1、3.1 变压器的基本工作原理和结构思考学习内容知识要点l3.1.1 变压器的基本工作原理及分类l3.1.2 变压器的基本结构l3.1.3 变压器的型号与额定值3.1 变压器的基本工作原理和结构3.1.1 3.1.1 变压器的基本工作原理和分类变压器的基本工作原理和分类电能机械能电能？电动机变压器一、变压器的基本工作原理一、变压器的基本工作原理问题问题: : 为什么将变压器的原边接到交流电源上，灯泡就会发光呢？变压器就是按照“动电生磁，动磁生电”的电磁感应原理制成的。一、一、变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理灯泡将电能转换成了光能 工作原理1、当一次绕组接交流电压后，就有励磁电流i1流过，
2、该电流在铁心中可产生一个交变的主磁通2、在两个绕组中分别产生感应电势e1和e2 e1=N1 d/dt e2=N2 d/dt3、若略去绕组电阻和漏抗压降，则以上两式之比为： U1/U2(-e1)/(-e2)=N1/N2 4、U1/U2(-e1)/(-e2)=N1/N2=k， k k定义为变压器的变比变比。 即：U1/U2=N1/N2U1/U2=N1/N2 =K=K 从此式可以看出，若固定U1，只要改变匝数比即可达到改变电压的目的了 变压器就是按照“动电生磁，动磁生电”的电磁感应原理制成的。变压器的变压器的外型外型和和器身器身图图二、变压器的分类二、变压器的分类电力变压器的类别电力变压器的类别用途
3、分用途分配电变压器配电变压器升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器（一）电力变压器试验、仪用等变压器试验、仪用等变压器(二) 特种变压器电力变压器的类别电力变压器的类别用途分用途分电炉、整流变压器电炉、整流变压器电力变压器类别电力变压器类别- -线圈数目分线圈数目分v双绕组变压器双绕组变压器，在铁芯中有两个绕组，一个为初级绕组，一个为次级绕组 v自耦变压器，自耦变压器，初级、次级绕组合为一个 v三绕组变压器三绕组变压器，三个绕组连接三种不同电压的线路v多绕组变压器，如分裂变压器分裂变压器电力变压器类别电力变压器类别- -冷却方式冷却方式l油浸式变压器油浸式变压器铁芯和绕组都一起浸入灌满了变压
4、器油的油箱中，可以加强绝缘和改善冷却散热条件（大容量）l干式变压器干式变压器 能满足特殊要求，如安全（小容量变压器）l充气式变压器充气式变压器绝缘性能优于油浸式（大容量）SF6干式变压器干式变压器油浸式变压器油浸式变压器电力变压器类别电力变压器类别- -冷却方式冷却方式强迫油循环电力变压器强迫油循环电力变压器电力变压器类别电力变压器类别- -相数相数单相变压器单相变压器三相变压器三相变压器电力变压器类别电力变压器类别- -调压方式调压方式有载调压变压器有载调压变压器无载调压变压器无载调压变压器作 业P P121121 3.1 3.1 变压器是怎样变压的变压器是怎样变压的, ,为什么能变电压为什
5、么能变电压, ,而不能而不能 变频变频? ?3.3 3.3 变压器一次绕组若接在直流电源上变压器一次绕组若接在直流电源上, ,二次侧会二次侧会 有稳定的直流电压吗有稳定的直流电压吗? ?为什么为什么? ? 3.1.2 电力变压器的基本结构电力变压器的基本结构l铁芯铁芯l绕组绕组l油箱和冷却装置油箱和冷却装置l绝缘套管绝缘套管l保护装置保护装置图3.1.2 油浸式电力变压器一、铁芯一、铁芯变压器的磁路变压器的磁路l电力变压器的铁心是由0.30mm0.30mm厚的冷轧硅钢片叠成。减少涡流损耗，提高导磁系数。铁心柱铁轭图图3.1.3 变压器的铁芯平面变压器的铁芯平面铁芯结构铁芯结构心式、壳式心式、壳
6、式心式心式 结构简单工艺简单应用广泛壳式壳式 结构复杂，用在小容量变压器和电炉变压器 图 3.1.4 铁芯结构示意图铁芯的交叠装配奇数层偶数层奇数层偶数层l变压器铁心叠法，偶数层刚好压着奇数层的接缝，从而减少了磁路和磁阻，使磁路便于流通 接逢处气隙小l可以避免涡流在钢片之间流通图 3.1.6 叠片式铁世交错的叠放方式变压器铁心柱横截面 l小型变压器做成方形或者矩形 l大型变压器做成阶梯形 ，容量大则级数多。叠片间留有间隙作为油道(纵向或横向)。近年来，出现一种渐开线形铁芯优点：节省硅钢片，便于机械化生产，节省工时油道图 3.1.7 铁芯柱截面二、绕组二、绕组变压器的电路变压器的电路l变压器绕组
7、一般为绝缘扁铜线扁铜线或绝缘圆铜线圆铜线在绕线模上绕制而成。l为便于制造、在电磁力作用下受力均匀以及机械性能良好，绕组线圈作成圈形圈形。l按照绕组在铁芯中的排列方法分类，变压器可分为铁铁芯式芯式和铁壳式铁壳式两类 l基本型式根据高低压绕组在铁芯柱上排列方式不同可分为同芯式同芯式和交叠式交叠式 铁壳式变压器铁壳式变压器 l变压器的铁芯柱在中间，铁轭在两旁环绕，且把绕组包围起来 l结构比较坚固、制造工艺复杂，高压绕组与铁芯柱的距离较近，绝缘也比较困难 l通常应用于电压很低而电流很大电压很低而电流很大的特殊场合，例如，电炉用变压电炉用变压器器。这时巨大的电流流过绕组将使绕组上受到巨大的电磁力，铁壳式
8、结构可以加强对绕组的机械支撑，使能承受较大的电磁力。 图3.1.8 壳式变压器的结构示意图 芯式变压器绕组和铁芯的装配示意图芯式变压器绕组和铁芯的装配示意图l绕组绕组同芯同芯套装在变压器铁心柱上，低压绕套装在变压器铁心柱上，低压绕组在内层，高压绕组套装在低压绕组外层，组在内层，高压绕组套装在低压绕组外层，以便于绝缘。以便于绝缘。 图图3.1.9 芯式变压器的铁芯和绕组的装配示意图芯式变压器的铁芯和绕组的装配示意图 绕组的基本型式绕组的基本型式同心式同心式 同芯式同芯式铁芯式变压器常用。高压绕组和低压绕组均做成圆筒形，然后同芯地套在铁芯柱上 ，为便于绝缘，通常低压绕组通常低压绕组在里面在里面，高
9、压绕组在外面高压绕组在外面 ，中间加绝缘纸筒绝缘三相心式变压器外观示意图高压低压 绕组的基本型式交叠式交叠式交叠式 铁壳式变压器常用。高压绕组和低压绕组各分为若干个线饼，沿着铁芯柱的高度交错地排列着 图图3.1.9 交叠式绕组交叠式绕组三、油箱和冷却装置l变压器油变压器油冷却、绝缘 绝缘绝缘：绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间 散热散热：热量通过油箱壳散发，油箱有许多散热油管，以增大散热面积。采用内部油泵强迫油循环，外部用变压器风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱油箱油箱机械支撑、冷却机械支撑、冷却散热、散热、变压器运行时产生热量，使变压器油膨胀，储油柜中变压器油上升，温度低时下降。储油柜使变压器油
10、与空气接触面较少， 减缓了变压器油的氧化过程及吸收空气中的水分的速度。呼吸呼吸保护作用当变压器出现故障时，产生的热量使变压器油汽化，气体继电器动作，发出报警信号或切断电源。如果事故严重，变压器油大量汽化，油气冲破安全气道管口的密封玻璃，冲出变压器油箱，避免油箱爆裂。平板式 小容量排管式 较大容量散热气式 大容量强迫油循环大容量气体继电器图3.1.20 冷却装置冷却装置 油泵油泵为了加快散热，有的大型变压器采用内部 油泵强迫油循环 风扇风扇外部用变压器风扇吹风 自来水自来水冲淋变压器油箱。这些都是变压器的冷却装置。 四、绝缘套管 l绝缘套管由中心导电杆与瓷套组成。导电杆穿过变压器油箱、在油箱内的
11、一端与线圈的端点联接，在外面的一端与外线路联接。l低压引比线一般用纯瓷套管，高压引线一般用充油或电容式套管l套管外形常做成伞形，电压越高、级电压越高、级数愈多数愈多。图图3.1.21绝缘套管绝缘套管五、保护装置l储油柜储油柜储油柜使变压器油与空气接触面变小，减缓了变压器油的氧化和吸收空气水分的速度。从而减缓了油的变质。l气体继电器气体继电器故障时,热量会使变压器油汽化，触动气体继电器发出报警信号或切断电源l安全气道安全气道（防爆筒）（防爆筒）如果是严重事故，变压器油大量汽化，油气冲破安全气道管口的密封玻璃，冲出变压器油箱，避免油箱爆裂。l吸湿器吸湿器 （呼吸器）（呼吸器）内装硅胶（活性氧休铝）
12、，用以吸收进入储油柜中空气的水分l净油器净油器过滤油中杂质，改善变压器油的性能3.1.3 变压器的型号与额定值l型号型号可反映出变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容l例一：例一：SL7500/10 SL7500/10 低损耗三相油浸自冷双绕组铝线，额定容量500KVA，高压侧额定电压10KV级电力变压器l例二：例二：SFPL63000/110 SFPL63000/110 三相强迫油循环风冷双绕组铝线，额定容量63000KVA，高压侧额定电压110KV级电力变压器l此外此外，铭牌上还会给出三相联结组以及相数，铭牌上还会给出三相联结组以及相数m m、阻抗电压、阻抗电压UkUk、型号、运
13、行方式、冷却方式和重量等数据。型号、运行方式、冷却方式和重量等数据。 一、变压器型号一、变压器型号二、变压器的额定值l额定容量SN（KV-A)铭牌规定的在额定条件下所能输出的视在功率，单位为VA或kVA。对三相变压器指三相的总容三相变压器指三相的总容量量。 由于效率高，原、副边的额定容量设计得相等，与体积、用铜量有关。l额定电压（额定电压（UN)指变压器长期运行时所能承受的额定电压。单位为V或kV。 U1N是指规定加到一次侧的电压， U2N变压器一次侧加额定电压，二次侧空载时的二次端电压。 对三相变压器，铭牌上的额定电压指线电压铭牌上的额定电压指线电压l额定电流额定电流(IN)指变压器在额定容
14、量下，允许长期通过的电流，三相变压器指的是线电流值。单位用A或kA。l额定频率（额定频率（HZHZ)电力变压器的额定频率是50Hzl效率、温升 二、变压器的额定值额定值的关系l单相变压器l三相变压器NNNNNNIUSIUS2211NNNNNNIUSIUS221133三、变压器的发热和冷却 变压器的允许温升变压器的允许温升油浸变压器的绕组均用油浸变压器的绕组均用A级绝缘级绝缘。根据我国的气候情况，国家标准规定以。根据我国的气候情况，国家标准规定以+40作为周围环境空气的最高温度，并据此规定变压器各部分的容许温作为周围环境空气的最高温度，并据此规定变压器各部分的容许温升升 绕组最高允许温度为105
15、 变压器部分最高温升()测量方法绕组65电阻法铁芯表面70温度计法油(顶层)55温度计法表3-1 变压器的允许温升作业作业本节重点本节重点工作原理、基本结构工作原理、基本结构 ？问题 日常生活中的电能是怎样来的？为什么要高压输电？变压器可以传输直流电能吗？日常生活中的电能是怎样来的从发电厂到用户的送电过程示意图从发电厂到用户的送电过程示意图6.327KV升压变压器 发电机组降压变压器 配电变压器10KV35KV66KV110KV220KV500KV10KV/0.4KV为什么要高压输电 ？l电能从发电厂输送到用户。 l输电线路电阻RX的损耗pX取决于通过输电线上的电流I的大小令输送到用户的功率P
16、=UIcosl输出电线上的功率损耗：lpX=I2RX=（P /Ucos）2L/S=C*1/U2S l-输电线材料的电阻系数 lS-输电线的截面积 lU-输电线路负载端电压 lC= P2L/cos2为常数 l说明：若S一定.U升高，损耗PX减少 l若PX一定. U 升高，S 减小，故可节省材料，则提高送电电压U ，可达到减少投资和降低运行费用的目的。知识要点l1、变压器是按电磁感应原理工作的静止电气设备，它在电力系统中用来传递电能、变换电压和电流，以满足输电及用电的要求。在工业生产中，变压器还用于整流、电炉、电焊、调压、测量与控制等很多方面。 l2、变压器由铁心、绕组两个主要部分组成。铁心是变压
17、器的磁路部分。电力变压器的铁心一般采用0.35毫米厚的硅钢片叠装而成。绕组是变压器的电路部分，它是用电磁线绕制而成的。电力变压器还有其他附件，如油箱、油枕、气体继电器、防爆管、分接头开关、绝缘套管等。附件对绕组与铁心起散热、保护、绝缘等作用，它能保证变压器安全可靠地运行。 l3.2.1 3.2.1 空载运行时的电磁关系空载运行时的电磁关系l3.2.2 3.2.2 空载电流和空载损耗空载电流和空载损耗l3.2.3 3.2.3 空载时的电动势方程、空载时的电动势方程、等效电路和相量图等效电路和相量图3.2 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行空载空载指一
18、次绕组接到电源（指一次绕组接到电源（初级初级 1），二），二次绕组（次绕组（次级次级 2）开路）开路。1 电磁物理现象2电磁量参考方向3感应电动势4空载电流、空载损耗5 电压比（变比）6 空载等效电路7 空载相量图空载运行：空载运行：原边接额定电压 的电源，副边开路原边绕组电流 为空载电流，产生空载励磁磁势 _产生主磁通 3.2.1 空载运行时的电磁关系空载运行时的电磁关系一、空载运行时的物理情况一、空载运行时的物理情况1U0I0F0010INF 主磁通主磁通流径闭合铁心，磁阻小磁阻小，同时匝链了原边和副边绕组,并感应出电势 与 和 。是变压器传递能量的主要媒介原边绕组漏磁通原边绕组漏磁通，仅
19、与原边绕组匝链，通过变压器油或空气形成闭路，磁阻大，磁阻大，不传递功率1磁通分为两部分磁通分为两部分变压器铁心由高导磁材料硅钢片制成（导磁系数r2000)，大部分磁通都在铁心中流动，主磁通约占总磁通的99强，漏磁通占总磁通的1弱。01E2E1E主磁能与漏磁通的区别：在性质上磁路不同，因而磁阻不同磁路不同，因而磁阻不同。0同时交链一、二次绕组，路径为沿铁芯而闭合的磁路，磁阻较小，具有饱和特性，0 与与 I I0 0 呈非线性关系。1只交链一次绕组，它所经的路径大部分为非磁性物质，磁阻较大， 1 与与 I I0 0 呈线性关系，不具饱和特性。在作用上在作用上功能不同功能不同。主磁通通过互感作用传递
20、功率主磁通通过互感作用传递功率，漏磁通不传递功率，仅起漏抗压降的作用。在数量上在数量上 0 99% 总磁通，总磁通， 1 1%总磁通总磁通变压器空载时各变压器空载时各电磁量间的关系电磁量间的关系二、变压器各电磁二、变压器各电磁量参考方向的规定量参考方向的规定l规定电流的正方向与该规定电流的正方向与该电流所产生的所产生的磁通正方正方向符合向符合“右手螺旋”定则，定则，l规定规定磁通的正方向与其的正方向与其感应电势的正方向符合的正方向符合“右手螺旋”定则。定则。l电流正方向与电势正方向一致。二、变压器各电磁量二、变压器各电磁量参考方向参考方向的规定的规定l一次绕组一次绕组（负载负载）按按电动机电动
21、机惯例惯例 同方向同方向 与与 符合符合右手螺旋右手螺旋定则定则 与与 同方向同方向 二次绕组二次绕组（电源电源）按按发电机发电机惯例惯例 与与 之间关系用之间关系用 右手螺旋右手螺旋定则确定定则确定 与与 同方向同方向 与与 同方向同方向例如正在增加，d/dt为正，e1 N1d/dt0为负，若外电路能使e1产生电流，其电流方向必与i0正方向相反，该电流产生磁通0，与0方向相反，起阻止0增加的作用，即符合楞次定律三、感应电动势分析三、感应电动势分析1、主磁通感应电动势分析、主磁通感应电动势分析若 u1 随时间按正弦规律变化，则 0 也按正弦规律变化，设： )90sin(cos)90sin(co
22、ssin.22022110110tNtNdtdNetNtNdtdNe感应应电动势瞬时值为为mtmmmmm磁通幅值主磁通主磁通与感应电势的关系主磁通与感应电势的关系（a) 波形图（b) 向量图磁通与电动势之间的关系图形结论：0 为正弦波时， e 也为正弦波 e滞后0 相位900电动势有效值、相量表示法电动势有效值、相量表示法l有效值l相量mmmmmmfNfNEEfNfNEE2222111144. 422/44. 422/mmfNjEfNjE221144.444.42、漏磁通感应的电动势、漏磁通感应的电动势l推倒方法同上：推倒方法同上： 结论：磁路不饱和，磁阻很大，且为常数，因此X1很小，且为常数
23、，X1X1不随电源电压不随电源电压U1U1和负载变化和负载变化3.2.2 空载电流和空载损耗空载电流和空载损耗一、空载电流一、空载电流空载电流空载电流主要作用是在铁心中建立磁场，产生主磁通空载时的变压器实际上就是一个非线性电感器，其磁通量与电流的关系，服从与铁磁材料的磁化曲线 =f(i)磁化曲线1、空载电流的作用与组成、空载电流的作用与组成l空载电流包含两个分量 励磁分量励磁分量，作用是建立主磁通，相位与主磁通 相同，为无功分量 铁损耗分量铁损耗分量，作用是供给铁磁材料铁损（磁滞和涡流损耗），为有功分量。空载运行时从电源输入少量电功率 ，主要用来补偿铁心中的铁损耗 raIII0000rI0aI
24、02、空载电流的性质和大小、空载电流的性质和大小l性质性质通常，Ior Ioa ，U1 与 Io 之间相位角 0 接近90 Io Ior 空载电流可近似为感性感性l大小大小 与导磁材料有关 一般变压器 I0% = （210）% 大容量变压器 I0% 1% 容量越大容量越大I0% 越小越小%100%00NIII3、空载电流波形、空载电流波形I I0 0 受磁路饱和影响，空载电流呈尖顶波形为分析、测量、计算方便，在相量图和计算式中，用等效正弦波来代替实际的空载电流二、空载损耗二、空载损耗l变压器空载运行时，只从电源吸收少量有功功率P0，用来供给铁芯中铁损PFe和少量绕组铜损R1I02 P0 = P
25、Fe + Pcu PFe P PFeFe的求取的求取 测试法（空载试验空载试验） 计算法 PFe B2m f1.3 P0 (0.2%1%)SN 容量越大，空载损耗越小l分析变压器内部电磁关系的方法1、基本方程式电磁关系的数学表达式2、等效电路图应用于定量计算3、相量图应用于定性分析3.2.3 空载时的电动势方程、等效电空载时的电动势方程、等效电路和相量图路和相量图1、电动势平衡方程电动势平衡方程一次侧一次侧影响m（主磁通幅值）因素1 1、电源、电源 U1 、 f2 2 、结构、结构 N1一、电动势平衡方程和变比1、电动势平衡方程、电动势平衡方程l二次侧二次侧 （I2=0）综上所述可得综上所述可
26、得:忽略电阻压降和漏磁电势， 则U1E14.44fN1 m。 m mUU1 1即：当外当外施电压施电压U1U1为定值，主磁通为定值，主磁通 m m也为一定值也为一定值影响m（主磁通幅值）因素1、电源、电源 U1 、 f2 、结构、结构 N1思考题思考题l问题：问题：一台结构已定的变压器当外施电压为已知，需一台结构已定的变压器当外施电压为已知，需要电源提供多大的励磁电流呢要电源提供多大的励磁电流呢? 励磁电流包括哪些成励磁电流包括哪些成分呢分呢?l答：答：决定于变压器的铁芯材料及铁芯几何尺寸决定于变压器的铁芯材料及铁芯几何尺寸。因为铁芯材料是磁性物质，励磁电流的大小和波形将受磁路饱和、磁滞及涡流
27、的影响。励磁电流包括励磁电流包括：有功分量（供铁损）和无功分量（产生0）2、电压变比、电压变比l变比变比一次绕组一次绕组与与二次绕组主电动势二次绕组主电动势之比之比。l电压变比电压变比k 决定于一、二次绕组匝数比。l略去电阻压降和漏磁电势 NNUU：KDY213,联接NNUUUUNNEEK212012121三相变压器：K为一、二次侧相电动势（电压）之比NNUU：KYD213,联接二、空载时的等效电路和相量图二、空载时的等效电路和相量图1 1、空载时的等效电路、空载时的等效电路等效电路等效电路将运行中的变压器的电和磁之间的相互关系用一个模拟电路的型式来等效漏抗电路模型漏抗电路模型X1表示漏磁通对
28、电路的影响，近似为常数 励磁特性的电路模型励磁特性的电路模型强调强调：Rm励磁电阻励磁电阻，并非实质电阻、是为计算铁损耗铁损耗引进的模拟电阻模拟电阻。Xm励磁电抗，励磁电抗，是主磁通是主磁通引起的电抗Zm励磁阻抗励磁阻抗由于铁芯磁路具有饱和特性，参数Zm随外施电压增加而减小，不是常数。但变压器正常运行时，外施电压等于或近似等于额定电压，且变动范围不大,可把Zm看成常数。 空载时等效电路空载时等效电路 一次绕组电动势平衡方程一次绕组电动势平衡方程 因因R1Rm , X1Xm 略Z1，则I I0 0大小取决天大小取决天Z Zm m 等效电路图只有Zm变压器采用高导磁材料，增大励磁阻抗Zm（Xm)，
29、降低空载励磁电流I0，提高运行效率和功率因数2、空载时相量图、空载时相量图空载时基本方程式空载时基本方程式m （参考方向）E1 滞后m 90度 E1与U20方向一致I0超前m 一个角度U1结论结论l由 可知， m的大小同外施电压、频率、一次绕组匝数决定l空载电流I0与m、N1、 Zm有关， I0随磁路的饱和而急剧增加，导磁性能越好能越好（越大），空载电流就越空载电流就越小小lXm是变压器一个重要参数，在线性电路中它是常数，在非线性电路中，它的大小随磁路的饱和而减小随磁路的饱和而减小， Xm越大，导磁性能越好，导磁性能越好，I0越小思考题思考题l问题: 某单相变压器额定电压为380伏/220伏,
30、额定频率为50HZ。如误将低压边接到380伏电源，变压器将会发生一些什么异常现象？ 答案： 由于 U204.44fN2mU20由220伏变到380伏，增加了 倍，则主磁通m也增 加了 倍，磁路饱和程度增加，因而励磁电流I0大大增 加，有可能烧毁线圈。33作业作业P121 3.9 3.10 本节重点本节重点各参数的物理意义及相互间关系各参数的物理意义及相互间关系 （基本方程式）（基本方程式）3.3节节3.5节节l3.3 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行l3.4 变压器参数的测定变压器参数的测定l3.5 标么值标么值3.3 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行3.3.1 3.3.1 负
31、载运行时的电磁关系负载运行时的电磁关系3.3.2 3.3.2 负载运行时的基本方程式负载运行时的基本方程式3.3.3 3.3.3 变压器的等效电路图及相量图变压器的等效电路图及相量图3.3.1 负载运负载运行时的电磁关行时的电磁关系系负载运行负载运行是指一侧绕组接额定频率、额定电是指一侧绕组接额定频率、额定电压的电源上，另一侧绕组接负载的运行状态压的电源上，另一侧绕组接负载的运行状态。二次绕组电流二次绕组电流的影响的影响带负载负载一次侧接电源一次侧接电源1，二次侧接负载，二次侧接负载Z ZL L，此，此时二次侧流过电流时二次侧流过电流i2。一次侧电流不再是。一次侧电流不再是i0， 而是变而是变
32、为为i1。负载后负载后二次侧电流产生磁势二次侧电流产生磁势F2=N2i2，该磁势将，该磁势将力图改变磁通力图改变磁通0，而磁通是由电源电压决定的，而磁通是由电源电压决定的， 也也就是说就是说0基本不变。基本不变。要维持维持0不变不变，一次绕组产生一个附加电流i i1L1Li1L 产生磁势N1i1L=N2i2（与二次磁动势相抵消）一次电流变为 i i1 1=i=i0 0+i+i1L1L总磁势总磁势 F1+F2=N1i1+N2i2 产生产生0变压器负载时各电磁量之变压器负载时各电磁量之间的关系间的关系3.3.2 变压器运行时的基本方变压器运行时的基本方程式程式一、磁动势平衡方程式一、磁动势平衡方程
33、式 F F1 1+F+F2 2=F=F0 0 N N1 1i i1 1+N+N2 2i i2 2=i=i0 0N N1 1 i i1 1=i=i0 0(-i(-i2 2/k)=i/k)=i0 0+i+i1L1L 变比：K=N1/N2 i1L=-i2/k 为一次侧增加的负载分量电流。i1L+i2/k=0 负载后，一次侧绕组中的电流由两个分量组成，一个是负载分量i i1L1L， 另一个是产生磁通的励磁分量i0，i1L产生的磁势与二次侧电流产生的磁势大小相等,方向相反,互相抵消。 二次侧电流增加或减少的同时必然引起一次侧电流的增加右减少一、二次侧电流与匝数之间的关一、二次侧电流与匝数之间的关系系 在
34、满载时，I0只占I1L的（28），固可将 I0忽略，则 i i1 1=i=i0 0(-i(-i2 2/k) -i/k) -i2 2/k/k I I1 1/I/I2 2 N N2 2/N/N1 1 一、二次侧电流之比与匝数之比成反比一、二次侧电流之比与匝数之比成反比 改变一、二次侧匝数不仅能变压，而且能变改变一、二次侧匝数不仅能变压，而且能变电流电流二、电动势平二、电动势平衡方程衡方程l一次侧一次侧 U1=-E1-E1+i1R1 =-E1+i1(R1+jX1) = -E1+i1Z1 二二次侧次侧 U2=E2+E2-i2R2 =E2-i2(R2+jX2) = E2-i2Z2负载运行时基本方程式组负
35、载运行时基本方程式组3.3.3 变压器的等效电变压器的等效电路及相量图路及相量图问题是否可找到一个便于工程计算的单纯电路，以代替无电路联系、但有磁路耦合作用的实际变压器，但这个电路必须能正确反映变压器内部电磁过程 答案：有！这种电路称为变压器的等效电路，前提条件是必须进行绕组折算一、折算一、折算l绕组折算就是把二次绕组的匝数变换成一次绕组的匝数 或者将一次绕组的匝数变换成二次绕组的匝数来进行运算，使之成为K=1的变压器l但不改变其电磁效应的一种分析方法，折算量在原符号加上标号“ ”区别，折算后的值称为折算值。l原则折算不改变实际变压器内部的电磁平衡关系。折算不改变实际变压器内部的电磁平衡关系。
36、 即：即：1 1）保持二次磁动势）保持二次磁动势F2F2不变不变 2 2）保持二次侧各）保持二次侧各功率（或损耗）不变功率（或损耗）不变下面以二次侧折算到一次侧为例下面以二次侧折算到一次侧为例折算方法折算方法二次侧各量二次侧各量折算到一次侧折算到一次侧l保持初级绕组匝数N1不变设想有一个匝数为N 2 =N1的次级绕组，用它来取代原有匝数为N2的次级绕组。满足变比：kN1/N 211 1、二次电流的归算、二次电流的归算值值II2 2l物理意义：当用N 2N1替代了N2，其匝数增加了k倍。为保持磁势不变。次级电流归算值减小到原来的1k倍。kINNINNIININI/212222222222归算前后
37、磁势应保持不变归算前后磁势应保持不变2、二次电动势的折算、二次电动势的折算值值E2l归算前后二次侧电磁功率应不变归算前后二次侧电磁功率应不变l E 2I 2E2I2 则： 同理：E2=KE2l物理意义：当用N 2=N1替代了N2，其匝数增加到k倍。而主磁通 m及频率f均保持不变，折算后的二次电势应增加k倍22222kEEIIE3、二次漏阻抗的折算值、二次漏阻抗的折算值R2和和X2 二次电阻值的折算二次电阻值的折算R2折算前后铜耗应保持不变折算前后铜耗应保持不变l物理意义：当用N 2替代N2后，匝数增加到k倍，二次绕组长度增加到k倍；二次电流减到为原来的l/k倍，折算后的二次绕组截面积应减到原来
38、的lk倍，故折算后的二次电阻应增加到原来的k2倍。（绕组本身没有变化绕组本身没有变化）2222222RkRIIR 二次漏电抗的折算值二次漏电抗的折算值X2归算前后次级漏磁无功损耗应保持不变归算前后次级漏磁无功损耗应保持不变l物理意义：绕组的电抗和绕组的匝数平方成正绕组的电抗和绕组的匝数平方成正比。由于归算后次级匝数增加了比。由于归算后次级匝数增加了k倍，故漏抗倍，故漏抗应增加到应增加到k2倍。倍。2222222xkxIIx4、二次电压的折算值、二次电压的折算值U2222222222222)(/kUIZEkkIZkkEIZEUl物理意义：当用当用N 2替代了替代了N2，其匝数增加到，其匝数增加到
39、k倍。而主磁通倍。而主磁通 m及频率及频率f均保持不变，折算均保持不变，折算后的二次电压应增加后的二次电压应增加k倍倍5、负载阻抗的折算值、负载阻抗的折算值ZLLLZkkIkUIUZ22222/l物理意义：绕组的阻抗和绕组的匝数平方成正比。由于归算后次级匝数增加了k倍，故漏阻抗应增加到k2倍。折算后变压器负载运行时的折算后变压器负载运行时的基本方程式基本方程式二、等效电路二、等效电路1、“T”形等效电路形等效电路2、“”形等形等效电路效电路变压器近似等效电路变压器近似等效电路l把励磁支路移至端点处。把励磁支路移至端点处。计算时引起的误差不大：变压器的励磁电流(即空载电流)为额定电流的2-10，
40、（大型变压器不到1）。近似等效电路可用于分析计算变压器负近似等效电路可用于分析计算变压器负载运行的某些问题，如二次侧电压变化载运行的某些问题，如二次侧电压变化并联运行的负载分配等并联运行的负载分配等3、简化等效、简化等效电路电路短路电阻短路电阻RS=R1+R2短路电抗短路电抗XS=X1+X2短路阻抗短路阻抗ZS=RS+jXS结论结论：1、短路阻抗等于一、二次漏、短路阻抗等于一、二次漏阻抗之和，阻抗之和，ZS很小，且为常数很小，且为常数2、当变压器稳定短路时，短、当变压器稳定短路时，短路电流路电流IS=U1/ZS=（1020）IN3、ZS起限制直到限制短路电起限制直到限制短路电流的作用流的作用略
41、去励滋电流略去励滋电流（支路）（支路）常用于定性分析常用于定性分析三、负载时的三、负载时的相量图相量图图图3.3.6 感性负载时变压器的相量图感性负载时变压器的相量图作业作业P121 3.15 3.16本节知识点本节知识点1、负载运行时各参数的物理意义及特点、负载运行时各参数的物理意义及特点2、基本方程式、基本方程式3.4.1 空载试验 求取 Rm、Xm、I0、P0（PFe） 、k 3.4.2 短路试验 求取 RK、XK、UK、pcu 3.4 变压器参数的变压器参数的测定测定参数确定方法参数确定方法：1、计算法设计时采用2、试验法空载、短路试验（已制造好的变压器）3.4.1 空载试验空载试验
42、一般在一般在低压侧低压侧做（安做（安全，便于计量全，便于计量） 试验可在高压侧测量也可在低压侧测量，视实际测量方便而定。如令高压侧开路，在低压侧如令高压侧开路，在低压侧进行测量，测得的数据是低压侧的值，计算的进行测量，测得的数据是低压侧的值，计算的励磁阻抗也是励磁阻抗也是归算至归算至低压侧的值低压侧的值。 空载特性曲线空载特性曲线 P0（I0）=f(U1)l通过调压器给变压器供电，通过调压器给变压器供电，调压器输出电压调压器输出电压U1, 从从1.2UN到到0.3UN取取8-9点，每点均测点，每点均测出出P0、I0、U20 ， 可得空载可得空载特性曲线特性曲线l空载试验时电压较高，电流空载试验
43、时电压较高，电流较小故电流要精确测量，接较小故电流要精确测量，接线图中电流表中流过的电流线图中电流表中流过的电流为实际空载电流为实际空载电流空载试验参数空载试验参数计算计算l励磁参数值（励磁参数值（Zm)和铁损和铁损PFe（P0）均随磁路饱和程度而变化均随磁路饱和程度而变化。为反映变压器运行时的磁路饱和情况，空载试验时应调整外施电压等于额定电压。l令U1为外施每相电压，I0为每相电流，P0为每相输入功率即等于每相的空载损耗P0。(三相变压器必须用每一相值计算，K值用相电压之比） 励磁参数如折算到高压侧，则乘K2即可FeNPPIII）U）Uk、0100120%100%(低压高压低压侧一样高mRm
44、ZXmIPRmIUZm2202000低压侧l短路试验应降低电压进行短路试验应降低电压进行。控制短路电流不超过额定值。l短路试验可以在高压侧测量而把低压侧短路，也可在低压侧测量而把高压侧短路。二者测得的数二者测得的数值不同，用标么值计算则相同值不同，用标么值计算则相同。3.4.2 短路试验短路试验 一般在一般在高压侧高压侧做（安全，方便做（安全，方便）短路特性曲线短路特性曲线 PS(IS)=f(US)l试验开始时应注意调压器输出应调到零，然后从0开始，慢慢调节，并监视电流表，使短路电流IS1.3I1N时停止升压，防止过大电流产生，对变压器不利。l记录数据US ，IS，从1.3I1N到0.5I1N
45、测56点。由于US低，铁心中低，故PS中所含铁损耗较小，可忽略铁耗，故PS中只含铜耗。lUS、IS、PS分别表示每相值。(三相变压器必须用每一相值计算），测取IS=I1N时的US、PS值进行计算lK值用相电压之比）l电阻随温度而变化，如短路试验时的室温为 ()，按标准规定应换算到标准温度75时的值。短路试验参数计短路试验参数计算算SCSCSSCSXRZRR275275750005 .234755 .234“T”型等效电路R1 = R2 = RSX1 = X2 = XSl短路参数如折算到短路参数如折算到低压侧低压侧，则除，则除K2即可即可SSSNSNSSSNSNSSSRZXIPIPRIUIUZ高
46、 压221221侧短路电压短路电压(阻抗电压阻抗电压us)百分数百分数l短路试验时，使短路电流恰为额定电流的外施电压，为短路电压短路电压，记作U SN。l以额定电压百分数表示，称为短路电压百分数短路电压百分数l短路电压百分数去掉100符号，就是短路电阻短路电阻抗标么值抗标么值 NCSSNIZU1750%100%100175110NCSNNSNSUzIUUu短路电压的有功与无短路电压的有功与无功分量功分量无功分量有功分量%100%100%100%1001117511751100NSNSrNCSNSaNCSNNSNSUXIuURIuUzIUUuSrNkNSsaSSNSNNNSBSSuUxIXuRu
47、UZIIUZZZZ*/采用标么值表示luS不能太小不能太小uS太小时，变压器接额定电压短太小时，变压器接额定电压短路时电流太大。路时电流太大。lus也不能太大也不能太大uS太大时，负载变化时，压降太大时，负载变化时，压降增大，即电压波动较大。增大，即电压波动较大。l中、小变压器中、小变压器lus=4%10%l大型电力变压器大型电力变压器lus=12.5%17.5%us电压对变压器运行特电压对变压器运行特性的影响性的影响容量与下列参数关系S I0% S us S P0 S PS 例例3.4.1l一台三相电力变压器，额定容量为750kVA，额定电压为10/0.4kV，Y,yn联接,试验数据如下：1
48、、求以高压侧为基准的”T”型等效电路参数2、短路电压百分值及其电阻分量和电抗分量的百分值试验类型电压（V）电流（A）功率（KW）备注短路空载440 40043.3 6010.93.8高压侧测低压侧测3.5 标么标么值值l对各个物理量选一个固定的数值作为基值，取实际值与基值之比称为该物理量的标么值，标么值用上标“*”l基值（基值（采用下标“b”）l 电压基值额定电压 U1B=U1N U2B=U2Nl 电流基值额定电流 I1B=I1N I2B=I2Nl 功率基值额定容量 SBSNl 阻抗基值额定电压与额定电流之商l初级、次级侧各物理量应采用不同基值初级、次级侧各物理量应采用不同基值标幺值=实际值/
49、基值 标么值的优标么值的优点点1便于比较变压器和电机的性能参数便于比较变压器和电机的性能参数 例电力变压器 Z*S = 0.040.175 I*0 = 0.020.12可直观反映出变压器的运行情况可直观反映出变压器的运行情况 例:U*2=0.9 变压器二次低于额定值 I*2=1.1 变压器过载10%运行3折算前后各量相等折算前后各量相等省去折算省去折算 例 Z2*=Z2*4、某些物理意义不同，但具有相同数值某些物理意义不同，但具有相同数值计算方便计算方便 例 u*s = z*s u*sa = R*s u*sr = X*s 标幺值=实际值/基值 作业作业P122 3.20本节重点本节重点空载、短路试验的目的空载、短路试验的目的
