电机及拖动系统 课件 第5章 变压器

变压器的工作原理和结构2.单相变压器的空载运行3.单相变压器的负载运行4.变压器参数的测定5.变压器的运行特性6.三相变压器7.特殊变压器第5章变压器5.1变压器的工作原理和结构5.1.1基本工作原理单相变压器原理图（N1一次绕组,N2二次绕组）(3)忽略漏磁通及初次级绕组压降(4)忽略绕组电阻和铁芯损耗变压器是一种能变换电压、电流、阻抗的静止电磁装置，但在传递电能的过程中频率不变。(1)利用电磁感应原理工作(2)5.1.2基本结构

1.铁心有心式、壳式、卷环式心式叠片铁心壳式叠片铁心2.绕组有同心式、盘式，如右图5.1变压器的工作原理和结构卷环式铁心

3.其它结构附件*如油浸式电力变压器，还有油箱、储油柜、气体继电器、安全气道、分接开关和绝缘套管等，如右图所示。

作用：保证变压器的安全和可靠运行。5.1变压器的工作原理和结构注意：单相变压器和三相变压器额定数据的定义区别(3)额定容量(4)额定频率5.1变压器的工作原理和结构5.1.3铭牌数据

(1)额定电压

(2)额定电流

5.2单相变压器的空载运行5.2.1电磁关系5.2.2电压平衡方程式注意：与的关系（右手螺旋定则）按图中的正方向，根据电磁感应定律，各绕组感应电动势为：仅占很小比例单相变压器空载运行示意图注意：

表达式成立的前提条件1.主感应电动势：假设变压器空载运行时初级绕组为理想纯电感绕组，加按正弦规律变化的电源电压，则说明：感应电动势滞后产生它的电流90°5.2单相变压器的空载运行有效值：2.漏感电动势：由于漏磁通通过的磁路为线性的，漏磁链与产生它的电流呈线性关系，故有5.2单相变压器的空载运行根据上面各式，可得空载运行时的电压平衡方程式为写成有效值：5.2单相变压器的空载运行5.2.3等效电路和相量图主磁通的作用：1.形成绕组的电感；2.产生铁损耗

为常量，为变量，饱和程度上升，下降，当变化不大时，的值基本不变。变压器正常工作时，>>5.2单相变压器的空载运行空载运行时的等效电路和相量图5.3单相变压器的负载运行5.3.1电磁关系说明：负载运行时的主磁通由一次、二次绕组共同产生单相变压器负载运行示意图5.3.2基本方程式

1.磁动势平衡方程式2.电压平衡方程式(考虑U1近似等于E1)5.3单相变压器的负载运行综上所述，可得负载运行时的基本方程式：5.3单相变压器的负载运行

1.变压器的折算

(1)电势及电压的折算(2)电流的折算5.3.3等效电路和相量图5.3单相变压器的负载运行由基本方程式得到的等效电路(3)阻抗的折算折算后负载运行时的基本方程式(5)负载的折算(4)电压的折算5.3单相变压器的负载运行2.等效电路T形等效电路

形等效电路简化等效电路5.3单相变压器的负载运行3.相量图5.3单相变压器的负载运行单相变压器负载运行相量图5.4变压器的参数测定前面推得的单相双绕组变压器的等效电路：等效电路中的各阻抗称为变压器的参数，直接影响着变压器的运行性能。怎么得到这些参数呢？空载试验、短路试验5.4.1变压器的空载试验

目的：测等效电路中的励磁参数：方法：在低压测进行，加额定电压，分别测得

空载试验接线原理图空载试验可以求得：①铁损耗对某些小功率变压器，如航空变压器则有

略小于5.4变压器的参数测定对大功率变压器空载运行等效电路如右图②励磁参数5.4变压器的参数测定注意：(1)应用额定电压下测得的参数计算。

(2)所得参数为折算到低压侧的数值，若要求高压侧的值必须再乘变比k2③变压器的变比k

5.4变压器的参数测定5.4.2变压器的短路试验目的：测短路参数：方法：在高压侧进行，低压侧短路，让

从零逐渐增加到电流等于

为止，此时的电压即为短路电压，约为。读取

，由简化等效电路得：短路试验接线原理图短路试验等效电路图5.4变压器的参数测定电阻的折算(折算到75度)对正常设计的绕组：对于铝线电阻，将234.5改为228即可。对铜线电阻注意：短路试验是在高压侧进行的，所得参数为折算到高压侧的参数，若要求低压侧参数，则必须乘1/k25.4变压器的参数测定短路试验还可求得：（1）近似铜损耗（2）变压器的阻抗电压（或短路电压）（短路电压百分比）5.4变压器的参数测定例5-1

某三相铜线电力变压器，

，

，

接法，在室温20°C时做空载和短路试验，测得数据如下：

空载试验，

短路试验，

试求：折算到高压侧的励磁参数、短路参数、额定短路损耗及阻抗电压。5.4变压器的参数测定解：①变压器的变比：，各励磁参数为5.4变压器的参数测定②由短路实验求得：折算到高压侧为换算到75oc为③额定短路损耗为④一相阻抗电压为5.4变压器的参数测定5.5变压器的运行特性运行特性：（1）外特性:

当

、不变

（2）效率特性：

当、不变5.5.1外特性1.外特性：指、不变，次级端电压随负载电流变化的关系曲线，即对于电感性负载：随着I2的增大U2会下降更多对于电阻性负载：随着I2的增大U2会下降对于电容性负载：随着I2的增大U2可能会上升当

时，随着I2的增大U2会增大。5.5变压器的运行特性变压器的外特性折算到原边利用简化等效电路可得2.电压变化率：指变压器在额定电源电压和一定负载功率因素下，变压器由空载到额定负载时次级端电压变化的百分比。在工程实践中，利用电容性负载下变压器次级端电压随负载电流增加而有所上升的原理，在变压器低压侧并联电容器，以改善电网功率因素、降低线损，同时也能提升工厂的电网电压。（负载系数）5.5变压器的运行特性简化等效电路相量图例5-2

某三相变压器，接法，额定数据为：，，，，。当

时，，测得电压恰为额定值

，求此时负载的性质及功率因数角的大小（不考虑温度折算）。解：当

时，

，所以电压变化率为即故5.5变压器的运行特性短路参数为所以负载为容性负载。5.5变压器的运行特性5.5.2效率特性5.5变压器的运行特性1.变压器的损耗(1)铜损耗：由简化等效电路可知为额定电流时的短路损耗，可由短路试验获得(2)铁耗：当

不变时，从空载到额定负载，主磁通

基本不变，铁耗基本不变，称为不变损耗，由空载等效电路可知为空载损耗，可由空载试验获得2.效率特性5.5变压器的运行特性变压器负载运行时，有一次绕组输入的电功率一次绕组铜损耗变压器铁损耗变压器电磁功率二次绕组铜损耗变压器输出功率特点：当不变损耗等于可变损耗时，效率最高。效率特性曲线功率流图5.5变压器的运行特性变压器的功率流图如下图变压器的效率5.6三相变压器

本节主要讨论三相变压器工作时的特殊问题，如三相变压器的磁路，三相变压器的绕组连接法，三相变压器的电动势以及三相变压器的并联运行等。5.6.1磁路分析

1.三相变压器组的磁路特点：(1)各相磁路彼此独立,仅各相电路间有联系。(2)外加三相对称电压时，三相空载电流、三相主磁通对称。(3)一次、二次绕组可分别接成Y形和三角形。三相变压器组三相心式变压器磁路实际心式变压器的磁路三相磁通的相量图三相心式变压器的演变5.6三相变压器2.三相心式变压器的磁路特点：(1)三相铁芯互不独立，三相磁路互相关联，三相磁阻不等；(2)外加三相对称电压，三相磁路、空载电流不对称，但I0很小，对负载运行的影响可忽略。5.6.2绕组连接法与联结组

联结组：表示三相变压器的绕组连接法和一次、二次绕组对应线电动势的相位关系。它既说明电路连接问题，又关系到变压器的并联运行等。5.6三相变压器1.绕组的连接法三相电力变压器的绕组只采用星形和三角形连接，一般变压器的出线标志：

一次绕组：

，二次绕组：在对称三相系统中：①D接法；②接法5.6三相变压器2.三相变压器的联结组

以时钟数字来表示，1－30°，……，12－360°；组号由一次、二次绕组对应线电动势相量间的相位差决定。时钟时序法（150°）规定：时钟的长针表示一次绕组的某线电动势相量（如EUV），时钟的短针表示二次绕组对应线电动势相量（如Euv)5.6三相变压器

已知连接方式和同名端，判断方法：①

画出一次绕组相量图；②

画出二次绕组相量图，让U1与u1重合，比较一二次相电动势的相位；③

比较线电动势

与

的相位，看

落后

多少度。④

根据度数，写出联接组号.

联结组5.6三相变压器三相变压器的联结组问题联结组(1)

连接5.6三相变压器(2)

连接联结组5.6三相变压器联结组5.6三相变压器(3)标准联结组单相和三相变压器有很多联结组号，为了不至于在制造和使用时造成混乱，国家标准对单相双绕组电力变压器规定只用一个标准联结组

；对三相双绕组电力变压器规定使用以下五种标准联结组：；；；；

。从上面的分析，得知：①绕在同一铁心柱上且同名端相同的绕组，其相电动势同方向，同名端不同的绕组，其相电动势反方向；②若为三角形连接，顺连反连反5.6三相变压器5.6.3变压器的并联运行

并联运行，就是将两台或两台以上变压器的初级绕组接到公共的电源上，次级绕组并联起来一起向外供电。5.6三相变压器要求：①空载时，无环流产生；②负载时，能合理分配负载;③各变压器从同一相线输出的电流相位相同。条件：①各变压器额定电压相等，即变比K相等；②各变压器联结组标号必须相同；③各变压器阻抗电压或短路阻抗的标么值相等。目的：解决单台变压器供电不足的困难，提高供电的可靠性，

减少储备容量，并可根据负载的大小来调整投入运行的

变压器数量，提高运行效率。5.6三相变压器1.各变压器额定电压不等时的并联运行：以单相空载运行为例S打开时，S间的电位差：S闭合：由于变压器的短路阻抗很小，故一般较大。通常规定并联变压器变比之间相差必须5.6三相变压器2.联结组号不同时变压器的并联运行，以三相空载运行为例两台变压器：Y，y12，Y,d11，次级电压相位差为30°由于电力变压器的短路阻抗很小，这样大的电压差将在两台并联运行变压器的次级绕组中产生很大的空载环流，同时初级也感应很大环流，会将变压器的绕组烧坏，故联结组号必须相同。5.6三相变压器3.短路阻抗标么值不等时变压器的并联运行取有效值：k台的并联运行有说明：各变压器承担的负载与它们的短路阻抗模成反比5.6三相变压器理想情况:①当各变压器的阻抗电压标幺值相等时，各变压器分担的负载与它们的容量成正比，即并联运行的变压器间容量差别越大，离开理想运行的可能性就越大，因此一般要求：②各变压器短路阻抗角相等时，各变压器电流的相位相同，总负载为各变压器承担的负载算术和，即5.6三相变压器例5-3两台额定电压和联结组号相同的变压器并联运行，它们的容量与阻抗电压标么值分别为，，，，试求当总负载为

时，两台变压器各自分担的负载是多少？为了不使两台变压器过载，总负载应为多少？解：①两台变压器分担的负载计算由

，得5.6三相变压器解上面的方程，得到每台变压器分担的负载为②不过载时的总负载计算由于已过载，要不过载只能，因此总负载为又，得5.6三相变压器5.7.1自耦变压器

1.结构特点一次、二次绕组共用一部分绕组。由此可见，一次、二次绕组之间除磁耦合外，还有电的联系。单相自耦变压器原理图5.7特殊变压器磁动势平衡

很小忽略得流过绕组N2的电流为：

变比k一般大于1，表明电流矢量与相位相反，k越接近1，则电流的数值越小。说明：自耦变压器不仅比普通变压器省了一个低压绕组，而且保留的一个绕组的N2匝部分通过的电流值小，所以可减少导线的用料(省铜)和铜耗，故自耦变压器质量轻、体积小。变比

2.基本关系式绕组接线图5.7特殊变压器说明：在忽略励磁电流

的情况下，

的相位是相反的，即彼此相差180°。由于k>1，故有

，得到

a’点的实际电流有效值关系为：5.7特殊变压器

3.功率关系说明：自耦