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1、工学chap2变压器的基本作用原理与理论分析 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第一节、变压器的类别、结构和额定值第一节、变压器的类别、结构和额定值 广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺一、变压器的主要类别一、变压器的主要类别一种静止的电机一种静止的电机一种静止的电机一种静止的电机将将将将一种电压的电能转换为另一种电压的电能一种电压的电能转换为另一种电压的电能一种电压的电能转换为另一种电压的电能一种电压的电能转换为另一种电压的电能。1
2、 1、按用途分类：、按用途分类：、按用途分类：、按用途分类：l l电力变压器，电力系统传输电能；电力变压器，电力系统传输电能；电力变压器，电力系统传输电能；电力变压器，电力系统传输电能；l l电炉变压器，专给炼钢炉供电；电炉变压器，专给炼钢炉供电；电炉变压器，专给炼钢炉供电；电炉变压器，专给炼钢炉供电；l l整流变压器，大型电解电镀、直流电力机车供电；整流变压器，大型电解电镀、直流电力机车供电；整流变压器，大型电解电镀、直流电力机车供电；整流变压器，大型电解电镀、直流电力机车供电；l l仪用变压器、控制变压器；仪用变压器、控制变压器；仪用变压器、控制变压器；仪用变压器、控制变压器；l l无线电
3、变压器，仅传输信号。无线电变压器，仅传输信号。无线电变压器，仅传输信号。无线电变压器，仅传输信号。广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺电力变压器变压器的总容量大致相当于发电机容量的三倍。输电过变压器的总容量大致相当于发电机容量的三倍。输电过变压器的总容量大致相当于发电机容量的三倍。输电过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，通常将电压升高，通过高压输电线传送到远方的程中，通常将电压升高，通过高压输电线传送到远方的程中，通常将电压升高，通过高压输电线传送到远方的程中，通常将电压升高，通过高压输电线传送到远方的城市，经过降压变压器降为城市，经过降压变压器降为城市，
4、经过降压变压器降为城市，经过降压变压器降为1010kvkv电压，再经过配电降压电压，再经过配电降压电压，再经过配电降压电压，再经过配电降压变压器分配给用户变压器分配给用户变压器分配给用户变压器分配给用户。输送同样的功率，电压低则电流大，一方面由于大电流输送同样的功率，电压低则电流大，一方面由于大电流输送同样的功率，电压低则电流大，一方面由于大电流输送同样的功率，电压低则电流大，一方面由于大电流在输电线路上引起损耗，另一方面大电流在线路阻抗上在输电线路上引起损耗，另一方面大电流在线路阻抗上在输电线路上引起损耗，另一方面大电流在线路阻抗上在输电线路上引起损耗，另一方面大电流在线路阻抗上产产产产 生
5、大的压降，受电端电压很低，电能传送不出去。生大的压降，受电端电压很低，电能传送不出去。生大的压降，受电端电压很低，电能传送不出去。生大的压降，受电端电压很低，电能传送不出去。只有高电压能将电能输送到远方只有高电压能将电能输送到远方只有高电压能将电能输送到远方只有高电压能将电能输送到远方。配电变压器配电变压器广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺2 2、按变压方式分类、按变压方式分类、按变压方式分类、按变压方式分类升压变压器升压变压器升压变压器升压变压器升高电压的变压器升高电压的变压器升高电压的变压器升高电压的变压器降压变压器降压变压器降压变压器降压变压器降低电压的变压器降低电压
6、的变压器降低电压的变压器降低电压的变压器特殊变压器特殊变压器特殊变压器特殊变压器 ，如试验用高压变压器、电炉用变，如试验用高压变压器、电炉用变，如试验用高压变压器、电炉用变，如试验用高压变压器、电炉用变压器、电焊用变压器、晶闸管线路中的变压器、压器、电焊用变压器、晶闸管线路中的变压器、压器、电焊用变压器、晶闸管线路中的变压器、压器、电焊用变压器、晶闸管线路中的变压器、用于测量仪表的用于测量仪表的用于测量仪表的用于测量仪表的电压互感器电压互感器电压互感器电压互感器和和和和电流互感器电流互感器电流互感器电流互感器等等等等等等等等 广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺3 3、按变压
7、器线圈数目分类、按变压器线圈数目分类、按变压器线圈数目分类、按变压器线圈数目分类v双绕组变压器双绕组变压器，在铁芯中有两个绕组，一个为初级绕组，在铁芯中有两个绕组，一个为初级绕组，一个为次级绕组一个为次级绕组。v自耦变压器，自耦变压器，初级、次级绕组合为一个。初级、次级绕组合为一个。v三绕组变压器，三绕组变压器，三个绕组连接三种不同电压的线路。三个绕组连接三种不同电压的线路。v多绕组变压器，如多绕组变压器，如分裂变压器。分裂变压器。广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺4、按变压器冷却方式分类、按变压器冷却方式分类油浸式变压器油浸式变压器铁芯和绕组都一起浸入铁芯和绕组都一起浸入
8、灌满了变压器油的油箱中，可以加强绝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。（绝缘、冷却）缘和改善冷却散热条件。（绝缘、冷却）干式变压器干式变压器能满足特殊要求，如安全能满足特殊要求，如安全等。等。广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺5、按变压器相数分类、按变压器相数分类单相变压器单相变压器三相变压器三相变压器广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺二、电力变压器的基本结构二、电力变压器的基本结构铁芯铁芯带有绝缘的带有绝缘的绕组绕组变压器变压器油油油箱油箱绝缘绝缘套管套管广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺1、铁芯、铁芯变压器的磁
9、路变压器的磁路电力变压器的铁心是由电力变压器的铁心是由电力变压器的铁心是由电力变压器的铁心是由0.350.35mmmm厚的冷轧硅钢片叠成。厚的冷轧硅钢片叠成。厚的冷轧硅钢片叠成。厚的冷轧硅钢片叠成。减少涡流损耗，提高导磁系数。减少涡流损耗，提高导磁系数。减少涡流损耗，提高导磁系数。减少涡流损耗，提高导磁系数。铁心柱铁心柱铁轭铁轭广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺铁芯的交叠装配铁芯的交叠装配单相变压器铁心叠法，偶数层刚好压着奇数层单相变压器铁心叠法，偶数层刚好压着奇数层单相变压器铁心叠法，偶数层刚好压着奇数层单相变压器铁心叠法，偶数层刚好压着奇数层的接缝，从而减少了磁路的磁阻
10、，使磁路便于的接缝，从而减少了磁路的磁阻，使磁路便于的接缝，从而减少了磁路的磁阻，使磁路便于的接缝，从而减少了磁路的磁阻，使磁路便于流通流通流通流通 接缝处气隙小。接缝处气隙小。接缝处气隙小。接缝处气隙小。可以避免涡流在钢片之间流通。可以避免涡流在钢片之间流通。可以避免涡流在钢片之间流通。可以避免涡流在钢片之间流通。广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺三相芯式变压器的铁心排列法，主要使叠缝相三相芯式变压器的铁心排列法，主要使叠缝相三相芯式变压器的铁心排列法，主要使叠缝相三相芯式变压器的铁心排列法，主要使叠缝相互交叠，从而减少磁路的磁阻。互交叠，从而减少磁路的磁阻。互交叠，从而
11、减少磁路的磁阻。互交叠，从而减少磁路的磁阻。广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺变压器铁心柱的横切面变压器铁心柱的横切面返回广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺2、绕组、绕组变压器的电路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变压器绕组一般为绝缘扁铜线或绝缘圆铜线在绕变压器绕组一般为绝缘扁铜线或绝缘圆铜线在绕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。线模上绕制而成。线模上绕制而成。线模上绕制而成。为便于制造、在电磁力作用下受力均匀以及机械为便于制造、在电磁力作用下受力均匀以及机械为便于制造、在电磁力作用下受力均匀以及机械为便于制
12、造、在电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。性能良好，绕组线圈作成圈形。性能良好，绕组线圈作成圈形。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，变压器可分按照绕组在铁芯中的排列方法分类，变压器可分按照绕组在铁芯中的排列方法分类，变压器可分按照绕组在铁芯中的排列方法分类，变压器可分为为为为铁芯式铁芯式铁芯式铁芯式和和和和铁壳式铁壳式铁壳式铁壳式两类两类两类两类 。绕组基本型式：绕组基本型式：绕组基本型式：绕组基本型式：同芯式，交叠式同芯式，交叠式同芯式，交叠式同芯式，交叠式 （按高低压绕（按高低压绕（按高低压绕（按高低压绕组在铁芯上的排列方式分）组在铁芯上的排列
13、方式分）组在铁芯上的排列方式分）组在铁芯上的排列方式分）广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺（1）单相芯式变压器铁心及绕组）单相芯式变压器铁心及绕组绕组同芯套装在变压器铁心柱上，低压绕组在绕组同芯套装在变压器铁心柱上，低压绕组在绕组同芯套装在变压器铁心柱上，低压绕组在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，以便于内层，高压绕组套装在低压绕组外层，以便于内层，高压绕组套装在低压绕组外层，以便于内层，高压绕组套装在低压绕组外层，以便于绝缘。（铁芯柱被绕组包围）绝缘。（铁芯柱被绕组包围）绝缘。（铁芯柱被绕组包围）绝缘。（铁芯柱被绕组包围）广东工业大
14、学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺（2）铁壳式变压器）铁壳式变压器 变压器的铁芯柱在中间，铁轭在两旁环绕，且把绕组包变压器的铁芯柱在中间，铁轭在两旁环绕，且把绕组包变压器的铁芯柱在中间，铁轭在两旁环绕，且把绕组包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（铁芯包围绕组）围起来（铁芯包围绕组）围起来（铁芯包围绕组）围起来（铁芯包围绕组）结构比较坚固、制造工艺复杂，结构比较坚固、制造工艺复杂，结构比较坚固、制造工艺复杂，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，高压绕组与铁芯柱的距离较近，高压绕组与铁芯柱的距离较近，高压绕组与铁芯柱的距离较近，绝缘也比较困难绝缘
15、也比较困难绝缘也比较困难绝缘也比较困难 。通常应用于电压很低而电流很大通常应用于电压很低而电流很大通常应用于电压很低而电流很大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。的特殊场合，例如，电炉用变压器。的特殊场合，例如，电炉用变压器。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这时巨大的电流流过绕组将使绕组这时巨大的电流流过绕组将使绕组这时巨大的电流流过绕组将使绕组上受到巨大的电磁力，铁壳式结构上受到巨大的电磁力，铁壳式结构上受到巨大的电磁力，铁壳式结构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，使能可以加强对绕组的机械支撑，使能可以加强对绕组的机
16、械支撑，使能可以加强对绕组的机械支撑，使能承受较大的电磁力。承受较大的电磁力。承受较大的电磁力。承受较大的电磁力。广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺（3）绕组的基本型式）绕组的基本型式同芯式同芯式同芯式同芯式铁芯式变压器常用。高压绕组和低压绕铁芯式变压器常用。高压绕组和低压绕铁芯式变压器常用。高压绕组和低压绕铁芯式变压器常用。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组均做成圆筒形，然后同芯地套在铁芯柱上组均做成圆筒形，然后同芯地套在铁芯柱上组均做成圆筒形，然后同芯地套在铁芯柱上 。（低压绕组靠近铁芯，高压绕组套在低压绕组外（低压绕组靠近铁芯，高压绕组套在低压绕
17、组外（低压绕组靠近铁芯，高压绕组套在低压绕组外（低压绕组靠近铁芯，高压绕组套在低压绕组外面）面）面）面）交叠式交叠式交叠式交叠式 铁壳式变压器常用。高压绕组和低压绕铁壳式变压器常用。高压绕组和低压绕铁壳式变压器常用。高压绕组和低压绕铁壳式变压器常用。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组各分为若干个线饼，沿着铁芯柱的高度交错地组各分为若干个线饼，沿着铁芯柱的高度交错地组各分为若干个线饼，沿着铁芯柱的高度交错地排列着排列着排列着排列着 。（高低压绕组交替放置在铁芯上）。（高低压绕组交替放置在铁芯上）。（高低压绕组交替放置在铁芯上）。（高低压绕组交替放置在铁芯上）返回广东工业
18、大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺3 3、变压器油、变压器油、变压器油、变压器油冷却、绝缘冷却、绝缘冷却、绝缘冷却、绝缘电力变压器绕组与铁心装配完后用夹件紧固，形成变压器电力变压器绕组与铁心装配完后用夹件紧固，形成变压器电力变压器绕组与铁心装配完后用夹件紧固，形成变压器电力变压器绕组与铁心装配完后用夹件紧固，形成变压器的器芯。变压器器芯装在油箱内，油箱内充满变压器油。的器芯。变压器器芯装在油箱内，油箱内充满变压器油。的器芯。变压器器芯装在油箱内，油箱内充满变压器油。的器芯。变压器器芯装在油箱内，油箱内充满变压器油。变压器油是一种矿物油，具有很好的绝缘性能。变压器油变压器油是一种矿物
19、油，具有很好的绝缘性能。变压器油变压器油是一种矿物油，具有很好的绝缘性能。变压器油变压器油是一种矿物油，具有很好的绝缘性能。变压器油起两个作用：起两个作用：起两个作用：起两个作用：（1 1 1 1）绝缘：绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间。）绝缘：绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间。）绝缘：绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间。）绝缘：绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间。（2 2 2 2）散热：热量通过油箱壳散发，油箱有许多散热油管，）散热：热量通过油箱壳散发，油箱有许多散热油管，）散热：热量通过油箱壳散发，油箱有许多散热油管，）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
20、强迫油循环，外部用变压以增大散热面积。采用内部油泵强迫油循环，外部用变压以增大散热面积。采用内部油泵强迫油循环，外部用变压以增大散热面积。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。器风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱。器风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱。器风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱。广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺机械支撑、冷却散热机械支撑、冷却散热机械支撑、冷却散热机械支撑、冷却散热 变压器运行时产生热量，使变压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器油膨胀，储油柜中变压器油上升，温度低时下降。升，温度低时下降。储油柜使
21、变压器油与空气接触面储油柜使变压器油与空气接触面较少，较少，减缓了变压器油的氧化过减缓了变压器油的氧化过程及吸收空气中的水分的速度。程及吸收空气中的水分的速度。保护作用保护作用当变压器出现故障时，产生的热量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，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。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，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，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。冲出变压器油箱，避免油箱爆裂。返回4、油箱、油箱广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系
22、刘艺刘艺5、绝缘套管、绝缘套管 绝缘套管由中心导电杆与瓷套组成。导电杆绝缘套管由中心导电杆与瓷套组成。导电杆绝缘套管由中心导电杆与瓷套组成。导电杆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穿过变压器油箱、在油箱内的一端与线圈的穿过变压器油箱、在油箱内的一端与线圈的穿过变压器油箱、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。端点联接，在外面的一端与外线路联接。端点联接，在外面的一端与外线路联接。端点联接，在外面的一端与外线路联接。在瓷套和导电杆间留有一道充油层在瓷套和导电杆间留有一道充油层在瓷套和导电杆间留有一道充油层在瓷套和导电杆间留有一道充油层
23、充油充油充油充油套管套管套管套管当电压等级更高时，在瓷套内腔中常环绕着当电压等级更高时，在瓷套内腔中常环绕着当电压等级更高时，在瓷套内腔中常环绕着当电压等级更高时，在瓷套内腔中常环绕着导电杆包上几层绝缘纸简，在每个绝缘纸简导电杆包上几层绝缘纸简，在每个绝缘纸简导电杆包上几层绝缘纸简，在每个绝缘纸简导电杆包上几层绝缘纸简，在每个绝缘纸简上贴附有一层铝箔，则沿着套管的径向距离，上贴附有一层铝箔，则沿着套管的径向距离，上贴附有一层铝箔，则沿着套管的径向距离，上贴附有一层铝箔，则沿着套管的径向距离，绝缘层和铝箔层构成串联电容器，使瓷套与绝缘层和铝箔层构成串联电容器，使瓷套与绝缘层和铝箔层构成串联电容器
24、，使瓷套与绝缘层和铝箔层构成串联电容器，使瓷套与导电杆间的电场分布均匀。导电杆间的电场分布均匀。导电杆间的电场分布均匀。导电杆间的电场分布均匀。套管外形常做成伞形，电压愈高、级数愈多。套管外形常做成伞形，电压愈高、级数愈多。套管外形常做成伞形，电压愈高、级数愈多。套管外形常做成伞形，电压愈高、级数愈多。返回广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺三、变压器的额定值三、变压器的额定值三、变压器的额定值三、变压器的额定值 1 1、额定容量、额定容量、额定容量、额定容量S SN N制造厂所规定的在额定条制造厂所规定的在额定条制造厂所规定的在额定条制造厂所规定的在额定条件下使用时输出能力
25、的保证值。单位为件下使用时输出能力的保证值。单位为件下使用时输出能力的保证值。单位为件下使用时输出能力的保证值。单位为VAVA或或或或kVAkVA。对对对对三相变压器指三相的总容量三相变压器指三相的总容量三相变压器指三相的总容量三相变压器指三相的总容量。由于效率高，原、副方的额定容量设计成相等，由于效率高，原、副方的额定容量设计成相等，由于效率高，原、副方的额定容量设计成相等，由于效率高，原、副方的额定容量设计成相等，与体积、用铜量有关。与体积、用铜量有关。与体积、用铜量有关。与体积、用铜量有关。广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺2 2、额定电压、额定电压、额定电压、额定电
26、压由制造厂所规定的变压器由制造厂所规定的变压器由制造厂所规定的变压器由制造厂所规定的变压器在空载时额在空载时额在空载时额在空载时额定分接头上的电压保证值定分接头上的电压保证值定分接头上的电压保证值定分接头上的电压保证值。单位为。单位为。单位为。单位为V V或或或或kVkV。当变压器初级侧在额定分接头处接有额定电压当变压器初级侧在额定分接头处接有额定电压当变压器初级侧在额定分接头处接有额定电压当变压器初级侧在额定分接头处接有额定电压U U1N1N，次次次次级侧空载电压即为次级侧额定电压级侧空载电压即为次级侧额定电压级侧空载电压即为次级侧额定电压级侧空载电压即为次级侧额定电压U U2N2N。对三相
27、变压器，对三相变压器，对三相变压器，对三相变压器，铭牌上的额定电压指线电压。铭牌上的额定电压指线电压。铭牌上的额定电压指线电压。铭牌上的额定电压指线电压。3 3、额定电流、额定电流、额定电流、额定电流额定容量除以各绕组的额定电压所计额定容量除以各绕组的额定电压所计额定容量除以各绕组的额定电压所计额定容量除以各绕组的额定电压所计算出来的算出来的算出来的算出来的线电流值线电流值线电流值线电流值。单位用单位用单位用单位用A A或或或或kAkA。电力变压器电力变压器电力变压器电力变压器的额定频率是的额定频率是的额定频率是的额定频率是5050HzHz 变压器的额定值变压器的额定值广东工业大学电力工程系广
28、东工业大学电力工程系 刘艺刘艺额定值的关系额定值的关系额定值的关系额定值的关系单相变压器单相变压器单相变压器单相变压器三相变压器三相变压器三相变压器三相变压器返回广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺第二节第二节 变压器的发热和冷却变压器的发热和冷却 一、变压器的发热一、变压器的发热一、变压器的发热一、变压器的发热假定：假定：假定：假定：铁芯和各个绕组都是独立的发热单位铁芯和各个绕组都是独立的发热单位铁芯和各个绕组都是独立的发热单位铁芯和各个绕组都是独立的发热单位。即。即。即。即认为铁芯的发热仅来源于认为铁芯的发热仅来源于认为铁芯的发热仅来源于认为铁芯的发热仅来源于铁芯损耗铁芯
29、损耗铁芯损耗铁芯损耗，各绕组的发，各绕组的发，各绕组的发，各绕组的发热来源于各自的热来源于各自的热来源于各自的热来源于各自的铜耗铜耗铜耗铜耗，它们相互间并没有热量交，它们相互间并没有热量交，它们相互间并没有热量交，它们相互间并没有热量交换。换。换。换。由于油的对流作用，油在受热后将上升、而在冷由于油的对流作用，油在受热后将上升、而在冷由于油的对流作用，油在受热后将上升、而在冷由于油的对流作用，油在受热后将上升、而在冷却后又将下降。油浸变压器中，沿着油箱高度，却后又将下降。油浸变压器中，沿着油箱高度，却后又将下降。油浸变压器中，沿着油箱高度，却后又将下降。油浸变压器中，沿着油箱高度，上部的温度要
30、比下部的温度略高。上部的温度要比下部的温度略高。上部的温度要比下部的温度略高。上部的温度要比下部的温度略高。广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺油浸变压器的绕组均用油浸变压器的绕组均用油浸变压器的绕组均用油浸变压器的绕组均用A A级绝缘级绝缘级绝缘级绝缘。根据我国的气。根据我国的气。根据我国的气。根据我国的气候情况，国家标准规定以候情况，国家标准规定以候情况，国家标准规定以候情况，国家标准规定以+40+40作为周围环境空作为周围环境空作为周围环境空作为周围环境空气的最高温度，并据此规定变压器各部分的容许气的最高温度，并据此
31、规定变压器各部分的容许气的最高温度，并据此规定变压器各部分的容许气的最高温度，并据此规定变压器各部分的容许温升温升温升温升 绕组最高允许温度为绕组最高允许温度为105 广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺二、变压器的冷却二、变压器的冷却常用冷却介质常用冷却介质常用冷却介质常用冷却介质油（油浸式）、空气（干式）油（油浸式）、空气（干式）油（油浸式）、空气（干式）油（油浸式）、空气（干式）冷却方式冷却方式冷却方式冷却方式油浸自冷式；油浸风冷式油浸自冷式；油浸风冷式油浸自冷式；油浸风冷式油浸自冷式；油浸风冷式(人工通风人工通风人工通风人工通风)；强制油循环冷却式；强制油循环冷却式；
32、强制油循环冷却式；强制油循环冷却式 油箱形式油箱形式油箱形式油箱形式 平滑油箱：平滑油箱：平滑油箱：平滑油箱：5050kVAkVA 波形油箱波形油箱波形油箱波形油箱 管形油箱：管形油箱：管形油箱：管形油箱：200200kVAkVA 散热器油箱：散热器油箱：散热器油箱：散热器油箱：2500 63002500 6300kVAkVA返回广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺作业2-12-2注意星形，三角形连接广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺第三节第三节 空载运行空载运行概念：概念：空载空载指一侧绕组接到电源（初级指一侧绕组接到电源（初级 1），另一侧绕组），另一
33、侧绕组（次级（次级 2）开路。）开路。一、电磁物理现象电磁物理现象二、正方向的规定二、正方向的规定三、三、感应电动势、变比感应电动势、变比四、励磁电流四、励磁电流五、励磁特性的电路模型励磁特性的电路模型六、漏抗六、漏抗七、电路方程相量图、等效电路七、电路方程相量图、等效电路广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺一、电磁物理现象一、电磁物理现象空载电流空载电流i0，i1i0。全部用以励磁全部用以励磁励磁电流励磁电流im，i0im励磁电流产生励磁电流产生励磁磁势励磁磁势imN1，建立交变磁场。建立交变磁场。广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺原边绕组电流原边绕组电
34、流原边绕组电流原边绕组电流i i0 0为空载电流，产生空为空载电流，产生空为空载电流，产生空为空载电流，产生空载励磁磁势载励磁磁势载励磁磁势载励磁磁势F F0 0=I=I0 0NN1 1,再由再由再由再由F F0 0产生磁通。产生磁通。产生磁通。产生磁通。磁通分为两部分磁通分为两部分磁通分为两部分磁通分为两部分主磁通主磁通主磁通主磁通流径闭合铁心，磁阻小，流径闭合铁心，磁阻小，流径闭合铁心，磁阻小，流径闭合铁心，磁阻小，同时匝链了原边和副边绕组同时匝链了原边和副边绕组同时匝链了原边和副边绕组同时匝链了原边和副边绕组,并感应出电并感应出电并感应出电并感应出电势势势势e e1 1和和和和e e2
35、2。是变压器传递能量的主要媒介。是变压器传递能量的主要媒介。是变压器传递能量的主要媒介。是变压器传递能量的主要媒介原边绕组漏磁通原边绕组漏磁通原边绕组漏磁通原边绕组漏磁通11，仅与原边绕组匝仅与原边绕组匝仅与原边绕组匝仅与原边绕组匝链，通过变压器油或空气形成闭路，磁阻链，通过变压器油或空气形成闭路，磁阻链，通过变压器油或空气形成闭路，磁阻链，通过变压器油或空气形成闭路，磁阻大，不传递功率。大，不传递功率。大，不传递功率。大，不传递功率。变压器铁心由高导磁材料硅钢片制成（导磁系数变压器铁心由高导磁材料硅钢片制成（导磁系数变压器铁心由高导磁材料硅钢片制成（导磁系数变压器铁心由高导磁材料硅钢片制成（
36、导磁系数 r r 2000)2000)，大部分磁通都在铁芯中流动，主磁通约占总，大部分磁通都在铁芯中流动，主磁通约占总，大部分磁通都在铁芯中流动，主磁通约占总，大部分磁通都在铁芯中流动，主磁通约占总磁通的磁通的磁通的磁通的9999强，漏磁通占总磁通的强，漏磁通占总磁通的强，漏磁通占总磁通的强，漏磁通占总磁通的1 1弱。弱。弱。弱。广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺（1 1 1 1）磁场的磁通）磁场的磁通）磁场的磁通）磁场的磁通分为主磁通和漏磁通两部分分为主磁通和漏磁通两部分分为主磁通和漏磁通两部分分为主磁通和漏磁通两部分磁路不同，因而磁阻不同。磁路不同，因而磁阻不同。磁路不
37、同，因而磁阻不同。磁路不同，因而磁阻不同。主磁通主磁通主磁通主磁通 同时交链初级、次级绕组，又称为同时交链初级、次级绕组，又称为同时交链初级、次级绕组，又称为同时交链初级、次级绕组，又称为互磁通，路径为沿铁芯而闭合的磁路，磁阻较互磁通，路径为沿铁芯而闭合的磁路，磁阻较互磁通，路径为沿铁芯而闭合的磁路，磁阻较互磁通，路径为沿铁芯而闭合的磁路，磁阻较小。小。小。小。漏磁通漏磁通漏磁通漏磁通 1 1 只交链初级绕组，称初级侧漏磁只交链初级绕组，称初级侧漏磁只交链初级绕组，称初级侧漏磁只交链初级绕组，称初级侧漏磁通，它所行经的路径大部分为非磁性物质，磁通，它所行经的路径大部分为非磁性物质，磁通，它所行
38、经的路径大部分为非磁性物质，磁通，它所行经的路径大部分为非磁性物质，磁阻较大。阻较大。阻较大。阻较大。功能不同功能不同功能不同功能不同。主磁通通过互感作用传递功率，漏磁通不传递主磁通通过互感作用传递功率，漏磁通不传递主磁通通过互感作用传递功率，漏磁通不传递主磁通通过互感作用传递功率，漏磁通不传递功率。只起压降的作用。功率。只起压降的作用。功率。只起压降的作用。功率。只起压降的作用。广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺（2 2）电磁物理现象）电磁物理现象 与与与与 1 1 都是都是都是都是交变磁通交变磁通交变磁通交变磁通在绕组中感应在绕组中感应在绕组中感应在绕组中感应交变电势交
39、变电势交变电势交变电势2-7 广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺二、正方向的规定二、正方向的规定箭头方向表示正方向箭头方向表示正方向规定电流的正方向与该电流所产生的磁通正方向符合规定电流的正方向与该电流所产生的磁通正方向符合“右手螺旋右手螺旋”定则，规定磁通的正方向与其感应电势的正定则，规定磁通的正方向与其感应电势的正方向符合方向符合“右手螺旋右手螺旋”定则。定则。电源侧：电流正方向与电势正方向一致电源侧：电流正方向与电势正方向一致。负载侧负载侧：电流正方向与电压降正方向一致电流正方向与电压降正方向一致。广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺方向规定：电压方
40、向规定：电压方向规定：电压方向规定：电压u u1 1与电流与电流与电流与电流i i0 0同同同同方向，磁通正方向与电流正方向方向，磁通正方向与电流正方向方向，磁通正方向与电流正方向方向，磁通正方向与电流正方向符合右手螺旋定则，符合右手螺旋定则，符合右手螺旋定则，符合右手螺旋定则，e e的正方向的正方向的正方向的正方向与电流同方向。这样与电流同方向。这样与电流同方向。这样与电流同方向。这样e e1 1=N N1 1d/dtd/dt成立。（负载支路电流正方向同电成立。（负载支路电流正方向同电成立。（负载支路电流正方向同电成立。（负载支路电流正方向同电压降正方向）压降正方向）压降正方向）压降正方向）
41、例如：例如：例如：例如：正在增加，正在增加，正在增加，正在增加，d/dtd/dt为正，为正，为正，为正，e e1 1 N N1 1d/dtd/dt0 0为负，若外电路能使为负，若外电路能使为负，若外电路能使为负，若外电路能使e e1 1产生电流，其产生电流，其产生电流，其产生电流，其电流方向必与电流方向必与电流方向必与电流方向必与i i0 0正方向相反，该电流产生磁通正方向相反，该电流产生磁通正方向相反，该电流产生磁通正方向相反，该电流产生磁通，与与与与方向相反，起阻止方向相反，起阻止方向相反，起阻止方向相反，起阻止增加的作用，即符合楞次定律。增加的作用，即符合楞次定律。增加的作用，即符合楞次
42、定律。增加的作用，即符合楞次定律。广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺三、感应电动势、电压变比三、感应电动势、电压变比广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺变比变比变比变比初级电压与次级初级电压与次级初级电压与次级初级电压与次级空载时空载时空载时空载时端点电压端点电压端点电压端点电压之比之比之比之比。电压变比电压变比电压变比电压变比k k 决定于初级、次级绕组匝数比。决定于初级、次级绕组匝数比。决定于初级、次级绕组匝数比。决定于初级、次级绕组匝数比。略去电阻压降和漏磁电势略去电阻压降和漏磁电势略去电阻压降和漏磁电势略去电阻压降和漏磁电势 2、电压变比、电压变比
43、广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺四、激磁（励磁）电流的三个分量四、激磁（励磁）电流的三个分量忽忽忽忽略略略略电电电电阻阻阻阻压压压压降降降降和和和和漏漏漏漏磁磁磁磁电电电电势势势势，则则则则U U U U1 1 1 1E E E E1 1 1 14.44fN4.44fN4.44fN4.44fN1 1 1 1 m m m m。mm U U1 1即即即即：当当当当外外外外施施施施电电电电压压压压U U1 1为为为为定定定定值值值值，主主主主磁磁磁磁通通通通 mm也也也也为为为为一定值一定值一定值一定值问问问问题题题题：一一一一台台台台结结结结构构构构已已已已定定定定的的的的变
44、变变变压压压压器器器器当当当当外外外外施施施施电电电电压压压压为为为为已已已已知知知知，需需需需要要要要电电电电源源源源提提提提供供供供多多多多大大大大的的的的励励励励磁磁磁磁电电电电流流流流呢呢呢呢?励励励励磁磁磁磁电电电电流流流流包包包包括括括括哪哪哪哪些成分呢些成分呢些成分呢些成分呢?答答答答：决决决决定定定定于于于于变变变变压压压压器器器器的的的的铁铁铁铁芯芯芯芯材材材材料料料料及及及及铁铁铁铁芯芯芯芯几几几几何何何何尺尺尺尺寸寸寸寸。因因因因为为为为铁铁铁铁芯芯芯芯材材材材料料料料是是是是磁磁磁磁性性性性物物物物质质质质，励励励励磁磁磁磁电电电电流流流流的的的的大大大大小小小小和和和
45、和波波波波形将受磁路饱和、磁滞及涡流的影响。形将受磁路饱和、磁滞及涡流的影响。形将受磁路饱和、磁滞及涡流的影响。形将受磁路饱和、磁滞及涡流的影响。广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺(一一)磁路饱和影响磁路饱和影响当当BmBm0.8T0.8T，磁磁路末饱和状态、路末饱和状态、磁化曲线磁化曲线 f f(i(i0 0)呈线性，导呈线性，导磁率是常数。磁率是常数。当当 按正弦变按正弦变化，化，i i0 0亦按正弦亦按正弦变化。变化。广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺磁路饱和影响（续）磁路饱和影响（续）磁路饱和影响（续）磁路饱和影响（续）如如如如B Bmm0.8T
46、0.8T，磁路开始饱和，磁路开始饱和，磁路开始饱和，磁路开始饱和，f(if(i0 0)呈非线呈非线呈非线呈非线性，随性，随性，随性，随i i增大导磁率逐渐变小。磁通增大导磁率逐渐变小。磁通增大导磁率逐渐变小。磁通增大导磁率逐渐变小。磁通 为正弦波，为正弦波，为正弦波，为正弦波，i i0 0为尖顶波，尖顶的大小取决于饱和程度。为尖顶波，尖顶的大小取决于饱和程度。为尖顶波，尖顶的大小取决于饱和程度。为尖顶波，尖顶的大小取决于饱和程度。对尖顶波进行波形分析，除基波分量外，包含对尖顶波进行波形分析，除基波分量外，包含对尖顶波进行波形分析，除基波分量外，包含对尖顶波进行波形分析，除基波分量外，包含有各奇
47、次谐波有各奇次谐波有各奇次谐波有各奇次谐波。其中以。其中以。其中以。其中以3 3次谐波幅值最大。次谐波幅值最大。次谐波幅值最大。次谐波幅值最大。用等效正弦波电流替代实际尖顶波电流。等效用等效正弦波电流替代实际尖顶波电流。等效用等效正弦波电流替代实际尖顶波电流。等效用等效正弦波电流替代实际尖顶波电流。等效原则：令等效正弦波与尖顶波有相同的有效值，原则：令等效正弦波与尖顶波有相同的有效值，原则：令等效正弦波与尖顶波有相同的有效值，原则：令等效正弦波与尖顶波有相同的有效值，与尖顶波的基波分量有相同频率且同相位。与尖顶波的基波分量有相同频率且同相位。与尖顶波的基波分量有相同频率且同相位。与尖顶波的基波
48、分量有相同频率且同相位。广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺磁路饱和影响磁路饱和影响此时未考虑铁此时未考虑铁此时未考虑铁此时未考虑铁芯损耗，励磁芯损耗，励磁芯损耗，励磁芯损耗，励磁电流仅含电流仅含电流仅含电流仅含磁化磁化磁化磁化电流分量电流分量电流分量电流分量I I ，I I 与与与与 mm同相同相同相同相位。位。位。位。I I 滞后于滞后于滞后于滞后于-E E1 1 9090 ，I I 具有具有具有具有无功电流性质，无功电流性质，无功电流性质，无功电流性质，它是励磁电流它是励磁电流它是励磁电流它是励磁电流的主要成分的主要成分的主要成分的主要成分。广东工业大学电力工程系广东工
49、业大学电力工程系 刘艺刘艺(二二)磁滞现象的影响磁滞现象的影响励磁电流是不对称尖顶波，把它分解成两个分励磁电流是不对称尖顶波，把它分解成两个分励磁电流是不对称尖顶波，把它分解成两个分励磁电流是不对称尖顶波，把它分解成两个分量。量。量。量。（1 1）对称的尖顶波，它是磁路饱和所引起的，）对称的尖顶波，它是磁路饱和所引起的，）对称的尖顶波，它是磁路饱和所引起的，）对称的尖顶波，它是磁路饱和所引起的，即磁化电流分量即磁化电流分量即磁化电流分量即磁化电流分量I I 。（2 2）近似正弦波，电流分量）近似正弦波，电流分量）近似正弦波，电流分量）近似正弦波，电流分量I Ih h，频率为基波频，频率为基波频
50、，频率为基波频，频率为基波频率，率，率，率，磁滞电流分量磁滞电流分量磁滞电流分量磁滞电流分量，I Ih h与与与与-E E1 1同相位，是同相位，是同相位，是同相位，是有功分有功分有功分有功分量电流量电流量电流量电流。广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺磁滞现象的影响磁滞现象的影响广东工业大学电力工程系广东工业大学电力工程系 刘艺刘艺(三三)涡流对励磁电流的影响涡流对励磁电流的影响交交交交变变变变磁磁磁磁通通通通不不不不仅仅仅仅在在在在绕绕绕绕组组组组中中中中感感感感应应应应电电电电势势势势，也也也也在在在在铁铁铁铁芯芯芯芯中中中中感感感感应应应应电电电电势势势势，从从从从而