安徽大学电机学第一篇变压器

1、2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院整流变压器整流变压器( (专用专用) )：给直流电力机车供给直流电力机车供电。电。 2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院 铁芯是铁芯是变压器的主磁路，又是它的机械骨架变压器的主磁路，又是它的机械骨架。铁芯由铁芯柱铁芯

2、由铁芯柱和铁轭两部分构和铁轭两部分构 ： （1 1）铁芯材铁芯材料：料：为了提高磁路的导磁性能，减为了提高磁路的导磁性能，减少少铁芯中铁芯中的磁滞、涡流损耗的磁滞、涡流损耗，铁芯一，铁芯一般用高磁导率的磁般用高磁导率的磁性材料性材料硅钢片叠成（硅钢片叠成（叠铁芯）。叠铁芯）。硅钢片有热轧和硅钢片有热轧和冷轧两种，其厚度为冷轧两种，其厚度为0.350.350.5mm0.5mm，两面涂以厚，两面涂以厚0.020.020.23mm0.23mm的漆膜，使片与片之间绝缘。的漆膜，使片与片之间绝缘。 （2 2）铁芯型铁芯型式式 ：有有芯芯式式、壳式和渐开线式、壳式和渐开线式等，等，电电力变压器力变压器的铁

3、芯主的铁芯主要采要采用芯式用芯式结构。结构。2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院 2015 电气工程与自动化学院1.3 1.3 变压器的额定值变压器的额定值 （1 1）额定容量（视在功率），单位）额定容量（视在功率），单位VAVA、KVAKVA或或MVAMVA，单位单位为为VAVA或或kVAkVA。 二次绕组二次绕组额定电压是当一次侧加额定电压时，额定电压是当一次侧加额定电压时，二次绕组开路电压。二次绕组开路电压。2015 电气工程与自动化学院NNNN

4、NNUSIUSI22113;3NNNNNNUSIUSI2211;2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2.1.1 2.1.1 空载运行时的物理现象空载运行时的物理现象2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院)90sin(2cos01111tEtNdtdNem)90sin(2cos02222tEtNdtdNem)90sin(2cos0111111tEtNdtdNem2015 电

5、气工程与自动化学院mmfNNE11144.42mmfNNE22244.42mmfNNE1111144.422015 电气工程与自动化学院10111RIEEU01011IjxILjE2015 电气工程与自动化学院101101011ZIExIjRIEU11EU220EU2015 电气工程与自动化学院21212144.444.4NNfNfNEEkmmNNOUUUUk21212015 电气工程与自动化学院2.1.4 2.1.4 空载电流：空载电流： 空载空载电流电流主要用来产生磁场，又称为励磁电流，所以主要用来产生磁场，又称为励磁电流，所以对于这个电流我们要重点看一下：对于这个电流我们要重点看一下：

6、1 1）当不考虑铁芯损耗时，励磁电流是纯磁化电流，用）当不考虑铁芯损耗时，励磁电流是纯磁化电流，用 来表示。由于磁路有饱和现象，磁化电流与产生它的磁通来表示。由于磁路有饱和现象，磁化电流与产生它的磁通之间的关系是非线性的。之间的关系是非线性的。 这就是说，由于铁磁材料磁这就是说，由于铁磁材料磁化曲线的非线性关系，要在变压器化曲线的非线性关系，要在变压器中建立正弦波磁通，励磁电流必须中建立正弦波磁通，励磁电流必须包含三次谐波分量。包含三次谐波分量。i2015 电气工程与自动化学院 IIIIFe0IFeIIIFe220I0I0i2015 电气工程与自动化学院101101011ZIExIjRIEU2

7、015 电气工程与自动化学院 变变压器空载压器空载时从原边看时从原边看进去的等效阻抗进去的等效阻抗Z Z0 0为：为：式式中中： 称称为变为变压压器器的的激磁阻激磁阻抗抗。 这这样样, ,变压器变压器原边的原边的电动势电动势方方程程可写成可写成 ： mmmjxRZIE011101010ZZZIEIUZm)(101011ZZIZIEUm2)2)空载时空载时的等的等效电路效电路2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院021FFF222NIF2F111NIF2015 电气工程与自动化学院11

8、111111)(ZIEjxRIEU22222222)(ZIEjxRIEU2015 电气工程与自动化学院021FFF102211NININI2015 电气工程与自动化学院 ）（）（2021201kIIINNII）（201FFF2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院k2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2221ININkIINNI2212222212EkENNE22EkE2015 电气工程与自动化学院2222222222222222222222)()()(ZkjxRkx jRZxkxIIxRkRIIR为：所以，漏阻抗的折算值无功损耗不变，得由折算前后副

9、方漏磁通2015 电气工程与自动化学院）（201III11111111)(ZIEjxRIEU22222222)(ZIExjRIEU12EEmZIE01LZIU222015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院结论：结论：找出当电压为找出当电压为额定额定时相对应的空载电流和空载损时相对应的空载电流和空载损耗，作为计算励磁参数得依据耗，作为计算励磁参数得依据。( (励磁阻抗与磁路饱励磁阻抗与磁路饱和情况有关，外加电压的不同会导致测量结果

10、的差异和情况有关，外加电压的不同会导致测量结果的差异) )在在空载情况下，从前面的空载等效电路图中看出，空空载情况下，从前面的空载等效电路图中看出，空载时载时I I0 0很小，由很小，由I I0 0在绕组中引起的铜耗忽略不计，在绕组中引起的铜耗忽略不计，P P0 0全部为铁全部为铁耗。耗。01IUZm200IpRmRZmmmx222015 电气工程与自动化学院 3 3 、axAXNUUkUU2012015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院NkkIUZIU1212NkkkkIpIpRRZKX222015 电气工程与自动化学院 对于对于三相变压器，按

11、上式计算时三相变压器，按上式计算时p pk k、I Ik k、U Uk k均均为一相的数值。为一相的数值。（对铝线）22875228075KCKRR（对铜线）5.234755.234075KCKRR2015 电气工程与自动化学院%100)/(1NKNKUUu2015 电气工程与自动化学院标标幺值幺值= =实际值实际值/ /基基值值 对于对于U U、I I、Z Z、S S，两个量的基值可以任意选择，两个量的基值可以任意选择，其余两个量的基值可根据电路基本定律导出。其余两个量的基值可根据电路基本定律导出。 基基值一般取值一般取每相额定值每相额定值，标幺值就是，标幺值就是实际值与实际值与额定值的比值

12、额定值的比值。2015 电气工程与自动化学院一次侧一次侧二次侧二次侧功率功率线电压线电压相电压相电压线电流线电流相电流相电流阻抗阻抗NSNS1NU2NU1NU2NU1NI2NI1NI2NI111NNNUZI222NNNUZI2015 电气工程与自动化学院*1*331UUUUUUUUUUYNNNlll接，：例*332IIIIIIIIIINNNlll接，：例*cos3cos333PSPIUIUIUIUSPPPPNNNNNN：三相对称系统，例2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院DECDU

13、UN*2*122sincos ABBC）（22sincos kkxR%100sincos22）（ kkxR%100%*1*2*12UUUNNU2为负载的功率因角数。为负载的功率因角数。2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2cos2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院4 4、铜耗：铜耗：随着负载电流的变化而变化，额定电流时的铜耗称随着负载电流的变化而变化，额定电流时的铜耗称为额定铜耗：为额定铜耗： p pcuNcuN=m(I=m(I1N1N2 2R R1 1+I+I2N2N2 2R R2 2) ) 一般一般负载时的铜耗负

14、载时的铜耗： p pcucu =m(I=m(I1 12 2R R1 1+I+I2 22 2R R2 2)=)=2 2m(Im(I1N1N2 2R R1 1+I+I2N2N2 2R R2 2)=)=2 2p pcuNcuN 由由短路负载试验在额定电流时测得的损耗短路负载试验在额定电流时测得的损耗p pKNKN，可以认为可以认为是是p pcuNcuN。所以所以变压器的效率为：变压器的效率为：2015 电气工程与自动化学院二、二、效率的求解：效率的求解：1 1）直接负载法：以按给定负载条件直接给变压器加）直接负载法：以按给定负载条件直接给变压器加负载，测出输出和输入有功功率就可以计算出来。负载，测出

15、输出和输入有功功率就可以计算出来。2 2）间接法：国家标准规定电力变压器应用间接法计）间接法：国家标准规定电力变压器应用间接法计算效率。间接法又称损耗分析法。其优点在于无算效率。间接法又称损耗分析法。其优点在于无需给变压器直接加负载，也无需运用等效电路计需给变压器直接加负载，也无需运用等效电路计算，只要进行算，只要进行空载试验和短路试验，空载试验和短路试验，测出测出额定电额定电压压时的时的空载损耗空载损耗p p0 0和额定电流和额定电流时的时的短路损耗短路损耗p pkNkN，就可以方便地计算出任意负载下的效率。就可以方便地计算出任意负载下的效率。2015 电气工程与自动化学院 1 1. .忽略

16、变压器空载运行时的铜耗，用额定电压忽略变压器空载运行时的铜耗，用额定电压下的空载损耗下的空载损耗p p0 0来代替铁耗来代替铁耗p pF Fe e，即，即p pFeFe= =p p0 0，它不随负，它不随负载大小而变化，称为不变损耗；载大小而变化，称为不变损耗； 2 2. .忽略短路试验时的铁耗，用额定电流时的短忽略短路试验时的铁耗，用额定电流时的短路损耗路损耗p pkNkN来代替额定电流时的铜耗。不同负载时的来代替额定电流时的铜耗。不同负载时的铜耗与负载系数的平方成正比。铜耗与负载系数的平方成正比。kNcupp22015 电气工程与自动化学院3. 3. 不考虑变压器副边电压的变化，即认为不考

17、虑变压器副边电压的变化，即认为U U2 2=U=U2N2N不变不变，则则2222222coscos）/（NNNNSIIImUP%100）cos1（20220ppSppkNNkN2015 电气工程与自动化学院3.3.效率特性：效率特性： 上上式说明，当式说明，当负载的功率因数负载的功率因数coscos 2 2一定时，一定时，效率随负载系数效率随负载系数而变化，图为变而变化，图为变压器的效率曲线。压器的效率曲线。 2015 电气工程与自动化学院特性分析：特性分析：1.1.空载时输出功率为零，所以空载时输出功率为零，所以=0=0。2.2.负载较小时，损耗相对较大，功率负载较小时，损耗相对较大，功率较

18、低。较低。3.3.负载增加，效率负载增加，效率亦随之增加。超过某一负载时，亦随之增加。超过某一负载时，因铜耗与因铜耗与成成2 2正正比增大，效率比增大，效率反而降低，最大反而降低，最大效率效率出现在出现在 =m m的地方。因此，取的地方。因此，取对对的的导数，并令其等于零，即可求出最高效率导数，并令其等于零，即可求出最高效率maxmax时的时的负载系数负载系数m m2015 电气工程与自动化学院ppkNm0%100)2cos21(020maxpSpNm2015 电气工程与自动化学院41310ppkN2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院 注意：注意： 现现代电力系统都采用

19、三相制，故三相变压器使代电力系统都采用三相制，故三相变压器使用最广泛。三相变压器也有其特殊的问题需要研究，用最广泛。三相变压器也有其特殊的问题需要研究，例如三相变压器的例如三相变压器的磁路系统、磁路系统、三相变压器绕组的三相变压器绕组的连连接方法和联结组、接方法和联结组、三相变压器三相变压器空载电动势的波形空载电动势的波形和和三相变压器的三相变压器的不对称运不对称运行行（不讲不讲）等等。此外，变压此外，变压器的并联运行也放在本章讨论。器的并联运行也放在本章讨论。2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院特点：特点：在这在这种铁芯结种铁芯结构的变压

20、器中，任一瞬间某一相的磁通均以其他两构的变压器中，任一瞬间某一相的磁通均以其他两相铁相铁芯为芯为回路，因此各相磁路彼此相关联回路，因此各相磁路彼此相关联。 2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院AOEAEAOEaEaOE2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院 当各相绕组当各相绕组同铁芯柱同铁芯柱时，时，Y Y，y y接法有两种情况：接法有两种情况：AOEAE0AEaEaOE2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院 用用相量图判断变压器的联结组时应注意：相量图判断变压器的联结组时应注意：2015 电气工程与自动化学院AE0AEaEaoEAE0AEaEaoE2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院2015 电气工程与自动化学院3.33.3