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1、第02章变压器(2)第1页，共144页，编辑于2022年，星期一 重点与难点重点:1.变压器的基本方程和等效电路;2.等效电路参数的测定;3.标幺值;4.变压器的运行性能。难点:1.变压器的运行原理和运行性能;2.三相变压器。第2页，共144页，编辑于2022年，星期一 变压器的工作原理、运行特性、基本方程式、相量图、等效电路、变压器的工作原理、运行特性、基本方程式、相量图、等效电路、并联运行及三相变压器特有问题的研究。并联运行及三相变压器特有问题的研究。本章主要内容第3页，共144页，编辑于2022年，星期一第一节第一节变压器的基本结构和额定值变压器的基本结构和额定值1.1 变压器的基本工作
2、原理变压器的基本工作原理1.2 变压器的用途和分类变压器的用途和分类1.3 变压器的基本结构变压器的基本结构1.4 变压器的额定值变压器的额定值第4页，共144页，编辑于2022年，星期一1.1变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理 变压器是通过电磁感应关系，或者说利用互感作用从一变压器是通过电磁感应关系，或者说利用互感作用从一个电路向另一个电路传递电能的一种电器。两个互相绝缘的个电路向另一个电路传递电能的一种电器。两个互相绝缘的绕组套在同一铁芯上，它们之间有磁的耦合，没有电的直接绕组套在同一铁芯上，它们之间有磁的耦合，没有电的直接联系。联系。当一次侧接到交流电源时，在外施电压作用下，原当一
3、次侧接到交流电源时，在外施电压作用下，原绕组中有交流电流过，并在铁心中产生交变磁通，且这绕组中有交流电流过，并在铁心中产生交变磁通，且这一磁通同时交链一、二次绕组，根据电磁感应定律，一、一磁通同时交链一、二次绕组，根据电磁感应定律，一、二次绕组分别感应出电动势二次绕组分别感应出电动势。二二次次侧侧有有了了电电势势便便向向负负载载供供电电，实实现现了了能量传递。能量传递。一一、二二次次绕绕组组的的感感应应电电动动势势之之比比就就是是它它们们的的匝匝数数之之比比。改改变变一一、二二次次侧侧绕绕组组的的匝匝数数，就就可可以以改改变变输输出出电电压压，这就是变压器的基本工作原理。这就是变压器的基本工作
4、原理。第5页，共144页，编辑于2022年，星期一1.变压器的用途变压器的用途 变压器是一种静止的电能变换装置，它利用电磁感变压器是一种静止的电能变换装置，它利用电磁感应作用，把一种形式的交流电能转换为另一种形式的同应作用，把一种形式的交流电能转换为另一种形式的同频率的交流电能。变压器频率的交流电能。变压器只能对交流电的电压、电流进行只能对交流电的电压、电流进行变换，而不能改变交流电的频率变换，而不能改变交流电的频率。1.2 变压器的用途和分类第6页，共144页，编辑于2022年，星期一 变压器主要应用于电力系统中。发电厂发出的电能传送到用变压器主要应用于电力系统中。发电厂发出的电能传送到用户
5、的过程是：发电机发出的交流电通过升压变压器升压到户的过程是：发电机发出的交流电通过升压变压器升压到100KV750KV后，经高压输电线路到达用电地区，通过降压变压器后，经高压输电线路到达用电地区，通过降压变压器将电压降低，一般降低为将电压降低，一般降低为10KV，再送到各用户使用。而各用，再送到各用户使用。而各用电设备所需要的电压等级也不尽相同，如大型动力设备需要电设备所需要的电压等级也不尽相同，如大型动力设备需要10KV，6KV电压，而小型动力设备和照明设备一般是电压，而小型动力设备和照明设备一般是380V和和220V，所以还需要各种电压等级的变压器将电压变换为用户，所以还需要各种电压等级的
6、变压器将电压变换为用户所需的电压等级。所需的电压等级。（1）在电力系统中的应用）在电力系统中的应用第7页，共144页，编辑于2022年，星期一第8页，共144页，编辑于2022年，星期一（2）其它用途）其它用途 变压器除应用于电力系统外，还可用于其它各种变压器除应用于电力系统外，还可用于其它各种场合。如用于整流设备、电炉、高压试验装置、煤矿场合。如用于整流设备、电炉、高压试验装置、煤矿井下、交通运输等的特种变压器，用于交流电能测量井下、交通运输等的特种变压器，用于交流电能测量的各种仪用互感器，实验室中使用的调压器，还有用的各种仪用互感器，实验室中使用的调压器，还有用于各种电子仪器和控制装置的控
7、制变压器等。于各种电子仪器和控制装置的控制变压器等。第9页，共144页，编辑于2022年，星期一l按用途分主要有：电力变压器，调压器，仪用互感器，特种用按用途分主要有：电力变压器，调压器，仪用互感器，特种用途变压器等。途变压器等。l按相数分主要有：单相变压器和三相变压器。按相数分主要有：单相变压器和三相变压器。l按绕组数目分主要有：自耦变压器，双绕组变压器和三按绕组数目分主要有：自耦变压器，双绕组变压器和三绕组变压器。绕组变压器。l根据铁心结构不同，变压器可分为：心式变压器和壳式根据铁心结构不同，变压器可分为：心式变压器和壳式变压器。变压器。l按冷却介质和冷却方式，变压器可分为：空气冷却的干式
8、变按冷却介质和冷却方式，变压器可分为：空气冷却的干式变压器，及以油为冷却介质的油浸式变压器。压器，及以油为冷却介质的油浸式变压器。2.变压器的分类变压器的分类 变压器可按照其用途、结构、相数、冷却方式和冷却介质来变压器可按照其用途、结构、相数、冷却方式和冷却介质来进行分类。进行分类。第10页，共144页，编辑于2022年，星期一1.3 变压器的基本结构 目前油浸式变压器是生产量最大，用途最广的目前油浸式变压器是生产量最大，用途最广的一种变压器，这里介绍油浸式变压器的结构。一种变压器，这里介绍油浸式变压器的结构。油浸式变压器的铁心和绕组均放在盛满变压器油的油浸式变压器的铁心和绕组均放在盛满变压器
9、油的油箱中，各绕组通过绝缘套管引至油箱外，以便与外电油箱中，各绕组通过绝缘套管引至油箱外，以便与外电路连接。路连接。第11页，共144页，编辑于2022年，星期一铁心绕组其他部件变压器的基本结构油箱变压器油典型的油浸电力变压器其他部件散热器绝缘套管分接开关继电保护装置等部件第12页，共144页，编辑于2022年，星期一图图2-1 2-1 油侵变压器结构图油侵变压器结构图1-1-讯号式温度计讯号式温度计 2-2-吸湿器吸湿器 3-3-储油柜储油柜 4-4-油表油表 5-5-安全气道安全气道 6-6-气体继电器气体继电器 7-7-高压套管高压套管 8-8-低压套管低压套管 9-9-分接开关分接开关
10、 10-10-油箱油箱 11-11-铁心铁心 12-12-线圈及绝缘线圈及绝缘 13-13-放油阀门放油阀门第13页，共144页，编辑于2022年，星期一1.铁心铁心 铁心是变压器中导磁的主磁路，也是套装绕组的机械铁心是变压器中导磁的主磁路，也是套装绕组的机械骨架。铁心采用磁导率高，磁滞和涡流损耗小的软磁材骨架。铁心采用磁导率高，磁滞和涡流损耗小的软磁材料制成。目前变压器铁心大都由厚度为料制成。目前变压器铁心大都由厚度为0.23mm0.35mm的冷轧硅钢片叠压而成，以减小损耗。的冷轧硅钢片叠压而成，以减小损耗。铁心由铁心柱和铁轭两部分组成。其中，套装绕组铁心由铁心柱和铁轭两部分组成。其中，套装
11、绕组的部分称为铁心柱，连接铁心柱，以构成闭合磁路的部的部分称为铁心柱，连接铁心柱，以构成闭合磁路的部分为分为磁轭磁轭或或铁轭铁轭。按照铁心结构，变压器有心式和壳式之分。按照铁心结构，变压器有心式和壳式之分。第14页，共144页，编辑于2022年，星期一心式变压器:结构 心柱被绕组所包围，结构简单如图图21所示。特点 心式结构的绕组布置和绝缘装配比较容易，所以电力变压器常常采用这种结构。壳式变压器:结构 铁心包围绕组的顶面、底面和侧面，如图22所示。特点 壳式变压器的机械强度较好，常用于特种变压器或小容量变压器。第15页，共144页，编辑于2022年，星期一2.绕组定义 变压器的电路部分，用纸包
12、或纱包的绝缘扁线或圆线（铜或铝）绕成。一次绕组:输入电能的绕组。二次绕组:输出电能的绕组。高压绕组的匝数多,导线细；低压绕组的匝数少，导线粗。从高,低压绕组的相对位置来看,变压器的绕组可分为同心式和交迭式。第16页，共144页，编辑于2022年，星期一同心式结构 同心式绕组的高、低压绕组同心地套装在心柱上.为便于绝缘,一般低压绕组在。特点 同心式绕组结构简单、制造方便，国产电力变压器均采用这种结构。交迭式结构 交迭式绕组的高、低压绕组沿心柱高度方向互相交迭地放置。交迭式绕组用于特种变压器中。特点里面，高压绕组在外面第17页，共144页，编辑于2022年，星期一3.变压器油及油箱变压器油及油箱
13、电力变压器的器身放在装有变压器油的油箱里，变压器油电力变压器的器身放在装有变压器油的油箱里，变压器油既是绝缘介质也是冷却介质。变压器油为矿物油，既是绝缘介质也是冷却介质。变压器油为矿物油，由石油分由石油分馏得到。由于油的绝缘性能比空气好，可以提高绕组的馏得到。由于油的绝缘性能比空气好，可以提高绕组的绝缘绝缘强度；同时，通过油箱中油的对流作用或强迫油循环流动，强度；同时，通过油箱中油的对流作用或强迫油循环流动，使绕组及铁心中因功率损耗而产生的热量得到散逸，起到使绕组及铁心中因功率损耗而产生的热量得到散逸，起到冷却冷却作用。作用。绝缘：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
14、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、冷却散热作用机械支撑、冷却散热作用第18页，共144页，编辑于2022年，星期一4.其它附件其它附件 为了减小油与空气的接触面积，以降低油的氧化为了减小油与空气的接触面积，以降低油的氧化速度和水分浸入，在油箱上面安装圆筒形的储油柜速度和水分浸入，在油箱上面安装圆筒形的储油柜（又叫油枕）。储油柜能容纳油箱中因温度升高而膨（又叫油枕）。储油柜能容纳油箱中因温度升高而膨胀的变压器油，并限制变压器油与空气的接触面，减胀的变压器油，并限制变压器油与空气的接触面，减少油受潮和氧化的程度。此
15、外，通过储油柜注入变压少油受潮和氧化的程度。此外，通过储油柜注入变压器油，还可防止气泡浸入变压器。器油，还可防止气泡浸入变压器。在储油柜与油箱的连接管中装有气体继电器，当变在储油柜与油箱的连接管中装有气体继电器，当变压器内部发生故障产生气体或油箱漏油使油面下降时，压器内部发生故障产生气体或油箱漏油使油面下降时，它可发出报警或跳闸信号以自动切断变压器电源。它可发出报警或跳闸信号以自动切断变压器电源。第19页，共144页，编辑于2022年，星期一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
16、变压器油箱，避免油箱爆裂。保护作用第20页，共144页，编辑于2022年，星期一 较大容量的变压器上还有安全气道，做保护变压器较大容量的变压器上还有安全气道，做保护变压器油箱用。油箱用。变压器的引线从油箱内引到油箱外时，必须经变压器的引线从油箱内引到油箱外时，必须经过绝缘导管，使带电的引线与接地的油箱绝缘。套过绝缘导管，使带电的引线与接地的油箱绝缘。套管由瓷质的绝缘套筒和导电杆组成。管由瓷质的绝缘套筒和导电杆组成。油箱盖上面还装有分接头开关，用它来调节绕油箱盖上面还装有分接头开关，用它来调节绕组的分接头，以改变高压绕组的匝数（即改变变压组的分接头，以改变高压绕组的匝数（即改变变压器变比），从而
17、在小范围调节变压器的输出电压。器变比），从而在小范围调节变压器的输出电压。第21页，共144页，编辑于2022年，星期一1 1、变压器的发热与传热、变压器的发热与传热 变压器运行时有铁耗、铜耗和附加损耗等，这变压器运行时有铁耗、铜耗和附加损耗等，这些损耗一方面影响变压器效率，另一方面转化为热量些损耗一方面影响变压器效率，另一方面转化为热量使变压器温度升高。由于变压器各部分与周围介质存使变压器温度升高。由于变压器各部分与周围介质存在温度差，热量向周围介质散发，温差越大，散热越在温度差，热量向周围介质散发，温差越大，散热越快。当发热量与散热量相等时，变压器各部分温度达快。当发热量与散热量相等时，变
18、压器各部分温度达到稳定值。这时变压器中某部分的温度与周围冷却介到稳定值。这时变压器中某部分的温度与周围冷却介质的温度之差称为该部分的温升。质的温度之差称为该部分的温升。1.4 1.4 变压器的发热与冷却变压器的发热与冷却第22页，共144页，编辑于2022年，星期一 变压器的油箱和油管表面主要依靠辐射和对流方式散热。变压器的油箱和油管表面主要依靠辐射和对流方式散热。但热量从绕组或铁心内部传到表面则是依靠传导方式。但热量从绕组或铁心内部传到表面则是依靠传导方式。通常油浸式变压器的散热过程为：首先依靠传导作用将通常油浸式变压器的散热过程为：首先依靠传导作用将线圈和铁心内部的热量传到表面，然后通过变
19、压器油的自然线圈和铁心内部的热量传到表面，然后通过变压器油的自然对流将热量带到油箱壁和油管壁，再通过油箱壁和油管壁的对流将热量带到油箱壁和油管壁，再通过油箱壁和油管壁的传导作用把热量从它们的内表面传到外表面，之后通过辐射传导作用把热量从它们的内表面传到外表面，之后通过辐射和对流将热量散发到周围空气中。和对流将热量散发到周围空气中。第23页，共144页，编辑于2022年，星期一2 2、变压器各部分的温升限度、变压器各部分的温升限度变压器达到稳定温升的时间与其容量大小和冷却方式变压器达到稳定温升的时间与其容量大小和冷却方式有关，小容量油浸式变压器和干式变压器，通常运行十有关，小容量油浸式变压器和干
20、式变压器，通常运行十小时就可达到稳定温升。而大型变压器一般需要经过一小时就可达到稳定温升。而大型变压器一般需要经过一整天左右才能达到稳定温升。整天左右才能达到稳定温升。第24页，共144页，编辑于2022年，星期一 变压器各部分的允许温升取决于绝缘材料、使用变压器各部分的允许温升取决于绝缘材料、使用情况和自然环境。我国油浸式电力变压器绕组一般采情况和自然环境。我国油浸式电力变压器绕组一般采用用A A级绝缘，最高允许温度为级绝缘，最高允许温度为105C105C，高于此温度时，绝缘，高于此温度时，绝缘将迅速老化变脆，机械强度减弱。将迅速老化变脆，机械强度减弱。第25页，共144页，编辑于2022年
21、，星期一 为了保证变压器有良好的散热，必须采取一定的为了保证变压器有良好的散热，必须采取一定的冷却方式将变压器中产生的热量带走。常用的冷却方式将变压器中产生的热量带走。常用的冷却介质冷却介质是变压器油和空气是变压器油和空气，前者称为，前者称为油浸式变压器油浸式变压器，后者称为，后者称为干式变压器干式变压器。油浸式变压器又分为油浸自冷式、油浸风。油浸式变压器又分为油浸自冷式、油浸风冷式及强迫油循环等三种。油浸自冷式变压器依靠油的冷式及强迫油循环等三种。油浸自冷式变压器依靠油的自然对流带走热量，没有其它冷却设备。油浸风冷式变自然对流带走热量，没有其它冷却设备。油浸风冷式变压器是在油浸自冷式的基础上
22、，增加风扇给油箱壁和油压器是在油浸自冷式的基础上，增加风扇给油箱壁和油管吹风，以加强散热作用。强迫油循环式变压器是用油管吹风，以加强散热作用。强迫油循环式变压器是用油泵将变压器中的热油抽到变压器外的冷却器中冷却后再泵将变压器中的热油抽到变压器外的冷却器中冷却后再送入变压器。冷却器可采用循环水冷或强迫风冷。送入变压器。冷却器可采用循环水冷或强迫风冷。3、变压器的冷却方式、变压器的冷却方式第26页，共144页，编辑于2022年，星期一1.5 变压器的型号及额定值 1 1、变压器型号、变压器型号变压器型号由字母和数字两部分组成，字母表示变压变压器型号由字母和数字两部分组成，字母表示变压器的基本结构特
23、点，包括变压器相数、冷却方式、调器的基本结构特点，包括变压器相数、冷却方式、调压方式、绕组线芯材料等，数字表示额定容量（压方式、绕组线芯材料等，数字表示额定容量（kVkVA A）和高压侧的额定电压（）和高压侧的额定电压（kVkV）。例如：）。例如：其它可能出现的字母符号含义分别有：其它可能出现的字母符号含义分别有：D D单相，单相，S S三相，三相，F F风冷，风冷，L-L-铝线变压器，铝线变压器，J-J-油浸式油浸式如：如：SFPL-63000/110SFPL-63000/110第27页，共144页，编辑于2022年，星期一 额定容量是变压器在额定运行条件下输出的的额定视额定容量是变压器在额
24、定运行条件下输出的的额定视在功率，单位为伏安（在功率，单位为伏安（VA）或千伏安（）或千伏安（KVA）或兆伏安）或兆伏安（MVA）。）。由于变压器的效率很高，因此设计时规定双绕组变由于变压器的效率很高，因此设计时规定双绕组变压器的一、二次绕组额定容量相等。压器的一、二次绕组额定容量相等。对于三相变压器，其额定容量为三相总容量。对于三相变压器，其额定容量为三相总容量。(1).额定容量额定容量2.2.变压器额定值变压器额定值 额定值是制造厂家指定的，用来表示在规定工作额定值是制造厂家指定的，用来表示在规定工作条件下运行的一些重要数据，它是制造厂设计和试验变条件下运行的一些重要数据，它是制造厂设计和
25、试验变压器的依据，通常标注在铭牌上，也叫铭牌值。在额定压器的依据，通常标注在铭牌上，也叫铭牌值。在额定条件下运行时，可以保证变压器长期可靠工作。条件下运行时，可以保证变压器长期可靠工作。变压器的额定值主要有：变压器的额定值主要有：第28页，共144页，编辑于2022年，星期一 一次额定电压一次额定电压U1N是变压器正常运行时一次绕组线是变压器正常运行时一次绕组线路端子间外施电压的有效值。路端子间外施电压的有效值。二次额定电压二次额定电压U2N是当一次绕组外施额定电压而二是当一次绕组外施额定电压而二次侧空载（开路）是的电压。额定电压的单位为伏次侧空载（开路）是的电压。额定电压的单位为伏（V）或千
26、伏（）或千伏（KV）。对三相变压器，额定电压指的）。对三相变压器，额定电压指的是是线电压线电压。(2).额定电压额定电压U1N和和U2N第29页，共144页，编辑于2022年，星期一 I1N 和和I2N 是指变压器在额定运行条件下一次、二次能是指变压器在额定运行条件下一次、二次能够承担的电流，即根据额定容量和额定电压计算出来的电够承担的电流，即根据额定容量和额定电压计算出来的电流有效值。对于三相变压器，额定电流为流有效值。对于三相变压器，额定电流为线电流线电流。对于单相变压器，有：对于单相变压器，有：(3).额定电流额定电流I1N 和额定电流和额定电流I2N 对于三相变压器，有：对于三相变压器
27、，有：第30页，共144页，编辑于2022年，星期一 我国规定标准工频为我国规定标准工频为50Hz。除了以上各额定值外，变压器铭牌上还标有相数、除了以上各额定值外，变压器铭牌上还标有相数、额定效率、阻抗电压、额定温升等，三相变压器还标额定效率、阻抗电压、额定温升等，三相变压器还标有联接组别。有联接组别。(4).额定频率额定频率第31页，共144页，编辑于2022年，星期一有一台SSP-125000/220三相电力变压器，YN，d接线，求变压器额定电压和额定电流；变压器原、副线圈的额定相电压和和额定相电流。有一台D-50/10单相变压器，试求变压器原、副线圈的额定电流？第32页，共144页，编辑
28、于2022年，星期一2.3 2.3 变压器的负载运行变压器的负载运行 一一次次侧侧接接交交流流电电源源，二二次次侧侧接接负负载载 ，二二次次侧侧中中便便有有负负载电流流过，这种情况称为负载运行载电流流过，这种情况称为负载运行正方向规定：正方向规定：二次侧：二次侧：（1）二次绕组感应电动势的正方向与产生该电动势的磁通的正方向）二次绕组感应电动势的正方向与产生该电动势的磁通的正方向符合右手螺旋关系；符合右手螺旋关系；（2）二次绕组内电流的正方向与二次绕组电动势的正方向一致；）二次绕组内电流的正方向与二次绕组电动势的正方向一致；（3）二次绕组端电压的正方向与电流正方向一致；）二次绕组端电压的正方向与
29、电流正方向一致；一次侧一次侧：（1）一次绕组内电流的正方向与）一次绕组内电流的正方向与电源电压的正方向一致；电源电压的正方向一致；（2）按右手螺旋关系，正方向）按右手螺旋关系，正方向的电流产生正方向的磁通；的电流产生正方向的磁通；（3）感应电势的正方向与产生该电动势的磁通正方向之间符合右手螺旋关）感应电势的正方向与产生该电动势的磁通正方向之间符合右手螺旋关系，所以感应电动势的正方向与电流正方向一致；系，所以感应电动势的正方向与电流正方向一致；第33页，共144页，编辑于2022年，星期一一、负载时的磁动势平衡和能量传递一、负载时的磁动势平衡和能量传递 当当接接入入 也也将将作作用用于于主主磁磁
30、路路上上。F2的的出出现现，使使 趋趋于于改变改变相应的相应的 为常数为常数 因因 此此 要要 达达 到到 新新 的的 平平 衡衡 条条 件件 是是：一一 次次 侧侧 绕绕 组组 中中 电电 流流 增增 加加 一一 个个 分分 量量 ，与二次侧绕组中由，与二次侧绕组中由 产生的磁势相抵消。以维持产生的磁势相抵消。以维持 不变，即：不变，即：这一关系式称为磁势平衡关系，当负载电流增加时，原绕这一关系式称为磁势平衡关系，当负载电流增加时，原绕阻的电流也随之增加，从而使变压器的功率从原方传递到副方。阻的电流也随之增加，从而使变压器的功率从原方传递到副方。说明二次侧所需功率（说明二次侧所需功率（）由一
31、次侧提供（）由一次侧提供（），），正号表示输出功率，负号表示输入功率。正号表示输出功率，负号表示输入功率。即产生这一磁通的磁动势不变，仍为即产生这一磁通的磁动势不变，仍为imN1第34页，共144页，编辑于2022年，星期一二、漏磁通和漏电抗二、漏磁通和漏电抗 在实际变压器中，除交链一、二次绕组的主磁通外，还有一部分在实际变压器中，除交链一、二次绕组的主磁通外，还有一部分仅与一个绕组交链通过空气闭合的漏磁通仅与一个绕组交链通过空气闭合的漏磁通 一次绕组的漏磁通，由电流一次绕组的漏磁通，由电流 产生且仅产生且仅与一次绕组交链的磁通与一次绕组交链的磁通二次绕组的漏磁通，由电流二次绕组的漏磁通，由电
32、流 产生且产生且仅与二次绕组交链的磁通仅与二次绕组交链的磁通第35页，共144页，编辑于2022年，星期一用相量表示用相量表示:漏漏电电抗抗是是表表征征漏漏磁磁效效应应的的一一个个参参数数，漏漏磁磁路路可可以以认认为为是是线线性性的的，所所以以 和和 为常数为常数其中：其中：L1s s、L2s2s分别为一此绕组和二次绕组的漏电感；分别为一此绕组和二次绕组的漏电感；X 1s s、X 2s2s分别为一此绕组和二次绕组的漏电抗分别为一此绕组和二次绕组的漏电抗第36页，共144页，编辑于2022年，星期一注：注：空载运行时空载运行时 ,所以所以 （引入了（引入了 和和 后，就将磁场问题简化成电路形式，
33、将磁通感应电势后，就将磁场问题简化成电路形式，将磁通感应电势用一电抗表征，主磁通经铁心引起铁耗，故引入阻抗用一电抗表征，主磁通经铁心引起铁耗，故引入阻抗 而漏磁通引入而漏磁通引入 )第37页，共144页，编辑于2022年，星期一三、三、变压器的基本方程式变压器的基本方程式 1、磁动势方程、磁动势方程 负载后作用于主磁路上的磁势有两个：负载后作用于主磁路上的磁势有两个：和和 负负载载时时，作作用用于于铁铁心心上上的的磁磁动动势势是是一一、二二次次绕绕组组的的合合成成磁磁动势，且为空载时的磁动势，即激磁磁动势。动势，且为空载时的磁动势，即激磁磁动势。正常负载时，电流正常负载时，电流i1、i2都随时
34、间正弦变化，因此磁动势方程式可用相量都随时间正弦变化，因此磁动势方程式可用相量表示表示负载运行时：负载运行时：两边同时乘以两边同时乘以N1得：得：考虑到考虑到 磁动势平衡方程式磁动势平衡方程式第38页，共144页，编辑于2022年，星期一 上式表明：负载后，一次侧电流由两部分组成，一部分维持主上式表明：负载后，一次侧电流由两部分组成，一部分维持主磁通的磁通的Im。另一部分用来抵消二次侧的负载分量另一部分用来抵消二次侧的负载分量，能量由一次侧传到二次侧。能量由一次侧传到二次侧。-=1122121,IIIINNILL&第39页，共144页，编辑于2022年，星期一变压器负载运行时磁动势、磁通、电动
35、势之间的关系变压器负载运行时磁动势、磁通、电动势之间的关系磁动势磁动势磁通磁通电动势电动势一次绕组二次绕组考虑到一、二次绕组的电阻压降考虑到一、二次绕组的电阻压降i1R1、i2R2得一、二次绕组的电得一、二次绕组的电压方程式为：压方程式为：2、电压方程式、电压方程式 第40页，共144页，编辑于2022年，星期一式中式中 ：一、二次侧绕组漏阻抗一、二次侧绕组漏阻抗 一、二次侧绕组漏电阻一、二次侧绕组漏电阻 一、二次侧绕组漏电抗一、二次侧绕组漏电抗 按按磁磁路路性性质质不不同同，分分为为主主磁磁通通和和漏漏磁磁通通两两部部分分。并并分分别别用用不不同同的的电电路路参参数数表表征征，漏漏感感磁磁通
36、通感感应应电电势势用用 和和 表表征征。主主磁磁通通感感应应电势用电势用 表征表征.和和 为常数，为常数，不为常数不为常数归纳起来变压器的基本方程式为：归纳起来变压器的基本方程式为：第41页，共144页，编辑于2022年，星期一四、变压器的四、变压器的等效电路等效电路 变压器的基本方程式综合了变压器内部的电磁过程，利用这组变压器的基本方程式综合了变压器内部的电磁过程，利用这组方程可以分析计算变压器的运行情况。但解联立方程相当复杂，方程可以分析计算变压器的运行情况。但解联立方程相当复杂，且由于且由于K很大，使原副方电压电流相差很大，计算精确度很差，所以很大，使原副方电压电流相差很大，计算精确度很
37、差，所以一般不直接计算，一般不直接计算，常常采用归算的方法，其目的是为了简化等量计算常常采用归算的方法，其目的是为了简化等量计算和得出变压器一、二次侧有电的联系的等效电路。和得出变压器一、二次侧有电的联系的等效电路。目前变压器一、二次绕组的电压方程式是独立的，没有电的联目前变压器一、二次绕组的电压方程式是独立的，没有电的联系，如何将这两个电压方程式联立在一起组成一个方程式，这样就系，如何将这两个电压方程式联立在一起组成一个方程式，这样就可以把两个独立的电路联系在一起组成一个电路。可以把两个独立的电路联系在一起组成一个电路。显然，只要想办法将两个绕组的感应电动势变为相等即可显然，只要想办法将两个
38、绕组的感应电动势变为相等即可显然，只要将二次绕组匝数变为一次绕组匝数即可显然，只要将二次绕组匝数变为一次绕组匝数即可第42页，共144页，编辑于2022年，星期一1、绕组的归算绕组的归算 归算是把二次侧绕组匝数变换成一次侧绕组的匝数，归算是把二次侧绕组匝数变换成一次侧绕组的匝数，而不改变一而不改变一、二次侧绕组的电磁关系二次侧绕组的电磁关系 1）二次绕组电流的归算二次绕组电流的归算:根据归算前后磁势不变的原则根据归算前后磁势不变的原则，归算后的量斜上角打归算后的量斜上角打“/”2）二次绕组电势和电压的归算及二次侧阻抗的归算二次绕组电势和电压的归算及二次侧阻抗的归算找到了一、二次电路的等电位点，
39、可将两个电路合并找到了一、二次电路的等电位点，可将两个电路合并 将式将式 两端同乘变比两端同乘变比K 得：得：注意注意：二次绕组匝数变化后，二次绕组的电流必须调整，否则改变了变压器的电磁关系根据电势与匝数成正比的关系得：根据电势与匝数成正比的关系得：即即第43页，共144页，编辑于2022年，星期一结论：结论：二次侧折算到一次侧：二次侧折算到一次侧：电压、电势变为原来的K倍；电流变为原来的1/K；阻抗变为原来的K 2倍（包括二次绕组电阻、二次绕组漏抗、负载阻抗 ）。折算前后二次绕组内的功功率率和损耗损耗不变传递到二次侧绕组的复功率为：传递到二次侧绕组的复功率为：二次绕组的电阻损耗：二次绕组的电
40、阻损耗：二次绕组漏磁场内的无功功率：二次绕组漏磁场内的无功功率：可见可见:第44页，共144页，编辑于2022年，星期一归算后的基本方程式为归算后的基本方程式为:得变压器得变压器T形等效电路图形等效电路图3）归算后磁动势方程式的变化）归算后磁动势方程式的变化第45页，共144页，编辑于2022年，星期一因因右右图图的的6个个参参数数分分布布在在T上上,所所以以称称T型型等等效效电电路路。为为了了进进一一步步理理解解等等效效电电路路.进一步说明形成的物理过程进一步说明形成的物理过程。(a)表示一台实际变压器的示意图；表示一台实际变压器的示意图；(b)将将一一、二二次次绕绕组组的的电电阻阻和和漏漏
41、抗抗移移到到绕绕组组外外各各自自回回路路中中，一、二次侧绕组一、二次侧绕组.组成为无电阻、无漏磁的完全耦合绕组；组成为无电阻、无漏磁的完全耦合绕组；(c)将二次侧进行归算；将二次侧进行归算；(d)将铁心磁路的激磁磁路抽出；将铁心磁路的激磁磁路抽出；(e)余余下下的的铁铁心心和和绕绕组组变变成成无无电电阻阻、无无漏漏抗抗、无无铁铁耗耗、无无需需激磁电流的激磁电流的1:1理想变压器；理想变压器；(f),电流均为电流均为 把理想变压器抽出对电路毫无把理想变压器抽出对电路毫无影响影响，即得即得T型等效电路；型等效电路；进进行行绕绕组组的的归归算算，就就将将一一、二二次次侧侧用用一一个个等等效效电电路路
42、联联系系起起来来，求求解解变变压压器器的的问问题题变变成了一个电路问题，使计算大为简化。如已知参数由成了一个电路问题，使计算大为简化。如已知参数由U1可算出可算出I1 及及Im。2、T型等效电路型等效电路 第46页，共144页，编辑于2022年，星期一第47页，共144页，编辑于2022年，星期一注注:利用归算到一次侧的等效电路算出的一次侧各量均为变压器的实利用归算到一次侧的等效电路算出的一次侧各量均为变压器的实际值际值,算出的二次侧的各量均为归算值。要求实际值应算出的二次侧的各量均为归算值。要求实际值应:上述是将二次归算到一次侧，同理也可以将一次侧归算到二次侧。得到归算到二次侧的变压器T型等
43、效电路。一次侧折算到二次侧：一次侧折算到二次侧：电压、电势变为原来的电压、电势变为原来的1/K倍；倍；电流变为原来的电流变为原来的k；阻抗变为原来的阻抗变为原来的1/K 2倍倍（包括一次绕组电阻、一（包括一次绕组电阻、一次绕组漏抗）。次绕组漏抗）。第48页，共144页，编辑于2022年，星期一3、近似和简化等效电路、近似和简化等效电路“T”型型等等效效电电路路虽虽然然能能正正确确的的反反映映变变压压器器内内部部的的电电磁磁关关系系,但它是一种复联电路要进行复数运算比较繁琐但它是一种复联电路要进行复数运算比较繁琐.可略去可略去I1Z1s s在电压在电压U1中的影响中的影响变压器的近似等效电路变压
44、器的近似等效电路简简化化等等效效电电路路ImI1第49页，共144页，编辑于2022年，星期一从从简简化化等等效效电电路路中中看看出出,当当 时时,可可将将一一二二次次侧侧参参数数合合并起来并起来,此时为短路阻抗此时为短路阻抗.-短路电阻短路电阻-短路电抗短路电抗-短路阻抗短路阻抗以上通称短路参数,可由短路实验求得.使用简化等效电路计算实际问题十分简便,在大多数情况下其精度以能满足工程要求.第50页，共144页，编辑于2022年，星期一 五、相量图五、相量图 根据基本方程式可画出相应的相量图根据基本方程式可画出相应的相量图,通过相量图我们可以较直观地通过相量图我们可以较直观地 看出看出 变压器
45、各量的大小和相位关系变压器各量的大小和相位关系,下图为感性负载时的相量图下图为感性负载时的相量图 注意：功率、损耗、功率角不需要折算注意：功率、损耗、功率角不需要折算可以看出：变压器二次侧接感性负载、阻性负载时，从一次侧看变压可以看出：变压器二次侧接感性负载、阻性负载时，从一次侧看变压器是感性的。器是感性的。第51页，共144页，编辑于2022年，星期一例例2-1 一台单相变压器，一次侧外加电压为额定电压并保持不变，副方负载阻抗 试分别用T型、近似和简化等效电路计算下列各项：(1)原、副方电流及副方电压；(2)原、副方功率因数及输入功率、输出功率和效率；(3)激磁电流、铁耗和铜耗。解:先计算额
46、定电流及变比 第52页，共144页，编辑于2022年，星期一 用T形等效电路计算（1）电流、电压第53页，共144页，编辑于2022年，星期一 选 ，则第54页，共144页，编辑于2022年，星期一（2）功率因数、功率及效率（3）损耗 第55页，共144页，编辑于2022年，星期一 同样可以采用近似和简化等效电路进行计算，三种等效电路计算的结果同样可以采用近似和简化等效电路进行计算，三种等效电路计算的结果列于下表，可以看出三种等效电路的计算结果相差很小。列于下表，可以看出三种等效电路的计算结果相差很小。计算结果cos1cos2T型电路近似 型电路简化电路25.5925.6224.7742.76
47、42.7842.78213.8213.9213.90.7720.7720.7940.80.80.87507.17515.97473.6计算结果T型电路近似 型电路简化电路7313.77320.57320.543.244.65091.785.984.936464.0564.051.21.22097.4297.4097.95第56页，共144页，编辑于2022年，星期一2.4 2.4 变压器等效电路参数的测定变压器等效电路参数的测定 变压器中的参数Zm、Zk ，对变压器的运行性能有直接影响，知道了变压器的参数，就可绘出等效电路，然后可以运用等效电路分析计算。可以通过空载试验来确定空载试验来确定Zm
48、，可以通过短路试验确定短路试验确定Zk，这两个试验是变压器的主要试验项目。一、空载试验测激磁参数一、空载试验测激磁参数 注：注：空载试验可在任一边做，但考虑到空载试验所加电压较高，其电流较小,为试验的安全和仪器仪表方便,一般在低压侧低压侧作空载试验。第57页，共144页，编辑于2022年，星期一测定方法测定方法:在低压方加在低压方加U1.高压侧开路。读取高压侧开路。读取 Im,Po,U2o由空载试验等效电路可知由空载试验等效电路可知:2）Zm与饱和程度有关，电压越高，磁路越饱和，Zm越小。所以应以额定电压下测读的数据计算励磁参数。.注：注：1）此时测得的值为归算到低压侧的值，如需归算到高压侧时
49、，各参数应乘以k2，k=N高压/N低压3）如果是三相变压器，则公式中电压和电流为相值，同时铁耗的公式变为：可近似认为Zo=Zm可算出激磁参数可算出激磁参数为为第58页，共144页，编辑于2022年，星期一二、短路试验测短路参数二、短路试验测短路参数 从简化等效电路可见从简化等效电路可见，在做短路试验时，外加电压仅用来克服在做短路试验时，外加电压仅用来克服变压器本身的漏阻抗压降。所以当变压器本身的漏阻抗压降。所以当Uk很低时，电流即可以到达额很低时，电流即可以到达额定。该电压一般为为定。该电压一般为为(5-10%)UN.因短路试验电流大，电压低，一般在高压侧作短路试验因短路试验电流大，电压低，一
50、般在高压侧作短路试验第59页，共144页，编辑于2022年，星期一注意注意:1）,读取Pk,Uk计算短路参数.2）由于绕组的电阻随温度升高，而短路试验一般在室温下进行,所以计算的电阻必须换算到额定工作时的数据,按国际规定换算到 的数值.,且且电电压压很很低低,所所以以 很很小小,Zm大大.绝绝大大部部分分电电流流经流流经 ,可忽略激磁支路不计。可忽略激磁支路不计。此时由电源输入的功率此时由电源输入的功率Pk完全消耗在一、二次绕组完全消耗在一、二次绕组铜耗上，即铜耗上，即:可按可按第60页，共144页，编辑于2022年，星期一 短短路路试试验验时时使使电电流流达达到到额额定定值值时时所所加加电电