第3章--变压器学习教案

1、会计学1第第3章章-变压器变压器第一页，共93页。2简单的单相变压器：在两个简单的单相变压器：在两个(lin )线圈没有电的直接联系，线圈没有电的直接联系，只有磁的耦合。只有磁的耦合。原绕组原绕组(roz)：也称一次绕或初级：也称一次绕或初级绕组绕组(roz)。是变压器的两个线圈。是变压器的两个线圈中接交流电源的线圈，其匝数为中接交流电源的线圈，其匝数为N1副绕组副绕组(roz)：也称二次绕组：也称二次绕组(roz)或次级绕组或次级绕组(roz)。是变。是变压器接到用电设备上的线圈，其压器接到用电设备上的线圈，其匝数为匝数为N2交变磁通同时与原、副绕组交链，在原、副绕组内产生感应交变磁通同时与

2、原、副绕组交链，在原、副绕组内产生感应电动势。电动势。 第1页/共93页第二页，共93页。3器）、特种变压器（如调压变器）、特种变压器（如调压变压器、试验变压器、电炉变压压器、试验变压器、电炉变压器、整流变压器、电焊变压器器、整流变压器、电焊变压器等）。等）。第2页/共93页第三页，共93页。4第3页/共93页第四页，共93页。5电力电力(dinl)变变压器压器电源电源(dinyun)变压器变压器环形环形(hun xn)变压器变压器接触调压接触调压器器控制变压器控制变压器三相干式变压器三相干式变压器第4页/共93页第五页，共93页。6变压器的主要结构：铁心和绕组。铁心是变压器的磁路变压器的主要

3、结构：铁心和绕组。铁心是变压器的磁路(c l)部分；绕组是变压器的电路部分。部分；绕组是变压器的电路部分。第5页/共93页第六页，共93页。7铁芯单相(dn xin)壳式变压器铁轭第6页/共93页第七页，共93页。8第7页/共93页第八页，共93页。9绕组是变压器的电路部分绕组是变压器的电路部分(b fen)， 一般用铜或铝的绝缘导线绕成。一般用铜或铝的绝缘导线绕成。绕组绕组(roz)有同心式和交叠式两种。有同心式和交叠式两种。高压(goy)绕组低压绕组高压绕组第8页/共93页第九页，共93页。10铁心中常设有油道，以改善铁心中常设有油道，以改善(gishn)(gishn)铁心内部的散热条件，

4、铁心内部的散热条件，如图所示。如图所示。第9页/共93页第十页，共93页。11三、变压器基本三、变压器基本(jbn)结构结构第10页/共93页第十一页，共93页。121.温度计；温度计；2.吸湿器；吸湿器；3.储油柜；储油柜；4.油表；油表；5.安全气道；安全气道；6.气体继电器；气体继电器；7.高压套管高压套管(to un)；8.低压套管低压套管(to un)；9.分接开关；分接开关；10.油箱；油箱；11.铁芯；铁芯；12.线圈；线圈；13.放油阀放油阀变压器其它变压器其它(qt)附件附件第11页/共93页第十二页，共93页。13第12页/共93页第十三页，共93页。14n根据额定容量和额

5、定电压计算根据额定容量和额定电压计算出的线电流，称为额定电流，以出的线电流，称为额定电流，以A表示。表示。第13页/共93页第十四页，共93页。15的理想工作的理想工作(gngzu)(gngzu)状态，具状态，具有优良的性能，可长期工作有优良的性能，可长期工作(gngzu)(gngzu)。NNNNNNUSIUSI2211;NNNNNNUSIUSI22113;3第14页/共93页第十五页，共93页。16101 0uiN i11e 1e2e0 1i r第二节、变压器的空载第二节、变压器的空载(kn zi)运行运行第15页/共93页第十六页，共93页。17手定则手定则(dn z)(dn z)）；）；

6、二、变压器中正二、变压器中正(zhn zhn)方向的规定方向的规定第16页/共93页第十七页，共93页。181112211;dddeNeNeNdtdtdt 第17页/共93页第十八页，共93页。19e2i2ei1第18页/共93页第十九页，共93页。20e2e1e1i0i0u1u2011110 1ueei r 第19页/共93页第二十页，共93页。21三、磁通、电动势与空载三、磁通、电动势与空载(kn zi)电流电流11ue 110 1|eei r sinmt 第20页/共93页第二十一页，共93页。22)90sin(2cos01111tEtNdtdNem)90sin(2cos02222tEt

7、NdtdNem)90sin(2cos0111111tEtNdtdNem第21页/共93页第二十二页，共93页。23mmfNNE11144. 42mmfNNE22244. 42mmfNNE1111144. 42第22页/共93页第二十三页，共93页。24k21212144.444.4NNfNfNkmmEE112 02NNUUkUU第23页/共93页第二十四页，共93页。250iii（三）空载电流：（三）空载电流： 变压器空载运行时原绕组变压器空载运行时原绕组(roz)中的电流中的电流 主要用来产生磁场，又称为励磁电流，分析它的波形：主要用来产生磁场，又称为励磁电流，分析它的波形： 1）当不考虑铁

8、心损耗时，励磁电流是纯磁化电流，用）当不考虑铁心损耗时，励磁电流是纯磁化电流，用 来表示。由于磁路有饱和现象，磁化电流来表示。由于磁路有饱和现象，磁化电流 与产生它的磁通与产生它的磁通之间的关系是非线性的。当磁通按正弦规律变化时，励磁电流为尖顶波。之间的关系是非线性的。当磁通按正弦规律变化时，励磁电流为尖顶波。第24页/共93页第二十五页，共93页。26i0i0i0t只考虑饱和只考虑饱和(boh)时的励磁电流时的励磁电流第25页/共93页第二十六页，共93页。27i0i0i0i0励磁电流可分解为两个分量：励磁电流可分解为两个分量：（1）与）与 同相的磁化电流同相的磁化电流（2）导前）导前 90

9、0有功分量有功分量IFeI t考虑磁滞回线时的励磁考虑磁滞回线时的励磁(l c)电流电流第26页/共93页第二十七页，共93页。28i iIFe0FeI I I 220FeIIII00IFeII m 第27页/共93页第二十八页，共93页。2910111RIEEU01011IIEjxLj四、电动势平衡(pnghng)方程式、等效电路及相量图)90sin(2cos0111111tEtNdtdNem1110 1ueei r 第28页/共93页第二十九页，共93页。30111010011IERjxI ZIUE jx11EU220EU第29页/共93页第三十页，共93页。31111010011Erjx

10、I ZIIUE 1E1EIFeI0I10rI10 xI j1U0空载空载(kn zi)时的相量图和时的相量图和等效电路等效电路 考虑铁耗（磁滞、涡流），考虑铁耗（磁滞、涡流）， 激磁激磁电流不再电流不再(b zi)与主磁通同相，与主磁通同相， 而是导前一个磁滞角。而是导前一个磁滞角。如果如果 用电路参数来表示用电路参数来表示1E 10mEI Z 空载空载(kn zi)时的相量图时的相量图: 已知已知第30页/共93页第三十一页，共93页。32.11011.00mUEZZZZII 10mmmEZrjxI )(101011ZZIZIEmU第31页/共93页第三十二页，共93页。33 等值电路综合了

11、空载时变压器内部的物理情况，等值电路综合了空载时变压器内部的物理情况， 在等值电在等值电路中路中r1、x1是常量；是常量；rm、xm是变量，是变量， 它们随铁心磁路饱和程它们随铁心磁路饱和程度度(chngd)的增加而减少。的增加而减少。电压电压(diny)方程：方程：0I0I1U1Emrmxmrmx1x1r1E1011()mmIrjxrjxU 变压器等值电路变压器等值电路(dinl)第32页/共93页第三十三页，共93页。34（1）r1为原绕组的电阻；为原绕组的电阻；x1是原绕组的漏电抗，与匝数和几何尺是原绕组的漏电抗，与匝数和几何尺寸寸(ch cun)有关，表征漏磁通对电流的电磁效应。有关，

12、表征漏磁通对电流的电磁效应。 （2） rm：变压器的励磁电阻，反映铁耗：变压器的励磁电阻，反映铁耗： Zm：变压器的励磁阻抗。：变压器的励磁阻抗。 xm:变压器的励磁电抗，反映励磁过程变压器的励磁电抗，反映励磁过程（3）主磁通大小，）主磁通大小， 取决于电网电压、频率和匝数。取决于电网电压、频率和匝数。101EjI x 20FempI r 10mEZI 22mmmxZr114.44mUfN 第33页/共93页第三十四页，共93页。35. . 变压器的负载变压器的负载(fzi)(fzi)运行运行磁通势平衡关系(gun x)基本方程式折算法()电动势的折算(2)电流的折算(3)阻抗的折算()电压的

13、折算第34页/共93页第三十五页，共93页。36图3.12 单相变压器负载(fzi)运行第35页/共93页第三十六页，共93页。37第36页/共93页第三十七页，共93页。38第37页/共93页第三十八页，共93页。39第38页/共93页第三十九页，共93页。40等效电路相量图第39页/共93页第四十页，共93页。41图3.13 变压器负载(fzi)运行示意图第40页/共93页第四十一页，共93页。42图3.14 变压器的“T”形等效电路第41页/共93页第四十二页，共93页。43图3.15 变压器的“”形等效电路第42页/共93页第四十三页，共93页。44图3.16 变压器的简化(jinhu

14、)等效电路第43页/共93页第四十四页，共93页。45图3.17 感性(gnxng)负载时变压器的相量图第44页/共93页第四十五页，共93页。463.3. 变压器参数变压器参数(cnsh)(cnsh)的测定的测定从上节可知，当用基本方程式、等效电路或相量图分析变压器的运行性能时，必须知道变压器的参数。这些参数直接影响变压器的运行性能，在设计变压器时，可根据使用的材料及结构(jigu)尺寸把它们计算出来，而对已制成的变压器，可用试验的方法求得。第45页/共93页第四十六页，共93页。47空载试验（低压侧）试验目的:测定(cdng)变压器的空载电流I0、变比k、 铁损耗 及励磁阻抗Zm=rm+j

15、xm。图3.18 变压器空载(kn zi)试验接线图Fep第46页/共93页第四十七页，共93页。480Fepp第47页/共93页第四十八页，共93页。49实验目的实验目的(md)：测定变压器的：测定变压器的 和和 、 。图3.19 变压器短路(dunl)试验接线图短路试验(shyn)（高压侧）kZcup记录室温ku第48页/共93页第四十九页，共93页。50cukpp第49页/共93页第五十页，共93页。51175111100%100%NkCkrNNkkxNIRuUIXuU第50页/共93页第五十一页，共93页。523.3. 变压器的运行变压器的运行(ynxng)(ynxng)特性特性电压变

16、化率(1)负载(fzi)时二次侧端电压的变化222(0)(0),;(0),UU当变压器带阻性负载和阻感性负载时为正值这时二次端电压比空载时低 带阻容性负载时可能为正也可能为负值.第51页/共93页第五十二页，共93页。53 电压变化率是指一次侧加50Hz额定( dng)电压、二次空载电压与带负载后在某功率因数下的二次电压之差，与二次额定( dng)电压的比值，即 (2)电压(diny)变化率%100%1001212220NNNUUUUUUU 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(dxio)反映了供电电压的稳定性。第52页/共93页第五十三页，共93页。54kr1ULZkx1I2

17、U1NUoBACEFD22212221212cossincossinNkkUUOAOCODOCCDCFFDCFBEBCABI rI x1 kI r1kjI xOAOD第53页/共93页第五十四页，共93页。55kr1ULZkx121212cossinNkkUUI rI x1I2U1NUoBACEFD2221 kI r1kjI x121122111100%cossin100%NN kNkNNNUUIrIxUUUU1INII第54页/共93页第五十五页，共93页。56121122111100%cossin%100NN kNkNNNUUIrIxUUUU可以(ky)看出：(1)纯阻性负载时，2=0，

18、U为正；(2)感性负载时， 20，U为正；(3)容性负载， 20，U可正可负。实际运行中一般是感性负载， 端电压下降58%。22(1)NUU U第55页/共93页第五十六页，共93页。57、变压器的效率(xio l)与效率(xio l)特性效率(xio l)是指变压器的输出功率与输入功率的比值。%10012PP一、变压器的损耗(snho)变压器的损耗主要是铁损耗和铜损耗两种。 铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗。基本铁损耗为磁滞损耗和涡流损耗。附加损耗包括由铁心叠片间绝缘损伤引起的局部涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。 铁损耗与外加电压大小有关，而与负载大小基本无关，故也称为不变损耗

19、。0Fepp在额定电压下测得的空载损耗主要是铁损：第56页/共93页第五十七页，共93页。58 铜损耗也分基本铜损耗和附加铜损耗。基本铜损耗是在电流在一、二次绕组直流电阻上的损耗；附加损耗包括(boku)因集肤效应引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。 铜损耗大小与负载(fzi)电流平方成正比，故也称为可变损耗。21CukpI r短路(dunl)实验电流额定：21kNN kpIr在任意负载下：22211NkkNCukpI rIrp（） 第57页/共93页第五十八页，共93页。59222222222UcosUcoscosNPIIS20220(1)100%coskNNkNppSpp不考

20、虑不考虑(kol)变压器副边电压的变化，即认为变压器副边电压的变化，即认为U2=U2N不变：不变：12112%100%1001%100FeCuFeCuFeCuPppppPPPPpp二、效率(xio l)第58页/共93页第五十九页，共93页。60当原绕组外施电压 和副绕组的负载功率因数(n l yn sh)不变时， 变压器效率随负载电流变化的规律。 f(I2) 或=f(),称为变压器的效率特性。.0max第59页/共93页第六十页，共93页。61 即当铜损耗(snho)等于铁损耗(snho)(可变损耗(snho)等于不变损耗(snho)时,变压器效率最大：:, 0率的条件则有变压器产生最大效令

21、dd2k0mNPP或0kmNPP%100)2cos21 (020maxPSPNm为了提高(t go)变压器的运行效益，设计时应使变压器的铁损耗小些第60页/共93页第六十一页，共93页。623.3. 三相三相(sn xin(sn xin) )变压器的连接组别变压器的连接组别电力系统均采用三相制，所以三相变压器被广泛用于输配电及各种电气设备。电力系统中三相电压是对称的，三相变压器各相的参数是相同的，通常所接负载亦对称（即三相负载阻抗(zkng)相同），这时三相变压器的一、二次绕组均为三相对称电路。第61页/共93页第六十二页，共93页。631W2Ww1V2Vv1U2Uu一、一、 三相变压器的磁路

22、三相变压器的磁路(c l)系系统统第62页/共93页第六十三页，共93页。640WVU中间铁心中间铁心(ti xn)柱柱的主磁通为三相主的主磁通为三相主磁通的总和可以省磁通的总和可以省去铁心去铁心(ti xn)柱。柱。 为结构为结构(jigu)简单，简单，将三个铁芯柱排在一将三个铁芯柱排在一个平面磁路长短不一，个平面磁路长短不一， 励磁电流占很小比例，励磁电流占很小比例， 影响不大。影响不大。 第63页/共93页第六十四页，共93页。65心式磁路(c l)变压器特点是：三相特点是：三相(sn xin)磁路彼此有关联。磁路彼此有关联。1U2U1u2u1V2V1v2v1W2W1w2wuvw第64页

23、/共93页第六十五页，共93页。66绕组绕组名名 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 点点高压绕高压绕组组U1U2U1V1W1U2V2W2N低压绕低压绕组组u1u2u1v1w1 u2v2w2n二、三相变压器的电路二、三相变压器的电路-绕组绕组(roz)联结组别联结组别第65页/共93页第六十六页，共93页。67第66页/共93页第六十七页，共93页。68单相(dn xin)变压器的极性*1U2U1u2u*1U2U1u2u1U2U1u2u一、二次绕组(roz)的同名端同标志时，一、二次绕组(roz)的电动势同相位。*1u2u1U2U1u2u*1U

24、2U*1U2U1u2u一、二次绕组(roz)的同名端异标志时，一、二次绕组(roz)的电动势反相位。联结组 I,I0联结组 I,I6a） d）b） c）（二）单相变压器的联结组别（二）单相变压器的联结组别第67页/共93页第六十八页，共93页。69连接连接(linji)组别：反映三相变压器连接组别：反映三相变压器连接(linji)方式及一、二次线方式及一、二次线电动势（或线电压）的相位关系。电动势（或线电压）的相位关系。三相变压器的连接组别不仅与绕组的绕向和首末端标志有关，而且三相变压器的连接组别不仅与绕组的绕向和首末端标志有关，而且(r qi)还与三相绕组的连接方式有关。还与三相绕组的连接方

25、式有关。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（电压）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（电压）的相位差总是的相位差总是300的整数倍。因此可以采用时钟表示法的整数倍。因此可以采用时钟表示法 作为时钟的作为时钟的分针，指向分针，指向12点，点， 作为时钟的时针，其指向的数字就是三相变压器的组作为时钟的时针，其指向的数字就是三相变压器的组别号别号(biho)。组别号。组别号(biho)的数字乘以的数字乘以300，就是二次绕组的线电动势，就是二次绕组的线电动势滞后于一次侧电动势的相位角。滞后于一次侧电动势的相位角。UVEuvE（三）三相变压器联结组别（三

26、）三相变压器联结组别第68页/共93页第六十九页，共93页。70电动势和相位也相反，因此其电动势和相位也相反，因此其联结组为联结组为Y Y，y6y6。第69页/共93页第七十页，共93页。71同名端在对应端，对应的相电动势同相位(xingwi)，线电动势 和 也同相位(xingwi)，联结组别为Y，y0。1、Y，y连接(linji)UVEuvE第70页/共93页第七十一页，共93页。72若高压绕组三相标志不变，在若高压绕组三相标志不变，在Y,y0联结组基础上，低压联结组基础上，低压绕组三相标志依次右移绕组三相标志依次右移(w1u1v1) ，可以，可以(ky)得到得到Y,y4联结组联结组; 再次

27、右移再次右移(v1w1u1) ，可以，可以(ky)得到得到Y,y8 联结组。联结组。第71页/共93页第七十二页，共93页。73U1U1V1Y/Y6在在Y,y0基础上，如果基础上，如果(rgu)高高/低压绕组对应低压绕组对应端是异名端，可得到端是异名端，可得到Y，y6V1W1u1 v1 w1W1 v1126第72页/共93页第七十三页，共93页。74若高压绕组三相标志不变，在若高压绕组三相标志不变，在Y,y6联结组基础联结组基础(jch)上，上，低压绕组三相标志依次右移，可以得到低压绕组三相标志依次右移，可以得到Y,y10、Y,y2联结联结组别。组别。第73页/共93页第七十四页，共93页。7

28、52、Y，d连接(linji)UVEuvE 同名(tngmng)端在对应端，对应的相电动势同相位，线电动势 和 相差3300，连接组别为Y，d11。第74页/共93页第七十五页，共93页。76若高压绕组三相标志不变，在Y，d11基础(jch)上，低压绕组三相标志依次右移，可以得到Y,d3、Y,d7联结组别。2、Y，d连接(linji)第75页/共93页第七十六页，共93页。772、Y，d连接(linji)同理，若改变2次侧联结顺序(shnx)，可得到Y,d1联结组第76页/共93页第七十七页，共93页。78若高压绕组(roz)三相标志不变，低压绕组(roz)三相标志依次后移，可以得到Y,d5连

29、接组。2、Y，d连接(linji)第77页/共93页第七十八页，共93页。79若高压绕组三相(sn xin)标志不变，低压绕组三相(sn xin)标志依次后移，可以得到Y,d9连接组别。2、Y，d连接(linji)第78页/共93页第七十九页，共93页。80 总之，对于Y，y（或D，d）连接，可以得到0、2、4、6、8、10等六个偶数(u sh)组别；而Y，d（或D，y）连接，可以得到1、3、5、7、9、11等六个奇数组别。 变压器的连接组别很多，为了(wi le)便于制造和并联运行，国家标准规定，Y，yn0、Y，d11、YN，d11、YN，y0和Y，y0连接组为三相双绕组电力变压器的标准连接

30、组别。 其中前三种最为常用：Y,yn0 连接的二次绕组可以引出中线，成为三相四线制，用作配电(pi din)变压器时可兼供动力和照明负载。Y,d11连接用于低压侧电压超过400V的线路中。YN,d11连接主要用于高压输电线路中，使电力系统的高压侧可以接地。第79页/共93页第八十页，共93页。81 提高供电提高供电(n din)的可靠性；的可靠性； 负荷变化较大，用多台变压器并联运行可以随负荷变化较大，用多台变压器并联运行可以随 时调节投入变压器的台数；时调节投入变压器的台数； 可以减少变压器的储备容量。可以减少变压器的储备容量。 u1 u2 T1 T2 3.7 三相变压器的并联三相变压器的并

31、联(bnglin)运行运行第80页/共93页第八十一页，共93页。821. 空载时各台变压器的空载时各台变压器的 I2 = 0，即各台变压器之，即各台变压器之 间无环流。间无环流。2. 负载运行负载运行(ynxng)时，各台变压器分担的负载与它们时，各台变压器分担的负载与它们 的容量成正比。的容量成正比。二、理想并联运行二、理想并联运行(ynxng)的条件的条件1. 电压比相等，以保证二次空载电压相等。电压比相等，以保证二次空载电压相等。 规定：电压比之差规定：电压比之差0.5%(平均电压比平均电压比)2. 联结组别相同，以保证二次空载电压相位相同。联结组别相同，以保证二次空载电压相位相同。

32、一、并联运行的理想一、并联运行的理想(lxing)状态状态3. 短路短路(dunl)阻抗相对值相等。阻抗相对值相等。第81页/共93页第八十二页，共93页。83三、并联三、并联(bnglin)运行条件不满足时的状况运行条件不满足时的状况1、联接组别对并联(bnglin)运行的影响2200.518UU第82页/共93页第八十三页，共93页。842、变比不等时的并联(bnglin)运行规定：电压规定：电压(diny)比之差比之差0.5%(平均电压平均电压(diny)比比)第83页/共93页第八十四页，共93页。853、短路阻抗(zkng)相对值不等时的并联运行当当 ZS 的相对值（或的相对值（或

33、US 的相对值）相等时，的相对值）相等时， 各台变压器承担各台变压器承担(chngdn)的负载与其容量成正比。的负载与其容量成正比。第84页/共93页第八十五页，共93页。863.8 3.8 自耦变压器和仪用互感器自耦变压器和仪用互感器前面以普通双绕组电力变压器为例,阐述(chnsh)了变压器的基本理论。尽管变压器的品种繁杂,规格甚多,但其基本理论都是相似的,这里不再一一讨。本节仅介绍较为常用的自耦变压器和仪用互感器的工作原理及特点。第85页/共93页第八十六页，共93页。871. 自耦变压器的基本结构自耦变压器的基本结构 只有一个只有一个(y )绕组。绕组。手手柄柄接接线线柱柱一、自耦变压器一、自耦变压器第86页/共93页第八十七页，共93页。882. 自耦变压器的工作自耦变压器的工作(gngzu)原理原理(1) 电压关系电压关系 忽略忽略(hl)漏阻抗，则漏