第二篇 变压器课件

第三篇变压器电源变压器接触调压器控制变压器三相干式变压器本篇主要阐述变压器的基本原理、分析方法和运行性能。主要内容：

×基本结构；

×变压器运行的基本电磁关系；

×变压器的参数折算和等效电路；

×性能分析；

×三相变压器；

×特种变压器第二篇变压器

第七章变压器的用途、分类和结构1、变压器是一种静止的电气设备，根据电磁感应原理，把电能从一个电路传递到另一个电路。通常用来改变电压的大小，故叫变压器。有时用于电气隔离。电力变压器（升压、降压、配电）特种变压器（电炉、整流）仪用互感器（电压、电流互感器、脉冲变压器，阻抗匹配变压器）实验用变压器（高压、调压）也可按铁心结构、相数或变压器冷却方式划分按用途2、用变压器的目的：1）减少输电线路的损耗和成本；

2）满足对不同电压等级的要求；3、类型第二篇变压器1铁心：铁心是变压器主磁通经过的磁路部分；铁心通常用0.35mm厚表面涂有绝缘漆的硅钢片冲成一定的形状叠制而成。（要求气隙小）绕组：绕组线圈是变压器的电路部分。3油箱和变压器油：油箱用钢板焊接而成。油起到绝缘和导热作用。一、主要部件第二篇变压器铁心结构单相壳式变压器心式变压器迭片奇数层偶数层心式冷轧硅钢片迭片第二篇变压器绕组绕组是变压器的电路部分，一般为绝缘扁铜线或绝缘圆铜线在绕线模上绕制而成单相和三相芯式变压器第二篇变压器变压器其它附件温度计；吸湿器，储油柜；油表；气体继电器；高压套管；低压套管；油箱等等第二篇变压器二、额定数据额定容量SN：额定工作状态下的视在功率，用伏安（VA）等表示。额定电压U1N/U2N:U1N是电源加到原绕组上的额定电压，U2N是原边绕组加上额定电压后副边开路即空载时副绕组的端电压。

额定电流I1N、I2N：变压器额定容量分别除以原、副边额定电压所计算出来的线电流值。

额定频率：按我国规定，工业用电50Hz。单相：三相：第二篇变压器例题一台三相变压器，，联接，求：2）；1）线电流：解：2）相电流：3）相电压：第二篇变压器单相变压器：两个线圈没有电的直接联系，只有磁的耦合。原绕组（一次绕组或初级绕组）：两个线圈中接交流电源的线圈，其匝数为W1副绕组（二次绕组或次级绕组）：接到用电设备上（负载）的线圈，匝数为W2变压器原、副边电势之比及电压之比等于原、副边匝数之比。第八章变压器的基本工作原理当原绕组通入电压交变磁通，同时与原、副绕组交链，在原、副绕组内感应电动势。第二篇变压器8－1单相变压器的空载运行变压器空载运行：变压器的原绕组加上额定电压，副绕组开路。几个概念：空载电流、励磁磁动势、主磁通、漏磁通以及正方向的确定一、空载运行时的物理情况第二篇变压器二、空载运行的电动势和变比主磁通和漏磁通1在绕组内产生的感应电动势：e1：主磁通在原绕组内感应电动势的瞬时值e2：主磁通在副绕组内感应电动势的瞬时值；e1

：漏磁通

1在原绕组内感应电动势的瞬时值主磁通按正弦规律，

m：主磁通的幅值；E1m：原绕组感应电动势的幅值。第二篇变压器原边电势分析原边电动势幅值：有效值：相量表示：当主磁通按正弦规律变化时，原绕组中感应电动势也按正弦规律变化，但相位比主磁通落后900。第二篇变压器副边电势分析副边绕组链接同一磁链，副边电动势幅值：有效值：相量表示：原边漏电势由原边绕组链接漏磁链得到，相量表示：第二篇变压器漏电势分析漏磁通

1通过的磁路是线性的，漏磁链1与产生漏磁链的电流i0呈线性关系，漏电势可表示为：若励磁电流i0按正弦规律变化，即（1）L1σ为原绕组的漏感系数；X1σ是原绕组的漏电抗。表征漏磁通对电流的电磁效应。两者与匝数和几何尺寸有关，均为常数。（2）漏电感电动势与电流同频率，相位上落后I0900。结论：（3）空载时，漏阻抗压降小，（4）主磁通大小，取决于电网电压、频率和匝数。;第二篇变压器变压器中，原、副绕组电动势E1和E2之比称为变压器的变比k.由于.

对于三相变压器，变比指相电势之比。*电压平衡式第二篇变压器考虑漏磁通，r1：原绕组电阻；Z1＝r1＋jx1σ为原绕组漏阻抗变压器空载运行时相量形式表示的电压平衡方程式：第二篇变压器三、空载电流空载运行时，原边绕组中流过的电流i0，称为空载电流。变压器中磁性材料的磁化曲线为非线性，在一定电压下，空载电流大小、波形取决于饱和度。

iu建立空载运行时的磁场空载电流iFe引起损耗第二篇变压器空载电流(忽略空载损耗)（1）当主磁通为正弦波时，磁路越饱和，电流波形畸变严重。（2）空载电流与主磁通同相位。第二篇变压器空载电流（考虑空载损耗）（1）考虑铁耗（包含磁滞、涡流），将磁化曲线改为磁滞回线。因此，将激磁电流分解为两个分量：（1）与同相的磁化电流iu；（2）导前900有功分量iFe（2）激磁电流不再与主磁通同相，而是导前一个磁滞角假设：1、频率相同；

2、有效值相同；

3、损耗相同；第二篇变压器五、空载运行的等效电路和相量图第二篇变压器根据相量形式的电压平衡式，五、空载运行的等效电路和相量图rm：变压器的励磁电阻，反映铁耗；xm:变压器的励磁电抗，反映励磁过程；Zm：变压器的励磁阻抗。把和之间的关系直接用参数形式反映，可把写成流过一个阻抗引起的阻抗压降。漏电势：压降：第二篇变压器等值电路综合了空载时变压器内部的物理情况，在等值电路中r1、x1σ是常量；rm、xm是变量，它们随铁心磁路饱和程度的增加而减少。等效电路代表电势代表压降第二篇变压器相量图0（1）作为参考相量，和落后

900。（2）考虑磁滞现象，等值正弦空载电流超前一个很小的角。----铁耗角第二篇变压器小结1、变压器的结构；2、额定值（VA）；3、空载电流。主磁通为正弦波，空载电流为尖顶波；4、空载时的等值电路；第二篇变压器小结5、电压平衡方程式第二篇变压器§8－2变压器的负载运行变压器原边接在电源上，副边接上负载的运行情况，称为负载运行。第二篇变压器一、负载时的物理现象负载时：原边电势副边电势忽略了漏阻抗压降，主磁通不变。从空载到负载，初级绕组电流增加一个分量以平衡次级绕组的作用，空载时，原绕组第二篇变压器又原边绕组从电网吸收的功率传递给副边绕组。副边绕组电流增加或减小的同时，引起原边电流的增加或减小，吸收的功率也增大或减小。功率传递原理：基本不变第二篇变压器二、负载时的基本方程在额定负载时，I1L比

大很多，负载分量是I1中的主要部分.（一）磁势平衡是激磁电流，固定不变的量。IL负载分量随负载不同而变化。（二）电动势平衡式:原边：副边：各物理量正方向的确定第二篇变压器变压器负载运行时的物理过程和方程式：第二篇变压器三、变压器的折算法综合分析，变压器稳态运行时的六个基本方程式利用，k，Z1，Z2，Zm，ZL求解出

，，。K较大－计算复杂，向量困难－引入折算法－等效电路第二篇变压器工资总额10万元＋管理费100人×1000元/月50人×2000元/月第二篇变压器变压器原边和副边没有直接电路的联系，只有磁路的联系。副边的负载通过磁势影响原边。因此只要副边的磁势不变，原边的物理量没有改变。这为折算提供了依据。这种保持磁势不变而假想改变绕组匝数与电流的方法，称折算法。实际绕组的各个量，称为实际值；假想绕组的各个量，称为折算值；保持副边绕组的磁势不变进行折算，称为副边向原边折算；保持原边绕组的磁势不变进行折算，称为原边向副边折算。第二篇变压器1.副边电流的折算值保持折算前后不变，2.副边电动势的折算值折算前后主磁场、漏磁场不变。同理，即第二篇变压器3.副边漏电抗的折算值折算前后漏磁场不变，副边绕组匝数从W2折算为W1。漏抗与匝数平方成正比，所以4.副边电阻的折算值副边绕组匝数从W2折算为W1，占用原来副绕组同样的空间位置和几何尺寸，铜损耗不变，绕组长度为W1/W2倍，面积小W2/W1倍，所以所以，第二篇变压器5.副边电压的折算值6.副边阻抗的折算值能量是否改变？铜耗：有功输出：无功输出：第二篇变压器折算法只是一种分析的方法。凡是单位为伏的物理量（电动势、电压）的折算值等于原来数值乘k；单位为欧的物理量（电阻、电抗、阻抗）的折算值等于原来数值乘k2；电流的折算值等于原来的数值乘以1/k.(已没有变比k)副边绕组经折算后，原来的基本方程成为：第二篇变压器

四、相量图相量图的画法，视变压器给定的量及求解的具体条件。给定量和求解量不同，画图步骤也不一样。基本方程组可以用相量图来表示。变压器接感性负载，负载阻抗由电阻和电感组成。为落后；接容性负载，负载阻抗由电阻和电容组成，为超前。第二篇变压器相量图的画法（1）画出；假定给定U2、I2、cos

2及各个参数（2）在相量上加上得到；（3）（6）画出与的相量和；（7）画出，加得到（4）画出领先的主磁通；（5）根据画出，领先一个铁耗角了；第二篇变压器五、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。T型等值电路（1）电路中全部的量和参数都是每一相的值。原边为实际值，副边为折算值。（2）等效的是稳态对称运行状态。第二篇变压器2.近似的型等值电路T型电路包含有串联、并联回路。复数运算复杂。实际变压器中，很小。负载变化时变化不大。因此假定I1Z1

不随负载变化，则将T型等效电路中的激磁支路移出，并联在电源端口,得到型等值电路。第二篇变压器3.简化的等值电路负载运行时，Im在I1N中所占的比例很小。在工程实际计算中，忽略Im，将激磁回路去掉，得到更简单的阻抗串联电路。rk

为短路电阻；xk为短路电抗；zk为短路阻抗。空载运行时，不能用简化的等值电路。第二篇变压器变压器原边电压U1

与电流I1

的夹角为

1，称为变压器负载运行的功率因数角，cos

1

称为变压器的功率因数。对于运行的变压器，负载的性质和大小直接影响了变压器功率因数的性质。

对应于简化等效电路，其相量图为第二篇变压器单相变压器基本方法总结分析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。第二篇变压器

作业8－7，8－8第二篇变压器8-3变压器参数的试验测定

解基本方程式、等效电路和画向量图均需要知道变压器的参数，即绕组电阻，漏抗及激磁阻抗。变压器的电路参数在铭牌和产品目录上大都没有标出，可通过试验的方法测定。

励磁参数和短路参数可通过空载试验和短路试验测出。第二篇变压器二、空载试验空载试验可以求出变比、铁耗和激磁阻抗。为了便于测试和安全，空载试验在低压侧施加电压。以降压变压器为例，在付方加压。从1.2开始单调下降，依次分别测出在不同的电压下I0和P。（I0=2~10%)第二篇变压器二、空载试验空载运行时，总阻抗所以激磁参数：注意：激磁参数与磁路的饱和度有关，为使测出的参数符合变压器实际运行，额定电压点必测。同时注意折算。变比：第二篇变压器三、短路试验为了便于测试，短路试验常在高压侧加电源电压，低压侧直接短路。试验电压从零开始逐渐增加，短路电流在0～1.3倍额定电流范围内变化。

短路试验时，外施电压低，相应主磁通小，铁耗、激磁电流不计，用简化等效电路来分析。

参数计算：参数与温度有关，短路试验时温度与实际运行时不同，需折算。铜线：第二篇变压器四、变压器的短路电压（阻抗电压）短路试验时，绕组电流达到额定值时，加于原绕组的电压为Uk＝I1NZk，此电压称为变压器的阻抗电压或短路电压。阻抗电压的大小用百分比来表示：阻抗电压的大小反映了变压器在额定负载下运行时漏阻抗压降的大小。从运行观点来看，阻抗电压小，代表输出电压受负载变化的影响小。一般为4％～10.5%.电阻分量电抗分量第二篇变压器8-4变压器的标么值在工程计算中，各物理量（电压、电流、功率等）除采用实际值来表示和计算外，有时用这些物理量与所选定的同单位的基值之比，即所谓的标么值表示。用“*”表示。没有量纲。（1）原边各物理量的基值和标么值：（3）功率的基值：（2）付边各物理量的基值和标么值：第二篇变压器担心比例失调？同理：事实上原付边的基值本身已包含了变比。第二篇变压器标么值的优点（1）不论变压器的容量大小，标么值表示的各参数和典型的性能数据，通常都在一定的范围，便于比较和分析；如（2）用标么值表示，归算到原边和副边的变压器参数恒相等。换言之，用标么值计算时不需要折算。（3）某些物理量的标么值具有相同的数值，简化了计算（4）可通过标么值判断运行情况。第二篇变压器例题一台单相变压器，参数负载阻抗求原方施加额定电压时，付方电流、电压和负载的功率因素。。解：用“T”型等效电路计算，用标么值。变比：原付方额定电流：第二篇变压器各参数标么值：第二篇变压器原方电流：令或第二篇变压器付方电压：负载功率因素：或第二篇变压器8－5变压器的运行特性（2）一、变压器的外特性（副边电压变化率）定义1：当时，付边绕组的开路电压即为付边绕组的额定电压。定义2：当常数时，的关系曲线称为外特性。因为有存在，有负载就会使发生变化，第二篇变压器用标么值表示：

为了定量分析随负载的变化程度，用电压变化率来表示：负载时电压变化率可用简化的等效电路和相量图来分析。电压方程：第二篇变压器通过相量图求出。在相量图上忽略，有第二篇变压器电压变化率用参数表达的电压变化率可以看出：

(1)感性负载时，

2>0，U为正；实际运行中一般是感性负载，端电压下降5~8%。

(2)容性负载，2<0，U可正可负。

(3)电阻负载，2＝0，第二篇变压器二、效率特性变压器在能量传递过程中，将产生铜耗和铁耗，它们又各自包含有基本损耗和附加损耗。基本铜耗：原、副边绕组中电流引起的直流电阻的损耗。附加铜耗：导体在交变漏磁场作用下引起集肤效应，有效电阻增大而增加的铜耗。基本铁耗：铁心中的磁滞和涡流损耗。附加铁耗：结构件中的涡流损耗总损耗：（一）损耗空载时，，，

不变损耗短路时，，，很小，可损耗第二篇变压器（二）效率U较小，可见，一定功率因数下，随负载电流的不同而改变。

时，效率达到最高。一般设计，I2*＝0.5~0.6范围内，平均效率大。

第二篇变压器效率曲线第二篇变压器例题1

两台单相变压器，电压均为220v/110v，原边匝数相等，但空载电流不等，且，今将两个原绕组串联后加440V交流电压，问这时两台变压器的付边电压是否相等？解：忽略漏阻抗，等效电路第一台的激磁阻抗为则第二台的激磁阻抗为所以，第一台输入电压：第二台输入电压：73.4V146.6V第二篇变压器例题2

单相变压器电压为220v/110v，设高压侧加220V电压，空载电流为，主磁通为（1）若X与a联在一起，在Ax端加330V电压，此时电流和主磁通各为多少？解：显然有：第二篇变压器第二篇变压器（2）若X与x联在一起，在Aa端加110V电压，此时电流和主磁通各为多少？第二篇变压器第九章三相变压器电力系统普遍采用三相供电制，电力系统用的最多的是三相变压器，在三相对称负载下运行，各相电压、电流是对称的（大小相等、相位互差1200

），因此，在运行原理的分析和计算时，可以取三相中的任意一相来研究，这样，前面导出的单相变压器的基本方程式、等效电路和相量图均可应用于三相变压器中的任一相。特殊问题：

（1）三相绕组的联接，即电路问题；（2）三相变压器的磁路系统；（3）不同磁路下的感应电势的波形；第二篇变压器9－1三相变压器的磁路系统1、三相组式变压器三个相分别是三个单相变压器，仅仅在电路上互相联接，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。第二篇变压器三相的电路有联接，三相磁路也有联接。三相芯式铁心柱的结构从三个单相变压器演变而来。磁路长短不一，励磁电流占很小比例，影响不大。2、三相芯式变压器的磁路第二篇变压器9－2三相变压器绕组的联接法和联接组一、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。末端连在一起，首端引出，为星形连接“Y”，中点引出Yo；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。

第二篇变压器二、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正时，副边绕组也有一端点为正。这两个端点为“同名端”或“同极性端”根据变压器原、副绕组电动势的相位关系，把变压器绕组的连接分成各种不同的组号称为绕组的连接组ExaEXAExaEXAEXAExaEXAExaAXaxAXax第二篇变压器时钟表示法对于任意标定的a、x，感应电势和的相位关系有两种结果，即与同相或反相。时钟表示法：标志变压器高、低压绕组电动势的相位关系。

时钟表示法：高压绕组电势从X到A，记为,作为时钟的长针，指向12点；低压绕组电势从x到a，记为，作为时钟的短针（时针），根据相位关系，短针指向的数字，定为变压器的联接组别。单相变压器：I/I－12；I/I－6；第二篇变压器（2）三相变压器绕组的联接组三相变压器的联接组是用副边线电动势与原边线电动势的相位差来决定。与原、副边三相绕组的联接方法、绕组的绕向和绕组的首末端的标法有关;

确定三相变压器的联接组号需通过画相量图来判别。ABCXYZABCABCXYZABCXZY第二篇变压器

以Y/Y连接的三相变压器为例说明联接组的判别（1）在接线图上标出各相电动势相量；（2）画出原绕组电动势相量位形图；

A,B,C向量顺时针放置；（3）根据同一铁心柱上原、副绕组感应电动势的相位关系，画出副边绕组电动势位形图。将“a”点与“A”点重合，使相位关系更直观。可以判断得到，该联接组为Y/Y－12（4）比较原、副绕组线电动势与的相位关系。根据钟点法确定联接组别。ABCXYZabcxyzABCa第二篇变压器三相变压器绕组的联接组Y/Y－6Y/Y－4同一铁心柱上绕组的是c－a－b改变同名端ABCXYZabcxyzABCaABCXYZcabxyzABC第二篇变压器三相变压器绕组的联接组abcxyzABCY/

－11abcxyzY/

－1ABCXYZABCXYZABC第二篇变压器三相变压器绕组的联接组联接组的几点认识：（1）当变压器的绕组标志（同名端或首末端）改变时，变压器的联接组号也随着改变。（2）Y/Y联接的三相变压器，其联接组号都是偶数；（3）Y/

联接的三相变压器，其联接组号都是奇数；（4）

/

联接可以得到与Y/Y联接相同的组号；/Y联接也可以得到与Y/

联接相同的组号；（5）最常用的联接组是Y/Y－12和Y/

－11；第二篇变压器9－3三相变压器空载时的电动势波形单相变压器外施电压U1感应电势E主磁通

空载电流电流存在许多谐波。在三相变压器中，由于各相的三次谐波电流在时间上是同相的，故在某些接法中无法流通，这就引起主磁通和相电势波形畸变，畸变程度还与磁通的路径有关。第二篇变压器一、Y/Y连接的三相变压器三相三次谐波电流：三次谐波分量同相位、同大小。三次谐波电流在Y联接的原边绕组中无法流通，空载电流接近正弦波，主磁通为一平顶波。

主磁通除基本磁通外，还包含三次谐波磁通

3及高次谐波第二篇变压器三相组式结构：

3与

1沿同一磁路闭合，3大，感应得到的E3可达45~60%.感应电势为尖顶波，最大值升高，影响绝缘。线电势中，三次谐波电动势互相抵消，线电势仍为正弦波。三相芯式结构：磁路彼此相关，各相三次谐波磁通不能与

1沿相同铁心磁路闭合，借助油箱等辅助磁路。磁阻大、3小。主磁通、感应电势接近正弦波，箱壁易引起涡流，有附加损耗。线电势仍为正弦波。第二篇变压器二、/Y和Y/

连接的三相变压器/Y连接原边绕组中空载电流的三次谐波分量可以流通。磁通为正弦波，相电势为正弦波，线电势为正弦波。Y/连接原边绕组Y联接，空载电流三次谐波不能流通，主磁通和原、副边绕组相电势中出现三次谐波分量。副边绕组联接，三次谐波同相位、同大小，形成三次谐波电流i23。副边三次谐波电流作为激磁电流，与原边绕组中的基波电流共同建立主磁场。主磁通接近正弦波。相电势为正弦波，线电势也为正弦波。结论：在三相变压器中，希望在原边或副边绕组中有一个接成三角形，保证相电动势接近正弦波，避免畸变。第二篇变压器第十章变压器的并联运行

变压器并联运行：原、副绕组分别并联到原边和副边的公共母线上。变压器并联运行的优点：（1）能提高供电的可靠性；（2）提高系统的运行效率；（3）减少初投资；并联运行的理想情况：（1）空载时各变压器之间无环流，避免环流损耗。（2）负载时各变压器合理分担负载，负载与变压器容量大小成比例分配。（3）副边电流同相位。第二篇变压器（1）各变压器的原、副边额定电压分别相等，即变比k相等。（2）各变压器的联接组号相同；（3）各变压器短路电压或短路阻抗的相对值相等。变压器并联运行满足的条件第二篇变压器（1）变比不相等：并联后，在副边绕组中产生的环流为：短路阻抗很小，即使变比差值很小，也能产生较大的环流。空载环流小于10%的额定电流。（2）联接组号不同联接组号不同的变压器，副边电压相量之间的相位至少相差300，联接组号不同