第3章-变压器

1、 3.1 变压器的基本结构和分类变压器的基本结构和分类一、变压器的基本结构：一、变压器的基本结构： 电力变压器的基本构成部分：电力变压器的基本构成部分： 铁心、绕组、绝缘套管、油箱及其他附件铁心、绕组、绝缘套管、油箱及其他附件等，其中铁心和绕组是变压器的主要部件，等，其中铁心和绕组是变压器的主要部件，称为器身。称为器身。 温度计吸湿器安全气道气体继电器油表储油柜高压套管 低压套管分接开关放油阀器身油箱绕组简化图简化图: 1、铁心和绕组：、铁心和绕组：变压器中最主要的部变压器中最主要的部 件，件，他们构成了变压器的器身。他们构成了变压器的器身。 1）铁心：）铁心：构成了变压器的磁路，同时又是构成

2、了变压器的磁路，同时又是套装绕组的骨架。套装绕组的骨架。铁心由铁心柱和铁轭两铁心由铁心柱和铁轭两部分构成。铁心柱上套绕组，铁轭将铁心部分构成。铁心柱上套绕组，铁轭将铁心柱连接起来形成闭合磁路。柱连接起来形成闭合磁路。 铁心材料：铁心材料：为了提高磁路的导磁性能，减为了提高磁路的导磁性能，减少铁心中的磁滞、涡流损耗，铁心一般用少铁心中的磁滞、涡流损耗，铁心一般用高磁导率的磁性材料高磁导率的磁性材料硅钢片叠成。硅硅钢片叠成。硅钢片厚度为钢片厚度为0.350.350.50.5mmmm，两面涂以漆膜，两面涂以漆膜，使片与片之间绝缘。使片与片之间绝缘。 铁心型式铁心型式 ：变压器铁心的结构有：变压器铁心

3、的结构有心式心式、壳壳式式等形式。壳式结构的特点是铁心包围绕等形式。壳式结构的特点是铁心包围绕组的顶面、底面和侧面。心式结构的特点组的顶面、底面和侧面。心式结构的特点是铁心柱被绕组包围。是铁心柱被绕组包围。 心式结构比较简单，绕组的装配及绝缘比心式结构比较简单，绕组的装配及绝缘比较容易较容易，电力变压器的铁心主要采用心式，电力变压器的铁心主要采用心式结构。结构。 铁心叠装铁心叠装 ：变压：变压器的铁心一般是由剪成一器的铁心一般是由剪成一定形状的硅钢片叠装而成。为了减小接缝定形状的硅钢片叠装而成。为了减小接缝间隙以减小激磁电流，一般采用交错式叠间隙以减小激磁电流，一般采用交错式叠法，使法，使相邻

4、层的接缝错开。相邻层的接缝错开。 铁心截面铁心截面: :铁心柱的截面一般作成阶梯形，铁心柱的截面一般作成阶梯形，以充分利用绕组内圆空间。容量较大的变以充分利用绕组内圆空间。容量较大的变压器，铁心中常设有油道，以改善铁心内压器，铁心中常设有油道，以改善铁心内部的散热条件，如图所示。部的散热条件，如图所示。 2）绕组：）绕组：绕组是变压器的电路部分，它绕组是变压器的电路部分，它由铜或由铜或 铝绝缘导线绕制而成铝绝缘导线绕制而成 。 一次绕组（原绕组）：输入电能一次绕组（原绕组）：输入电能 二次绕组（副绕组）：输出电能二次绕组（副绕组）：输出电能 他们通常套装在同一个心柱上，一次和二他们通常套装在同

5、一个心柱上，一次和二次绕组具有不同的匝数。次绕组具有不同的匝数。 两个绕组中，电压较高的我们称为高压绕两个绕组中，电压较高的我们称为高压绕组，相应的电压较低的称为低压绕组。组，相应的电压较低的称为低压绕组。 2、其他部件：除器身外，典型的油浸电力变压、其他部件：除器身外，典型的油浸电力变压 器中还有油箱、变压器油、绝缘套管及继电保护器中还有油箱、变压器油、绝缘套管及继电保护装置等部件。装置等部件。 二、变压器的分类：二、变压器的分类： 1.1.按用途分类：按用途分类： （1 1）电力变压器（主要用在输配电系统中）电力变压器（主要用在输配电系统中） （2 2）仪用互感器（电压互感器和电流互感器）

6、仪用互感器（电压互感器和电流互感器） （3 3）特种变压器（如调压变压器、试验变压器、）特种变压器（如调压变压器、试验变压器、电炉变压器、整流变压器、电焊变压器等）。电炉变压器、整流变压器、电焊变压器等）。 2 2、按绕组数目分类、按绕组数目分类: : （1 1）双绕组变压器）双绕组变压器 （2 2）三绕）三绕 组变压器组变压器 （3 3）多绕组变压器）多绕组变压器 （4 4）自耦变压器。）自耦变压器。 3 3、按铁心结构分类：、按铁心结构分类： （1 1）有心式变压器）有心式变压器 （2 2）壳式变压器。）壳式变压器。 4 4、按相数分类、按相数分类：单相变压器、三相变压器、多：单相变压器、

7、三相变压器、多相变压器。相变压器。 5 5、按冷却介质和冷却方式分类：、按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器油浸式变压器（包括油浸自冷式、油浸风冷式、油浸强迫油循（包括油浸自冷式、油浸风冷式、油浸强迫油循环式）、干式变压器、充气式变压器。环式）、干式变压器、充气式变压器。 6 6、电力变压器按容量大小通常分为、电力变压器按容量大小通常分为：小型：小型变压器（容量为变压器（容量为1010630630kVAkVA）、）、中型变压中型变压器（容量为器（容量为80080063006300kVAkVA）、）、大型变压器大型变压器（容量为（容量为800080006300063000kVAkVA）和特大型

8、变压和特大型变压器（容量在器（容量在9000090000kVAkVA及以上）。及以上）。三、额定值：三、额定值： 额定值是制造厂对变压器在指定工作条件额定值是制造厂对变压器在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。下运行时所规定的一些量值。变压器的额变压器的额定值主要有：定值主要有：1 1、额定容量额定容量S SN N （VAVA、kVAkVA、MVAMVA） 额定容量是指额定运行时的视在功率。额定容量是指额定运行时的视在功率。 2、额定电压额定电压U U1N1N和和U U2N2N （V V或或kVkV） 正常运行时规定加在一次侧的端电压称为正常运行时规定加在一次侧的端电压称为变压器一次侧的额定

9、电压变压器一次侧的额定电压U U1N1N。二次侧的额二次侧的额定电压定电压U U2N2N 是指变压器一次侧加额定电压时是指变压器一次侧加额定电压时二次侧的空载电压。对三相变压器，额定二次侧的空载电压。对三相变压器，额定电压是指线电压。电压是指线电压。3 3、 额定电流额定电流I I1N1N和和I I2N2N（A A） 根据额定容量和额定电压计算出的线电流，称为根据额定容量和额定电压计算出的线电流，称为 额定电流。额定电流。 对单相变压器对单相变压器对三相变压器对三相变压器 4 4、额定频率、额定频率 f fN N 除额定值外，变压器的相数、绕组连接方式及联结除额定值外，变压器的相数、绕组连接方

10、式及联结组别、短路电压、运行方式和冷却方式等均标注在组别、短路电压、运行方式和冷却方式等均标注在铭牌上。铭牌上。NNNNNNUSIUSI2211;NNNNNNUSIUSI22113;3v例3.1:（1）单相变压器，额定容量250KVA，额定电压10/0.4KV，试求：变比及一、二次侧的额定电流。v（2）三相变压器，额定容量5000KVA，额定电压10/6.3KV，Yd联接，试求：变比及一、二次侧的额定电流。如果改为Dy联接，则变比和额定电流又为多少？kVASN250kVASN250变压器的型号变压器的型号 型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容，表示方法为 如OSFPSZ

11、-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压，额定容量250000kVA，高压额定电压220kV电力变压器。3.2 变压器的工作原理变压器的工作原理 dtdNedtdNe2211 只要一、二只要一、二次绕组的匝数不次绕组的匝数不同，就能达到改同，就能达到改变压的目的。变压的目的。 3.3 变压器的分析方法变压器的分析方法 3.3.1 变压器的空载运行变压器的空载运行一、空载运行的物理现象：一、空载运行的物理现象： 1. 空载运行：空载运行：是指变压器原绕组接到额定电是指变压器原绕组接到额定电压、额定频率的电源上，副绕组开路时的运压、额定频率的电源上，副绕组开路时的运行状态

12、。行状态。 2. 2.物理现象：物理现象： 主磁通和漏磁通在性质上的不同：主磁通和漏磁通在性质上的不同： 1 1）由于铁磁材料有饱和现象，所以主磁路的磁）由于铁磁材料有饱和现象，所以主磁路的磁阻不是常数，阻不是常数，主磁通与建立它的电流之间呈非线主磁通与建立它的电流之间呈非线性关系。性关系。而漏磁通的磁路大部分是非铁磁材料组而漏磁通的磁路大部分是非铁磁材料组成，所以漏磁路的磁阻基本上是常数，成，所以漏磁路的磁阻基本上是常数，漏磁通与漏磁通与产生它的电流呈线性关系产生它的电流呈线性关系 2 2）主磁通在原、副绕组中均感应电动势，当副）主磁通在原、副绕组中均感应电动势，当副方接上负载时便有电功率向

13、负载输出，故方接上负载时便有电功率向负载输出，故主磁通主磁通起传递能量的作用。而漏磁通仅在原绕组中感应起传递能量的作用。而漏磁通仅在原绕组中感应电动势，不能传递能量，仅起压降作用。电动势，不能传递能量，仅起压降作用。因此，因此，在分析变压器和交流电机时常将主磁通和漏磁通在分析变压器和交流电机时常将主磁通和漏磁通分开处理。分开处理。 3.正方向的规定：正方向的规定： 从理论上讲，正方向可以任意选择，因各从理论上讲，正方向可以任意选择，因各物理量的变化规律是一定的，并不依正方物理量的变化规律是一定的，并不依正方向的选择不同而改变。但正方向规定不同，向的选择不同而改变。但正方向规定不同，列出的电磁方

14、程式和绘制的相量图也不同。列出的电磁方程式和绘制的相量图也不同。在电机学科中通常按习惯方式规定正方向，在电机学科中通常按习惯方式规定正方向，称为惯例。称为惯例。 具体原则如下：具体原则如下： 1）在负载支路，电流的正方向与电压降的正在负载支路，电流的正方向与电压降的正方向一致，而在电源支路，电流的正方向方向一致，而在电源支路，电流的正方向与电动势的正方向一致与电动势的正方向一致; ;2 2）磁通的正方向与产生它的电流的正方向符）磁通的正方向与产生它的电流的正方向符合右手螺旋定则合右手螺旋定则; ;3）感应电动势的正方向与产生它的磁通的正感应电动势的正方向与产生它的磁通的正方向符合右手螺旋定则方

15、向符合右手螺旋定则. . 4、空载时的电磁关系：、空载时的电磁关系： 1）电动势与磁通的关系：）电动势与磁通的关系： 假定主磁通按正弦规律变化，即假定主磁通按正弦规律变化，即 =m msintsint 根据根据 根据电磁感应定律和对正方向规定，一、根据电磁感应定律和对正方向规定，一、二次绕组中感应电动势的瞬时值为二次绕组中感应电动势的瞬时值为 ： )90sin(2cos01111tEtNdtdNem)90sin(2cos02222tEtNdtdNem)90sin(2cos0111111tEtNdtdNem式中：mmfNNE11144. 42mmfNNE22244. 42mmfNNE111114

16、4. 42 注意：从上面的表达式中我们可以看出，注意：从上面的表达式中我们可以看出， 电电 动势总是滞后于产生它的磁通动势总是滞后于产生它的磁通90。 2）电动势平衡方程式：电动势平衡方程式： 根据对正方向的规定，可以得到空载时电动根据对正方向的规定，可以得到空载时电动势平衡方程式：势平衡方程式：将漏感电动势写成压降的形式将漏感电动势写成压降的形式 ：10111RIEEU01011IIEjxLj式中式中 Z Z1 1=R=R1 1+ + 11原绕组的漏阻抗。原绕组的漏阻抗。对于电力变压器，空载时原绕组的漏阻抗压降对于电力变压器，空载时原绕组的漏阻抗压降I I0 0Z Z1 1很小，其数值不超过

17、很小，其数值不超过U U1 1的的0.2%0.2%，将，将I I0 0Z Z1 1忽略，则上忽略，则上式变成：式变成：在副方，由于电流为零，则副方的感应电动势等于在副方，由于电流为零，则副方的感应电动势等于副方的空载电压，即：副方的空载电压，即： 101111001ZIxjREEIIUjx11EU220EU 3 3）变压器的变比：）变压器的变比： 在变压器中，原、副绕组的感应电动势在变压器中，原、副绕组的感应电动势E E1 1和和E E2 2之比称为变压器的变比，用之比称为变压器的变比，用 表示，表示，即：即：上式表明，变压器的变比等于原、副绕组的上式表明，变压器的变比等于原、副绕组的匝数比。

18、当变压器空载运行时，由于匝数比。当变压器空载运行时，由于U U1 1EE1 1 ，U U2020E E2 2，故可近似地用空载运行故可近似地用空载运行时原、副方的电压比来作为变压器的变比，时原、副方的电压比来作为变压器的变比，即即k21212144.444.4NNfNfNkmmEENNOUUUUk2121 对于三相变压器，变比是指原、副方相对于三相变压器，变比是指原、副方相 电动势之比，也就是额定相电压之比。电动势之比，也就是额定相电压之比。 4 4、空载电流：、空载电流： 变压器空载运行时原绕组中的电流变压器空载运行时原绕组中的电流 0 0主要用主要用来产生磁场，又称为励磁电流，所以对于来产

19、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：这个电流我们要重点看一下： 1）当不考虑铁心损耗时，励磁电流是纯磁当不考虑铁心损耗时，励磁电流是纯磁化电流，用化电流，用 来表示。由于磁路有饱和现来表示。由于磁路有饱和现象，磁化电流象，磁化电流 与产生它的磁通与产生它的磁通之间的之间的关系是非线性的。当磁通按正弦关系是非线性的。当磁通按正弦 iii 规律变化时，励磁电流为尖顶波，根据谐规律变化时，励磁电流为尖顶波，根据谐 波分析方法，尖顶波可分解为基波和波分析方法，尖顶波可分解为基波和3 3、5 5、7 7次谐波。除基波外，三次谐波分量最大。次谐波。除基波外，三次谐波分量最大。这就是说

20、，由于铁磁材料磁化曲线的非线这就是说，由于铁磁材料磁化曲线的非线性关系，要在变压器中建立正弦波磁通，性关系，要在变压器中建立正弦波磁通，励磁电流必须包含三次谐波分量。励磁电流必须包含三次谐波分量。为了在相量图中表示励磁电流为了在相量图中表示励磁电流，可以用等效可以用等效正弦波电流来代替非正弦波励磁电流，其正弦波电流来代替非正弦波励磁电流，其有效值为有效值为IIII252321 从上图中，可以看出励磁电流从上图中，可以看出励磁电流 与磁通与磁通 是同相位的。是同相位的。 2 2）当考虑铁心损耗时，励磁电流）当考虑铁心损耗时，励磁电流 0 0中还中还必须包含铁耗分量，即必须包含铁耗分量，即 或或

21、=这时激磁电流这时激磁电流 将超前磁通一相位角将超前磁通一相位角 iiIFeI0IIFeI0IIFe22I0 5 5 、空载时的向量图和等效电路、空载时的向量图和等效电路: : 1) 1)空载时的向量图空载时的向量图: : 我们已知我们已知101111001ZIxjREEIIU 而变压器空载时从原方看进去的等效阻抗而变压器空载时从原方看进去的等效阻抗Z Z0 0为为 式中式中 ： 称为变压器的激磁称为变压器的激磁阻抗。阻抗。 这样这样, ,变压器原方的电动势方程可写成变压器原方的电动势方程可写成 11.0.1010ZZZIEZmIUmmmjxRZIE01 这样这样,变压器原方的电动势方程可写成

22、变压器原方的电动势方程可写成 )(101011ZZIZIEmU R R1 1是原绕组的电阻，是原绕组的电阻， 是对应原绕组漏磁是对应原绕组漏磁 路磁导的电抗，它们数值很小且为常数。路磁导的电抗，它们数值很小且为常数。 但但RmRm、 m m却受铁心饱和度的影响，不是常却受铁心饱和度的影响，不是常数。但通常外加电压是一定的数。但通常外加电压是一定的, ,在正常运行在正常运行范围内范围内( (从空载到满载从空载到满载) ), ,主磁通基本不变，主磁通基本不变，磁路的饱和程也基本不变，磁路的饱和程也基本不变，因而因而RmRm、 XmXm 可近似看着常数。可近似看着常数。 很显然，从上面的分析我们可以

23、总结出：很显然，从上面的分析我们可以总结出：RmRm是表征铁心损耗的一个参数，而是表征铁心损耗的一个参数，而XmXm是表是表征主磁通磁化性能的一个参数。征主磁通磁化性能的一个参数。 1xx3.3.2 变压器的负载运行变压器的负载运行 在前面我们通过分析了解了变压器的空载运在前面我们通过分析了解了变压器的空载运行情况，当变压器原方接入交流电源，副方行情况，当变压器原方接入交流电源，副方接上负载时的运行方式称为变压器的负载运接上负载时的运行方式称为变压器的负载运行。行。一、负载运行时的物理情况：一、负载运行时的物理情况：如图所示如图所示 即从空载电流即从空载电流 0变为负载时的电流变为负载时的电流

24、 1。原原 绕组的磁动势也从空载磁动势绕组的磁动势也从空载磁动势F0变为变为 F1=I1N1。负载时的主磁通负载时的主磁通m就是由原、副就是由原、副绕组的合成磁动势产生的，即绕组的合成磁动势产生的，即: F1+ F 2= F m。于是变压器在负载时的电磁于是变压器在负载时的电磁关系重新达到平衡。关系重新达到平衡。二、电动势平衡方程式：二、电动势平衡方程式：在原方，电动势平衡方程式为在原方，电动势平衡方程式为II11.1.111.1.1.)(ZIEjxRIEU在副方，电动势平衡方程式为：在副方，电动势平衡方程式为：式中，式中，Z2 =R2+ j ,副绕组的漏阻抗，副绕组的漏阻抗，R2 分别为副绕

25、组的电阻和漏电抗分别为副绕组的电阻和漏电抗。三、负载运行时的磁动势平衡方程式三、负载运行时的磁动势平衡方程式：负载运行时的磁动势平衡方程式可写为负载运行时的磁动势平衡方程式可写为： F1+F2=F0或：或： I1N1+I2N2=I0N122.2.222.2.2.)(ZIEjxRIEU2x2x 将上式进行变化，可得：将上式进行变化，可得： F1=F0+（-F2） 或：或：I1=I0+（-N2/N1I2）=I0+（-I2/K） 这说明变压器负载运行时通过磁动势平衡，这说明变压器负载运行时通过磁动势平衡，使原、副方的电流紧密地联系在一起，副方使原、副方的电流紧密地联系在一起，副方通过磁动势平衡对原方

26、产生影响，副方电流通过磁动势平衡对原方产生影响，副方电流的改变必将引起原方电流的改变，电能就是的改变必将引起原方电流的改变，电能就是这样从原方传到了副方。这样从原方传到了副方。 四、变压器参数的折算：四、变压器参数的折算： 由于原、副绕组的匝数由于原、副绕组的匝数，原、副，原、副绕组的感应电动势绕组的感应电动势12，这就给分析变压，这就给分析变压器的工作特性和绘制相量图增加了困难。器的工作特性和绘制相量图增加了困难。为了克服这个困难，常用一假想的绕组来为了克服这个困难，常用一假想的绕组来代替其中一个绕组，使之成为变比代替其中一个绕组，使之成为变比k=的的变压器，这样就可以把原、副绕组联成一变压

27、器，这样就可以把原、副绕组联成一个等效电路，从而大大简化变压器的分析个等效电路，从而大大简化变压器的分析计算。这种方法称为绕组折算。折算后的计算。这种方法称为绕组折算。折算后的量在原来的符号上加一个上标号量在原来的符号上加一个上标号“”以以示区别。示区别。 折算的本质：在由副方向原方折算时，在由副方向原方折算时， 由于副方通过磁动势平衡对原方产生影响，由于副方通过磁动势平衡对原方产生影响，因此，只要保持副方的磁动势不变，则变因此，只要保持副方的磁动势不变，则变压器内部电磁关系的本质就不会改变。压器内部电磁关系的本质就不会改变。即即折算前后副方对整个回路的电磁关系的影折算前后副方对整个回路的电磁

28、关系的影响关系不能发生变化！响关系不能发生变化！副方各量折算方法如下：1）副方电流的折算值 : .2221ININ2I= kIINNI.2.221.22）付方电动势的折算值：）付方电动势的折算值： 于折算前后主磁通和漏磁通均未改变，于折算前后主磁通和漏磁通均未改变，根据电动势与匝数成正比的关系可得根据电动势与匝数成正比的关系可得3）付方漏阻抗的折算值：根据折算前后）付方漏阻抗的折算值：根据折算前后副绕组的铜损耗不变的原则，的：副绕组的铜损耗不变的原则，的：2.2.212.EkENNE.22.EkE2222222222222222222222)()()(ZkjxRkjxRZxkxIIxRkRII

29、R为：所以，漏阻抗的折算值无功损耗不变，得由折算前后付方漏磁通五、折算后得基本方程式、等效电路和相五、折算后得基本方程式、等效电路和相量图：量图：1、基本方程式：、基本方程式：2、等效电路：、等效电路：3）相量图： 六、等效电路图的简化：六、等效电路图的简化： 考虑到考虑到ZmZ1，I1NI0，当负载变化时，当负载变化时，变化很小，可以认为不随负载的变化而变变化很小，可以认为不随负载的变化而变化。这样，便可把化。这样，便可把T型等效电路进行简化处型等效电路进行简化处理：理： v Zk=Z1+ 2= Rk+j 通常在做定性分析时用相量图比较形象通常在做定性分析时用相量图比较形象直观，而在做定量计

30、算时用等效电路比直观，而在做定量计算时用等效电路比较简便。较简便。 21RRRk21xxxkZkx3.4 变压器参数的测定变压器参数的测定 变压器等效电路中的各种电阻、电抗或阻抗如变压器等效电路中的各种电阻、电抗或阻抗如Rk、xk、Rm、xm等称为变压器的参数，它们对变压器运等称为变压器的参数，它们对变压器运行能有直接的影响。所以，我们有必要看一下各种行能有直接的影响。所以，我们有必要看一下各种参数是如何测定得通过实验的方法。参数是如何测定得通过实验的方法。一、空载实验：一、空载实验：试验目的试验目的:测定变压器的空载电流测定变压器的空载电流I I0 0、变比变比k、 空载损空载损耗耗p p0

31、 0及励磁阻抗及励磁阻抗Z Zm m= =R Rm m+jx+jxm m。空载试验接线：如图所示空载试验接线：如图所示 注意：注意：为了便于测量和安全起见，通常在为了便于测量和安全起见，通常在低压侧加电压，将高压侧开路。低压侧加电压，将高压侧开路。 实验过程：外加电压实验过程：外加电压从额定电压开始在一从额定电压开始在一定范围内进行调节定范围内进行调节 实验目的：在电压变化的过程中，记录相实验目的：在电压变化的过程中，记录相应的空载电流，空载损耗，作出相应的曲应的空载电流，空载损耗，作出相应的曲线，找出当电压为额定时相对应的空载电线，找出当电压为额定时相对应的空载电流和空载损耗，作为计算励磁参

32、数得依据。流和空载损耗，作为计算励磁参数得依据。 结论：在空载情况下，我们可以从前面所学结论：在空载情况下，我们可以从前面所学的空载等效电路图中看出，空载时，的空载等效电路图中看出，空载时， Z0=Z1+Zm=（R1+j）+（Rm+jm）。）。通常通常Rm R1，m ， ， 故 可 认 为故 可 认 为 Z0 Zm=Rm+jm，于是：于是：这样，我们这样，我们测得相关参数。测得相关参数。01IUZm200IpRmRZmmmx22注意：注意：1.由于励磁参数与磁路的饱和程度由于励磁参数与磁路的饱和程度有关，故应取额定电压下的数据来计算有关，故应取额定电压下的数据来计算励磁参数。励磁参数。2.对于

33、三相变压器，按上式对于三相变压器，按上式计算时计算时U1、I0、p0均为每相值。但测量均为每相值。但测量给出的数据却是线电压、线电流和三相给出的数据却是线电压、线电流和三相总功率，总功率，3.此时的空载损耗此时的空载损耗p0为铁耗为铁耗.。由于空载试验是在低压侧进行的，故测得由于空载试验是在低压侧进行的，故测得的激磁参数是折算至低压侧的数值。如的激磁参数是折算至低压侧的数值。如果需要折算到高压侧，应将上述参数乘果需要折算到高压侧，应将上述参数乘2。这里这里是变压器的变化，可通过空是变压器的变化，可通过空载试验求出：载试验求出：axAXNUUkUU201 二、短路实验：二、短路实验： 实验过程：

34、将变压器的副边直接短路，副边的电实验过程：将变压器的副边直接短路，副边的电压等于零，称为变压器短路运行方式。压等于零，称为变压器短路运行方式。 实验方法：实验方法：为便于测量，通常在高压侧加电压，为便于测量，通常在高压侧加电压，将低压侧短路。将低压侧短路。短路试验将在降低电压下进行，短路试验将在降低电压下进行，使使I Ik k不超过不超过1.21.2I I1N1N。实验目的：在不同的电压下测出短路特性曲线实验目的：在不同的电压下测出短路特性曲线I Ik k= =f f( (U Uk k) )、p pk k= =f f（U Uk k），），如图所示，根据额定电流如图所示，根据额定电流时的时的p

35、pk k、U Uk k值，可以计算出变压器的短路参数。值，可以计算出变压器的短路参数。 Xk =注意：注意：1.短路时，从短路的等效电路图可以看短路时，从短路的等效电路图可以看出，此时的短路损耗以铜耗为主出，此时的短路损耗以铜耗为主 2.因电阻会因电阻会随着温度发生变化，所以，我们的所得值要随着温度发生变化，所以，我们的所得值要换算到标准工作温度下换算到标准工作温度下75度：度：Rk75 =Rk （对铜导线而言）对铜导线而言） NkkIUZIU1212NkkkkIpIpRRZ225 .234755 .234vRk75= Rk （对铝线对铝线 ）所以，相应的所以，相应的Zk75= 短路损耗和短路

36、电压也应换算到短路损耗和短路电压也应换算到750C的值的值pkN= Rk75 UkN=I1N Zk75 对于三相变压器，按上式计算时对于三相变压器，按上式计算时pk、Ik、Uk均为一相的数值均为一相的数值。22875228xRC22750IN21 3.5 变压器的运行特性变压器的运行特性一、标幺值一、标幺值 标么值标么值= =实际值实际值/ /基值基值通常取各量的额定值作为基值。通常取各量的额定值作为基值。 采用标幺值的优点：采用标幺值的优点： 1.采用标么值可以简化各量的数值，并能直观地看出采用标么值可以简化各量的数值，并能直观地看出变压器的运行情况。变压器的运行情况。 2.采用标么值计算，

37、原、副方各量均不需要折算采用标么值计算，原、副方各量均不需要折算 3.用标么值表示，电力变压器的参数和性能指标总在用标么值表示，电力变压器的参数和性能指标总在一定的范围之内，便于分析比较。一定的范围之内，便于分析比较。 例如短路阻抗例如短路阻抗Zk*=0.040.175，空载电空载电流流 I0*=0.020.10。 4.采用标么值，某些不同的物理量具有采用标么值，某些不同的物理量具有相同的数值。相同的数值。 Z k*=UKN*二、电压变化率二、电压变化率(定义式定义式)：1、%100%100%100%1212222220NNNNNUUUUUUUUUU2、简化公式：通过向量图的我们可以将电压变化

38、、简化公式：通过向量图的我们可以将电压变化率得求解公式进行简化。率得求解公式进行简化。U= 100 =Rk*cos2+xk*sin2100% ：称为变压器的负载系数称为变压器的负载系数 ，由此，当由此，当U1=U1N，cos 2 =常数时，我们可以作常数时，我们可以作出相应的出相应的U2随着随着I2变化的变化的U2=f(I2)曲线：曲线：UUUNN*1*2*1*2*1II 此曲线我们称之为变压器的外特性。此曲线我们称之为变压器的外特性。 此外，需要注意的是：当负载为感性时此外，需要注意的是：当负载为感性时 上式说明，电压变化率与负载的大小上式说明，电压变化率与负载的大小 （值）成正比。在一定的

39、负载系数下，（值）成正比。在一定的负载系数下， 漏漏阻抗（阻抗电压）的标么值越大，电压变阻抗（阻抗电压）的标么值越大，电压变化率也越大。此外，电压变化率还与负载化率也越大。此外，电压变化率还与负载的性质，即功率因角数的性质，即功率因角数 2的大小和正的大小和正负有负有关。关。 三、变压器的损耗和效率：三、变压器的损耗和效率： 1、变压器的功率关系：、变压器的功率关系： 变压器原边从电网吸收电功率变压器原边从电网吸收电功率P1，其中很其中很小部分功率消耗在原绕组的电阻上小部分功率消耗在原绕组的电阻上(pcu1=mI12R1)和铁心损耗上和铁心损耗上(pFe=mI02Rm)。其余部分通过电磁感应传

40、给副绕组，称为其余部分通过电磁感应传给副绕组，称为电磁功率电磁功率PM。副绕组获得的电磁功率中又副绕组获得的电磁功率中又有很小部分消耗在副绕组的电阻上有很小部分消耗在副绕组的电阻上(pcu2=mI22R2)，其余的传输给负载，即输其余的传输给负载，即输出功率出功率:2222cosImUP 这样，变压器的功率关系可表示如下：这样，变压器的功率关系可表示如下：所以变压器的效率为：所以变压器的效率为：2、效率的求解：、效率的求解：1）以按给定负载条件直接给变压器加负载，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。测出输出和输入有功功率就可以计算出来。这种方法称为直接负载

41、法这种方法称为直接负载法 2211PpppPcuFecu%10011%10012Ppppp 2）电力变压器可以应用间接法计算效率，电力变压器可以应用间接法计算效率， 间接法又称损耗分析法。间接法又称损耗分析法。其优点在于无需给变压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算，器直接加负载，也无需运用等效电路计算，只要只要进行空载试验和短路试验，测出额定电压时的空进行空载试验和短路试验，测出额定电压时的空载损耗载损耗p p0 0和额定电流时的短路损耗和额定电流时的短路损耗p pkNkN就可以方便就可以方便地计算出任意负载下的效率。地计算出任意负载下的效率。在应用间接法求变压器的效率时

42、通常作如下假定：在应用间接法求变压器的效率时通常作如下假定： 1.忽略变压器空载运行时的铜耗，用额定电压下的忽略变压器空载运行时的铜耗，用额定电压下的空载损耗空载损耗p0来代替铁耗来代替铁耗pFe，即即pFe=p0，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.忽略短路试验时的铁耗，用额定电流时的短路忽略短路试验时的铁耗，用额定电流时的短路损耗损耗pkN来代替额定电流时的铜耗。但需要注意的来代替额定电流时的铜耗。但需要注意的是：是： 不同负载时的铜耗与负载系数的平方成正不同负载时的铜耗与负载系数的平方成正比，比，当短路损耗当短路损耗pk不是在不是在IK=IN时测

43、的，则时测的，则pkN=(IN/IK)2PK。3. 不考虑变压器副边电压的变化，即认为不考虑变压器副边电压的变化，即认为U2=U2N不变，这样便有不变，这样便有P2=mU2I2 cos2=mU2NI2N(I2/I2N)cos2 = SN cos 2 kNcupp2 这样，效率的公式可变为：这样，效率的公式可变为： = *100% 以上的假定引起的误差不大（不超过以上的假定引起的误差不大（不超过0.5），却给计算带来很大方便，电力变压），却给计算带来很大方便，电力变压器规定都用这种方法来计算效率。器规定都用这种方法来计算效率。3.3.效率特性：效率特性： 上式说明，当负载的功率因数上式说明，当负

44、载的功率因数cos 2一定一定时，效率随负载系数而变化。图为变压器时，效率随负载系数而变化。图为变压器的效率曲线。的效率曲线。 ppSppkNNkN20220cos1 特性分析：特性分析： 1.空载时输出功率为零，所以空载时输出功率为零，所以=0。 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，功率较低。较低。 3.负载增加，效率负载增加，效率亦随之增加。超过某一亦随之增加。超过某一负载时，因铜耗与成正比增大，效率负载时，因铜耗与成正比增大，效率反而反而降低，最大效率降低，最大效率出现在出现在 =0的地方。因此，的地方。因此，取取对对的导数，并令其等于零，即可求出的导数，并令其等

45、于零，即可求出最高效率最高效率max时的负载系数时的负载系数m m=dd= ppkN0 max= 100 即当不变损耗（铁耗）等于可变损耗（铜耗）即当不变损耗（铁耗）等于可变损耗（铜耗）时效率最大。时效率最大。由于变压器总是在额定电压下运行，但不可由于变压器总是在额定电压下运行，但不可能长期满负载。为了提高运行的经能长期满负载。为了提高运行的经济性，济性，通常设计成通常设计成m=0.50.6，这样，这样，使铁耗较小使铁耗较小pSpNm0202cos2141310ppkN3.6 3.6 三三 相相 变变 压压 器器 三相变压器的特殊问题：三相变压器的特殊问题： 三相变压器的磁路系统、三相变压器绕

46、组的三相变压器的磁路系统、三相变压器绕组的连接方法和联结组、三相变压器空载电动势连接方法和联结组、三相变压器空载电动势的波形和三相变压器的不对称运行等。的波形和三相变压器的不对称运行等。 3.6.1 3.6.1 三相变压器的磁路三相变压器的磁路系统系统三相变压器的磁路系统三相变压器的磁路系统可分为各相磁路独立和可分为各相磁路独立和各相磁路相关两大类。各相磁路相关两大类。一、各相磁路独立一、各相磁路独立:三相变压器组或组式三相变压器三相变压器组或组式三相变压器,如图所示如图所示 特点：特点：1.显然各相磁路相互独立彼此无关显然各相磁路相互独立彼此无关 2.当原方接三相对称电源时，各相主当原方接三

47、相对称电源时，各相主磁通和励磁电源也是对称的。磁通和励磁电源也是对称的。二、各相磁路相关：二、各相磁路相关：如图所示，如图所示， 可见，此时的各相磁通之间是相互联可见，此时的各相磁通之间是相互联系的，即：系的，即： 特点：特点：在这种铁心结构的变压器中，任在这种铁心结构的变压器中，任一瞬间某一一瞬间某一相的磁通均以其他两相铁心相的磁通均以其他两相铁心为回路，因此各相磁路彼此相关联。为回路，因此各相磁路彼此相关联。 .0CBA3.6.2三相变压器的电路系统三相变压器的电路系统-绕组的连绕组的连接法与联结组接法与联结组一、绕组的端点标志与极性：一、绕组的端点标志与极性： 首先，我们来了解一下变压器

48、出线端的标志首先，我们来了解一下变压器出线端的标志符号：符号：绕组名绕组名 单相变压器单相变压器三相变压器三相变压器首首 端端末末 端端首首 端端末末 端端中中 点点高压绕组高压绕组AXA B CX Y ZN低压绕组低压绕组ax a b c x y zn中压绕组中压绕组NmXmCBAmmmZYXmmmmA 同极性同极性(名名)端端：由于变压器高、低压绕组交链着由于变压器高、低压绕组交链着同一主磁通，当某一瞬间高压绕组的某一端为正同一主磁通，当某一瞬间高压绕组的某一端为正电位时，在低压绕组上必有一个端点的电位也为电位时，在低压绕组上必有一个端点的电位也为正，则这两个对应的端点称为同极性端，并在对

49、正，则这两个对应的端点称为同极性端，并在对应的端点上用符号应的端点上用符号“”标出。标出。注意：注意：绕组的极性只决定于绕组的绕向，与绕组首、绕组的极性只决定于绕组的绕向，与绕组首、尾端的标志无关。尾端的标志无关。规定绕组电动势的正方向为从规定绕组电动势的正方向为从首端指向末端。当同一铁心柱上高、低压绕组首首端指向末端。当同一铁心柱上高、低压绕组首端的极性相同时，其电动势相位相同，如图所示。端的极性相同时，其电动势相位相同，如图所示。当首端极性不同时，高、低压绕组电动势相位相当首端极性不同时，高、低压绕组电动势相位相反，如图：反，如图： 二、单相变压器的联结组二、单相变压器的联结组： 1 1、

50、变压器的联结组：三相变压器高、低压绕组对、变压器的联结组：三相变压器高、低压绕组对应的应的线电动势线电动势之间的相位差，通常用时钟法来表之间的相位差，通常用时钟法来表示，称为变压器的联结组。示，称为变压器的联结组。 2 2、时钟法：时钟法：即把高压绕组的线电动势相量作为时即把高压绕组的线电动势相量作为时钟的长针，且固定指向钟的长针，且固定指向1212的位置，对应的低压绕的位置，对应的低压绕组的线电动势相量作为时钟的短针，其所指的钟组的线电动势相量作为时钟的短针，其所指的钟点数就是变压器联结组的标号。点数就是变压器联结组的标号。3、单相变压器的联结组号：、单相变压器的联结组号： 如图所示：如图所

51、示：对于单相变压器，当高、低压绕组电对于单相变压器，当高、低压绕组电动势相位相同时，联结组为动势相位相同时，联结组为I I，I0I0，其中其中I I，I I表示表示高、低压绕组都是单相绕组。当高、低压绕组电高、低压绕组都是单相绕组。当高、低压绕组电动势相位相反时，其联结组为动势相位相反时，其联结组为I I，I6I6。 三、三相绕组的联结方式：三、三相绕组的联结方式： 对于三相变压器，不论是高压绕组还是低压绕对于三相变压器，不论是高压绕组还是低压绕组，组， 我国主要采用我国主要采用星形连接（星形连接（Y连接）和三角形连接）和三角形连接（连接（D连接）两种。连接）两种。星形连接方式：星形连接方式：

52、以高压绕组为例，把三相绕组的以高压绕组为例，把三相绕组的个末端个末端X、Y、Z连在一起，结成中点，而把它们连在一起，结成中点，而把它们的三个首端的三个首端A、B、C引出，便是星形连接，以符引出，便是星形连接，以符号号Y表示。表示。三角形连接方式：三角形连接方式：如果把一相的末端和另一相首端如果把一相的末端和另一相首端连接起来，顺序形成一闭合电路，称为三角形连连接起来，顺序形成一闭合电路，称为三角形连接，用接，用D D表示。表示。注意：相应的是对于低压侧而言，用注意：相应的是对于低压侧而言，用 y,dy,d表示。表示。 四、三相变压器的联结组：四、三相变压器的联结组： 三相变压器的联结组三相变压

53、器的联结组高、低绕组对高、低绕组对应线电动势之间的相位差，不仅与绕组的应线电动势之间的相位差，不仅与绕组的极性（绕法）和首末端的标志有关，而且极性（绕法）和首末端的标志有关，而且与绕组的连接方式有关与绕组的连接方式有关。 1、Y，y接法 如图所示： 当各相绕组同铁心柱时，当各相绕组同铁心柱时，Y，y接法有两接法有两种情况。种情况。 1 1）、）、高、低压绕组同极性端有相同的首高、低压绕组同极性端有相同的首端标志，高、低压绕组相电动势相位相同，端标志，高、低压绕组相电动势相位相同，则高、低压绕组对应线电动势和也同相位，则高、低压绕组对应线电动势和也同相位，其联结组为其联结组为Y，y0。 2）、同

54、极性端有相异的端点标志，高、）、同极性端有相异的端点标志，高、低压绕组相电动势相位相反，则对应的线低压绕组相电动势相位相反，则对应的线电动势和相位也相反，因此其联结组为电动势和相位也相反，因此其联结组为Y，y6。 如果高低绕组的三相标记不变，将低压绕如果高低绕组的三相标记不变，将低压绕组的三相标记依次轮换，如组的三相标记依次轮换，如ba，cb，ac；yx，zy，xz，则可得到其他则可得到其他联结组别，例如联结组别，例如Y，y4；Y，y8；Y，y10；Y，y2等偶数联结组。等偶数联结组。 2、Y，d接法接法 在用相量图判断变压器的联结组时应注意在用相量图判断变压器的联结组时应注意以下几点：以下几

55、点：1）绕组的极性只表示绕组的绕法，与绕组首末端）绕组的极性只表示绕组的绕法，与绕组首末端的标志无关；的标志无关；2）高、低压绕组的相电动势均从首端指向末端，）高、低压绕组的相电动势均从首端指向末端，线电动势从线电动势从A指向指向B； 3）同一铁心柱上的绕组（在连接图中为上下对应同一铁心柱上的绕组（在连接图中为上下对应的绕组），首端为同极性时相电动势相位相同，的绕组），首端为同极性时相电动势相位相同，首端为异极性时相电动势相位相反；首端为异极性时相电动势相位相反；4）相量图中）相量图中A、B、C与与a、b、c的排列顺序必须同的排列顺序必须同为为顺时针顺时针排列，即原、副方同为正相序。排列，即原

56、、副方同为正相序。 5)对于对于Y,y连接而言连接而言,可的可的0,2,4,6,8,10六个六个偶数的联结组号偶数的联结组号. 相对于相对于Y,d而言而言,就可的就可的1,3,5,7,9,11六个奇六个奇数的联结组号数的联结组号. 5、标准联结组：、标准联结组： 总的来说，Y，y接法和D，d接法可以有0、2、4、6、8、10等6个偶数联结组别，Y，d接法和D，d接法可以有1、3、5、7、9、11等6个奇数组别，因此三相变压器共有12个不同的联结组别。为了使用和制造上的方便，我国国家标准规定只生产下列我国国家标准规定只生产下列5种标准联结组别的电力变压器，即种标准联结组别的电力变压器，即Y，yn

57、0；Y，d11；YN，d11；YN，y0；Y，y0。其其中以前中以前3种最为常用。对于单相变压器，标种最为常用。对于单相变压器，标准联结组为准联结组为I，I0。v *3.6.3 3.6.3 三相变压器空载电动势三相变压器空载电动势的波形的波形 在分析单相变压器的空载运行时指出，由于在分析单相变压器的空载运行时指出，由于磁路存在着饱和现象，当主磁通为正弦波时，磁路存在着饱和现象，当主磁通为正弦波时，励磁电流为尖顶波，其中除基波外还主要包励磁电流为尖顶波，其中除基波外还主要包含有三次谐波。但在三相变压器中，三次谐含有三次谐波。但在三相变压器中，三次谐波电流在时间上相位相同。即波电流在时间上相位相同

58、。即tIimA3sin33ttIIimmB3sin)120(3sin3033ttIIimmC3sin)240(3sin3033 可见，在三相中三次可见，在三相中三次谐波谐波 在时间上是同在时间上是同相位的，所以，它的流通与否与三相绕组相位的，所以，它的流通与否与三相绕组的连接方式有关：的连接方式有关：如果三相变压器的原绕组为如果三相变压器的原绕组为YN或或D接法，则接法，则三次谐波电流可以流通，各相磁化电流为三次谐波电流可以流通，各相磁化电流为尖顶波。在这种情况下，不论副方是尖顶波。在这种情况下，不论副方是y接法接法或或d接法，铁心中的主磁通均为正弦波，因接法，铁心中的主磁通均为正弦波，因此各

59、相电动势也为正弦波。此各相电动势也为正弦波。下面进行详细分析：下面进行详细分析：1、Y,y连接的三相变压器：连接的三相变压器： 在这种接法里，三次谐波电流不能流通，励磁在这种接法里，三次谐波电流不能流通，励磁电流近似为正弦波。由于铁心的饱和现象，磁通电流近似为正弦波。由于铁心的饱和现象，磁通近似为平顶波，除基波外，还主要包含有三次谐近似为平顶波，除基波外，还主要包含有三次谐波磁通，如图所示。但三次谐波磁通的大小决定波磁通，如图所示。但三次谐波磁通的大小决定于三相变压器的磁路系统。于三相变压器的磁路系统。1各相磁路独立的三相变压器组各相磁路独立的三相变压器组 三次谐波磁通较大，加之三次谐波磁通较

60、大，加之 ，所以三次，所以三次谐波电动势相当大，其幅值可达基波电动势幅值谐波电动势相当大，其幅值可达基波电动势幅值的的4560%，导致相电动势波形严重畸变，所产，导致相电动势波形严重畸变，所产生的过电压可能危害绕组的绝缘。因此，生的过电压可能危害绕组的绝缘。因此，三相变三相变压器组不能采用压器组不能采用Y Y，y y连接，连接，但在线电动势中，由但在线电动势中，由于三次谐波电动势互相抵消，其波形仍为正弦波。于三次谐波电动势互相抵消，其波形仍为正弦波。ff313 2 磁路彼此关联的三相心式变压器磁路彼此关联的三相心式变压器 在这种磁路结构中，各相大小相等、相位相在这种磁路结构中，各相大小相等、相