系将一、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.用电流形式表示。,I;,I::L作用它起平衡二次磁动势的另一个是负载分量产生主磁通它用来一个是励磁电流两个分量变压器的负载电流包括表明10&&二、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负载运行时,忽略空载电流有: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。3.3.3

等效电路及相量图一、折算折算原则：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。折算：将变压器的二次绕组用一次绕组(N2=N1)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,用一个等效的电路代替实际的变压器。折算原则：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。方法：（将二次侧折算到一次侧)折合算法只是一种分析的方法。凡是单位为伏的物理量（电动势、电压）的归算值等于原来数值乘k；单位为欧的物理量（电阻、电抗、阻抗）的归算值等于原来数值乘k2；电流的归算值等于原来的数值乘以1/k。折算后的方程式为二、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型等效电路：近似等效电路简化等效电路：其中分别称为短路电阻、短路电抗和短路阻抗。

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，一般可达额定电流的10~20倍。3.4变压器的参数测定3.4.1

空载实验一、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、接线图三、要求及分析WAVV~**1）低压侧加电压，高压侧开路；4）求出参数5）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；6）若要得到高压侧参数，须折算；7）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；3.4.2

短路实验1.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。2.接线图3.要求及分析1）高压侧加电压，低压侧短路；WAV~**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。5）参数计算对T型等效电路：四、短路电压短路时，当短路电流为额定值时一次所加的电压，称为短路电压，记作短路电压也称为阻抗电压。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；短路电压常用百分值表示

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响变压器的运行性能。3.5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基准值的比值,即一、定义二、基准值的确定1、通常以额定值为基准值。

2、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；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；

3、标么值=实际值基准值三、优点四、缺点标么值没有单位，物理意义不明确。3、折算前、后的标么值相等。线值的标么值=相值的标么值；单相值的标么值=三相值的标么值；

1、额定值的标么值为1。

2、百分值=标么值×100%；4、某些意义不同的物理量标么值相等应用：

目前的电力系统，输配电都是采用三相制，三相变压器应用最广泛。特点：

在对称三相负载下运行时，变压器的各相电压、电流大小相等，互差120°相角，三相完全对称。3.7三相变压器3.7.1磁路系统一、组式磁路变压器二、心式磁路变压器特点是：三相磁路彼此无关联。特点是：三相磁路彼此有关联。3.7.2

电路系统一、变压器的端头标号绕组名称单相变压器三相变压器中性点首端末端首端末端高压绕组U1U2U1、V2、W1U2、V2、W2N低压绕组u1u2u1、v1、w1u2、v2、w2n二、连接组别及标准连接组1.同极性(名)端：任一瞬间两绕组电位变化规律相同端称为同极性端，用符号“．”标出。二、单相变压器的极性**一、二次绕组的同名端同标号时，一、二次绕组的电动势同相位。******一、二次绕组的同名端异标号时，一、二次绕组的电动势反相位。三、三相变压器的连接组别连接组别：反映三相变压器连接方式及一、二次线电动势（或线电压）的相位关系。三相变压器的连接组别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，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。判断三相变压器联结组别的步骤1、画出高压绕组的相位图，保证EUV在12（0）点钟。2、画出低压绕组的相位图。（1）判断某一单相的相位关系。

同名端标号相同，一二次侧感应电动势同相位；同名端标号相反，一二次侧感应电动势反相位。（2）强迫首端u1在钟表的转轴上。（3）画出其他两相感应电动势的相位。（4）确定Euv的方向。3、得到变压器的联结组别。

总之，对于Y，y（或D，d）连接，可以得到0、2、4、6