第四章+变压器

1、变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 第四章变压器 变压器类别、基本结构、额定值变压器类别、基本结构、额定值4.14.1 变压器的空载运行变压器的空载运行4.24.2 变压器的负载运行变压器的负载运行 4.34.3 变压器的等效电路及相量图变压器的等效电路及相量图4.44.4 变压器的参数测定变压器的参数测定4.54.5 标幺值标幺值 4.64.6 变压器的运行特性变压器的运行特性4.74.7 三相变压器三相变压器4.84.8 特种变压器特种变压器 4.94.9 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 4.1 变压器的类别、基本结构和额定值变压器的类别、基本结构和额定值 变压器是一种静止

2、的电能变换装置，它利用电磁感变压器是一种静止的电能变换装置，它利用电磁感 应作用，把一种形式的交流电能转换为另一种形式的应作用，把一种形式的交流电能转换为另一种形式的同同 频率频率的交流电能。的交流电能。 变压器变压器只能对交流电的电压、电流进行变换，而不只能对交流电的电压、电流进行变换，而不 能改变交流电的频率能改变交流电的频率。 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 4.1变压器的分类、结构及额定值变压器的分类、结构及额定值 4.1.1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

3、：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。 按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器 气体绝缘变压器。 所有变压器的基本原理都相同所有变压器的基本原理都相同 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 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 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 4.1.2变压器的基本结构变压器的基本结构 铁心铁心 绕组绕组 其他部件其他部件 变压器的基本结构变压器的基本结构 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 1.铁心：铁心： 磁路部分。又是套装绕组的骨架磁路部分。又是套装绕组的骨架 组成部分：组成部

4、分： 由由心柱心柱和和铁轭铁轭两部分组成。两部分组成。 每部分作用每部分作用 心柱用来套装绕组，心柱用来套装绕组， 铁轭将心柱连接起来，使之形成闭合磁路。铁轭将心柱连接起来，使之形成闭合磁路。 材料材料 为减少铁心损耗，铁心用厚为减少铁心损耗，铁心用厚0.30-0.35mm的硅钢片的硅钢片 叠成，片上涂以绝缘漆，以避免片间短路。叠成，片上涂以绝缘漆，以避免片间短路。 铁轭铁轭 心柱心柱 4.1.2变压器的基本结构变压器的基本结构 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 2.绕组绕组 定义定义 变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁 线或圆线（铜或铝）绕成

5、。线或圆线（铜或铝）绕成。 一次绕组一次绕组 :输入电能的绕组。输入电能的绕组。原边、一次侧原边、一次侧 二次绕组二次绕组: 输出电能的绕组。输出电能的绕组。副边、二次侧副边、二次侧 高压绕组：高压绕组： 电压较高的绕组电压较高的绕组 低压绕组：低压绕组： 电压较低的绕组电压较低的绕组 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 4.其它部件：其它部件： 变压器油变压器油 增强绝缘程度增强绝缘程度 改善散热效果改善散热效果 防潮防潮 器身（铁心、绕组）器身（铁心、绕组） 油箱油箱 变压器油变压器油典型的油浸电典型的油浸电 力变压器力变压器 散热器散热器 绝缘套管绝缘套管 分接开关分接开关 继电保

6、护装置等部件继电保护装置等部件 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 油浸式电力变压器油浸式电力变压器 1 1信号式温度计信号式温度计 2 2吸湿器吸湿器 3 3储油柜储油柜 4 4油位计油位计 5 5安全气道安全气道 6 6气体继电器气体继电器 7 7高压套管高压套管 8 8低压套管低压套管 9 9分接开关分接开关 1010油箱油箱 1111铁心铁心 1212线圈线圈 1313放油阀门放油阀门 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 套管套管 瓷质瓷质 引出导线，使其对地绝缘引出导线，使其对地绝缘 做成多级伞形做成多级伞形 图4-5 35kV充油式绝缘套管 变压器变压器南通大学电机学南

7、通大学电机学 4.1.3 变压器的额定数据变压器的额定数据 额定值：变压器设计、制造时的确定数值，其值规定 为指定的工作条件下，变压器的发热、绝缘情况所 允许的最大值。在额定状态下运行时，变压器能长 期可靠稳定工作，且性能优越。 额定容量额定容量SN （VA） 一次绕组额定电压一次绕组额定电压U1N （线值）（线值） 二次绕组额定电压二次绕组额定电压U2N （线值）（线值） 额定电流额定电流I1N 和和I2N （线值）（线值） 额定频率额定频率fN 50赫赫(Hz) 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 单相变压器 三相变压器 N N N N N N U S I U S I 2 2 1 1

8、 3 , 3 N N N N N N U S I U S I 2 2 1 1 , 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 m 2 0i 1 N 2 N 1 20 u - + 1 u - + 1 e 1 e - + 2 e - + 4.2.1变压器空载运行时的工作原理变压器空载运行时的工作原理 4.2 变压器的空载运行变压器的空载运行 变压器一次绕组接在额定电压的交流电源上，而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。二次绕组开路时的工作情况。 10m ii（ ） 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 主磁通和漏磁通在性质上有明显的差别：主磁通和漏磁通在性质上有

9、明显的差别： 1、磁路性质不同：、磁路性质不同： 2、功能不同：、功能不同： 主磁通主磁通通过电磁感应将一次绕组能量传递到二次通过电磁感应将一次绕组能量传递到二次 绕组，起能量传递作用；绕组，起能量传递作用； 漏磁通漏磁通只在一次绕组感应电势，不起传递功率作只在一次绕组感应电势，不起传递功率作 用。用。 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 电磁关系电磁关系 u1i10 (im) i0N1 1 m i0r1 e1 e2=u20 e1 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 u1与与i0取关联方向取关联方向 i10与与、1符合右手螺旋定则符合右手螺旋定则 与与e1、e2符合右手螺旋定则符合

10、右手螺旋定则 e2与与u20方向相反方向相反 4.2.2.正方向规定正方向规定 一次绕组一次绕组（负载负载）按按电动机电动机惯例惯例 二次绕组二次绕组（电源电源）按按发电机发电机惯例惯例 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 110111 ui Ree 4.2.3.电压平衡方程及相量图电压平衡方程及相量图 202 ue 原边 副边 1、感应电动势与主磁通、感应电动势与主磁通 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 11m1m22m2m 11 4.444.44 22 ENfNE =NfN 11 ue m sin m t 变压器电阻压降和漏电势很小，可忽略。 0 1111 0 2222 /c

11、ossin(90 ) /cossin(90 ) mm mm eNddtNtEt eN ddtNtEt 1212 /kNNEE 忽略饱和与磁滞忽略饱和与磁滞 感应电动势与主磁通关系感应电动势与主磁通关系 相位上，滞后主磁通900电角度 变压器的匝比（变比）变压器的匝比（变比） 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 11 4.44 m EfN 111 4.44 m UEfN 思考：变压器的电源电压不变，仅改变副边匝数，思考：变压器的电源电压不变，仅改变副边匝数， 主磁通是否改变？为什么？主磁通是否改变？为什么？ 主磁通的大小和波形取决于电源电压的大小 和波形 变压器变压器南通大学电机学南通大学

12、电机学 2 2 11 11 m1 111 mmm NN i LN iii 常数常数 2. 漏磁通、漏电动势和漏电抗漏磁通、漏电动势和漏电抗 Li 1 m 11 m1 1 N i N i R 1m 111 ddi eNL dtdt 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 用相量表示用相量表示 mm 2siniIt 11m 1m 2cos 2sin90 eL It L It 1m 111 ddi eNL dtdt 表征漏磁通对一次绕组表征漏磁通对一次绕组 电磁效应的参数电磁效应的参数 常数常数 与与i10无关无关 . 1 1mm1 Ej LIjIX 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 3.

13、主磁通、主磁电动势和励磁阻抗主磁通、主磁电动势和励磁阻抗 1mm( ) mmm EI ZI RjX 励磁电抗励磁电抗 是表征铁心磁化性能的参数是表征铁心磁化性能的参数 2 1mmm XLN 励磁电阻励磁电阻 是对应铁心损耗的是对应铁心损耗的虚拟电阻虚拟电阻 m R 2 Femm pI R m X 非常数非常数 非常数非常数 实际运行中，电网电压波动很小，认为实际运行中，电网电压波动很小，认为Zm基本基本 保持不变保持不变 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 4.2.44.2.4基本方程式及等效电路基本方程式及等效电路 110111 101110mm 101110m 10110m 2021

14、 -(-)+() =()Z / UIREE IRjXIRjX IRjXI I ZI Z UEEk 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 空载电流（励磁电流）分析空载电流（励磁电流）分析 励磁电流呈尖顶波形。励磁电流呈尖顶波形。 t 0 i 32 1 1 2 3 0 i 1、磁路不饱和时、磁路不饱和时 励磁电流为正弦波励磁电流为正弦波 电网电压为正弦波，电网电压为正弦波， 主磁通也为正弦波主磁通也为正弦波 2、磁路不饱和时、磁路不饱和时 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 励磁电流励磁电流 产生主磁通所需要的电流，用产生主磁通所需要的电流，用 表示。表示。 m i 空载运行时，空载电流

15、就是励磁电流，即空载运行时，空载电流就是励磁电流，即 10m ii 励磁电流包括两个分量，一个是磁化电流励磁电流包括两个分量，一个是磁化电流 , 一个是铁耗电流一个是铁耗电流 。 i Fe i 磁化电流磁化电流激励铁心中的主磁通，是无功分量；激励铁心中的主磁通，是无功分量； 铁耗电流铁耗电流是从电源吸收铁耗功率的反映，是有功分量。是从电源吸收铁耗功率的反映，是有功分量。 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 相量图相量图 m I 10 I 2 E Fe I 0 1 E 1 E 1 U 101 IR 101 jIX 110111 10111 2021 () / UIREE IRjXE UEE

16、k 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 思考: 某单相变压器额定电压为380V/220V,额定频率为 50HZ。如误将低压边接到380V电源，变压器将 会发生一些什么异常现象？ 答案： 由于 U204.44fN2m U20由220伏变到380伏，增加了 倍，则主磁通 m也增 加了 倍，磁路饱和程度增加，因而励磁 电流I0大大增 加，有可能烧毁线圈。 3 3 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 变压器的一次绕组接到交流电源，二次绕组接变压器的一次绕组接到交流电源，二次绕组接 到负载阻抗时，二次绕组中便有电流流过，这种情到负载阻抗时，二次绕组中便有电流流过，这种情 况称为变压器的负载运

17、行。况称为变压器的负载运行。 1.负载运行时的电磁物理现象负载运行时的电磁物理现象 4.3 变压器的负载运行变压器的负载运行 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 1 u 1 e 10 i 2 e 20 u 1 N 2 N 1 2 2 i 1 e 2 e 图图2-8 变压器的负载运行变压器的负载运行 - + - + - + - + - + - + i1 u2 L Z 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 变压器负载时电磁关系变压器负载时电磁关系 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 2.磁动势平衡方程式磁动势平衡方程式 负载运行时，仍然有：负载运行时，仍然有： 1122m1 I N

18、I NI N 111 4.44 m UEfN 11111 UI ZEE 电源电压不变，因此负载运行和空载运行时的电源电压不变，因此负载运行和空载运行时的 主磁通近似相等。主磁通近似相等。 主磁路饱和程度不变，磁阻相等。主磁路饱和程度不变，磁阻相等。 负载运行和空载运行时的磁动势相等。负载运行和空载运行时的磁动势相等。 2 1m2m1L 1 N IIIII N （） 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 2 1L2 1 N II N 忽略励磁电流分量，则：忽略励磁电流分量，则： 负载电流分量：负载电流分量： 12 21 1IN INk 一次侧电流由一次侧电流由励磁电流分量励磁电流分量和和负载

19、电流分量负载电流分量构成。构成。 二次侧电流的增加或减少必然引起一次侧电流的二次侧电流的增加或减少必然引起一次侧电流的 增加或减少，表明通过电磁作用，变压器将能量从一增加或减少，表明通过电磁作用，变压器将能量从一 次侧传递到二次侧，即变压器为次侧传递到二次侧，即变压器为能量传递能量传递装置。装置。 2 1m2m1L 1 N IIIII N （） 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 3.变压器负载运行时电压平衡方程式变压器负载运行时电压平衡方程式 变压器负载运行时磁动势、磁通、电动势之间的关系 磁动势磁动势 磁通磁通电动势电动势 dt di Le 2 22 m 11 m 22 d eN d

20、t d eN dt 22 11 iN iN m iN1 m 1 2 dt di Le 1 11 一次绕 组 二次绕 组 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 111111111111 ()UI REEI RjXEI ZE 22L UI Z 2222222222222 ( j)UEEI REI XI REI Z 21 1 EE k 1mmmmm ()EIRjXI Z 3.变压器负载运行时电压平衡方程式变压器负载运行时电压平衡方程式 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 在研究变压器的运行问题时，希望有一个既能在研究变压器的运行问题时，希望有一个既能 正确反映变压器内部电磁关系，又便于工程

21、计算的正确反映变压器内部电磁关系，又便于工程计算的 等效电路，来代替具有电路、磁路和电磁感应联系等效电路，来代替具有电路、磁路和电磁感应联系 的实际变压器。下面从变压器的基本方程出发，导的实际变压器。下面从变压器的基本方程出发，导 出此等效电路。出此等效电路。 4.4 变压器的等效电路及相量图变压器的等效电路及相量图 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 1.基本方程组基本方程组 2 1 2 1 22 1 2222 1111 12211 N N E E k ZIU ZIE ZIEU ZIEU INININ L mm m 利用这些方程式可以进行 定量计算，从而能精确的 研究和分析变压器的各种

22、 运行性能。但是变压器的 一次、二次绕组的匝数不 等，且有六个未知数，使 得这组方程的求解变得相 当的繁琐。 各物理量均为相值。各物理量均为相值。 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 4.4.1变压器的等效电路变压器的等效电路 1.绕组归算绕组归算 （A）方法）方法 通常是把二次绕组归算到一次绕组，也就是假想 把二次绕组的匝数变换成一次绕组的匝数，而不改变 一次和二次绕组原有的电磁关系。 建立等效电路，除了需要把一次和二次侧磁通 的效果作为漏抗压降，主磁通和铁心绕组的效果作 为激磁阻抗来处理外，还需要进行组归算. 归算的目的：仅仅为了简化变压器的研究方法。 变压器变压器南通大学电机学南通

23、大学电机学 （B）原则）原则 只要归算前后二次绕组的磁动势保持不变，则对 一次绕组来说，变换是等效的； 即一次绕组将从电网吸收同样大小的功率和电流， 并有同样大小的功率传递给二次绕组。 4.4.1变压器的等效电路变压器的等效电路 归算原则：归算原则：1）保持二次侧磁动势不变；保持二次侧磁动势不变； 2）保持二次侧各功率或损耗不变。）保持二次侧各功率或损耗不变。 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 . 电流的归算: 归算前、后二次绕组的磁动势保持不变，可得： 1 222 N IN I (2)电动势的归算: 归算前、后二次绕组的磁动势保持不变，则铁心 中的主磁通保持不变，可得： 21 22

24、, EN k EN 22 1 2 2 1 I k I N N I 221 :EkEE 即 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 (3)阻抗的归算: 归算前、后二次绕组的传输功率、损耗保持不 变，可得： 电压类：折算值=实际值k 电流类：折算值=实际值/k 阻抗类：折算值=实际值 k2 总结总结 2/2 2222 I RI R 2 2 2 222 2 2 I RRk R I 22 2222 I XI X 2 2 2 222 2 2 I XXk X I 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 11221 1111 2222 1 22 11 2 2 m mm L N IN IN I UEI Z

25、 UEI Z EI Z UI Z EN k N E 归算后，变压器的基本方程变为归算后，变压器的基本方程变为 : : 1111 2222 12 12 22 = m mm L UI ZE UEI Z III EEI Z UI Z 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 4.4.2 T形等效电路形等效电路 1111 UEI Z 由基本方程式推导等效电路：由基本方程式推导等效电路： 1mm EI Z 12 EE 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 22L UI Z 2222 UEI Z 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 T T形等效电路形等效电路 12 12 , m EE III 变

26、压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 4.4.3 形等效电路形等效电路 将激磁支路移到电源端， 对变压器的运行计算不 会带来明显的误差。 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 4.4.4 简化等效电路简化等效电路 在分析变压器重载或者满载时，可以进一步忽略励在分析变压器重载或者满载时，可以进一步忽略励 磁电流。磁电流。 m1N II 短路阻抗短路阻抗 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 m m I 21 EE 1 E 1 U 11 I R 11 jI X 2U 2I 2 2 I r 2 2 j I x 2I 1I 2 1111 2222 12 12 22 = m mm L UI Z

27、E UEI Z III EEI Z UI Z 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 4.5 变压器的参数测定变压器的参数测定 4.5.0 问题的提出问题的提出 变压器的使用者在计算分析变压器的运行情况时， 需要知道变压器的参数，如k、Z1、Z2、Zm等，但是 在变压器的产品目录和铭牌上通常是没有这些参数 的，而且对变压器具体的材料型号和尺寸大小也不 清楚，所以只能通过试验测定法来测定这些参数。 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 4.5.1 变压器的空载试验变压器的空载试验 通过变压器的空载试验，可以测量出一次侧加额定电 压U1N时二次侧开路电压U2、空载损耗P0，空载电流 I0；从

28、而计算出变比k、励磁阻抗Zm。 1、实验目的、实验目的 2、实验接线图、实验接线图 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 3 3、实验原理、实验原理 01CuFeFe pppp m N m m I U I E Z 11 2 0 2 mm Fe m I p I p r 2 2 mmm rZx 2 1 U U k N 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 4、三个注意点、三个注意点 1、对于三相变压器，试验测定的电压、电流都是线 值，计算时必须根据绕组的联结方式，换算成相值； 测出的功率是三相的总功率，除以三，取一相的功 率进行计算。 2、变压器的励磁电阻不是真实电阻，而是用来等效 变压器

29、铁耗的模拟电阻，不存在随温度变化的问题， 不需要进行温度折算。 3、Zm与饱和程度有关，电压越高，磁路越饱和， Zm越小。所以应以额定电压下测读的数据计算励磁 参数 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 4.5.2 变压器的短路试验变压器的短路试验 通过变压器的短路试验，可以测量出额定短路 电流I1N时一次侧电压UK、短路损耗Pk；从而计算 出短路阻抗Zk。 1、实验目的、实验目的 2、实验接线图、实验接线图 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 kCuFeCu pppp k k 1N U Z I Cuk k 22 kk pp r II 2 2 kkk xZr 121kN IIII t

30、 rr k ck o 5 .234 755 .234 75 22 7575 k ckck xrZ oo 温度折算温度折算（以铜线变压器为例）：（以铜线变压器为例）： 3 3、实验原理、实验原理 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 5、两个注意点、两个注意点 1、三相变压器试验测定的电压、电流都是线值，计 算时必须根据绕组的联结方式，换算成相值；测出 的功率是三相的总功率，除以三，取一相的功率进 行计算。 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 若用高压绕组额定电压的百分数来表示，则为：若用高压绕组额定电压的百分数来表示，则为： %100%100 1 75 1 1 N ck N N k

31、k U ZI U U U o 2、短路电压或者阻抗电压、短路电压或者阻抗电压：变压器的短路试验时，当：变压器的短路试验时，当 绕组中的电流达到额定值，加在高压绕组上的电压绕组中的电流达到额定值，加在高压绕组上的电压Uk。 ck N ck kk oo ZIZIU 75 1 75 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 4.6 标幺值标幺值 1. 定义定义 实际值（任意单位） 标幺值 基值（与实际值同单位） 某一物理量的实际值与选定的基值之比。 若若U1=150V，U2=250V，取，取100V作为两电压的基值，作为两电压的基值， 则：则： * 1 1 1 150 1.5 100 b U U U

32、 * 2 2 2 250 2.5 100 b U U U 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 标幺值实质：标幺值实质： 基值标为一（幺即为一）后，该物理量的相对值。基值标为一（幺即为一）后，该物理量的相对值。 2. 基值的选取原则基值的选取原则 一、选取的基值必须遵循物理关系的约束。一、选取的基值必须遵循物理关系的约束。 bb b UI Z bbb SU I 对于单相电路的计算而言， U、I、Z和S四个基本 物理量的基值中，只要选定两个，剩下的两个基值可 以根据下式来确定： 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 二、一般取各物理量的二、一般取各物理量的相额定值相额定值作为基值。作为基

33、值。 单相变压器一次侧各物理量的基值为： 11bN UU 11bN II 1 1 1 N b N U Z I 三相变压器一次侧各物理量基值可以按如下方法选择： 一次绕组为星形联结： 1 1 3 N b U U 11bN II 1 1 1 3 N b N U Z I Nb SS 3 1 一次绕组为三角形联结： 11bN UU 1 1 3 N b I I 1 1 1 3 N b N U Z I Nb SS 3 1 bN SS 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 三、同一侧电路的同类物理量要用同一个基值。三、同一侧电路的同类物理量要用同一个基值。 二次绕组向一次绕组折算后，就和一次侧绕组 属于

34、同一电路，因此，二次侧绕组各物理量的折算 值以一次侧绕组相应物理量的相额定值作为基值。 电压类：U1、E1、E1 、U2、E2、E2的基值均为 U1b。 电流类：I1、Im、I2 的基值均为 I1b。 阻抗类：Z1、Zm、R1、Rm、X1 、Xm、Z2、R2、 X2的基值均为Z1b。 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 四、不同侧电路的物理量要用不同的基值。四、不同侧电路的物理量要用不同的基值。 变压器的一次侧物理量的基值用一次侧的额定值， 二次侧物理量的基值用二次侧的额定值。 3. 3. 采用标幺值的优点采用标幺值的优点 （1）采用标幺值表示电压、电流时，可以直观的看 出变压器的运行情

35、况。 9kV6A一次电压、电流分别为一次电压、电流分别为、 在不知道它的额定值的情况下，是无法判定其运行工在不知道它的额定值的情况下，是无法判定其运行工 况的。况的。 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 （2）不论变压器容量是大是小，用标幺值表示时，各）不论变压器容量是大是小，用标幺值表示时，各 个参数和典型的性能数据通常都在一定的范围以内，因个参数和典型的性能数据通常都在一定的范围以内，因 此便于比较和分析。此便于比较和分析。 * 1 1U * 1 0.5I 变压器出于额定电压下一半额定电流运行变压器出于额定电压下一半额定电流运行 * 1 1I 满载运行满载运行 * 1 0.5I 半载

36、运行半载运行 * 1 0.25I 1/4负载运行 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 （3）用标幺值表示时，归算到高压侧或低压侧时变压）用标幺值表示时，归算到高压侧或低压侧时变压 器的参数恒相等，故用标幺值计算时不必再进行归算。器的参数恒相等，故用标幺值计算时不必再进行归算。 * 2 1 2 2 2 2 2* 2 U U U kU kU U U U NNN （4）某些物理量的标幺值将具有相同的数值。）某些物理量的标幺值将具有相同的数值。 * 11 1 1 1 1 1 1 * k N k N kN N N k b b k b k k U U U U ZI I U Z I U Z Z Z Z

37、 4、标幺值的缺点是没有量纲，无法用量纲关系来检查。、标幺值的缺点是没有量纲，无法用量纲关系来检查。 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 4.7 变压器的运行特性变压器的运行特性 4.7.1 外特性和电压变化率外特性和电压变化率 变压器外特性是指当U1=U1N，cos2=常数时，副边 端电压随负载电流变化的规律，即：U2=(I2)曲线。 有外特性有外特性U2=(I2)和效率特性和效率特性=(I2) 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 1. 电压变化率电压变化率 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。 202 20 100% UU u U 定义

38、：当一次侧电压保持为额定值，负载功率因数为 常值，从空载到负载时二次侧电压变化的百分值，用 u表示。 通常约为通常约为5% 2 (1) 100%U / 12 1 100% N N UU U 22 2 () 100% N N k UU kU 22 2 100% N N UU U 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 2、电压调整率的实用计算公式、电压调整率的实用计算公式 2 b / 2I / 2U 1NU 假设为感性负载假设为感性负载 0 ac p d 1 k I r 1 k jI X 2 2 1N2 UUabbc 11222 ()() Nkk UI ZUI ZU 1N2 UUab 1N2

39、1N1N u100%100% UUab UU 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 22 codssinabaccbadp 2 k adI r 2 d k pI x 122222 cossin Nkk UUI rI x b / 2I / 2U 1NU 0 ac p d 1 k I r 1 k jI X 2 12 1 100% N N UU u U 2222 1 cossin 100% kk N I rI x U 222 1 1 1 cossin 100% kk N N N rxI U I I * 222 cossin) 100% kk Irx（ 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 3

40、、外特性、外特性 22 2 100% N N UU u U 22 ()Uf I * 222 cossin) 100% kk uIrx （ 2 cos假设 为常数， * 2 ()Uf I 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 2 1 100% P P 4.7.2 效率和效率特性效率和效率特性 1、效率定义 2、计算方法 1）直接负载法：不准确；对于大型变压器，负载不 具备。 2）间接法：准确；简单方便。 1 12 100%1100% Ppp PPp 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 变压器的损耗说明：变压器的损耗说明： 铁损耗与外加电压大小有关，而与负载大小基本无关， 称为不变损耗。

41、 铜损耗大小与负载电流平方成正比，称为可变损耗。 1、铁耗 2、铜耗 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 2222222 *2 22222 2 coscos coscos N NNN N PmU ImUI I mUII S I *2 *2 2 *2 2222 1100%1100%() cos FekN NFekN p pp I f I PpI Spp I 222*22 222 7575 2 () CuNkN kckc N I pmI RmIRp I I 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 3、效率特性、效率特性 *2 2 *2 222 1100% cos FekN NFekN pp

42、 I I Spp I * 2 /0ddI *2 Fe2kN pp I Fe0 pp 变压器的空载试验测得变压器的空载试验测得 ，短路试验测得，短路试验测得 。 0 p kN p 当铜损耗等于铁损耗当铜损耗等于铁损耗(可变损耗等于不变损耗可变损耗等于不变损耗) 时时,变压器效率最大：变压器效率最大： %100) 2cos 2 1 ( 02 0 max PS P Nm *Fe 2 kN p I p 负载系数 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 4.8 三相变压器三相变压器 4.8.1 三相变压器磁路系统三相变压器磁路系统 1、三相、三相变压器组组 特点：三相磁路彼此无关联；适用于巨型变压器。

43、 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 2、三相芯式变压器、三相芯式变压器 特点：三相磁路彼此有关联；耗材少，价格低，占地 少，维护简单。 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 4.8.2 三相变压器的电路系统三相变压器的电路系统 1、变压器的联结法、变压器的联结法 绕组名称 三相变压器 中性点 首端末端 高压绕组 A、B、CX、Y、ZN、O 低压绕组a、b、cx、y、zn、o 表1 绕组端头标号 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 星形连接：星形连接：Y、y；三角形连接：；三角形连接：D、d。 三相变压器可以联结成如下几种形式：（1）Y，y 或YN，y或Y，yn；（2）Y，d或

44、YN，d；（3）D， y或D，yn；（4）D，d。 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 2、高、低压绕组的、高、低压绕组的相电动势相电动势相位关系相位关系 1）同名端及判别：）同名端及判别： 同名端的定义 同名端的标志同名端的标志 通常标以相同的符号*或 同名端的判断同名端的判断 1)观察绕向法： 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 2)直流电流法：直流电流法： 互为同名端的两个端点在任意时刻极性都相同， 且同名端总是成对出现的。 主要器材： 直流电流表一只， 干电池一节 合上开关s： 1）指针正偏，则A，a互为同名端 2）指针反偏，则A，x互为同名端 注意：应用此法时，为了减少对

45、电流表的冲击。应 把电流表接到变压器的低压侧。 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 3）高、低压绕组相电动势相位关系的确定）高、低压绕组相电动势相位关系的确定 高、低压绕组相电动势的正方向统一规定为：高、低压绕组相电动势的正方向统一规定为： 从绕组的首端指向末端从绕组的首端指向末端。 若高、低压绕组的首端（或末端）互为同名端，则相电 动势同相位；若首端（或末端）和低压绕组的末端（或 首端）互为同名端，则相电动势反相位 。 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 3、相量图、相量图 变压器变压器南通大学电机学南通大学电机学 根据三相变压器高、低压绕组根据三相变压器高、低压绕组线电动势线电动势的相位关的相位关 系，将变压器绕组的连接分成各种不同的组号，这称系，将变压器绕组的连接分成各种不同的组号，这称 为绕组的为绕组的联结组联结组。 3、高、低压绕组的、高、低压绕组的线电动势线电动势相位关系：相位关系：联结组联结组 1）联结组：）联结组： 理论和实践证明，无论采用怎样的连接方式，理论和实践证明，无论采用怎样的连接方式， 一、二次侧线电动势的相位差总是一、二次侧线电动势的相位差总是300的整数倍。的整数倍。 联结组号共有联结组号共有12个组号。个组号。 一般用联结法的符号加数字来表示联结组，一般用联结法的符号加数字来表示联结组， 变压