变压器的基本工作原理和结构ppt课件

1、3.1 变压器的根本任务原理和构造思索学习内容知识要点l3.1.1 变压器的根本任务原理及分类l3.1.2 变压器的根本构造l3.1.3 变压器的型号与额定值3.1 变压器的根本任务原理和构造3.1.1 3.1.1 变压器的根本任务原理和分类变压器的根本任务原理和分类电能机械能电能？电动机变压器一、变压器的根本任务原理一、变压器的根本任务原理问题问题: : 为什么将变压器的原边接到交流电源上，为什么将变压器的原边接到交流电源上，灯泡就会发光呢？灯泡就会发光呢？变压器就是按照“动电生磁，动磁生电的电磁感应原理制成的。一、变压器的根本任务原理一、变压器的根本任务原理灯泡将电能转换成了光能 任务原理

2、任务原理1、当一次绕组接交流电压后，就有励磁电流i1流过，该电流在铁心中可产生一个交变的主磁通2、在两个绕组中分别产生感应电势e1和e2 e1=N1 d/dt e2=N2 d/dt3、假设略去绕组电阻和漏抗压降，那么以上两式之比为： U1/U2(-e1)/(-e2)=N1/N2 4、U1/U2(-e1)/(-e2)=N1/N2=k， k定义为变压器的变比。 即：U1/U2=N1/N2 =K 从此式可以看出，假设固定U1，只需改动匝数比即可到达改动电压的目的了 变压器就是按照“动电生磁，动磁生电的电磁感应原理制成的。变压器的外型和器身图变压器的外型和器身图二、变压器的分类二、变压器的分类电力变压

3、器的类别电力变压器的类别用途分用途分配电变压器配电变压器升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器一电力变压器实验、仪用等变压器实验、仪用等变压器(二) 特种变压器电力变压器的类别电力变压器的类别用途分用途分电炉、整流变压器电炉、整流变压器电力变压器类别电力变压器类别- -线圈数目分线圈数目分v双绕组变压器，在铁芯中有两个绕组，一个为双绕组变压器，在铁芯中有两个绕组，一个为初级绕组，一个为次级绕组初级绕组，一个为次级绕组 v自耦变压器，初级、次级绕组合为一个自耦变压器，初级、次级绕组合为一个 v三绕组变压器，三个绕组衔接三种不同电压的三绕组变压器，三个绕组衔接三种不同电压的线路线路v多绕组变压器

4、，如分裂变压器多绕组变压器，如分裂变压器电力变压器类别电力变压器类别- -冷却方式冷却方式l油浸式变压器油浸式变压器铁芯和绕组都一同浸入灌满铁芯和绕组都一同浸入灌满了变压器油的油箱中，可以加强绝缘和改善冷了变压器油的油箱中，可以加强绝缘和改善冷却散热条件大容量却散热条件大容量l干式变压器干式变压器 能满足特殊要求，如平安能满足特殊要求，如平安小容量变压器小容量变压器l充气式变压器充气式变压器绝缘性能优于油浸式大容绝缘性能优于油浸式大容量量SF6干式变压器干式变压器油浸式变压器油浸式变压器电力变压器类别电力变压器类别- -冷却方式冷却方式强迫油循环电力变压器强迫油循环电力变压器电力变压器类别电力

5、变压器类别- -相数相数单相变压器单相变压器三相变压器三相变压器电力变压器类别电力变压器类别- -调压方式调压方式有载调压变压器有载调压变压器无载调压变压器无载调压变压器作 业P121 P121 3.1 3.1 变压器是怎样变压的变压器是怎样变压的, ,为什么为什么能变电压能变电压, ,而不能而不能 变频变频? ?3.3 3.3 变压器一次绕组假设接在直变压器一次绕组假设接在直流电源上流电源上, ,二次侧会二次侧会 有稳定的直流电压吗有稳定的直流电压吗? ?为什么为什么? ? 3.1.2 电力变压器的根本构造电力变压器的根本构造l铁芯铁芯l绕组绕组l油箱和冷却安装油箱和冷却安装l绝缘套管绝缘套

6、管l维护安装维护安装图3.1.2 油浸式电力变压器一、铁芯一、铁芯变压器的磁路变压器的磁路l电力变压器的铁心是由0.35mm厚的冷轧硅钢片叠成。减少涡流损耗，提高导磁系数。铁心柱铁轭图图3.1.3 变压器的铁芯平面变压器的铁芯平面铁芯构造铁芯构造心式、壳式心式、壳式心式心式 构造简单构造简单工艺简单运用广泛工艺简单运用广泛壳式壳式 构造复杂，构造复杂，用在小容量变压器和用在小容量变压器和电炉变压器电炉变压器 图 3.1.4 铁芯构造表示图铁芯的交叠装配奇数层偶数层奇数层偶数层l变压器铁心叠法，偶数层刚好压着奇数层的接缝，从而减少了磁路和磁阻，使磁路便于流通 接逢处气隙小l可以防止涡流在钢片之间

7、流通图 3.1.6 叠片式铁世交错的叠放方式变压器铁心柱横截面 l小型变压器做成方形或者矩形 l大型变压器做成阶梯形 ，容量大那么级数多。叠片间留有间隙作为油道(纵向或横向)。近年来，出现一种渐开线形铁芯优点：节省硅钢片，便于机械化消费，节省工时油道图 3.1.7 铁芯柱截面二、绕组二、绕组变压器的电路变压器的电路l变压器绕组普通为绝缘扁铜线或绝缘圆铜线在绕线模上绕制而成。l为便于制造、在电磁力作用下受力均匀以及机械性能良好，绕组线圈作成圈形。l按照绕组在铁芯中的陈列方法分类，变压器可分为铁芯式和铁壳式两类 l根本型式根据高低压绕组在铁芯柱上陈列方式不同可分为同芯式和交叠式 铁壳式变压器铁壳式

8、变压器 l变压器的铁芯柱在中间，铁轭在两旁环绕，且把绕组包围起来 l构造比较巩固、制造工艺复杂，高压绕组与铁芯柱的间隔较近，绝缘也比较困难 l通常运用于电压很低而电流很大的特殊场所，例如，电炉用变压器。这时宏大的电流流过绕组将使绕组上遭到宏大的电磁力，铁壳式构造可以加强对绕组的机械支撑，使能接受较大的电磁力。 图3.1.8 壳式变压器的构造表示图 芯式变压器绕组和铁芯的装配表示图芯式变压器绕组和铁芯的装配表示图l绕组同芯套装在变压器铁心柱上，低压绕绕组同芯套装在变压器铁心柱上，低压绕组在内层，高压绕组套装在低压绕组外层，组在内层，高压绕组套装在低压绕组外层，以便于绝缘。以便于绝缘。 图图3.1

9、.9 芯式变压器的铁芯和绕组的装配表示图芯式变压器的铁芯和绕组的装配表示图 绕组的根本型式绕组的根本型式同心式同心式 同芯式同芯式铁芯式变压铁芯式变压器常用。高压绕组和低压器常用。高压绕组和低压绕组均做成圆筒形，然后绕组均做成圆筒形，然后同芯地套在铁芯柱上同芯地套在铁芯柱上 ，为，为便于绝缘，通常低压绕组便于绝缘，通常低压绕组在里面，高压绕组在外面在里面，高压绕组在外面 ，中间加绝缘纸筒绝缘中间加绝缘纸筒绝缘三相心式变压器外观表示图高压低压 绕组的根本型式绕组的根本型式交叠式交叠式交叠式交叠式 铁壳式变压器常用。铁壳式变压器常用。高压绕组和低压绕组各分为假高压绕组和低压绕组各分为假设干个线饼，

10、沿着铁芯柱的高设干个线饼，沿着铁芯柱的高度交错地陈列着度交错地陈列着 图图3.1.9 交叠式绕组交叠式绕组三、油箱和冷却安装l变压器油变压器油冷却、绝缘冷却、绝缘l 绝缘：绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之绝缘：绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间间l 散热：热量经过油箱壳分发，油箱有许多散热：热量经过油箱壳分发，油箱有许多散热油管，以增大散热面积。采用内部油泵强散热油管，以增大散热面积。采用内部油泵强迫油循环，外部用变压器风扇吹风或用自来水迫油循环，外部用变压器风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱冲淋变压器油箱油箱油箱机械支撑、冷却散热、机械支撑、冷却散热、变压器运转时产生热量，使变压器油膨胀，储油柜中

11、变压器油上升，温度低时下降。储油柜使变压器油与空气接触面较少， 减缓了变压器油的氧化过程及吸收空气中的水分的速度。呼吸维护作用当变压器出现缺点时，产生的热量使变压器油汽化，气体继电器动作，发出报警信号或切断电源。假设事故严重，变压器油大量汽化，油气冲破平安气道管口的密封玻璃，冲出变压器油箱，防止油箱爆裂。平板式 小容量排管式 较大容量散热气式 大容量强迫油循环大容量气体继电器图3.1.20 冷却安装冷却安装 油泵为了加快散热，有的大型变压器采用内部 油泵强迫油循环 风扇外部用变压器风扇吹风 自来水冲淋变压器油箱。这些都是变压器的冷却安装。 四、绝缘套管 l绝缘套管由中心导电杆与瓷套组成。导电杆

12、穿过变压器油箱、在油箱内的一端与线圈的端点联接，在外面的一端与外线路联接。l低压引比线普通用纯瓷套管，高压引线普通用充油或电容式套管l套管外形常做成伞形，电压越高、级数愈多。图图3.1.21绝缘套管绝缘套管五、维护安装l储油柜储油柜储油柜使变压器油与空气接触面变小，减缓了储油柜使变压器油与空气接触面变小，减缓了变压器油的氧化和吸收空气水分的速度。从而减缓了油的变压器油的氧化和吸收空气水分的速度。从而减缓了油的蜕变。蜕变。l气体继电器气体继电器缺点时缺点时,热量会使变压器油汽化，触动气体热量会使变压器油汽化，触动气体继电器发出报警信号或切断电源继电器发出报警信号或切断电源l平安气道平安气道防爆筒

13、假设是严重事故，变压器油大量防爆筒假设是严重事故，变压器油大量汽化，油气冲破平安气道管口的密封玻璃，冲出变压器油汽化，油气冲破平安气道管口的密封玻璃，冲出变压器油箱，防止油箱爆裂。箱，防止油箱爆裂。l吸湿器吸湿器 呼吸器内装硅胶活性氧休铝，用以吸呼吸器内装硅胶活性氧休铝，用以吸收进入储油柜中空气的水分收进入储油柜中空气的水分l净油器净油器过滤油中杂质，改善变压器油的性能过滤油中杂质，改善变压器油的性能3.1.3 变压器的型号与额定值l型号型号可反映出变压器的构造、额定容量、电压等级、冷却方可反映出变压器的构造、额定容量、电压等级、冷却方式等内容式等内容l例一：例一：SL7500/10 SL75

14、00/10 低损耗三相油浸自冷双绕组铝线，额定容低损耗三相油浸自冷双绕组铝线，额定容量量500KVA500KVA，高压侧额定电压，高压侧额定电压10KV10KV级电力变压器级电力变压器l例二：例二：SFPL63000/110 SFPL63000/110 三相强迫油循环风冷双绕组铝线，三相强迫油循环风冷双绕组铝线，额定容量额定容量63000KVA63000KVA，高压侧额定电压，高压侧额定电压110KV110KV级电力变压器级电力变压器l 此外，铭牌上还会给出三相结合组以及相数此外，铭牌上还会给出三相结合组以及相数m m、阻抗电压、阻抗电压UkUk、型号、运转方式、冷却方式和分量等数据。型号、运

15、转方式、冷却方式和分量等数据。 一、变压器型号一、变压器型号二、变压器的额定值l额定容量SNKV-A)铭牌规定的在额定条件下所能输出的视在功率，单位为VA或kVA。对三相变压器指三相的总容量。 l由于效率高，原、副边的额定容量设计得相等，与体积、用铜量有关。l额定电压额定电压UN)指变压器长期运转时所能接受的额指变压器长期运转时所能接受的额定电压。单位为定电压。单位为V或或kV。l U1N是指规定加到一次侧的电压，是指规定加到一次侧的电压，l U2N变压器一次侧加额定电压，二次侧空载时的二变压器一次侧加额定电压，二次侧空载时的二次端电压。次端电压。l 对三相变压器，铭牌上的额定电压指线电压对三

16、相变压器，铭牌上的额定电压指线电压l额定电流额定电流(IN)指变压器在额定容量下，允许长期经指变压器在额定容量下，允许长期经过的电流，三相变压器指的是线电流值。单位用过的电流，三相变压器指的是线电流值。单位用A或或kA。l额定频率额定频率HZ)电力变压器的额定频率是电力变压器的额定频率是50Hzl效率、温升效率、温升 二、变压器的额定值额定值的关系l单相变压器l三相变压器NNNNNNIUSIUS2211NNNNNNIUSIUS221133三、变压器的发热和冷却 变压器的允许温升变压器的允许温升油浸变压器的绕组均用油浸变压器的绕组均用A级绝缘。根据我国的气候情况，国家规范规定以级绝缘。根据我国的

17、气候情况，国家规范规定以+40作为周围环境空气的最高温度，并据此规定变压器各部分的允许温作为周围环境空气的最高温度，并据此规定变压器各部分的允许温升升 绕组最高允许温度为105 变压器部分最高温升()丈量方法绕组65电阻法铁芯外表70温度计法油(顶层)55温度计法表3-1 变压器的允许温升作业作业P121 3.4 3.6本节重点本节重点任务原理、根本构造任务原理、根本构造 ？问题 日常生活中的电能是怎样来的？为什么要高压输电？变压器可以传输直流电能吗？日常生活中的电能是怎样来的从发电厂到用户的送电过程表示图从发电厂到用户的送电过程表示图6.327KV升压变压器 发电机组降压变压器 配电变压器1

18、0KV35KV66KV110KV220KV500KV10KV/0.4KV为什么要高压输电 ？l电能从发电厂保送到用户。 l输电线路电阻RX的损耗pX取决于经过输电线上的电流I的大小令保送到用户的功率P=UIcosl输出电线上的功率损耗：lpX=I2RX=P /Ucos2L/S=C*1/U2S l-输电线资料的电阻系数 lS-输电线的截面积 lU-输电线路负载端电压 lC= P2L/cos2为常数 l阐明：假设S一定.U升高，损耗PX减少 l假设PX一定. U 升高，S 减小，故可节省资料，那么提高送电电压U ，可到达减少投资和降低运转费用的目的。知识要点l1、 变压器是按电磁感应原理任务的静止

19、电气设备，它在电力系统中用来传送电能、变换电压和电流，以满足输电及用电的要求。在工业消费中，变压器还用于整流、电炉、电焊、调压、丈量与控制等很多方面。 l2、 变压器由铁心、绕组两个主要部分组成。铁心是变压器的磁路部分。电力变压器的铁心普通采用0.35毫米厚的硅钢片叠装而成。绕组是变压器的电路部分，它是用电磁线绕制而成的。电力变压器还有其他附件，如油箱、油枕、气体继电器、防爆管、分接头开关、绝缘套管等。附件对绕组与铁心起散热、维护、绝缘等作用，它能保证变压器平安可靠地运转。 l3.2.1 3.2.1 空载运转时的电磁关系空载运转时的电磁关系l3.2.2 3.2.2 空载电流和空载损耗空载电流和

20、空载损耗l3.2.3 3.2.3 空载时的电动势方程、空载时的电动势方程、l等效电路和相量图等效电路和相量图3.2 单相变压器的空载运转单相变压器的空载运转单相变压器的空载运转单相变压器的空载运转空载指一次绕组接到电源初级 1，二次绕组次级 2开路。1 电磁物理景象2电磁量参考方向3感应电动势4空载电流、空载损耗5 电压比变比6 空载等效电路7 空载相量图空载运转：原边接额定电压空载运转：原边接额定电压 的电源，副边开路的电源，副边开路原边绕组电流原边绕组电流 为空载电流，产生空载励磁磁势为空载电流，产生空载励磁磁势 _产生主磁通产生主磁通 3.2.1 空载运转时的电磁关系空载运转时的电磁关系

21、一、空载运转时的物理情况一、空载运转时的物理情况1U0I0F0010INF 主磁通流径闭合铁心，磁阻小，同时匝链了原边和副边绕组,并感应出电势 与 和 。是变压器传送能量的主要媒介原边绕组漏磁通，仅与原边绕组匝链，经过变压器油或空气构成闭路，磁阻大，不传送功率1磁通分为两部分变压器铁心由高导磁资料硅钢片制成导磁系数r2000)，大部分磁通都在铁心中流动，主磁通约占总磁通的99强，漏磁通占总磁通的1弱。01E2E1E主磁能与漏磁通的区别：在性质上磁路不同，因此磁阻不同。0同时交链一、二次绕组，途径为沿铁芯而闭合的磁路，磁阻较小，具有饱和特性，0 与 I0 呈非线性关系。1只交链一次绕组，它所经的

22、途径大部分为非磁性物质，磁阻较大， 1 与 I0 呈线性关系，不具饱和特性。在作用上功能不同。主磁统统过互感作用传送功率，漏磁通不传送功率，仅起漏抗压降的作用。在数量上 0 99% 总磁通， 1 1%总磁通变压器空载时各电变压器空载时各电磁量间的关系磁量间的关系二、变压器各电磁二、变压器各电磁量参考方向的规定量参考方向的规定规定电流的正方向与该电流所产生的磁通正方向规定电流的正方向与该电流所产生的磁通正方向符合符合“右手螺旋定那么，右手螺旋定那么，规定磁通的正方向与其感应电势的正方向符合规定磁通的正方向与其感应电势的正方向符合“右手螺旋定那么。右手螺旋定那么。电流正方向与电势正方向一致。电流正

23、方向与电势正方向一致。二、变压器各电磁量二、变压器各电磁量参考方向的规定参考方向的规定l一次绕组负载一次绕组负载按电动机惯例按电动机惯例l 同方向同方向l 与与 符合右手螺旋定符合右手螺旋定那么那么l 与与 同方向同方向l 二次绕组电源二次绕组电源按发电机惯例按发电机惯例l 与与 之间关系用之间关系用l 右手螺旋定那么确定右手螺旋定那么确定l 与与 同方向同方向l 与与 同方向同方向例如正在添加，d/dt为正，e1 N1d/dt0为负，假设外电路能使e1产生电流，其电流方向必与i0正方向相反，该电流产生磁通0，与0方向相反，起阻止0添加的作用，即符合楞次定律三、感应电动势分析三、感应电动势分析

24、1、主磁通感应电动势分析、主磁通感应电动势分析假设 u1 随时间按正弦规律变化，那么 0 也按正弦规律变化，设： )90sin(cos)90sin(cossin.22022110110tNtNdtdNetNtNdtdNe感应应电动势瞬时值为为mtmmmmm磁通幅值主磁通主磁通与感应电势的关系主磁通与感应电势的关系a) 波形图b) 向量图磁通与电动势之间的关系图形结论：0 为正弦波时， e 也为正弦波 e滞后0 相位900电动势有效值、相量表示法电动势有效值、相量表示法l有效值l相量mmmmmmfNfNEEfNfNEE2222111144. 422/44. 422/mmfNjEfNjE22114

25、4.444.42、漏磁通感应的电动势、漏磁通感应的电动势l推倒方法同上：推倒方法同上：l 结论：磁路不饱和，磁阻很大，且为常数，因此X1很小，且为常数，X1不随电源电压U1和负载变化3.2.2 空载电流和空载损耗空载电流和空载损耗一、空载电流一、空载电流空载电流主要作用是在铁心中建立磁场，产生主磁通空载时的变压器实践上就是一个非线性电感器，其磁通量与电流的关系，服从与铁磁资料的磁化曲线 =f(i)磁化曲线1、空载电流的作用与组成、空载电流的作用与组成l空载电流包含两个分量l 励磁分量，作用是建立主磁通，相位与主磁通 一样，为无功分量l 铁损耗分量，作用是供应铁磁资料铁损磁滞和涡流损耗，为有功分

26、量。空载运转时从电源输入少量电功率 ，主要用来补偿铁心中的铁损耗 raIII0000rI0aI02、空载电流的性质和大小、空载电流的性质和大小l性质性质通常，通常，Ior Ioa ，U1 与与 Io 之间相位角之间相位角 0 接接近近90l Io Ior 空载电流可近似为感性空载电流可近似为感性l大小大小 与导磁资料有关与导磁资料有关l l 普通变压器普通变压器 I0% = 210%l 大容量变压器大容量变压器 I0% 1%l 容量越大容量越大I0% 越小越小%100%00NIII3、空载电流波形、空载电流波形I0 受磁路饱和影响，空载电流呈尖顶波形为分析、丈量、计算方便，在相量图和计算式中，

27、用等效正弦波来替代实践的空载电流二、空载损耗二、空载损耗l变压器空载运转时，只从电源吸收少量有功功率P0，用来供应铁芯中铁损PFe和少量绕组铜损R1I02l P0 = PFe + Pcu PFel PFe的求取l 测试法空载实验l 计算法 PFe B2m f1.3l P0 (0.2%1%)SN 容量越大，空载损耗越小l分析变压器内部电磁关系的方法l1、根本方程式电磁关系的数学表达式l2、等效电路图运用于定量计算l3、相量图运用于定性分析3.2.3 空载时的电动势方程、等效电空载时的电动势方程、等效电路和相量图路和相量图1、电动势平衡方程一次侧一次侧影响m主磁通幅值要素1、电源 U1 、 f2

28、、构造 N1一、电动势平衡方程和变比1、电动势平衡方程、电动势平衡方程l二次侧二次侧 I2=0综上所述可得综上所述可得:忽略电阻压降和漏磁电势，忽略电阻压降和漏磁电势， 那么那么U1E14.44fN1m。mU1即：当外即：当外施电压施电压U1为定值，主磁通为定值，主磁通m也为一定值也为一定值影响影响m主磁通幅值要素主磁通幅值要素1、电源、电源 U1 、 f2 、构造、构造 N1思索题思索题问题：一台构造已定的变压器当外施电压为知，需求电源提供多大的励磁电流呢? 励磁电流包括哪些成分呢?答：决议于变压器的铁芯资料及铁芯几何尺寸。由于铁芯资料是磁性物质，励磁电流的大小和波形将受磁路饱和、磁滞及涡流

29、的影响。励磁电流包括：有功分量供铁损和无功分量产生02、电压变比、电压变比l变比变比一次绕组与二次绕组主电动势之比。一次绕组与二次绕组主电动势之比。l电压变比电压变比k 决议于一、二次绕组匝数比。决议于一、二次绕组匝数比。l略去电阻压降和漏磁电势略去电阻压降和漏磁电势 NNUU：KDY213,联接NNUUUUNNEEK212012121三相变压器：K为一、二次侧相电动势电压之比NNUU：KYD213,联接二、空载时的等效电路和相量图二、空载时的等效电路和相量图1 1、空载时的等效电路、空载时的等效电路等效电路等效电路将运转中的变压器的电和磁之间的将运转中的变压器的电和磁之间的相互关系用一个模拟

30、电路的型式来等效相互关系用一个模拟电路的型式来等效漏抗电路模型漏抗电路模型X1表示漏磁通对电路的影响，近似为常数 励磁特性的电路模型励磁特性的电路模型强调：强调：Rm励磁电阻，并非本质电阻、是为计励磁电阻，并非本质电阻、是为计算铁损耗引进的模拟电阻。算铁损耗引进的模拟电阻。Xm励磁电抗，是主磁通励磁电抗，是主磁通引起的电抗引起的电抗Zm励磁阻抗励磁阻抗由于铁芯磁路具有饱和特性，参数由于铁芯磁路具有饱和特性，参数Zm随随外施电压添加而减小，不是常数。但变外施电压添加而减小，不是常数。但变压器正常运转时，外施电压等于或近似压器正常运转时，外施电压等于或近似等于额定电压，且变动范围不大等于额定电压，

31、且变动范围不大,可把可把Zm看成常数。看成常数。 空载时等效电路空载时等效电路 一次绕组电动势平衡方程一次绕组电动势平衡方程 因因R1Rm , X1Xm 略略Z1，那么，那么I0大小取决天大小取决天Zm 等效电路图只需等效电路图只需Zm变压器采用高导磁资料，增大励磁阻抗ZmXm)，降低空载励磁电流I0，提高运转效率和功率因数2、空载时相量图、空载时相量图空载时根本方程式空载时根本方程式m 参考方向E1 滞后m 90度 E1与U20方向一致I0超前m 一个角度U1结论结论l由 可知， m的大小同外施电压、频率、一次绕组匝数决议l空载电流I0与m、N1、 Zm有关， I0随磁路的饱和而急剧添加，导

32、磁性能越好越大，空载电流就越小lXm是变压器一个重要参数，在线性电路中它是常数，在非线性电路中，它的大小随磁路的饱和而减小， Xm越大，导磁性能越好，I0越小思索题思索题l问题:l 某单相变压器额定电压为380伏/220伏,额定频率为50HZ。如误将低压边接到380伏电源，变压器将会发生一些什么异常景象？ 答案： 由于 U204.44fN2mU20由220伏变到380伏，添加了 倍，那么主磁通m也增 加了 倍，磁路饱和程度添加，因此励磁电流I0大大增 加，有能够烧毁线圈。33作业作业P121 3.9 3.10 本节重点本节重点各参数的物理意义及相互间关系各参数的物理意义及相互间关系 根本方程式

33、根本方程式3.3节节3.5节节l3.3 单相变压器的负载运转单相变压器的负载运转l3.4 变压器参数的测定变压器参数的测定l3.5 标么值标么值3.3 单相变压器的负载运转单相变压器的负载运转3.3.1 3.3.1 负载运转时的电磁关系负载运转时的电磁关系3.3.2 3.3.2 负载运转时的根本方程式负载运转时的根本方程式3.3.3 3.3.3 变压器的等效电路图及相量图变压器的等效电路图及相量图3.3.1 负载运负载运转时的电磁关转时的电磁关系系负载运转负载运转是指一侧绕组接额定频率、额定电是指一侧绕组接额定频率、额定电压的电源上，另一侧绕组接负载的运转形状。压的电源上，另一侧绕组接负载的运

34、转形状。二次绕组电流二次绕组电流的影响的影响带负载一次侧接电源1，二次侧接负载ZL，此时二次侧流过电流i2。一次侧电流不再是i0， 而是变为i1。负载后二次侧电流产生磁势F2=N2i2，该磁势将力图改动磁通0，而磁通是由电源电压决议的， 也就是说0根本不变。要维持0不变，一次绕组产生一个附加电流i1Li1L 产生磁势N1i1L=N2i2与二次磁动势相抵消一次电流变为 i1=i0+i1L总磁势 F1+F2=N1i1+N2i2 产生0变压器负载时各电磁量之变压器负载时各电磁量之间的关系间的关系3.3.2 变压器运转时的根本方变压器运转时的根本方程式程式一、磁动势平衡方程式一、磁动势平衡方程式 F1

35、+F2=F0 N1i1+N2i2=i0N1 i1=i0(-i2/k)=i0+i1L 变比：变比：K=N1/N2 i1L=-i2/k 为一次侧添加的负载分量电流。为一次侧添加的负载分量电流。i1L+i2/k=0 负载后，一次侧绕组中的电流由两个分量组成，一个是负载后，一次侧绕组中的电流由两个分量组成，一个是负载分量负载分量i1L， 另一个是产生磁通的励磁分量另一个是产生磁通的励磁分量i0，i1L产产生的磁势与二次侧电流产生的磁势大小相等生的磁势与二次侧电流产生的磁势大小相等,方向相反方向相反,相互抵消。相互抵消。 二次侧电流添加或减少的同时必然引起一次侧电流的二次侧电流添加或减少的同时必然引起一

36、次侧电流的添加右减少添加右减少一、二次侧电流与匝数之间的关一、二次侧电流与匝数之间的关系系 在满载时，I0只占I1L的28，固可将 I0忽略，那么 i1=i0(-i2/k) -i2/k I1/I2 N2/N1 一、二次侧电流之比与匝数之比成反比 改动一、二次侧匝数不仅能变压，而且能变电流二、电动势平二、电动势平衡方程衡方程l一次侧一次侧l U1=-E1-E1+i1R1 l =-E1+i1(R1+jX1)l = -E1+i1Z1 l二次侧二次侧l U2=E2+E2-i2R2 l =E2-i2(R2+jX2)l = E2-i2Z2负载运转时根本方程式组负载运转时根本方程式组3.3.3 变压器的等效

37、电变压器的等效电路及相量图路及相量图问题能否可找到一个便于工程计算的单纯电路，以替代无电路联络、但有磁路耦协作用的实践变压器，但这个电路必需能正确反映变压器内部电磁过程 答案：有！这种电路称为变压器的等效电路，前提条件是必需进展绕组折算一、折算一、折算l绕组折算就是把二次绕组的匝数变换成一次绕组的匝数l 或者将一次绕组的匝数变换成二次绕组的匝数来进展运算，使之成为K=1的变压器l但不改动其电磁效应的一种分析方法，折算量在原符号加上标号“ 区别，折算后的值称为折算值。l原那么折算不改动实践变压器内部的电磁平衡关系。l 即：1坚持二次磁动势F2不变l 2坚持二次侧各功率或损耗不变下面以二次侧折算到

38、一次侧为例下面以二次侧折算到一次侧为例折算方法折算方法二次侧各量折二次侧各量折算到一次侧算到一次侧l坚持初级绕组匝数N1不变想象有一个匝数为N2 =N1的次级绕组，用它来取代原有匝数为N2的次级绕组。满足变比：lkN1/N211 1、二次电流的归算、二次电流的归算值值I2I2物理意义：当用N2N1替代了N2，其匝数添加了k倍。为坚持磁势不变。次级电流归算值减小到原来的1k倍。kINNINNIININI/212222222222归算前后磁势应坚持不变归算前后磁势应坚持不变2、二次电动势的折算、二次电动势的折算值值E2l归算前后二次侧电磁功率应不变归算前后二次侧电磁功率应不变l E2I2E2I2l

39、 那么：那么：l 同理：同理：E2=KE2l物理意义：当用物理意义：当用N2=N1替代了替代了N2，其匝，其匝数添加到数添加到k倍。而主磁通倍。而主磁通 m及频率及频率f均坚均坚持不变，折算后的二次电势应添加持不变，折算后的二次电势应添加k倍倍22222kEEIIE3、二次漏阻抗的折算值、二次漏阻抗的折算值R2和和X2 二次电阻值的折算二次电阻值的折算R2折算前后铜耗应坚持不变折算前后铜耗应坚持不变物理意义：当用物理意义：当用N2替代替代N2后，匝数添加到后，匝数添加到k倍，倍，二次绕组长度添加到二次绕组长度添加到k倍；二次电流减到为原来倍；二次电流减到为原来的的l/k倍，折算后的二次绕组截面

40、积应减到原来的倍，折算后的二次绕组截面积应减到原来的lk倍，故折算后的二次电阻应添加到原来的倍，故折算后的二次电阻应添加到原来的k2倍。绕组本身没有变化倍。绕组本身没有变化2222222RkRIIR 二次漏电抗的折算值二次漏电抗的折算值X2归算前后次级漏磁无功损耗应坚持不变归算前后次级漏磁无功损耗应坚持不变物理意义：绕组的电抗和绕组的匝数平方成正比。物理意义：绕组的电抗和绕组的匝数平方成正比。由于归算后次级匝数添加了由于归算后次级匝数添加了k倍，故漏抗应添倍，故漏抗应添加到加到k2倍。倍。2222222xkxIIx4、二次电压的折算值、二次电压的折算值U2222222222222)(/kUIZ

41、EkkIZkkEIZEUl物理意义：当用N2替代了N2，其匝数添加到k倍。而主磁通 m及频率f均坚持不变，折算后的二次电压应添加k倍5、负载阻抗的折算值、负载阻抗的折算值ZLLLZkkIkUIUZ22222/l物理意义：绕组的阻抗和绕组的匝数平方成正比。由于归算后次级匝数添加了k倍，故漏阻抗应添加到k2倍。折算后变压器负载运转时的折算后变压器负载运转时的根本方程式根本方程式二、等效电路二、等效电路1、“T形等效电路形等效电路2、“形等效形等效电路电路变压器近似等效电路变压器近似等效电路l把励磁支路移至端点处。计算时引起的误差把励磁支路移至端点处。计算时引起的误差不大：变压器的励磁电流不大：变压

42、器的励磁电流(即空载电流即空载电流)为额定为额定电流的电流的2-10，大型变压器不到，大型变压器不到1。近似等效电路可用于分析计算变压器负近似等效电路可用于分析计算变压器负载运转的某些问题，如二次侧电压变化载运转的某些问题，如二次侧电压变化并联运转的负载分配等并联运转的负载分配等3、简化等效、简化等效电路电路短路电阻短路电阻RS=R1+R2短路电抗短路电抗XS=X1+X2短路阻抗短路阻抗ZS=RS+jXS结论：结论：1、短路阻抗等于一、二次漏、短路阻抗等于一、二次漏阻抗之和，阻抗之和，ZS很小，且为常数很小，且为常数2、当变压器稳定短路时，短、当变压器稳定短路时，短路电流路电流IS=U1/ZS

43、=1020IN3、ZS起限制直到限制短路电起限制直到限制短路电流的作用流的作用略去励滋电流支路略去励滋电流支路常用于定性分析常用于定性分析三、负载时的相三、负载时的相量图量图图图3.3.6 感性负载时变压器的相量图感性负载时变压器的相量图作业作业P121 3.15 3.16本节知识点本节知识点1、负载运转时各参数的物理意义及特点、负载运转时各参数的物理意义及特点2、根本方程式、根本方程式3.4.1 空载实验 求取 Rm、Xm、I0、P0PFe 、k 3.4.2 短路实验 求取 RK、XK、UK、pcu 3.4 变压器参数的变压器参数的测定测定参数确定方法：参数确定方法：1、计算法、计算法设计时

44、采用设计时采用2、实验法、实验法空载、短路实验已制造好的变压器空载、短路实验已制造好的变压器3.4.1 空载实验空载实验 普通在低压侧普通在低压侧做平安，便于计量做平安，便于计量 实验可在高压侧丈量也可在低压侧丈量，视实践丈量方便而定。如令高压侧开路，在低压侧进展丈量，测得的数据是低压侧的值，计算的励磁阻抗也是归算至低压侧的值。 空载特性曲线空载特性曲线 P0I0=f(U1)l经过调压器给变压器供电，经过调压器给变压器供电，调压器输出电压调压器输出电压U1, 从从1.2UN到到0.3UN取取8-9点，每点，每点均测出点均测出P0、I0、U20 ， 可得空载特性曲线可得空载特性曲线l空载实验时电

45、压较高，电流空载实验时电压较高，电流较小故电流要准确丈量，接较小故电流要准确丈量，接线图中电流表中流过的电流线图中电流表中流过的电流为实践空载电流为实践空载电流空载实验参数空载实验参数计算计算l励磁参数值励磁参数值Zm)和铁损和铁损PFeP0均随磁路饱和程度而变化。均随磁路饱和程度而变化。为反映变压器运转时的磁路饱和为反映变压器运转时的磁路饱和情况，空载实验时应调整外施电情况，空载实验时应调整外施电压等于额定电压。压等于额定电压。l令令U1为外施每相电压，为外施每相电压，I0为每相为每相电流，电流，P0为每相输入功率即等于为每相输入功率即等于每相的空载损耗每相的空载损耗P0。(三相变压器三相变

46、压器必需用每一相值计算，必需用每一相值计算，K值用相电值用相电压之比压之比l 励磁参数如折算到高压侧，励磁参数如折算到高压侧，那么乘那么乘K2即可即可FeNPPIII）U）Uk、0100120%100%(低压高压低压侧一样高mRmZXmIPRmIUZm2202000低压侧l短路实验应降低电压进展。控制短路电流不超越短路实验应降低电压进展。控制短路电流不超越额定值。额定值。l短路实验可以在高压侧丈量而把低压侧短路，也短路实验可以在高压侧丈量而把低压侧短路，也可在低压侧丈量而把高压侧短路。二者测得的数可在低压侧丈量而把高压侧短路。二者测得的数值不同，用标么值计算那么一样。值不同，用标么值计算那么一样。3.4.2 短路实验短路实验 普通在高普通在高压侧做平安，方便压侧做平安，方便短路特性曲线短路特性曲线 PS(IS)=f(US)l实验开场时应留意调压器输出应调到零，然后从0