电机学-变压器部分1

电机学许加柱湖南大学第三章变压器变压器的分类、基本结构、额定值1变压器的空载运行2变压器的负载运行3变压器的等效电路4变压器的参数测定5变压器的标幺值6第三章变压器变压器的运行特性7变压器的并联运行8三绕组变压器9自耦变压器10电压互感器、电流互感器113.1变压器的分类、基本结构、额定值发电输电配电用电传输距离（km）电压（kV）电压等级15～2010；6.6中压5035中压100110高压200～300220500～1000500(DC)or750(AC)超高压Extra-highVoltage(EHV)800～800(DC)or1000(AC)特高压Ultra-HighVoltage(UHV)3.1变压器的分类、基本结构、额定值发电输电配电用电3.1变压器的分类、基本结构、额定值发电输电配电用电特高压换流变压器3.1变压器的分类、基本结构、额定值3.1变压器的分类、基本结构、额定值发电输电配电用电1000kV、750kV交流变压器3.1变压器的分类、基本结构、额定值3.1.1变压器的分类1）按用途分类：电力变压器、互感器、特殊用途变压器2）按绕组数目分类：双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器、多绕组变压器3）按相数分类：单相变压器、三相变压器、多相变压器4）按冷却方式分类：空冷干式变压器、油浸变压器、

蒸发冷却变压器5)按铁心结构分类：心式变压器和壳式变压器3.1.2变压器的基本结构铁心(变压器的磁路部分)绕组(变压器的电路部分)其他部件(油箱、冷却装置、保护装置、套管)变压器的基本结构3.1.2变压器的基本结构1.变压器铁心铁心是变压器的磁路，分为心柱和铁轭两部分3.1.2变压器的基本结构3.1.2变压器的基本结构心式变压器:

结构：心柱被绕组所包围。

特点:心式结构的绕组和绝缘装配比较容易，所以电力变压器常常采用这种结构。壳式变压器:

结构：铁心包围绕组的顶面、底面和侧面。

特点：壳式变压器的机械强度较好，常用于低电压、大电流的变压器或小容量电讯变压器。3.1.2变压器的基本结构一次绕组：输入电能的绕组。

二次绕组：输出电能的绕组。高压绕组的匝数多,导线细；低压绕组的匝数少，导线粗。从高,低压绕组的相对位置来看,变压器的绕组可分为同心式和交错式。2.绕组3.1.2变压器的基本结构2.绕组同心式结构：

同心式绕组的高、低压绕组同心地套装在心柱上。特点：

同心式绕组结构简单、制造方便，国产电力变压器均采用这种结构。交错式结构：

交迭式绕组的高、低压绕组沿心柱高度方向互相交错地放置。交错式绕组用于特种变压器中。特点：3.1.2变压器的基本结构绕组是变压器的电路部分，由包有绝缘材料的铜（铝）导线绕制而成，装配时低压绕组靠近铁心，高压绕组套在低压绕组外面。3.1.2变压器的基本结构油箱变压器油典型的油浸电力变压器散热器绝缘套管分接开关继电保护装置等部件除干式变压器外，电力变压器的器身都放在油箱中。3.其他部件

3.1.2变压器的基本结构除干式变压器外，电力变压器的器身都放在油箱中。3.1.2变压器的基本结构变压器的引线从油箱内穿过油箱盖时，必须经过绝缘的套管，使高压引线和接地的油箱绝缘3.1.3变压器的额定值变压器的额定值额定容量

在铭牌规定的额定状态下变压器输出视在功率的保证值，单位为VA或kVA或MVA。三相变压器指三相容量之和。额定电压

铭牌规定的各个绕组在空载、指定分接开关位置下的端电压，单位为V或kV。三相变压器指线电压。额定电流

根据额定容量和额定电压算出的电流称为额定电流，单位为A或kA。三相变压器指线电流。

3.1.3变压器的额定值三相变压器：额定频率

我国的标准工频规定为50赫(Hz)。单相变压器：设计时规定变压器一次侧和二次侧的额定容量相等。3.1.3变压器的额定值一台Yd11连接（一次侧是星形连接，二次侧是三角形连接）的三相变压器，额定容量Sn=3150kVA,U1N/U2N=35/6.3kV。确定其一、二次侧额定电流以及一次侧相电压和二次侧相电流。其它额定值：额定频率(f)额定运行时绕组温升(K)连接组号短路阻抗空载损耗短路损耗空载电流3.2变压器的空载运行规定正方向：一次电流i1的正方向与电源电压U1的正方向一致；主磁通φ与一次电流i1满足右手螺旋关系；一次和二次绕组感应电动势e1/e2与电流i同向；二次电压U2的正方向与流入负载阻抗ZL的电流的正方向一致。3.2变压器的空载运行什么叫变压器的空载运行？变压器的一次绕组接交流电源,二次绕组开路,负载电流为零(即空载)时的运行,称为空载运行。3.2变压器的空载运行一、空载运行时的物理情况变压器的空载运行

3.2.1空载运行时的磁通、感应电动势空载磁动势：主磁通：磁力线与一次侧和二次侧绕组交链的磁通。漏磁通:磁力线仅与一次侧绕组相交链的磁通。二、磁通和感应电动势3.2.1空载运行时的磁通、感应电动势感应电动势：在正弦稳态情况下：3.2.1空载运行时的磁通、感应电动势上式说明：在电路中，漏电动势可以用漏电抗的压降来代替。漏磁通所经过路径的磁导率是常数，和漏电抗亦是常数。3.2.2电压平衡方程式、变比3.2.3电压平衡方程式、变比变压器中，一次侧绕组的电动势与二次侧绕组的电动势之比成为变比。对三相变压器，变比指一、二次侧相电动势之比3.2.3空载电流1、空载电流的波形电网电压为正弦波，故主磁通也为正弦波若铁心不饱和，空载电流也为正弦波；但铁心饱和时，空载电流为尖顶波。3.2.3空载电流2、空载电流与主磁通的关系若铁心中没有损耗，则空载电流与主磁通同相位但主磁通在铁心中交变，在其中产生涡流损耗和磁滞损耗（合称为铁耗）。空载电流将领先主磁通一个角度。变压器的空载相量图

3.2.3空载电流2、空载电流与主磁通的关系变压器空载时，主磁场由空载电流建立，故空载电流也称之为激磁电流。激磁电流有两个分量：(1)磁化分量：(2)铁耗分量：3.2.3空载电流2、空载电流与主磁通的关系磁化电抗与铁耗电阻3.2.3空载电流磁化电抗与铁耗电阻磁化电抗：式中称为变压器的磁化电抗，是表征铁心磁化性能的一个参数。另外：

铁耗电阻：称为铁耗电阻，是表征铁心损耗的一个参数。（可得铁心线圈的并联等效电路)3.2.3空载电流铁心线圈的并联等效电路

3.2.3空载电流由上式可得：

激磁电抗：是表征铁心的磁化性能的一个等效参数;激磁电阻：是表征铁心损耗的一个等效参数。激磁阻抗：3.2变压器的空载运行3、空载时的等效电路3.2变压器的空载运行3、空载时的等效电路E1与Im是非线性关系，即激磁阻抗Zm不是常数，随着饱合度的增加而减小。但考虑到实际运行中，系统电压近似为某一常值，可近似将Zm视为某一常值。3.3变压器的负载运行

3.3.1磁动势平衡方程忽略了漏阻抗压降，主磁通不变。从空载到负载，一次绕组电流增加一个分量以平衡次级绕组的作用。3.3变压器的负载运行1）变压器负载运行时，主磁通由一次侧和二次侧的磁动势共同建立；2）主磁通的大小与空载运行时近似相等，磁动势也近似相等；3）一次侧电流中增加了一个负载分量，以平衡二次侧电流的作用，负载运行时磁动势平衡的几点结论3.3变压器的负载运行负载运行时的电磁过程3.3.2电压平衡方程二次侧绕组漏电动势：二次侧电压平衡方程：3.3.3绕组折算负载时一、二次侧电压平衡方程：由于变压器的变比k较大，使得一次侧、二次侧的电压和电流的数量级相差很大，不方便计算，画相量图更是困难，为了方便计算和得到变压器的等效电路，而引入绕组折算3.3.3绕组折算绕组折算的含义：通常是把二次侧的绕组折算到一次侧，即用一个匝数为N1的绕组去代替原变压器匝数为N2的二次侧绕组。要求折算前后，变压器的电磁本质不变，即要求折算后的二次侧绕组产生的磁动势的大小和分布和折算前相同。3.3.2电压平衡方程二次侧电流的折算二次侧电动势的折算二次侧阻抗的折算3.3.2电压平衡方程折算规律：当把二次侧各物理量折算到一次侧时，凡是单位为V的乘以k，凡是单位为Ω的乘以，电流的折算乘以3.3.2电压平衡方程折算后电压平衡方程：3.3.4相量图已知U2/I2/cosφ2和变压器的参数k/R1/x1σ/R2/X2σ/Rm/Xm，可按以下步骤绘出向量图。3.4变压器的等效电路单相变压器负载运行时的电磁关系用等值电路的形式表示，作为变压器模拟仿真的电路模型。1)T型等效电路2Γ型等效电路3）简化等效电路3.4变压器的等效电路等效电路的形成(1)T型等效电路一次侧：

3.4变压器的等效电路等效电路的形成(1)T型等效电路二次侧：↓3.4变压器的等效电路等效电路的形成(1)T型等效电路

3.4变压器的等效电路等效电路的形成(2)Γ型等效电路

3.4变压器的等效电路3、简化等效电路3.4变压器的等效电路计算变压器负载运行方法有基本公式、等值电路和相量图。

基本方程式：是变压器的电磁关系的数学表达式；等值电路：是基本方程式的模拟电路；相量图：是基本方程的图示表示；三者是统一的，一般定量计算用等效电路，讨论各物理量之间的相位关系用相量图。3.4变压器的等效电路例：一台三相变压器：SN=315000kVA，U1n/U2n=220/11kV，YnD11连接，F=50Hz，==0.038，==８，=17711，

=138451，负载三角形接，=11.52＋j8.64。当高压侧接额定电压时，求：1）高压方电流，从高压方看进去的功率因数2）低压侧电动势3）低压侧电压、电流、负载功率因数、输出功率3.5变压器的参数测定1、空载试验3.5变压器的参数测定空载试验直接测量的试验数据试验侧电压另一侧空载电压试验侧电流试验侧功率为了方便和安全，空载试验一般在低压方进行。3.5变压器的参数测定空载试验可计算的参数变压器变比：励磁阻抗：励磁电阻：励磁电抗：3.5变压器的参数测定空载试验中注意事项（1）上述计算是针