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1、第三章 变压器n变压器的构造和基本原理n变压器的运行分析n单相变压器的空载与短路实验n变压器的运行特性n三相变压器n特种变压器2021/9/151淮安信息职业技术学院变压器的构造和基本原理 变压器是静止的电磁器械，它利用电磁感应原理，将一种交流电转变为另一种或几种频率相同、大小不同的交流电。n变压器的构造v变压器的外形图v变压器的结构v变压器的分类n变压器的基本原理n变压器的铭牌数据 返回2021/9/152淮安信息职业技术学院变压器的外形图1一信号式温度计；2一吸湿器；3一储油柜；4一油表；5一安全气边；6一气体继电器；7一高压套管；8一低压套管；9一分接开关；10一油箱；11铁心；12线圈
2、；13放油阀门返回2021/9/153淮安信息职业技术学院变压器的结构n铁心 n绕组 n附件 主要包括油箱、储油柜、分接开关、安全气道、气体继电器、绝缘套管等。其作用是保证变压器安全和可靠运行 返回2021/9/154淮安信息职业技术学院铁心 材料 铁心一般由0.350.5mm厚的硅钢片叠装而成。硅钢片的两面涂以绝缘漆，使片间绝缘，以减小涡流损耗。组成v铁心柱 作用是套装绕组v铁轭 作用是连接铁心柱，使磁路闭和。铁心的分类v心式结构v壳式结构 返回2021/9/155淮安信息职业技术学院绕组n材料 在绝缘筒上用绝缘铜线或铝线绕成 n种类v一次绕组或原方绕组v二次绕组或副方绕组 n装配方式v同心
3、式v交叠式绕组 返回2021/9/156淮安信息职业技术学院变压器的分类n按相数的不同 v单相变压器v三相变压器v多相变压器 n按绕组数目不同 v双绕组变压器v三绕组变压器v多绕组变压器v自耦变压器 n按冷却方式不同 v油浸式变压器v充气式变压器v干式变压器 n按用途不同v电力变压器（升压变压器、降压变压器、配电变压器等）v特种变压器（电炉变压器、整流变压器、电焊变压器等）v仪用互感器（电压互感器和电流互感器）和试验用的高压变压器 返回2021/9/157淮安信息职业技术学院变压器的基本原理n原理 当变压器的一次绕组接通交流电源时，在绕组中就会有交变的电流通过，并在铁心中产生交变的磁通，该交变
4、磁通与一次、二次绕组交链，在它们中都会感应出交变的感应电动势。二次绕组有了感应电动势，如果接上负载，便可以向负载供电，传输电能，实现了能量从一次侧到二次侧的传递。n用途 变压器一般只用于交流电路，它的作用是传递电能，而不能产生电能。它只能改变交流电压、电流的大小，而不能改变频率。返回2021/9/158淮安信息职业技术学院变压器的铭牌数据n变压器的型号n变压器的额定值v额定容量SN 是指变压器的视在功率，对三相变压器是指三相容量之和。v额定电压U1NU2N 是指变压器空载时，各绕组的电压值。对三相变压器指的是线电压，单位是V和kV。v额定电流I1NI2N 是指变压器允许长期通过的电流，单位是A
5、。额定电流可以由额定容量和额定电压计算。v额定频率f 我国规定标准工业用交流电的额定频率为50Hz设设 计计序号序号高压边额定电压（高压边额定电压（KV）额定容量（额定容量（KVA）铝线铝线三相三相S L 7 20030返回2021/9/159淮安信息职业技术学院变压器的运行分析n变压器的空载运行v空载运行时的电磁关系 v空载运行时的方程式v空载运行时的相量图v空载运行时的等值电路 v空载电流与相量图 n变压器的负载运行v磁势、电压平衡方程式 v变压器的等值电路 返回2021/9/1510淮安信息职业技术学院空载运行时的电磁关系n空载运行n空载运行是指当变压器一次侧绕组接交流电源，二次侧绕组开
6、路，即 时的状态。n单相变压器空载运行原理图n正方向表示v电流的正方向与电压降的正方向一致；v磁通的正方向与产生该磁通的电流的正方向之间符合右手螺旋定则v感应电动势的正方向与磁通的正方向之间符合右手螺旋关系。n电磁关系n主磁通n原边漏磁通返回2021/9/1511淮安信息职业技术学院空载运行时的方程式返回2021/9/1512淮安信息职业技术学院空载运行时的相量图返回2021/9/1513淮安信息职业技术学院空载运行时的等值电路返回2021/9/1514淮安信息职业技术学院空载电流与相量图 返回2021/9/1515淮安信息职业技术学院负载运行时磁势、电压平衡方程式n磁势平衡方程式 n电压平衡
7、方程式 返回 2021/9/1516淮安信息职业技术学院变压器的等值电路返回2021/9/1517淮安信息职业技术学院单相变压器的空载与短路实验n空载试验 v目的 测定电压变比k，空载电流I0和空载损耗（铁损）p0，励磁参数rm和xm v接线图n短路试验v目的 测定短路电压Ush、短路功率（即短路损耗）psh，计算短路阻抗Zsh v接线图返回2021/9/1518淮安信息职业技术学院空载试验接线图n接线图n注意事项n从试验电源、测量仪表和设备、人身安全因素考虑，一般都在低压侧进行。n数据计算出的励磁参数是低压侧的，折算到高压仍需乘以k2 nZm的大小与铁心饱和程度有关，电压超过额定值越多，铁心
8、越饱和，Zm就越小 返回2021/9/1519淮安信息职业技术学院短路试验接线图n接线图n注意事项n短路试验时，二次侧短接，这时整个变压器等值电路的阻抗很小，为避免一次侧和二次侧绕组因电流过大而烧坏。n计算变压器性能时，应将试验测出的短路电阻rsh换算成75时的阻值。返回2021/9/1520淮安信息职业技术学院变压器的运行特性 变压器的运行特性主要是指变压器的外特性和效率特性，衡量变压器运行性能的好坏，就是看二次侧绕组端电压的变化程度和各种损耗的大小，可用电压变化率和效率等指标来衡量。n电压变化率电压变化率 n变压器的外特性变压器的外特性 n变压器的效率和效率特性变压器的效率和效率特性 返回
9、2021/9/1521淮安信息职业技术学院电压变化率n概念 在一次侧加额定电压，负载功率因数一定的情况下，空载与负载运行时二次侧电压之差（U20-U2）对额定电压U2N的百分比，即n 用途 表示二次侧端电压随负载变化的程度n影响因素v与变压器的负载电流大小有关，即U与负载系数成正比。v与负载的性质有关，即与负载的功率因数有关。v与变压器的阻抗参数有关，阻抗越大，U越大。返回2021/9/1522淮安信息职业技术学院变压器的外特性变压器的外特性n概念 当变压器的、均为常数，变压器二次侧绕组的端电压随负载电流的变化关系。n特点 变压器二次侧电压是随负载电流变化而变化的，二次侧电压的变化规律与负载性
10、质有关。v当负载为纯电阻负载时（曲线2）：U较小，外特性下倾不多；v当负载为感性负载时（曲线3）：都为正值，U较大，外特性下倾比纯电阻负载明显；v当负载为容性负载时（曲线1）：，U为负值，说明随负载增大二次侧电压在升高，外特性上翘。n外特性曲线返回2021/9/1523淮安信息职业技术学院变压器的外特性曲线n1-（容性）；2-（纯电阻）；3-（感性）返回2021/9/1524淮安信息职业技术学院变压器的效率和效率特性n变压器的效率输出功率与输入功率之比的百分数，即n效率计算n效率特性曲线返回2021/9/1525淮安信息职业技术学院变压器效率特性曲线特性曲线特性曲线的特点变压器的效率开始时随负
11、载的增加而增加，在半载附近有最大效率，而后随负载的加大效率有所下降。返回2021/9/1526淮安信息职业技术学院三相变压器n三相变压器的磁路n变压器的联结组n三相变压器的并联运行 返回2021/9/1527淮安信息职业技术学院三相变压器的磁路n三相变压器组的磁路v三相变压器组概念 由三个同样的单相变压器组成的 v三相变压器组特点 三相之间只有电的联系而无磁的联系，它的磁路特点是三相磁通各有自己单独的磁路，互不相关联。v三相变压器组的磁路 外施电压是三相对称的，则三相磁通也一定是对称的。如果三个铁心的材料和尺寸相同，则三相磁路的磁阻相等，三相空载电流也是对称的 n三相心式变压器的磁路v三相心式
12、变压器概念 由三相变压器组演变而来的 铁心用料少、效率高、价格便宜、占地面积小、维护简便。v三相心式变压器磁路 三相心式变压器的磁路是连在一起的，各相的磁路是相互关联的，即每相的磁通都以另外两相的铁心柱作为自己的回路。返回2021/9/1528淮安信息职业技术学院变压器的联结组n变压器高、低压绕组标号v单相变压器的高压绕组首端用A表示，末端用X表示；低压绕组的首端用a表示，末端用x表示。v三相变压器的高压绕组首端用A，B，C表示，末端用X，Y，Z表示；低压绕组的首端用a，b，c表示，末端用x，y，z表示。v如果变压器有中点引出，则高、低压绕组的中点分别以N或n来标志。n变压器的联结组 用时钟的
13、长针代表高压边的线电势相量，且置于时钟的12时处不动；短针代表低压边的相应线电势相量，它们的相位差除以300为短针所指的钟点数。v单相变压器的联结组 v三相变压器的联结组 返回2021/9/1529淮安信息职业技术学院单相变压器的联结组n同名端v同名端概念 对绕在同一个铁心柱上的高、低压绕组，通电后，铁心中磁通交变，在两个绕组中都会产生感应电势。设在某一瞬时，高压绕组某一端电位为正，则低压绕组也必然有一个电位为正的对应端，这两个对应的同极性端。v同名端的判定 高、低压绕组的感应电势与它们的绕向（或同名端）、端子标号（绕组端子的首、末端的标法）都有关系 n单相变压器联结组别n两绕组电势同相，即高
14、、低压绕组电势同时位于12点钟，称做I/I-12。n两绕组电势反相，即高、低压绕组电势相位相差1800，称做I/I-6。n其中I/I表示高、低压绕组是单相绕组，12和6表示两绕组电势的相位关系。返回2021/9/1530淮安信息职业技术学院三相变压器的联结组 三相变压器的联结组仍用时钟法表示。可以看出，三相变压器的联结组将不仅与绕组的同名端和端子标号有关系，还将与三相绕组的联结方式有关系。n联结组别的书写形式 v用大、小写的英文字母分别表示高、低压绕组的联结方式。v星形用Y或y表示，有中线引出用YN 或yn表示，三角形用D或d表示。v在英文字母后面写出标号数字，表示高、低压绕组的相应线电势间相
15、位关系，用时钟法确定即可。n联结组别的判断方法和步骤v根据绕组联结方法画出绕组连接图，标明高压侧各相绕组的同名端，根据高压侧的同名端标明同一铁心柱上的低压侧的同名端；v标明高压侧相电势、的正方向和低压侧相电势、的正方向；v作高压侧相电势的相量图；再根据同名端和端子标号来确定低压侧相电势的相量位置。v对于不同的联结方式画出高压侧任一线电势和其相对应的低压侧线电势的相量位置，再根据它们的相位差，按时钟法确定联结组别。返回2021/9/1531淮安信息职业技术学院三相变压器的并联运行n定义 将两台或两台以上变压器的一次绕组接到同一电源上，二次绕组接到公共母线上，共同给负载供电。n理想情况 v空载运行
16、时，各变压器绕组之间无环流。v负载时，各变压器所分担的负载电流与其容量成正比，防止某台过载或欠载，使并联的容量得到充分发挥。v带上负载后，各变压器分担的电流与总的负载电流同相位，当总的负载电流一定时，各变压器所负担的电流最小，或者说当各变压器的电流一定时，所能承受的总负载电流为最大。n条件 v并联运行的变压器的变压比K要相等，否则变压器绕组间会产生环流。v并联运行的变压器的联结组要相同。v保证并联运行的变压器的阻抗电压相等。v保证并联运行的变压器的短路阻抗比值相等。返回2021/9/1532淮安信息职业技术学院特种变压器n自耦变压器 n仪用互感器v用途 一是考虑到仪表的绝缘问题，二是直接测量易
17、危及操作人员的人生安全。因此，人们选用变压器将高电压变换为低电压，大电流转变为小电流，然后再用普通的仪表进行测量。v分类o电压互感器 o电流互感器 返回2021/9/1533淮安信息职业技术学院自耦变压器n自耦变压器 自耦变压器是个单绕组变压器，一、二次绕组之间既有电的联系，又有磁的耦合。n自耦变压器原理图 n电压、电流和功率的关系n自耦变压器的特点v在输出容量相同的情况下，自耦变压器比普通双绕组变压器省铁省铜、尺寸小、质量轻、成本低、损耗小、效率高。v自耦变压器的二次侧也必须采取高压保护，防止高压入侵损坏低压侧的电气设备。返回2021/9/1534淮安信息职业技术学院自耦变压器原理图 返回2
18、021/9/1535淮安信息职业技术学院电压互感器n实质 降压变压器 n用法 工作时，一次侧并接在需测电压的电路上，二次侧接在电压表或功率表的电压线圈上。n 注意事项v电压互感器不能短路，否则将产生很大的电流，导致绕组过热而烧坏。v电压互感器的额定容量是对应精确度确定的，在使用时二次侧所接的阻抗值不能小于规定值，即不能多带电压表或电压线圈。否则电流过大，会降低电压互感器的精确度等级。v铁心和二次侧线圈的一端应牢固接地，以防止因绝缘损坏时二次侧出现高压，危及操作人员的人身安全。返回2021/9/1536淮安信息职业技术学院电流互感器n实质 升压变压器 n用法 工作时，一次侧与被测电流的线路串联，二次侧接电流表或瓦特表的电流线圈。n 注意事项v电流互感器工作时，二次侧不允许开路。v二次侧绕组回路串入的阻抗值不得超过有关技术标准的规定，否则将影响电流互感器的精确度。v二次侧绕组回路串入的阻抗值不得超过有关技术标准的规定，否则将影响电流互感器的精确度。返回2021/9/1537淮安信息职业技术学院