第3章变压器基本原理及应用

1、3.1 3.1 变压器的工作原理和结构变压器的工作原理和结构3.23.2变压器的电磁关系变压器的电磁关系3.3 3.3 单相变压器的参数测定单相变压器的参数测定3.4 3.4 变压器的联接组别变压器的联接组别3.5 3.5 变压器的并联运行变压器的并联运行 变压器是一种静止电器变压器是一种静止电器, ,它通过线圈间的电磁感应它通过线圈间的电磁感应, ,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等级的交流电能.第第3 3章章 变压器基本原理及应用变压器基本原理及应用* *3.63.6变压器的运行特性变压器的运行特性* *3.73

2、.7特种变压器特种变压器第三章 变压器连接发电机与电网的升压变压器连接发电机与电网的升压变压器连接发电机的连接发电机的封闭母线封闭母线 与电网相连与电网相连的高压出线端的高压出线端返回第三章 变压器三相干式变压器接触调压器第三章 变压器电源变压器环形变压器控制变压器3.1 3.1 变压器的基本结构变压器的基本结构3.1.13.1.1变压器的基本概念变压器的基本概念 1 1、变压器的定义、变压器的定义变压器是指：变压器是指：一种能够改变同频率交流电压的电磁装置。一种能够改变同频率交流电压的电磁装置。变压器的作用：变压器的作用：主要用于改变交流电压，还可以改变交流电流、主要用于改变交流电压，还可以

3、改变交流电流、阻抗、相角等。阻抗、相角等。变压器的原理：变压器的原理：利用电磁感应。利用电磁感应。变压器的用途：变压器的用途：在输送电能时高压供电最经济在输送电能时高压供电最经济变压器用于升高电压，变压器用于升高电压，高压有：高压有：10、35、110、220、330、500KV；在使用电能时低压用电最安全在使用电能时低压用电最安全变压器用于降低电压，变压器用于降低电压，低压为：低压为：60006000、30003000、10001000、400400、230V230V。2 2、变压器的构成、变压器的构成3 3、变压器的原理、变压器的原理变压器变压器=作为磁路的铁心作为磁路的铁心+作为电路的线

4、圈。作为电路的线圈。接电源的一侧接电源的一侧原绕组、一次边、输入侧，原绕组、一次边、输入侧，其物理量用下标其物理量用下标1表示：表示：U1、I1、E1、N1、R1、X1、Z1等；等；接负载的一侧接负载的一侧副绕组、二次边、输出侧，副绕组、二次边、输出侧，其物理量用下标其物理量用下标2表示：表示：U2、I2、E2、N2、R2、X2、Z2等；等；1U2U1u2uLZ1u1e2e2u1i2i1U2U1u2uLZ正方向的规定：正方向的规定：原边按电动机惯例：原边按电动机惯例：以以U1为参考，为参考，E1与与m右手；右手；I1与与U1同向，同向，m与与I1右手，右手，（关联）（关联）副边按发电机惯例：副

5、边按发电机惯例：以以E2为参考，为参考，U2与与I2反向。反向。m与与E2右手，右手，I2与与E2同向，同向，（非关联）（非关联）u1E1U1。i1F1mN1e1= - -N1(d/dt) e1u1N2E2U2。e2= - -N2(d/dt) e2u2变压器的原边线圈匝数与副边线圈匝数的比值。变压器的原边线圈匝数与副边线圈匝数的比值。变压器变比基本定义：变压器变比基本定义：用用k表示。表示。k=N1/N2=e1 /e2=E1 /E2=U1 /U2，U1= kU2，若若k1U1U2降压变压器，降压变压器，若若k1U1U2升压变压器。升压变压器。4 4、变压器的分类、变压器的分类（1）按用途分类：

6、）按用途分类：电力变压器，电力变压器，调压变压器，调压变压器，整流变压器，整流变压器，仪用变压器；仪用变压器；（2）按相数分类：）按相数分类：单相变压器，单相变压器，六相变压器，六相变压器，三相变压器，三相变压器，多相变压器；多相变压器；（3）按绕组分类：）按绕组分类：单绕变压器，单绕变压器，三绕变压器，三绕变压器，双绕变压器，双绕变压器，多绕变压器；多绕变压器；（4）按铁心分类：）按铁心分类：心式变压器，心式变压器，壳式变压器；壳式变压器；第三章 变压器铁铁心心柱柱铁铁心心柱柱铁铁 轭轭铁铁 轭轭11112222 心式变压器心式变压器低压绕组低压绕组高压绕组高压绕组 (b) 单相心式变压器示

7、意图单相心式变压器示意图 第三章 变压器铁轭铁轭 铁轭铁轭 壳式变压器壳式变压器 第三章 变压器铁铁 铁铁 铁铁 心心轭轭 柱柱 轭轭1122 单相壳式变压器单相壳式变压器 第三章 变压器 三相油浸式电力变压器三相油浸式电力变压器 第三章 变压器 S9 型配电变压器（型配电变压器（10 kV） 第三章 变压器 大型油浸电力变压器大型油浸电力变压器 第三章 变压器 大型油浸电力变压器大型油浸电力变压器 第三章 变压器 干式变压器干式变压器 3.1.23.1.2变压器的基本概念变压器的基本概念 1 1、变压器的基本部件、变压器的基本部件（1）变压器铁心）变压器铁心作用：通过一定交变磁通，耦合原边副

8、边绕组，固定原边副边线圈。作用：通过一定交变磁通，耦合原边副边绕组，固定原边副边线圈。材料：含硅绝缘钢片。材料：含硅绝缘钢片。绝缘用于降低迭片厚度，减小涡流损耗。绝缘用于降低迭片厚度，减小涡流损耗。 含硅薄钢片：厚含硅薄钢片：厚0.270.27毫米，毫米，含硅用于提高导磁系数，减小磁滞损耗；含硅用于提高导磁系数，减小磁滞损耗；片间涂绝缘：厚片间涂绝缘：厚0.100.10毫米，毫米，构成：由矩形绝缘硅钢片交叠而成的闭合的铁心磁路。构成：由矩形绝缘硅钢片交叠而成的闭合的铁心磁路。铁心的迭法：直角交迭，斜角交迭。铁心的迭法：直角交迭，斜角交迭。铁心柱截面：铁心柱为多边梯形，连接铁心柱的磁轭为矩形。铁

9、心柱截面：铁心柱为多边梯形，连接铁心柱的磁轭为矩形。铁心的结构：大容量电力变压器常用心式铁心，铁心的结构：大容量电力变压器常用心式铁心， 小容量单相变压器常用壳式铁心。小容量单相变压器常用壳式铁心。（2）变压器）变压器绕组绕组作用：输入输出交流电能，改变输出电压等级，传导交变电磁功率。作用：输入输出交流电能，改变输出电压等级，传导交变电磁功率。材料：材料：铜质绝缘线圈。铜质绝缘线圈。构成：绕制成集中线圈，原边副边紧密耦合。构成：绕制成集中线圈，原边副边紧密耦合。线圈的绕法：同心式绕组，交迭式绕组。线圈的绕法：同心式绕组，交迭式绕组。同心式绕组：同心式绕组：结构：结构：低压在内、高压在外，低压在

10、内、高压在外，线圈形式为筒式结构。线圈形式为筒式结构。交迭式绕组：交迭式绕组：结构：结构：低压、高压分层排列低压、高压分层排列，线圈形式为饼式结构。线圈形式为饼式结构。特点：特点：便于绝缘、不易加固便于绝缘、不易加固，用途：用途：电压较高、电流较小。电压较高、电流较小。特点：特点：不易绝缘、便于加固不易绝缘、便于加固，用途：用途：电压较低、电流较大电压较低、电流较大。2 2、变压器的附属部件、变压器的附属部件（1 1）冷却系统）冷却系统主油箱、储油柜、绝缘油、散热器、呼吸器、放油阀门。主油箱、储油柜、绝缘油、散热器、呼吸器、放油阀门。作用作用：冷却铁心以及线圈，对线圈绝缘进行进一步保护。冷却铁

11、心以及线圈，对线圈绝缘进行进一步保护。 构成构成：（2 2）保护保护系统系统气体继电器、温度显示器、油位显示器、防爆安全通道气体继电器、温度显示器、油位显示器、防爆安全通道。作用作用：对短路、过载、过热、缺油等一般情况进行保护对短路、过载、过热、缺油等一般情况进行保护。 构成构成：（3 3）输出输出系统系统输入端和输出端、高压和低压绝缘套管、空载分接开关输入端和输出端、高压和低压绝缘套管、空载分接开关。作用作用：输入输出交流电能，对输入输出端进行绝缘保护输入输出交流电能，对输入输出端进行绝缘保护。 构成构成：3.1.33.1.3变压器的变压器的额定数据额定数据1 1、变压器额定值、变压器额定值

12、（1 1）变压器的额定容量）变压器的额定容量由于变压器效率很高，通常认为：由于变压器效率很高，通常认为：S1S2。 变压器额定容量：变压器额定容量：变压器在额定条件下最大输出视在功率。变压器在额定条件下最大输出视在功率。 用用SN表示。表示。 S1原边视在功率，原边视在功率，S2副边副边视在功率，视在功率，（2 2）变压器的）变压器的额定电压额定电压副边额定电压指的是副边开路电压。副边额定电压指的是副边开路电压。 变压器变压器额定电压额定电压：变压器在正常运行时最高允许工作电压。变压器在正常运行时最高允许工作电压。 用用UN表示。表示。 U1N 原边额定电压，原边额定电压，U2N 副边额定电压

13、副边额定电压，（3 3）变压器的）变压器的额定电流额定电流变压器变压器额定电流额定电流：变压器在长期运行时最大允许工作电流。变压器在长期运行时最大允许工作电流。 用用IN表示。表示。 I1N 原边额定电流，原边额定电流，I2N 副边额定电流。副边额定电流。 （4 4）变压器的）变压器的额定频率额定频率单相变压器的额定容量为：单相变压器的额定容量为：SN =U1N I1N =U2N I2N ；变压器变压器额定频率额定频率：变压器在额定条件下最高允许工作频率。变压器在额定条件下最高允许工作频率。 用用fN表示。表示。 fN =50 HZ 工业用电标准频率。工业用电标准频率。单相变压器的额定电流为：

14、单相变压器的额定电流为：I1N =SN /U1N、 I2N =SN /U2N ； 三相变压器的额定容量为：三相变压器的额定容量为：SN =31/2U1N I1N =31/2U2N I2N 。三相变压器的额定电流为：三相变压器的额定电流为：I1N =SN /31/2U1N、 I2N =SN /31/2U2N 。 型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方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，表示方法为式等内容，表示方法为如如OSFPSZ-250000/220OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线

15、有载调压，额定容量有载调压，额定容量250000kVA250000kVA，高压额定电压，高压额定电压220kV220kV电力变压器电力变压器2 2、变压器的型号、变压器的型号3.2 变压器的电磁关系3.2.1空载运行时的电磁关系一、空载运行时的物理情况1U1EE120U0I2(I )11U2U1u2u02E10RI1U0I100NIF1E011E2E二、各电磁量参考方向的规定1 1）性质上：）性质上： 与与 成非线性关系；成非线性关系； 与与 成线性关系成线性关系；2 2）数量上：）数量上： 占占99%99%以上，以上， 仅占仅占1%1%以下以下；3 3）作用上：）作用上： 起传递能量的作用，

16、起传递能量的作用， 起漏抗压降作用。起漏抗压降作用。0000I0I111主磁通与漏磁通的区别主磁通与漏磁通的区别一次侧遵循电动机惯例，二次侧遵循发电机惯例。一次侧遵循电动机惯例，二次侧遵循发电机惯例。强调强调：磁通与产生它的电流之间符合右手螺旋定则；电动势与感磁通与产生它的电流之间符合右手螺旋定则；电动势与感应它的磁通之间符合右手螺旋定则。应它的磁通之间符合右手螺旋定则。三、感应电动势分析 1.主磁通感应的电动势主磁通感应的电动势主电动势主电动势tsinm设0011112-9090mmdeNfN sin(t)Esin()dtt 则114.44mEfN 有效值114.44mEjfN 相量同理，二

17、次主电动势也有同样的结论。同理，二次主电动势也有同样的结论。 可见，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动可见，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通 。主电动势。主电动势的大小与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。的大小与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。0902.漏磁通感应的电动势漏磁通感应的电动势漏电动势漏电动势漏电动势也可以用漏抗压降来表示，即漏电动势也可以用漏抗压降来表示，即根据主电动势的分析方法，同样有根据主电动势的分析方法，同样有1114.44mEjfN 1114.44EfN

18、 11001EjL IjI X 由于漏磁通主要经过非铁磁路径由于漏磁通主要经过非铁磁路径, ,磁路不饱和磁路不饱和, ,故磁阻很大且为故磁阻很大且为常数常数, ,所以漏电抗所以漏电抗 很小且为常数很小且为常数, ,它不随电源电压负载情况它不随电源电压负载情况而变而变. .1X3.2.2 3.2.2 空载电流和空载损耗空载电流和空载损耗一、空载电流1. 作用与组成2、性质和大小 性质性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电流主要是感性无功性质流主要是感性无功性质也称励磁电流；也称励磁电流；大小大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质

19、及几何尺寸有与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关，用空载电流百分数关，用空载电流百分数I I0 0% %来表示来表示：00N100II %I空载电流空载电流 包含两个分量，一个是励磁分量包含两个分量，一个是励磁分量 ，作用是建立磁，作用是建立磁场，另一个是铁损耗分量场，另一个是铁损耗分量 ，主要作用是供铁损耗。，主要作用是供铁损耗。0IaI0rI0t0i3211230i3、空载电流波形由于磁路饱和，空载电流由于磁路饱和，空载电流与由它产生的主磁通与由它产生的主磁通呈非呈非线性关系。线性关系。 当磁通按正弦规律当磁通按正弦规律变化时，空载电流呈尖变化时，空载电流呈尖顶波形。顶波形。

20、 当空载电流按正弦规律变当空载电流按正弦规律变化时，主磁通呈尖顶波形。化时，主磁通呈尖顶波形。实际空载电流为非正弦波，但为了分析、计算和测量的方便，在实际空载电流为非正弦波，但为了分析、计算和测量的方便，在相量图和计算式中常用正弦的电流代替实际的空载电流。相量图和计算式中常用正弦的电流代替实际的空载电流。二、空载损耗 对于已制成变压器，铁损与磁通密度幅值的平方成正比，对于已制成变压器，铁损与磁通密度幅值的平方成正比，与电流频率的与电流频率的1.31.3次方成正比，即次方成正比，即 空载损耗约占额定容量的空载损耗约占额定容量的0.2%1%，而且随变压器容量，而且随变压器容量的增大而下降。为减少空

21、载损耗，改进设计结构的方向是采用的增大而下降。为减少空载损耗，改进设计结构的方向是采用优质铁磁材料：优质硅钢片、激光化硅钢片或应用非晶态合金。优质铁磁材料：优质硅钢片、激光化硅钢片或应用非晶态合金。21.3mFePBf。，PP，RI。RIP,PFeFe耗耗即即空空载载损损耗耗近近似似为为铁铁损损所所以以均均很很小小和和由由于于和和绕绕组组铜铜损损耗耗耗耗供供给给铁铁损损电电源源吸吸收收少少量量有有功功功功率率变变压压器器空空载载时时一一次次侧侧从从 01012003.2.3 3.2.3 空载时的电动势方程、等效电路空载时的电动势方程、等效电路一、电动势平衡方程和变比1 1、电动势平衡平衡方程、

22、电动势平衡平衡方程（1 1）一次侧电动势平衡方程）一次侧电动势平衡方程1110110101110UEEI REI RjI XEZ I 1114.44mUEfN 忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有11114.444.44mEUfNfN则 可见，影响主磁通大小的因素有可见，影响主磁通大小的因素有电源电压电源电压和和频率频率，以及，以及一次线圈的匝数一次线圈的匝数。重要公式（2 2）二次侧电动势平衡方程）二次侧电动势平衡方程220EU2 2、变比、变比定义定义112112022NNUUENkENUU 对三相变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近似

23、对三相变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近似为额定相电压之比，具体为为额定相电压之比，具体为Y，d接线接线NNU3Uk21 NNUU3k21D，y接线接线二、空载时的等效电路二、空载时的等效电路100mmmEI (RjX)I Z 一次侧的电动势平衡方程为一次侧的电动势平衡方程为01101011I)jX(RI)jX(RZIEUmm空载时等效电路为空载时等效电路为即即等等效效用用电电阻阻所所以以还还要要引引入入一一个个在在铁铁心心中中引引起起铁铁损损由由于于降降表表示示也也用用电电抗抗压压感感应应的的电电动动势势表表示示法法基基于于,PRI,R,P,E,XI jEFemmFe201101 m

24、mmZ,X,R励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。由于磁路具有饱励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。由于磁路具有饱和特性，所以和特性，所以 不是常数，随磁路饱和程度增大而减不是常数，随磁路饱和程度增大而减小。小。mmmjXRZ11XX,RRmm由于由于 ，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只是一个是一个 元件的电路。在元件的电路。在 一定的情况下，一定的情况下， 大小取决于大小取决于 的大小。从运行角度讲，希望的大小。从运行角度讲，希望 越小越好，所以变压器常采用越小越好，所以变压器常采用高导磁材料，增大高导磁材料，增大 ，减小，减小 ，提高运行效率和功率因数。，提高运行

25、效率和功率因数。 mZmZ0I0ImZ1U0I空载运行小结空载运行小结（1 1）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡, ,若忽若忽略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定. .（2 2）主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，）主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。（3 3）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁心所用材料的导磁性能越好

26、，空载电流越小。心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。（4 4）电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的电流的比）电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的电流的比值，线性磁路中，电抗为常数，非线性电路中，电抗的大小随值，线性磁路中，电抗为常数，非线性电路中，电抗的大小随磁路的饱和而减小。磁路的饱和而减小。3.2.4 单相变压器的负载运行一一 、负载运行时的电磁关系、负载运行时的电磁关系变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次接变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次接上负载的运行状态，称为上负载的运行状态，称为负载运行负载运行。1U1E1E2U1I2I1m2EAX

27、axLZ22E11IR11E22IR22E1U1I2I2U11 1FN I22 2FN I01 0FN I01E2E用图示负载运行时的电磁过程用图示负载运行时的电磁过程二、二、 基本方程基本方程1、磁动势平衡方程120FFF或112210N IN IN I 电磁关系将一、二次联系起来电磁关系将一、二次联系起来, ,二次电流增加或减少必然引二次电流增加或减少必然引起一次电流的增加或减少起一次电流的增加或减少. .:,U,U.FF;F,因因此此有有磁磁动动势势平平衡衡方方程程大大小小基基本本不不变变由由空空载载到到负负载载不不变变保保持持只只要要大大小小主主要要取取决决于于共共同同作作用用产产生生

28、次次磁磁动动势势和和二二负负载载时时一一次次磁磁动动势势产产生生主主磁磁通通一一次次磁磁动动势势空空载载时时011002100用电流形式表示用电流形式表示LII)kI(II)NN(II102021201。,I;,I:L作用作用它起平衡二次磁动势的它起平衡二次磁动势的另一个是负载分量另一个是负载分量产生主磁通产生主磁通它用来它用来一个是励磁电流一个是励磁电流两个分量两个分量变压器的负载电流包括变压器的负载电流包括表明表明102、电动势平衡方程根据基尔霍夫电压定律可写出一、二次侧电动势平衡方程根据基尔霍夫电压定律可写出一、二次侧电动势平衡方程111111111ZIEXI jRIEU22222222

29、2ZIEXI jRIEU LZIU22负载运行时负载运行时, ,忽略空载电流有忽略空载电流有: :1221211或NNkIIkII表明，一、二次电流比近似与匝数成反比。可见，匝数不表明，一、二次电流比近似与匝数成反比。可见，匝数不同，不仅能改变电压，同时也能改变电流。同，不仅能改变电压，同时也能改变电流。三、三、 等效电路等效电路1、折算折算原则折算原则：1 1）保持二次侧磁动势不变；保持二次侧磁动势不变；2 2）保持二次侧各功率）保持二次侧各功率或损耗不变。或损耗不变。22122 EkEEUkU 22IIk222222 2LLrk rxk xZk Z方法方法：（将二次侧折算到一次侧（将二次侧

30、折算到一次侧) )折算：折算：将变压器的二次（或一次）绕组用另一个绕组将变压器的二次（或一次）绕组用另一个绕组(N(N2 2=N=N1 1) )来来等效，同时对该绕组的电磁量作相应的变换，以保持两侧的电磁等效，同时对该绕组的电磁量作相应的变换，以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实际的变压器。折算后的方程式为折算后的方程式为111111111ZIEXI jRIEU 222222222ZIEXI jRIEU 021III12EE01IZEmLZIU222、等效电路根据折算后的方程，可以作出变压器的等效电路。根据折算后的方程，可以作出变压器的

31、等效电路。T T型等效电路型等效电路：近似等效电路近似等效电路1R1X2R2XmRmX1U2ULZ2I1I0I1R1X2R2X21IIL1I1U2ULZ简化等效电路：简化等效电路：其中121SS2SSSRRRXXXZRjX分别称为分别称为短路电阻短路电阻、短路短路电抗电抗和和短路阻抗短路阻抗。 由简化等效电路可知，短路阻抗起限制短路电流的作用，由简化等效电路可知，短路阻抗起限制短路电流的作用，由于短路阻抗值很小，所以变压器的短路电流值较大，一般由于短路阻抗值很小，所以变压器的短路电流值较大，一般可达额定电流的可达额定电流的1010 2020倍。倍。1U2ULZ2II1SRSX3.2 3.2 变

32、压器的参数测定变压器的参数测定变压器的变压器的参数测定是指：参数测定是指：通过试验的方法获得变压器基本参数的过程。通过试验的方法获得变压器基本参数的过程。变压器参数测定的方法：变压器参数测定的方法：变压器等效电路的参数：变压器等效电路的参数：1R1X2R2XmRmX1U2ULZ2I1I0I变压器的变压器的T型等效电路：型等效电路：空载试验和短路试验。空载试验和短路试验。R1、X1、R2、X2、Rm、Xm。3.2.13.2.1变压器的空载实验变压器的空载实验1 1、空载试验的试验过程空载试验的试验过程(以降压变压器为例以降压变压器为例)变压器空载试验是指：变压器空载试验是指：空载试验近似于空载运

33、行。空载试验近似于空载运行。原边接可变的正弦电压、副边直接开路的试验。原边接可变的正弦电压、副边直接开路的试验。空载试验一般采用空载试验一般采用所以空载试验是一个升压变压器的试验。所以空载试验是一个升压变压器的试验。（1 1）试验目的：）试验目的：测量测量U1、U2、P0、I0，计算，计算k、Rm、Xm、Zm。高压侧开路的实验方式。高压侧开路的实验方式。低压侧接电源，低压侧接电源，（3 3）试验接线：）试验接线：空载试验电路属于高阻抗电路，空载试验电路属于高阻抗电路，为了减小测量电流时产生的误差，接表顺序为：为了减小测量电流时产生的误差，接表顺序为：V、W、A。（4 4）试验过程：）试验过程：

34、从从U0=1.2U1N开始，逐渐降低开始，逐渐降低U0，直到，直到U0=0.5U1N为止。为止。 （2 2）试验条件：）试验条件：U1= U0=(0.51.2)U1N 、I1 = I0、ZL=、U2= U20、I2=0 。记录记录(78)组数据，组数据，U0=U1N点的数据必须测量，点的数据必须测量，（5）试验记录：）试验记录：在在U1=U1N左右的数据需要多测。左右的数据需要多测。U01.2U1N1.1U1NU1N0.9U1N0.8U1N0.7U1N0.6U1N0.5U1NP0P0NI0I0N（6）绘制曲线：）绘制曲线：空载功率特性空载功率特性P0 =f(U1)空载功率与空载电压之间的函数关

35、系空载功率与空载电压之间的函数关系接近于抛物线；接近于抛物线；空载电流特性空载电流特性I0 =f(U1)空载电流与空载电压之间的函数关系空载电流与空载电压之间的函数关系磁化特性曲线。磁化特性曲线。2、空载试验的等效电路空载试验的等效电路等效电路：等效电路： ZL= I2 =0 空载试验的等值电路与空载运行的等值电路完全相同。空载试验的等值电路与空载运行的等值电路完全相同。I1 = I0 3、空载试验的参数计算空载试验的参数计算k= U1N / U201升压变压器的变比。升压变压器的变比。U1N = - -E+I0 Z1= I0(Zm+Z1)=I0 Z0，ZmZ1，U1NI0Zm， 三相变压器励

36、磁阻抗：三相变压器励磁阻抗：|Zm|=U1N(相电压相电压)/I0N(相电流相电流)。 单相变压器励磁阻抗：单相变压器励磁阻抗：|Zm|Z0|=U1N /I0N，其中：其中：Z0=(Zm+Z1)空载阻抗；空载阻抗；Z1低压侧的漏磁阻抗；低压侧的漏磁阻抗；Zm低压侧的励磁阻抗；低压侧的励磁阻抗；P0 = pFe+ pCu1= I02Rm+ I02 R1= I02(Rm+R1)= I02 R0，Rm R1，P0I02Rm， 单相变压器励磁电阻：单相变压器励磁电阻：RmR0 =P0N /I0N2，三相变压器励磁电阻：三相变压器励磁电阻：Rm=P0N(三相功率三相功率)/3I0N2(相电流相电流)。其

37、中：其中：R0=(Rm+R1)空载电阻；空载电阻；R1低压侧的绕线电阻；低压侧的绕线电阻；Rm低压侧的励磁电阻；低压侧的励磁电阻；|Zm|2= Rm2+Xm2， Xm=(|Zm|2- - Rm2)1/2，其中：其中：Xm 低压侧的励磁电抗；低压侧的励磁电抗；4、空载试验的参数折算、空载试验的参数折算空载试验得到的励磁参数是低压侧的励磁参数，空载试验得到的励磁参数是低压侧的励磁参数，对于降压变压器必须将低压侧励磁参数折算到高压侧。对于降压变压器必须将低压侧励磁参数折算到高压侧。k=1 /k1降压变压器的变比。降压变压器的变比。|Zm|= k2|Zm|高压侧的励磁阻抗。高压侧的励磁阻抗。Xm= k

38、2Xm高压侧的励磁电抗；高压侧的励磁电抗；Rm= k2Rm高压侧的励磁电阻；高压侧的励磁电阻；5、空载试验的注意问题、空载试验的注意问题（1）测量仪表必须按照高阻抗电路形式进行连接；）测量仪表必须按照高阻抗电路形式进行连接；（2）测量功率必须使用功率因数比较低的功率表；）测量功率必须使用功率因数比较低的功率表；（3）试验数据必须包含额定电压对应的一组数据；）试验数据必须包含额定电压对应的一组数据；（4）额定空载电流一般应为）额定空载电流一般应为I0N =(0.020.10)I1N；（5）对于降压变压器励磁参数必须折算到高压侧。）对于降压变压器励磁参数必须折算到高压侧。3.2.23.2.2变压器

39、的短路实验变压器的短路实验1 1、短路、短路试验的试验过程试验的试验过程(以降压变压器为例以降压变压器为例)变压器短路试验是指：变压器短路试验是指：短路试验近似于负载运行。短路试验近似于负载运行。原边接可变的正弦电压、副边直接短路的试验。原边接可变的正弦电压、副边直接短路的试验。短路试验一般采用短路试验一般采用所以短路试验是一个降压变压器的试验。所以短路试验是一个降压变压器的试验。（1 1）试验目的：）试验目的：测量测量UK、PK、IK、，计算，计算RK、XK、ZK 。低压侧短路的实验方式。低压侧短路的实验方式。高压侧接电源，高压侧接电源，（3 3）试验接线：）试验接线：短路试验电路属于低阻抗

40、电路，短路试验电路属于低阻抗电路，为了减小测量电流时产生的误差，接表顺序为：为了减小测量电流时产生的误差，接表顺序为：A、W、V（4 4）试验过程：）试验过程：从从IK =1.2I1N开始，逐渐降低开始，逐渐降低U1，直到，直到IK =0.5I1N为止。为止。（2 2）试验条件：）试验条件：U1= UK=(0.51.2)UKNUNZL =0、I1 = IK、U2=0。记录记录(78)组数据，组数据，IK =I1N点的数据必须测量，点的数据必须测量，（5）试验记录：）试验记录：在在IK =I1N左右的数据需要多测。左右的数据需要多测。IK1.2I1N1.1I1NI1N0.9 I1N0.8 I1N

41、0.7 I1N0.6 I1N0.5 I1N PKPKNUKUKN（6）绘制曲线：）绘制曲线：短路短路功率特性功率特性P0K=f(U1)短路功率与短路电压之间的函数关系短路功率与短路电压之间的函数关系接近于抛物线；接近于抛物线；短路短路电流特性电流特性IK=f(U1)短路电流与短路电压之间的函数关系短路电流与短路电压之间的函数关系正比例曲线。正比例曲线。2、短路、短路试验的等效电路试验的等效电路等效电路：等效电路： ZL =0 UKN =(0.0450.105)U1N I00 I0(0.0450.105)I0 3、短路、短路试验的参数计算试验的参数计算UK =IKZ1+IKZ2 =IK(Z1+Z

42、2)=IK ZK，负载支路短路。负载支路短路。励磁支路开路。励磁支路开路。其中：其中：ZK =(Z1+Z2)短路阻抗；短路阻抗； 三相变压器短路阻抗：三相变压器短路阻抗：|ZK|= UKN(相电压相电压)/ I1N(相电流相电流)。单相变压器短路阻抗：单相变压器短路阻抗：|ZK|= UKN / I1N ，PK = pCu1+ pCu2=IK2 R1+IK2R2 =IK2(R1+R2)= IK2RK其中：其中：RK =(R1+R2)短路电阻；短路电阻； 单相变压器短路电阻：单相变压器短路电阻：RK =PKN /I1N2，三相变压器短路电阻：三相变压器短路电阻：RK =PKN(三相功率三相功率)/

43、 3I1N2(相电流相电流)。|ZK|2= RK2+XK2，其中：其中：XK =(X1+X2)短路电抗；短路电抗；XK =(|ZK|2- -RK2)1/2，4、短路试验的温度折算、短路试验的温度折算短路试验获得的参数是在室温条件下的短路参数，短路试验获得的参数是在室温条件下的短路参数，为了便于比较，必须将短路参数折算到标准温度。为了便于比较，必须将短路参数折算到标准温度。铜制导线：铜制导线：RK75C=(235+75)/(235+)RK；UKN = I1N ZK75C =(0.0450.105)U1N 额定短路电压。额定短路电压。ZK75C =（RK75C 2+XK2）1/2，铝制导线：铝制导

44、线：RK75C=(228+75)/(228+)RK；5、短路试验的注意问题、短路试验的注意问题（1）测量仪表必须按照低阻抗电路形式进行连接；）测量仪表必须按照低阻抗电路形式进行连接；（2）测量功率必须使用功率因数比较高的功率表；）测量功率必须使用功率因数比较高的功率表；（3）试验数据必须包含额定电流对应的一组数据；）试验数据必须包含额定电流对应的一组数据；（4）额定短路电压一般为）额定短路电压一般为UKN=(0.0450.105)U1N；（5）对于升压变压器短路参数必须折算到低压侧。）对于升压变压器短路参数必须折算到低压侧。3.2.33.2.3变压器的标幺值变压器的标幺值变压器的标幺值：变压器

45、的标幺值： 某一物理量的实际值与同单位的基准值的比值。某一物理量的实际值与同单位的基准值的比值。即：标幺值即：标幺值=实际值实际值/基准值基准值 变压器负载系数是指：变压器负载系数是指：标幺值的表示方法：标幺值的表示方法：（1）在物理量下加下滑线；）在物理量下加下滑线； （2）在物理量右上角加星花。）在物理量右上角加星花。基准值常为额定值。变压器的基准值主要包括基准值常为额定值。变压器的基准值主要包括额定电压额定电压UN，额定电流，额定电流IN，额定阻抗，额定阻抗ZN。原边的基准值：原边的基准值：U1N(线电压线电压)、U1NP(相电压相电压)、I1N(线电流线电流)、 I1NP(相电流相电流

46、)、Z1N(相阻抗相阻抗)= U1NP / I1NP。副边的基准值：副边的基准值：U2N(线电压线电压)、U2NP(相电压相电压)、I2N(线电流线电流)、 I2NP(相电流相电流)、Z2N(相阻抗相阻抗)= U2NP / I2NP。常用的标幺值：常用的标幺值：负载电流标幺值负载电流标幺值负载系数。负载系数。UKN 短路电压标幺值，短路电压标幺值， ZK 短路阻抗标幺值，短路阻抗标幺值，例如：例如：I1= I1/I1N=I2/ I2N= I2=。即原边的标幺值等于副边的标幺值。即原边的标幺值等于副边的标幺值。UKN =UKN/U1N= I1NZK75C /U1N= ZK75C /(U1N /I

47、1N)= ZK75C /Z1N=ZK，变压器的实际输出电流与额定输出电流的比值。变压器的实际输出电流与额定输出电流的比值。 （3）画出变压器的等值电路。）画出变压器的等值电路。例例3-2-1 已知：单相变压器，已知：单相变压器，SN =20000KVA， U1N /U2N =(220/31/2)/11KV，=15C。空载实验空载实验(低压侧接电源低压侧接电源)数据：数据：U0=11KV，I0=45.5A，P0=47KW。短路实验短路实验(高压侧接电源高压侧接电源)数据：数据：UK=9.24KV，IK=157.5A，PK=129KW。试求：（试求：（1）k=？Rm=？Xm=？Zm=？Rm=？Xm

48、=？Zm=？（2）RK=？XK=？ZK=？RK=？XK=？ZK=？3.3 3.3 变压器的联接组别变压器的联接组别变压器的联接组别是指：变压器的联接组别是指：用钟表法表示的变压器原、副绕组电势之间的相位关系。用钟表法表示的变压器原、副绕组电势之间的相位关系。变压器联接组别的作用：变压器联接组别的作用：变压器联接组别的种类变压器联接组别的种类：3.3.1 3.3.1 变压器的磁路系统变压器的磁路系统用于表示变压器原、副绕组电势之间的相位关系。用于表示变压器原、副绕组电势之间的相位关系。（1 1）单相变压器联接组别；）单相变压器联接组别； （2 2）三相变压器联接组别。）三相变压器联接组别。1、三

49、相组式变压器、三相组式变压器1W2Ww1V2Vv1U2Uu2、三相心式变压器、三相心式变压器1U2U1u2u1V2V1v2v1W2W1w2wuvw3.3.2 3.3.2 单相变压器的联接组别单相变压器的联接组别若符合左手螺旋关系则称为左绕。若符合左手螺旋关系则称为左绕。1、单相变压器的绕组绕法、单相变压器的绕组绕法单相变压器的绕组绕法是指原副绕组线圈的绕行方向。单相变压器的绕组绕法是指原副绕组线圈的绕行方向。若符合右手螺旋关系则称为右绕，若符合右手螺旋关系则称为右绕，原绕组的首端用原绕组的首端用A表示、尾端用表示、尾端用X表示；表示；2、单相变压器的绕组标志、单相变压器的绕组标志单相变压器的绕

50、组标志是指原副绕组首尾的命名方式。单相变压器的绕组标志是指原副绕组首尾的命名方式。副绕组的首端用副绕组的首端用a表示、尾端用表示、尾端用x表示。表示。AXaxAXax原绕组电势定义为：原绕组电势定义为：3、单相变压器的绕组极性、单相变压器的绕组极性单相变压器的绕组极性是指原副绕组电势的相位关系。单相变压器的绕组极性是指原副绕组电势的相位关系。同一个铁心柱上的由同一个磁通产生的同一个铁心柱上的由同一个磁通产生的原副绕组电势之间才有对应的相位关系；原副绕组电势之间才有对应的相位关系；副绕组电势定义为：副绕组电势定义为：EA=EAX，Ea=Eax。AXaxAXaxEAEaEAEa原、副绕组电势同相是

51、指：原、副绕组电势同相是指：原边电势原边电势EA和副边电势和副边电势Ea均与主磁通符合右手螺旋关系。均与主磁通符合右手螺旋关系。否则称为反否则称为反相相。AXaxEAEa同一个铁心柱上的原副绕组电势之间相位关系同一个铁心柱上的原副绕组电势之间相位关系由由绕组标志绕组标志和和绕组绕法绕组绕法共同决定共同决定。（1 1）原副绕组绕法相同，）原副绕组绕法相同，以以EA为参考相量，为参考相量，然后再比较然后再比较Ea与与m是否符合右手螺旋关系：是否符合右手螺旋关系：先令先令EA与与m符合右手螺旋关系，符合右手螺旋关系，标志相同：标志相同：m由于由于Ea与与m也符合右手螺旋关系，所以也符合右手螺旋关系，

52、所以EA与与Ea一定同相。一定同相。A(a)EAEaAXaxEAEaAXaxEAEa（2）原副绕组绕法相反，）原副绕组绕法相反，以以EA为参考相量，为参考相量，然后再比较然后再比较Ea与与m是否符合右手螺旋关系：是否符合右手螺旋关系：先令先令EA与与m符合右手螺旋关系，符合右手螺旋关系，标志相同：标志相同：m由于由于Ea与与m不符合右手螺旋关系，所以不符合右手螺旋关系，所以EA与与Ea一定反相。一定反相。A(a)EAEaAXaxEAEaAXaxEAEa（3）原副绕组绕法相同，）原副绕组绕法相同，以以EA为参考相量，为参考相量，然后再比较然后再比较Ea与与m是否符合右手螺旋关系：是否符合右手螺旋

53、关系：先令先令EA与与m符合右手螺旋关系，符合右手螺旋关系，标志相反：标志相反：m由于由于Ea与与m不符合右手螺旋关系，所以不符合右手螺旋关系，所以EA与与Ea一定反相。一定反相。A(a)EAEaAXaxEAEaAXaxEAEa（4）原副绕组绕法相反，）原副绕组绕法相反，以以EA为参考相量，为参考相量，然后再比较然后再比较Ea与与m是否符合右手螺旋关系：是否符合右手螺旋关系：先令先令EA与与m符合右手螺旋关系，符合右手螺旋关系，标志相反：标志相反：m由于由于Ea与与m也符合右手螺旋关系，所以也符合右手螺旋关系，所以EA与与Ea一定同相。一定同相。A(a)EAEaAXaxEAEa4、单相变压器的

54、联接组别、单相变压器的联接组别用钟表法表示的原边电势用钟表法表示的原边电势EA与副边电势与副边电势Ea之间的相位关系。之间的相位关系。单相变压器联接组别是指：单相变压器联接组别是指：在单相变压器的联接组别中，钟表法定义为：在单相变压器的联接组别中，钟表法定义为：原边电势原边电势EA 用分针表示用分针表示EAEA作为参考相量，永远指向作为参考相量，永远指向12点钟；点钟；副边电势副边电势Ea 用时针表示用时针表示Ea的位置由的位置由Ea 与与EA 相位决定，分别为相位决定，分别为6或或12；Ea12Ea6A、a间嵌位间嵌位用中轴表示用中轴表示Ea与与EA的公共参考点。的公共参考点。A(a)在单相

55、变压器的联接组别中，在单相变压器的联接组别中，EA与与Ea的相位关系定义为：的相位关系定义为：EA与与Ea同相。同相。在绕组连接图中表示为：在绕组连接图中表示为：原绕组同名端在首端，副绕组同名端也在首端；原绕组同名端在首端，副绕组同名端也在首端；在电势相量图中表示为：在电势相量图中表示为：EA与与Ea同向；同向；A(a)EAEa在联接组别中表示为：在联接组别中表示为：I，I0或或I/I12。在单相变压器的联接组别中，在单相变压器的联接组别中，EA与与Ea的相位关系定义为：的相位关系定义为：EA与与Ea反相。反相。在绕组连接图中表示为：在绕组连接图中表示为：原绕组同名端在首端，副绕组同名端也在原

56、绕组同名端在首端，副绕组同名端也在尾尾端；端；在电势相量图中表示为：在电势相量图中表示为：EA与与Ea反向；反向；A(a)EAEa在联接组别中表示为：在联接组别中表示为：I，I6或或I/I6。3.3.3 3.3.3 三三相变压器的绕组接法相变压器的绕组接法1、三相变压器的绕组标志、三相变压器的绕组标志2、三相变压器的绕组标志、三相变压器的绕组标志例题 某三相电力变压器，某三相电力变压器，SN=750kVA，U1N/U2N=10000/400V，Y,y接线，在低压侧接线，在低压侧做空载试验，测出数据为：做空载试验，测出数据为：U0=400V，I0=60A，P0=3800W；在高压侧做短路试验，；

57、在高压侧做短路试验，测出数据为：测出数据为：US=440V，IS=43.3A，PS=10900W，室温，室温20C，求：变压器折算，求：变压器折算到高压边的励磁参数和短路阻抗参数（其到高压边的励磁参数和短路阻抗参数（其中电阻换算时中电阻换算时K=235）；）； 3.4变压器的联接组别3.4.1 3.4.1 磁路系统磁路系统一、组式磁路变压器二、心式磁路变压器特点是：三相磁特点是：三相磁路彼此无关联。路彼此无关联。特点是：三相磁路特点是：三相磁路彼此有关联。彼此有关联。1W2Ww1V2Vv1U2Uu1U2U1u2u1V2V1v2v1W2W1w2wuvw3.4.23.4.2 电路系统电路系统一、变

58、压器的端头标号绕组绕组名称名称单相变压器三相变压器中性点首端首端末端末端首端首端末端末端高压高压绕组绕组U1U2U1、V2、W1U2、V2、W2N低压低压绕组绕组u1u2u1、v1、w1u2、v2、w2n中压中压绕组绕组U1mU2mU1m、V1m、W1mU2m、V2m、W2mNm二、单相变压器的极性*1U2U1u2u*1U2U1u2u1U2U1u2u)I , I(I/I012连接组别为)I,I(I/I66 连连接接组组别别为为一、二次绕组的同极性端一、二次绕组的同极性端同标志时，一、二次绕组同标志时，一、二次绕组的电动势同相位。的电动势同相位。*1u2u1U2U1u2u*1U2U*1U2U1u

59、2u一、二次绕组的同极性端一、二次绕组的同极性端异标志时，一、二次绕组异标志时，一、二次绕组的电动势反相位。的电动势反相位。三、三相变压器的连接组别连接组别连接组别：反映三相变压器连接方式及一、二次线电动势（或：反映三相变压器连接方式及一、二次线电动势（或线电压）的相位关系。线电压）的相位关系。 三相变压器的三相变压器的连接组别连接组别不仅与绕组的绕向和首末端标志有不仅与绕组的绕向和首末端标志有关，而且还与三相绕组的连接方式有关。关，而且还与三相绕组的连接方式有关。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（可电压）的相位差

60、总是动势（可电压）的相位差总是30300 0的整数倍。因此可以采用时钟的整数倍。因此可以采用时钟表示法表示法 作为时钟的分针，指向作为时钟的分针，指向1212点，点， 作为时钟的时作为时钟的时针，其指向的数字就是三相变压器的组别号。组别号的数字乘针，其指向的数字就是三相变压器的组别号。组别号的数字乘以以30300 0，就是二次绕组的线电动势滞后于一次侧电动势的相位角。，就是二次绕组的线电动势滞后于一次侧电动势的相位角。UVEuvE连接组别可以用相量图来判断：连接组别可以用相量图来判断：若高压绕组三相标志不变，低若高压绕组三相标志不变，低压绕组三相标志依次后移，可压绕组三相标志依次后移，可以得到