变压器的基本工作原理和结构.ppt

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1、变压器的基本工作原理和结构 思考 学习内容 知识要点 变压器的基本工作原理及分类 变压器的基本结构 变压器的型号与额定值 变压器的基本工作原理和结构 变压器的基本工作原理和分类 电动机 变压器 一、变压器的基本工作原理 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、 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，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

2、= N2 d/dt 3、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定义为变压器的 变比 。 即： U1/U2=N1/N2 =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 外型 和 器身 图 二、变压器的分类 电力变压器的类别 用途分 配电变压器 升压变压器 降压变压器 （一）电力变压器 试验、仪用等变压器 (二 ) 特种变压器 电力变压器的类别 用途分 电炉、整流变压器 电力变压器

3、类别 -线圈数目分 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 自耦变压器， 初级、次级绕组合为一个 三绕组变压器 ， 三个绕组连接三种不同电压的 线路 多绕组变压器，如 分裂变压器 电力变压器类别 -冷却方式 油浸式变压器 铁芯和绕组都一起浸入灌满 了变压器油的油箱中，可以加强绝缘和改善冷 却散热条件（大容量） 干式变压器 能满足特殊要求，如安全 （小容量变压器） 充气式变压器 绝缘性能优于油浸式（大容 量） SF6 干式变压器 油浸式变压器 电力变压器类别 -冷却方式 强迫油循环电力变压器 电力变压器类别 -相数 单相变压器 三相变压器 电力变压器类别 -调压方

4、式 有载调压变压器 无载调压变压器 作 业 P121 3.1 变压器是怎样变压的 ,为什么能变电压 ,而不能 变频 ? 3.3 变压器一次绕组若接在直流电源上 ,二次侧会 有稳定的直流电压吗 ?为什么 ? 3.1.2 电力变压器的基本结构 铁芯 绕组 油箱和冷却装置 绝缘套管 保护装置 图 3.1.2 油浸式电力变压器 一、铁芯 变压器的磁路 电力变压器的铁心是由 0.35mm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 3.1.3 变压器的铁芯平面 铁芯结构 心式、壳式 心式 结构简单 工艺简单应用广泛 壳式 结构复杂 ， 用在小容量变压器和 电炉变压器 图 3.1.

5、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 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 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 小型变压器做成方形或者矩形 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 变压器的电路 变压器绕组一般为绝缘 扁铜线 或绝缘 圆铜线 在绕线模 上绕制而成。 为便于制造、在电

6、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 。 按照绕组在铁芯中的排列方法分类，变压器可分为 铁 芯式 和 铁壳式 两类 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 和 交叠式 铁壳式变压器 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 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 通常应用于 电压很低而电流很大 的特殊场合，例如， 电炉用变压 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

7、和铁芯的装配示意图 绕组 同芯 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， 以便于绝缘。 图 3.1.9 芯式变压器的铁芯和绕组的装配示意图 绕组的基本型式 同心式 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 在里面 ， 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 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 3.1.9 交叠式绕组 三、油箱和冷却装置 变压器油 冷却、绝缘 绝缘

8、 ：绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间 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 机械支撑、冷却 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 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

9、 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 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 外部用变压器风扇吹风 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 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、在油箱内的一端与线 圈的端点联接，在外面的一端与外线路联 接。 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 套管外形常做成伞形， 电压越高、级数愈 多 。 图 3.1.21绝缘套管 五、保护装置 储油柜 储油柜使变压器油与空气接触面变小，减缓

10、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。 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 安全气道 （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。 吸湿器 （呼吸器） 内装硅胶（活性氧休铝），用以吸 收进入储油柜中空气的水分 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 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 例一： SL7 500/10 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 10K

11、V级电力变压器 例二： SFPL 63000/110 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 此外 ，铭牌上还会给出三相联结组以及相数 m、阻抗电压 Uk、型 号、运行方式、冷却方式和重量等数据。 一、变压器型号 二、变压器的额定值 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 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。 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

12、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 额定电流 (IN)指变压器在额定容量下，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。 额定频率（ HZ) 电力变压器的额定频率是 50Hz 效率、温升 二、变压器的额定值 额定值的关系 单相变压器 三相变压器 NNNNNN IUSIUS 2211 NNNNNN IUSIUS 2211 33 三、变压器的发热和冷却 变压器的允许温升 油浸变压器的绕组均用 A级绝缘 。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

13、分的容许温 升 绕组最高允许温度为 105 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 P121 3.4 3.6 本节重点 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 6.327KV 升压变压器 发电机组 降压变压器 配电变压器 10KV 35KV 66KV 110KV 220KV 500KV 10KV/0.4KV 为什么要高压输电 ？ 电能从发电厂输送到用户。

14、 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=UIcos 输出电线上的功率损耗： pX=I2RX=（ P /Ucos） 2L/S=C*1/U2S -输电线材料的电阻系数 S-输电线的截面积 U-输电线路负载端电压 C= P2L/cos2为常数 说明：若 S一定 .U升高，损耗 PX减少 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 1、 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

15、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。 2、 变压器由 铁心、绕组两个主要部分组成 。铁心是变压器的 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。 以单相双绕组电力变压器为 例，分析其基本原理，导出基本 方程式、等效电路和相量图。 所得结构同样适用于三相变 压器的对称运行。 3.2.1 空载运行时的电磁关系 3.2.2 空载电流和空载

16、损耗 3.2.3 空载时的电动势方程、 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 空载 指一次绕组接到电源（ 初级 1），二 次绕组（ 次级 2）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： 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 一、空载运行时的物理情况 1U 0I 0F 0010 INF 主磁通 流径闭合铁心， 磁阻小 ，同时匝链了原边 和副边绕组 ,并感应出电势 与

17、 和 。是变压器 传递能量的主要媒介 原边绕组漏磁通 ，仅 与原边绕组匝链，通过变 压器油或空气形成闭路， 磁阻大， 不传递功率 1 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 。 0 1E 2E 1E 主磁能与漏磁通的区别： 在性质上 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 I0 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 I0 呈线性关系 ，不具饱和特

18、性。 在作用上 功能不同 。 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 0 99% 总磁通， 1 1%总磁通 变压器空载时各 电磁量间的关系 二、变压器各电磁 量参考方向的规定 规定电流的正方向与该 电流 所产生的 磁通 正方 向符合“ 右手螺旋 ”定则， 规定 磁通 的正方向与其 感应电势 的正方向符合 “ 右手螺旋 ”定则。 电流正方向与电势正方向一致 。 二、变压器各电磁量 参考方向 的规定 一次绕组 （ 负载 ） 按 电动机 惯例 同方向 与 符合 右手螺旋 定则 与 同方向 二次绕组 （ 电源 ） 按 发电机 惯例 与 之间关系用 右手螺旋 定

19、则确定 与 同方向 与 同方向 例如 正在增加 ， d/dt为正， e1 N1d/dt 0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 1、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： )90si n(co s )90si n(co s si n. 22 0 22 11 0 11 0 tNtN dt d Ne tNtN dt d Ne 感 应应电动势 瞬 时值为 为 m t mm mm m 磁通幅值主磁通 主磁通与感应电势的关系

20、 （ 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 有效值 相量 mmm mmm fNfNEE fNfNEE 2222 1111 44.422/ 44.422/ m m fNjE fNjE 22 11 44.4 44.4 2、漏磁通感应的电动势 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， X1不随电源电压 U1和负载变化 3.2.2 空载电流和空载损耗 一、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

21、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 空载电流包含两个分量 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 ，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 ra III 000 0 rI0 aI0 2、空载电流的性质和大小 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 大小 与导磁材料有关 一般变压器 I0% = （ 210） %

22、大容量变压器 I0% 1% 容量越大 I0% 越小 %100% 00 NI II 3、空载电流波形 I0 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 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 = PFe + Pcu PFe PFe的求取 测试法（ 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 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

23、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 路和相量图 1、 电动势平衡方程 一次侧 影响 m（主磁通 幅值） 因素 1、电源 U1 、 f 2 、结构 N1 一 、 电动势平衡方程和变比 1、电动势平衡方程 二次侧 （ I2=0） 综上所述可得 : 忽略电阻压降和漏磁电势， 则 U1E1 4.44fN1m。 mU 1即： 当外 施电压 U1为定值，主磁通 m也为一定值 影响 m（主磁通幅值） 因素 1、电源 U1 、 f 2 、结构 N1 思考题 问题： 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 ? 励磁电流包括哪些成

24、 分呢 ? 答： 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、磁滞及涡流的影响。 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 变比 一次绕组 与 二次绕组主电动势 之比 。 电压变比 k 决定于一、二次绕组匝数比。 略去电阻压降和漏磁电势 N N U U：KDY 2 1 3, 联接 N N U U U U N N E EK 2 1 20 1 2 1 2 1 三相变压器： K为一、二次侧 相电动势（电压）之比 N N U U：KYD 2 13, 联接 二、空载时的等效电路和相量图 1、空载时的等效电路 等效电

25、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 X1表示漏磁通对电路的影响，近似为常数 励磁特性的电路模型 强调 ： Rm励磁电阻 ，并非实质电阻、是为计 算 铁损耗 引进的 模拟电阻 。 Xm励磁电抗， 是主磁通 引起的电抗 Zm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 一次绕组电动势平衡方程 因 R1 Rm , X1 Xm 略 Z1，则 I0大小取决天 Zm 等效电路图只有 Zm 变压器采用

26、高导磁 材料，增大励磁阻 抗 Zm （ Xm) ，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 由 可知， m的大小 同外施 电压、频率、 一次绕组 匝数 决定 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 （ 越大）， 空载电流就越 小 Xm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 ， Xm 越大 ，导磁性能越好， I0越小 思考题 问题 : 某单相变压器

27、额定电压为 380伏 /220伏 ,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 U204.44fN2m U20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 。 3 3 作业 P121 3.9 3.10 本节重点 各参数的物理意义及相互间关系 （基本方程式） 3.3节 3.5 节 3.3 单相变压器的负载运行 3.4 变压器参数的测定 3.5 标么值 3.3 单相变压器的负载运行 3.3.1 负载运行时的电磁关系 3.3.2 负载运行时的基本方程式

28、3.3.3 变压器的等效电路图及相量图 3.3.1 负载运 行时的电磁关 系 负载运行 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 。 二次绕组电流 的影响 带 负载 一次侧接电源 1，二次侧接负载 ZL，此 时二次侧流过电流 i2。一次侧电流不再是 i0， 而是变 为 i1。 负载后 二次侧电流产生磁势 F2=N2i2，该磁势将 力图改变磁通 0，而磁通是由电源电压决定的， 也 就是说 0基本不变。 要 维持 0不变 ，一次绕组产生一个附加电流 i1L i1L 产生磁势 N1i1L=N2i2（与二次磁动势相抵消 ） 一次电流变为 i1=i0+i1L 总磁势 F1+

29、F2=N1i1+N2i2 产生 0 变压器负载时各电磁量之 间的关系 3.3.2 变压器运行时的基本方 程式 一、磁动势平衡方程式 F1+F2=F0 N1i1+N2i2=i0N1 i1=i0 (-i2/k)=i0+i1L 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 i1L， 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

30、关 系 在满载时， I0只占 I1L的（ 2 8），固可将 I0忽略，则 i1=i0 (-i2/k) -i2/k I1/I2 N 2/N1 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 电流 二、电动势平 衡方程 一次侧 U1=-E1-E1+i1R1 =-E1+i1(R1+jX1) = -E1+i1Z1 二 次侧 U2=E2+E2-i2R2 =E2-i2(R2+jX2) = E2-i2Z2 负载运行时基本方程式组 3.3.3 变压器的等效电 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

31、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 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 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。 原则 折算不改变实际变压器内部的电磁平衡关系。 即： 1）保持二次磁动势 F2不变 2）保持二次侧各 功率（或损耗）不变 下面以二次侧折算到一次侧为例 折算方法 二次侧各量 折算到一次侧 保持初级绕组匝数 N1不变设想有一个匝 数为 N2 =N1的次级绕组，用它

32、来取代原有 匝数为 N2的次级绕组 。满足变比： k N1/N2 1 1、二次电流的归算 值 I2 物理意义 ：当用 N2 N1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 1 k倍。 kI N N I N N II NINI / 2 1 2 2 2 2 2 2 22 2 2 归算前后磁势应保持不变 2、二次电动势的折算 值 E2 归算前后二次侧电磁功率应不变 E2I2 E2I2 则： 同理： E2=KE2 物理意义 ：当用 N2=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 22 2 22 kEE

33、I IE 3、二次漏阻抗的折算值 R2和 X2 二次电阻值的折算 R2 折算前后铜耗应保持不变 物理意义 ： 当用 N2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的 l k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 ） 2 2 2 2 2 2 2 RkRI IR 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 物理意义 ： 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 k倍，故漏抗 应增加到 k2倍。 2 2 2 2 2 2 2 xkx I I x 4、二

34、次电压的折算值 U2 2 222 22 2 2 222 2 )( / kU IZEk kIZkkE IZEU 物理意义 ： 当用 N2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 后的二次电压应增加 k倍 5、负载阻抗的折算值 ZL LL Zk kI kU I UZ 2 2 2 2 2 / 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 基本方程式 二、等效电路 1、 “ T”形等效电路 2、 “ ” 形等 效电路 变压器近似等效电路 把励磁支路移至端点处。 计算时引起的误差 不

35、大：变压器的励磁电流 (即空载电流 )为额定 电流的 2 -10，（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 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 3、简化等效 电路 短路电阻 RS=R1+R2 短路电抗 XS=X1+X2 短路阻抗 ZS=RS+jXS 结论 ： 1、短路阻抗等于一、二次漏 阻抗之和， ZS很小，且为常数 2、当变压器稳定短路时，短 路电流 IS=U1/ZS=（ 1020） IN 3、 ZS起限制直到限制短路电 流的作用 注意简化的近似假设 略去励滋电流 （支路） 常用于定性分析 三、负载时的相 量图 图 3.3.6 感性负载时变压器的相量

36、图 作业 P121 3.15 3.16 本节知识点 1、负载运行时各参数的物理意义及特点 2、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 测定 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 一般在 低压侧 做（安 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 进行测量，测得的数据是低压侧的值，计算的 励磁阻抗也是 归算至 低压侧的值 。 空载特性

37、曲线 P0（ I0） =f(U1) 通过调压器给变压器供电， 调压器输出电压 U1, 从 1.2UN 到 0.3UN取 8-9点，每点均测 出 P0、 I0、 U20 ， 可得空载 特性曲线 空载试验时电压较高，电流 较小故电流要精确测量，接 线图中电流表中流过的电流 为实际空载电流 空载试验参数 计算 励磁参数值（ Zm)和铁损 PFe（ P0） 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 。 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

38、相电压 之比） 励磁参数如折算到高压侧， 则乘 K2即可 Fe N PP I I I ）U ）U k 、 0 1 0 0 1 20 %100% ( ( 低压 高压 低压侧一样高 mRmZXm I P Rm I U Zm 22 0 2 0 0 0 低压侧 短路试验应降低电压进行 。控制短路电流不超过 额定值。 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 值不同，用标么值计算则相同 。 3.4.2 短路试验 一般在 高压侧 做（安全，方便 ） 短路特性曲线 PS(IS)=f(US) 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

39、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。 记录数据 US ， IS，从 1.3I1N到 0.5I1N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 。 US、 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 K 值用相电压之比） 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 算 SCSCS SCS XRZ RR 2 75 2 75 75 00 0 5.23

40、4 755.234 “T”型 等效电路 R1 = R2 = RS X1 = X2 = XS 短路参数如折算到 低压侧 ，则除 K2即可 SSS N SN S S S N SN S S S RZX I P I P R I U I U Z 高 压 22 1 22 1 侧 短路电压 (阻抗电压 us) 百分数 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 ，记作 U SN。 以额定电压百分数表示，称为 短路电压百分数 短路电压百分数去掉 100符号，就是 短路电阻 抗标么值 NCSSN IZU 175 0 %100%100 1 751 1 0 N CSN N SN S U zI U

41、Uu 短路电压的有功与无 功分量 无功分量 有功分量 %100 %100 %100%100 1 1 1 751 1 751 1 0 0 N SN Sr N CSN Sa N CSN N SN S U XI u U RI u U zI U U u Sr N kN S saS S N SN NN S B S S u U xI X uR u U ZI IU Z Z Z Z * * * / 采用标么值表示 uS不能太小 uS太小时，变压器接额定电压短 路时电流太大。 us也不能太大 uS太大时，负载变化时，压降 增大，即电压波动较大。 中、小变压器 us=4% 10% 大型电力变压器 us=12.5%

42、 17.5% us电压对变压器运行特 性的影响 容量与下列参数关系 S I0% S us S P0 S PS 例 3.4.1 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、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 440 400 43.3 60 10.9 3.8 高压侧测 低压侧测 3.5 标么 值 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“

43、*” 基值（ 采用下标“ b”） 电压基值 额定电压 U1B=U1N U2B=U2N 电流基值 额定电流 I1B=I1N I2B=I2N 功率基值 额定容量 SB SN 阻抗基值 额定电压与额定电流之商 初级、次级侧各物理量应采用不同基值 标幺值 =实际值 /基值 标么值的优 点 1 便于比较变压器和电机的性能参数 例电力变压器 Z*S = 0.04 0.175 I*0 = 0.02 0.1 2 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 省去折算 例 Z2*=Z2* 4、 某些物理意义不同 ， 但具有相同数值 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 P122 3.20 本节重点 空载、短路试验的目的