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1、第三章第三章变压器变压器电力变压器电力变压器（升压、降压、配电）（升压、降压、配电）特种变压器特种变压器（电炉、整流）（电炉、整流）仪用互感器仪用互感器（电压、电流互感器、脉（电压、电流互感器、脉冲变压器，阻抗匹配变压器）冲变压器，阻抗匹配变压器）实验用变压器实验用变压器（高压、调压）（高压、调压）也可按也可按线圈数目线圈数目、铁心结构铁心结构、相数相数或或变压器变压器冷却方式冷却方式等划分等划分按用途按用途一、变压器的分类一、变压器的分类分类分类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变压器的总容量大致相
2、当于发电机容量的三倍。变压器的总容量大致相当于发电机容量的三倍。输电过程中，通常将输电过程中，通常将电压升高电压升高，通过高压输电线传送，通过高压输电线传送到远方的城市，经过到远方的城市，经过降压变压器降压变压器降为降为10kV电压，再经电压，再经过过配电降压配电降压变压器分配给用户，电压为变压器分配给用户，电压为6kV或或380V/220V。输送输送同样的功率同样的功率，电压低电压低则则电流大电流大，一方面由于，一方面由于大电流大电流在输电线路上引起在输电线路上引起损耗损耗，另一方面，另一方面大电流大电流在线在线路阻抗上产路阻抗上产生大的生大的压降压降，受电端电压很低受电端电压很低，电能传送
3、，电能传送不出去。因而只有高电压能将电能输送到远方。不出去。因而只有高电压能将电能输送到远方。变压器在电能传输分配过程中的地位变压器在电能传输分配过程中的地位通常用通常用110kV将将5万万kW电能输送电能输送150公里，公里，500kV750kV可将可将200万万kW电能输送到电能输送到1000公公里的地方里的地方。降压变压器降压变压器降压变压器降压变压器二、单相变压器的基本结构二、单相变压器的基本结构1.变压器的主要结构：变压器的主要结构：铁心铁心和和绕组绕组。铁心铁心是变压器的是变压器的磁路部分；磁路部分；绕组绕组是变压器的是变压器的电路部分。电路部分。电力变压器的铁心通常用电力变压器的
4、铁心通常用0.35mm厚表面涂厚表面涂有绝缘漆的冷轧硅钢片冲成一定的形状叠制有绝缘漆的冷轧硅钢片冲成一定的形状叠制而成。而成。0.35(0.35(或或0.5)mm0.5)mm厚、表面涂绝缘漆、厚、表面涂绝缘漆、含硅含硅量较高的量较高的硅钢片叠压而成。（加硅硅钢片叠压而成。（加硅-提高提高磁导率；磁导率；0.35(0.35(或或0.5)mm-0.5)mm-降低涡流损耗）降低涡流损耗）铁心铁心和和绕组绕组简单的单相变压器：两个简单的单相变压器：两个线圈线圈只有磁的耦合，没有只有磁的耦合，没有电的直接联系。电的直接联系。原绕组原绕组（一次绕组或初级绕（一次绕组或初级绕组）：两个线圈中接交流电组）：两
5、个线圈中接交流电源的线圈，源的线圈，其匝数为其匝数为N1副绕组副绕组（二次绕组或次级绕（二次绕组或次级绕组）：组）：接到用电设备上的线接到用电设备上的线圈，其匝数为圈，其匝数为N2铁心结构铁心结构单相壳式变压器单相壳式变压器心式变压器迭片心式变压器迭片奇数层奇数层偶数层偶数层图图3.1 心式冷轧硅钢片迭片心式冷轧硅钢片迭片绕组绕组 绕组是变压器的绕组是变压器的电路部分电路部分，一般为，一般为绝缘绝缘扁铜线或扁铜线或绝缘圆铜线在绕线模上绕制而成。绝缘圆铜线在绕线模上绕制而成。单相和三相芯式变压器单相和三相芯式变压器绕组套装在变压器铁心柱上，绕组套装在变压器铁心柱上，低压低压绕组绕组在在内层内层，
6、高压高压绕组套装在低压绕组绕组套装在低压绕组外层外层，以，以便于绝缘便于绝缘。绕组绕组 单相变单相变：高、低压绕组分：高、低压绕组分两部分两部分（两段高、（两段高、两段压）两段压）同心同心装于装于两铁心柱两铁心柱上，两部分可串、上，两部分可串、可并。（高可并。（高+高高高；低高；低+低低低）低）三相变三相变：属于：属于同一相同一相的高、低压绕组的高、低压绕组同心同心全全套于套于同一铁心柱同一铁心柱上，两部分可串、可并。为上，两部分可串、可并。为便于绝缘，便于绝缘，低压绕组靠近铁心。低压绕组靠近铁心。（主要用于心式变压器中）（主要用于心式变压器中）高、低压绕组沿铁心柱高度方向交迭地放置。高、低压
7、绕组沿铁心柱高度方向交迭地放置。（主要用于壳式变压器中）（主要用于壳式变压器中）同心式：同心式：（图（图3-23-2、图图3-33-3）交迭式：交迭式：（图（图3-3-4 4）绕组绕组图图3.23.2单相心式变压器单相心式变压器 图图3.33.3三相心式变压器三相心式变压器 1-1-铁心柱铁心柱 2-2-铁轭铁轭 3-3-高压绕组高压绕组 4-4-低压绕组低压绕组图图3-4壳式变压器壳式变压器（a)单相单相(b)三相三相2.变压器其它附件变压器其它附件1-1-信号式温度计信号式温度计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-
8、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-油箱油箱11-11-铁心铁心12-12-绕组及绝缘绕组及绝缘13-13-放油阀门放油阀门三、额定数据三、额定数据额定容量额定容量SN：额定工作状态下的视在功率，用额定工作状态下的视在功率，用伏安（伏安（VA）等表示。）等表示。额定电压额定电压U1N/U2N:U1N是电源加到原绕组上的额是电源加到原绕组上的额定电压，定电压，U2N是原边绕组加上额定电压后副边开是原边绕组加上额定电压后副边开路即空载时副绕组的端电压。路即空载时副绕组的端电压。额定电流额定电流I1N、I2N：变压器额定容量分别除以原、变压器额定容量分别除
9、以原、副边额定电压所计算出来的线电流值。副边额定电压所计算出来的线电流值。额定频率：额定频率：按我国规定，工业用电按我国规定，工业用电50Hz。三、额定数据三、额定数据单相：单相：三相：三相：作业：作业：P178 3.35 3.37P178 3.35 3.373.2 变压器的空载运行变压器的空载运行空载运行时的磁通、感应电势空载运行时的磁通、感应电势电压平衡方程式电压平衡方程式空载电流空载电流空载等效电路空载等效电路一、一、空载运行时的磁通、感应电势空载运行时的磁通、感应电势变压器空载运行：变压器空载运行：变压器的原边绕组加上额定电压，变压器的原边绕组加上额定电压，副边绕组开路。副边绕组开路。
10、几个概念：几个概念：空载电流、励磁磁势、空载电流、励磁磁势、主磁通、漏磁通主磁通、漏磁通以及正方向以及正方向的确定的确定一、一、空载运行时的磁通、感应电势空载运行时的磁通、感应电势主磁通主磁通由铁心闭合，同时与原绕组和副绕组交由铁心闭合，同时与原绕组和副绕组交链的磁通。链的磁通。漏磁通漏磁通由铁心与空气（或油）闭合，只与原绕由铁心与空气（或油）闭合，只与原绕组或副绕组全部（或部分）交链的磁通。组或副绕组全部（或部分）交链的磁通。*、都是最大值，一般都是最大值，一般 *、都是由励磁磁动势都是由励磁磁动势 产生的。产生的。主磁通、漏磁通主磁通、漏磁通变压器正向选取（惯例）变压器正向选取（惯例）按电
11、动机惯例，按电动机惯例，吸收电功吸收电功和和1、按发电机惯例，发出电功按发电机惯例，发出电功和和5、均由同名端流入均由同名端流入和和6、3、和和符合符合右手螺旋定则右手螺旋定则2、和和符合右手符合右手螺旋定则螺旋定则4、和和符合右手螺旋定则符合右手螺旋定则空载运行的电动势空载运行的电动势主磁通主磁通 和漏磁通和漏磁通 1 在绕组内产生的感应电动势：在绕组内产生的感应电动势：e1：主磁通：主磁通 在原绕组内感应电动势的瞬时值在原绕组内感应电动势的瞬时值e2：主磁通主磁通 在副绕组内感应电动势的瞬时值；在副绕组内感应电动势的瞬时值；e1：漏磁通漏磁通 1 在原绕组内感应电动势的瞬时值在原绕组内感应
12、电动势的瞬时值空载运行的电动势空载运行的电动势主磁通按正弦规律，主磁通按正弦规律，m：主磁通的幅值；：主磁通的幅值；E1m：原绕组感应电动势的幅值。：原绕组感应电动势的幅值。原边电势分析原边电势分析原边电动势幅值：原边电动势幅值：有效值：有效值：相量表示：相量表示：当主磁通按正弦规律变化时，原绕组中感应电动当主磁通按正弦规律变化时，原绕组中感应电动势也按正弦规律变化，势也按正弦规律变化，但相位比主磁通落后但相位比主磁通落后900。副边电势分析副边电势分析副边绕组链接同一磁链，副边电动势副边绕组链接同一磁链，副边电动势幅值幅值：有效值：有效值：相量表示：相量表示：原边漏电势由原边绕组链接漏磁链得
13、到，原边漏电势由原边绕组链接漏磁链得到，相量表示：相量表示：漏电势分析漏电势分析漏磁通漏磁通 1 通过的磁路是线性的，漏磁链通过的磁路是线性的，漏磁链 1 与产生漏磁链的电流与产生漏磁链的电流i0呈呈线性关系线性关系，漏，漏电势可表示为：电势可表示为：若励磁电流若励磁电流i0按正弦规律变化，按正弦规律变化，即即漏电势分析漏电势分析（1）L1为原绕组的漏感系数；为原绕组的漏感系数；X1是原绕组的是原绕组的漏电抗。表征漏磁通对电流的电磁效应。两漏电抗。表征漏磁通对电流的电磁效应。两者与匝数和几何尺寸有关，均为常数。者与匝数和几何尺寸有关，均为常数。（2）漏电感电动势与电流同频率，相位上落）漏电感电
14、动势与电流同频率，相位上落后后I0 900。结论：结论：（3）空载时，漏阻抗压降小，）空载时，漏阻抗压降小，（4）主磁通大小，）主磁通大小，取决于电网电压、频率取决于电网电压、频率和匝数。和匝数。二、电压平衡方程式二、电压平衡方程式二、电压平衡方程式二、电压平衡方程式变比变比K：指变压器原副绕组的指变压器原副绕组的电势电势之比。之比。对于三相变压器，对于三相变压器，变比指相电势之比变比指相电势之比。kE1/E2=(4.44fN1m)/(4.44fN2m)=N1/N2变比变比k等于等于原副绕组匝数原副绕组匝数之比。之比。电压比电压比K-特指三相变压器的特指三相变压器的线电压线电压之比之比在作三相
15、变压器联结绕组试验时用到电压比在作三相变压器联结绕组试验时用到电压比K进进行计算。行计算。K=1/3(UAB/uab+UBC/ubc+UCA/uca)I0三、空载电流三、空载电流(忽略空载损耗忽略空载损耗)空载运行时，空载运行时，原边绕组中流过的电流原边绕组中流过的电流i0，称为称为空载电流空载电流。变压器中磁性材料的磁化曲线为非线性，变压器中磁性材料的磁化曲线为非线性，在一定在一定电压下，电压下，空载电流大小、波形取决于饱和度空载电流大小、波形取决于饱和度。忽略空载损耗：忽略空载损耗：（1）当主磁通为正弦波时，）当主磁通为正弦波时，磁路磁路越饱和，越饱和，电流波形畸变严重。电流波形畸变严重。
16、（2）空载电流与主磁通同相位。）空载电流与主磁通同相位。iu 建立空载运行时的磁场（建立空载运行时的磁场（纯无功分量）纯无功分量）空载电流空载电流iFe 引起损耗（引起损耗（纯有功分量）纯有功分量）三、空载电流（三、空载电流（考虑空载损耗考虑空载损耗）考虑空载损耗时：考虑空载损耗时：（1）考虑铁耗（包含磁滞、涡流），）考虑铁耗（包含磁滞、涡流），将磁化曲线改为磁滞将磁化曲线改为磁滞回线。回线。因此，因此，将激磁电流分解为两个分量：将激磁电流分解为两个分量：（1）与）与 同相的磁化电流同相的磁化电流iu；（2）导前）导前 900有功分量有功分量iFeI 0 （2）激磁电流不再与主磁通同相，）激磁
17、电流不再与主磁通同相，而是导前一个磁滞角而是导前一个磁滞角根据相量形式的电压平衡式，根据相量形式的电压平衡式，四、空载运行的等效电路和相量图四、空载运行的等效电路和相量图rm：变压器的励磁电阻，反映铁耗；：变压器的励磁电阻，反映铁耗；xm:变压器的励磁电抗，反映励磁过程；变压器的励磁电抗，反映励磁过程；Zm：变压器的励磁阻抗。：变压器的励磁阻抗。把把 和和 之间的关系直接用参数形式反映，之间的关系直接用参数形式反映，可把可把 写成写成 流过一个阻抗引起的阻抗压降。流过一个阻抗引起的阻抗压降。等值电路综合了空载时变压器内部的物理情等值电路综合了空载时变压器内部的物理情况，况，在等值电路中在等值电
18、路中r1、x1是常量是常量；rm、xm是变是变量量，它们随铁心磁路饱和程度的增加而减少。它们随铁心磁路饱和程度的增加而减少。等效电路相量图相量图0（1）作为参考相量，作为参考相量，和和 落后落后 900。（2）考虑磁滞现象，等值正弦）考虑磁滞现象，等值正弦空载电流空载电流 超前超前 一一个很小的个很小的 角。角。（3）根据电压方程，）根据电压方程，得到电得到电压相量。压相量。变压器空载运行的等效电路变压器空载运行的等效电路结论结论Rm励磁电阻励磁电阻,它是反映变压器铁耗大小的等效电阻，它是反映变压器铁耗大小的等效电阻，不能用伏安法测量。不能用伏安法测量。Xm励磁电抗，励磁电抗，反映反映了主磁通
19、对电路的电磁效应。了主磁通对电路的电磁效应。Rm、Xm都随磁路的饱和程度增加而减小。都随磁路的饱和程度增加而减小。磁路饱磁路饱和和 Xm RmX1R1，一般一般X1是与一次绕组漏磁通对应的电抗；是与一次绕组漏磁通对应的电抗；Xm是与是与主磁通对应的电抗主磁通对应的电抗 X1是常数，是常数，Xm与磁路饱和有关，是一个变与磁路饱和有关，是一个变化量。化量。参数讨论参数讨论:激磁电流激磁电流Bm变变,则饱和程度变。则饱和程度变。Bm漏磁电抗漏磁电抗激磁电抗激磁电抗上述公式要切记，会用它们分析实际问题！上述公式要切记，会用它们分析实际问题！练习：练习：P176 3.12 3.13P176 3.12 3
20、.1333 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行 变压器原边接在电源上，变压器原边接在电源上，副边接上负载的运行副边接上负载的运行情况，称为情况，称为负载运行负载运行。AXax单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行电路、磁路的工作情况：电路、磁路的工作情况：原边的电势平衡原边的电势平衡副边的电势平衡副边的电势平衡 忽略了漏阻抗压降，忽略了漏阻抗压降，主磁通主磁通 不变。不变。从空载到负载，初级绕组电流从空载到负载，初级绕组电流 增加一个分量增加一个分量 以平衡次级绕组的作用。以平衡次级绕组的作用。单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行 原边绕组从电网吸收的功率传递给副边绕组。原边绕组从
21、电网吸收的功率传递给副边绕组。副边绕组电流增加或减小的同时，引起原边电流副边绕组电流增加或减小的同时，引起原边电流的增加或减小，吸收的功率也增大或减小。的增加或减小，吸收的功率也增大或减小。又又二二 负载运行时的基本方程负载运行时的基本方程1.磁势平衡磁势平衡Im是激磁电流，是激磁电流，固定不变的量。固定不变的量。IL负载分量随负载不同而变化。负载分量随负载不同而变化。在额定负载时，在额定负载时，I I1L1L比比I Im m大很多，大很多，负载分量负载分量是是I I1 1中的主要部分中的主要部分.二二 负载运行时的基本方程负载运行时的基本方程2.电动势平衡式电动势平衡式:除了主磁通在原、副边
22、绕组中感应电动势除了主磁通在原、副边绕组中感应电动势E1和和E2外，外，原、副边还有对应于漏磁通产生的漏电势。原、副边还有对应于漏磁通产生的漏电势。原边：原边：副边：副边：3.变压器的基本方程变压器的基本方程综合分析，综合分析，变压器稳态运行时的六个基本方程式变压器稳态运行时的六个基本方程式各电磁量之间同时满足这六个方程各电磁量之间同时满足这六个方程利用利用 ，k，Z1，Z2，Zm，ZL求解出求解出 ，变压器负载运行时的物理过程和方程式：变压器负载运行时的物理过程和方程式：三、变压器的折算法三、变压器的折算法当当k k较大时，较大时，变压器原、副边电压相差很大，为变压器原、副边电压相差很大，为
23、计算和作图带来不便。计算和作图带来不便。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。路的联系。副边的负载通过磁势影响原边。因此因此只有副边的磁势不变，只有副边的磁势不变，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。定义定义：保持一个绕组的磁动势不变而假想保持一个绕组的磁动势不变而假想改变其电流和匝数的算法称为改变其电流和匝数的算法称为归算法归算法（折合算法折合算法）。）。解决方法（算法根据）解决方法（算法根据）保持保持 不变，就不会影响不变，就不会影响 的变化。的变化。目的目的
24、:a、使一、二次绕组、使一、二次绕组“有有”电的连接等电的连接等效电路，这样就用电路知识来解题了。效电路，这样就用电路知识来解题了。b、画相量图方便（定量画法）。、画相量图方便（定量画法）。三、变压器的折算法三、变压器的折算法三、变压器的折算法三、变压器的折算法实际绕组的各个量，称为实际绕组的各个量，称为实际值实际值；假想绕组的各；假想绕组的各个量，称为个量，称为折算值折算值；保持副边绕组的磁势不变进行折算，保持副边绕组的磁势不变进行折算，称为称为副边副边向原边折算向原边折算；保持原边绕组的磁势不变进行折算，保持原边绕组的磁势不变进行折算，称为称为原边原边向副边折算向副边折算。1.副边电流的折
25、算值副边电流的折算值保持折算前后保持折算前后 不变，不变，2.副边电动势的折算值副边电动势的折算值折算前后主磁场、漏磁场不变。折算前后主磁场、漏磁场不变。同理，同理，即即3.副边漏电抗的折算值副边漏电抗的折算值 折算前后漏磁场不变，折算前后漏磁场不变，副边绕组匝数从副边绕组匝数从N2折折算为算为N1。漏抗与匝数平方成正比，所以漏抗与匝数平方成正比，所以 4.副边电阻的折算值副边电阻的折算值 副边绕组匝数从副边绕组匝数从N2折算为折算为N1，占用原来副绕占用原来副绕组同样的空间位置和几何尺寸，铜损耗不变，组同样的空间位置和几何尺寸，铜损耗不变，绕组长度为绕组长度为N1/N2倍，面积小倍，面积小N
26、2/N1倍，所以倍，所以所以，所以，5.副边电压的折算值副边电压的折算值6.副边阻抗的折算值副边阻抗的折算值能量是否改变？能量是否改变？铜耗：铜耗：有功输出：有功输出：无功输出：无功输出：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。凡是单位为为伏伏的物理量（电动势、电压）的折算值的物理量（电动势、电压）的折算值等于原来数值等于原来数值乘乘k；单位为；单位为欧欧的物理量（电的物理量（电阻、电抗、阻抗）的折算值等于原来数值阻、电抗、阻抗）的折算值等于原来数值乘乘k2；电流电流的折算值等于原来的数值的折算值等于原来的数值乘以乘以1/k.(已没有变比已没有变比k)副边绕组经副边绕组经折
27、算后，原折算后，原来的基本方来的基本方程成为：程成为：四、等效电路四、等效电路单相变压器负载运行时的电磁关系用等值电路的单相变压器负载运行时的电磁关系用等值电路的形式表示，作为变压器模拟仿真的电路模型。形式表示，作为变压器模拟仿真的电路模型。T型等值电路型等值电路（1）电路中全部的量）电路中全部的量和参数都是每一相的和参数都是每一相的值。原边为实际值，值。原边为实际值，副边为折算值。副边为折算值。（2）等效的是稳态对）等效的是稳态对称运行状态。称运行状态。2.近似的型等值电路T T型电路包含有串联、并联回路，复数运算复杂型电路包含有串联、并联回路，复数运算复杂。实际变压器中，实际变压器中，很小
28、。很小。负载变化时负载变化时 变化不大。因此假定变化不大。因此假定ImZ1 不随负载变化，则将不随负载变化，则将T型等效电路中的激磁支型等效电路中的激磁支路移出，并联在电源端口路移出，并联在电源端口,得到得到 型等值电路。型等值电路。RTjXT-jBTGT电力系统分析中变压器的等效电路电力系统分析中变压器的等效电路励磁励磁支路支路前移前移其中其中 Rm励磁电阻励磁电阻；Xm励磁电抗励磁电抗 Zm励磁阻抗励磁阻抗G0励磁电导励磁电导 B0励磁导纳励磁导纳 所以所以3.简化的简化的等值电路等值电路 负载运行时，负载运行时，Im在在I1N中所占的比例很小。中所占的比例很小。在工程实际计算中，忽略在工
29、程实际计算中，忽略Im，将激磁回路去掉，将激磁回路去掉，得到更简单的阻抗串联电路。得到更简单的阻抗串联电路。Rk 为短路电阻；为短路电阻；Xk 为短路电抗；为短路电抗；Zk 为短路阻抗。为短路阻抗。空载运行时，空载运行时，不不能用简化的等值能用简化的等值电路。电路。五、相量图五、相量图 相量图的画法，视变压器给定的和求解的具相量图的画法，视变压器给定的和求解的具体条件。体条件。给定量和求解量不同，给定量和求解量不同，画图步骤也画图步骤也不一样。不一样。基本方程组可以用相量图来表示。基本方程组可以用相量图来表示。变压器接变压器接感性负载感性负载，负载阻抗由电阻和电感组负载阻抗由电阻和电感组成，成
30、，为为落后落后；变压器接变压器接容性负载容性负载，负载阻抗由电阻和电容组成，负载阻抗由电阻和电容组成，为为超前超前。相量图的画法相量图的画法（1）画出）画出 ；假定给定假定给定U2、I2、cos 2及及各个参数各个参数（2）在）在 相量上加上相量上加上 得到得到 ；（3）（6）画出）画出 与与 的相量和的相量和 ；（7）画出）画出 ，加，加 得到得到（4）画出领先）画出领先 的主磁通的主磁通 ；（5）根据）根据 画出画出 ，领先领先 一个铁耗角了；一个铁耗角了；相量图的画法相量图的画法假定给定假定给定U2、I2、cos 2及及各个参数各个参数 变压器原边电压变压器原边电压 U1 与电流与电流I
31、1 的夹角为的夹角为 1，称为变压器负载运行的功率因数角，称为变压器负载运行的功率因数角，cos 1 称为变压器的功率因数。称为变压器的功率因数。对于运行的变压器，负载对于运行的变压器，负载的性质和大小直接影响了变的性质和大小直接影响了变压器功率因数的性质。压器功率因数的性质。对应于简化等效电路，对应于简化等效电路，其相其相量图为量图为单相变压器基本方法总结单相变压器基本方法总结 分析计算变压器负载运行方法有基本公式、等分析计算变压器负载运行方法有基本公式、等值电路和相量图。值电路和相量图。基本方程式：是变压器的电磁关系的数学表达式；基本方程式：是变压器的电磁关系的数学表达式；等值电路：等值电
32、路：是基本方程式的模拟电路；是基本方程式的模拟电路；相量图：相量图：是基本方程的图示表示；是基本方程的图示表示；三者是统一的，三者是统一的，一般定量计算用等效电路，讨一般定量计算用等效电路，讨论各物理量之间的相位关系用相量图。论各物理量之间的相位关系用相量图。3-4 变压器参数的试验测定变压器参数的试验测定 变压器的电路参数在铭牌和产品目录上大都没变压器的电路参数在铭牌和产品目录上大都没有标出，有标出，可通过试验的方法测定。可通过试验的方法测定。励磁参数和短路参数可通过空载试验和短路试励磁参数和短路参数可通过空载试验和短路试验测出，验测出，并进行相应的换算（折算）并进行相应的换算（折算）。一、
33、空载试验一、空载试验 空载试验可以测出。为了便于测试和安全，空载试验可以测出。为了便于测试和安全，空载空载试验在低压侧施加电压试验在低压侧施加电压。1、目的：测量、目的：测量变压器的励磁参数：变压器的励磁参数：Zm=Rm+jXm2、损耗特点：、损耗特点：p0 pFe因为因为I I0小，小，R RmR R1，pCu 0 0一、空载试验一、空载试验为了便于测试和安全，为了便于测试和安全，空载试验在低压侧施加电压空载试验在低压侧施加电压。VWAV单向调节单向调节U0=01.3UN，测量，测量I I0，p0。得得I I0=f(U0)，p0=f(U0)曲线。曲线。空载运行时，由空载运行时，由T形等效电路
34、，总阻抗形等效电路，总阻抗所以所以一、空载试验一、空载试验VWAV激磁参数：激磁参数：注意：激磁参数与磁路的饱和度有关，注意：激磁参数与磁路的饱和度有关，为使测出为使测出的参数符合变压器实际运行，的参数符合变压器实际运行，额定电压点必测额定电压点必测。同时注意折算。同时注意折算。二、短路试验二、短路试验为了便于测试，为了便于测试，短路试验常短路试验常在高压侧加电源电压在高压侧加电源电压，低压，低压侧直接短路。侧直接短路。VWA 试验电压试验电压从零开始逐渐增加从零开始逐渐增加，短路电流短路电流在在0 01.31.3倍额定电流范围内变化。倍额定电流范围内变化。短路试验时，短路试验时，外施电压低，
35、相应主磁通外施电压低，相应主磁通铜小，铜小，铁耗、激磁电流不计，铁耗、激磁电流不计，用简化的等用简化的等效电路来分析。效电路来分析。二、短路试验二、短路试验参数计算：参数计算：参数与温度有关，短路试验时温度与实际运参数与温度有关，短路试验时温度与实际运行时不同，行时不同，需折算。需折算。铜线：铜线：三、变压器的阻抗电压三、变压器的阻抗电压短路试验时，短路试验时，绕组电流达到额定值时，绕组电流达到额定值时，加于原绕加于原绕组的电压为组的电压为UkI1NZk，此电压称为变压器的此电压称为变压器的阻抗阻抗电压或短路电压电压或短路电压。阻抗电压的大小用百分比来表示：阻抗电压的大小用百分比来表示：阻抗电
36、压的大小反映了变压器在额定负载下运行阻抗电压的大小反映了变压器在额定负载下运行时漏阻抗压降的大小。时漏阻抗压降的大小。从运行观点来看，从运行观点来看，阻抗电压小，阻抗电压小，代表输出电压代表输出电压受负载变化的影响小。受负载变化的影响小。一般为一般为410.5%。3-5 变压器的标么值变压器的标么值 在工程计算中，在工程计算中，各物理量（电压、电流、功率各物理量（电压、电流、功率等）除采用实际值来表示和计算外，等）除采用实际值来表示和计算外，有时用这些有时用这些物理量与所选定的同单位的基值之比，即所谓的物理量与所选定的同单位的基值之比，即所谓的标么值标么值表示。用表示。用“*”表示。表示。标么
37、值的认识：标么值的认识：（1）标么值是两个具有相同单位的物理量）标么值是两个具有相同单位的物理量（实际值和选定的固定值）之比，（实际值和选定的固定值）之比，没有量纲。没有量纲。（2）选定基值时，）选定基值时，对于电路计算对于电路计算U、I、Z和和S中，中，两个量的基值是任意选定，两个量的基值是任意选定，其余两个其余两个量的基值根据电路的基本定律计算。量的基值根据电路的基本定律计算。（3）功率的基值是指视在功率的基值功率的基值是指视在功率的基值，同时同时也是有功和无功功率的基值。也是有功和无功功率的基值。阻抗基值也是阻抗基值也是电阻和电抗的基值。电阻和电抗的基值。（4）计算单台变压器时，）计算单
38、台变压器时，通常以变压器的额通常以变压器的额定值作为基值。定值作为基值。标么值的优点标么值的优点（1）不论变压器的容量大小，）不论变压器的容量大小，标么值表示的各标么值表示的各参数和典型的性能数据，参数和典型的性能数据，通常都在一定的范围，通常都在一定的范围，便于比较和分析；便于比较和分析；如如（2）用标么值表示，归算到原边和副边的变压）用标么值表示，归算到原边和副边的变压器参数恒相等。器参数恒相等。换言之，用标么值计算时不需要换言之，用标么值计算时不需要折算。折算。标么值的优点标么值的优点（3）某些物理量的标么值具有相同的数值，）某些物理量的标么值具有相同的数值，简简化了计算化了计算（4）可
39、通过标么值判断运行情况。）可通过标么值判断运行情况。阻抗电压阻抗电压1、定义：又称短路电压，是短路阻抗、定义：又称短路电压，是短路阻抗ZK（750C）与一与一次侧额定相电流次侧额定相电流I I1N的乘积，通常用它与的乘积，通常用它与一次侧额一次侧额定相电压的百分数来表示，定相电压的百分数来表示，uK=(I I1N ZK（750C）/U1N)100%uK不用百分数来表示时不用百分数来表示时称短路电压称短路电压标么值标么值uK*，它，它们数值上相等。们数值上相等。uk不能太小，也不能太大。不能太小，也不能太大。uk太大时，变压器空载时电压高，负载时电太大时，变压器空载时电压高，负载时电压压降较多。
40、压压降较多。uk太小时，变压器接额定，太小时，变压器接额定，电压短路时电流太大。电压短路时电流太大。电阻分量电阻分量uKR=(I I1NRK（750C）/U1N)100%电抗分量电抗分量uKX=I I1NXK（750C）/U1N）100%阻抗电压阻抗电压阻抗电压阻抗电压讨论讨论uK大大 ZK*大大 I IK*小小-优点优点 输出电压稳定性差（随负载变化大）输出电压稳定性差（随负载变化大）-缺点缺点一般：中、小型变压器：一般：中、小型变压器：410.5%大型变压器：大型变压器：12.517.5%阻抗电压阻抗电压标么值标么值RK*=RK /(U1N/I I1N）=RKI I1N/U1N=uKR*=
41、RKI I1N 2/(U1N I I1N ）=PKN /SN=PK*(短路电阻短路电阻标么值标么值=短路电压电阻分量短路电压电阻分量=变压器短路损耗变压器短路损耗标么值）标么值）同理：同理：XK*=uKX*ZK*=uK*例：例：P1383-53-6 变压器的运行特性变压器的运行特性 变压器的运行特性主要有外特性（副边电压变化变压器的运行特性主要有外特性（副边电压变化率）和效率率）和效率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，副副边端电压随负载电流变化的规律。边端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
42、原绕组外施电压 和副绕组的负载功率因数不变和副绕组的负载功率因数不变时，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)一、外特性一、外特性 变压器的原、副边绕组都具有漏阻抗，负载电流变压器的原、副边绕组都具有漏阻抗，负载电流流过漏阻抗，流过漏阻抗，在变压器内部就引起电压降落。在变压器内部就引起电压降落。变变化曲线即为变压器的外特性曲线。化曲线即为变压器的外特性曲线。IUUNIN（超前）（超前）（落后）（落后）利用利用电压变化率电压变化率来表示输出来表示输出额定电流时电压的变化。额定电流时电压的变化。用标么值表示：用标么值表示：电压变化率电压变化率负载时电压变化率
43、可用简化的等效电路和相量图来分析。负载时电压变化率可用简化的等效电路和相量图来分析。电路方程用标么值表示：电路方程用标么值表示：通过相量图求出通过相量图求出 。在相量图上。在相量图上忽略忽略 ，有，有cpoapBb电压变化率电压变化率用参数表达的电压变化率用参数表达的电压变化率电压变化率电压变化率可以看出：可以看出：（1）感性负载时，）感性负载时，20，U为正；容性负载，为正；容性负载，20，U可正可负。实际运行中一般是感性负载，可正可负。实际运行中一般是感性负载，端电压下降端电压下降58%。（2）如果不在额定负载时运行，）如果不在额定负载时运行，计算计算 U，乘上电乘上电流系数流系数。二、效
44、率特性二、效率特性 变压器在能量传递过程中，变压器在能量传递过程中，将产生铜耗和铁将产生铜耗和铁耗，它们又各自包含有基本损耗和附加损耗。耗，它们又各自包含有基本损耗和附加损耗。基本铜耗：基本铜耗：原、副边绕组中电流引起的直流电阻原、副边绕组中电流引起的直流电阻的损耗。的损耗。附加铜耗：附加铜耗：导体在交变漏磁场作用下引起集导体在交变漏磁场作用下引起集肤效应，有效电阻增大而增加的铜耗。肤效应，有效电阻增大而增加的铜耗。1.损耗损耗二、效率特性二、效率特性 变压器在能量传递过程中，变压器在能量传递过程中，将产生铜耗和铁将产生铜耗和铁耗，它们又各自包含有基本损耗和附加损耗。耗，它们又各自包含有基本损
45、耗和附加损耗。基本铁耗：基本铁耗：铁心中的磁滞和涡流损耗。铁心中的磁滞和涡流损耗。附加铁耗：附加铁耗：结构件中的涡流损耗结构件中的涡流损耗额定电压下，额定电压下，磁密基本不变，磁密基本不变，总损耗：总损耗：1.损耗损耗2 效率效率 U较小，较小，2 效率效率 可见，可见，一定功率因数下，一定功率因数下，随负载电流的不随负载电流的不同而改变。同而改变。时，时，效率达到最高。效率达到最高。一般设计，一般设计，I I2 2*0.50.50.60.6范围内，平均效率大。范围内，平均效率大。3-7 三相变压器三相变压器 电力系统普遍采用三相供电制，电力系统普遍采用三相供电制，电力系统用电力系统用的最多的
46、是三相变压器。的最多的是三相变压器。当三相变压器的原边和副边绕组均以一定的接当三相变压器的原边和副边绕组均以一定的接法现接，法现接，带上三相带上三相对称对称负载，负载，原边加上原边加上对称对称的三相电压时的三相电压时 ，因为三相对称电压本身大小相，因为三相对称电压本身大小相等、相位互差等、相位互差1201200 0，因此求得一相的电压、电流，因此求得一相的电压、电流，其它两相按对称关系求出。其它两相按对称关系求出。3-7 三相变压器三相变压器 特殊问题：特殊问题：（1）三相绕组的联接，即电路问题；）三相绕组的联接，即电路问题；（2）三相变压器的磁路系统；）三相变压器的磁路系统；（3）不同磁路下
47、的感应电势的波形；）不同磁路下的感应电势的波形；一、三相变压器绕组的联接法和联接组一、三相变压器绕组的联接法和联接组1、三相变压器连接法、三相变压器连接法ABCXYZABCXYZ高压绕组首端由高压绕组首端由A、B、C表示，表示，末端由末端由X、Y、Z表示；表示；低压绕组首端由低压绕组首端由a、b、c表示，末端由表示，末端由x、y、z表示。表示。一、三相变压器绕组的联接法和联接组一、三相变压器绕组的联接法和联接组1、三相变压器连接法、三相变压器连接法ABCXYZ星形连接星形连接ABCXYZ三角形连接三角形连接末端连在一起，末端连在一起，首端引出，首端引出，为为星形连接星形连接“Y”Y”，中点引出
48、中点引出Y Yo o；一相一相绕组末端与另一相绕组首端相连，绕组末端与另一相绕组首端相连，依次得到依次得到一闭合回路，一闭合回路，为为三角形连接三角形连接“D”D”，有顺、逆之有顺、逆之分。分。2、联结组、联结组（1）高、低压绕组中电动势相位关系（单相绕组）高、低压绕组中电动势相位关系（单相绕组）单相变压器中单相变压器中，高压绕组高压绕组首端为首端为“A”、末端末端为为“X”；低压绕组低压绕组首端为首端为“a”、末端为末端为“x”。AXaxAXax 原、副绕组被同一主磁通原、副绕组被同一主磁通 交链，交链，感应电动势在感应电动势在任一瞬间原边绕组一端点为高电位，副边绕组也任一瞬间原边绕组一端点
49、为高电位，副边绕组也有一端点为高电位。有一端点为高电位。这两个端点为这两个端点为“同名端同名端”EAx.图图3-253-25同一铁心柱上两绕组相位关系同一铁心柱上两绕组相位关系1 1 同相同相(1)(1)绕向相同，标号相同绕向相同，标号相同(同相同相)高压线圈电势由高压线圈电势由A A到到X X；低压线圈电势由；低压线圈电势由a a到到x x，(图图a)a)E EA A、E Ea a同同相位。相位。(2)(2)绕向相反，标号相反绕向相反，标号相反(图图d)d)E EA A、E Ea a同相位同相位 2 2反相反相(1)(1)绕向相反，标号相同绕向相反，标号相同(图图b)b)E EA A、E E
50、a a反相位反相位 (2)(2)绕向相同，标号相反绕向相同，标号相反(图图c)c)E EA A、E Ea a反相位反相位 时钟表示法时钟表示法时钟表示法：标志变压器高、低压绕组的相位关系。时钟表示法：标志变压器高、低压绕组的相位关系。时钟表示法：高压绕组电势时钟表示法：高压绕组电势 从从A到到X，记为记为 ,作为时钟的作为时钟的长针长针，指向，指向0点；低压绕组电势点；低压绕组电势 从从a到到x，记为记为 ，作为时钟的，作为时钟的短针短针，根据相位关系，根据相位关系，指向针面上哪个数字，指向针面上哪个数字，该数字为变压器联结组标号。该数字为变压器联结组标号。单相变压器：单相变压器：II0；II