第二篇变压器1

第二篇变压器

变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛,变压器是一种静止电器,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等级的交流电能。变压器的种类有：

在能量传输过程中，当输送功率P=UIcos及负载功率因数cos

一定时：电能损耗小节省金属材料（经济）UIP=I²RlIS电力变电压：电力系统

测量变压器：电流、电压互感器调压变压器：实验室调节电压

专用变压器：电焊、整流等电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。具体如下：

发电厂10.5kV输电线220kV升压仪器36V降压…实验室380/220V降压变电站10kV降压降压变压器的分类电压互感器电流互感器按用途分电力变压器(输配电用)仪用变压器整流变压器按相数分三相变压器单相变压器按制造方式壳式心式变压器符号变压器的种类很多，可按其用途、相数、结构、调压方式、冷却方式等不同来进行分类。变压器的分类按用途分类：电力变压器（升压、降压）、仪用变压器（电压互感器、电流互感器）、整流变压器；按相数分类：单相变压器和三相变压器；按线圈数分类：双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器；

按铁心结构分类：心式变压器和壳式变压器；按调压方式分类：无载调压变压器、有载调压变压器；按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器和干式变压器等；按容量大小分类：小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器。一、变压器的基本结构2-1变压器的基本结构和额定值铁心绕组其他部件变压器的基本结构变压器的结构变压器的磁路绕组：一次绕组二次绕组单相变压器+–+–由高导磁硅钢片叠成厚0.35mm或0.5mm铁心变压器的电路一次绕组N1二次绕组N2铁心变压器的结构

铁心和绕组是变压器中最主要的部件，他们构成了变压器的器身。1、铁心：构成了变压器的磁路，同时又是套装绕组的骨架。铁心由铁心柱和铁轭两部分构成。铁心柱上套绕组，铁轭将铁心柱连接起来形成闭合磁路。铁心材料：为了提高磁路的导磁性能，减少铁心中的磁滞、涡流损耗，铁心一般用高磁导率的磁性材料——硅钢片叠成。其厚度为0.35～0.5mm，两面涂以厚0.02～0.23mm的漆膜，使片与片之间绝缘。变压器的结构功率损耗交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。1.铜损(Pcu)在交流铁心线圈中,线圈电阻R上的功率损耗称铜损，用Pcu表示。Pcu=RI2式中：R是线圈的电阻；I是线圈中电流的有效值。2.铁损(PFe)在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率损耗称铁损，用PFe

表示。铁损由磁滞和涡流产生。+–ui（1）磁滞损耗（Ph）由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗(Ph

)。

磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。减少磁滞损耗的措施：变压器和电机中选用硅钢等材料制作铁心，降低磁滞损耗。磁滞性：磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后于外磁场变化H（磁场强度）的性质。(2)涡流损耗（Pe）涡流损耗:由涡流所产生的功率损耗。

涡流：交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。涡流损耗转化为热能，引起铁心发热。减少涡流损耗措施：提高铁心的电阻率（通常由于硅钢片）。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。2.变压器的效率()变压器的损耗包括两部分：铜损(PCu)：绕组导线电阻的损耗。与负载大小（正比于电流平方）有关。

铁损(PFe)：变压器的效率为一般95%,负载为额定负载的(50~75)%时,最大。输出功率输入功率磁滞损耗涡流损耗

2、绕组：绕组是变压器的电路部分，它由铜或铝绝缘导线绕制而成。

一次绕组（原绕组）：输入电能二次绕组（副绕组）：输出电能它们通常套装在同一个心柱上，一次和二次绕组具有不同的匝数，通过电磁感应作用，一次绕组的电能就可传递到二次绕组，且使一、二次绕组具有不同的电压和电流。其中，两个绕组中，电压较高的我们称为高压绕组，相应的电压较低的称为低压绕组。为了绝缘布置方便，通常低压绕组装得靠近铁芯，高压绕组则套在低压绕组的外面，低压绕组与高压绕组之间，以及低压绕组与铁芯之间都留有一定的绝缘间隙和散热油道，并用绝缘纸筒隔开，使绕组有效地散热。从高、低压绕组的相对位置来看，变压器的绕组又可分为同心式、交迭式。由于同心式绕组结构简单，制造方便，所以，国产的均采用这种结构，交迭式主要用于特种变压器中。三、油箱及其他附件1.油箱

变压器油的作用：加强变压器内部绝缘强度和散热作用。要求：用质量好的钢板焊接而成，能承受一定压力。形式：大型变压器油箱均采用了钟罩式结构；小型变压器采用吊器身式。2.储油柜

作用：减少油与外界空气的接触面积，减小变压器受潮和氧化的概率。在大型电力变压器的储油柜内还安放一个特殊的空气胶囊，它通过呼吸器与外界相通，空气胶囊阻止了储油柜中变压器油与外界空气接触。3.呼吸器

作用：内装硅胶的干燥器，与油枕连通，为了使潮气不能进入油枕使油劣化。硅胶对空气中水份具有很强的吸附作用，干燥状态状态为兰色，吸潮饱和后变为粉红色。吸潮的硅胶可以再生。4.冷却器

作用：加强散热。装配在变压器油箱壁上，对于强迫油循环风冷变压器，电动泵从油箱顶部抽出热油送入散热器管簇中，这些管簇的外表受到来自风扇的冷空气吹拂，使热量散失到空气中去，经过冷却后的油从变压器油箱底部重新回到变压器油箱内。5.绝缘套管

(分为高压绝缘套管和低压绝缘套管)

作用：使绕组引出线与油箱绝缘。绝缘套管一般是陶瓷的，其结构取决于电压等级。1kV以下采用实心磁套管，10～35kV采用空心充气或充油式套管，110kV及以上采用电容式套管。为了增大外表面放电距离，套管外形做成多级伞形裙边。电压等级越高，级数越多。6.分接开关

作用：用改变绕组匝数的方法来调压。一般从变压器的高压绕组引出若干抽头，称为分接头，用以切换分接头的装置叫分接开关。分接开关分为无载调压和有载调压两种，前者必须在变压器停电的情况下切换；后者可以在变压器带负载情况下进行切换。分接开关安装在油箱内，其控制箱在油箱外，有载调压分接开关内的变压器油是完全独立的，它也有配套的油箱、瓦斯继电器、呼吸器。7.压力释放阀

作用：为防止变压器内部发生严重故障而产生大量气体，引起变压器发生爆炸。压力释放装置在变压器油箱顶盖上，压力释放装置在保护电力变压器方面起重要作用。充有变压器油的电力变压器，如果内部出现故障或短路，电弧放电就会在瞬间使油汽化，导致油箱内压力极快升高。如果不能极快释放该压力，油箱就会破裂，将易燃油喷射到很大的区域内，可能引起火灾，造成更大破坏，因而通过压力释放装置使油箱内减压防止上述情况发生。

8.气体继电器（瓦斯继电器）

作用：变压器的一种保护装置，安装在油箱与储油柜的连接管道中，当变压器内部发生故障时（如绝缘击穿、匝间短路、铁芯事故、油箱漏油使油面下降较多等）产生的气体和油流，迫使气体继电器动作。轻者发出信号，以便运行人员及时处理。重者使断路器跳闸，以保护变压器。

1、变压器的型号: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。

五、变压器的铭牌和技术数据SJL1000/10

变压器额定容量(KVA)

铝线圈

冷却方式J:油浸自冷式F:风冷式相数S:三相D:单相

高压绕组的额定电压(KV)２．电力变压器的额定值（１）额定容量额定容量是指在额定状态下变压器输出功率的保证值，单位为ｋＶ·Ａ。由于电力变压器的效率极高，规定一次、二次侧容量相同。（２）额定电压高压（一次）侧额定电压是指变压器在空载时，变压器额定分接头对应的电压，单位为ｋＶ。二次侧额定电压是指在一次侧加上额定电压时，二次侧的空载电压值。对三相电力变压器，额定电压是指线电压。（３）额定电流根据变压器的额定容量和额定电压计算出来的电流称为变压器的额定电流，单位为Ａ。对三相电力变压器，额定电流是指线电流。另外，在额定运行时，变压器的频率、效率和温升均为额定值。第四章变压器的基本理论变压器的一次绕组（一次绕组）与交流电源接通后，经绕组内流过交变电流产生磁通，在这个磁通作用下，铁芯中便有交变磁通，即一次绕组从电源吸取电能转变为磁能，在铁芯中同时交（环）链原、副边绕组（二次绕组），由于电磁感应作用，分别在原、二次绕组产生频率相同的感应电动势。如果此时二次绕组接通负载，在二次绕组感应电动势作用下，便有电流流过负载，铁芯中的磁能又转换为电能。这就是变压器利用电磁感应原理将电源的电能传递到负载中的工作原理。1.变压器的工作原理在主磁通的作用下，两侧的线圈分别产生感应电势，电势的大小与匝数成正比，K为变压器变比。1.变压器的工作原理变压器匝数多的一侧电流小，匝数少的一侧电流大。变压器的原、副线圈匝数不同，起到了变压作用。变压器一次侧为额定电压时，其二次侧电压随着负载电流的大小和功率因素的高低而变化。变压器电流之比与一、二次绕组的匝数成反比，即2.变压器各电磁量的正方向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。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。

3.变压器变比和参数的测定方法3.变压器变比和参数的测定方法

3.变压器等效电路参数的测定（1）空载实验用大写字母表示高压端,小字母表示低压端.空载试验可在任一边作.但考虑到空载试验所加电压较高,其电流较小,为试验的安全和仪器仪表选择方便,一般在低压侧作。如下图所示:测定方法:在原边侧加副边侧开路，读取、、、。3.变压器变比和参数的测定方法（2）短路试验

因短路试验电流大,电压低,一般在高压侧作，从等效电路可见,外加电压仅用来克服变压器本身的漏阻抗压降,所以当很低时,电流即到达额定,该电压为。

在

时,读取

、计算短路参数。

3.变压器变比和参数的测定方法短路试验时使电流达到额定值时所加电压称为阻抗电压或短路电压。阻抗电压用额定电压百分比表示时有:阻抗电压百分比是铭牌数据之一，

是变压器的主要参数，阻抗电压的大小反映变压器在额定负载下运行时，漏阻抗压降的大小。4.变压器的效率()为减少涡流损耗，铁心一般由导磁钢片叠成。变压器的损耗包括两部分：铜损(PCu)：绕组导线电阻的损耗。涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感

应电流(涡流)造成的损耗。磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造

成的损耗。

铁损(PFe)：变压器的效率为一般95%,负载为额定负载的(50~75)%时，最大。输出功率输入功率

当三相变压器的原边和副边绕组均以一定的接法现接，带上三相对称负载，原边加上对称的三相电压时，因为三相对称电压本身大小相等、相位互差1200，因此求得一相的电压、电流，其它两相按对称关系求出。

第五章

三相变压器一、组式变压器三个独立的单相变压器组成,在电路上互相联接，三相磁路互相完全独立。各相主磁通有各自的铁心磁路，互不影响。各相铁芯、磁通、磁阻等一致三相变压器磁路二、芯式变压器具有共同铁芯;中柱（中间铁芯柱）磁通为三相磁通之和，对称时中柱磁通为零，可省去;又称三相三铁芯柱式变压器（三相铁芯式变压器）;平面，磁路不完全对称，各相If不完全相同，但相差很小，忽略区别。三相变压器磁路三、连接组（1）高、低压绕组中电动势相位关系（单相绕组）单相变压器中，高压绕组首端为“A”、末端为“X”；低压绕组首端为“a”、末端为“x”。AXaxAXax原、副绕组被同一主磁通交链，感应电动势在任一瞬间原边绕组一端点为高电位，副边绕组也有一端点为高电位。这两个端点为“同名端”三相变压器磁路三相变压器绕组的联接法和联接组1、三相变压器连接法ABCXYZ星形连接ABCXYZ三角形连接高压绕组首端由A、B、C表示，末端由X、Y、Z表示；低压绕组首端由a、b、c表示，末端由x、y、z表示。一相绕组末端与另一相绕组首端相连，依次得到一闭合回路，为三角形连接“”，有顺、逆之分。

三相变压器绕组的联接法和联接组分析：P147~148Yy0、yd11连接组三相变压器连接组别：反映变压器高、低压侧绕组的连接方式，以及在正相序电源时，高、低压侧绕组对应线电势的相位关系。三相变压器一次、二次绕组不同的连接方式的组合，形成不同的联结组。可以有下列几种：Y,yY,dD,dD,y三相变压器的联结组

3、相位关系的结论：实际变压器高低压侧对应线电势之间的相位差一般为0o，30o,60o,90o,120o,...150o,300o,330o。正好对应于钟表盘上的12个位置。

1、三相变压器的联结组用高、低压侧对应线电势之间的相位关系来描述。

2、相位关系判断原则:(1)绕向(2)标号(3)三相联接方式三相变压器的联结组时钟表示法

将一次侧的某线电势EUV固定在0点(12)，二次侧对应相的线电势Euv

所指的位置(小时数)可以用来表示二者之间的相位差，即可以用来表征联结组。

我国三相变压器的标准连接组别Y,yn0；Y，d11；YN，d11；YN，y0；Y，y0。

Y,yn0：低压侧可引出中性线，成为三相四线制，用作配电变压器时可兼供动力和照明负载。

Y，d11：用于低压侧超过400V的线路中。

YN，d11：用于高压输电线路中，使电力系统的高压侧中性点有可能接地。一、Dyn11与Yyn0的区别

三角形对星形接法，DYn11：D表示一次绕组为三角型接线，Y表示二次测绕组星型接线，n表示引出中性线，11表示二次测绕组的相角滞后一次绕组330度，用时钟的表示方法，假设一次测绕组为中心12点时刻，那么二测绕组就在11点位置Yyn0：高压星形连接、低压星形连接并引出中性线；Dyn11：高压三角形连接，低压星形连接并引出中性线。当低压三相负载不平衡时，低压线圈存在零序电流，Yyn0连接的变压器由于高压星形连接，零序电流没有通路，所以低压零序电流产生零序磁通，从而感应出零序电势，也就是说相电压存在零序分量，使得三相相电压失去平衡，波形失真。而在Dyn11连接的变压器中，由于高压是三角形连接，高压线圈中也感应出零序电流，它所产生的零序磁通抵消低压所产生的零序磁通，相电压中就不存在零序分量了。所以说，Dyn11变压器比Yyn0变压器带不平衡负载的能力强。但Yyn0变压器结构要简单些，一般在1600KVA以下小容量的的变压器中仍然可以采用这种接法。采用Dyn11和Yyn0联结组别是根据用户要求确定。Dyn11与Yyn0相比优点如下：减少变压器损耗；降低谐波分量；有利于单相接地短路故障的切除；单相不平衡负荷可充分利用。当高压侧一相熔丝熔断时，Dyn0联结变压器另两相负载仍可运行，而Yyn0联结却不行。目前，供配电系统的单相负载急剧增长，推广Dyn11联结变压器显得很有必要。日前，国内大部分变压器生产厂所生产的配电变压器（无论是油变和干变）已同国际市场接轨，多采用Ｄｙｎ11联结组别。只是对未改造好的老系统、在更换变压器时，个别的仍可采用Ｙｙｎ0联结组别。第六章变压器的运行电压变化率用相量图可以推导出电压变化率的表达式：定义：是指一次侧加50Hz额定电压、二次空载电压与带负载后在某功率因数下的二次电压之差，与二次额定电压的比值，即电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之一,它大小反映了供电电压的稳定性。式中称为负载系数由表达式可知，电压变化率的大小与负载大小、性质及变压器的本身参数有关。电压变化率1.001.0为了保证二次端电压在允许范围之内,通常在变压器的高压侧设置抽头,并装设分接开关,调节变压器高压绕组的工作匝数,来调节变压器的二次电压。电压调整分接开关有两种形式：一种只能在断电情况下进行调节，称为无载分接开关-----这种调压方式称为无励磁调压；另一种可以在带负荷的情况下进行调节，称为有载分接开关-----这种调压方式称为有载调压。中、小型电力变压器一般有三个分接头，记作UN±5%。大型电力变压器采用五个或多个分接头,例UN±2x2.5%或UN±8x1.5%。三相变压器的并联运行

负荷容量很大，一台变压器不能满足要求。

负荷变化较大，用多台变压器并联运行可以随时调节投入变压器的台数。

可以减少变压器的储备容量。u1~u2~T1T2…变压器的并联运行并联运行的理想条件并联运行的优点：1、提高供电的可靠性；2、提高供电的经济性。并联运行是指将几台变压器的一、二次绕组分别接在一、二次侧的公共母线上，共同向负载供电的运行方式。并联运行的理想情况是：1、空载时各变压器绕组之间无环流；2、负载后，各变压器的负载系数相等；3、负载后，各变压器的负载电流与总的负载电流同相位。为了达到上述理想运行情况，并联运行的变压器需满足以下条件：1、各变压器一、二次侧的额定电压分别相等，即变比相同；2、各变压器的连接组别相同；3、各变压器的短路阻抗（短路电压）的标么值相等，且短路阻抗角也相等。并联条件不满足时的运行分析一、变比不等时并联运行变比不等的两台变压器并联运行时，二次空载电压不等。折算到二次侧的等效电路如图所示。由等效电路可以列出方程式：则二次侧电流为：并联条件不满足时的运行分析一、变比不等时并联运行为了保证空载时环流不超过额定电流的10%，通常规定并联运行的变压器的变比差不大于1%。当变压器的变比不等时，在空载时，环流就存在。变比差越大，环流越大。由于变压器的短路阻抗很小，即使变比差很小，也会产生很大的环流。环流的存在，既占用了变压器的容量，又增加了变压器的损耗，这是很不利的。二、连接组别不同时并联运行连接组别不同时，二次侧线电压之间至少相差300，则二次线电压差为线电压的51.8%，由于变压器的短路阻抗很小,这么大的电压差将产生几倍于额定电流的空载环流，会烧毁绕组，所连接组别不同绝不允许并联。并联条件不满足时的运行分析三、短路阻抗标么值不等时并联运行由等效电路可知：等效电路如图所示。可见，各台变压器所分担的负载大小与其短路阻抗标么值成反比。为了充分变压器的容量，理想的负载分配，应使各台变压器的负载系数相等，而且短路阻抗标值相等。并联条件不满足时的运行分析变压器运行规程规定：在任何一台变压器不过负荷的情况下，变比不同和短路阻抗标么值不等的变压器可以并联运行。又规定：阻抗标么值不等的变压器并联运行时，应适当提高短路阻抗标么值大的变压器的二次电压，以使并联运行的变压器的容量均能充分利用。为了使各台变压器所承担的电流同相位，要求各变压器的短路阻抗角相等。一般来说，变压器容量相差越大，短路阻抗角相差也越大，因此要求并联运行的变压器的最大容量之比不超过3：1。第七章特殊变压器1.自耦变压器手柄接线柱2.自耦变压器的工作原理(1)电压关系忽略漏阻抗，则=U1U2E1E2=N1N2=k

I降压自耦变压器N1N2+U1－I1E1E2－

U2＋I2

I+U2－I1E1E2－

U1＋I2升压自耦变压器(2)电流关系N1I1＋N2I2=

N1I0

N1I1＋N2I2=0I1=－I2N2N1I1I2N2N1=I1与I2相位相反。1k=I=

I1＋I2

公共绕组的电流忽略I0，则·

在降压变压器中，

I1<I2

在升压变压器中，I1>I2(3)功率关系变压器容量SN=U2NI2N=U1NI1NS2=U2I