54604电机及拖动基础上册顾电子课件

第三章变压器第一节变压器的工作原理、分类及结构一、变压器的工作原理

变压器的主要部件——铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。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。2k——匝比忽略铁心中的损耗，根据能量守恒定律，有：二、变压器的分类

按用途分：电力变压器和特种变压器。按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。

按铁心结构分：芯式变压器和壳式变压器。

按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。

按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器。3电源变压器电力变压器控制变压器接触调压器三相干式变压器4三、变压器的结构简介铁心——变压器中主要的磁路部分，分为铁心柱与铁轭两部分。

单相芯式变压器1—铁心柱2—铁轭3—高压线圈4—低压线圈三相芯式变压器1—铁心柱2—铁轭3—高压线圈4—低压线圈5单相壳式变压器1—铁心柱2—铁轭3—绕组绕组——变压器中的电路部分。

1—低压绕组2—高压绕组交叠式绕组6油浸式电力变压器1—信号式温度计2—吸湿器3—储油柜4—油位计5—安全气道6—气体继电器7—高压套管8—低压套管9—分接开关10—油箱11—铁心12—线圈13—放油阀门7变压器的额定值额定容量为变压器的视在功率（用SN

表示，单位kV·A，V·A）额定电压（一次和二次绕组上分别为U1N

和U2N

，单位V,kV）额定电流（一次和二次绕组上分别为I1N和I2N

，单位A,

kA）单相变压器三相变压器额定频率fN

——我国的规定为50Hz8[例3-1]有一台三相油浸自冷式铝线电力变压器，试求一次、二次绕组的额定电流。解：联结9第二节单相变压器的空载运行一、空载运行时的物理情况变压器匝数为N1的一次绕组加上交流电压，变压器匝数为N2的二次绕组开路，这种情况即为变压器的空载运行。一次绕组和二次绕组的电动势平衡方程式其中，i0—

空载电流；u20—

二次绕组的空载电压；r1—

一次绕组的电阻。φ—

主磁通；φ1σ—

一次绕组漏磁通。101、感应电动势与主磁通空载运行时，忽略i1R1和e1σ

设：感应电动势e1和e2

均滞后于φ

的电角度90°，其有效值为E1和E2的相量表达式112、空载电流空载电流包含两个分量，一个是励磁分量，作用是建立磁场，产生主磁通——无功分量；另一个是铁损耗分量，作用是供变压器铁心损耗——有功分量。

性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电流主要是感性无功性质——也称励磁电流；变压器空载运行时，二次侧无电能输出，二次侧电流为零。这时，一次绕组中的电流称为空载电流。其作用是在铁心中建立磁场，产生主磁通。称为空载损耗励磁电流是建立磁场的无功电流而123、漏磁通和漏电抗漏电动势E1σ漏电抗X1

是一次绕组的一个参数。13二、空载运行时的电动势平衡方程式、相量图及等效电路其中，Z1—一次绕组漏阻抗

Zm—变压器的励磁阻抗

Xm—

变压器的励磁电抗

Rm—

变压器的励磁电阻并且有14其中，15第三节单相变压器的基本方程式

变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次侧接上负载的运行状态，称为负载运行。一、负载运行时的物理情况

由于电源电压恒定，即U1=常数，则E1≈常数，Фm≈常数。因此，达到新的电动势平衡的条件是使一次绕组的电流增量所产生的磁动势与二次绕组电流所产生的磁动势相抵消，以维持主磁通基本不变，以及由主磁通所感应产生的电动势基本不变。16二、负载运行时的基本方程式1、磁动势平衡方程式可见，负载时一次绕组中的电流分两部分组成：一部分为维持主磁通的励磁分量；另一部分为用来补偿二次绕组磁动势作用的负载分量。172、电动势平衡方程式和漏电抗。分别为一次和二次绕组的漏阻抗、电阻18第四节变压器的等效电路及相量图一、绕组归算归算：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，以保持两侧的电磁关系不变。归算原则：1）保持二次侧磁动势不变；2）保持二次侧各功率或损耗不变。二次绕组归算后，变压器一次和二次绕组具有同样的匝数，即（一）电动势和电压的归算则19（二）电流的归算（三）阻抗的归算阻抗归算的原则：归算前后电阻铜耗及漏感中无功功率不变。归算后变压器负载运行时的基本方程式变为如下形式：20二、等效电路右图中，二次绕组各量均已经归算到一次绕组，即图中a、b和c、d分别是等电位点，可连接起来而不改变运行情况。于是作出变压器的T形等效电路。（由前述的基本方程式也可得出该等效电路）21因为所以而得式中22三、相量图

根据T形等效电路，可以画出相应的相量图。四、近似等效电路图

Rk、Xk和Zk分别称为短路电阻、短路电抗和短路阻抗。23第五节等效电路的参数测定一、空载试验通过测量空载电流和一、二次电压及空载功率来计算变比、空载电流百分数、铁耗和励磁阻抗。变压器空载运行时，可以认为输入功率p0完全用来抵偿铁耗。从空载运行的等效电路得出电压比：24二、负载试验（又称短路试验）通过测量短路电流、短路电压及短路功率来计算变压器的短路电压百分数、铜损和短路阻抗。高压侧加电压，低压侧短路；由于外加电压很小，主磁通很少，铁损耗很少，忽略铁损。折算到75℃时的数值25标么值,就是指某一物理量的实际值与选定的同一单位的基准值的比值（通常以额定值为基准值）,即阻抗电压——负载试验时，当绕组中电流达到额定值，加在一次绕组上的短路电压。用一次侧额定电压的百分值表示。阻抗电压的标么值其中,为短路阻抗的相对值26第六节三相变压器一、三相变压器的电路系统

——联结组1、联结法a)星形联结b)三角形联结2、联结组a)I/I-0联结组b)I/I-6联结组27Yy0联结组Yd11联结组28二、三相变压器的磁路系统——

铁心的结构形式a)单相芯式铁心的合并b)铁心的演变c)三相芯式铁心

29

不考虑铁耗时励磁电流波形确定三、三相变压器的电路系统和磁路系统对电动势波形影响励磁电流中无三次谐波的主磁通波形30

三相芯式变压器中三次谐波磁通的路径三相变压器绕组Y,d联结时，电流I23的作用三相变压器视频31

变压器的近似等效电路相量图第七节变压器的稳态运行1、变压器负载时二次侧的端电压随负载变化（电压调整率）

变压器二次侧的端电压随负载变化的程度用电压调整率Δu来表示。

电压调整率Δu规定为：一次侧加额定负载电压、负载功率因数为一定值，空载与负载时二次侧端电压之差，用二次侧额定电压的百分值表示，即32当I2=I2N,β=1时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

为负载系数

可见，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。332、变压器的效率变压器的损耗主要是铁耗和铜耗两种。铁耗包括基本铁耗和附加铁耗。基本铁耗为磁滞损耗和涡流损耗。附加损耗包括由铁心叠片间绝缘损伤引起的局部涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。铁耗与外加电压大小有关，而与负载大小基本无关，故也称为不变损耗。

铜耗也分基本铜耗和附加铜耗。基本铜耗是在电流在一、二次绕组直流电阻上的损耗；附加损耗包括因集肤效应引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。铜耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。

变压器的效率也是指其输出的有功功率与输入的有功功率之比，用百分值表示。34式中35第八节自耦变压器与互感器一、自耦变压器

自耦变压器仅有一个绕组，其一次、二次绕组之间既有磁的耦合，又有电的联系。1、工作原理

实质上，自耦变压器就是利用一个绕组抽头的办法来实现改变电压的一种变压器。额定容量电压比在不计励磁电流的条件下362、容量关系

自耦变压器的通过容量有两部分组成：一部分是通过绕组公共部分的电磁感应作用，由一次侧传递到二次侧的电磁容量；另一部分是通过绕组串联部分的电流直接传导到负载的传导容量3