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1、第一篇变压器,第一章 变压器的基本工作原理和结构 第二章 变压器运行分析 第三章 三相变压器 第四章 三绕组变压器、自耦变压器和互感器 第五章 变压器并联运行 第六章 变压器的瞬变过程,第一章 变压器的基本工作原理和结构,教学要求(1) 了解变压器的用途、分类(2) 了解变压器的主要结构(3) 掌握变压器的基本工作原理(4) 掌握变压器的额定参数,第一章 变压器的基本工作原理和结构,1-1 变压器在电力系统中的应用,1-1 变压器在电力系统中的应用,1.电力传输 2.变压器的容量,1-2 变压器的基本工作原理及分类,基本工作原理,结构： 原绕组，或一次绕组，简称为原边或一次。下角标以“1”，如
2、 u1 等。 副绕组，或二次绕组，简称为副边或二次。下角标以“2”，如 u2 等。,1-2 变压器的基本工作原理及分类,基本工作原理,工作原理：,只要适当改变绕组的匝数，就可以改变原副边电动势之比以达到改变电压的目的。这就是变压器的基本工作原理 。,1-2 变压器的基本工作原理及分类,变压器的分类,按用途分：,按相数分：,单相变压器,三相变压器,按绕组形式分：,干式变压器,油浸式变压器,按冷却介质分:,强迫油循环电力变压器,按铁心形式分：,1-3变压器的基本结构,1-3 变压器的基本结构,铁心 作用：磁路的构成部分。为了减少铁心中的磁滞和涡流损耗，铁心均用0.350.5mm厚的热轧或冷轧硅钢片
3、叠成，片间涂以0.010.013mm厚的漆膜，以避免片间短路。 绕组 作用：电路的组成部分，用纸包、纱包或漆包的绝缘扁线或圆线绕成 。感应电势、通过电流、实现机电能量转换。 绝缘结构 作用：实现变压器的绝缘，包括外部绝缘和内部绝缘。 油箱和其它附件 作用：铁心和绕组组成变压器的器身，器身放置在装有变压器油的油箱内，在油浸变压器中，变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质。,低压,高压,1-4 变压器的额定值,额定容量 指在额定状态下变压器的视在功率额定容量以伏安(VA)、千伏安(KVA)或兆伏安(MVA)为单位。对三相变压器，额定容量指三相的总容量。 额定电压 以伏（V）或千伏（kV）为单位。对三相
4、变压器，额定电压指线电压。 额定电流 以安（A）或千安（kA）为单位。对三相变压器，额定电压指线电流。 额定频率 以赫兹（Hz）为单位。我国额定工频为50Hz。,1-4 变压器的额定值,3）双绕组变压器原、副边容量按相等进行设计,4）U1N指电源加到变压器原边的电压； U2N指原边加上额定电压时的副边开路电压，空载电压，副边电流为零,5）分析变压器和电机时，所说的负载一般是指电流而不是阻抗,注意： 1）额定工作状态下变压器的效率、温升等数据，均属于额定值 2) 除额定值以外，铭牌上还标有变压器的相数，联结组标号和绕组联结图、阻抗电压等,型号,型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方
5、式等内容，表示方法为,如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压，额定容量250000kVA，高压额定电压220kV电力变压器。,第二章 变压器的运行分析,教学要求(1) 基本方程式、相量图和等效电路图(2) 变压器的折合算法(3) 标么值(4) 运行性能,2-1 变压器各电磁量的规定正方向,所谓规定正方向，就是用一箭头表示该电磁量为正时之方向。这些箭头并不表示某一瞬间各物埋量的实际方向，它们只起指路牌的作用。 若某一物理量与规定正方向一致，则为正，反之，则为负。换言之，若所求出之值为正，则说明所求瞬间的实际方向与规定正方向一致；反之。,第二章 变压器的运
6、行分析,运行：稳态,暂态 稳态:对称,非对称 对称:空载,负载,2-1 变压器各电磁量的规定正方向,U1从A到X的电压降方向 I1 由A流入原绕组方向 这种规定称为“电动机惯例” 原边正向电流按右手螺旋产生正向磁通的方向 E1 习惯上取与电流I1 正方向一致,根据楞次定律 ：,原边：,2-1 变压器各电磁量的规定正方向,副边：,I2 与E2规定正方向一致，即由a流入副绕组的方向。 U2 从x到 a的电压降方向。 这种规定称为“发电机惯例”。,2-2 变压器的空载运行,一、电磁过程分析,以单相为例: 空载定义:,2-2 变压器的空载运行,二、磁场分析,1.主磁场 2.漏磁场,路经，作用，特点,2
7、-2 变压器的空载运行,二、磁场分析,综上可知，主磁通和漏磁通的性质不同，主要表现在： 1） 由于铁磁材料存在饱和现象，主磁通与建立它的电流 i0之间成非线性关系；而漏磁通由于主要沿非铁磁材料闭合，它与电流i0保持线性关系。 2） 在电磁关系上，主磁通在原、副绕组内感应电动势，副方如果接上负载，则在电动势作用下向负载输出电功率，所以主磁通起传递能量的作用；漏磁通仅在原边感应电动势，只起电压降的作用，不能传递能量。,2-2 变压器的空载运行,三、感应电动势分析,推导：,1、主磁通感应电动势,1、主磁通感应电动势（主电势）,变压器的变比：在变压器中，原边电动势E1和副边电动势E2之比称为变压器的变
8、比，用k表示，即：,讨论：1）变压器的变比等于原、副绕组的匝数比。当变压器空载运行时，由于原边U1 E1 ，副边空载时的电压 U20 E2 ，故可近似的用原、副边的电压之比作为变压器的变比。,2）对三相变压器来说，变比是指相电动势的比值，近似为相电压的比值。务必注意！,2-2 变压器的空载运行,2、漏电动势分析,推导：,四、电动势和电流分析,a. 漏电势和电流关系 ：,注意：漏磁通经非铁磁材料闭合，与空载电流成线性关系。相量之比等于数值之比。,b. 主电势和电流关系 ：,c.电动势平衡方程式,五、空载电流分析,1. 空载电流的大小和相位,变压器的空载电流可视为由两部分组成： 磁化分量I0r：它
9、的作用是产生主磁通，是空载电流的无功分量。它与主磁通同相位。 铁耗分量I0a ：它和电动势产生的有功功率供给铁耗，是空载电流的有功分量。它与电压降（-E1） 同相位。,2-2 变压器的空载运行,1. 空载电流的大小和相位,空载电流的大小除决定于外加电压、原绕组匝数外，还取决于铁心材科性质（包括磁导率和损耗）尺寸及饱和程度,其大小可通过一等效电路来说明,1. 空载电流的大小和相位,图中：rm称为铁耗等效电阻或激磁电阻。它是表征铁心损耗的一个等效参数，空载电流I0在rm上产生的损耗等于铁耗，即：,xm称为激磁电抗，它是对应于主磁通的电抗。 Xm与主磁路的磁导成正比，因而它是表征铁心磁化性能的一个参
10、数。由于主磁路存在饱和现象， xm不是常数。,由等效电路可知：,2-2 变压器的空载运行,I0的大小,由于主磁通远远多于漏磁通，所以xm x1 ，或ZmZ1 当忽略铁耗时，空载电流的大小为：,2-2 变压器的空载运行,1. 空载电流的大小和相位,由于xmrm ，所以,接近于90。,2. 空载电流的波形,不考虑铁耗和饱和,考虑饱和,考虑饱和,讨论：尖顶波的激磁电流可分解为基波及3，5，7等一系列奇次谐波，除基波外，主要是三次谐波,采用等效正弦波的概念,2-2 变压器的空载运行,六、变压器空载运行时的方程式、相量图和等效电路,1. 五个基本方程式,讨论：变压器空载时功率因数很低，这是由于空载电流基
11、本上是一个感性无功电流，即变压器在工作时要从电网吸收一个滞后的无功电流进行激磁。,2-2 变压器的空载运行,3. 等效电路,结论： 1）在忽略漏阻抗压降的情况下，主磁通 m的大小取决于电源电压、频率和原绕组的匝数，而与磁路所用材料性质和尺寸基本无关。 2）磁路的材料性质、尺寸只决定产生m所需激磁电流I0的大小，材料的导磁性能愈好，磁路截面积愈大，则I0愈小。 3)磁路的饱和程度不仅影响激磁电流I0的大小，而且影响激磁电流的波形，磁路愈饱和，则激磁电流愈大，而且波形愈尖。 4)在铁芯变压器里，由于有铁耗， 与 不同相位，它们之间的夹角主要决定于铁耗的大小。,2.3 变压器的负载运行,一、 负载运
12、行时的电磁关系,变压器一次侧接在额定电压的交流电源上，二次接上负载的运行状态，称为负载运行。,2-3 变压器的负载运行,二. 磁动势分析,变压器的磁动势关系，或称为磁动势平衡关系,2-3 变压器的负载运行,2-3 变压器的负载运行,1）变压器负载运行时，原边电流可以看成由两个分量组成:激磁分量 :产生主磁通 负载分量 :产生磁动势 ，抵消副边磁动势 ，从而 基本保证激磁磁动势 不变 2）变压器通过电磁感应作用进行能量传递的原理： 若忽略原绕组的漏磁压降 负载时原绕组从电网增加输入的一部分电功率传递到副绕组，变为副绕组获得的电功率,三、负载运行时基本方程式、等值电路,1. 电动势平衡方程式,2.
13、 七个基本方程式,2-3 变压器的负载运行,、等效电路：,2-3 变压器的负载运行,四、变压器的归算值（匝数折合）,2-3 变压器的负载运行,.匝数折合 折合原则： 1)原边电路情况不变，即主磁场 不变； 2)副边对原边的影响不变，即副边的磁动势不变； 3)有功和无功损耗不变。,折合方法：用一匝数与一次绕组匝数相同的二次绕组代替真实二次绕组 折合后变化规律： )凡是单位为伏的物理量（电动势、电压等）的归算值等于其原来的数值乘以k； 2)凡是单位为欧姆的物理量（电阻、电抗、阻抗等）的归算值等于其原来的数值乘以k2； 3)电流的归算值等于原来数值乘以1/k,2.折合后变压器的等效电路、方程式、相量
14、图,2-3 变压器的负载运行,3.相量图,2-3 变压器的负载运行,.近似（简化）等效电路,2-3 变压器的负载运行,简化等效电路：,式中：rk、xk和Zk分别称为变压器的短路电阻、短路电抗和短路阻抗。,讨论：由简化等效电路可知，,，当发生稳态短路时，,短路电流,，这个电流很大，可达额定电流的1020倍。,2-3 变压器的负载运行,简化后相量图,讨论：应用基本方程式作出的向量图在理论上是有意义的，但实际应用较为困难。因为，对已经制造好的变压器，很难用实验方法把原、副绕组的漏电抗 和 分开。因此，在分析负载方面的问题时，常根据简化等效电路来画相量图，如图2-18所示。,2-3 变压器的负载运行,
15、结论：基本方程式、等效电路和相量图是分析变压器运行的三种方法。基本方程式概括了变压器 中的电磁关系，而等效电路和相量图是基本方程式的另一种表达形式，因此三者之间是一致的，究竟取哪一种表达形式，则视其具体情况而定进行定量计算时，等效电路比较方便；讨论各物理量之间大小和相位关系时，相量图比较方便。,五、变压器的功率平衡关系,2-4 变压器的参数测定,1、空载实验,1）实验目的：求出变比k 、空载损耗p0和激磁阻抗Zm。 2）实验原理图：,2-4 变压器的参数测定,空载实验,3）实验步骤：进行试验时，高压边开路，低压边加上额定电压U1N，测量副边电压U20 、空载电流I0及空载输入功率p0 。 4）
16、参数计算：,5）绘制空载特性曲线,空载实验（讨论）：,1）空载试验时，外加电压和感应电动势都达到额定值，输入功率p0几乎全部供给铁耗pfe。于是 p0 pfe。 2）变压器空载时的总阻抗为Z0= Z1+ Zm，由于Zm Z1，因此：,3）如果是三相变压器，在计算激磁阻抗时，都要用一相的功率、电压和电流值来计算。 4）由于激磁阻抗Zm随外加电压的大小而变化，空载试验应在额定电压下进行。 5）试验是在低压侧进行的，故测得的参数是归算到低压方的数值，如果需要归算到高压侧，则必须乘以k2。,2-4 变压器的参数测定,2、短路实验,1) 实验目的：求出负载损耗pk、短路阻抗Zk和短路电压uk 。 2) 实验原理图：,短路实验,实验步骤：进行试验时，副边短路 试验时所加电压必须比额定电压低得多 原边电流达到额定值为止。测量电压Uk，原边电 流Ik，和输入功率pk 参数计算：,2-4 变压器的参数测定,注意事项：为了便于测量，稳态短赂
