电机拖动之变压器

1、第三章变压器第三章变压器 变压器是一种静止电机，它是可以将电能从一种电压的变压器是一种静止电机，它是可以将电能从一种电压的转换为另一种电压的电器。主要分为：转换为另一种电压的电器。主要分为： 1、电力变压器、电力变压器：电力系统传输电能：电力系统传输电能 的升压变压器的升压变压器/降压变压降压变压器器/配电变压器等。配电变压器等。 本章主要介绍普通电力配电变压器。本章主要介绍普通电力配电变压器。电炉变压器电炉变压器(专用专用) 给电炉给电炉(如炼钢如炼钢 炉炉)供电。供电。 电焊变压器电焊变压器(专用专用) 给电焊机供电。给电焊机供电。 整流变压器整流变压器(专用专用)： 给直流电力机车供电。

2、给直流电力机车供电。 2、仪用试验用变压器：用在测量设备中，如互感器。、仪用试验用变压器：用在测量设备中，如互感器。3、电子变压器：用在电子线路中。、电子变压器：用在电子线路中。 除了按以上用途分类外，变压器还可以按相数除了按以上用途分类外，变压器还可以按相数/绕组数目绕组数目/铁心形式铁心形式/冷却方式等特征分类。冷却方式等特征分类。 按相数分按相数分：单相：单相/三相三相/多相等多相等 按绕组数按绕组数：双绕组：双绕组/自耦自耦/三绕组三绕组/多绕组多绕组 铁心形式铁心形式：心式：心式/壳式壳式 冷却方式冷却方式：干式：干式/油浸式等油浸式等 3-1变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作

3、原理一、主要结构一、主要结构 一般变压器的主体部分由一个一般变压器的主体部分由一个铁心铁心和高、低压两套和高、低压两套绕组绕组组成。组成。 跟电源连接的线圈叫原线圈，也叫初级线圈，跟负载连接的线圈叫副线圈，也叫次级线圈，两线圈由绝缘导线绕制，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成U1n1n2U2U1U2电路中的符号 一、主要结构一、主要结构 一般变压器的主体部分由一个一般变压器的主体部分由一个铁心铁心和高、低压两套和高、低压两套绕组绕组组成。组成。 1.铁芯铁芯 是变压器的是变压器的磁路磁路部分，分部分，分叠片式叠片式和和渐开线式渐开线式两种两种.叠片式一般由叠片式一般由0.35mm/0.5mm冷轧

4、冷轧(也用热轧也用热轧)硅钢片叠成。硅钢片叠成。相邻层相邻层按不同方式按不同方式交错叠放交错叠放，将，将接缝接缝错开。偶数层刚好压着奇数层的接缝，从而减错开。偶数层刚好压着奇数层的接缝，从而减少了少了磁阻磁阻，便于磁通流通。，便于磁通流通。 看大图铁心柱截面形状：小型变压器做成铁心柱截面形状：小型变压器做成方形方形或者或者矩形矩形；大型变；大型变压器做成压器做成阶梯形阶梯形。容量大则级数多。叠片间留有间隙作为油。容量大则级数多。叠片间留有间隙作为油道道(纵向纵向/横向横向)。 2.绕组（线圈）绕组（线圈） 是变压器的是变压器的电路电路部分。一般用绝缘扁铜线或圆铜线在绕线模上绕部分。一般用绝缘扁

5、铜线或圆铜线在绕线模上绕制而成。制而成。 绕组套装在变压器铁心柱上，低压绕组在内层，高压绕组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，以便于绝缘。根据绕组与铁心的配置绕组套装在低压绕组外层，以便于绝缘。根据绕组与铁心的配置方式不同有心式和壳式之分。方式不同有心式和壳式之分。 3.除了电磁部分，还有油箱除了电磁部分，还有油箱/冷却装置冷却装置/绝缘套管绝缘套管/调压和保护装置等部件调压和保护装置等部件。 看大图看大图器身装在油箱内，油箱内充满变压器油。器身装在油箱内，油箱内充满变压器油。 变压器油是一种矿物油，具有很好的绝缘性能。变压器油起两个作用：变压器油是一种矿物油，

6、具有很好的绝缘性能。变压器油起两个作用：在变压器绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间起绝缘作用。在变压器绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间起绝缘作用。变压器油受变压器油受热后产生对流，对变压器铁心和绕组起散热作用。热后产生对流，对变压器铁心和绕组起散热作用。 油箱有许多散热油管，以增大散热面积。油箱有许多散热油管，以增大散热面积。 为了加快散热，有的大型变压器采用内部油泵强迫油循环，外部用变压器为了加快散热，有的大型变压器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冲淋变压器油箱。这些都是变压器的冷却装置。风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱。这些都是变压器的冷却装置。变压器运行时产生热量，使

7、变压器油膨胀，并流进储油柜中。变压器运行时产生热量，使变压器油膨胀，并流进储油柜中。 储油柜通过装有干燥剂的呼吸器与大气相连，使变压器油与空气接触面变储油柜通过装有干燥剂的呼吸器与大气相连，使变压器油与空气接触面变小小,减缓了变压器油的氧化和吸收空气水分的速度。从而减缓了油的变质。减缓了变压器油的氧化和吸收空气水分的速度。从而减缓了油的变质。故障时故障时,热量会使变压器油汽化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。触动气体继电器发出报警信号或切断电源。 如果是严重事故，变压器油大量汽化，油气冲破安全气道管口的密封玻璃，如果是严重事故，变压器油大量汽化，油气冲破安全气道管口的

8、密封玻璃，冲出变压器油箱，避免油箱爆裂。冲出变压器油箱，避免油箱爆裂。二、基本工作原理二、基本工作原理二、基本工作原理二、基本工作原理当当一一次绕组（原边、原绕组、初级绕组）次绕组（原边、原绕组、初级绕组）接交流电压后，原边电流接交流电压后，原边电流i0在铁心中产在铁心中产生一个交变的主磁通生一个交变的主磁通，在一次绕组在一次绕组和二次绕组（副边、副绕组、次级绕组）和二次绕组（副边、副绕组、次级绕组）中分别产生感应电势中分别产生感应电势e1和和e2 e1=N1d/dte2=N2d/dt 如果略去绕组电阻和漏抗压降，则如果略去绕组电阻和漏抗压降，则U1/U2E1/E2=N1/N2=k，k定义为变

9、压器定义为变压器的变比。的变比。工作原理：原边绕组从电源吸取电功率，工作原理：原边绕组从电源吸取电功率，借助磁场为媒介，通过电磁感应，将电借助磁场为媒介，通过电磁感应，将电功率传递到副边绕组，再传送给负载。功率传递到副边绕组，再传送给负载。实际接线图实际接线图 三、额定值三、额定值(1)额定电压额定电压U1N/U2N单位为单位为V或者或者kV。U1N为正常运行时为正常运行时1次侧应加的电压。次侧应加的电压。U2N为为1次次侧加额定电压、侧加额定电压、2次侧处于空载状态时的电压。次侧处于空载状态时的电压。 三相变压器中，额定电压指的是线电压。三相变压器中，额定电压指的是线电压。 (2)额定容量额

10、定容量SN单位为单位为VA/kVA/MVA SN为变压器的视在功率。通常把变压器为变压器的视在功率。通常把变压器1、2次侧的额定容量设计次侧的额定容量设计为相同。为相同。 (3)额定电流额定电流I1N/I2N单位单位为为A/kA。是变压器正常运行时所能承担的电流，在三相变。是变压器正常运行时所能承担的电流，在三相变压器中均代表线电流。压器中均代表线电流。 对单相：对单相：I1N=SN/U1N ，I2N=SN/U2N 对三相：对三相：，3/11NNNUSINNNUSI223/(3)额定频率额定频率fN单位为单位为Hz,我国规定，我国规定，fN=50Hz 此外，铭牌上还会给出型号此外，铭牌上还会给

11、出型号/三相联接组号三相联接组号/连接图连接图/阻抗电压阻抗电压Uk /运行方式运行方式/冷却方式冷却方式/重量等数据。重量等数据。第三章变压器第三章变压器3-2 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行本节主要内容：本节主要内容： 分析变压器运行的物理过程。分析变压器运行的物理过程。 分析电压分析电压/电流电流/磁势磁势/磁通磁通/感应电势感应电势/功率功率/损耗等物理量损耗等物理量之间的关系。之间的关系。 建立变压器的等效电路模型和相量图。建立变压器的等效电路模型和相量图。 利用等效电路分析变压器的运行性能。利用等效电路分析变压器的运行性能。 一、空载运行物理分析一、空载运行物理分析1次侧

12、接额定电压次侧接额定电压U1N，2次侧开路的运行状态称为空载运行（次侧开路的运行状态称为空载运行（i2=0）。）。 空载时空载时1次侧绕组中的电流次侧绕组中的电流i0为空载电流，磁势为空载电流，磁势F0=I0N1是励磁磁势。是励磁磁势。 F0产生的磁通分为两部分，大部分以铁心为磁路（主磁路），同时与产生的磁通分为两部分，大部分以铁心为磁路（主磁路），同时与1次绕组次绕组N1和和2次绕组次绕组N2匝链，并在两个绕组中产生电势匝链，并在两个绕组中产生电势e1和和e2，是传递是传递能量的主要媒介，属于工作磁通，称为主磁能量的主要媒介，属于工作磁通，称为主磁通通。另一部分磁通仅与另一部分磁通仅与1次绕

13、组匝链，通过油次绕组匝链，通过油/空气形成闭路，属于非空气形成闭路，属于非工作磁通，称为工作磁通，称为1次侧的漏磁通次侧的漏磁通1。 铁心由高导磁硅钢片制成，导磁系数铁心由高导磁硅钢片制成，导磁系数为空气的导磁系数的为空气的导磁系数的2000倍以上，所以大部分磁通都在铁心中流动，主磁通约占总磁通的倍以上，所以大部分磁通都在铁心中流动，主磁通约占总磁通的99以上，而漏磁通占总磁通的以上，而漏磁通占总磁通的1以下。以下。由于磁通在交变，根据电磁感应定律，由于磁通在交变，根据电磁感应定律， 感生电势为：感生电势为： dtdNe/11dtdNe/22dtdNe/111二空载电流空载电流 i0 (励磁电

14、流励磁电流 im )产生主磁通所需要的电流，用 表示。空载运行时，空载电流就是励磁电流，即励磁电流包括两个分量，一个是磁化电流 ,一个是铁耗电流 。（忽略铜耗）mimii 0iFei若铁心中主磁通的幅值 使磁路达到饱和,则 需由图解法来确定，如图2-6(a)和(b)所示。mi磁化电流 用于激励铁心中的主磁通，属于无功电流。对已经制成的变压器， 的大小和波形取决于主磁通 和铁心磁路的磁化曲线 当磁路不饱和时，磁化曲线是直线，磁化电流与磁通成正比。ii)(if1忽略空载损耗时的空载电流:由于铁心中存在铁心损耗，故激磁电流 中除无功的磁化电流 外，还有一个与铁心损耗相对应的铁耗电流 。铁耗分为磁滞损

15、耗和涡流损耗。 于是用复数表示时，激磁电流 为:相应的相量图如图2-5所示miiFeimI.FemIII2考虑空载损耗时的空载电流考虑空载损耗时的空载电流Fehwiii0Feiii三、感生电势表达式推导三、感生电势表达式推导： 是主磁通的最大值；是主磁通的最大值； tNdtdNemcos/ 则111mmmmfNfNNEE1111144. 42222mmt，sin 设)90sin(2)90sin(11tEtEm1u1210101、)(eeeINi 这就是电机学这就是电机学重要重要的的4.44公式。说明感应电势公式。说明感应电势E1与主磁通与主磁通m、频率频率f、绕组匝数绕组匝数N成正比。成正比。

16、mmfNEE22244. 42)90(sin0202222)90sin(tEtEdtdNem同理：为主磁通最大值相量。，.44. 4用相量表示：11mmfNjEmfNjE.44. 4.22mfNjE111.44. 4.由于漏磁通主要经非磁性材料闭合，由于漏磁通主要经非磁性材料闭合， 非磁性材料有非磁性材料有1 i0， 110111dN ddieLdtdtdt 1110oEj L IjXI 1112XLfL原边漏电抗原边漏电抗 111ZRjX 原边漏阻抗原边漏阻抗 四、基本电势方程四、基本电势方程 1101EZIE22EU)(1101jXRIE22010111eurieeu10111RIEEUm

17、mXIjmmRIFeIImI五、变压器的变比五、变压器的变比k k和电压比和电压比K K： (1) (1) 变比变比k:k:指变压器指变压器1/21/2次绕组的电势之比次绕组的电势之比 k=Ek=E1 1/E/E2 2=(4.44fN=(4.44fN1 1m m)/(4.44fN)/(4.44fN2 2m m)=N)=N1 1/N/N2 2 变比变比k k等于匝数比。等于匝数比。 1 1次绕组的匝数必须符合一定条件：次绕组的匝数必须符合一定条件： U U1 14.44fN4.44fN1 1m m4.44fN4.44fN1 1B Bm mSS N N1 1UU1 1/4.44fB/4.44fBm

18、 mS S(2)(2)电压比电压比K:K:指变压器的电压之比指变压器的电压之比理想铁心线圈模型理想铁心线圈模型I理想铁心线圈并联到串连转换理想铁心线圈并联到串连转换目的：方便；原则：消耗的功率不变，产生的电势不变。目的：方便；原则：消耗的功率不变，产生的电势不变。串联后不再是实际的理想铁心线圈的电阻元件和电抗元件，而变成串联后不再是实际的理想铁心线圈的电阻元件和电抗元件，而变成了等效的铁耗电阻（又叫激磁电阻）、激磁电抗。了等效的铁耗电阻（又叫激磁电阻）、激磁电抗。六、变压器空载运行的平衡方程式归纳六、变压器空载运行的平衡方程式归纳 电流平衡电流平衡 磁势势平衡磁势势平衡 激磁之路压降激磁之路压

19、降 原边电压平衡方程原边电压平衡方程 副边电压平衡方程副边电压平衡方程七、变压器空载等效电路图七、变压器空载等效电路图0 IImmmININFF1010，mmZIE110111011)(ZIEjXRIEU220 EU八、变压器空载等效电路八、变压器空载等效电路变压器空载运行时，可视为由两个变压器空载运行时，可视为由两个线圈的串联运行线圈的串联运行：1、一个是空心线圈，其阻抗、一个是空心线圈，其阻抗Z1=R1+jx1，等于原边漏阻抗，等于原边漏阻抗，是常数；是常数；2、另一个是理想铁心线圈，内有、另一个是理想铁心线圈，内有并联的电阻元件并联的电阻元件R和电抗元件和电抗元件X，化为串联模拟阻抗化为

20、串联模拟阻抗Zm=Rm+jXm，称为激磁阻抗。称为激磁阻抗。3、激磁阻抗不是常数，随铁心饱、激磁阻抗不是常数，随铁心饱和度的增加而减小。和度的增加而减小。九、变压器空载相量图九、变压器空载相量图3-3单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行3-3单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行一、物理过程一、物理过程1、变压器接通负载、变压器接通负载 副边电流副边电流 副边磁势副边磁势 主磁通变化主磁通变化 电势改变电势改变 原边电流改变原边电流改变 新的平衡新的平衡11100EjILjI X 22222Ej ILj I X 12211NININIm二、变压器负载运行的方程式：二、变压器负载运行的方程

21、式：1磁动势平衡方程式磁动势平衡方程式111FI N222FI N12mFFF 1mmFIN221211mNIIIIINk211()mmLIIIIIk 21LIIk 12120LINI N 2电动势平衡方程式电动势平衡方程式11111RIEEU22222RIEEU)(1111jxRIE111ZIE)(2222jxRIE222ZIELZIU22 综上所述，得出变压器负载运行时的电磁关系示意图综上所述，得出变压器负载运行时的电磁关系示意图 变压器负载运行的方程式归纳变压器负载运行的方程式归纳： 电流平衡电流平衡 磁动势平衡磁动势平衡 激磁压降激磁压降 原边电压平衡原边电压平衡 副边电压平衡副边电压

22、平衡 负载电压平衡负载电压平衡mmZIE111111111)(ZIEjXRIEU2222ZIEULmmIIKIII121)(12211NININImLZIU22三、变压器的三、变压器的折算折算：用一个匝数与原绕组用一个匝数与原绕组相等相等的的新的新的副绕组来替副绕组来替代实际的代实际的旧的旧的副绕组，而保持原有的电磁关系和能量关系不变。副绕组，而保持原有的电磁关系和能量关系不变。新副绕组的各种物理量就称为副边的折算值。保持绕组替代前后：新副绕组的各种物理量就称为副边的折算值。保持绕组替代前后： 1.由磁势保持不变，即得由磁势保持不变，即得 2.由视在功率不变，即由视在功率不变，即 得得 同理可

23、得同理可得 3.由铜耗不变，即由铜耗不变，即 得得 同理可得同理可得 4.由无功功率不变，即由无功功率不变，即 得得 同理可得同理可得2212NINIKII222222IEIE22222KEEIIE22KUU222222RIRI2222222)(RKRIIRLLRKR2222222xIxI2222222)(xKxIIxLLxKx2 折算后的基本方程组为折算后的基本方程组为111111222222222121211()4.44()LLLmmmmmmmUEI Rj I XUEI Rj IXUI ZIRjXIIIEEjfNEIZIRjX 四、等效电路四、等效电路1、T形等效电路形等效电路1R1X2X

24、2U1U1ImImRmX12EE 2I变压器的变压器的T形等效电路图形等效电路图2R变压器的近似变压器的近似形等效电路图形等效电路图12XXXK2UmRmX2I1UmI1I12RRRK变压器的简化等效电路图变压器的简化等效电路图12XXXK2U1U1I12RRRK五、相量图五、相量图 画法3-4变压器参数的测定变压器参数的测定一、空载试验一、空载试验接线图接线图：如图。通常在低压边加电源电压：如图。通常在低压边加电源电压U0。为减少测量误差，测量仪表。为减少测量误差，测量仪表按测高阻抗的要求布置。按测高阻抗的要求布置。测量测量：用调压器先将电压调至：用调压器先将电压调至1.2UN，然后逐渐下调

25、，依次分别读取，然后逐渐下调，依次分别读取 U0 、I0和和p0，作出，作出I0=f(U0)和和p0=f(U0)。目的：目的：测定励磁参数测定励磁参数Rm、Xm。计算：计算：在曲线上查出在曲线上查出U0=U2N 所对应的所对应的I0和和p0，可算出，可算出将这些计算值乘以将这些计算值乘以K2，就得到折算到高压边的激磁阻抗值：，就得到折算到高压边的激磁阻抗值： 其中，其中，K由由U0U2N时，与对应的时，与对应的高压边电压值高压边电压值U1相除计算得出。相除计算得出。22222mmmRZX002/ IUZm2002/ IpRmmmZKZ22mmRKR22mmXKX22二、短路试验二、短路试验 接

26、线图：如图，通常在高压边加电压接线图：如图，通常在高压边加电压UK。仪表按测低阻抗的要求布置。仪表按测低阻抗的要求布置。测量：为了防止直接短路时的大电流烧毁变压器绕组，短路试验在低于测量：为了防止直接短路时的大电流烧毁变压器绕组，短路试验在低于高压侧额定电压下进行。调节外加电压高压侧额定电压下进行。调节外加电压UK从零开始缓慢上调，使短从零开始缓慢上调，使短路电流路电流IK从从0开始逐渐增加到开始逐渐增加到1.2IN，依次分别测取，依次分别测取IK、UK和和pK，作出，作出 IK=f(UK)和和pK=f(UK)曲线。曲线。目的：目的：测定短路参数测定短路参数RK、XK和和ZK。计算：计算：在曲

27、线上取在曲线上取IK=IN，查出对应的，查出对应的UK和和pK，可算出，可算出22kkkRZX2kkkIpR kkkIUZ/ 温度换算（修正）温度换算（修正）：将室温：将室温下测定的短路电阻下测定的短路电阻RK值，换算到基值，换算到基准工作温度准工作温度75时的数值。换算公式为时的数值。换算公式为 当当 时，时， 称为短路电压（阻抗电压），在称为短路电压（阻抗电压），在使用时常以相对于使用时常以相对于 的百分数表示，即的百分数表示，即 22k75Ck75kC75，75kCkXRZRR，234.5其中，铜228铝NkII1CkNkZIU0751NU1%100%100175110NCkNNkkUZ

28、IUUu短路电压短路电压u uk k是变压器的重要参数，其大小主要取决于变压器的设是变压器的重要参数，其大小主要取决于变压器的设计参数。计参数。u uk k的选择涉及到变压器成本的选择涉及到变压器成本/ /效率效率/ /电压稳定性电压稳定性/ /短路电短路电流大小等等因素流大小等等因素。 正常运行时，希望正常运行时，希望uk小些，使得端电压随负载波动的幅值较小，小些，使得端电压随负载波动的幅值较小，压降小。但发生突然短路时，希望压降小。但发生突然短路时，希望uk大些，以降低短路电流。大些，以降低短路电流。短路电压的有功电压分量和无功电压分量为短路电压的有功电压分量和无功电压分量为 %100%1

29、00175110NCkNNkRkRURIUUu%100%100175110NCkNNkRkXUXIUUu22kXkRkuuu对于变压器参数测定的几点注意对于变压器参数测定的几点注意1、空载试验一般在低压侧加电压，高压侧开路。短路试验一般在高、空载试验一般在低压侧加电压，高压侧开路。短路试验一般在高压侧加电压，低压侧短路。目的是安全，表计容易选取。压侧加电压，低压侧短路。目的是安全，表计容易选取。2、空载试验用低压侧数据计算励磁阻抗，必须求出折算到高压侧的、空载试验用低压侧数据计算励磁阻抗，必须求出折算到高压侧的阻抗值作为变压器励磁阻抗值。短路试验是用高压侧数据计算短路阻抗值作为变压器励磁阻抗值

30、。短路试验是用高压侧数据计算短路阻抗，不必折算。阻抗，不必折算。3、空载试验也可以在高压侧加电压，低压侧开路。结果不必折算。、空载试验也可以在高压侧加电压，低压侧开路。结果不必折算。同样的，短路试验也可以在高压侧短路，结果必须折算。同样的，短路试验也可以在高压侧短路，结果必须折算。4、空载的定值：一般变压器在额定电压时，空载电流、空载的定值：一般变压器在额定电压时，空载电流I0=(2-10)%IN，大型变压器不到大型变压器不到1%；空载损耗；空载损耗 p0=（0.2-1)%SN。5、短路定值：一般变压器在额定电流时，短路阻抗压降、短路定值：一般变压器在额定电流时，短路阻抗压降 UK=(4-10

31、)%；短路损耗；短路损耗pk=（0.4-4)%SN，大型变压器不到，大型变压器不到1% 。1220000,127/11,50NNNUSKVAKVKVHZU C15一台单相变压器一台单相变压器,在时开路和短路数据如下在时开路和短路数据如下在在开路和短路试验数据如下开路和短路试验数据如下试验名称试验名称 电压电压电流电流功率功率备注备注开路试验开路试验 11KV45.5A47KW电压加在电压加在低压侧低压侧短路试验短路试验 9.24KV 157.5A129KW电压加在电压加在高压侧高压侧试求：试求：(1)归算到高压侧时激磁阻抗和短路阻抗的值归算到高压侧时激磁阻抗和短路阻抗的值(2)已知已知121(

32、75)3.9,CRXX ，画出，画出T形等效电路。形等效电路。【练习【练习1 】解解 一次和二次绕组的额定电流为一次和二次绕组的额定电流为AAUSINNN7 .1571272000011AAUSINNN2 .1818112000022 电压比电压比 55.111112721NNUUk1.归算到高压侧时的激磁阻抗和短路阻抗归算到高压侧时的激磁阻抗和短路阻抗322575 .45101155.11322022(2）（）（低压）IUkZkZmm30285 .45104755.11232220202(2）（）（低压）IPkRkRmm321103028322572222mmmRZX 7 .585 .157

33、924011KKKIUZ2 . 55 .1571012923211KKKIPR5 .582 . 57 .582222KKKRZX换算到换算到C7545. 6155 .234755 .2342 . 5)75(CKR9 .585 .5845. 62222)75()75(KCKCKXRZ9 . 3)75(1R55. 2)75(1)75()75(2RRRK25.292121KXXX（2）T行等效电路图行等效电路图3-5标么值标么值标么值标么值= =实际值实际值/ /基值，即基值，即 X X* *=X/X=X/XB B。在工程和科技计算中，各物理量在工程和科技计算中，各物理量X与选定的同单位的基值与选定

34、的同单位的基值XB之比，之比，称为该物理量的标么值称为该物理量的标么值X*。如电压、电流、阻抗、功率等物理。如电压、电流、阻抗、功率等物理量，可用标么值表示量，可用标么值表示 基值一般取额定值，如变压器：基值一般取额定值，如变压器： 原边电压基值：原边电压基值： U1B=UIN 原边电流基值：原边电流基值： I1B=I1N 原边阻抗基值：原边阻抗基值： Z1B=Z1N=U1N/I1N 原副边功率基值：原副边功率基值：S1B=S2B=SN，BUUU*，BIII*BZZZ*原边：原边：电流标么值电流标么值电压标么值电压标么值阻抗标么值阻抗标么值副边：副边：电流标么值电流标么值电压标么值电压标么值阻

35、抗标么值阻抗标么值NIII11*1NUUU11*1NNNIUZZZZ11111*1/NIII22*2NUUU22*2NNNIUZZZZ22222*2/1、便于性能描述和相互比较。例如，不论变压器大小、便于性能描述和相互比较。例如，不论变压器大小、形状，其两个主要性能指标的大小一般为形状，其两个主要性能指标的大小一般为 I0*=0.02，Uk*=0.05 。2、直观明了，直接反映变压器运行状态，例如、直观明了，直接反映变压器运行状态，例如I1*=1.5 ，说明过载了。说明过载了。3、使用标么值后，原副边物理量折算前后的标么值相等，、使用标么值后，原副边物理量折算前后的标么值相等，无须折算。例如：

36、无须折算。例如： 4、某些物理量有相同的标么值。例如：、某些物理量有相同的标么值。例如：，*2*2ZZ，*kkuZ ，*kkRkpUR*kkXkqUX*2*2RR2*22221222221(/ )NNNNNNIRIk k RIRRRUkUU原边：原边：电流标么值电流标么值电压标么值电压标么值阻抗标么值阻抗标么值副边：副边：电流标么值电流标么值电压标么值电压标么值阻抗标么值阻抗标么值NIII11*1NUUU11*1NNNIUZZZZ11111*1/NIII22*2NUUU22*2NNNIUZZZZ22222*2/，*2*2ZZ，*kkuZ ，*kkRkpUR*kkXkqUX*2*2RR2*222

37、21222221(/ )NNNNNNIRIk k RIRRRUkUU3-5标么值标么值1220000,127/11,50NNNUSKVAKVKVHZU C15一台单相变压器一台单相变压器,在时开路和短路数据如下在时开路和短路数据如下在在开路和短路试验数据如下开路和短路试验数据如下试验名称试验名称 电压电压电流电流功率功率备注备注开路试验开路试验 11KV45.5A47KW电压加在电压加在低压侧低压侧短路试验短路试验 9.24KV 157.5A129KW电压加在电压加在高压侧高压侧试求：试求：(1)归算到高压侧时激磁阻抗和短路阻抗的值归算到高压侧时激磁阻抗和短路阻抗的值(2)已知已知121(75

38、)3.9,CRXX ，画出，画出T形等效电路。形等效电路。【练习【练习1 】解解 一次和二次绕组的额定电流为一次和二次绕组的额定电流为AAUSINNN7 .1571272000011AAUSINNN2 .1818112000022 电压比电压比 55.111112721NNUUk1.归算到高压侧时的激磁阻抗和短路阻抗归算到高压侧时的激磁阻抗和短路阻抗322575 .45101155.11322022(2）（）（低压）IUkZkZmm30285 .45104755.11232220202(2）（）（低压）IPkRkRmm321103028322572222mmmRZX 7 .585 .15792

39、4011KKKIUZ2 . 55 .1571012923211KKKIPR5 .582 . 57 .582222KKKRZX换算到换算到C7545. 6155 .234755 .2342 . 5)75(CKR9 .585 .5845. 62222)75()75(KCKCKXRZ9 . 3)75(1R55. 2)75(1)75()75(2RRRK25.292121KXXX（2）T行等效电路图行等效电路图对于例对于例3-1的单相的单相20000KVA变压器，试求出激磁阻抗和短路阻抗的标幺值变压器，试求出激磁阻抗和短路阻抗的标幺值从【例题从【例题 3-1】可知，一次和二次绕组电压分别为】可知，一次和

40、二次绕组电压分别为127KV和和11KV， 额定电流分别为额定电流分别为157.5A和和1818.2A。由此可得。由此可得1.激磁阻抗标幺值激磁阻抗标幺值归算到低压侧时归算到低压侧时 401011824121818322.(*NmNmUZIZ低压）低压）83101172221818322.(*NmNmURIR低压）低压）8 .3910117 .2402 .181832(2*NmNmUXIX低压） 解：解：归算到高压侧时归算到高压侧时 4010127322575157311.(*NmNmUZIZ高压）高压）831012730285157311.(*NmNmURIR高压）高压）8391012732

41、1105157311.(*NmNmUXIX高压）高压）由于归算到高压侧的激磁阻抗是归算到低压侧的的平方倍由于归算到高压侧的激磁阻抗是归算到低压侧的的平方倍低压）(2mmZkZ而高压侧的阻抗基值亦是低压侧的而高压侧的阻抗基值亦是低压侧的K的平方倍，所以从的平方倍，所以从高压侧或低压侧算出的激磁阻抗标幺值恰好相等；故用高压侧或低压侧算出的激磁阻抗标幺值恰好相等；故用标幺值计算时，可以不在进行归算标幺值计算时，可以不在进行归算（2）短路阻抗的标幺值）短路阻抗的标幺值073. 0101279 .585 .15731)75(1*)75(NkNkUZIZ008. 01012745. 65 .15731)7

42、5(1*)75(NkNkURIR0725. 0101275 .585 .157311*NkNkUXIX 若短路试验在额定电流若短路试验在额定电流) 1(*1I下进行，亦可以把实试验数据化成标幺值来计算，即下进行，亦可以把实试验数据化成标幺值来计算，即0727. 012724. 9*KKKIUZ000645. 020000129*2*KKKKPIPR725. 000645. 00727. 0222*2*KKKRZX原边：原边：电流标么值电流标么值电压标么值电压标么值阻抗标么值阻抗标么值副边：副边：电流标么值电流标么值电压标么值电压标么值阻抗标么值阻抗标么值NIII11*1NUUU11*1NNNI

43、UZZZZ11111*1/NIII22*2NUUU22*2NNNIUZZZZ22222*2/，*2*2ZZ，*kkuZ ，*kkRkpUR*kkXkqUX*2*2RR2*22221222221(/ )NNNNNNIRIk k RIRRRUkUU3-5标么值标么值 3-6变压器的工作特性变压器的工作特性一、外特性一、外特性指指U1=U1N、cos2=常数时，常数时，U2=f(I2)的关系曲线。用电压变化率（或电的关系曲线。用电压变化率（或电压调整率）来表示压调整率）来表示%1002220NUUUuNUU220%100%100121222NNNNUUUUUUu12NUUCPCaBb %100)si

44、ncos(211211NKNNKNNUXIURIu%100)sincos(2*2*kkXR2I2U1U22ABCKRI2KXI j2ab1212cossinKKI RI X变压器非额定运行时，若负载系数变压器非额定运行时，若负载系数 则：则：12211NNIIII%100)sincos(211211NKNKUXIURIu%100)sincos(2*2*kkUR%100)sincos(2*2*kkXR%100)sincos(211211NKNNKNUXIURI2I2U1U22ABCKRI2KXI j2ab分析影响电压降落的因素：分析影响电压降落的因素： 1 1、在感性负载时，、在感性负载时，2

45、20 0， coscos2 20 0， sinsin2 20 0，uu0 0，表明，表明U U2 2=f(I=f(I2 2) )是下降的；是下降的；2 2、在容性负载时，、在容性负载时，2 20 0， coscos2 20 0 ， sinsin2 20 0；若若I I1N1NR RK Ksinsin2 2 I I1N1NX XK Kcos cos 2 2 ，则，则uu0 0，表明，表明U U2 2=f(I=f(I2 2) )是上翘的。是上翘的。 %100)sincos(2*2*kkXRu2U2I222I R22jI X12EE0I1I2I1E11I R11jI X1U1m感性负载感性负载2U2

46、I22I R22jI X12EE0I1I1E11I R11jI X1Um容性负载容性负载1变压器的损耗变压器的损耗铁耗铜耗基本铁耗附加铁耗：片间绝缘损伤、绝缘损伤、结构 件涡流，占基本铁耗的1520%。基本铜耗附加铜耗：集肤效应和绕组导线的临近效应引起铁耗等于不变损耗等于空载损耗铁耗等于不变损耗等于空载损耗：因为变压器的铁耗是由于变压器的主磁通引起的，变压器在工作时，主磁通变化不大，所以称铁耗为不变损耗。铜耗等于可变损耗等于短路损耗铜耗等于可变损耗等于短路损耗：因为变压器的铜耗是由于变压器原边和副边的工作电流引起的，变压器在工作时，电流随之变化，所以称铜耗为可变损耗。0PpFeDcuPp变压器

47、的损耗2*202202(/)FeCuNDDpppPIIPPI P二、变压器的损耗和效率特性二、变压器的损耗和效率特性变压器的效率特性指变压器的效率特性指U U1 1=U=U1N1N，cos cos 2 2= =常数时，常数时，=f()=f()的关系曲线。的关系曲线。变压器的效率大都在变压器的效率大都在95%95%以上，大型变压器甚至可达以上，大型变压器甚至可达99%99%。因为变压器功率较大，不宜通过直接测量因为变压器功率较大，不宜通过直接测量P P1 1和和P P2 2来计算效率，而是用测来计算效率，而是用测量空载损耗和短路损耗的方法来计算效率。量空载损耗和短路损耗的方法来计算效率。cupp

48、PppPPFecuFe21210ppFe2*2222()cuDDNIPPI PI 2变压器的效率变压器的效率*2222222222coscoscosNNNPU II UII S *202*222021cosDDNPIPI SPIP 效率大小与负载大小、性质及空载损耗和短路损耗有关。效率大小与负载大小、性质及空载损耗和短路损耗有关。最大效率：最大效率：*202*222021cosDDNPIPI SPIP *2/0ddI*20/DIPP*220DI PP*20.5 0.58I 若将此变压器高压方接入若将此变压器高压方接入110kV电网、低压方接电网、低压方接一对称三角形联接的负载，每相阻抗为一对称

49、三角形联接的负载，每相阻抗为16.37+j7.93，试求低压方电流、电压、高，试求低压方电流、电压、高压方电流及从高压方看进去的功率因数。压方电流及从高压方看进去的功率因数。以电压作为参考矢量作业作业:%100)sincos(2*2*2kkXRIu*202*222021cosDDNPIPI SPIP 3-7三相变压器三相变压器 三相变压器对称运行时，可任取一相来研究。因此，前面单三相变压器对称运行时，可任取一相来研究。因此，前面单相变压器的各种分析方法及所得结论，均适用于三相变压器的任相变压器的各种分析方法及所得结论，均适用于三相变压器的任一相。本节讨论三相变压器的特殊问题：电路系统（绕组联接

50、方一相。本节讨论三相变压器的特殊问题：电路系统（绕组联接方式）、磁路系统以及它们对电势波形的影响。式）、磁路系统以及它们对电势波形的影响。一、三相变压器的绕组联接法和联接组一、三相变压器的绕组联接法和联接组 1.三相绕组的联接法三相绕组的联接法 三相绕组通常可以接成星形（三相绕组通常可以接成星形（Y形）或三角形（形）或三角形（ 形）。原副边形）。原副边绕组可有绕组可有Y/Y、Y/、/Y和和/等多种配合。其中等多种配合。其中Y接有中点接有中点引出线用引出线用Y0表示。表示。 高压绕组高压绕组 的电势和低压绕组的电势和低压绕组 的电势同相位，即的电势同相位，即A与与a同极性，同极性，称为同名端，两

51、个端点旁记上同样的打点标志。把相量称为同名端，两个端点旁记上同样的打点标志。把相量 作为时钟的长针作为时钟的长针（分针），（分针）， 作为短针（时针），则作为短针（时针），则(a)用用I/I-12表示，表示，(b)用用I/I-6表示。这表示。这种用钟表指针表示变压器高低压绕组电势相位关系的方法称为种用钟表指针表示变压器高低压绕组电势相位关系的方法称为钟表示法钟表示法。AXEAXaxaxE2.高低压绕组的同名端和时钟表示法高低压绕组的同名端和时钟表示法3.三相变压器的联接组三相变压器的联接组根据三相绕组的联接方法，分别画出高低压边的三相电势相量图根据三相绕组的联接方法，分别画出高低压边的三相电势

52、相量图（将（将A点与点与a点重合在一起）。以线电势点重合在一起）。以线电势 为分针，为分针， 为时针，用时钟为时针，用时钟的点数作为组号，由此确定变压器的联接组。的点数作为组号，由此确定变压器的联接组。ABEabE改变绕组的联接方法（改变绕组的联接方法（Y或或）、出线端名称（）、出线端名称（a、b、c）或同名端标志，可得到不同的联接组。可以证明：）或同名端标志，可得到不同的联接组。可以证明： 采用采用Y/Y或或 /联接方法，可获得所有偶数联接组。联接方法，可获得所有偶数联接组。 采用采用Y/ 或或/Y联接方法，可获得所有奇数联接组。联接方法，可获得所有奇数联接组。 为避免混乱和便于使用，我国规

53、定为避免混乱和便于使用，我国规定Y/Y-12、 Y/Y0-12、 Y0/Y-12 、 Y /-11，Y0/-11 五种连接组别五种连接组别为电力为电力变压器的标准联接组别。变压器的标准联接组别。二、三相变压器的磁路系统二、三相变压器的磁路系统1.三相组式变压器：即由三台相同的单相变压器，其绕组按一定接线三相组式变压器：即由三台相同的单相变压器，其绕组按一定接线方法联接成三相变压器。三相磁路各自独立，彼此无关。方法联接成三相变压器。三相磁路各自独立，彼此无关。 2.三相芯式变压器：它有三个铁芯柱，彼此关联，每相磁通都经另外三相芯式变压器：它有三个铁芯柱，彼此关联，每相磁通都经另外两铁芯柱而闭合。

54、三相芯式变压器使用材料少，价格低，占地面积两铁芯柱而闭合。三相芯式变压器使用材料少，价格低，占地面积小，因而得到广泛应用。小，因而得到广泛应用。三、三相变压器的绕组联接法和磁路系统对电势波形的影响三、三相变压器的绕组联接法和磁路系统对电势波形的影响1.Y/Y联接法联接法 三相变压器三相变压器Y/Y联接时，各相的三次谐波电流同相位，当无中线引出时，联接时，各相的三次谐波电流同相位，当无中线引出时，它们无法流通，故励磁电流近似于正弦波，磁通则为平顶波，而平顶波它们无法流通，故励磁电流近似于正弦波，磁通则为平顶波，而平顶波又可分解为基波和三次谐波（忽略又可分解为基波和三次谐波（忽略3倍次以上高次谐波

55、）。倍次以上高次谐波）。Y/Y连接的三连接的三相变压器，励磁电流正弦波，磁通平顶波。相变压器，励磁电流正弦波，磁通平顶波。（1）三相组式变压器）三相组式变压器Y/Y联接联接各相磁路独立，各相磁路独立，3较大且频率较大且频率f3 =3f1，所以感应电势，所以感应电势e3的幅值可的幅值可达基波达基波e1幅幅值值的的4560%；同时；同时e3与与e1的幅值相重叠，以致使相电势的最大值升高很的幅值相重叠，以致使相电势的最大值升高很多，多，绕组相电势畸变严重。绕组相电势畸变严重。因此有可能将绕组绝缘击穿。因此有可能将绕组绝缘击穿。 （注意：三次（注意：三次谐波电势只是在相电势中存在，线电势中相互抵消，不

56、存在三次谐波。）谐波电势只是在相电势中存在，线电势中相互抵消，不存在三次谐波。）（2）三相心式变压器）三相心式变压器Y/Y联接联接三相磁路彼此关联，三相磁路彼此关联，3 不能沿铁心闭合，只能借助变压器油和油箱壁形成不能沿铁心闭合，只能借助变压器油和油箱壁形成回路，因而回路，因而3被大大削弱，使相电势的三次谐波被削弱，接近于正弦波。被大大削弱，使相电势的三次谐波被削弱，接近于正弦波。但由于铁心三次谐波的泄漏，会对周围铁构件形成铁耗，变压器工作时但由于铁心三次谐波的泄漏，会对周围铁构件形成铁耗，变压器工作时的效率降低。因此变压器容量不能太大。的效率降低。因此变压器容量不能太大。所以说，所以说，三相

57、心式变压器三相心式变压器Y/Y联接时，联接时，虽然绕组相电势也有三次谐波，也会虽然绕组相电势也有三次谐波，也会引起波形畸变，但不严重。引起波形畸变，但不严重。结论：结论：1、三相组式变压器不能采用、三相组式变压器不能采用Y/Y联接法。联接法。2、容量较大（、容量较大（1800kVA）和电压较高（）和电压较高（35kV）的三相）的三相心式变压器，也不宜采用心式变压器，也不宜采用Y/Y联接法。联接法。2、 /Y联接法联接法 原边绕组原边绕组接时，原边励磁电流中允许接时，原边励磁电流中允许3次谐波电流在其内次谐波电流在其内部环流，所以主磁通和相电势近似正弦波。部环流，所以主磁通和相电势近似正弦波。3

58、、 Y/联接法联接法 原边绕组原边绕组Y接时，原边励磁电流中接时，原边励磁电流中3次谐波分量无法流通，次谐波分量无法流通，因而主磁通近似平顶波，主磁通和相电势中产生因而主磁通近似平顶波，主磁通和相电势中产生3次谐波。次谐波。在原边和副边感应在原边和副边感应3次谐波电势。但是，副边次谐波电势。但是，副边3次谐波电势次谐波电势产生产生3次谐波环流，产生次谐波环流，产生3次谐波磁通，削弱主磁通中的次谐波磁通，削弱主磁通中的3次谐波磁通。主磁通和相电势接近正弦波。次谐波磁通。主磁通和相电势接近正弦波。4、 第三绕组第三绕组 超高压超高压/大容量大容量Y/Y联接的电力变压器，常加一个联接的电力变压器，常

59、加一个第三绕组，第三绕组，提供提供3次次谐波励磁电流的通路。以改善电势波形。谐波励磁电流的通路。以改善电势波形。结论：结论： 原副绕组有一边联接成原副绕组有一边联接成形，就能使相电势接近于正弦形，就能使相电势接近于正弦波，有利用变压器安全运行。波，有利用变压器安全运行。 3-9其它用途的变压器其它用途的变压器一、自耦变压器：一、自耦变压器：1、概念：它的铁心上只有一个绕组，作降压使用时，原绕组的一、概念：它的铁心上只有一个绕组，作降压使用时，原绕组的一部分兼作副绕组，所示。（公共绕组、串联绕组）部分兼作副绕组，所示。（公共绕组、串联绕组） 2、变比、变比 U1/U2=NAx/Nax=k 原副边既有磁的耦合，又有电的直接联系。自耦原副边既有磁的耦合，又有电的直接联系。自耦变压器比普通变压器省材料，因此成本低，损耗变压器比普通变压器省材料，因此成本低，损耗小，效率高。小，效率高。 自耦变压器用作交流电动机降压起动和实验室调自耦变压器用作交流电动机降压起动和实验室调压设备等；还可用于电力系统中作联络