第四章 变压器.ppt

1、第四章 变压器,4.1 变压器的用途、结构及铭牌数据 4.2 变压器的空载运行 4.3 变压器的负载运行 4.4 标么值 4.5 变压器参数的测定 4.6 变压器的运行特性,下一页,第4章 变压器,4.7 变压器的联结组别 4.8 变压器的并联运行 4.9 仪用变压器 4.10 自耦变压器 4.11 电焊变压器 小结,上一页,4.1 变压器的用途、结构及铭牌数据,4.1.1 概述 变压器是利用电磁感应原理制成的静止电气设备。它能将某一电压值的交流电变换成同频率的所需电压值的交流电，以满足高压输电、低压供电及其他用途的需要。如图4-1所示。 变压器的效率一般很高，电力变压器可达95以上。变压器容

2、量越大，效率越高，巨型电力变压器可达99以上，所以用它来传递电能既方便又经济。在电能的输送过程中，总是把电压提高，因为传输一定的电功率，电压越高，电流也就越小。这样一可以节省导线(因为截面积可减小)和其他架设费用，二可以减少送电时导线上的损耗( )。,下一页,返回,4.1 变压器的用途、结构及铭牌数据,电力系统中使用的电力变压器，可分为升压、降压和配电变压器。简单电力系统如图42所示。电力变压器运行电压高、容量大。除此之外，还可做成具有稳压、陡降、移相、改变波形等特性的变压器。用在测量系统中的仪用变压器，可以测大电流、高电压；用于实验室的自耦变压器，可任意调节电压；用于焊接的电焊变压器，具有陡

3、降输出特性；用于电子扩音电路的变压器，可进行阻抗匹配；脉冲变压器可以传送脉冲波，等等。 变压器的种类很多，按相数分为单相、三相、多相变压器；按冷却方式分为干式、油浸式和充气式变压器；按用途分为电力变压器和专用变压器，如电炉变压器、电焊变压器、仪用变压器、整流变压器，等等。,上一页,下一页,返回,4.1 变压器的用途、结构及铭牌数据,4.1.2 变压器的结构 国产电力变压器大多数是油浸式，所以这里重点介绍油浸式变压器结构。变压器的主要部分是绕组和铁心，由它们组成为器身。为了解决散热、绝缘、密封、安全等问题，还需要油箱、绝缘套管、储油柜、冷却装置、压力释放阀、安全气道、温度计和气体继电器等附件，其

4、结构如图4一3所示。,上一页,下一页,返回,4.1 变压器的用途、结构及铭牌数据,1.绕组 绕组是变压器的电路部分，常用绝缘铜线或铝线绕制而成，也有用铝箔或铜箔绕制的。接电源的绕组称一次绕组；接负载的绕组称二次绕组。也可按绕组所接电压高低分为高压绕组和低压绕组。按绕组绕制的方式不同，可分为同心绕组和交叠绕组两种类型。 1）同心绕组 同心绕组是将一次、二次侧线圈套在同一铁心柱的内外层，一般低压绕组在内层，高压绕组在外层，如图44所示。,上一页,下一页,返回,4.1 变压器的用途、结构及铭牌数据,2）交叠绕组 交叠绕组是将高、低压线圈绕成饼状，沿铁心轴向交叠放置，一般两端靠近铁轭处放置低压绕组，有

5、利于绝缘。此种绕组大多用于壳式、干式变压器及电炉变压器中，如图4-5所示。 2.铁心 铁心因线圈的位置不同，可分成芯式和壳式两类，如图46所示。芯式指线圈包着铁心，结构简单，装配容易，省导线，适用于大容量、高电压，所以电力变压器大多采用三相芯式铁心，如图47所示。壳式是铁心包着线圈，铁心易散热，用线量多，工艺复杂，除小型干式变压器外很少采用。,上一页,下一页,返回,4.1 变压器的用途、结构及铭牌数据,铁心柱与铁轭的装配有对接式和叠接式两种工艺。对接式是将铁心和铁轭分别叠装夹紧，然后把它们对接起来，再把它们夹紧。这种工艺气隙大，从而增加磁阻和励磁电流。叠接式是把铁心柱和铁轭的钢片一层层相互交错

6、的重叠(每层不能多于三片)，接缝相互错开，气隙较小，磁阻也相应减小，从而减少了励磁电流，改善了性能，大型变压器都采用这种方式，如图48a所示。大、中型变压器中采用高导磁、低损耗的冷轧硅钢片。冷轧硅钢片顺辗压方向导磁性好，损耗小，所以冷轧硅钢片叠装时要求硅钢片在对接处按角剪裁，以保证磁力线与辗压方向一致，如图48b所示。,上一页,下一页,返回,4.1 变压器的用途、结构及铭牌数据,现在铁心加工工艺一般不打穿心孔，改用新的夹紧工艺，可以提高铁心装配质量，减少铁耗。还有一种形铁心结构，它由冷轧钢带卷绕而成，铁心端面加工精确，大大减少了气隙，提高了效率，节省了材料，装配也方便，小功率的此类铁心变压器在

7、电子线路中应用很广。小型变压器一般也采用叠接工艺，结构简单，经济实用。小型单相变压器常用铁心有字形、字形、日字形和字形，如图49所示。,上一页,下一页,返回,4.1 变压器的用途、结构及铭牌数据,3.主要附件 1）油箱 油箱里装满了变压器油，里面安装整个器身，它保护铁心和绕组不受潮，又有绝缘和散热的作用。变压器运行时器身发出的热量由变压器油传给油箱壁和箱体外侧的散热管(片)。散热管制造工艺复杂，散热差。现在多用扁管、片式散热器和波纹油箱结构，尤其对密封式变压器(无储油柜)采用波纹油箱，可以随温度变化使其产生一定变形，而使变压器进行“呼吸”。,上一页,下一页,返回,4.1 变压器的用途、结构及铭

8、牌数据,2）储油柜 储油柜也称为油枕，它与油箱连通，当油因热胀冷缩而引起油面上、下变化时，油枕中的油面就会随之升降，而不致油箱被挤破或油面下降使空气进入油箱，见图4-3。 3）气体继电器(瓦斯继电器) 气体继电器装在油箱与储油柜之间的管道中，当变压器发生故障时，器身就会过热使油分解产生气体。气体进入继电器内，使其中一个水银开关接通(上浮筒动作)，发出报警信号。此时应立即将继电器中气体放出检查，若系无色、不可燃的气体，变压器可继续运行；若系有色、有焦味、可燃气体，则应立即停电检查。当事故严重时，变压器油膨胀，冲击继电器内的挡板，使另一个水银开关接通跳闸回路(即下浮筒动作)，切断电源，避免故障扩大

9、，这就是浮筒式气体继电器的工作原理。,上一页,下一页,返回,4.1 变压器的用途、结构及铭牌数据,4）分接开关 变压器的输出电压可能因负载和一次侧电压的变化而变化，可通过分接开关来控制输出电压在允许范围内变动。分接开关一般装在一次侧(高压边)，通过改变一次侧线圈匝数来调节输出电压。如图410所示。 5）绝缘套管 绝缘套管穿过油箱盖，将油箱中变压器绕组的输入、输出线从箱内引到箱外与电网相接。绝缘套管由外部的瓷套和中间的导电杆组成，对它的要求主要是绝缘性能和密封性能要好，如图411所示。,上一页,下一页,返回,4.1 变压器的用途、结构及铭牌数据,6）安全气道和压力释放阀 安全气道又称防爆管，装在

10、油箱顶盖上，它是一个长钢筒，出口处有一块厚度约mm的密封玻璃板(防爆膜)，玻璃上划有几道缝。当变压器内部发生严重故障而产生大量气体，内部压力超过50 kPa时，油和气体会冲破防爆玻璃喷出，从而避免了油箱爆炸引起的更大危害。现在这种防爆管已被淘汰了，改用压力释放阀，尤其在全密封变压器中，都广泛采用压力释放阀做保护，它的动作压力为539 kPa49 kPa，关闭压力为294 kPa，动作时间不大于ms，其结构如图4-12所示。,上一页,下一页,返回,4.1 变压器的用途、结构及铭牌数据,7）测温装置 测温装置就是热保护装置。变压器的寿命取决于变压器的运行温度，因此油温和绕组的温度监测是很重要的。通

11、常用三种温度计监测，箱盖上设置酒精温度计，其特点是计量精确但观察不便；为此在变压器上还装有信号温度计以便于观察(见图43)；为了远距离监测，在箱盖上还装有电阻式温度计。,上一页,下一页,返回,4.1 变压器的用途、结构及铭牌数据,4.1.3 变压器的铭牌数据 每一台变压器都有一个铭牌，铭牌上标注着变压器的型号、额定数据及其他数据。只有理解铭牌上的各种数据的意义，才能正确使用变压器。 变压器的额定数据主要有： (1)额定容量SN是变压器的视在功率，单位为VA或kVA。对于双绕组电力变压器，原绕组与副绕组的容量设计得相同。 (2)额定电压U1N/U2N指线电压，单位为V或kV。U1N是电源加到原绕

12、组上的额定电压，U2N是原边绕组加上额定电压后副边开路即空载运行时副绕组的端电压。,上一页,下一页,返回,4.1 变压器的用途、结构及铭牌数据,(3)额定电流I1N/I2N 指线电流，单位为A。 (4)额定频率f,我国规定标准工业用电频率为50Hz。 (5)阻抗电压 阻抗电压又称为短路电压。它标志在额定电流时变压器阻抗压降的大小。通常用它与额定电压U1N的百分比来表示。 (6)温升 温升是变压器在额定运行状态时允许超过周围环境温度的值，它取决与变压器所用绝缘材料的等级。 除了上述额定数据外，变压器的铭牌上还标注有相数、效率、使用条件、冷却方式、接线图及联结组别、总重量、变压器油重量及器身重量。

13、 电力变压器的容量等级和电压等级，在国家标准中都作了规定。,上一页,下一页,返回,4.1 变压器的用途、结构及铭牌数据,变压器的额定容量、额定电压和额定电流之间的关系是： 单相双绕组变压器 三相双绕组变压器 本章只分析变压器的稳态运行情况，不考虑运行情况突变时从一个稳态到另一个稳态的过渡过程。,上一页,返回,4.2 变压器的空载运行,变压器的原边接在电源上，副边开路无电流的情况叫做空载运行。 变压器规定正方向常用的惯例标注在图4-13中。用表示电压降、表示电压升。电源电压的正方向是从原绕组的首端指向尾端。 主磁通通过的路径为主磁路，由于主磁通同时环链着原、副两个绕组，因此铁心就是主磁路，如图4

14、-14所示。漏磁通通过的路径为漏磁路，原边漏磁路由铁心和变压器油(或空气)构成，见图4-14。,下一页,返回,4.2 变压器的空载运行,我们知道，铁磁材料的磁导率比非铁磁材料的磁导率大几百倍，磁路的磁阻值正比于磁路的长度，反比于磁路的截面积和磁导率。因此尽管漏磁路由铁磁材料和非铁磁材料两段组成，其磁阻为这两部分磁阻串联相加，但铁磁材料这个磁阻很小，漏磁路的磁阻基本上取决于变压器油(或空气)这一部分的磁阻，当然，与主磁路的磁阻相比较，漏磁路磁阻数值也要大得多。,上一页,下一页,返回,4.2 变压器的空载运行,4.2.1 忽略绕组电阻及漏磁通时的电压与电动势的关系 当电源电压做正弦交变时，电力变压

15、器的主磁通也做正弦交变，设其瞬时值为 同理，主磁通在副绕组中感应电动势的瞬时值为 比较原、副边电压的大小，则有,上一页,下一页,返回,4.2 变压器的空载运行,4.2.2 励磁电流 我们知道，建立磁场时只需要从电源送入无功功率，因此用来产生主磁通 的电流与主磁通 同相位，而落后于电源电压 的相位为90，称之为磁化电流，用 表示，在变压器中，也称之为励磁电流的无功分量。 磁滞和涡流损耗的结果都消耗了有功功率而在铁心中转化为热，对变压器是不利的，所以变压器铁心材料应该选取磁滞回线瘦窄的软磁材料(回线胖宽的铁磁材料称为硬磁材料)，并且要用片间彼此绝缘的硅钢片叠成，这样可以尽量减少 的数值。,上一页,

16、下一页,返回,4.2 变压器的空载运行,综上所述，变压器的励磁电流由无功分量和有功分量组成，即 把励磁电流与主磁通及其感应电动势画在图4-16所示的相量图中。,上一页,下一页,返回,4.2 变压器的空载运行,4.2.3 原绕组的电阻和漏磁通的影响 实际的原绕组具有电阻r1，励磁电流通过时，在原绕组上产生电压降 。,上式称为变压器原边电压方程式。,上一页,下一页,返回,4.2 变压器的空载运行,4.2.4 空载运行相量图 根据以上空载运行的分析，原、副边的电磁量都认为是频率为电源频率的正弦量，根据各量的大小、相位及相互关系，画出相量图如图4-17所示。,上一页,下一页,返回,4.2 变压器的空载

17、运行,4.2.5 空载运行时的等值电路 为了使变压器的分析和计算更方便，我们找出变压器空载运行时的等值电路。 从图4-17相量图中看出，励磁电流的有功分量 与( )同相位，励磁电流的无功分量 比( )落后90。的相位角。这样，( )就可以看成 在一个电阻元件上的电压降，也等于 在一个电感元件 上的电压降，表示为,上一页,下一页,返回,4.2 变压器的空载运行,励磁电流 是由 和 组成的，因此,或者,上式表示一个电导和电纳并联电路的电压电流与参数之间的关系，画出相应的等值电路如图4-18(a)所示。,上一页,返回,4.3 变压器的负载运行,变压器的原边接在电源上，副边接上负载的运行情况叫做变压器

18、的负载运行。图4-20为变压器负载运行的原理示意图。 4.3.1 负载时的磁通势关系及原、副边电流的关系 变压器负载运行时，原、副绕组都有电流流过，都要产生磁通势，按照磁路的安培环路定律，负载时，铁心中的主磁通是由这两个磁通势共同产生的，也可以说是由它们的合成磁通势产生的。在图516中所示正方向规定下，负载时磁通势关系可以写成,下一页,返回,4.3 变压器的负载运行,4.3.2 负载时副边电压、电流的关系 副绕组磁通 势还产生只环链副绕组本身而不环链原绕组的副边漏磁通 ，参见图4-20。 根据电路的基尔霍夫电压定律，参见图4-20中副边各电量的规定正方向，写出副边回路电压方程式为,上一页,下一

19、页,返回,称作副边漏阻抗。,4.3 变压器的负载运行,4.3.3 变压器的基本方程式 综合前面推导分析的各电磁量的关系，得到变压器稳态运行时的六个基本方程式如下：,上一页,下一页,返回,4.3 变压器的负载运行,到此为止，变压器空载和负载对称运行时的电磁关系分析完了。通过对变压器电磁关系的分析，得出了六个基本方程式，这整个的过程与结论都是非常重要的，对此，我们强调以下几点： (1)方程式中各量的正方向如图4-20所示。 (2)方程式适用于单相变压器的稳态运行，也适用于对称负载时三相变压器的稳态运行，全部的电磁量都是指一相的。 (3)空载运行和负载运行都适用，前者为后者的特例。,上一页,下一页,

20、返回,4.3 变压器的负载运行,(4)方程式的推导过程是在单相和三相交流电路的基础上进行的，必须理解功率(视在功率、有功功率和无功功率)、功率因数、电感系数、电抗、串并联电路的等效变换、磁通势、磁阻、线性磁路与非线性磁路、铁磁材料的磁化特性等基本电磁量或基本概念；必须掌握欧姆定律、基尔霍夫定律、电流的磁效应、磁路的欧姆定律、安培环路定律、电磁感应定律等基本物理现象或物理定律。基本方程式是以上这些物理规律的数学表示形式，这些物理定律同时起作用同时制约着同一台变压器，因此变压器运行必须同时满足六个方程式。,上一页,下一页,返回,4.3 变压器的负载运行,(5)变压器原边接额定电压 运行时，其主磁通

21、最大值 近似认为是常数不变，这样励磁电流 、原副边感应电动势 和 都为确定值，同时该变压器的漏磁阻抗也是确定的常数。那么，变压器运行在什么具体情况下，各物理量数值是多少都取决于什么呢?取决于负载。,上一页,下一页,返回,4.3 变压器的负载运行,4.3.4 折合算法 变压器的原边和副边虽没有直接的电路上的联系，但有磁路的联系。从磁通势平衡关系讨论中看出：副边带负载时，副边就出现磁通势 ，原边磁通势同时也增加一个负载分量 与副边磁通势相平衡，使得原边磁通势由 变成 。这就是说，副边的负载是通过磁通势 而联系原边，只要 不变，就不会影响原边。因此，我们完全可以把实际的副绕组假想成匝数为 、电流为

22、的假想副绕组，而保持磁通势不变，即,上一页,下一页,返回,4.3 变压器的负载运行,从以上原、副边功率的传递关系，说明折合算法并不改变电源向变压器的功率输入，也不改变变压器向负载的功率输出。折合算法仅仅作为一个方法来使用。 采用折合算法分析计算一台变压器时，首先把副边的匝数 折合成原边匝数，把副边的阻抗乘上 得到折合后的数值，然后进行分析计算，得到的结果中，原边的各量都是实际值，而副边的各量却都是折合后的值，如 、 等等，如果要找副边各量的实际值，再根据换算公式，把折合后的值换算为实际值。,上一页,下一页,返回,4.3 变压器的负载运行,4.3.5 等值电路 采用折合算法后，变压器原边量为实际

23、值、副边量为折合值，基本方程式就成为,上一页,下一页,返回,4.3 变压器的负载运行,根据以上六个方程式，找出变压器的等值电路如图4-22所示。 4.3.6 相量图 根据变压器折合形式的基本方程式(523)及型等值电路或一字型简化等值电路，可以画出变压器负载运行的相量图。 变压器接感性负载，即负载阻抗由电阻和电感组成，即为落后的功率因数，此时的六个基本方程式及型等值电路画出的相量图见图4-24。,上一页,返回,4.4 标么值,我们讲电压、电流和阻抗的数值时，都是指它们用伏(或干伏)、安(或千安)和欧为单位表示的数值，现在再介绍表示物理量大小的标么值。这一节中我们只简单地介绍一下标么值的基本概念

24、，因为必须用标么值才能简单而又深刻地说明变压器的短路阻抗等问题。 所谓标么值，就是某一个物理量，它的实际数值与选定的一个同单位的固定数值进行比较，它们的比值就是这个物理量的标么值。我们把选定的同单位的固定数值叫基值。即,下一页,返回,4.4 标么值,采用标么值有什么好处呢?先看电压、电流采用标么值的优点： (1)采用标么值表示电压和电流时，便于直观地表示变压器的运行情况。比如，给出两台变压器运行时原边的端电压和电流分别为6kV、9A和35kV、20A。这些都是实际值，若不知道它们的额定值时，判断不出什么问题。 (2)三相变压器的电压和电流，在或联接时，其线值与相值不相等，相差 倍，如果用标么值

25、表示时，线值与相值的基值同样也差 倍，这样线值的标么值与相值的标么值二者相等。也就是说，只要给出电压和电流的标么值而不必指出是线值还是相值。,上一页,下一页,返回,4.4 标么值,(3)原边电压和电流的数值，与它们折合到副边的折合值大小不同，副边电压和电流的数值，与它们折合到原边的折合值大小也不同，相差k或1/k倍。 (4)负载时，原边电流与副边电流大小相差1/k倍，而原边和副边的电流基值也相差1/k倍，因此 ，其大小反映了负载的大小。我们称 为负载系数。,上一页,下一页,返回,4.4 标么值,对于电力变压器，容量从几十千伏安到几十万千伏安，电压从几百伏到几十万伏，相 差极其悬殊，它们的阻抗参

26、数若用欧姆来表示，也相差悬殊，采用标么值表示时，所有的电力变压器的各个阻抗都在一个较小的范围内。例如左右，见表5.2所示。 标么值是一个相对值的概念，应用它还有其他许多好处，比如说使公式简化，使计算简化等等，因此在各种电机包括变压器中都采用标么值。,上一页,返回,4.5 变压器参数的测定,要用变压器的等值电路分析和计算变压器稳态对称运行情况，就先要知道变压器的参数。这些参数的大小直接影响着变压器的运行性能，而变压器的参数是由变压器使用的材料、结构形状及几何尺寸决定的。要确定这些参数，一种方法是在设计变压器时，根据材料及结构尺寸计算出来；另一种方法是对现有变压器用试验方法测出其参数。本节仅介绍测

27、定变压器参数的具体试验方法。,下一页,返回,4.5 变压器参数的测定,4.5.1 变压器的空载试验 通过变压器的空载试验，可以求出变压器的变比k、铁损耗PFe、励磁阻抗Zm。 空载试验的线路图如图4-26所示。图（a）是单相变压器的试验线路图；图（b）是三相变压器的试验线路图。,上一页,下一页,返回,4.5 变压器参数的测定,4.5.2 变压器的短路试验 通过变压器的短路试验，可以求出变压器的铜损耗Pcu和短路阻抗Zk。短路试验线路图如图4-28所示。通常短路试验也可以在任何一边进行。但是从试验所需电源与测量仪表等方面考虑，一般都在高压边做，即将高压绕组接上电源，而低压绕组直接短路。,上一页,

28、返回,4.6 变压器的运行特性,变压器负载运行时的性能，一般用其运行特性来表征。变压器的主要运行特性有外特性和效率特性。 4.6.1 变压器的外特性 由于变压器原、副绕组有电阻和漏电抗，当变压器有负载后，负载电流流经漏阻抗，在变压器内部产生电压降，因此变压器副边输出电压U2将随着负载电流I2的变化而变化。 当原绕组上外加电压和副绕组的负载功率因数cos不变时，副边端电压U2随负载电流I2变化的规律，称为变压器的外特性，即U2=f(I2)，如图4-30所示。,下一页,返回,4.6 变压器的运行特性,从图中看出，在电阻性和电感性负载时，外特性曲线是下降的；而电容性负载时，可能是上翘的。而且当负载性

29、质不同，感性和容性程度不同时，从空载到满载的电压变化程度不同。这个变化程度可以用电压变化率(或电压调整率)来表示。电压变化率规定为：在空载和某一功率因数下输出负载电流时，两种情况下副边电压的算术差与额定电压的比值，即,上一页,下一页,返回,4.6 变压器的运行特性,电压变化率是表征变压器运行性能的重要数据之一，它反映了供电电压的稳定性。而对于电力变压器，特别是当它的容量或电压较高时，要通过试验测定其电压变化率是相当困难的，甚至是不可能做到的，因此都采用计算方法。下面就用图4-31所示的简化相量图，找出计算公式(以感性负载为例)。,上一页,下一页,返回,4.6 变压器的运行特性,4.6.2 变压

30、器的效率特性 变压器是将具有某一电压等级的电能转换成具有另一种电压等级电能的静止设备。在能量转换过程中，虽然没有机械损耗，但将产生铜损耗和铁损耗，因此使其输出功率P2小于输入功率P1，二者的比值称为变压器的效率。变压器效率的高低反映了变压器运行的经济性，所以是变压器运行的又一重要指标。变压器的效率可表示为,上一页,返回,4.7 变压器的联结组别,变压器能够变电压、变电流、变阻抗，前面已经讨论过了，现在来讨论变压器的另一个作用变相位。对于某些负载，如可控硅整流电路，为了保证触发脉冲的同步，不仅要求知道变压器的变比，也要知道变压器原、副边电压相位的变化，也就是要知道变压器绕组的联结组别。此外，两台

31、以上的电力变压器并联运行时其联结组别必须相同。联结组别在铭牌上标注。,下一页,返回,4.7 变压器的联结组别,4.7.1 单相变压器绕组的标志方式 图4-33(a)中画出了套在同一铁心上的两个绕组，它们的出线端分别为、及、。当磁通瞬时值在图示箭头方向上增加时，根据楞次定律两绕组中感应电动势的瞬时实际方向是从指向，从指向，可见和为同极性端，和为同极性端，可以在和两端打上“”做标记。同极性端也叫同名端。图4-33(b)中的两个绕组，由于绕向不同，和为同极性端。,上一页,下一页,返回,4.7 变压器的联结组别,4.7.2 三相变压器的联结组别 1、三相变压器绕组的联结 明确了三相变压器中，一相高、低

32、压绕组相电势的相位关系，也即表示了其中的电压关系。在此基础上，就可以决定高、低压绕组线电势的关系，也就是解决三相变压器联接组标号问题。 为简单起见，不画三相变压器的实际线路图，而画成变压器线路的示意图。在三相变压器绕组联接中，主要采用三角形和星形联接。,上一页,下一页,返回,4.7 变压器的联结组别,星形联接(形) 以高压边为例，将末端、联在一起，把首端、引出，便是星形联接，用表示。如果把、联在一起为中点，把中点引出，表示为 “0”，这时是接法，为三相四线制。在图4-35所示。,上一页,下一页,返回,4.7 变压器的联结组别,2三相变压器的联接组别 由于三相变压器的高、低压绕组有不同的联接方式

33、，使得原、副边线电势具有不同的相位差。但是不论联结方式如何配合，得到同一相原、副边线电势相位差总是的整数倍。而时钟上相邻两个钟点的夹角也是，因此三相变压器的联接组别也可以用时钟表示法。将原边线电势看成长针，永远指向“0”点(或“12”点)；副边线电势看成短针，指向哪个钟点，就把这个钟点作为联接组别的标号。例如Y，d5中的5表示联接组的标号，该三相变压器的原绕组为星形接法，副绕组为三角形接法，副边线电势滞后于原边线电势。,上一页,下一页,返回,4.7 变压器的联结组别,下面以几个实例说明联接组标号的标定方法。确定联接组别的步骤为： 1）按绕组接线方式(星形、三角形)画出原、副边接线图； 2）在接

34、线图上画出相电势和线电势的假设正方向； 3）画原、副边电势相量图(注意，将与重合)； 4）根据原、副边线电势的相位关系，确定联接组标号。,上一页,下一页,返回,4.7 变压器的联结组别,3三相变压器的标准联接组 为了制造和使用上的方便，国家规定三相双绕组电力变压器的标准联结组为Y，yn0、YN，y0、Y，y0、Y，d11、YN，d11。其中Y，ynO用于副边电压为400230的配电变压器中，供给动力与照明混合负载。变压器的容量可达1800 kVA，高压边的额定电压不超过35 kV。YN，y0用于原边需接地的场合。Y，y0只供三相动力负载。Y，dll用在副边电压超过400的线路中，最大容量为31

35、500 kVA，高压边电压在35 kV以下。YN，d11用在高压边需要接地且副边电压超过400的线路中。,上一页,下一页,返回,4.7 变压器的联结组别,4三相变压器绕组联接时应注意的问题 在将三台单相变压器接成三相变压器组时，要注意绕组的极性。把三相心式变压器的原、副边三相绕组接成星形或三角形时，其首端都应为同极性端；原、副边相序要一致。下面以Y，y和Y，d联接组的副边有一相绕组极性不致为例进行分析。图4-43所示是Y，y联接组的三相变压器，其中有一相的极性与其余两相不一致。从图4-43（b）所示的相量图看出，副边三相线电势不对称。,上一页,返回,4.8 变压器的并联运行,变压器的并联运行，

36、就是将两台以上变压器的原、副边同标号的出线端联在一起，直接或经过一段线路接到母线上的运行方式。图4-45为其示意图。电力系统广泛采用两台以上变压器并联运行的供电方式，这是因为这种供电方式具有很多优点。,下一页,返回,4.8 变压器的并联运行,其一，可提高变压器的利用效率，改善供电系统的功率因数。变电所的负载通常是在发展生产过程中，逐渐增加的，可根据负载需要，陆续增加并联运行变压器的台数，而且还可以根据季节和生产的需求不同，在负载小时，将一部分并联运行中的变压器退出运行。这样可使运行中的变压器尽量提高系统的运行效率，并可改善系统的功率因数。 其二，检修方便。当某台变压器需要检修时，可使之退出运行

37、，其他变压器继续运行，保证正常供电。 其三，变压器的备用容景小。因为并联运行的变压器容量比总容量小，所以备用容量小。,下一页,上一页,返回,4.8 变压器的并联运行,以上优点表明，变压器并联运行方式在技术上是经济合理的。但是并联变压器的台数不宜过多，否则将增加设备投资和安装面积。而且并联运行的变压器必须满足以下条件： 1)变比相等，即原、副边的额定电压相同； 2)联接组别相同； 3)短路阻抗标么值相Zk等。 这样才能保证在空载时，各台变压器之间没有环流；负载运行时，各台变压器绕组中的负载电流与它们的容量成正比地分配，而不出现某台变压器过载或欠载的情况。,下一页,上一页,返回,4.8 变压器的并

38、联运行,4.8.1 变比不相等时变压器的并联运行 以两台变压器并联运行为例进行分析。这两台变压器联接组别相同，短路阻抗相等，只是变比不相等。忽略励磁电流，其接线和各物理量标注如图4-46所示。变压器的副边经开关1Q与变压器的同名端相联，两台变压器的副边经开关2Q接负载。,下一页,上一页,返回,4.8 变压器的并联运行,4.8.2 联接组别不相同时变压器的并联运行 是 和 两个电压的向量差，为减小环流值，不但要求 和 在数值上接近相等，同时还要求二者同相位，否则也会产生环流，以图4-47为例说明之。,下一页,上一页,返回,4.8 变压器的并联运行,4.8.3 短路阻抗标么值不相等时变压器的并联运

39、行 用如图4-48所示、三台变压器并联运行的等值电路，分析短路阻抗标么值不相等时存在的问题。 图中、两点间的电压等于每台变压器的负载电流与其漏阻抗的乘积，即,上一页,则有,返回,4.9 仪用变压器,要做一个直接测量大电流、高电压的仪表是很困难的，操作起来也是十分危险的。利用变压器能改变电压和电流的功能，制造出特殊的变压器仪用变压器(或称互感器)。把高电压变成低电压，就是电压互感器；把大电流变成小电流，就是电流互感器。利用互感器使测量仪表与高电压、大电流隔离，从而保证仪表和人身的安全，又可大大减少测量中能量的损耗，扩大仪表量限，便于仪表的标准化。因此，仪用变压器被广泛应用于交流电压、电流、功率的

40、测量中，以及各种继电保护和控制电路中。,下一页,返回,4.9 仪用变压器,4.9.1 电流互感器 1工作原理 电流互感器结构上与普通双绕组变压器相似，也有铁心和一次侧、二次侧绕组，但它的一次侧绕组匝数很少，只有一匝到几匝，导线都很粗，串联在被测的电路中，流过被测电流，被测电流的大小由用户负载决定，如图4-49所示。,下一页,上一页,返回,4.9 仪用变压器,2电流互感器的使用 电流互感器的选用，可根据测量准确度、电压、电流要求选择。二次侧的额定电流为5 A(或1 A)，故所接的电流表量程为5 A(或1 A)；一次侧的额定电流在525 000 A之间，根据需要选择，电流互感器的额定功率有5 VA

41、，10 VA，15 VA，20 VA等；准确度等级有0.2，0.5，1.0，3和10五级，例如05级表示在额定电流时，误差最大不超过0.5，等级数字越大，误差越大；电压等级可分为0.5 kV，10 kV，15 kV，35 kV等，低电压测量均用0.5 kV。 电流互感器的结构形式有干式、浇注绝缘式、油浸式等多种，如图4-50所示。,下一页,上一页,返回,4.9 仪用变压器,电流互感器使用中应注意的事项： (1)运行中二次侧不得开路，否则会产生高压，危及仪表和人身安全，因此二次侧不能接熔断器；运行中如要拆下电流表，必须先将二次侧短路才行。 (2)电流互感器的铁心和二次侧绕组一端要可靠接地，以免在

42、绝缘破坏时带电而危及仪表和人身安全。 (3)电流互感器的一次侧、二次侧绕组有“+”“一”或“*”的同名端标记，二次侧接功率表或电能表的电流线圈时，极性不能接错。,下一页,上一页,返回,4.9 仪用变压器,(4)电流互感器二次侧负载阻抗大小会影响测量的准确度，负载阻抗的值应小于互感器要求的阻抗值，使互感器尽量工作在“短路状态”。并且所用互感器的准确度等级应比所接的仪表准确度高两级，以保证测量准确度。例如，一般板式仪表为1.5级，可配用0.5级电流互感器。,下一页,上一页,返回,4.9 仪用变压器,.9. 电压互感器 1工作原理 电压互感器的原理和普通降压变压器是完全一样的，不同的是它的变压比更准

43、确；电压互感器的一次侧接有高电压，而二次侧接有电压表或其他仪表(如功率表、电能表等)的电压线圈，如图4-51所示。因为这些负载的阻抗都很大，电压互感器近似运行在二次侧开路的空载状态，则有：,下一页,上一页,返回,4.9 仪用变压器,2电压互感器的使用 一般电压互感器二次侧额定电压都规定为100 V，一次侧额定电压为电力系统规定的电压等级，这样做的优点是二次侧所接的仪表电压线圈额定值都为100 V，可统一标准化。和电流互感器一样，电压互感器二次侧所接的仪表刻度实际上已经被放大了倍，可以直接读出一次侧的被测数值。,下一页,上一页,返回,4.9 仪用变压器,选择电压互感器时，一要注意额定电压要符合所

44、测电压值；二要注意二次侧负载电流总和不得超过二次侧额定电流，使它尽量接近“空载运行”状态。 使用中的注意事项： (1)电压互感器运行中，二次侧不能短路，否则会烧坏绕组。为此，二次侧要装熔断器保护。 (2)铁心和二次侧绕组的一端要可靠接地，以防绝缘破坏时，铁心和绕组带高压电。 (3)二次侧绕组接功率表或电能表的电压线圈时，极性不能接错。三相电压互感器和三相变压器一样，要注意连接法，接错会造成严重后果。,下一页,上一页,返回,4.9 仪用变压器,(4)电压互感器的准确度与二次侧的负载大小有关，负载越大，即接的仪表越多，二次侧电流就越大，误差也就越大。例如，JDG0.5型电压互感器的最大容量为200

45、 VA，当负载为25 VA时，准确度为0.5级；负载40 VA时为1级；负载100 VA时，为3级。与电流互感器一样，为了保证所接仪表的测量准确度，电压互感器要比所接仪表准确度高两级。,上一页,返回,4.10 自耦变压器,前面讲的变压器的一次侧、二次侧都是分开绕制，虽然都装在一个铁心上，但相互是绝缘的，只有磁路上的耦合，却没有电路上的直接联系，能量是靠电磁感应传过去的，所以称为双绕组变压器。自耦变压器的结构却有很大不同，即一次侧、二次侧共用一个绕组，原理如图4-53所示。 一次侧、二次侧绕组不但有磁的联系，还有电的联系，由图4-53可见：,下一页,返回,4.10 自耦变压器,因此 实验室里常常

46、用到自耦调压器，把自耦变压器的二次侧输出改成活动触头，可以接触绕组中任意位置，而使输出电压任意改变，如图4-54所示。 自耦调压器还可以接成三相，一般接成星形，如图4-55所示。二次侧可以有几个抽头，以供使用时选择不同的输出电压。,下一页,上一页,返回,4.10 自耦变压器,自耦变压器也存在着不容忽视的缺点： (1)因它一次侧、二次侧绕组是相通的，高压侧(电源)的电气故障会波及低压侧，如高压绕组绝缘破坏，高电压可直接进入低压侧，这是很不安全的，所以低压侧应有防止过电压的保护措施。 (2)如果在自耦变压器的输入端把相线和零线接反，虽然二次侧输出电压大小不变，仍可正常工作，但这时输出“零线”已经为

47、“高电位”，是非常危险的，如图4-56所示。为此，规定自耦变压器不准作为安全隔离变压器用，而且使用时要求自耦变压器接线正确，外壳必须接地。接自耦变压器电源前，一定要把手柄转到零位。,上一页,返回,4.11 电焊变压器,交流弧焊机由于结构简单、成本低、制造容易和维护方便而得到广泛应用。电焊变压器是交流弧焊机的主要组成部分，它实质上是一个特殊性能的降压变压器。为了保证焊接质量和电弧燃烧的稳定性，电焊变压器应满足以下条件： (1)二次侧空载电压应为60-75 V，以保证容易起弧。同时为了安全，空载电压最高不超过85 V。 (2)具有陡降的外特性，即当负载电流增大时，二次侧输出电压应急剧下降，如图4-

48、57所示。通常额定运行时的输出电压U2N为30 V左右(即电弧上电压)。,下一页,上一页,返回,4.11 电焊变压器,(3)短路电流IK不能太大，以免损坏电焊机，同时也要求变压器有足够的电动稳定性和热稳定性。焊条开始接触工件短路时，产生一个短路电流，引起电弧，然后焊条再拉起产生一个适当长度的电弧间隙。所以，变压器要能经常承受这种短路电流的冲击。 (4)为了适应不同的加工材料、工件大小和焊条，焊接电流应能在一定范围内调节。为了满足以上要求，根据前面分析，影响变压器外特性的主要因素是一次侧、二次侧绕组的漏阻抗Zs1和Zs2以及负载功率因数cos。由于焊接加工是属于电加热性质，故负载功率因数基本上都

49、一样，cos=1，所以不必考虑。而改变漏抗可以达到调节输出电流的目的，根据形成漏抗和调节方法的不同，下面介绍几种不同的电焊变压器。,下一页,上一页,返回,4.11 电焊变压器,4.11.1 带可调电抗器的电焊变压器 带可调电抗器的电焊变压器有外加电抗器式和共轭式两种结构形式。 1外加电抗器式 外加电抗器式电焊变压器是在一台降压变压器的二次侧输出端再串接一台可调电抗器组合而成，如图4-58所示。 2共轭式 共轭式电焊变压器是将变压器铁心和电抗器铁心制成一体成为共轭式结构(即有部分磁轭是共用的)，如图4-60所示。,下一页,上一页,返回,4.11 电焊变压器,4.11.2 磁分路动铁式电焊变压器

50、磁分路动铁式电焊变压器是在铁心的两柱中间又装了一个活动的铁心柱，称为动铁心，如图4-62a所示。一次侧绕组绕在左边一铁心柱上，而二次侧绕组分两部分，一部分在左边与一次侧同在一个铁心柱上；另一部分在右边一个铁心柱上。当改变二次侧绕组的接法时就达到改变匝数和改变漏抗的目的，从而达到改变起始空载电压和改变电压下降陡度的作用，以上是粗调作用，如图4-62b所示。粗调有和两挡。,下一页,上一页,返回,4.11 电焊变压器,4.11.3 动圈式电焊变压器 前面两种变压器的一次侧、二次侧绕组是固定不动的，只是改变动铁心位置，即改变气隙大小来改变漏磁通的大小，从而改变了漏抗大小，达到改变曲线的下降陡度、调节电

51、流的目的。 动圈式电焊变压器的铁心是壳式结构，铁心气隙是固定不可调的，如图4-63所示。,上一页,返回,小结,本章主要研究变压器的工作原理、运行状态、参数测定方法、运行特性；三相变压器的联接组别。并简要介绍了三相变压器的并联运行、仪用互感器、自耦变压器及电焊变压器。 变压器是利用电磁感应原理而实现能量转换的电磁元件。变压器由铁心和绕组两部分组成，可以用来变换电压、电流、阻抗、相位等。 变压器有电路问题，也有磁路问题。它通过磁场的耦合关系将其原、副绕组电路之间联系起来。因此，在变压器中存在着电势平衡和磁势平衡两种基本电磁关系。变压器的工作原理就是以这两种基本关系为基础来进行分析的。,下一页,返回,小结,三相变压器的正常运行，均指的是三相对称运行，所以单相变压器的电路理论对其一相均适用。变压器必须符合并联运行条件方可并联运行，否则并联运行中的变压器就要损坏。 自耦变压器和交流互感器的基本工作原理与双绕组变压器相同。自耦变压器除电磁感应传递能量外，还有从原边直接传导的方式，因此在相同容量下，比双绕组变压器节省材料，效率也高。交流互感器实质上是变比很大的双绕组变压器，是对高压或大电流进行测量的一次元件。为了保证人身及仪表的安全，电流互感器副边严禁开路，电压互感器的副