电机及电力拖动课件模块3变压器

1、模块模块3 3 变压器变压器 变压器是一种静止的电器，它是利用电磁感应原理，将一变压器是一种静止的电器，它是利用电磁感应原理，将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。交流电能。变压器是电力系统中一种重要的电气设备，它对电能的经变压器是电力系统中一种重要的电气设备，它对电能的经济传输，灵活分配和安全使用具有重要的意义。济传输，灵活分配和安全使用具有重要的意义。此外各种用途的控制变压器、仪用互感器等也应用得十分此外各种用途的控制变压器、仪用互感器等也应用得十分广泛。广泛。本章主要介绍变压器的用途、分类、结构及额定值，着重本章

2、主要介绍变压器的用途、分类、结构及额定值，着重阐明变压器的工作原理和运行特性、三相变压器的特点与阐明变压器的工作原理和运行特性、三相变压器的特点与并联运行，最后简要地介绍自耦变压器和互感器的结构特并联运行，最后简要地介绍自耦变压器和互感器的结构特点及工作原理。点及工作原理。模块模块3 3 变压器变压器 模块内容模块内容课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构课题课题2 2 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行课题课题3 3 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行课题课题4 4 变压器参数的测定变压器参数的测定课题课题5 5 变压器的运行特性变压器的运行特性课题

3、课题6 6 三相变压器三相变压器课题课题7 7 其他常用变压器其他常用变压器知识点知识点1 1变压器的基本结构和原理变压器的基本结构和原理2 2变压器的运行特性及参数的测定变压器的运行特性及参数的测定3 3三相变压器三相变压器4 4其他常用变压器其他常用变压器学习要求学习要求1 1掌握变压器的基本结构掌握变压器的基本结构2 2具备变压器的原理分析和参数测定能力具备变压器的原理分析和参数测定能力3 3具备变压器的运行特性和基本计算能力具备变压器的运行特性和基本计算能力4 4具备变压器联结组别的判断能力具备变压器联结组别的判断能力5 5具备互感器等特殊变压器的正确使用能力具备互感器等特殊变压器的正

4、确使用能力 模块模块3 3 变压器变压器 3.1.1 3.1.1 变压器的用途和分类变压器的用途和分类1 1）变压器的用途）变压器的用途电力升压变压器电力升压变压器：发电机的输出电压一般为：发电机的输出电压一般为6.36.327kV27kV左右，左右，需把端电压升到较高的输电电压。远距离输电时高压输送需把端电压升到较高的输电电压。远距离输电时高压输送的功率较大，损耗小，电力系统稳定。的功率较大，损耗小，电力系统稳定。我国高压等级为我国高压等级为110kV110kV、220kV220kV、330kV330kV，500kV500kV，750kV750kV。电力降压变压器电力降压变压器：为了用户安全

5、用电。：为了用户安全用电。变压器其他用途：测量系统中广泛应用的仪用互感器，以变压器其他用途：测量系统中广泛应用的仪用互感器，以隔离高压和便于测量；在实验室中广泛应用的自耦调压器，隔离高压和便于测量；在实验室中广泛应用的自耦调压器，可任意调节输出电压的大小，以适应负载的要求；在电信、可任意调节输出电压的大小，以适应负载的要求；在电信、自动控制系统中，控制变压器、电源变压器和用于阻抗变自动控制系统中，控制变压器、电源变压器和用于阻抗变换的输入、输出变压器等也被广泛应用。换的输入、输出变压器等也被广泛应用。 课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 3.1.1 3.1.1

6、 变压器的用途和分类变压器的用途和分类2 2）变压器的分类）变压器的分类根据用途、相数、绕组数目、铁芯结构和冷却方式等分类。根据用途、相数、绕组数目、铁芯结构和冷却方式等分类。1)1)按用途分：按用途分：电力变压器电力变压器用于电能的输送与分配。升压变压器、降用于电能的输送与分配。升压变压器、降压变压器、配电变压器、联络变压器和厂用变压器等。压变压器、配电变压器、联络变压器和厂用变压器等。特殊电源用变压器特殊电源用变压器如电炉、电焊、整流变压器等。如电炉、电焊、整流变压器等。仪用变压器仪用变压器供测量和继电保护用的变压器。供测量和继电保护用的变压器。实验变压器实验变压器专供电气设备作耐压用的高

7、压变压器。专供电气设备作耐压用的高压变压器。调压器调压器能均匀调节输出电压的变压器。能均匀调节输出电压的变压器。控制变压器控制变压器容量一般比较小，用于小功率电源系统和容量一般比较小，用于小功率电源系统和自动控制系统，如电源变压器、脉冲变压器等。自动控制系统，如电源变压器、脉冲变压器等。课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 3.1.1 3.1.1 变压器的用途和分类变压器的用途和分类2 2）变压器的分类）变压器的分类2)2)按相数分：有单相变压器、三相变压器和多相变压器。按相数分：有单相变压器、三相变压器和多相变压器。3)3)按绕组数目分：有单绕组按绕组数目分：

8、有单绕组( (自耦自耦) )变压器、双绕组变压器、变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。三绕组变压器和多绕组变压器。4)4)按铁芯结构分：有壳式变压器和心式变压器。按铁芯结构分：有壳式变压器和心式变压器。5)5)按冷却方式分：有干式变压器、油浸式变压器和充气式按冷却方式分：有干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器等。变压器等。6)6)按容量分：有小型变压器按容量分：有小型变压器( (容量为容量为1010630kVA)630kVA)、中型、中型变压器变压器( (容量为容量为8008006300kVA)6300kVA)、大型变压器、大型变压器( (容量为容量为8000800063 00

9、0kVA)63 000kVA)和特大型变压器和特大型变压器( (容量在容量在90 000kVA90 000kVA以上以上) )。课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 3.1.2 3.1.2 变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理 主要由铁芯和套在铁芯上的两个独立绕组组成。两个绕组主要由铁芯和套在铁芯上的两个独立绕组组成。两个绕组间只有磁的耦合而没有电的联系，且具有不同的匝数，其间只有磁的耦合而没有电的联系，且具有不同的匝数，其中与交流电源相接的绕组称为原绕组或一次绕组，也称为中与交流电源相接的绕组称为原绕组或一次绕组，也称为原边或初级，其匝数为原边或初级，其匝

10、数为N N1 1；与负载相接的绕组称为副绕组；与负载相接的绕组称为副绕组或二次绕组，也称为副边或次级，其匝数为或二次绕组，也称为副边或次级，其匝数为N N2 2。 课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 图图3-1 3-1 单相变压器的工作单相变压器的工作3.1.2 3.1.2 变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理 当一次绕组外加电压为当一次绕组外加电压为u u1 1的交流电源，一次绕组将流过交的交流电源，一次绕组将流过交变电流变电流i i1 1，并在铁芯中产生交变磁通，并在铁芯中产生交变磁通，该磁通同时交链，该磁通同时交链一、二次绕组，并在两绕组中分别产生感

11、应电动势一、二次绕组，并在两绕组中分别产生感应电动势e e1 1、e e2 2，它们的大小为它们的大小为 (3-1)(3-1)若把负载接于二次绕组，在电动势若把负载接于二次绕组，在电动势e e2 2的作用下，就能向负的作用下，就能向负载输出电能，即电流将流过负载，实现电能的传递。载输出电能，即电流将流过负载，实现电能的传递。课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 图图3-1 3-1 单相变压器的工作单相变压器的工作dtdNeu111dtdNeu2223.1.2 3.1.2 变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理 若不计变压器一、二次绕组的电阻和漏磁通，不计铁芯损

12、若不计变压器一、二次绕组的电阻和漏磁通，不计铁芯损耗，则一、二次绕组的电压和电动势有效值与匝数的关系耗，则一、二次绕组的电压和电动势有效值与匝数的关系为为 (3-2)(3-2)式中，式中，k k是为匝数比，亦即电压比，是为匝数比，亦即电压比，k k= =N N1 1/ /N N2 2，k k11时为时为降压变压器，降压变压器，k k11时为升压变压器。时为升压变压器。课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 图图3-1 3-1 单相变压器的工作单相变压器的工作kNNEEUU2121213.1.2 3.1.2 变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理 课题课题1 1

13、变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 图图3-1 3-1 单相变压器的工作单相变压器的工作22221111iuieieiu根据能量守恒定律可得根据能量守恒定律可得即即 (3-3)(3-3)一、二次绕组的电压与绕组的匝数成正比，一、二次绕组一、二次绕组的电压与绕组的匝数成正比，一、二次绕组的电流与绕组的匝数成反比，因此只要改变绕组的匝数比，的电流与绕组的匝数成反比，因此只要改变绕组的匝数比，就能达到改变输出电压和输出电流大小的目的，这就是变就能达到改变输出电压和输出电流大小的目的，这就是变压器的基本工作原理。压器的基本工作原理。kNNEEII1121221kNNEEUU21212

14、13.1.3 3.1.3 变压器的基本结构变压器的基本结构 课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 图3-2 油浸式电力变压器1信号式温度计；2吸湿器；3储油柜；4油表；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铁芯；12线圈；13放油阀门电力变压器主要由铁芯、电力变压器主要由铁芯、绕组、绝缘套管、油箱绕组、绝缘套管、油箱( (油浸式油浸式) )及其他附件组成。及其他附件组成。铁芯和绕组是变压器的主铁芯和绕组是变压器的主要组成部分，称为变压器要组成部分，称为变压器的器身。的器身。 3.1.3 3.1.3 变压器的基本结构变压器的基

15、本结构 课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 1 1）铁芯）铁芯变压器的主磁路部分，绕组的支撑骨架。变压器的主磁路部分，绕组的支撑骨架。铁芯由铁芯柱和铁轭两部分组成。铁芯由铁芯柱和铁轭两部分组成。为了提高磁路的导磁性能和减少铁芯中的磁滞损耗和涡流为了提高磁路的导磁性能和减少铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗，铁芯一般由厚度为损耗，铁芯一般由厚度为0.350.350.5mm0.5mm且表面覆盖有绝缘且表面覆盖有绝缘层的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。层的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。铁芯的基本结构形式有心式和壳式两种。铁芯的基本结构形式有心式和壳式两种。心式结构的特点：绕组包围着铁

16、芯，结构比较简单，绕组心式结构的特点：绕组包围着铁芯，结构比较简单，绕组的装配及绝缘较容易，绝大部分国产变压器均采用心式。的装配及绝缘较容易，绝大部分国产变压器均采用心式。壳式结构的特点：铁芯包围着绕组，机械强度较高，但制壳式结构的特点：铁芯包围着绕组，机械强度较高，但制造工艺复杂，使用材料较多，因此目前除了容量很小的电造工艺复杂，使用材料较多，因此目前除了容量很小的电源变压器以外，很少采用壳式结构。源变压器以外，很少采用壳式结构。 3.1.3 3.1.3 变压器的基本结构变压器的基本结构 课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 1 1）铁芯）铁芯(a)(a)心式

17、心式 (b)(b)壳式壳式图图3-3 3-3 心式和壳式变压器心式和壳式变压器3.1.3 3.1.3 变压器的基本结构变压器的基本结构 课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 1 1）铁芯）铁芯铁芯叠装方法铁芯叠装方法一般先将硅一般先将硅钢片裁成条形，然后再进行叠钢片裁成条形，然后再进行叠装。为了减少叠片接缝间隙以装。为了减少叠片接缝间隙以减小励磁电流，硅钢片在叠装减小励磁电流，硅钢片在叠装时，一般采用叠接式，即上层时，一般采用叠接式，即上层和下层交错重叠的方式。和下层交错重叠的方式。小容量变压器常采用矩形截面，小容量变压器常采用矩形截面，大型变压器一般采用多级阶

18、梯大型变压器一般采用多级阶梯形截面。形截面。(a)单相 (b)三相图3-4 变压器铁芯的交错叠片(a)矩形 (b)多级阶梯形图3-5铁芯柱截面3.1.3 3.1.3 变压器的基本结构变压器的基本结构 课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 2 2）绕组）绕组绕组是变压器的电路部分，一般是由绕组是变压器的电路部分，一般是由绝缘铜线或铝线绕制而成的。绝缘铜线或铝线绕制而成的。接于高压电网的绕组称为高压绕组；接于高压电网的绕组称为高压绕组；接于低压电网的绕组称为低压绕组。接于低压电网的绕组称为低压绕组。根据高、低压绕组在铁芯柱上排列方根据高、低压绕组在铁芯柱上排列方式的

19、不同，变压器的绕组可分为同心式的不同，变压器的绕组可分为同心式和交叠式两种。式和交叠式两种。为了便于绝缘，一般最上层和最下层为了便于绝缘，一般最上层和最下层的绕组都是低压绕组。这种绕组机械的绕组都是低压绕组。这种绕组机械强度高，引线方便，漏电抗小，但绝强度高，引线方便，漏电抗小，但绝缘比较复杂，主要用在大型电炉变压缘比较复杂，主要用在大型电炉变压器中。器中。 图3-6同心式绕组1一高压绕组；2一低压绕组图3-7 交叠式绕组l一低压绕组；2一高压绕组3.1.3 3.1.3 变压器的基本结构变压器的基本结构 课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 3 3）油箱等其他附

20、件）油箱等其他附件油浸式电力变压器还有油箱、储油柜、绝缘套管、气体油浸式电力变压器还有油箱、储油柜、绝缘套管、气体继电器、安全气道、分接开关等附件，其作用是保证变继电器、安全气道、分接开关等附件，其作用是保证变压器的安全和可靠运行。压器的安全和可靠运行。(1)(1)油箱油箱变压器的器身放置在装有变压器油的油箱内。变压器油变压器的器身放置在装有变压器油的油箱内。变压器油起两个作用：起两个作用：一是绝缘作用；一是绝缘作用；二是散热作用。二是散热作用。油箱的结构与变压器的容量、发热情况密切相关。在油箱的结构与变压器的容量、发热情况密切相关。在20 20 kVAkVA及以下的小容量变压器中采用平板式油

21、箱；一般容及以下的小容量变压器中采用平板式油箱；一般容量稍大的变压器都采用排管式油箱，在油箱壁上焊有散量稍大的变压器都采用排管式油箱，在油箱壁上焊有散热管，以增大油箱的散热面积。热管，以增大油箱的散热面积。3.1.3 3.1.3 变压器的基本结构变压器的基本结构 课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 3 3）油箱等其他附件）油箱等其他附件(2)(2)储油柜储油柜储油柜亦称油枕，它是安装在油箱上面的圆筒形容器，储油柜亦称油枕，它是安装在油箱上面的圆筒形容器，它通过连通管与油箱相连，柜内油面高度随着油箱内变它通过连通管与油箱相连，柜内油面高度随着油箱内变压器油的热胀

22、冷缩而变动。压器油的热胀冷缩而变动。储油柜的作用是保证变压器的器身始终浸在变压器油中，储油柜的作用是保证变压器的器身始终浸在变压器油中，同时减少油和空气的接触面积，从而降低变压器油受潮同时减少油和空气的接触面积，从而降低变压器油受潮和老化的速度。和老化的速度。3.1.3 3.1.3 变压器的基本结构变压器的基本结构 课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 3 3）油箱等其他附件）油箱等其他附件(3)(3)绝缘套管绝缘套管电力变压器的引出线从油箱内穿过油箱盖时，电力变压器的引出线从油箱内穿过油箱盖时，必须穿过瓷质的绝缘套管，以使带电的引出必须穿过瓷质的绝缘套管，以使

23、带电的引出线与接地的油箱绝缘。线与接地的油箱绝缘。绝缘套管的结构取决于电压等级绝缘套管的结构取决于电压等级较低电压采用实心瓷套管；较低电压采用实心瓷套管；101035kV35kV电压采用空心充气式或充油式套管；电压采用空心充气式或充油式套管；电压在电压在110kV110kV及以上时采用电容式套管。及以上时采用电容式套管。为了增加表面爬电距离，绝缘套管的外形做为了增加表面爬电距离，绝缘套管的外形做成多级伞形，电压越高，级数越多。成多级伞形，电压越高，级数越多。3.1.3 3.1.3 变压器的基本结构变压器的基本结构 课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 3 3）油

24、箱等其他附件）油箱等其他附件(4)(4)气体继电器气体继电器( (又称瓦斯继电器又称瓦斯继电器) )气体继电器装在油枕和油箱的连通管中间气体继电器装在油枕和油箱的连通管中间当变压器内部发生故障产生气体时，或油箱漏油使油面当变压器内部发生故障产生气体时，或油箱漏油使油面降低时，轻瓦斯继电器动作，发出信号，以便运行人员降低时，轻瓦斯继电器动作，发出信号，以便运行人员及时处理及时处理若事故严重，重瓦斯继电器动作，可使断路器自动跳闸，若事故严重，重瓦斯继电器动作，可使断路器自动跳闸，对变压器起保护作用。对变压器起保护作用。3.1.3 3.1.3 变压器的基本结构变压器的基本结构 课题课题1 1 变压器

25、的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 3 3）油箱等其他附件）油箱等其他附件(5)(5)安全气道安全气道( (又称防爆筒又称防爆筒) )安全气道装于油箱顶部，是一个长钢圆安全气道装于油箱顶部，是一个长钢圆筒，上端口装有一定厚度的玻璃板或酚筒，上端口装有一定厚度的玻璃板或酚醛纸板，下端口与油箱连通。醛纸板，下端口与油箱连通。作用是当变压器内部因发生故障引起压作用是当变压器内部因发生故障引起压力骤增时，让油气流冲破玻璃板或酚醛力骤增时，让油气流冲破玻璃板或酚醛纸板释放出，以免造成箱壁爆裂。纸板释放出，以免造成箱壁爆裂。3.1.4 3.1.4 变压器的铭牌与主要系列变压器的铭牌与主要系列

26、课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 为了使变压器安全、经济、合理地运行，同时使用户对为了使变压器安全、经济、合理地运行，同时使用户对变压器的性能有所了解，变压器出厂时都安装了一块铭变压器的性能有所了解，变压器出厂时都安装了一块铭牌。在铭牌上标明了型号、额定值及其他有关数据。牌。在铭牌上标明了型号、额定值及其他有关数据。 产品标准型号SJL-560/10额定容量560kVA相数3额定频率50Hz额定电压高压10kV额定电流高压32.3A低压400230V低压808A使用条件户外式绕组温升65油面温升55短路电压4.94冷却方式油浸自冷式油重370kg器身重104

27、0kg总重1900kg连接组Y，yn0出厂序号 厂 年 月 出品铝线电力变压器3.1.4 3.1.4 变压器的铭牌与主要系列变压器的铭牌与主要系列 课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 1 1）变压器的型号与主要系列）变压器的型号与主要系列(1)(1)变压器的型号变压器的型号变压器的型号表示了一台变压器的结构、额定容量、电变压器的型号表示了一台变压器的结构、额定容量、电压等级和冷却方式等内容。压等级和冷却方式等内容。例如例如SJL-560/10SJL-560/10，其中，其中“S”S”表示三相，表示三相，“J”J”表示油浸表示油浸式，式，“L”L”表示铝导线，表

28、示铝导线，“560”560”表示额定容量为表示额定容量为560kVA560kVA，“10”10”表示高压绕组额定电压等级为表示高压绕组额定电压等级为10kV10kV。变压器的分类和型号如表变压器的分类和型号如表3-13-1所示。所示。3.1.4 3.1.4 变压器的铭牌与主要系列变压器的铭牌与主要系列 课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 1 1）变压器的型号与主要系列）变压器的型号与主要系列(2)(2)变压器的主要系列变压器的主要系列目前我国生产的各种系列变压器产品目前我国生产的各种系列变压器产品SJL1(SJL1(三相油浸铝线电力变压器三相油浸铝线电力变压器

29、) )SL7(SL7(三相铝线低损耗电力变压器三相铝线低损耗电力变压器) )S7S7和和S9(S9(三相铜线低损耗电力变压器三相铜线低损耗电力变压器) )SFL1(SFL1(三相油浸风冷铝线电力变压器三相油浸风冷铝线电力变压器) )SFPSL1(SFPSL1(三相强油风冷三线圈铝线电力变压器三相强油风冷三线圈铝线电力变压器) )SWP0(SWP0(三相强油水冷自耦电力变压器三相强油水冷自耦电力变压器) )等等基本上满足了国民经济各部门发展的要求。基本上满足了国民经济各部门发展的要求。3.1.4 3.1.4 变压器的铭牌与主要系列变压器的铭牌与主要系列 课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构

30、变压器的基本工作原理和结构 2 2）变压器的额定值）变压器的额定值额定值是对变压器正常工作状态所作的使用规定，它是正额定值是对变压器正常工作状态所作的使用规定，它是正确使用变压器的依据。确使用变压器的依据。(1)(1)额定容量额定容量S SN N额定容量额定容量S SN N指变压器在额定工作条件下所能输出的视在功指变压器在额定工作条件下所能输出的视在功率，单位为率，单位为VAVA或或kVAkVA或或MVAMVA 。变压器效率高，通常一次侧、二次侧额定容量设计相等。变压器效率高，通常一次侧、二次侧额定容量设计相等。对三相变压器而言，额定容量指三相容量之和。对三相变压器而言，额定容量指三相容量之和

31、。NNNNNIUIUS221133NNNNNIUIUS22113.1.4 3.1.4 变压器的铭牌与主要系列变压器的铭牌与主要系列 课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 2 2）变压器的额定值）变压器的额定值(2)(2)额定电压额定电压U U1 1N N和和U U2 2N NU U1 1N N是指加在变压器一次绕组上的额定电源电压值是指加在变压器一次绕组上的额定电源电压值U U2 2N N是指变压器一次绕组加额定电压，二次绕组开路时的是指变压器一次绕组加额定电压，二次绕组开路时的空载电压值。空载电压值。单位为单位为V V或或kVkV。对三相变压器而言，额定电压是

32、指线电压。对三相变压器而言，额定电压是指线电压。3.1.4 3.1.4 变压器的铭牌与主要系列变压器的铭牌与主要系列 课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 2 2）变压器的额定值）变压器的额定值(3)(3)额定电流额定电流I I1 1N N和和I I2 2N N额定电流是指变压器在额定负载情况下，各绕组长期允额定电流是指变压器在额定负载情况下，各绕组长期允许通过的电流，单位为许通过的电流，单位为A A。I I1 1N N是指一次绕组的额定电流；是指一次绕组的额定电流；I I2 2N N是指二次绕组的额定电流。是指二次绕组的额定电流。对三相变压器而言，额定电流是指

33、线电流。对三相变压器而言，额定电流是指线电流。对单相变压器对单相变压器 ； （3-43-4）对三相变压器对三相变压器 ； （3-53-5）NNNUSI11NNNUSI22NNNUSI113NNNUSI2233.1.4 3.1.4 变压器的铭牌与主要系列变压器的铭牌与主要系列 课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 2 2）变压器的额定值）变压器的额定值(4)(4)额定频率额定频率f fN N我国规定标准工业用电的频率即工频为我国规定标准工业用电的频率即工频为50Hz50Hz。(5)(5)连接组标号连接组标号连接组标号指三相变压器一、二次绕组的连接方式连接组标号指三

34、相变压器一、二次绕组的连接方式Y Y表示高压绕组作星形连接；表示高压绕组作星形连接；y y表示低压绕组作星形连接；表示低压绕组作星形连接；D D表示高压绕组作三角形连接；表示高压绕组作三角形连接；d d表示低压绕组作三角形连接；表示低压绕组作三角形连接；n n表示低压绕组作星形连接时的中性线。表示低压绕组作星形连接时的中性线。3.1.4 3.1.4 变压器的铭牌与主要系列变压器的铭牌与主要系列 课题课题1 1 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 2 2）变压器的额定值）变压器的额定值(6)(6)阻抗电压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阻抗电压又称为短

35、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的百分比来表示。抗压降的大小。通常用它与额定电压的百分比来表示。此外，额定运行时变压器的效率、温升等数据均属于额定此外，额定运行时变压器的效率、温升等数据均属于额定值。除额定值外，铭牌上还标有变压器的相数、变压器的值。除额定值外，铭牌上还标有变压器的相数、变压器的运行方式及冷却方式等。运行方式及冷却方式等。为考虑运输，有时铭牌上还标出变压器的总重、油重、器为考虑运输，有时铭牌上还标出变压器的总重、油重、器身重量和外形尺寸等附属数据。身重量和外形尺寸等附属数据。课题课题2 2 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 三相变压器的

36、对称运行，各相参数相等，有效值相等，按三相变压器的对称运行，各相参数相等，有效值相等，按单相变压器分析研究。单相变压器分析研究。变压器的空载运行是指变压器一次绕组接在额定频率和额变压器的空载运行是指变压器一次绕组接在额定频率和额定电压的交流电源上，而二次绕组开路时的运行状态。定电压的交流电源上，而二次绕组开路时的运行状态。图3-9 变压器的空载运行3.2.1 3.2.1 变压器空载运行时的电磁关系变压器空载运行时的电磁关系课题课题2 2 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1 1）变压器中各量参考方向的规定）变压器中各量参考方向的规定为了能正确表明变压器中电压、电流、磁通及电动势等为了能

37、正确表明变压器中电压、电流、磁通及电动势等各量之间的关系，按各量之间的关系，按“安培环路定律安培环路定律”和和“电磁感应定电磁感应定律律” ” 规定它们的参考方向，或称为正方向（右手定规定它们的参考方向，或称为正方向（右手定则）则） 。具体如下：具体如下：1)1)电压电压u u的参考方向与电流的参考方向与电流i i的参考方向一致。的参考方向一致。2)2)由电流由电流i i产生的磁动势所建立的磁通产生的磁动势所建立的磁通与电流与电流i i的参考的参考方向符合右手螺旋定则。方向符合右手螺旋定则。3)3)由磁通由磁通产生的感应电动势产生的感应电动势E E的参考方向与产生磁通的参考方向与产生磁通的电流

38、的电流i i的参考方向一致，即的参考方向一致，即e e与与i i符合右手螺旋定则。符合右手螺旋定则。 3.2.1 3.2.1 变压器空载运行时的电磁关系变压器空载运行时的电磁关系课题课题2 2 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 2 2）空载运行时各电磁量之间的关系）空载运行时各电磁量之间的关系( (用相量表示用相量表示) ) 空载，空载，I I1 1=I=I0 0，I I2 2=0=0。F F0 0=N=N1 1I I0 0空载时的磁场空载时的磁场主磁通主磁通mmE E1 1、E E2 2漏磁通漏磁通11 E E11 空载电流流过一次绕组产生电阻压降空载电流流过一次绕组产生电阻压降I

39、I0 0r r1 1 。图3-10空载运行时的各电磁量间的关系图3-9 变压器的空载运行3.2.1 3.2.1 变压器空载运行时的电磁关系变压器空载运行时的电磁关系课题课题2 2 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 由于路径不同，主磁通和漏磁通有很大差异：由于路径不同，主磁通和漏磁通有很大差异：在性质上，主磁通磁路由铁磁材料组成，具有饱和特性，在性质上，主磁通磁路由铁磁材料组成，具有饱和特性，与与I I0 0呈非线性关系，而漏磁通磁路不饱和，呈非线性关系，而漏磁通磁路不饱和，1 1与与I I0 0呈呈线性关系；线性关系；在数量上，铁芯磁导率大，磁阻小，所以主磁通远大于在数量上，铁芯磁导率

40、大，磁阻小，所以主磁通远大于漏磁通，占总磁通的漏磁通，占总磁通的99%99%以上，而漏磁通仅占以上，而漏磁通仅占1 1以下；以下；在作用上，主磁通铰链一、二次绕组，起传递能量的媒在作用上，主磁通铰链一、二次绕组，起传递能量的媒介作用；而漏磁通只在一次绕组中感应漏磁电动势，仅起介作用；而漏磁通只在一次绕组中感应漏磁电动势，仅起漏抗压降的作用。漏抗压降的作用。3.2.1 3.2.1 变压器空载运行时的电磁关系变压器空载运行时的电磁关系课题课题2 2 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 在分析变压器时，把这两部分磁通分开，即可把非线性问在分析变压器时，把这两部分磁通分开，即可把非线性问题和线性

41、问题分别予以处理，便于考虑它们在电磁关系上题和线性问题分别予以处理，便于考虑它们在电磁关系上的特点。的特点。在其他交流电机中，一般也采用这种分析方法。在其他交流电机中，一般也采用这种分析方法。 3.2.2 3.2.2 变压器空载时的感应电动势变压器空载时的感应电动势 课题课题2 2 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1 1）主磁通感应的感应电动势）主磁通感应的感应电动势若主磁通按正弦规律变化，即若主磁通按正弦规律变化，即 (3-6)(3-6)则绕组感应电动势的瞬时值为则绕组感应电动势的瞬时值为 (3-7)(3-7) (3-8) (3-8)由上式可知，由上式可知，e e1 1、e e2

42、2滞后于磁通滞后于磁通 9090，且感应电动势的，且感应电动势的有效值为有效值为 (3-9)(3-9)同理同理 (3-10)(3-10)tmsin90sin90sincos11111tEtNtNdtdNemmm90sin90sincos22222tEtNtNdtdNemmmmmmmfNfNNEE1111144. 42222mmmmfNfNNEE2222244. 42222tItIimsin2sin1113.2.2 3.2.2 变压器空载时的感应电动势变压器空载时的感应电动势 课题课题2 2 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1 1）主磁通感应的感应电动势）主磁通感应的感应电动势故电动势

43、与主磁通的相量关系为故电动势与主磁通的相量关系为 (3-11)(3-11)当主磁通按正弦规律变化时，一、二次绕组中的感应电动当主磁通按正弦规律变化时，一、二次绕组中的感应电动势也按正弦规律变化，其大小与电源频率、绕组匝数及主势也按正弦规律变化，其大小与电源频率、绕组匝数及主磁通最大值成正比，且在相位上滞后于主磁通磁通最大值成正比，且在相位上滞后于主磁通9090。mmfNjEfNjE221144. 444. 43.2.2 3.2.2 变压器空载时的感应电动势变压器空载时的感应电动势 课题课题2 2 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 2 2） 漏磁通感应的电动势漏磁通感应的电动势漏磁通的路

44、径是非铁磁性物质，磁路不会饱和，是线性磁漏磁通的路径是非铁磁性物质，磁路不会饱和，是线性磁路，即路，即 (3-13)(3-13)式中，式中，L L1 1 一次绕组的漏电感；一次绕组的漏电感；G G1 1 一次漏磁导一次漏磁导 X X1 1 一次绕组漏电抗，反映漏磁通一次绕组漏电抗，反映漏磁通1 1对一次对一次侧电路的电磁效应，侧电路的电磁效应，X X1 1=L L1 1。相量表示相量表示(3-12)(3-12)111XI jEtIGNGiNGFsin211111111190sin290sin2cos2cos2111111211111111tIXtILtIGNtIGNNdtdNe1111144.

45、 42fNjNjEtItIimsin2sin1113.2.3 3.2.3 变压器的空载电流和空载损耗变压器的空载电流和空载损耗 课题课题2 2 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1 1）空载电流）空载电流变压器空载运行时，一次绕组的电流，称为空载电流。空变压器空载运行时，一次绕组的电流，称为空载电流。空载电流主要用以建立主磁通，所以亦称励磁电流。空载时，载电流主要用以建立主磁通，所以亦称励磁电流。空载时，变压器实际上是一个铁心线圈，空载电流的大小主要取决变压器实际上是一个铁心线圈，空载电流的大小主要取决于铁心线圈的电抗和铁心损耗。铁心线圈的电抗正比于线于铁心线圈的电抗和铁心损耗。铁心线

46、圈的电抗正比于线圈匝数的平方和磁路的磁导，因此空载电流的大小与铁心圈匝数的平方和磁路的磁导，因此空载电流的大小与铁心的磁化性能、饱和程度等有密切的关系。的磁化性能、饱和程度等有密切的关系。空载电流：空载电流：Femiiii 10Fei铁耗电流，铁心磁滞和涡流损耗的电流铁耗电流，铁心磁滞和涡流损耗的电流磁化电流，大小和波形取决于主磁通和磁化曲线磁化电流，大小和波形取决于主磁通和磁化曲线i3.2.3 3.2.3 变压器的空载电流和空载损耗变压器的空载电流和空载损耗 课题课题2 2 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 1 1）空载电流）空载电流不考虑铁耗电流，只有磁化电流，磁化电流是无功电流不

47、考虑铁耗电流，只有磁化电流，磁化电流是无功电流（1 1）磁路线性）磁路线性磁通正弦波，磁化电流正弦波磁通正弦波，磁化电流正弦波0ii0ti11223.2.3 3.2.3 变压器的空载电流和空载损耗变压器的空载电流和空载损耗 课题课题2 2 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 （2 2）磁路饱和）磁路饱和磁通正弦波，磁化电流尖顶波，包含基波和磁通正弦波，磁化电流尖顶波，包含基波和3 3倍次谐波倍次谐波图3-11 不考虑铁心损耗磁通为正弦波时空载电流的波形(a)磁通波形 (b)磁化曲线(d)波形分析 (c)电流波形3.2.3 3.2.3 变压器的空载电流和空载损耗变压器的空载电流和空载损耗

48、课题课题2 2 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 (a)磁通波形 (b)磁化曲线(d)波形分析 (c)电流波形图3-12 不考虑铁心损耗空载电流为正弦波时磁通的波形（2 2）磁路饱和）磁路饱和磁化电流正弦波，磁通平顶波，包含基波和磁化电流正弦波，磁通平顶波，包含基波和3 3倍次谐波倍次谐波3.2.3 3.2.3 变压器的空载电流和空载损耗变压器的空载电流和空载损耗 课题课题2 2 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 (a)磁通波形 (b)磁化曲线(c)电流波形（3 3）磁路饱和，考虑铁心损耗）磁路饱和，考虑铁心损耗铁耗电流是正弦波有功电流，与电压同相位铁耗电流是正弦波有功电流，与

49、电压同相位图3-13 考虑铁心损耗磁通为正弦波时空载电流的波形磁化电流仍然是尖顶波无磁化电流仍然是尖顶波无功电流功电流空载电流空载电流i i0 0将超前将超前一个一个角度角度 ( (称为铁耗角称为铁耗角) ) 3.2.3 3.2.3 变压器的空载电流和空载损耗变压器的空载电流和空载损耗 课题课题2 2 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 （3 3）磁路饱和，考虑铁心损耗）磁路饱和，考虑铁心损耗 (3-14)(3-14)式中，式中， 空载电流的有功分量；空载电流的有功分量； 空载电流的无功分量空载电流的无功分量( (或磁化电流或磁化电流) )。通常，。通常，I IFeFe10Z Z1 1，

50、同，同时，时，I I0 0I I1 1，在一定电源电，在一定电源电压下，压下，I I0 0不随负载而变化，不随负载而变化，这样便忽略空载电流这样便忽略空载电流I I0 0在在r r1 1和和X X1 1上产生的电压降，把上产生的电压降，把励磁支路从励磁支路从“T”T”形等效电形等效电路中部移到电源端去。这路中部移到电源端去。这种电路称为近似等效电路。种电路称为近似等效电路。3.3.3 3.3.3 负载运行时的等效电路和相量图负载运行时的等效电路和相量图 课题课题3 3 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行 图图3-19 3-19 变压器的近似等效电路变压器的近似等效电路2 2）等效电路）等

51、效电路(3)(3)简化等效电路简化等效电路大中型变压器，大中型变压器，I I0 0I I1N1N，把，把励磁电流励磁电流I I0 0忽略，即去掉励忽略，即去掉励磁支路，变压器的简化等效磁支路，变压器的简化等效电路。电路。r rk k: :变压器的短路电阻，变压器的短路电阻， ；X Xk k: :短路电抗，短路电抗， 。短路阻抗短路阻抗: : 。 图图3-20 3-20 变压器的简化等效电路变压器的简化等效电路21rrrk21XXXkkkkXrZ3.3.3 3.3.3 负载运行时的等效电路和相量图负载运行时的等效电路和相量图 课题课题3 3 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行 图3-21

52、感性负载时变压器的相量图3 3）变压器负载时的相量图）变压器负载时的相量图相量图是根据基本方程式画出的，相量图是根据基本方程式画出的，其特点是可以较直观地看出变压其特点是可以较直观地看出变压器中各物理量的大小和相位关系。器中各物理量的大小和相位关系。画相量图的步骤随已知条件的不画相量图的步骤随已知条件的不同而变。假定已知负载情况和变同而变。假定已知负载情况和变压器的参数以感性负载为例，绘压器的参数以感性负载为例，绘图的步骤见书。图的步骤见书。以二次端电压为参考相量以二次端电压为参考相量3.3.3 3.3.3 负载运行时的等效电路和相量图负载运行时的等效电路和相量图 课题课题3 3 单相变压器的

53、负载运行单相变压器的负载运行 3 3）变压器负载时的相量图）变压器负载时的相量图已制成的变压器，很难用实验的已制成的变压器，很难用实验的方法把方法把X X1 1和和X X2 2分开，因此在分析分开，因此在分析变压器负载运行时，常根据简化变压器负载运行时，常根据简化等效电路来绘制简化相量图。等效电路来绘制简化相量图。在感性负载下，变压器的二次侧在感性负载下，变压器的二次侧电压电压 。 图3-22 感性负载时变压器的简化相量图22EU3.3.3 3.3.3 负载运行时的等效电路和相量图负载运行时的等效电路和相量图 课题课题3 3 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行 基本方程式、等效电路和相量

54、图是分析变压器运行的三基本方程式、等效电路和相量图是分析变压器运行的三种方法。种方法。基本方程式是基础，它概括了变压器中的电磁关系；基本方程式是基础，它概括了变压器中的电磁关系；等效电路和相量图是基本方程式的另一种表达形式；等效电路和相量图是基本方程式的另一种表达形式；虽然三者的形式不同，但实质上是一致的。究竟取哪一虽然三者的形式不同，但实质上是一致的。究竟取哪一种形式，则视具体情况而定。种形式，则视具体情况而定。通常定量计算时，等效电路比较方便；通常定量计算时，等效电路比较方便；在做定性分析时，应用相量图分析比较清楚。在做定性分析时，应用相量图分析比较清楚。 3.3.3 3.3.3 负载运行

55、时的等效电路和相量图负载运行时的等效电路和相量图 课题课题3 3 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行 【例【例3-13-1】一台单相变压器，】一台单相变压器，S SN N=10kVA=10kVA，U U1 1N N/ /U U2 2N N=380/200V=380/200V，r r1 1=0.14=0.14，r r2 2=0.035=0.035，X X1 1=0.22=0.22，X X2 2=0.055=0.055，r rm m=30=30，X Xm m=310=310。一次侧加额定频率的额定电压并保持不。一次侧加额定频率的额定电压并保持不变，二次侧接负载阻抗变，二次侧接负载阻抗Z ZL

56、 L=(4+j3)=(4+j3)。试用简化等效电路计。试用简化等效电路计算：算：1)1)一、二次电流及二次电压。一、二次电流及二次电压。2)2)一、二次侧的功率因数。一、二次侧的功率因数。【解】先求参数【解】先求参数727. 122038021NNUUk1044. 0035. 0727. 12222rkr164. 0055. 0727. 12222XkX3.3.3 3.3.3 负载运行时的等效电路和相量图负载运行时的等效电路和相量图 课题课题3 3 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行 【解】先求参数【解】先求参数1)1)一、二次电流及二次电压一、二次电流及二次电压A A A A87.36

57、/91.1495. 893.1134727. 122jjZkZLL2121XXjrrjXrZkkk164. 022. 01044. 014. 0j57.57/455. 0384. 0244. 0j48.37/77.2495. 893.11384. 0244. 00/380121jjZZUIILk47.84/22. 1310300/38010jZUIm3.3.3 3.3.3 负载运行时的等效电路和相量图负载运行时的等效电路和相量图 课题课题3 3 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行 A AV V V V2)2)一、二次侧的功率因数一、二次侧的功率因数78.4277.24727. 122 I

58、 kI39.179/32.36987.36/91.1448.37/77.2422LZIU85.213727. 132.36922kUU感性79. 048.37coscos1感性8 . 087.36coscos23.4.1 3.4.1 空载试验空载试验 课题课题4 4 变压器参数的测定变压器参数的测定 试验的目的：通过测定变压器的空载电流试验的目的：通过测定变压器的空载电流I I0 0和空载损耗和空载损耗p p0 0，求得变比求得变比k k和励磁参数和励磁参数r rm m、X Xm m和和Z Zm m。图图3-23 3-23 变压器的空载试验电路图变压器的空载试验电路图1 1）空载试验的接线）空

59、载试验的接线便于试验和安全起见，对于额定电压较高的电力变压器，便于试验和安全起见，对于额定电压较高的电力变压器，通常在低压侧进行加压试验，高压侧开路；通常在低压侧进行加压试验，高压侧开路；对于额定电压较低的小容量变压器，一般在高压侧进行加对于额定电压较低的小容量变压器，一般在高压侧进行加压试验，低压侧开路。压试验，低压侧开路。3.4.1 3.4.1 空载试验空载试验 课题课题4 4 变压器参数的测定变压器参数的测定 1 1）空载试验的接线）空载试验的接线若在高压侧进行试验，记录和计算所得数据即为等效电路若在高压侧进行试验，记录和计算所得数据即为等效电路的励磁参数；而低压侧进行试验时，所记录和计

60、算所得数的励磁参数；而低压侧进行试验时，所记录和计算所得数据需进行折算才能成为等效电路中的励磁参数。据需进行折算才能成为等效电路中的励磁参数。空载试验电流表、功率表采用内接法。空载试验电流表、功率表采用内接法。 图图3-23 3-23 变压器的空载试验电路图变压器的空载试验电路图3.4.1 3.4.1 空载试验空载试验 课题课题4 4 变压器参数的测定变压器参数的测定 2 2）试验方法）试验方法空载试验时，调压器输入端接工频的正弦交流电源，输出空载试验时，调压器输入端接工频的正弦交流电源，输出端接变压器，调节调压器的输出电压，使试验电压端接变压器，调节调压器的输出电压，使试验电压U U由零逐由