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1、第第15章章 电力变压器电力变压器杨光晖杨光晖第第15章章 电力变压器电力变压器 15.1 概述概述15.2 变电所主变压器台数和容量的选变电所主变压器台数和容量的选择择15.3 变压器的工作原理变压器的工作原理 15.1 概述概述电力系统：电力系统：电力系统是指由电力系统是指由发电、输电、变电、配电和用发电、输电、变电、配电和用电电等环节组成的电能生产与消费系统。等环节组成的电能生产与消费系统。 15.1 概述概述发电发电配电配电输电输电电网电网用电用电电力系统电力系统 15.1 概述概述图图1-1电力系统示意图电力系统示意图 15.1 概述概述在电力系统中最主要的设备就是电力变压器。电力变
2、压器是是用来将某一数值的交流电压（电流）变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压（电流）的设备。 15.2 变压器的分类和结构变压器的分类和结构一、电力变压器的用途和分类一、电力变压器的用途和分类1 1.电力变压器电力变压器按功能分按功能分：有：有升压变压器升压变压器和和降降压变压器压变压器两大类。工厂变电所都采用降压两大类。工厂变电所都采用降压变压器。终端变电所的降压变压器，也称变压器。终端变电所的降压变压器，也称配电变压器。配电变压器。2.电力变压器电力变压器按容量系列按容量系列分：有分：有R8容量系列容量系列和和R10容量系列容量系列两大类。两大类。3.电力变压器电力变压器按相数分按相数
3、分：有：有三相变压器三相变压器和和单单相变压器相变压器。在工厂变电所中一般都用三相。在工厂变电所中一般都用三相变压器。变压器。 15.2 变压器的分类和结构变压器的分类和结构4.电力变压器电力变压器按结构型式按结构型式分，有分，有铁芯式变压铁芯式变压器器和和铁壳式变压器铁壳式变压器。如果绕组包在铁芯外。如果绕组包在铁芯外围，则为铁芯式变压器；如果铁芯包在绕围，则为铁芯式变压器；如果铁芯包在绕组外围，则为铁壳式变压器。组外围，则为铁壳式变压器。5.电力变压器电力变压器按调压方式按调压方式分，有分，有无载调压无载调压和和有有载调压变压器载调压变压器两大类。用户（变电所）两大类。用户（变电所）大多采
4、用无载调压变压器。大多采用无载调压变压器。6. 电力变压器电力变压器按绕组形式按绕组形式分，有分，有双绕组变压双绕组变压器器、三绕组变压器三绕组变压器和自和自耦变压器耦变压器三大类。三大类。用户（变电所）大多采用双绕组变压器。用户（变电所）大多采用双绕组变压器。 15.2 变压器的分类和结构变压器的分类和结构7.电力变压器电力变压器按冷却介质按冷却介质分，有分，有干式干式和和油浸油浸式变压器式变压器两类。而油浸式变压器又分为油两类。而油浸式变压器又分为油浸自冷式浸自冷式、油浸风冷式油浸风冷式和和强迫油循环风冷强迫油循环风冷（或水冷）式（或水冷）式三种类型。一般工厂变电所三种类型。一般工厂变电所
5、多采用油浸自冷式或油浸风冷式变压器。多采用油浸自冷式或油浸风冷式变压器。8. 电力变压器电力变压器按其绕组导体材质按其绕组导体材质分，有分，有铜绕铜绕组组和和铝绕组铝绕组两种类型两种类型。 15.2 变压器的分类和结构变压器的分类和结构二、电力变压器的结构二、电力变压器的结构电力变压器从结构上看，铁芯和绕组是电力变压器从结构上看，铁芯和绕组是变压器的两大主要部分。下图所示为普变压器的两大主要部分。下图所示为普通三相油浸式三相电力变压器的结构图通三相油浸式三相电力变压器的结构图。 15.2 变压器的分类和结构变压器的分类和结构铁芯铁芯：是变压器的：是变压器的磁路部分磁路部分，由铁芯柱，由铁芯柱（
6、柱上套装绕组）、铁轭（连接铁芯以（柱上套装绕组）、铁轭（连接铁芯以形成闭合磁路）组成，为了减小涡流和形成闭合磁路）组成，为了减小涡流和磁滞损耗，提高磁路的导磁性，铁芯采磁滞损耗，提高磁路的导磁性，铁芯采用用0.35mm0.5mm厚的硅钢片涂绝缘厚的硅钢片涂绝缘漆后交错叠成。漆后交错叠成。 15.2 变压器的分类和结构变压器的分类和结构绕组绕组：是变压器的：是变压器的电路部分电路部分，采用铜线，采用铜线或铝线绕制而成，原、副绕组同心套在或铝线绕制而成，原、副绕组同心套在铁芯柱上。铁芯柱上。器身器身：是指铁芯和绕组装在一起的整体。：是指铁芯和绕组装在一起的整体。油箱油箱：变压器油的作用是绝缘和冷却
7、。：变压器油的作用是绝缘和冷却。 15.2 变压器的分类和结构变压器的分类和结构三、电力变压器的铭牌和额定值三、电力变压器的铭牌和额定值变压器的铭牌数据是制造厂对变压器正常变压器的铭牌数据是制造厂对变压器正常工作时所作的使用规定。变压器的额定值工作时所作的使用规定。变压器的额定值就标注在铭牌上，变压器按额定值运行称就标注在铭牌上，变压器按额定值运行称为额定运行。为额定运行。电力变压器的铭牌上主要标注了以下各项：电力变压器的铭牌上主要标注了以下各项：变压器型号，额定视在功率，额定电压，变压器型号，额定视在功率，额定电压，额定电流，频率，相数，接线图与连接组额定电流，频率，相数，接线图与连接组别，
8、阻抗电压，冷却方式别，阻抗电压，冷却方式等。下面介绍电等。下面介绍电力变压器的型号和额定值。力变压器的型号和额定值。 15.2 变压器的分类和结构变压器的分类和结构电力变压器的型号电力变压器的型号电力变压器的型号表示和含义如下：电力变压器的型号表示和含义如下：相数相数代号代号绝缘绝缘代号代号冷却冷却代号代号调压代号调压代号设计序号（亦可用下角表示）设计序号（亦可用下角表示）高压绕组电压等级（高压绕组电压等级（kV ）绕组导线绕组导线材质代号材质代号额定容量（额定容量（kV ）S:三相三相D:单相单相C:成型固体成型固体G:空气空气油浸式不表示油浸式不表示F:风冷风冷P:强迫油循环强迫油循环自然
9、冷却不表示自然冷却不表示Z:有载调压有载调压无载调压不表示无载调压不表示L:铝铝铜不表示铜不表示 15.2 变压器的分类和结构变压器的分类和结构电力变压器的额定值电力变压器的额定值（）额定容量（）额定容量SN额定容量是指在额定状态下变压器输出功率额定容量是指在额定状态下变压器输出功率（视在功率），视在功率），对三相变压器指三相容量之对三相变压器指三相容量之和。和。单位为单位为。由于电力变压器的效率。由于电力变压器的效率极高，规定一次、二次侧容量相同。极高，规定一次、二次侧容量相同。（）额定电压（）额定电压UN高压（一次）侧额定电压高压（一次）侧额定电压 UN 1是指变压器在是指变压器在空载时空
10、载时，变压器额定分接头对应的电压，单变压器额定分接头对应的电压，单位为。二次侧额定电压位为。二次侧额定电压 UN 2是指在一次是指在一次侧加上额定电压时，二次侧的空载电压值。侧加上额定电压时，二次侧的空载电压值。对三相电力变压器，额定电压是指线电压。对三相电力变压器，额定电压是指线电压。 15.2 变压器的分类和结构变压器的分类和结构（）额定电流（）额定电流根据变压器的额定容量和额定电压计算出根据变压器的额定容量和额定电压计算出来的电流称为变压器的额定电流，单位为来的电流称为变压器的额定电流，单位为。对三相电力变压器，额定电流是指线。对三相电力变压器，额定电流是指线电流。电流。对单相变压器：对
11、单相变压器：对三相变压器：对三相变压器： 15.2 变压器的分类和结构变压器的分类和结构 (4 4)额定频率额定频率fN：我我国国规规定定标标准准工工业业用用电电频频率率为为5050赫赫（HzHz）有有些国家采用些国家采用6060赫。赫。此此外外，额额定定工工作作状状态态下下变变压压器器的的效效率率、温温升等数据均属于额定值。升等数据均属于额定值。15.3 变压器的工作原理变压器的工作原理1. 1. 变压器的工作原理变压器的工作原理变变压压器器的的一一次次绕绕组组（一一次次绕绕组组）与与交交流流电电源源接接通通后后，经经绕绕组组内内流流过过交交变变电电流流产产生生交交变变磁磁场场，在在这这个个
12、交交变变磁磁场场作作用用下下，二二次次绕绕组组产产生生频频率率相相同的感应电动势。这时有：同的感应电动势。这时有：k叫做变压器的变叫做变压器的变压比。压比。15.3 变压器的工作原理变压器的工作原理二次侧接负载时，二次侧中便有负载电流二次侧接负载时，二次侧中便有负载电流流过，这种情况称为负载运行。流过，这种情况称为负载运行。负载运行时：负载运行时：15.3 变压器的工作原理变压器的工作原理3.3.变压器变比和参数的测定方法变压器变比和参数的测定方法11）变压器的空载运行变压器的空载运行变变压压器器一一次次绕绕组组接接电电源源，二二次次绕绕组组开开路路，负负载载电电流流I1零零，这这种种情情况况
13、即即为为变变压压器器的的空空载载运运行行。N1和和N2为为一一、二二次次绕绕组组的的匝匝数数分分别别绕绕在在两两个个铁铁心柱上。心柱上。15.3 变压器的工作原理变压器的工作原理2 2）变压器的负载运行变压器的负载运行 一次侧接交流电源，二次侧接负载，二次一次侧接交流电源，二次侧接负载，二次侧中便有负载电流流过，这种情况称为负侧中便有负载电流流过，这种情况称为负载运行。载运行。 15.3 变压器的工作原理变压器的工作原理3 3. .变压器额定值的含义和作用变压器额定值的含义和作用1 1)额额定定容容量量SN：指指变变压压器器的的视视在在功功率率。对对三三相变压器指三相容量之和。相变压器指三相容
14、量之和。单位：伏安（单位：伏安（VAVA）千伏安（千伏安（kVAkVA）2 2)额额定定电电压压UN：U1N指指电电源源加加到到原原边边绕绕组组上上的的电电压压，U2N是是副副边边绕绕组组开开路路即即空空载载运运行行时时副副绕绕组组的的端端电电压压。对对于于三三相相变变压压器器一一般般指指线电压值。线电压值。单位：伏（单位：伏（V V）千伏（千伏（kVkV）15.3 变压器的工作原理变压器的工作原理3)额额定定电电流流IN：由由SN和和UN计计算算出出来来的的电电流流，即为额定电流即为额定电流对单相变压器：对单相变压器：对三相变压器：对三相变压器：15.3 变压器的工作原理变压器的工作原理15
15、.3 变压器的工作原理变压器的工作原理4 4. .变压器电压调整率变压器电压调整率的含义的含义1 1) )变压器的外特性变压器的外特性 在电源电压不变的情在电源电压不变的情况下，变压器二次侧况下，变压器二次侧接入负载后，一、二接入负载后，一、二次绕组都有电流通过，次绕组都有电流通过，必然产生一、二次侧必然产生一、二次侧的内阻抗压降，从而的内阻抗压降，从而使二次电压随负载的使二次电压随负载的增减而变化。增减而变化。二次电二次电压从随二次电流变化压从随二次电流变化的特性曲线称为变压的特性曲线称为变压器的外特性曲线器的外特性曲线. .15.3 变压器的工作原理变压器的工作原理2)电压调整率电压调整率
16、一一般般情情况况下下，外外特特性性曲曲线线近近似似一一条条略略向向下下倾倾斜斜的的直直线线，且且倾倾斜斜的的程程度度与与负负载载的的功功率率因因数数有有关关，对对于于感感性性负负载载，功功率率因因数数愈愈低低，下下倾倾愈愈烈烈。从从空空载载到到满满载载，二二次次电电压压变变化化的的数数值值与与空空载载电电压压的的比比值值称称为为电电压压调调整整率率，即即电力变压器的电压调整率一般为电力变压器的电压调整率一般为2 23 3。15.3 变压器的工作原理变压器的工作原理5 5. .单相变压器绕组的单相变压器绕组的极性极性单相变压器原副绕组是被同一主磁通交链。单相变压器原副绕组是被同一主磁通交链。故当
17、主磁通交变时，在原、副绕组感应出故当主磁通交变时，在原、副绕组感应出的电动势有一定的极性关系。即的电动势有一定的极性关系。即任一瞬间，任一瞬间，一个绕组的某一端点的电位为正时，另一一个绕组的某一端点的电位为正时，另一绕组必有一个端点的电位为正。这两个同绕组必有一个端点的电位为正。这两个同极性端又名同名端极性端又名同名端。用。用 表示。表示。15.3 变压器的工作原理变压器的工作原理6 6. .单相变压器绕组的极性及其测定单相变压器绕组的极性及其测定进进行行绕绕组组极极性性测测定定时时，首首先先用用万万用用表表的的欧欧姆姆档档确确认认出出哪哪两两个个出出线线端端属属于于同同一一线线圈圈的的端端子
18、子，然然后后再再辨辨认认不不同同线线圈圈的的同同极极性端。性端。 15.3 变压器的工作原理变压器的工作原理（1 1）交流测定法）交流测定法 实验电路如图所示，首先实验电路如图所示，首先用一段粗导线将一、二次绕组用一段粗导线将一、二次绕组中各选出的一个端子（如端子中各选出的一个端子（如端子1 1和和3 3）联接起来，然后在一个）联接起来，然后在一个绕组的端子上（一般取高压绕绕组的端子上（一般取高压绕组）加上一较低的交流电压，组）加上一较低的交流电压，用电压表测量一、二次绕组另用电压表测量一、二次绕组另外两端子（即外两端子（即2 2和和4 4）之间的电）之间的电压压U 和和 两绕组电压两绕组电压
19、 U1、U U2。 若若 U U = = U U1-U-U2 2 ，则被短接的两个端子（则被短接的两个端子（1 1和和3 3）为同名端；反之，则为异名端，为同名端；反之，则为异名端，而这时即可判定端子而这时即可判定端子1 1和和4 4或或2 2和和3 3为同名端。为同名端。15.3 变压器的工作原理变压器的工作原理（2 2）直流测定法）直流测定法实验电路如图所示。在端子实验电路如图所示。在端子1 1、2 2间串间串联接入一个直流电源联接入一个直流电源E E和开关和开关S S，在另一绕组的，在另一绕组的两端子（两端子（3 3和和4 4）串接一个直流毫安表。当电源）串接一个直流毫安表。当电源E E
20、和毫安表的极性如图所示时，在和毫安表的极性如图所示时，在S S合上的瞬间，合上的瞬间，若毫安表的指针正向摆动，则表明接表正极的若毫安表的指针正向摆动，则表明接表正极的端子端子3 3和接电源正极的端子和接电源正极的端子1 1为同名端；若表针为同名端；若表针反向摆动，则端子反向摆动，则端子1 1和和4 4为同名端。为同名端。15.3 变压器的工作原理变压器的工作原理7 7. .三相变压器绕组的三相变压器绕组的极性及其测定极性及其测定第一步，可以用万用表第一步，可以用万用表测出同一绕组的两个出测出同一绕组的两个出线端，再根据六个绕组线端，再根据六个绕组的电阻值大小的电阻值大小区别出高区别出高压绕组（
21、电阻头）和低压绕组（电阻头）和低压绕组压绕组(电阻小电阻小)。AXaxCYcy图8-2 三相变压器15.3 变压器的工作原理变压器的工作原理第二步，通过给某极原第二步，通过给某极原绕组加一交流电压万绕组加一交流电压万用表测三个付绕组感应用表测三个付绕组感应电动势，其中感应电动电动势，其中感应电动势最高的一个绕组即为势最高的一个绕组即为加突流电压的一相原加突流电压的一相原绕绕组的付绕组组的付绕组，可以用同，可以用同样方法找出第二相绕组，样方法找出第二相绕组，剩下的即为第三相绕组。剩下的即为第三相绕组。AXaxCYcy图8-2 三相变压器15.3 变压器的工作原理变压器的工作原理第三步，将同一相的
22、第三步，将同一相的绕组中任一端与付绕绕组中任一端与付绕组的一端短接。在原组的一端短接。在原绕组加上绕组加上110v电压，电压，用万用表测未联的两用万用表测未联的两端，若测得电压为端，若测得电压为原、原、付绕组二电压之差付绕组二电压之差（小于（小于110v）即所测）即所测两端为同名端。两端为同名端。反之，反之，大于大于110v，为异名端。，为异名端。AXaxCYcy图8-2 三相变压器15.3 变压器的工作原理变压器的工作原理第四步，将任两项原第四步，将任两项原绕组的两端相短接。绕组的两端相短接。在某中一项原绕组加在某中一项原绕组加上上110v电压，用万用电压，用万用表测未连接两端，若表测未连接
23、两端，若测测得电压大于得电压大于110v，即所测两端为同名端即所测两端为同名端。反之，为异名端。换反之，为异名端。换一相重复再测一次。一相重复再测一次。AXaxCYcy图8-2 三相变压器 15.2 变压器的分类和结构变压器的分类和结构四、电力变压器的联接组四、电力变压器的联接组在三相变压器中，一次绕组的始端为、在三相变压器中，一次绕组的始端为、，末端为、；二次绕组、，末端为、；二次绕组的始端为、，末端为、的始端为、，末端为、。所谓变压器的联接组别，是指变压器一、所谓变压器的联接组别，是指变压器一、二次绕组因采用不同联接方式而形成变二次绕组因采用不同联接方式而形成变压器一、二次侧对应的线电压之
24、间的不压器一、二次侧对应的线电压之间的不同相位关系。同相位关系。15.1 概述概述变压器的联接组别的表示方法是：大写变压器的联接组别的表示方法是：大写字母表示一次侧（或原边）的接线方式，字母表示一次侧（或原边）的接线方式，小写字母表示二次侧（或副边）的接线小写字母表示二次侧（或副边）的接线方式。方式。Y（或（或y）为星形接线，）为星形接线，D（或（或d）为三角形接线，）为三角形接线， N（或（或n）为中性点）为中性点接地。数字采用时钟表示法，用来表示接地。数字采用时钟表示法，用来表示一、二次侧线电压的相位关系，一次侧一、二次侧线电压的相位关系，一次侧线电压相量作为分针，固定指在时钟线电压相量作
25、为分针，固定指在时钟12点的位置，二次侧的线电压相量作为时点的位置，二次侧的线电压相量作为时针。针。15.1 概述概述变压器，联接组变压器，联接组其一次线电压与对应的二次线电压之间的其一次线电压与对应的二次线电压之间的相位关系，和在零点（点）时时钟上相位关系，和在零点（点）时时钟上的分针与时针的相互关系一样，图中的的分针与时针的相互关系一样，图中的“”表示表示“同名端同名端”。15.1 概述概述变压器，联接组变压器，联接组其一次线电压与对应的二次线电压之间的其一次线电压与对应的二次线电压之间的相位关系，在点时时钟上的分针与时相位关系，在点时时钟上的分针与时针的相互关系一样。针的相互关系一样。1
26、5.1 概述概述3变压器，联接组变压器，联接组由图可知，联接组两侧线电压由图可知，联接组两侧线电压相位差相位差。15.2 变电所主变压器台数和容量的选择变电所主变压器台数和容量的选择一、变电所主变压器台数的选择一、变电所主变压器台数的选择车间变电所主变压器台数的选择车间变电所主变压器台数的选择对于一般生产车间，尽可能装设一台变压对于一般生产车间，尽可能装设一台变压器。器。如果车间的一、二级负荷所占比重较大，如果车间的一、二级负荷所占比重较大，必须由两个电源供电时，应装设两台变压必须由两个电源供电时，应装设两台变压器；若该变电所与相邻车间变电所有联络器；若该变电所与相邻车间变电所有联络线时，则亦
27、可只装设一台变压器。线时，则亦可只装设一台变压器。15.2 变电所主变压器台数和容量的选择变电所主变压器台数和容量的选择当车间负荷昼夜变化较大时，或由独立车当车间负荷昼夜变化较大时，或由独立车间变电所同时向几个负荷曲线相差悬殊的间变电所同时向几个负荷曲线相差悬殊的车间供电时，若选一台变压器在技术、经车间供电时，若选一台变压器在技术、经济上显然不合理，则应装设两台变压器。济上显然不合理，则应装设两台变压器。15.2 变电所主变压器台数和容量的选择变电所主变压器台数和容量的选择工厂总降压变电所变压器台数的选工厂总降压变电所变压器台数的选择择当工厂的绝大部分负荷属于三级负荷，其当工厂的绝大部分负荷属
28、于三级负荷，其少量的一、二级负荷可由邻近工厂获得低少量的一、二级负荷可由邻近工厂获得低压侧备用电源（）时，可装压侧备用电源（）时，可装设一台变压器。设一台变压器。如果工厂的一、二级负荷所占比重较大时，如果工厂的一、二级负荷所占比重较大时，必须装设两台变压器。两台变压器之间互必须装设两台变压器。两台变压器之间互为备用，当一台出现故障或进行检修时，为备用，当一台出现故障或进行检修时，另一台能承担对全部一、二级负荷的供电。另一台能承担对全部一、二级负荷的供电。15.2 变电所主变压器台数和容量的选择变电所主变压器台数和容量的选择特殊情况下可装设两台以上变压器。例如，特殊情况下可装设两台以上变压器。例
29、如，分期建设的大型工厂，其变电所个数及变分期建设的大型工厂，其变电所个数及变压器台数均可分期投建，从而变压器台数压器台数均可分期投建，从而变压器台数可能较多；又如，对引起电网电压严重波可能较多；又如，对引起电网电压严重波动的设备（电弧炉等）可装设专用变压器，动的设备（电弧炉等）可装设专用变压器，从而使变压器台数增多。从而使变压器台数增多。当变电所仅装设一台变压器时，其变压器当变电所仅装设一台变压器时，其变压器容量应考虑有的富裕量，容量应考虑有的富裕量，以备发展的需要。以备发展的需要。15.2 变电所主变压器台数和容量的选择变电所主变压器台数和容量的选择二、变电所主变压器容量的选择二、变电所主变
30、压器容量的选择只装一台主变压器的变电所变压器只装一台主变压器的变电所变压器容量的选择容量的选择变压器的额定容量应满足全部用电设备总变压器的额定容量应满足全部用电设备总计算负荷的需要。计算负荷的需要。15.2 变电所主变压器台数和容量的选择变电所主变压器台数和容量的选择装有两台主变压器的变电所变压器装有两台主变压器的变电所变压器容量的选择容量的选择每台主变压器的额定容量应同时满足以下每台主变压器的额定容量应同时满足以下两个条件：两个条件：任意一台变压器单独运行时，应能满足不任意一台变压器单独运行时，应能满足不小于总计算负荷的的需要。小于总计算负荷的的需要。任意一台变压器单独运行时，应能满足全任意
31、一台变压器单独运行时，应能满足全部一、二级负荷的需要。部一、二级负荷的需要。15.2 变电所主变压器台数和容量的选择变电所主变压器台数和容量的选择车间变电所主变压器容量的上限车间变电所主变压器容量的上限 车间变电所主变压器的单台容量一般不宜车间变电所主变压器的单台容量一般不宜大于大于 。如果车间负荷容量较大、负荷集中且运行如果车间负荷容量较大、负荷集中且运行合理时，也可以选用单台容量为合理时，也可以选用单台容量为 的电力变压器。的电力变压器。此外，在确定主变压器的容量时，应适当此外，在确定主变压器的容量时，应适当考虑负荷的发展。而主变压器的台数和容考虑负荷的发展。而主变压器的台数和容量的最后确定，应结合变电所最后确定的量的最后确定，应结合变电所最后确定的主接线方案，择优而定。主接线方案，择优而定。本章内容结束！本章内容结束！
