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1、第一章 变压器的用途、分类与结构,第一节 变压器的用途、分类,变压器是静止电器，由铁心(磁路)及两个或两个以上的绕组(电路)组成，绕组之间由铁心中交变磁通联系(磁耦合)实现从一种电压(电流)变为另一种电压(电流)。,一、变压器的用途,按相数分为： 单相变压器，三相变压器， 多相变压器,按绕组分为：双绕组变压器,三绕组变压器， 自耦变压器,二 、 变压器的分类,(4)按冷却方式：油浸自冷变压器,(3)按用途分为：,油浸水冷变压器,干式空气自冷变压器,油浸风冷变压器,升压变压器 降压变压器 隔离变压器,第二节 变压器的主要结构部件,2、二次绕组（副绕组）负载侧,3、变压器铁心 磁路部分,1、一次绕
2、组（原绕组）电源侧,：它是变压器用作导磁的磁路，也是器身的机械骨架，由铁心柱、铁轭和夹紧装置组成。为了减小铁心中的磁滞和涡流损耗，铁心用0.350.5mm厚的硅钢片叠成，每层钢片接缝错开，从而减小变压器的励磁电流。,铁心,绕组,：它是变压器的电路部分，按照高低电压绕组之间的布置，可以分为同心式和交叠式两种绕组，同心式结构简单，制造方便，交叠式机械强度好，引出线的布置和焊接都较方便，漏电抗小。,非晶合金与硅钢片变压器相比，空载损耗下降70%至80%，空载电流下降80%，节能效果显著。非晶合金片厚度极薄，填充系数较低，采用磁密低，产品的设计受材料限限制程度较高，非晶合金对机械应力非常敏感，,张引力
3、和弯曲应力都会影响磁性能，结构设计特殊。,补充1：非晶合金铁心变压器的特点,补充2：立体卷铁心变压器的特点,铁心制造工艺简单，制造工时短，降低了制造成本变压器制造厂具有成熟的叠铁心工艺，成熟的质量控制管理体系不需要卷制铁心和线圈的专用设备，降低了产,品的制造成本铁心材料较 “R型” 卷铁心利用率高，能降低产品的制造成本。,补充3：叠铁心变压器的特点,铁心和线圈需在专用设备上卷制，减少了由人工制造造成的质量波动，质量稳定可靠；卷铁心在经过退火处理后，空载损耗和空载电流可大幅度下降；卷铁心与,叠铁心相比可减少工序生产效率较高，自动化程度较高；卷铁心是连续绕制而成，可使噪声降低。,补充4：平面卷铁心
4、变压器的特点,变压器的发热与温升,由于绕组里有铜耗、铁耗及各种附加损耗，一方面影响效率；一方面转变为热能，因此导致变压器的温度升高，并使绝缘材料老化。,第三节 变压器的型号及额定数据,3 额定电流（线电流）,，单位 A,一、 变压器的额定数据,二次绕组额定电压是当 时，二次绕组开路电压,Y接,接,二、变压器额定数据之间的关系,三、何谓额定负载,当变压器接在电压频率为额定频率 ，大小为额定电压 的电网上，若副边电流为 ，原边电流为 时，称为额定运行状态，此时的负载为额定负载。,第二章 变压器的运行分析,* 以单相变压器为例来介绍变压器的运行分析及数学模型等，这些结果同样适用于三相变压器对称稳态运
5、行分析,基本思路:已知部分运行数据求其它 数据 主要内容:分析物理过程,列方程, 化简方程,得到等效电路 (数学模型) 主要分析方法: 主磁通漏磁通分析法,本章内容体现了变压器的基本电磁关系，着重研究变压器稳态运行分析方法。,2-1 变压器各电磁量正方向, 2-2 变压器空载运行,变压器空载运行时基本电磁关系（一）,变压器空载运行时基本电磁关系（二）,* 、 都是最大值，一般 * 、 都是由励磁磁动势 产生的。,假设主磁通正弦变化为,根据电磁感应定律,一、主磁通感应电动势,电动势有效值,同理：,得：,结论：,二、漏磁通感应电动势,用相量表示,根据电磁感应定律,对一次漏电抗的总结：,漏磁通 感应
6、的漏电动势 可以用空载电 流 在一次绕组漏电抗 产生的负压降 表示，在相位上 落后于 电角度。,三、空载运行电压方程式,其中 为一次绕组的电阻,变比近似表示为：,为一次绕组的漏电抗,为一次绕组的漏阻抗,四、励磁电流的波形及和主磁通的关系,由 可知，当电源电压随时间按正弦规律变化，则电动势、磁通必定都按正弦规律变化。根据铁磁材料的磁饱和特性可知，主磁通和励磁电流成饱和曲线关系。 即 呈非线性关系。,思考：主磁通 是正弦波时，励磁电流 应该是什 么波形？,1.励磁电流的波形,结论：励磁电流 的波形应 该为尖顶波。,思考：单相变压器220V/110V，如错把低压边接为220V空载运行，问 的变化？,
7、2.励磁电流和主磁通的相位关系,考虑主磁通磁滞 效应时，可见， 磁通在相位上落 后于励磁电流一 定的相位角度 。 称为铁耗角。,3.等效正弦波励磁电流的概念,由于励磁电流不是正弦波，不能用相量表示，工程上 用等效正弦波概念来表征实际励磁电流，并用相量 表示。,等效条件： 1）等效正弦波电流 角频率 等于实际励磁电流角频率； 2）等效正弦波电流有效值为： 3）等效正弦波电流相位上超 前主磁通相量 角。,五、励磁电流及其感应电动势的关系 和变压器的参数,主磁通 感应了主电势 ，而主 磁通是由励磁电流 产生，根据 前面的分析，可从画出的相量图 中看到各物理量的相位关系。 特别注意电压降 （负电动势）
8、 和励磁电流 两个电气量的相位 关系。,思考： 从电路物理概念出发，如何表征图中 电压降和其电流的相位关系？,无漏磁超 导铁心线 圈,如下图，可得到：,， 物理意义：,等效铁耗电阻，又称激磁电阻,称激磁电抗,其大小反映了一定励 磁电流激励主磁通的 能力。,由于：,同理可得：,思考： 说说一次漏电抗 和激磁电抗 有何区别？,是一个常数，不随变压器运行状态的改变而改变,是一个变数，因为铁心中的主磁通会出现磁饱和 现象。 也就是说激磁电抗随铁心中磁密的变化而变化； 由于磁密的大小决定于励磁电流，励磁电流的大 小又决定于电压。 所以根本上激磁电抗的大小受所施加电压幅值的 影响：通常电压 越高激磁 电抗
9、会减小。,思考： 一开始分析变压器空载运行时假设主磁通是正弦变化， 请通过到现在为止的学习证明变压器空载运行时其主 磁通确实是正弦变化的。,六、 变压器空载运行的基本方程、相量图和等效电路,变压器空载运行的基本方程,作相量图的主要过程:,选参考向量-主磁通相量 ；,根据一次主电动势 和励 磁电流 关系分解励磁电 流有功分量 和无功分量 。,画出感应主电动势 、 ；,画出空载励磁电流 ；,根据一次侧电压方程画出 。,变压器空载运行的相量图,励磁电阻（等效铁耗电阻）； 励磁电抗 励磁阻抗,变压器空载运行的等效电路,主要参数:,作 业习题：1-1,2-1,2-2思考： 1-11-4 2-12-8,变
10、压器原边接电源，副边接负载的运行状态 称为负载运行, 2-3 变压器负载运行,一、负载时一次绕组回路电压方程,二、负载时二次绕组回路电压方程,二次负载阻抗电压方程：,二次绕组回路电压方程：,和一次漏电势采用负电抗压降表示 一样，二次漏电势也可表示为下式,最后得二次绕组回路电压方程：,根据全电流定律得： (磁动势平衡关系),三、负载时磁动势及一、二次电流的关系,上式称为电流形式的磁动势平衡关系式。 理解：一次磁动势 由两部分组成：一为励磁 磁动势 ，产生主磁通 ；另一部分 ， 用来平衡二次绕组产生的磁动势 。,上式电流形式的磁动势平衡关系，体现了变压器负 载运行时，一二次电流之间的关系。,分析：
11、,理解：变压器负载运行时，一次侧的输入电流 其 中一部分是励磁电流分量 ，用来激励主磁场；另 一部分是取决于二次侧负载电流大小 的负载分量 。,对励磁电流分量 的理解：,变压器从空载到满载，因为电源电压 不变，所以 一次绕组感应电动势 变化很小：,结论：变压器负载运行时激磁电流分量 近似等于变 压器的空载电流 ；有时用空载电流来表示激磁电流 分量。,那么励磁电流分量 和电动势 关系也可表示为：,四、 变压器的基本方程式,根据变压器负载时一次、二次的电压方程， 可画出一次、二次的分离等效电路：,思考： 上面等效电路能真实“等效”变压器的负载运行吗？,一、二次分离等效电路,五、 折合算法,原则：保
12、持 不变，就不会影响 的变化，才会和 实际变压器运行时电气关系等效。,定义：保持一个绕组的磁动势不变而改变其电动势、 电流和匝数的算法称为归算法（折合算法）。,目的: a )使一、二次绕组“有”电的连接等效电路， 能真实反映变压器负载运行时一二次电流（功 率）关系。,具体思路和步骤：保持二次绕组磁动势不变，而假想它的匝数与一次绕组匝数相同的折合算法，称为二次向一次折合。,说明：折合算法其结果不能改变变压器运行时的物理本质，既不改变变压器内部的电磁关系，即，不改变磁场、磁动势，不改变功率关系。也就是说折合前后是等效的。 但是，折合完成后的二次绕组感应电动势和一次绕组的感应电动势相等了。那么刚才分
13、离的等效电路就可能统一起来了。,思考： 能不能一次向二次侧折合？或者向其它匝数折合？,1）基本方程式:,六、折合后的基本方程、等效电路和相量图,变压器“ T ”型等值电路,2）“T”型等效电路：,用“T”型等效电路求解变压器运行是复数阻抗的计算，比较繁复，所以工程上常常把励磁支路略去，等到一字型简化等效电路。,3）简化等效电路：,思考：为什么可略去励磁支路？,叫短路阻抗 ， 短路电阻， 短路电抗,4）短路阻抗形式的简化等效电路：,注意：简化等效电路不适用空载，适用正常负载运行和稳态短路。,2、变压器变比 可以按原副边额定相电压计算，但决不能按原副边额定电压计算。,1、等值电路中所表示的物理量及
14、参数都是相值。用在三相变压器时，是指对称运行时的一相的情况。,3、对称负载时，不必考虑原副边电路接法是否相同，只需要把所有量转换为相值。,4、变压器副边与负载接法应一致，否则需把负载的接法转换成副边的接法：,友情说明：,已知： 及参数,5）相量图：,负载所消耗的功率是变压器从电源吸收电功率后，经原、副边传递过来的，在能量传递过程，变压器本身要有损耗。,七、功率关系,例21(p30),2-4 标幺值,一个物理量的,一、电机学中基准值的选择 1)通常以额定值为基准值 相(线)电压(流)的基准值分别是相(线)电压(流)的额定值。 三相(单相)功率的基值分别是三相(单相)的额定容量。,4)视在(有功、
15、无功)功率的基准值都是额定视在功率。,2)变压器的一次或二次侧某物理量的基准值，分别是对应的该物理量一次或二次侧的额定值。,基准值的选择示意表,1)一个量与它的折合值的标幺值相等,2)线值与相值电压(流)的标幺值相等,3)一相功率与三相功率的标幺值相等,二、标幺值的优点,5)计算方便 例：当电流为额定值时，电阻压降标幺值=电阻功率标幺值=电阻标幺值。,4)便于一些数据的记忆和分析,如： 左右；,当 满载 、 过载 、 欠载。,2-5 参数测定,目的：通过试验可以求出变比 、铁损耗 及励磁阻抗 。,一、变压器空载试验(求取 、 、 ),求取 、,空载试验测取参数：,方法：,空载实验注意事项：,1
16、）空载实验时应加额定电压；,2）空载实验通常在低压侧加电源，高压侧开路；,3）变比的求取：,二、变压器短路试验（ 求取 、 ）,目的：通过短路试验可以求出变压器的铜损耗 和短路阻抗 。,A,w,v,短路实验注意事项及说明：,1）短路实验时短路电流应为额定电流；,2）短路实验通常在高压侧加电压，低压侧短路；,标幺值表示为：,定义：变压器原边接额定电压 ,副边开路时的副 边端电压为副边额定电压 ；带上负载后 副边电压变为 ， 与 的差 ， 同 相比的比值称为电压调整率或电压变化 率， 用 表示：,一、电压调整率,2-6 变压器的运行性能,用标幺值的简化等值电路,感性负载简化相量图,时， 称为额定电压调整率，标志着变压器的输出电压的稳定程度。,变压器的短路阻抗 越小， 也越小，供电电压 越稳定。,其中:,代表 副边输出
