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1、第2章变压器第1页，此课件共51页哦2.1变压器的基本工作原理及结构作用：电力变压器是应用电磁感应原理，在频率不变的基础上将电压升高或降低，以利于电力的输送、分配和使用。第2页，此课件共51页哦分类(1)电力变压器按功能分，有升压变压器和降压变压器两大类(2)电力变压器按相数分，有三相变压器和单相变压器(3)电力变压器按结构型式分，有心式变压器和壳式变压器。(4)电力变压器按调压方式分，有无励磁调压和有载调压变压器两大类。(5)电力变压器按绕组数目分，有双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器三大类。(6)电力变压器按冷却介质分，有干式、油浸式和充气式等。而油浸式变压器又分为油浸自冷式、油浸风冷
2、式和强迫油循环风冷（或水冷）三种类型。(7)电力变压器按其绕组导体材料分，有铜绕组和铝绕组两种类型第3页，此课件共51页哦k为变压器的变比2.1.1变压器的基本工作原理第4页，此课件共51页哦2.1.2变压器的基本结构1-高压套管2-分接开关3-低压套管4-气体继电器5-防爆管6-储油柜7-油位表8-呼吸器9-散热器10-铭牌11-接地螺栓12-油样阀门13-放油阀门14-蝶阀15-绕组16-信号温度计17-铁心18-净油器19-油箱20-变压器油第5页，此课件共51页哦1）铁心铁心是变压器的磁路部分，为了提高磁路的导磁率和降低铁心的涡流损耗，铁心采用了高导磁率的冷轧硅钢片，其厚度一般为0.2
3、50.35mm。硅钢片表面涂有绝缘漆，主要是为了降低涡流损耗。小容量变压器一般做成方形或长方形，而大型变压器为了节省材料和充分利用线圈内圆空间，铁心的截面都做成多级阶梯形，并在铁心中设计了散热油道，将铁心运行时产生的热量通过绝缘油循环带走，达到良好的冷却效果。第6页，此课件共51页哦2）绕组绕组是变压器的电路部分，它一般用绝缘的铜或铝导线绕制。绕制线圈的导线必须是包扎绝缘，最常用的是纸包绝缘，也有采用漆包线直接绕制的。电力变压器的绕组采用同心式结构第7页，此课件共51页哦3）油箱与冷却装置。变压器的器身浸在充满变压器油的油箱里。变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质，变压器油受热后形成对流，将铁心
4、和绕组的热量带到箱壁及冷却装置，再散发到周围空气中。变压器的冷却装置是将变压器在运行中产生的热量散发出去，以保证变压器安全运行。变压器的冷却介质有变压器油和空气，干式变压器直接由空气进行冷却，油浸变压器通过油的循环将变压器内部的热量带到冷却装置，再由冷却装置将热量散发到空气中。第8页，此课件共51页哦4）绝缘套管变压器套管是将线圈的高、低压引线引到箱外的绝缘装置，它起到引线对地（外壳）绝缘和固定引线的作用。套管装于箱盖上，中间穿有导电杆，套管下端伸进油箱与绕组引线相连，套管上部露出箱外，与外电路连接。第9页，此课件共51页哦5）保护装置储油柜吸湿器净油器气体继电器防爆管事故排油阀门温度计油标第
5、10页，此课件共51页哦6）分接开关为了使配电系统得到稳定的电压，必要时需要利用变压器调压。变压器调压的方法是在高压侧（中压侧）绕组上设置分接开关，用以改变线圈匝数，从而改变变压器的变压比，进行电压调整。抽出分接的这部分线圈电路称为调压电路，这种调压的装置，称为分接开关，或称调压开关，俗称“分接头”。第11页，此课件共51页哦2.1.3电力变压器的联结组别（1）电力变压器的联结组别，是指变压器一、二次绕组因联结方式不同而形成变压器一、二次侧对应的线电压之间的不同相位关系。（2）为了形象地表示一、二次绕组线电压之间的关系，采用“时钟表示法”：即把一次绕组的线电压作为时钟的长针，并固定在“12”上
6、，二次绕组的线电压作为时钟的短针，短针所指的数字即为三相变压器的联结组别的标号，该标号也是将二次侧绕组的线电压滞后于一次侧绕组线电压的相位差除以30所得的值。第12页，此课件共51页哦1）Yyn0联结的配电变压器第13页，此课件共51页哦2）Dynll联结的配电变压器第14页，此课件共51页哦2.1.4变压器的铭牌数据及额定值1.变压器的型号如SFPSZ-250000/220是三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压变压器，其额定容量为250000KVA，高压侧的额定电压为220KV。第15页，此课件共51页哦2.变压器的技术参数变压器的技术参数第16页，此课件共51页哦第17页，此课件共51页哦
7、第18页，此课件共51页哦2.2变压器的空载运行及等效电路变压器的空载运行及等效电路1.变压器空载运行的电磁关系变压器空载运行的电磁关系磁通绝大部分沿铁心闭合，一般主磁通可占总磁通的99%以上在一、二次绕组中感应电动势，起到了传递能量的作用只交链于一次绕组、以非磁性介质（空气或油）作闭合回路的磁通漏磁通仅占1%以下，仅在一次绕组中感应一次漏磁电动势，仅起到漏抗压降的作用第19页，此课件共51页哦2.变压器各电磁量参考方向的规定第20页，此课件共51页哦第21页，此课件共51页哦3.感应电动势（1）主磁通感应的电动势设主磁通按正弦规律变化，即0=m sint式中，m为主磁通的幅值；=2f为磁通变
8、化的角频率。一、二次绕组感应电动势的瞬时值瞬时值为当主磁通按正弦规律变化时，它所产生的感应电动势也按正弦规律变化，但在时间、相位上滞后于主磁通90。第22页，此课件共51页哦一、二次感应电动势的有效值有效值分别为一、二次感应电动势的相量表达式相量表达式分别为由此可知，一、二次感应电动势的大小与电源频率、绕组匝数及主由此可知，一、二次感应电动势的大小与电源频率、绕组匝数及主磁通最大值成正比，在相位上滞后于主磁通磁通最大值成正比，在相位上滞后于主磁通90。第23页，此课件共51页哦（2）漏磁通感应的电动势漏磁感应电动势也可用漏抗压降的形式表示第24页，此课件共51页哦4.空载电流空载电流越小越好。
9、相同容量的变压器，其铁心的导磁性能越好，空载电流就越小。空载电流的大小一般用I0%表示，是变压器的主要技术参数之一第25页，此课件共51页哦5.变压器空载运行时的电动势平衡方程变压器空载运行时的电动势平衡方程一次侧的电动势平衡方程第26页，此课件共51页哦重要公式变压器的主磁通和电源的电压成正比，和电源的频率成反比，和一次侧的匝数成反比，而与磁路所用材料的性质和尺寸无关。那么，变压器为什么还要装铁心呢？第27页，此课件共51页哦5.变压器空载运行时的电动势平衡方程变压器空载运行时的电动势平衡方程第28页，此课件共51页哦6.变压器空载时的等效电路变压器空载时的等效电路第29页，此课件共51页哦
10、7.变压器的变比对于单相变压器，变比为一、二次侧绕组的主电动势的比，也为一、二次侧绕组匝数的比。即：对于三相变压器，变比为一、二次侧绕组的相电动势的比，近似为一、二次侧额定相电压之比。而三相变压器的额定电压为线电压，所以：第30页，此课件共51页哦2.3变压器的负载运行及等效电路1.负载运行时的磁动势平衡方程第31页，此课件共51页哦磁动势平衡方程的电流表示形式第32页，此课件共51页哦2.负载运行时的电动势平衡方程负载运行时的电动势平衡方程第33页，此课件共51页哦3.变压器负载运行的等效电路将二次侧的量折算到一次侧折算后必须保证原变压器的电磁关系不变各功率和损耗不变。第34页，此课件共51
11、页哦1）T型等效电路在T型等效电路中，R1为一次侧绕组的电阻；X1为一次侧的漏电抗，对应于一次侧的漏磁通；二次侧的电阻折算到一次侧的值，为二次侧的漏电抗折算到一次侧的值，它对应于二次侧的漏磁通；Rm和Xm的串联支路为变压器的励磁支路，Rm为励磁电阻，对应于铁损耗的等效电阻；Xm为励磁电抗，对应于主磁通的电抗。第35页，此课件共51页哦1）T型等效电路第36页，此课件共51页哦2）简化等效电路第37页，此课件共51页哦2.4实训：变压器的参数的测定1.实训目的实训目的1）通过空载试验测定变压器的变比和参数Rm、Xm和Zm。2）通过短路试验测定变压器的参数RK、XK、ZK。3）学会用测出的参数画出
12、变压器的T形等效电路图。2.实训项目实训项目1）空载试验。测取空载特性U0=f(I0)，P0=f(U0)，。2）短路试验。测取短路特性UK=f(IK)，PK=f(IK)，。第38页，此课件共51页哦3.试验步骤试验步骤（1）空载试验1）在三相调压交流电源断电的条件下，按图2-12接线。被测单相变压器，其额定容量PN=77W，U1N/U2N=220/55V，I1N/I2N=0.35/1.4A。变压器的低压线圈a、x接电源，高压线圈A、X开路。需要注意的是：空载试验可以在任何一侧做，为了试验安全，通常空载试验在低压侧进行。第39页，此课件共51页哦2）选好所有电表量程。将控制屏左侧调压器旋钮向逆时
13、针方向旋转到底，即将其调到输出电压为零的位置。3）合上交流电源总开关，按下“开”按钮，便接通了三相交流电源。调节三相调压器旋钮，使变压器空载电压U0=1.2UN，然后逐次降低电源电压，在1.20.2UN的范围内，测取变压器的U0、I0、P0。4）测取数据时，U=UN点必须测，并在该点附近测的点较密，共测取数据78组。记录于表2-1中。5）为了计算变压器的变比，在UN以下测取原方电压的同时测出副方电压数据也记录于表2-1中。第40页，此课件共51页哦6）空载试验数据分析1，计算变比。由空载试验测变压器的一、二次侧电压的数据，计算出变比，然后取其平均值作为变压器的变比k（k=UAX/Uax）。2，
14、绘出空载特性曲线I0=f(U0)，P0=f(U0)，=f(U0)。3，计算励磁参数Rm、Xm和Zm。从空载特性曲线上查出对应于U0=UN时的I0和P0值。注意注意：因空载电流、铁心损耗及励磁阻抗均随电压的大小而变化，即与铁心的饱和程度有关，所以空载电流和空载功率应取额定电压时的值，以此来计算励磁阻抗。若要求取折算到高压侧的励磁阻抗，必须将试验求取的低压侧的值乘以变比的平方，即高压侧的值分别为第41页，此课件共51页哦（2）短路试验1）切断三相调压交流电源，按图接线（以后每次改接线路，都要关断电源）。将变压器的高压线圈接电源，低压线圈直接短路。注意：短路试验也可以再任何一侧做，为试验安全，短路试
15、验通常在高压侧进行；短路试验操作要快，否则线圈发热引起电阻变化。2）选好所有电表量程，将交流调压器旋钮调到输出电压为零的位置。3）接通交流电源，逐次缓慢增加输入电压，直到短路电流等于1.1IN为止，在（0.21.1）IN范围内测取变压器的UK、IK、PK。4）测取数据时，IK=IN点必须测，共测取数据67组记录于表2-2中。试验时记下周围环境温度()。第42页，此课件共51页哦5）短路试验数据分析1，绘出短路特性曲线UK=f(IK)、PK=f(IK)、=f(IK)。2，计算短路参数。从短路特性曲线上查出对应于短路电流IK=IN时的UK和PK值。由于短路试验时外加电压比额定值低很多，铁心中的主磁
16、通很小，铁损耗很小，可以忽略不计。因此可以认为短路损耗即为一、二次绕组的铜损耗，即PK=Pcu。在等效电路上可以认为励磁支路处于开路状态，所以可以由所测数据算出试验环境温度为时的短路参数：需要注意的是：短路试验是在高压侧进行的，测得的参数是高压侧的数值，若需要折算到低压侧应除以k2。第43页，此课件共51页哦由于短路电阻随温度变化，因此，算出的短路电阻应按国家标准换算到基准工作温度75时的阻值。式中：234.5为铜导线的常数，若用铝导线常数应改为228。为试验时的室温。短路损耗PK也应换算到75时的数值，即：第44页，此课件共51页哦3，计算短路电压（阻抗电压）百分值。短路电流为额定电流时一次
17、侧所加的电压为短路电压（UKN）。它是额定电流在短路阻抗上的压降，故也称作阻抗电压。短路电压UK也应换算到75时的数值。短路电压通常以额定电压的百分值表示：第45页，此课件共51页哦4.画出变压器画出变压器T型等效电路型等效电路第46页，此课件共51页哦2.5变压器的运行特性2.5.1变压器的外特性与电压变化率1.变压器的外特性变压器的外特性 当电源电压和负载的功率因数等于常数时，二次端电压随负载电流变化的规律为变压器的外特性，即U2=f（I2）。变压器二次电压的大小不仅与负载电流的大小有关，而且还与负载的功率因数有关。第47页，此课件共51页哦2.电压变化率所谓电压变化率是指变压器一次侧施以
18、交流50Hz的额定电压，二次侧空载电压U20与带负载后的某一功率因数下二次侧电压U2之差，与二次侧额定电压U2N的比值用U表示即电压变化率U的大小反映了供电电压的稳定性。电压变化率的大小与负载的大小、性质（感性、容性、阻性）及变压器的短路阻抗有关。当变压器的负载为纯电阻性质，电压变化率较小；当变压器的负载为感性，电压变化率较大，且为正值。第48页，此课件共51页哦2.5.2变压器的损耗和效率变压器的损耗和效率1.变压器的损耗1）变压器的铁损耗PFe。变压器的铁损耗与磁通密度的幅值的平方成正比，与电源频率的1.3次方成正比。当电源电压不变时，变压器主磁通的幅值基本不变，因此当频率恒定时，变压器的
19、铁损耗只和外加电源电压的大小有关。当电源电压一定时，其铁损耗基本不变（和负载大小基本无关），故称之为“不变损耗”。第49页，此课件共51页哦2）变压器的铜损耗PCu。变压器铜损耗的大小主要取决于负荷电流的大小。若PCuN为变压器额定负载时的铜损，其值近似为变压器的短路损耗，可通过短路试验测得，则变压器的在任意负载下的铜损耗可以表示为：第50页，此课件共51页哦2.变压器的效率变压器的效率变压器的效率一般在95%以上。当变压器负载的功率因数一定时，变压器的效率与负载系数的关系称为变压器的效率特性。当变压器的铜损与铁损相等时，变压器的效率达到最大值。一般变压器的最大效率出现在负载系数为0.50.6时。第51页，此课件共51页哦