第3章变压器(1)

1、第三章 变压器1第三章第三章 变压器变压器3.1 概述概述3.2 变压器的空载运行变压器的空载运行3.3 变压器的负载运行变压器的负载运行3.4 变压器参数的试验测定变压器参数的试验测定3.5 变压器的运行特性变压器的运行特性3.6 三相变压器三相变压器第三章 变压器23.1 概述概述3.1.1 基本工作原理和分类基本工作原理和分类 变压器是一种变压器是一种静止电器静止电器，它通过线圈间的，它通过线圈间的电磁感应电磁感应，将一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等将一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能。级的交流电能。一、基本工作原理一、基本工作原理 变压器的主要

2、部件是变压器的主要部件是铁心铁心和套在铁心上的两个和套在铁心上的两个绕组绕组。接交流电源的线圈接交流电源的线圈 原绕组原绕组、原边、初级或一次侧原边、初级或一次侧接交流负载的线圈接交流负载的线圈 副绕组副绕组、副边、次级或二次侧副边、次级或二次侧第三章 变压器3 在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。dtdNe 11dtdNe 22第三章 变压器4二、分类二、分类 按用途分：电力和特种变压器。按用途分：电力和特种变压器。 按绕组数目分：单绕组（自耦）、双绕组、三绕组

3、和按绕组数目分：单绕组（自耦）、双绕组、三绕组和多绕组变压器。多绕组变压器。 按相数分：单相、三相和多相变压器。按相数分：单相、三相和多相变压器。 按铁心结构分：按铁心结构分：心式心式和和壳式壳式变压器。变压器。 按冷却介质和冷却方式分：干式、油浸式和充气式变按冷却介质和冷却方式分：干式、油浸式和充气式变压器。压器。 第三章 变压器5铁心绕组铁心绕组心式变压器心式变压器壳式变压器壳式变压器第三章 变压器63.1.2 变压器的结构变压器的结构一、铁心一、铁心 变压器的主磁路。用表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。变压器的主磁路。用表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。 变压器的电路。用绝缘铜线或铝线绕制而成。变压

4、器的电路。用绝缘铜线或铝线绕制而成。 二、绕组二、绕组三、油箱三、油箱 油浸式变压器的器身浸在装有变压器油的油箱中。油浸式变压器的器身浸在装有变压器油的油箱中。油是冷却介质，又是绝缘介质。油是冷却介质，又是绝缘介质。第三章 变压器73.1.3 变压器的额定值变压器的额定值三者关系：三者关系：)(21kVUUNN和和额额定定电电压压指长期运行时所能承受的工作电压指长期运行时所能承受的工作电压)(kVASN额额定定容容量量指铭牌规定的额定使用条指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的件下所能输出的视在功率。视在功率。)(21AIINN和和额额定定电电流流指在额定容量下，允许长期通指在额定容量下，允许长

5、期通过的电流。在三相变压器中指过的电流。在三相变压器中指的是的是线电流。线电流。1NU是指加在一次侧的额定电压是指加在一次侧的额定电压2NU是指一次侧加是指一次侧加 ，二次侧的开路电压，二次侧的开路电压1NU对三相变压器指的是线电压对三相变压器指的是线电压NNNNNIUIUS2211 单相：单相：NNNNNIUIUS221133 三相：三相：第三章 变压器83.2 变压器的空载运行变压器的空载运行3.2.1 空载运行时的物理状况空载运行时的物理状况1U1E1E20U0I)(2I1AXaxm 2E10RI1U0I100NIF1Em 11E2E第三章 变压器91. 性质上：性质上： 与与 成非线性

6、关系；成非线性关系； 与与 成线性关系；成线性关系；m 0I0I1主磁通与漏磁通的区别主磁通与漏磁通的区别: :3.2.2 各电磁量参考方向的规定各电磁量参考方向的规定 原边看作负载，遵循电动机惯例；原边看作负载，遵循电动机惯例；2. 数量上：数量上： 占占99%以上，以上， 仅占仅占1%以下；以下；m 13. 作用上：作用上： 起传递能量的作用，起传递能量的作用， 起漏抗压降作用。起漏抗压降作用。m 1副边看作电源，遵循发电机惯例。副边看作电源，遵循发电机惯例。第三章 变压器103.2.3 变压器空载时的电磁关系变压器空载时的电磁关系一、感应电势与磁通之间的关系一、感应电势与磁通之间的关系t

7、msin设设1. 原绕组的感应电势原绕组的感应电势)90sin(cos01111tEtNdtdNemm 感应电势在相位上滞后主磁通感应电势在相位上滞后主磁通90。感应电势的大。感应电势的大小与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。小与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。第三章 变压器11mmfNEE 11144.42有效值有效值mfNjE 1144.4相量式相量式2. 原绕组的漏感电势原绕组的漏感电势111111cossin(90 )mmdeNNtEtdt 1114.44mEfN 有效值有效值相量式相量式1114.44mEjfN 第三章 变压器12漏电势也可以用漏抗压降来表示，即漏电

8、势也可以用漏抗压降来表示，即11001EjLIjI x 3. 副绕组的感应电势副绕组的感应电势瞬时值瞬时值)90sin(22 tEem 最大值最大值mmNE 22 有效值有效值mfNE 2244. 4相量式相量式mfNjE 2244. 4X1是与漏磁通相对应的原绕组的漏电抗，是一个常数。是与漏磁通相对应的原绕组的漏电抗，是一个常数。第三章 变压器13二、二、电势平衡方程式电势平衡方程式1. 原绕组电势平衡方程式原绕组电势平衡方程式0111010110111IZExI jrIErIEEU 式中式中111jxrZ 原绕组的漏阻抗原绕组的漏阻抗忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有忽略很小的漏阻

9、抗压降，并写成有效值形式，有mfNEU 11144. 4111144. 444. 4fNUfNEm 则则 影响主磁通影响主磁通m大小的因素有电源电压大小的因素有电源电压U1、电源、电源频率频率f 和一次侧线圈匝数和一次侧线圈匝数N1。第三章 变压器14三、变压器的变压比（变比）三、变压器的变压比（变比） 变压器的原绕组电势变压器的原绕组电势E1与副绕组电势与副绕组电势E2之比称为变压之比称为变压器的变压比器的变压比21212144. 444. 4NNfNfNEEkmm 空载时空载时2121UUEEk 2. 副绕组的电势平衡方程式副绕组的电势平衡方程式220EU 第三章 变压器153.2.4 变

10、压器空载时的等值电路和励磁参数变压器空载时的等值电路和励磁参数求法求法： 变压器空载运行时，可将其看成是一个带铁心的电感变压器空载运行时，可将其看成是一个带铁心的电感线圈。线圈。等效阻抗等效阻抗11010101010ZZZIEIZIEIUZm 式中式中mmmjxrZIE 01Zm励磁阻抗励磁阻抗xm励磁电抗励磁电抗rm励磁电阻励磁电阻第三章 变压器16 励磁电抗励磁电抗xm是对应于主磁通的电抗，而励磁电阻是对应于主磁通的电抗，而励磁电阻rm是是反映铁心损耗的一个等效电阻。反映铁心损耗的一个等效电阻。 Zm、xm、rm 三个量称为变压器的励磁参数。三个量称为变压器的励磁参数。0101IUIEZm

11、 20020IpIprFem 22mmmrZx 所以所以)(101001011ZZIZIZIZIEUmm 1r1xmrmx1U0I第三章 变压器173.3.1 负载运行时的物理状况负载运行时的物理状况11r I11E 22r I22E1U1I2I2U111INF222INF010INFm 1E2E3.3 变压器的负载运行变压器的负载运行第三章 变压器183.3.2 变压器负载时的磁势平衡方程式变压器负载时的磁势平衡方程式 空载时空载时, ,由一次磁动势由一次磁动势 产生主磁通产生主磁通 , ,负载时负载时, ,产生产生 的磁动势为一、二次的合成磁动势的磁动势为一、二次的合成磁动势 。m m 2

12、1FF0F021FFF 或或012211INININ 用电流形式表示用电流形式表示)()(2021201kIIINNII 磁动势平衡方程磁动势平衡方程第三章 变压器19变压器的负载电流分成两个分量，一个是励磁电流变压器的负载电流分成两个分量，一个是励磁电流 ，用来产生主磁通，另一个是负载分量用来产生主磁通，另一个是负载分量 ，用来抵消二次，用来抵消二次磁动势的作用。磁动势的作用。0I212INN 表明：表明：负载运行时负载运行时, ,忽略空载电流有忽略空载电流有: :1221211NNkIIkII 或或表明，表明，一、二次电流比近似与匝数成反比。一、二次电流比近似与匝数成反比。第三章 变压器2

13、03.3.3 变压器负载时的电势平衡方程式变压器负载时的电势平衡方程式111111111ZIExI jrIEU LZIU22 222222222ZIExI jrIEU 在忽略原、副绕组漏阻抗压降的情况下，即为在忽略原、副绕组漏阻抗压降的情况下，即为2121UUEEk 第三章 变压器213.3.4 变压器参数的折算变压器参数的折算将变压器的二次（或一次）绕组用另一个绕组来等效，将变压器的二次（或一次）绕组用另一个绕组来等效，同时对该绕组的电磁量作相应的变换，以同时对该绕组的电磁量作相应的变换，以保持两侧的电磁保持两侧的电磁关系不变。关系不变。用一个等效的电路代替实际的变压器。用一个等效的电路代替

14、实际的变压器。1）保持二次侧磁动势不变；保持二次侧磁动势不变；折算：折算：目的：目的：折算原则：折算原则：2）保持二次侧各功率或损耗不变。）保持二次侧各功率或损耗不变。第三章 变压器22122EkEE kII22 将二次侧折算到一次侧将二次侧折算到一次侧方法：方法：电流的折算：电流的折算：电势和电压的折算：电势和电压的折算：22kUU 阻抗的折算：阻抗的折算：222rkr 222xkx LLZkZ2 结论：结论：电流除以电流除以k电压（势）乘电压（势）乘k阻抗乘阻抗乘k2第三章 变压器23折算后的方程式为：折算后的方程式为：111111111ZIExI jrIEU 120mIIII12EE 1

15、0() mmEZ IILZIU 22222222222ZIExI jrIEU 第三章 变压器243.3.5 变压器负载时的等值电路变压器负载时的等值电路T 型等值电路：型等值电路：一、从物理概念上引出变压器负载时的等值电路一、从物理概念上引出变压器负载时的等值电路原边输入原边输入111cos IU原边铁耗原边铁耗2m mI r副边铜耗副边铜耗222rI原边铜耗原边铜耗121rI副边电磁功率副边电磁功率222cos IE副边输出功率副边输出功率222cos IU1r1x2r2xLZmrmx1I2ImI21EE 2U1U第三章 变压器25简化等值电路简化等值电路其中其中sssssjxrZxxxrr

16、r 2121 分别为分别为短路电阻、短路短路电阻、短路电抗和短路阻抗。电抗和短路阻抗。srsxLZ1U2U 21II 二、变压器等值电路的简化二、变压器等值电路的简化第三章 变压器263.4 变压器参数的试验测定变压器参数的试验测定3.4.1 空载试验空载试验一、目的一、目的：通过测量空载电流和一、二次侧电压及空载功通过测量空载电流和一、二次侧电压及空载功率来计算变比、铁耗和励磁阻抗。率来计算变比、铁耗和励磁阻抗。二、接线图二、接线图三、要求及分析三、要求及分析1）低压侧加电压，高压侧开路；低压侧加电压，高压侧开路；WAVV*2）电压）电压U1在在1.2UN 范围内单范围内单方向调节，测出方向

17、调节，测出U20，I0和和P0；3）忽略）忽略 和和 ，即，即FepP 01r1x第三章 变压器271）空载电流和空载功率必须是额定电压时的值，并以此求空载电流和空载功率必须是额定电压时的值，并以此求取励磁参数；取励磁参数；2）若要得到高压侧参数，须折算；若要得到高压侧参数，须折算；3）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值。对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值。120UUK 01IUZm 四、四、求出参数求出参数200IPrm 22mmmrZx 第三章 变压器283.4.2 短路试验短路试验一、目的一、目的：通过测量短路电流、短路电压及短路功率来计算变通过测量短路电流、

18、短路电压及短路功率来计算变压器的铜损和短路阻抗。压器的铜损和短路阻抗。二、接线图二、接线图三、要求及分析三、要求及分析1）高压侧加电压，低压侧短路；高压侧加电压，低压侧短路；WAV*3）记录实验室的室温；记录实验室的室温；2）通过调节电压，让电流）通过调节电压，让电流Is 在在0 1.3IN 范围内变化，测出对范围内变化，测出对应的应的Us、Is 和和 Ps ；第三章 变压器29四、参数计算四、参数计算sssIUZ srrr2121 1）温度折算：电阻应换算到基准工作温度时的数值；温度折算：电阻应换算到基准工作温度时的数值；3）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值。对三相变压器，各

19、公式中的电压、电流和功率均为相值。2）若要得到低压侧参数，须折算；若要得到低压侧参数，须折算；4）忽略铁损，认为忽略铁损，认为 。CusPP 2ssSIPr 22sssrZx sxxx2121 第三章 变压器303.6 变压器的运行特性变压器的运行特性3.6.1 电压变化率和外特性电压变化率和外特性 电压变化率的大小电压变化率的大小反映了变压器输出电压的稳定性。反映了变压器输出电压的稳定性。2022222%100%100%NNNUUUUUUU 一、电压变化率（电压调整率）一、电压变化率（电压调整率）%100)sincos(%12121 NsNsNUxIrIU NNIIII2211 称为变压器的

20、称为变压器的负载系数负载系数式中式中第三章 变压器31二、外特性二、外特性)(22IfU 是指原边电压为额定电压，负载功率因数是指原边电压为额定电压，负载功率因数 一一定时，副边端电压定时，副边端电压U2 随副边负载电流随副边负载电流I2变化的规律，即变化的规律，即2cos2UNU202INI21cos2 滞后滞后8 . 0cos2 超前超前8 . 0)cos(2 第三章 变压器323.6.2 变压器的效率特性变压器的效率特性一、变压器的损耗一、变压器的损耗主要是铁损耗和铜损耗两种。主要是铁损耗和铜损耗两种。二、效率及效率特性二、效率及效率特性效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。效率是指

21、变压器的输出功率与输入功率的比值。即即%10012 PP 第三章 变压器33sNsCuFeCuFeppSppppPppPp2022021cos111 0PpFe 其中其中SSNCuPPIIp2222)( 22cosNPS 第三章 变压器34变压器效率的大小与负载的大小、功率因数及变压变压器效率的大小与负载的大小、功率因数及变压器本身参数有关。器本身参数有关。效率特性：效率特性：在功率因数一定时，在功率因数一定时，变压器的效率与负载电流之间的变压器的效率与负载电流之间的关系关系=f ()，称为变压器的效率，称为变压器的效率特性。特性。0max第三章 变压器35 即即当铜损耗等于铁损耗（可变损耗等

22、于不变损耗）时，变当铜损耗等于铁损耗（可变损耗等于不变损耗）时，变压器效率最大。压器效率最大。02PPSm 或或SmPP0 %100)2cos21(020max PSPNm 令令 ，则有变压器产生最大效率的条件：，则有变压器产生最大效率的条件：0dd第三章 变压器363.7 三相变压器三相变压器3.7.1 三相变压器的磁路系统三相变压器的磁路系统一、组式磁路变压器一、组式磁路变压器二、心式磁路变压器二、心式磁路变压器特点：三相磁路彼特点：三相磁路彼此无关联。此无关联。特点：三相磁路彼此特点：三相磁路彼此有关联。有关联。CZmC BYmB AXmA AXaxBYbyCZczmA mB mC 第三

23、章 变压器373.7.2 三相变压器的联接组别三相变压器的联接组别一、原、副绕组中电压的相位关系一、原、副绕组中电压的相位关系1. 同名端：同一个磁通下，原、副绕组感应电势的同极性端同名端：同一个磁通下，原、副绕组感应电势的同极性端2. 电压相位关系电压相位关系（）如取同名端为首端，原、副绕组电压同相；（）如取同名端为首端，原、副绕组电压同相；（）如取异名端为首端，原、副绕组电压反相。（）如取异名端为首端，原、副绕组电压反相。第三章 变压器383. 原、副绕组相位时钟表示法原、副绕组相位时钟表示法 把相量图中的高压绕组电压看作为时钟的长针，永把相量图中的高压绕组电压看作为时钟的长针，永远指向钟

24、面上的远指向钟面上的12点。低压绕组电压看作为时钟的短针，点。低压绕组电压看作为时钟的短针，它指向钟面上的哪个钟点，该钟点的数字就是变压器联它指向钟面上的哪个钟点，该钟点的数字就是变压器联接组别的标号。接组别的标号。第三章 变压器39二、三相绕组的联接方式及其相量图二、三相绕组的联接方式及其相量图1.星形接法星形接法注意：画相量图时，相序必须为注意：画相量图时，相序必须为A-B-CAUBUCUABUABCABUBCUCAUAUBUCUABCXYZ第三章 变压器402. 三角形接法三角形接法（）顺三角形接法：（）顺三角形接法： A-Y B-Z C-XAUBUCUBABUU AYXCZ BABUBCUCAUAUBUCUABCXYZ第三章 变压器41ABUBCUCAUAUBUCUABCXYZAUBUCUAABUU AZYC