1、16.1变压器的用途、分类和基本结构变压器的用途、分类和基本结构6.1.1 变压器的基本概念变压器的基本概念6.1.2 变压器的用途变压器的用途6.1.3 变压器的分类变压器的分类6.1.4 变压器的基本机构变压器的基本机构第1页/共120页26.1.1 变压器的基本变压器的基本概念概念变压器变压器 是一种静止的是一种静止的电磁装置电磁装置，它利用，它利用电感应原理电感应原理，从，从一个电路向另一个传递能量或传输信号的一种电气装一个电路向另一个传递能量或传输信号的一种电气装置。置。常用来将一种常用来将一种交流电压的电能交流电压的电能转换为同频率的另一转换为同频率的另一种交流电压的电能。种交流电
2、压的电能。第2页/共120页36.1.2 变压器的变压器的用途用途电力系统中实现电能的远距离高效输送、合理配电、电力系统中实现电能的远距离高效输送、合理配电、安全用电。如：电力变压器、配电变压器。安全用电。如：电力变压器、配电变压器。供给供给特殊电源特殊电源用的专用变压器。如：炼钢炉供电用的专用变压器。如：炼钢炉供电 的电炉变压器、大型电解电镀、直流电力机车供电的电炉变压器、大型电解电镀、直流电力机车供电的整流变压器，的整流变压器，测量用的仪用变压器。测量用的仪用变压器。控制系统实现信号的传输控制系统实现信号的传输控制变压器，直到仅控制变压器，直到仅传输信号的非常小的无线电变压器。传输信号的非
3、常小的无线电变压器。第3页/共120页46.1.3 变压器的变压器的分类分类按功能分：按功能分：电力变压器电力变压器、特殊功能变压器（电炉变、特殊功能变压器（电炉变压器压器、整流变压器、整流变压器、电焊变压器）、仪用变压器、电焊变压器）、仪用变压器（电压互感器、电流互感器）（电压互感器、电流互感器）、控制变压器及无线、控制变压器及无线电变压器电变压器 按使用绕组数目按使用绕组数目：双绕组变压器、三绕组变压器、多：双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器。绕组变压器。按铁心结构：按铁心结构：芯式变压器、壳式变压器。芯式变压器、壳式变压器。按冷却方式：按冷却方式：干式变压器、油浸式变压器。干式变压
4、器、油浸式变压器。按调压方式：按调压方式：无载调压变压器、有载调压变压器。无载调压变压器、有载调压变压器。第4页/共120页变压器电源变压器电源变压器电力变压器电力变压器环形变压器环形变压器接触调压器接触调压器控制变压器控制变压器三相干式变压器三相干式变压器第5页/共120页66.1.4 变压器的基本变压器的基本机构机构由铁心、绕组及附件组成。由铁心、绕组及附件组成。（一）铁心 1、作用：构成变压器的磁路系统，且固定绕组。2、构成：由0.270.35mm厚的冷轧硅钢片叠成,每片硅钢片的两面涂绝缘漆膜，且冲压成一定形状。铁心分铁心柱、铁轭两部分3、装叠工艺：采用交叠式，主要使叠缝相互交叠，以减少
5、接逢间隙，从而减少磁路的磁阻。第6页/共120页三相芯式变压器示意图绕组上铁轭铁芯柱下铁轭第7页/共120页（二）绕组 1、作用：构成变压器的电路系统构成变压器的电路系统。2、构成：绝缘铜线或铝线在绕线模上绕制而成。绝缘铜线或铝线在绕线模上绕制而成。3、结构形式：同心式、交叠式。同心式、交叠式。第8页/共120页谢谢！第9页/共120页106.2变压器的空载运行、变压器的负载运变压器的空载运行、变压器的负载运行行6.2.1 变压器的空载运行变压器的空载运行6.2.2 变压器的负载运行变压器的负载运行第10页/共120页116.2.1 变压器的变压器的空载运行空载运行 空载运行空载运行时变压器时
6、变压器实际上就是一个含铁心的电感器线圈，实际上就是一个含铁心的电感器线圈，即非线性电抗器即非线性电抗器。从能量传递看作为电源的负载，空载运行时变压器：从能量传递看作为电源的负载，空载运行时变压器：（1）一方面从电源吸收无功功率，在铁心中建立磁场，产）一方面从电源吸收无功功率，在铁心中建立磁场，产生主磁通。生主磁通。（2）另一方面从电源吸收有功功率，供铁心损耗（磁滞、）另一方面从电源吸收有功功率，供铁心损耗（磁滞、涡流）、绕组铜损使用。由于是不带负载，所以电源输入少涡流）、绕组铜损使用。由于是不带负载，所以电源输入少量电功率量电功率 p0 第11页/共120页126.2.1 变压器的变压器的空载
7、运行空载运行一、表示单相变压器空载运行的示意图一、表示单相变压器空载运行的示意图第12页/共120页二、变压器空载时各物理量产生的电磁关系为：11000121101EUIFI NEEI R 第13页/共120页1、主磁通产生的感应电动势：设主磁通按正弦规律变化，即 =msint 根据电磁感应定律，一次绕组的感应电势的瞬时值为：11111(sin)cos2sin(90)mmmdtdeNNdtdtNtfNt 第14页/共120页由此可知，一次绕组感应电势e1滞后主磁通90，且一次绕组感应电势的有效值为11124.442mmfNEfN 114.44mEjfN 一次绕组感应电势与主磁通的相量关系为一次
8、绕组感应电势与主磁通的相量关系为第15页/共120页同理22224.442mmfNEfN 224.44mEjfN *结论：，在相位上滞后 90。1212()()mE Ef N N m第16页/共120页 2、漏磁通产生的感应电动势：一次漏磁通 与一次漏电势 之间的关系，可以用一次绕组的漏电感L1来处理。一次绕组的感应电势的瞬时值为：10111ddieNLdtdt 10101EjILjI X 1E 1 X1=L1为一次绕组的为一次绕组的漏电抗漏电抗，一次漏电势，一次漏电势 可表示为可表示为第17页/共120页 由于漏磁通所通过的途径是非磁性物质，其磁导率是常数，所以漏磁通的大小与产生此漏磁通的绕
9、组中的电流成正比关系，即 另：故漏电感L1为常数，X1=L1亦为常数10I 211111 011100NNLN iNii 第18页/共120页谢谢！第19页/共120页 三、电压平衡方程式、变比 变压器空载运行时，各物理量的正方向通常按下图标注：第20页/共120页 根据KVL定律，一次回路方程为：11101ueei R 1110110101101UEEI REjI XI REI Z 在正弦稳态下，在正弦稳态下，第21页/共120页*结论：影响主磁通大小的因素是：电源电压U1、电源频率f 和一次侧线圈匝数N1，（注意：与铁芯材质及几何尺寸有关。）1114.44mUEfN 11114.444.4
10、4mEUfNfN 即 由于由于 且且 很小，则很小，则,111,EE01I R 11UE 第22页/共120页 二次回路中，由于 ，无二次漏电势，则二次回路方程为 变压器的变比：一次绕组电动势 E1 与二次绕组电动势 E2 之比，即20I 202UE 1122ENkEN 第23页/共120页又因E1U1，E2=U20，有：11220EUkEUu 若若N1N2，变压器起降压作用；若，变压器起降压作用；若N1 IFe 第25页/共120页四、空载电流 空载运行时变压器实际上就是一个含铁心的电感器线圈，即非线性电抗器。从能量传递看作为电源的负载，空载运行时变压器：（1）一方面从电源吸收无功功率，在铁
11、心中建立磁场，产生主磁通。（2）另一方面从电源吸收有功功率，供铁心损耗（磁滞、涡流）、绕组铜损使用。由于是不带负载，所以电源输入少量电功率 p0 空载电流成分：空载电流可认为是励磁电流，用 Im表示。Im 中含有有功分量 IFe(损耗电流）和用以建立磁场的无功 Iu 分量(磁化电流），Iu IFe 第26页/共120页1）空载电流的波形第27页/共120页 ImIFeIuE1 ImIFeIuE1 ImIFeIuE1ImIuE1 IFeImIuE1磁通量与电流Im的关系励磁电流有功无功分量的相量图磁滞作用与涡流现象使 (t)=fi(t)(t)=fi(t)的关系复杂化i im m=i=iu u+i
12、+iFeFe2）激磁电流产生主磁通所需要的电流0FeIII第28页/共120页 3）激磁阻抗 由于主磁路是由铁磁材料构成，且主磁通会引起铁耗，所以，主磁通与一次电势之间的关系，除用励磁电感Lm以外，还应用励磁电阻Rm来处理，Xm=Lm为励磁电抗。第29页/共120页222XRRXXFeFem激磁电阻222XRXRRFeFem激磁电抗E1ifei0iuRfeRmXm第30页/共120页100()mmmEI ZIRjX 由上分析可知一次侧主电动势可由上分析可知一次侧主电动势可表示如下：表示如下：式中，Zm=Rm+jXm称为变压器的激磁阻抗，它是表征铁心磁化性能和铁心损耗的一个综合参数。第31页/共
13、120页五、空载运行时等值电路变压器空载运行时原边电动势平衡方程式如下 其中原边漏电抗Z1=r1+jx1 变压器空载等值电路应注意的问题应注意的问题 注意注意 r1、x1 是常量是常量 而而励磁阻抗的大小和变励磁阻抗的大小和变压器工作点有关，因压器工作点有关，因铁心中存在饱和现象，铁心中存在饱和现象，rm、xm 随着饱和程度随着饱和程度的增加而减小，但当的增加而减小，但当电源电压的变化范围电源电压的变化范围不大，对应铁心中磁不大，对应铁心中磁通的变化为也不是很通的变化为也不是很大时，大时，Zm 的值基本上的值基本上可视为不变。可视为不变。第32页/共120页谢谢！第33页/共120页 变压器的
14、一次绕组接到交流电源，二次绕组接到负载阻抗时，二次绕组中便有电流流过，这种情况称为变压器的负载运行，如图所示。6.2.2 变压器的负载运行第34页/共120页一、磁动势平衡方程式和能量传递变压器空载时，因二次电流为0，主磁路的总磁动势为：变压器负载时，主磁路的总磁动势为：010FFN I 121122FFFN IN I 第35页/共120页 从空载到负载时，主磁通基本不变。即磁动势平衡关系为：120FFF 112210N IN IN I210IIIk 21001()LIIIIIk 第36页/共120页二、漏磁通和漏磁电抗漏磁通 在实际变压器中，除了通过铁心、并与一次和二次绕组相交链的主磁通之外
15、，还有少量仅与一个绕组交链且主要通过空气或油而闭合的漏磁通。第37页/共120页X1和X2分别称为一次和二次绕组的漏磁电抗，简称漏抗X1=L1,X2=L2漏抗是表征绕组漏磁效应的一个参数。漏磁电抗漏磁电抗第38页/共120页三、变压器的基本方程11I R 11111UIFI N 11E 001FI N 12mEE 22222UIFI N 22E 22I R 变压器负载运行时的电磁关系如下：第39页/共120页相应的复数形式 根据基尔霍夫第二定律，即可写出一次和二次侧的电压方程为 第40页/共120页变压器的基本方程为(3-21)第41页/共120页四、变压器的绕组归算在研究变压器的运行问题时，
16、希望有一个既能正确反映变压器内部电磁关系，又便于工程计算的等效电路，来代替具有电路、磁路和电磁感应联系的实际变压器。下面从变压器的基本方程出发，导出此等效电路。当当k k较大时，较大时，变压器原、副边电压相差很大，为计算和作变压器原、副边电压相差很大，为计算和作图带来不便。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。系。副边的负载通过磁势影响原边。因此只有副边的磁因此只有副边的磁势不变，势不变，原边的物理量没有改变。原边的物理量没有改变。这为折算提供了依据。这为折算提供了依据。这种保持磁势不变而假想
17、改变它的匝数与电流的方法，称这种保持磁势不变而假想改变它的匝数与电流的方法，称折合算法折合算法。第42页/共120页 通常是把二次绕组归算到一次绕组，也就是假想把二次绕组的匝数变换成一次绕组的匝数，而不改变一次和二次绕组原有的电磁关系。（A）方法 建立等效电路，除了需要把一次和二次侧磁通的效果作为漏抗压降，主磁通和铁心线的效果作为激磁阻抗来处理外，还需要进行绕组归算。绕组归算第43页/共120页（B）原则 归算前后二次绕组的磁动势保持不变，则一次绕组将从电网吸收同样大小的功率和电流，并有同样大小的功率传递给二次绕组。.(1)(1)电流的归算:221221IKINNI(2)电势的归算:22EKE
18、2222,EkEUKU第44页/共120页（3）阻抗的折算：将二次侧电压方程式乘K得：222222222222222222222222()1()();K EK IrjxKUIK rjk xKUKEIrxUrK r xk xZK Z222222222222222222221()()1()()IrIK rI rKIxIK xI xK或利用功率平衡或利用功率平衡也可以得到：也可以得到：第45页/共120页 注意：1）折算前后阻抗角、功率因素不变 2）折算前后二次侧铜耗不变 3）折算前后的输出功率不变第46页/共120页归算后，变压器的基本方程变为:（3-30）由此可得其相量图如下：由此可得其相量图如
19、下：第47页/共120页第48页/共120页折算法只是一种折算法只是一种分析的方法分析的方法。凡是单位为。凡是单位为伏伏的物理量（电动的物理量（电动势、电压）的折算值等于原来数值势、电压）的折算值等于原来数值乘乘k；单位为；单位为欧欧的物理量的物理量（电阻、电抗、阻抗）的折算值等于原来数值（电阻、电抗、阻抗）的折算值等于原来数值乘乘k2；电流电流的的折算值等于原来的数值折算值等于原来的数值乘以乘以1/k.(已没有变比k)副边绕组经折算后，副边绕组经折算后，原来的基本方程成为：原来的基本方程成为：221212122221111LmmmZIUZIEEEIIIZIEUZIEU小结小结第49页/共12
20、0页谢谢！第50页/共120页变压器的变压器的运行特性运行特性主要有外特性（副边电压变化率）和效主要有外特性（副边电压变化率）和效率率特性特性1.外特性外特性 当原绕组外施电压和负载功率因数不变时，当原绕组外施电压和负载功率因数不变时，副边端副边端电压随负载电流变化的规律。电压随负载电流变化的规律。U2f（I2）2.效率特性效率特性 当原绕组外施电压当原绕组外施电压 和副绕组的负载功率因数不变时，和副绕组的负载功率因数不变时，变压器效率随负载电流变化的规律。变压器效率随负载电流变化的规律。f(I2).6.3变压器的外特性、损耗和效率第51页/共120页6.3.1 外特性1 外特性定义2 外特性
21、表达式的推导3 外特性图形4 外特性的指标-电压调整率第52页/共120页1、变压器负载时二次侧端电压的变化、变压器负载时二次侧端电压的变化(电压调整电压调整率率)1.什么是变压器的外特性？什么是变压器的外特性？当当U1=U1N、cos2=C（常数）时，（常数）时，U2=f(I2)的关系曲线的关系曲线。变压器的外特性变压器的外特性 一般用一般用电压调整率电压调整率表示表示第53页/共120页6.3.1变压器的外特性和电压变化率外特性外特性的定义的定义（反映变压器对负载供电质量情况反映变压器对负载供电质量情况）在在额定电源电压额定电源电压和和一定负载功率因数一定负载功率因数的条件下，变压器二次侧
22、的端电压与的条件下，变压器二次侧的端电压与二次侧负载电流之间的关系曲线。二次侧负载电流之间的关系曲线。各类性质的各类性质的负载下变压负载下变压器的典型外器的典型外特性特性第54页/共120页1 外特性定义定义-在电源电压额定、负载功因恒定的条件下，副边电压随电流变化的规律称为外特性，记为U2f(I2)。若用标幺值表示，则为：U1*1，cos2=常值时，U2*f(I2*)。第55页/共120页2 外特性表达式的推导Step 1 画简化电路图-副边电压、电流之正向与以前不同。第56页/共120页Step 2 采用标幺值22222211121212112222221112NNNNNNNNNNIkII
23、IIIIIIkIIIIIIIIUkUUUUUUUUkU第57页/共120页Step 3 画标幺值形式的简化电路图。第58页/共120页Step 4 画简化相量图（感性负载）注意：1）副边压、流正向已变。2）所有量（变量、参数）都已采用标幺值。第59页/共120页Step 5 用几何关系求解第60页/共120页Step 5 续1：略去二次项，得到外特性表达式*2()Uf I*k2k21(cossin)I RI X 可见，外特性是一条直线，其斜率为（Rk*cos2+Xk*sin2）,它可能为正，可能为负，亦可能为零。图形见下。-推导完毕。*k2k21(cossin)RXI 第61页/共120页3
24、外特性图形第62页/共120页4 外特性的指标-电压调整率定义：电压调整率，也叫电压变化率 -原边加额定电压时，副边从空载到额定负载电压变化与副边额定电压的比率。常用百分比表示。记为u。据定义，并据前面推导的外特性表达式U2*=f(I*)，有：20220222121*2k22100%100%100%(1)100%(cossin)100%NNNNkUUuUUUUUUUUIRX第63页/共120页电压变化率电压变化率的定义：的定义：在在额定电源电压额定电源电压和和一定负载功率因数一定负载功率因数的条件下，由空载到额定负载时的条件下，由空载到额定负载时二次侧端电压变化的百分比，即：二次侧端电压变化的
25、百分比，即：%100%100%1001212222220NNNNNUUUUUUUUUu%100)sincos(%100)sincos(121211221NkNkNNkkUxIrIUxrIu负载特定，负载大小、外因：变压器的结构参数、内因：2coskkrxu第64页/共120页2、电压调整率%100%1001212220NNNKUUUUUU当负载为额定负载(I*1)、功率因数为指定值(通常为o.8滞后)时的电压调整率，称为额定电压调整率。用标么值表示：用标么值表示：*21 UU第65页/共120页4 续1：电压调整率的三个决定因素电压调整率表达式：三个决定因素：1）负载程度，=I*。2）负载性质
26、2。3）变压器的内部阻抗：短路电阻Rk*、短路电抗Xk*。当负载为感性时，2正，u正，ULU20。当负载为阻性时，2正，u正，ULU20。k22(cossin)100%kuIRX第66页/共120页4 续2：五种典型负载下的电压变化率1）当负载为感性时，2正，u正，ULU20 。2）当负载为阻性时，2正，u正，ULU20 。4）当负载为容性，且容到一定程度时，2足够负，u变负，ULU20 。5）当负载为容性，且容到刚好使Rk*cos2+Xk*sin2 =0 时，2负，u=0，ULU20 。k22(cossin)100%kuIRX第67页/共120页4 续3：电压调整率的图形2第68页/共120
27、页4 续4：什么叫额定电压调整率？-额定负载时的电压调整率。额定负载时I*=1。额定电压调整率是变压器的主要性能指标之一。通常uN约为5%左右。所以，一般电力变压器的高压绕组均有5%的抽头，以便进行电压调节。Nk221k22(cossin)100%(cossin)100%kIkuIRXRX 第69页/共120页%100)sincos(%100sincos(2*2*12121kkNkNkNxrUxIrIu讨论：讨论：u对于纯阻性负载，对于纯阻性负载，故，故 较小；较小；u对于感性负载，对于感性负载，故，故 ，即随着负载，即随着负载 电流的增加，二次侧的电压下降较大；电流的增加，二次侧的电压下降较
28、大；u对于容性负载，对于容性负载，若，若 ，则则 ，说明随着负载电流，说明随着负载电流 的增加，二次侧的电压的增加，二次侧的电压有可有可 能能升高。升高。1cos20sin2u0cos20sin20u0cos20sin222sincoskkxr0u2I)15(可参照例小得多比变压器一般kkxr容性负载对变压器二次端电压影响的应用：容性负载对变压器二次端电压影响的应用：（1 1）补偿无功，改善功率因数，降低线损）补偿无功，改善功率因数，降低线损 （2 2）提升工厂电网电压，解决工厂负荷大，电网电压）提升工厂电网电压，解决工厂负荷大，电网电压下降的问题下降的问题第70页/共120页4、变压器的电压
29、调节通过改变高压侧分接头（即改变高压侧线圈的匝数）来调压。分接头：调压方法：无激磁调压和有载调压5%2 2.5%第71页/共120页谢谢！第72页/共120页6.3.2、效率和效率特性1 变压器效率之定义2 效率的伴侣-损耗3 变压器效率特性之定义4 变压器效率特性表达式的推导5 效率特性图形6 最大效率7 额定效率第73页/共120页1、效率和效率特性 变压器运行时将产生损耗，变压器的损耗分为铜耗和铁耗两类。每一类又包括基本损耗和杂散损耗。基本铜耗是指电流流过绕组时所产生的直流电阻损耗。杂散铜耗主要指漏磁场引起电流集肤效应，使绕组的有效电阻增大而增加的铜耗，以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损
30、耗等。铜耗与负载电流的平方成正比。定义-变压器输出功率P2与输入功率P1之比。第74页/共120页2 效率之伴侣-损耗变压器损耗分类按物理标准分-铜耗、铁耗：原副边绕组均有电阻，该电阻上的损耗pcu1=I12R1、pcu2=I22R2即为铜耗。因为绕组一般由铜线制成，故有此谓。变压器铁芯处于交变磁场中，会产生磁滞损耗、涡流损耗，此二者合成铁芯损耗，简称铁耗。按数学标准分-可变损耗、不变损耗：铜耗随电流大小而变，是可变损耗；铁耗随电压大小而变，而变压器工作时电压基本不变，故称铁耗为不变损耗。第75页/共120页基本铁耗 基本铁耗是变压器铁心中的磁滞和涡流损耗。杂散铁耗包括叠片之间的局部涡流损耗和
31、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。2222202220coscosKFeRmIPImUImU(3-51)式(351)表示，效率是负载电流的函数，f(I2)就称为效率特性，如图229所示 第76页/共120页间接法测定变压器的效率假设(1)(1)以额定电压下的空载损耗 p p0 0 作为铁耗 p pFeFe并认为铁耗不随负载而变。(2)(2)以额定电流时的负载损耗 p pLNLN 作为额定电流时之铜耗 p pcucu并认为负载系数?的平方成正比,有p pcucu=2 2p pLNLN(3)(3)计算 P P2 2 时,忽略负载运行时的二次侧电压的变化即认为:P:P2 2=m=mU U2N2NI
32、 I2 2 coscos 2 2=m mU U2N2NI I2N 2N coscos 2 2=S SN N coscos 2 2这样就可以得到变压器效率计算公式：1-(p1-(p0 0+2 2p pLNLN)/()/(S SN N coscos 2 2+p+p0 0+2 2p pLNLN)第77页/共120页最大效率分析最大效率分析:用求导法求取。用求导法求取。0200mkNmkNddpppp第78页/共120页3 变压器效率特性之定义定义-变压器效率特性是指原边加额定电压、副边功因不变时，变压器效率随负载电流变化的规律，即f(I2)。第79页/共120页4 效率特性表达式的推导Step 1
33、基于定义得到初始表达式，如右：Step 2 假设：副边电流变化时，副边电压不变，即忽略副边电压变化对效率特性的影响。再考虑输出、损耗与副边电流的关系，得最终表达式，如右：211112222022FeCu2Fe2k202222022Fe2k1cos,coscosPPppPPPPPpPmU ImppppmI RmU ImU IpmI R 是相数，折算到副边第80页/共120页5 效率特性的图形第81页/共120页6 变压器的最大效率将效率特性两边对I2求导，并令之等于零，得最大效率条件：22kFemI Rp 上式表明：当变压器取得最大效率时，铜耗=铁耗，即，可变损耗=不变损耗。考虑到：铁耗基本等于
34、空载损耗，铜耗基本等于短路损耗，并且负载电流采用标幺值，我们有：第82页/共120页6 最大效率：续1考虑到：铁耗基本等于空载损耗，铜耗基本等于短路损耗，并且负载电流采用标幺值，我们有：右边pkN代表副边电流达额定值I2N时的短路损耗。)22k2222Nk2N22kN22kN002kN()()*(),mI RImIRIIpIpppIp第83页/共120页6 最大效率：续2一般电力变压器的p0/pkN=1/4 1/3，相应的最大效率发生在I2*=0.50.6左右。不将变压器设计成满载（I2*=1）时达到最大效率，是因为变压器并非经常满载运行。铜耗随时变化，铁耗恒定存在。故常设计成较小铁耗。这对提
35、高总体效率有利。02kNpIp第84页/共120页7 额定效率202222022Fe2k2202N22N2222202N2Fe2Nk2N2N2N222N202kNcoscos()()cos()()cos()()coscosmU ImU IpmI RImU IIIImU IpmIRIII SI SpIp第85页/共120页7 续12N222N202kN2NN2NN20kNN2maxN200kNNmaxcoscos=1coscoscoscos2,I SI SpIpISSppSSppp令，得额定效率：第86页/共120页7 续2额定效率N是变压器的另一个主要性能指标。前一个是什么？-电压调整率。通常
36、电力变压器的额定效率N 95%99%。第87页/共120页6.3.2变压器的效率特性变压器的效率定义为：变压器的效率定义为：%100)1(%100%10011112PpPpPPPCuFeppp0Fepp不变损耗kN2Cupp可变损耗2222222222coscoscosNNNNNSImUIIImUP20220(1)100%coskNNkNppSpp负载性质，负载大小、外因：等变压器结构参数内因：励磁和短路参数的影响因素2cos有功功率有功功率额定短路损耗，例5-1第88页/共120页0ddkNmpp20kNmpp0求解变压器的最高效率：求解变压器的最高效率：效率特性定义为：效率特性定义为：在在
37、额定电压额定电压和和一定负载功率因数一定负载功率因数条件下，条件下，（或（或 )的关系曲线的关系曲线.)(2If)(f变压器的额定变压器的额定效率一般较高，效率一般较高，大多在大多在95%以以上，大型变压上，大型变压器能达到器能达到99%。交流电机有转交流电机有转动部分，效率动部分，效率要低些要低些设计时，确保变压器全年平均运行效率较高第89页/共120页谢谢!第90页/共120页6.4变压器的等效电路、理想变压器6.4.1 变压器的等效电路6.4.2 理想变压器第91页/共120页6.4.1 6.4.1 等效电路图及其简化等效电路图及其简化)(1mmmjXRIE)(11111jXRIEU1U
38、1R1X1EmRmXmI1E22222()UEIRjX 2R2X2I2E2U第92页/共120页1222N IN I 1）二次侧电流的折算值:折算的原则折算的原则:二次侧产生的磁动势不变。22221/NIIIkN 12222NEEkEN 22EkE2）二次侧电动势的折算值：由于折算前后主磁通和漏磁通均未改变，根据电动势与匝数成正比的关系可得第93页/共120页3）二次侧漏阻抗的折算值：根据折算前后二次侧绕组的铜损耗不变的原则，则：22222222()ZRjXkRjXk Z2222222()IRRk RI 由折算前后付方漏磁通无功损耗不变，得2222222()IXXk XI所以，漏阻抗的折算值为
39、：第94页/共120页2222U IU I 4）二次侧电压的折算值:折算的原则折算的原则:负载上消耗的有功和无功不变。22UkU 5）负载阻抗的折算值:222Zk Z 电流的折算：除以变比k电压、电动势的折算：乘以变比k 阻抗类的折算：乘以变比k的平方第95页/共120页基本方程式、等效电路基本方程式、等效电路 1 1.基本方程式基本方程式12EkE11111()UEI RjX 折算前22222()UEIRjX 212m1NIIIN&1()mmmEIRjX 222UI Z折算后12EE11111()UEI RjX 22222()UEIRjX 12mIII&1()mmmEIRjX 222UI Z
40、 第96页/共120页1U1R1X1EmRmXmI1EmIII2121EE2R2X2I2E2U1U1R1X2R2XmRmX2U1I2ImI第97页/共120页1U1R1X2R2XmRmXmRmX由于激磁阻抗较大，直接左移，得到“”型等效电路。等效电路的简化第98页/共120页1U1R1X2R2X1I2I忽略激磁电流（激磁阻抗）简化等效电路1212kkRRRXXX1UkRkX1I2U第99页/共120页谢谢!第100页/共120页6.4变压器的等效电路、理想变压器6.4.1 变压器的等效电路6.4.2 理想变压器第101页/共120页空载特性用途：求励磁阻抗Zm原边漏阻抗比励磁阻抗小得多，可忽略
41、不计。励磁阻抗为：原边电阻较励磁电阻小得多，可忽略不计。励磁电阻为：于是，励磁电抗为：0m20PRI22mmmXZR1m0UZI第102页/共120页励磁阻抗的归算由于空载试验在低压侧进行，故测得的数据为归算到低压侧的值。如果低压侧为副方，则需把计算结果归算到高压侧，各参数应乘以电压比的平方，即k2。如果低压侧为原方，则计算结果无须归算。第103页/共120页空载试验接线原则：被测阻抗、邻接仪表阻抗尽量拉开距离第104页/共120页续：为什么空载试验在低压侧加电源？答：电源电压U1的变化范围是【0，1.15 U1N】，即电源电压要加到超过额定电压。高压侧额定电压高，不安全，也不便于选择仪表。从
42、电流角度看：励磁阻抗较大，导致空载电流较小。一般只占额定电流的百分之十左右。所以，空载试验选在低压侧加电源。第105页/共120页5 短路特性用途：求短路阻抗Zk短路时所加电压只有额定电压的百分之十左右，故主磁通较小，励磁电流很小，可采用简化等效电路计算。短路阻抗为：短路电阻为：短路电抗为：kkkUZIkk2kPRI22kkkXZR第106页/共120页 续1：短路电阻的分离上式中Rk是已折算到原边的短路电阻；R1和R2是待分离的原、副边绕组的电阻，是交流电阻；r1和r2是原、副边绕组的直流电阻，可用电桥测量。解上述联立方程，即可分离短路电阻。121122kRRRR rRr续2：短路电抗的分离
43、短路电抗无法用实验方法分离。只好近似按上式处理。12k2XXX第107页/共120页5 续3：短路阻抗的归算由于短路试验在高压侧进行，故测得的数据为归算到高压侧的值。如果高压侧为副方，则需把计算结果归算到原方-低压侧-因为短路特性是在原方定义的。归算方法：各参数应乘以电压比的平方，即k2。第108页/共120页短路试验接线原则：被测阻抗、邻接仪表阻抗尽量拉开距离第109页/共120页为什么短路试验在高压侧加电压？答：短路试验所测电流最大值为额定电流I1N的1.2倍。降压变原边（高压侧）的额定值：压高流小；升压变副边（高压侧）的额定值：压高流小。所以，从电流角度看，短路试验应在高压侧加电压进行。
44、如果选择在低压侧做短路试验，则由于低压侧额定电流大，选择仪表不便。定义短路特性时已说明：短路试验时所加电压不高。只是短路压降的1.2倍。所以，无论从电流还是从电流角度，短路特性都应在高压侧加电压。第110页/共120页短路电压的概念短路电压-通以额定电流时，短路阻抗上的电压，也叫阻抗电压。它是变压器的一个很重要的性能指标。从正常角度，希望它小些-降低电压调整率；从故障角度，希望它大些-限制短路电流。上式表明：短路电压=短路阻抗的标幺值。kNNkkkkNNjkUI ZuZRXUU第111页/共120页谢谢!第112页/共120页6.4.2 理想变压器 理想变压器是根据铁心变压器的电气特性抽象出来
45、的一种理想电路元件。在铁心变压器一次侧(初级)加上交流电压信号时，二次侧(次级)可以得到不同电压的交流信号。第113页/共120页理想变压器的电压电流关系为：理想变压器的电压电流关系为：参数参数n n称为称为变比变比。“”:同名端同名端，当，当u u1 1和和u u2 2的的 +端均选在标端均选在标有有 点的端钮上时，表示点的端钮上时，表示u u1 1和和u u2 2极性相同。极性相同。)25()15(1221niinuu第114页/共120页理想变压器的符号如图所示理想变压器的符号如图所示当变压器的极性改变时当变压器的极性改变时)45()35(1221 niinuu第115页/共120页 表
46、征理想变压器端口特性的表征理想变压器端口特性的VCRVCR方程是两个线性代数方方程是两个线性代数方程，因而理想变压器是一种程，因而理想变压器是一种线性双口电阻元件线性双口电阻元件。它既可工。它既可工作于交流又可工作于直流，对电压、电流的频率和波形没作于交流又可工作于直流，对电压、电流的频率和波形没有任何限制。与实际变压器不同。有任何限制。与实际变压器不同。)25()15(1221 niinuu()()1221 53 54unuini 第116页/共120页1 1理想变压器既不消耗能量，也不储存能量，在理想变压器既不消耗能量，也不储存能量，在任一时刻进入理想变压器的功率等于零，即任一时刻进入理想
47、变压器的功率等于零，即理想变压器的基本性质：理想变压器的基本性质：012122211niuinuiuiup从初级进入理想变压器的功率，全部传输到次级的从初级进入理想变压器的功率，全部传输到次级的负载中，它本身既不消耗，也不储存能量。负载中，它本身既不消耗，也不储存能量。第117页/共120页注意：与同名端位置注意：与同名端位置无关无关，与电压电流的关联方向，与电压电流的关联方向有关有关用外加电源法求得图示单口网络的输入电阻为用外加电源法求得图示单口网络的输入电阻为 )55(22222211i RniunninuiuR2 2电阻变换特性电阻变换特性 第118页/共120页谢谢!第119页/共120页谢谢您！第120页/共120页
