注册电气工程师辅导-电气工程基础23

6变压器考试大纲6.1了解三相组式变压器及三相芯式变压器结构特点6.2掌握变压器额定值的含义和作用6.3了解变压器变比和参数的测定方法6.4掌握变压器工作原理6.5了解变压器电势平衡方程式及各量含义6.6掌握变压器电压调整率的含义6变压器6.7了解变压器在空载合闸时产生很大冲击冲击电流的原因6.8了解变压器的效率计算及变压器具有最高效率的条件6.9了解三相变压器联结组和铁心结构对谐波电流、谐波磁通的影响6.10了解用变压器组接线方式及极性判断三相变压器连接组别的方法6.11了解变压器的绝缘系统及冷却方式、允许升温6.1三相组式变压器及三相芯式变压器结构特点

一、

基本结构变压器的主要部件是铁心和绕组，它们构成了变压器的器身。除此之外，还有放置器身的盛有变压器油的油箱、绝缘套管、分接开关、安全气道等部件。

变压器铁芯的作用是构成磁路。为减小涡流损耗，铁芯用0.35～0.35mm厚的硅钢片交错叠装而成，在硅钢片表面涂有绝缘漆并经氧化处理形成绝缘层。

绕组（线圈）的作用是构成交流电的通路，通以励磁电流建立磁场。变压器接电源一边的绕组，称为一次绕组；接负载一边的绕组称为二次绕组。

变压器的铁芯、一次绕组和二次绕组之间是彼此绝缘的。

6.1三相组式变压器及三相芯式变压器结构特点6.2变压器额定值的含义和作用

1.额定容量：指变压器的视在功率。对三相变压器指三相容量之和。单位：伏安（VA）千伏安（kVA）2.额定电压：指电源加到原边绕组上的电压，是副边绕组开路即空载运行时副绕组的端电压。对于三相变压器一般指线电压值。单位：伏（V）千伏（kV）6.2变压器额定值的含义和作用

3.额定电流：由和计算出来的电流，即为额定电流对单相变压器：

对三相变压器：6.2变压器额定值的含义和作用

3.额定电流：由和计算出来的电流，即为额定电流对单相变压器：

对三相变压器：6.2变压器额定值的含义和作用

4.额定频率

：我国规定标准工业用电频率为50赫（Hz）有些国家采用60赫。此外，额定工作状态下变压器的效率、温升等数据均属于额定值。6.3变压器变比和参数的测定方法1.变压器的空载运行变压器一次绕组接电源，二次绕组开路，负载电流为零，这种情况即为变压器的空载运行。和为一、二次绕组的匝数分别绕在两个铁心柱上。6.3变压器变比和参数的测定方法2.变压器的负载运行

一次侧接交流电源，二次侧接负载，二次侧中便有负载电流流过，这种情况称为负载运行。

6.3变压器变比比和参数的的测定方法法3.变压器等效效电路参数数的测定（1）空载实验验用大写字母母表示高压压端,小字母表示示低压端.空载试验可可在任一边边作.但考虑到空空载试验所所加电压较较高,其电流较小小,为试验的安安全和仪器器仪表选择择方便,一般在低压压侧作。如如下图所示示:测定方法:在原边侧加副副边边侧开路，读读取、、、、。。6.3变压器变比比和参数的的测定方法法（2）短路试验验因短路试验验电流大,电压低,一般在高压压侧作，从从等效电路路可见,外加电压仅仅用来克服服变压器本本身的漏阻阻抗压降,所以当很很低时时,电流即到达达额定,该电压为。。在时,读取、计算短路参参数。6.3变压器变比比和参数的的测定方法法短路试验时时使电流达达到额定值值时所加电电压称为阻抗电电压或短路路电压。阻抗电压用用额定电压压百分比表表示时有:阻抗电压百百分比是铭铭牌数据之之一，是变压器的的主要参数数，阻抗电电压的大小小反映变压压器在额定定负载下运运行时，漏阻抗压降降的大小。。6.4变压器工作作原理变压器的一一次绕组（（一次绕组组）与交流流电源接通通后，经绕绕组内流过过交变电流流产生磁通通，在在这个磁通通作用下，，铁芯中便便有交变磁磁通，，即一次绕绕组从电源源吸取电能能转变为磁磁能，在在铁芯中中同时交（（环）链原原、副边绕绕组（二次次绕组），，由于电磁磁感应作用用，分别在在原、二次次绕组产生生频率相同同的感应电电动势。如如果此时二二次绕组接接通负载，，在二次绕绕组感应电电动势作用用下，便有有电流流过过负载，铁铁芯中的磁磁能又转换为电能。。这就是变变压器利用电磁磁感应原理理将电源的电能能传递到负负载中的工作原原理。6.5变压器电势势平衡方程程式及各量量含义1.磁动势方程程式负载后作用用于主磁路路上的磁势势有两个和和而励磁磁势，，维持不变变，与空载载时相同，，负载时，作用用于铁心上的的磁动势是一一、二次绕组组的合成磁动动势，且为空空载时的磁动势，即即激磁磁动势。6.5变压器电势平平衡方程式及及各量含义上式表明负载载后，一次侧侧电流由两部部分组成，一一部分维持主主磁通的。另一部分用来来抵消二次侧侧的负载分量量，能量由一次侧侧传到二次侧侧。6.5变压器电势平平衡方程式及及各量含义1、2.电压方程式由主磁通在一一、二次绕组组中分别感应应电势和和，，漏磁通在一、、二次绕组中中感应漏电势势，此外，一一、二次侧绕绕组还分别有有电阻压降，，根据基尔霍霍夫定律及负负载运行示意意图中各量正正方向的规定定，可列写一一、二次侧电电压方程如下下：式中——一、二次侧绕绕组漏磁抗；；——一、二次侧绕绕组漏电阻；；——一、二次侧绕绕组漏电抗。。6.5变压器电势平平衡方程式及及各量含义归纳起来变压压器的基本方方程式为：按磁路性质不不同，分为主主磁通和漏磁磁通两部分。。并分别用不不同的电路参参数表征，漏漏感磁通感应应电势用和和表表征。主磁磁通感应电势势用表表征，和和为常常数，不不为常数。6.6变压器电压调调整率的含义义1.变压器的外特特性在电源电压不不变的情况下下，变压器二二次侧接入负负载后，一、、二次绕组都都有电流通过过，必然产生生一、二次侧侧的内阻抗压压降，从而使使二次电压随随负载的增减减而变化。二二次电压从随随二次电流变变化的特性曲曲线称称为变压器的的外特性。6.6变压器电压调调整率的含义义2.电压调整率一般情况下，，外特性曲线线近似一条略略向下倾斜的的直线，且倾倾斜的程度与与负载的功率率因数有关，，对于感性负负载，功率因因数愈低，下下倾愈烈。从从空载到满载载（），二次电压变化化的数值与空空载电压的比比值称为电压压调整率，即即电力变压器的的电压调整率率一般为2％～3％。6.7变压器在空载载合闸时产生生很大冲击冲冲击电流的原原因在变压器副绕绕组开路的情情况下，把原原边线圈接到到电网成为空空载合闸。由由于变压器铁铁心存在饱和和现象，当变变压器空载合合闸时，会出出现冲击电流流，此电流与与主磁场的建建立有关。当电压的的初相角时时合闸闸即建立了稳稳态磁通，合合闸电流也没没有瞬变过程程就进入了稳稳态空载。6.7变压器在空载载合闸时产生生很大冲击冲冲击电流的原原因当电压的的初相角时时合闸闸，变压器中中的磁通除了了稳态分量，，还有暂态分分量，在合闸闸后半个周波波，磁通达到到最大值，为为稳态值的2倍，加上铁心心的磁饱和特特性，故合闸闸电流增加的的倍数远远超超过磁通增加加的倍数。冲冲击电流的数数值最大可以以达到额定电电流的6~8倍。解决的办法是是在变压器的的原边串联一一个合闸电阻阻，合闸完后后将电阻切除除。6.8变压器的效率率计算及变压压器具有最高高效率的条件件1.变压器的损耗耗变压器运行时时将产生损耗耗，变压器的的损耗分两大大类铜耗：基本铜铜耗和杂散铜铜耗铁耗：基本铁铁耗和杂散铁铁耗基本铜耗：一一、二次绕组组内电流所引引起时的直流流电阻损耗。。杂散铜耗：主主要是由漏磁磁通所引起的的集肤效应，，使绕组的有有效电阻增大大而增加的铜铜耗。以及漏漏磁场在结构构部件中引起起的涡流损耗耗等。6.8变压器的效率率计算及变压压器具有最高高效率的条件件铜耗与负载电电流的平方成成正比。因此此也称为可变变损耗。铜耗与绕组的的温度有关，，一般都用77度时的电阻值值来计算。基本铁耗：变变压器铁心中中的磁滞与涡涡流损耗。杂散铁耗：主主要是铁心接接连处由于磁磁通密度分布布不均匀所引引起的损耗，，和主磁通在在铁轭夹件，，油箱等结构构部件中所引引起的涡流损损耗。铁耗可可近似认为与与或或成正比比。由于变压压器一侧电压压保持不变。。故铁耗可视视为不变损耗耗。（F不变的前提下下）。6.8变压器的效率率计算及变压压器具有最高高效率的条件件因变压器无转转动部分，一一般效率都很很高，大多数数在95%以上。大型变变压器可达99%。测量变压器的的效率一般不不采用直接测测、的方法，因与相差差很小。测量量仪器本身的的误差就可能能超出次范围围，一般用间间接法测量变变压器的效率率。即测出各各种损耗，再再计算效率。。6.8变压器器的效效率计计算及及变压压器具具有最最高效效率的的条件件当变压压器的的可变变损耗耗与不不变损损耗相相等时时，产产生最最大效效率，，此时时对应最最大效效率时时负载载电流流的标标幺值值为6.9三相变变压器器联结结组和和铁心心结构构对谐谐波电电流、、谐波波磁通通的影影响考虑铁铁心磁磁路的的饱和和，不不会同同时为为正弦弦，一一个为为正弦弦，另另一个个就为为非正正弦，，如为为正弦弦，电电流I为尖顶顶波，，电流流中除除基波波分量量外，，还有有3次谐波波分量量。6.9三相变变压器器联结结组和和铁心心结构构对谐谐波电电流、、谐波波磁通通的影影响1.Y，y联结组组三次谐谐波电电流构构成零零序对对称组组,不能存存在于于无中中线的的星形形连接接的三三相电电路中中,所以当当正弦弦电压压施加加于Y连接的的变压压器时时,电流接接近正正弦波波,主磁通通为平平顶波波,其中三三次谐谐波磁磁通的的大小小及对对电势势波形形的影影响还还要看看磁路路系统统的结结构.6.9三相变变压器器联结结组和和铁心心结构构对谐谐波电电流、、谐波波磁通通的影影响（1）三相相变压压器组组组成磁磁路系系统的的特点点是互互相独独立,彼此无无关,所以三三次谐谐波磁磁通和和基波波一样样可以以存在在于各各相磁磁路中中,在一,二次侧侧绕阻阻中每每相感感应电电势为为:三次谐谐波频频率,所以感感应的的三次次谐波波电势势相当当大，，可达达基波波的50%，结果果使相相电势势波形形严重重畸形形，幅幅值很很高，，可使使绕阻阻绝缘缘击穿穿，所所以三三相变变压器器组不不允许许采用用Y，y联结。。6.9三相变变压器器联结结组和和铁心心结构构对谐谐波电电流、、谐波波磁通通的影影响（2）三相相心式式变压压器心式磁磁路特特点是是互相相联系系，彼彼此相相关，，而三三次谐谐波磁磁通，，也是是零序序对称称组，，由于于磁路路构成成三相相行星星形磁磁路，，三个个同相相，同同大小小的磁磁通不不能沿沿铁心心磁路路闭和和，这这和三三次谐谐波电电流不不能在在Y接三相相电路路中流流通相相似，，但他他们可可以经经油箱箱壁等等形成成闭路路，由由于这这些磁磁路的的磁阻阻很大大，使使三次次谐波波磁通通大为为削弱弱，所所以相相电势势中也也接近近正弦弦波。。但三三相谐谐波磁磁通沿沿油箱箱闭和和，引引起附附加涡涡流损损耗，，降低低变压压器效效率，，因此此，对对心式式变压压器Y，y接仅仅在在容容量量为为1600千伏伏安安以以下下的的中中，，小小容容量量的的变变压压器器中中采采用用。。6.9三相相变变压压器器联联结结组组和和铁铁心心结结构构对对谐谐波波电电流流、、谐谐波波磁磁通通的的影影响响2.Y，d或D，y联结结组组（1）D，y联结结组组D，y联结结组组的的三三相相变变压压器器，，因因一一次次侧侧为为接，，三三次次谐谐波波电电流流可可在在接接的的电电路路中中流流通通，，所所以以主主磁磁通通为为正正弦弦波波，，由由它它感感应应的的一一二二次次侧侧相相电电势势e都接接近近正正弦弦波波。。6.9三相相变变压压器器联联结结组组和和铁铁心心结结构构对对谐谐波波电电流流、、谐谐波波磁磁通通的的影影响响（2）Y，d联结结组组Y，d联结结组组的三三相相变变压压器器，，因因一一次次侧侧电电流流无无三三次次谐谐波波分分量量，，所所以以主主磁磁通通和和一一，，二二次次侧侧相相电电动动势势出出现现电电动动势势出出现现三三次次谐谐波波分分量量。。只要要变变压压器器有有一一侧侧采采用用““角角形形””接接，，就就能能保保证证主主磁磁通通及及电电势势波波形形为为正正弦弦波波。。在在大大容容量量变变压压器器中中，，当当一一、、二二侧侧都都是是““Y”联结时，，可另加加一个接接成“角角形”的的小容量量第三侧侧。供改改善电势势波形之之用。6.9三相变压压器联结结组和铁铁心结构构对谐波波电流、、谐波磁磁通的影影响综上所述述：三相相变压器器的相电电势波形形与绕组组接法和和磁路系系统有密密切的关关系。只只要变压压器有一一侧是角角接。就就能保证证主磁通通及电势势波形为为正弦波波。6.10三相变压压器组接接线方式式及极性性端判断断三相变变压器组组别的方方法1.联结方法法在三相变变压器中中用大写写字母A、B、C表示高压压端首端端，X、Y、Z表示尾端端，小写写字母a、b、c表示低压压端首端端，x、y、z表示尾端端，连接接可采用用星型（（Y连接）用用Y（或y）表示，角角型（连连接）用用D(或d)表示。三相变压压器的原原、副绕绕组的连连接方法法有星（（Y）形连接和和三角（（D）形连接两两种。6.10三相变压压器组接接线方式式及极性性端判断断三相变变压器组组别的方方法2.联结组根据变压压器原、、付方对对应的线线电压之之间的相相位关系系，把变变压器绕绕组的连连接分成成不同的的组合称称为绕组组的联结结组。实实践与理理论证明明，变压压器高、、低压方方相对应应的线电电压的相相位差总总是30度的倍数数。因此此采用““时钟表表示法””来表示示这种相相位差是是很简明明的。“时钟表表示法””：把高高压边线线电压作作为长针针始终指指向“12”。而低压压边相对对应的线线电压作作为短时时，短针针指向的的数字称称为三相相变压器器连接组组的组号号。6.10三相变压压器组接接线方式式及极性性端判断断三相变变压器组组别的方方法3.同名端无论单相相变压器器的高、、低压绕绕组还是是三相变变压器同同一相的的高、低低压绕组组都是绕绕在同一一铁心柱柱上的。。它们是是被同一一主磁通通所交链链，高、、低压绕绕组的感感应电势势的相位位关系只只能有两两种可能能，一种种同相，，一种反反相(差180度)。当电流从从线圈的的同极性性端流入入（或流出））时，产产生的磁磁通的方方向相同同；当磁磁通变化化（增大大或减小小）时，，在同极极性端感感应电动动势的极极性也相相同。6.10三相变压压器组接接线方式式及极性性端判断断三相变变压器组组别的方方法4.国家标准准联结组组Yyn0、Yd11、Ynd11、Yny0、Yy05.变压器绕绕组的极极性及其其测定进行绕组组极性测测定时，，首先用用万用表表的欧姆姆档确认认出哪两两个出线线端属于于同一线线圈的端端子，然然后再辨辨认不同同线圈的的同极性性端。6.10三相变变压器器组接接线方方式及及极性性端判判断三三相变变压器器组别别的方方法（1）交流流测定定法实验电电路如如图所所示，，首先先用一一段粗粗导线线将一一、二二次绕绕组中中各选选出的的一个个端子子（如如端子子1和3）联接接起来来，然然后在在一个个绕组组的端端子上上（一一般取取高压压绕组组）加加上一一较低低的交交流电电压，，用电电压表表测量量一、、二次次绕组组另外外两端端子（（即2和4）之间间的电电压和两绕组组电压压、。。若，则被短接接的两两个端端子（（1和3）为同名名端；；反之之，则则为异异名端，而而这时时即可可判定定端子子1和4或2和3为同名名端。。6.10三相变变压器器组接接线方方式及及极性性端判判断三三相变变压器器组别别的方方法（2）直流流测定定法实验电电路如如图所所示。。在端端子1、2间串联联接入入一个个直流流电源源E和开关关S，在另一一绕组组的两两端子子（3和4）串接接一个个直流流毫