电机与拖动技术项目化教程课件：变压器

变压器

变压器的工作原理、用途及分类变压器最主要的用途，是在输配电技术领域。变压器将发电站发出来的电进行升压，送到输电网上长距离输电，可以减小有色金属的使用量，减小投资，减小线路运行时的电能损耗到了用户侧，经过变压器逐级降压，给最终的用电设备提供所需的电压。一次绕组原绕组初级绕组二次绕组副绕组次级绕组1.1变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理是电磁感应原理变压器能够变压，需要满足两个条件：

(1)磁通有变化量;(2)一、二次绕组的匝数不同1.2变压器的基本结构1.2.1单相变压器的基本结构1、铁心变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用厚为0.35-0.5mm、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。1.2变压器的基本结构1.2.1单相变压器的基本结构2、绕组绕组是变压器的电路部分1.2变压器的基本结构1.2.2三相变压器的基本结构在三相电力变压器中，目前使用最广的是油浸式电力变压器和干式变压器。用厚为0.35-0.5mm、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。1、铁心图a三相交叠式铁心叠片方式图b斜切冷轧硅钢片的叠装方式1.2.2三相变压器的基本结构

变压器的电路部分，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。

2、绕组1.2.2三相变压器的基本结构将绕组的高、低压引线引到箱外油浸式变压器的器身浸在变压器的油箱中。油既是冷却介质，又是绝缘介质。3、油箱和冷却装置1.2.2三相变压器的基本结构（1）气体继电器（2）防爆管（安全气道）4、保护装置1.2.2三相变压器的基本结构5、铭牌1.2.2三相变压器的基本结构一、型号额定值额定容量额定电流额定电压额定频率符号U1N/U2NfN意义变压器在额定工作状态下，输出的视在功率指在额定容量下，允许长期通过的电流。变压器长时间运行所能承受的工作电压。单位KVAAKVHZ单相变压器：三相变压器：U1N指一次侧所加的额定电压U2N指一次侧加额定电压时二次侧的开路电压。50二、额定值1.一台Y，d11连接的三相变压器，额定容量SN＝630kVA，额定电压UN1／UN2＝10／0.4kV，二次侧的额定电流是()。

A.21AB.36.4AC.525AD.909A2.变压器的额定容量是指()。A.一、二次侧容量之和B.二次绕组的额定电压和额定电流的乘积所决定的有功功率C.二次绕组的额定电压和额定电流的乘积所决定的视在功率D.一、二次侧容量之和的平均值

3.变压器的铁心采用硅钢片制成，这是为了________。A．减轻重量

B．减少铁损

C．减小尺寸

D．拆装方便

4.变压器铭牌上标有额定电压U1N、U2N，其中U2N表示_。A．原边接额定电压，副边满载时的副边电压B．原边接额定电压，副边空载时的副边电压C．原边接额定电压，副边轻载时的副边电压D．原边接额定电压，副边过载时的副边电压

单相变压器的运行原理单相变压器的运行特性变压器的空载运行一、原理图及正方向的规定初级接交流电源，次级开路。+–+–+–+–+–

1

i0(i0N1)

1空载时，铁心中主磁通

是由初级绕组磁通势产生的。初级接交流电源次级开路+–+–+–+–+–

1

单相变压器的运行原理二、理想变压器忽略漏磁通的影响忽略损耗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主磁通在绕组内产生的感应电动势：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。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。原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：副边电势分析变压器中，原、副绕组电动势E1和E2之比称为变压器的变比k.对于三相变压器，变比指相电压之比。由于.

三、实际变压器原边漏抗电动势由原边绕组匝链漏磁链得到，相量表示：考虑漏磁通和损耗的影响漏磁通

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，（1）用电路的分析方法等效表达了复杂的电磁耦合过程，简化了变压器的分析计算。（2）X1为一次绕组的漏电抗。表征漏磁通的电磁效应。X1与匝数和几何尺寸有关，为常数。（3）漏抗电动势与电流同频率，相位上落后I0900。（4）空载时，漏抗压降小，可以忽略，实际变压器空载时，一次侧的等效电路i0(i0N1)

1rm：励磁电阻，代表铁耗xm：励磁电抗，对应于主磁通的电抗r1:一次绕组的电阻，代表铜耗x1:漏电抗，对应于漏磁通的电抗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、x1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。根据前面所列的方程，作变压器空载时的相量图：（1）以为参考相量（2）与同相，引前，（3）滞后，；（4）（5）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。AXax用图示负载运行时的电磁过程一、磁动势平衡方程32或用电流形式表示,I;,I:L作用它起平衡二次磁动势的另一个是负载分量产生主磁通它用来一个是励磁电流两个分量变压器的一次侧电流包括10负载运行时,忽略空载电流有:表明，一、二次电流比近似与匝数成反比。可见，匝数不同，不仅能改变电压，同时也能改变电流。二、电动势平衡方程原边：副边：根据基尔霍夫电压定律可写出一、二次侧电动势平衡方程三、变压器的折算当k较大时，变压器原、副边电压相差很大，为计算和作图带来不便。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,原边的物理量就没有改变。这为折算提供了依据。折算原则：1）保持二次侧磁动势不变；

2）保持二次侧各功率、损耗不变。一、折算方法保持折算前后不变

1.副边电流的折算2.副边电动势和电压的折算折算时，电动势大小与匝数成正比一、折算方法

3、二次阻抗的折算能量是否改变？铜耗：有功输出：无功输出：变压器的阻抗变换功能二、折算后的方程式1.2等值电路T型等值电路负载运行时，Im在I1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，得到简单的阻抗串联电路。

其中分别称为短路电阻短路电抗短路阻抗

由简化等效电路可知，短路阻抗起限制短路电流的作用，由于短路阻抗值很小，所以变压器的短路电流值较大，一般可达额定电流的10~20倍。变压器的空载试验和短路试验1目的

通过进行空载试验来计算变比K、空载电流I0、空载损耗功率P0和励磁阻抗Zm。2接线图3要求及分析1）低压侧加电压，高压侧开路；为了减小实验误差，要把电压表接在功率表前面一

空载试验

变压器的空载试验和短路试验4求取参数空载试验时，如果外加可调的电压，可以作出变压器空载特性曲线从空载特性曲线可以看出变压器磁路的饱和程度是否恰当。

空载变压器的特性曲线二

短路试验1.目的：通过进行短路试验来计算变压器的短路电压Uk、铜损耗Pcu和短路阻抗Zk。2.接线图3.要求及分析1）高压侧加电压，低压侧短路；3）同时记录实验室的室温；4）参数计算

变压器的运行特性变压器的运行特性电压变化率定义：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,它的大小反映了供电电压的稳定性。1.001.0电压调整

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。

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%。分接连接2-33-44-55-66-7高压（KV）10.510.25109.759.5损耗、效率及效率特性

铁损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。一、变压器的损耗

铜损耗分基本铜损耗和附加铜损耗。基本铜损耗是在电流在一、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。变压器的损耗主要是铁损耗和铜损耗两种。

铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗。基本铁损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。

铜损耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。

效率大小反映变压器运行的经济性能的好坏，是表征变压器运行性能的重要指标之一。二、效率及效率特性效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。其中效率表达式

变压器效率的大小与负载的大小、功率因数及变压器本身参数有关。效率特性：在功率因数一定时，变压器的效率与负载电流之间的关系η=f(β),称为变压器的效率特性。

即当铜损耗等于铁损耗(可变损耗等于不变损耗)时,变压器效率最大：或

为了提高变压器的运行效益，设计时应使变压器的铁损耗小些。令,则

变压器的极性及三相变压器的联结组一

变压器的极性变压器的极性及判定

同名端是指在同一交变磁通的作用下任意时刻两个（或两个以上）绕组中都具有相同电势极性的端点彼此互为同名端。通常用符号”·”或”*”来表示二

变压器极性的判别1.分析法（已知绕组绕向）

如图所示，当电流从两个同极性端流入（或流出）时，铁心中所产生的磁通方向是一致的2.交流测试法（1）电压表法如图测出电压U2和U3

如果U3=U1+U2，则是异名端相连，即1U1和2U1是异名端。如果U3=U1－U2，则是同名端相连，即1U1和2U1是同名端。3.直流测试法当合上开关S，如直流毫安表量程调试，指针反应明显，说明1U1和2U1都处于高电位，则1U1与2U1是同名端三三相变压器的联结组联结组别：反映三相变压器连接方式及一、二次线电动势（或线电压）的相位关系。理论和实践证明，无论采用怎样的连接方式，一、二次侧线电动势（可电压）的相位差总是300的整数倍。因此可以采用时钟表示法——作为时钟的长针，指向12点，作为时钟的短针，短针指向哪个数字，该数字就是变压器的联结组标号。联结组别可以用相量图来判别：1、Y，y连接对应的相电动势同相位，线电动势和也同相位联结组别为Y，y0。2、Y，d连接

对应的相电动势同相位，线电动势和相差3300，连接组别为Y，d11。