1、第二章 变压器 第二章第二章 变压器变压器 本章重点本章重点 (1)(1)变压器工作原理变压器工作原理 (2)(2)变压器的基本方程式和电磁关系变压器的基本方程式和电磁关系 (3)(3)变压器的等效电路变压器的等效电路 本章难点本章难点 (1)(1)变压器的等效电路及参数含义变压器的等效电路及参数含义 (2)(2)三相变压器的联结组判别三相变压器的联结组判别 第二章 变压器 第二章第二章 变压器变压器 2.1 变压器的工作原理及基本结构变压器的工作原理及基本结构 2.2 变压器的空载运行变压器的空载运行 2.3 变压器的负载运行变压器的负载运行 2.5 变压器的参数测定变压器的参数测定 2.8
2、 变压器的运行特性变压器的运行特性 2.6 三相变压器三相变压器 2.9 变压器的并联运行变压器的并联运行 2.10 三绕组变压器、自偶变压器和仪器用互感器三绕组变压器、自偶变压器和仪器用互感器 2.4 变压器的等效电路变压器的等效电路 2.7 标幺值标幺值 第二章 变压器 发电机发电机 11kv 升压变压器升压变压器 110kv 三绕组三绕组 变压器变压器 230kv 去系统另一部分去系统另一部分 降压变压器降压变压器 11kv 配电变压器配电变压器 其他负载其他负载 D 电力系统中变压器的使用电力系统中变压器的使用 第二章 变压器 变压器是通过电磁感应原理，或者利用互感作用从一变压器是通过
3、电磁感应原理，或者利用互感作用从一个电路向另一个电路传递能量的电器。两个互相绝缘的绕个电路向另一个电路传递能量的电器。两个互相绝缘的绕组套在同一铁心上，他们之间有磁的耦合，没有电路的直组套在同一铁心上，他们之间有磁的耦合，没有电路的直接联系。接联系。当原边接到交流电源时，原边有交流电流并在铁心中当原边接到交流电源时，原边有交流电流并在铁心中产生交变磁通，根据电磁感应定律，原、副边绕组分别感产生交变磁通，根据电磁感应定律，原、副边绕组分别感应电势应电势e1、e2,副边有了电势可向负载供电，实现能量传递，副边有了电势可向负载供电，实现能量传递，调节变比调节变比k即可达到变压的目的。即可达到变压的目
4、的。k=N1 N2 变压比 e1=-N1 d dt e2=-N2 d dt 2.1 变压器的工作原理及基本结构变压器的工作原理及基本结构 第二章 变压器(1)按按用途用途 电力变压器、整流变压器、仪用变压器、特种变压器电力变压器、整流变压器、仪用变压器、特种变压器(2)按按相数相数 单相、三相、多相变压器单相、三相、多相变压器(3)按按结构结构 双绕组变压器、三绕组变压器、双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器、自耦变压器等多绕组变压器、自耦变压器等(4)按按冷却方式冷却方式 干式、油浸式、充气式变压器干式、油浸式、充气式变压器 1.1.变压器的分类变压器的分类 第二章 变压器 电子变压器
5、干式变压器 电源变压器 第二章 变压器 电力变压器 第二章 变压器 电力变压器电力变压器 电力变压器电力变压器绕组和装配绕组和装配 第二章 变压器 2.2.变压器的基本结构和主要部件变压器的基本结构和主要部件 主要部件：铁心和绕组（构成器身）；还有油箱、绝缘套管、主要部件：铁心和绕组（构成器身）；还有油箱、绝缘套管、分接开关、安全气道等分接开关、安全气道等 第二章 变压器 三相油浸式电力变压器三相油浸式电力变压器 第二章 变压器 三相变压器三相变压器 第二章 变压器(1)铁心铁心 既是磁路，也是套装绕组的骨架既是磁路，也是套装绕组的骨架 包括：心柱（套有绕组）和铁轭（形成闭合磁路）包括：心柱（
6、套有绕组）和铁轭（形成闭合磁路）由由0.350.5mm厚硅钢片叠成或非晶合金制成厚硅钢片叠成或非晶合金制成 结构上分为：心式和壳式，电力变压器主要用心式结构上分为：心式和壳式，电力变压器主要用心式 第二章 变压器 铁铁心心柱柱 铁铁心心柱柱 铁铁 轭轭 铁铁 轭轭 1 1 1 1 2 2 2 2 心式变压器心式变压器 低压绕组低压绕组 高压绕组高压绕组 (a)单相心式变压器示意图单相心式变压器示意图 （b b）心式变压器）心式变压器 第二章 变压器 铁铁 铁铁 铁铁 心心 轭轭 柱柱 轭轭 1 1 2 2 单相壳式变压器单相壳式变压器 第二章 变压器 第二章 变压器(2)绕组绕组 是变压器的电
7、路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成是变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成 高压绕组匝数多，导线细；低压绕组匝数少，导线粗高压绕组匝数多，导线细；低压绕组匝数少，导线粗 依照高低压绕组的相对位臵分为：同心式，交叠式依照高低压绕组的相对位臵分为：同心式，交叠式 第二章 变压器 第二章 变压器(3)油箱及其他附件油箱及其他附件 油箱 储油柜 呼吸器 冷却器 绝缘套管 分接开关 压力释放阀 气体继电器 第二章 变压器 3.3.变压器铭牌和额定值变压器铭牌和额定值 (1)额定电压额定电压 U1N/U2N 指空载电压的额定值。指空载电压的额定值。即当即当 U1=U1N 时时,U20=U
8、2N 如铭牌上标注如铭牌上标注:电压电压 10 000/230 V 对三相变压器是指对三相变压器是指线电压线电压。(2)额定电流额定电流 I1N/I2N 指满载电流值，即长期工作所允许的最大电流。指满载电流值，即长期工作所允许的最大电流。三相变压器是指线电流。三相变压器是指线电流。第二章 变压器 指视在功率的额定值。指视在功率的额定值。单相变压器：单相变压器：SN=U2N I2N=U1N I1N 三相变压器：三相变压器：(3)额定功率（额定容量）额定功率（额定容量）SN(4)额定频率额定频率 fN 一般：一般：fN=50Hz（工频）（工频）SN=3 U2N I2N=3 U1N I1N (5)额
9、定相数，效率，温升，短路电流，运行方式，冷却额定相数，效率，温升，短路电流，运行方式，冷却方式，接线图，连接组别等等。方式，接线图，连接组别等等。第二章 变压器 2.2 2.2 变压器的空载运行变压器的空载运行 原边加额定电压，副边开路、负载电流为零时的运行原边加额定电压，副边开路、负载电流为零时的运行情况，称为变压器的情况，称为变压器的空载运行空载运行。第二章 变压器 正方向规定正方向规定（1 1）原边绕组内电流的正方向与电源电压正方向一致；）原边绕组内电流的正方向与电源电压正方向一致；（2 2）按右手螺旋关系，正方向的电流产生正方向的磁通；）按右手螺旋关系，正方向的电流产生正方向的磁通；（
10、3 3）感应电势正方向与产生该电动势的磁通方向之间符合）感应电势正方向与产生该电动势的磁通方向之间符合右手螺旋关系，故感应电势与电流正方向一致。右手螺旋关系，故感应电势与电流正方向一致。副边：副边：（1 1）副边绕组感应电势正方向与）副边绕组感应电势正方向与产生该电动势的磁通正方产生该电动势的磁通正方向之间符合右手螺旋关系；向之间符合右手螺旋关系；（2 2）副边绕组电流正方向与副边绕组电动势正方向一致；）副边绕组电流正方向与副边绕组电动势正方向一致；（3 3）副边绕组端电压的正方向与电流正方向一致。）副边绕组端电压的正方向与电流正方向一致。第二章 变压器 主、漏磁通的区别主、漏磁通的区别 (1
11、)性质上性质上 0与与I0成非线性关系，成非线性关系，1与与I0成线性关系；成线性关系；(2)数量上数量上 0占占99%以上，以上，1仅占仅占1%以下；以下；(3)作用上作用上 0起传递能量的作用，起传递能量的作用，1起漏抗压降作用。起漏抗压降作用。第二章 变压器 第二章 变压器 忽略漏阻抗压降后有效值：忽略漏阻抗压降后有效值：mfNEU11144.4故：故：111144.444.4fNUfNEm电势有效值：电势有效值：111124.442mmmEEfNfN第二章 变压器 二、电压平衡方程式二、电压平衡方程式 正方向规定如前，注意：正方向规定如前，注意：（1 1）正方向规定可以任意正方向规定可
12、以任意 （2 2）通常原边按电动机惯例对待，副边按发电机惯例通常原边按电动机惯例对待，副边按发电机惯例 （3 3）习惯上，端电压习惯上，端电压U表示电压降，电势表示电压降，电势E表示电压升表示电压升 1 1、电压平衡方程式、电压平衡方程式 .11111UEEI r 副绕组：空载时，I2=0 原绕组：.22UE第二章 变压器 第二章 变压器 第二章 变压器 铁芯饱和时：磁通正弦变化，磁化电流为尖顶波。铁芯饱和时：磁通正弦变化，磁化电流为尖顶波。第二章 变压器 铁芯饱和时：当磁通为平顶波，磁化电流为正弦波。铁芯饱和时：当磁通为平顶波，磁化电流为正弦波。第二章 变压器（2 2）铁耗电流（有功分量）铁
13、耗电流（有功分量）iFeFe 与铁心损耗对应，铁耗电流与铁心损耗对应，铁耗电流 iFe 与与-e1 1同相位，为有功同相位，为有功电流。电流。空载电流作用和性质空载电流作用和性质 一方面：用来励磁，一方面：用来励磁，建立磁场建立磁场-无功分量无功分量 另方面：供变压器另方面：供变压器空载损耗空载损耗-有功分量有功分量 性质：主要是感性无功性质性质：主要是感性无功性质-也称励磁电流；也称励磁电流；大小：与电源电压和频率大小：与电源电压和频率、线圈匝数线圈匝数、磁路材质磁路材质及几何尺寸有关及几何尺寸有关。第二章 变压器 第二章 变压器 可得，激磁电流可得，激磁电流I Im m与感应电势与感应电势
14、E E1 1关系：关系：.111()mFeFeIIIERjx 则有：则有：.1()mmmmmEI ZIRjx Im IFe I E1 RFe x Im E1 Rm xm 222mFeFexRRRx222FemFeRxxRx第二章 变压器 空载状态运行的变压器可近似为一个铁心电感接于电网。空载状态运行的变压器可近似为一个铁心电感接于电网。第二章 变压器 忽略漏阻抗压降后有效值忽略漏阻抗压降后有效值：mfNEU11144.4故：故：111144.444.4fNUfNEm可知：影响主磁通大小的因素是电源电压、电源频率和可知：影响主磁通大小的因素是电源电压、电源频率和一次侧线圈的匝数，与铁芯的材质和几
15、何尺寸无关。一次侧线圈的匝数，与铁芯的材质和几何尺寸无关。电势方程：电势方程：10011101101220()()mmmmmUEI rj I xIRjxIrjxIZI ZUE 第二章 变压器 四、相量图四、相量图 可更好地表达电压、电势、电流之间关系。依据电压可更好地表达电压、电势、电流之间关系。依据电压平衡方程式。平衡方程式。m m作为基准相量。作为基准相量。E2.E1.IFe.m.I.-E1.U1.I0r1.jI0 x1.I0.第二章 变压器 小结小结 （1 1）主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，）主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，与磁路所用的材质及几何尺寸
16、基本无关。与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。（2 2）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。（3 3）电抗是联系电抗是联系电气量电气量（电动势电动势)与与磁场量磁场量（磁通磁通）的桥梁的桥梁。感应电动势可用电抗压降的形式表示感应电动势可用电抗压降的形式表示。线性磁路中线性磁路中，电抗为常数；电抗为常数；非线性电路中非线性电路中，电抗的大小随磁路的饱和而减小电抗的大小随磁路的饱和而减小。第二章 变压器 2.3 2.3 变压器的负载运行变压器的负载运行 原边接入电源、副边接负载阻抗原边接入电源、副边接负载阻抗ZL时的运行情况，称为时的运行情况，称为变压器的负载运行变压器的负载运行。第二章 变压器 变压器负载运行时的磁动势、磁通、电动势之间的关系变压器负载运行时的磁动势、磁通、电动势之间的关系 第二章 变压器 二、磁势平衡方程式二、磁势平衡方程式 负载时，主磁通由变化后的一次绕组磁势负载时，主磁通由变化后的一次绕组磁势F1=I1N1，二次侧，二次侧