电机学变压器PPT课件

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1、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2.4 变压器的参数测定变压器的参数测定2.5 变压器的运行特性变压器的运行特性2.6 三相变

2、压器的联结组三相变压器的联结组2.7 三相变压器的并联运行三相变压器的并联运行2.8 特种变压器特种变压器发电机发电机11kv11kv升压变压器升压变压器110kv110kv三绕组三绕组变压器变压器230kv230kv去系统另一部分去系统另一部分降压变压器降压变压器11kv11kv配电变压器配电变压器其他负载其他负载D D电力系统中变压器的使用电力系统中变压器的使用2.1 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变压器工作原理演变压器工作原理演示如右示如右：用鼠标点击，先合用鼠标点击，先合上电源，再合负载上电源，再合负载原边原边一次侧一次侧初级初级副边副边二次侧二次侧次级次

3、级1 1、变压器工作原理、变压器工作原理 变压器通过电磁感应原理，或者利用互感作用从一个电路变压器通过电磁感应原理，或者利用互感作用从一个电路变压器通过电磁感应原理，或者利用互感作用从一个电路变压器通过电磁感应原理，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。两个互相绝缘的绕组套在向另一个电路传递能量的电器。两个互相绝缘的绕组套在向另一个电路传递能量的电器。两个互相绝缘的绕组套在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，没有电路的直接联系。同一铁心上，他们之间有磁的耦合，没有电路的直接联系。同一铁心上，他们之间有磁的耦合，没有电路的直接联系。同

4、一铁心上，他们之间有磁的耦合，没有电路的直接联系。当原边接到交流电源时，原边有交流电流并在铁心中产生当原边接到交流电源时，原边有交流电流并在铁心中产生当原边接到交流电源时，原边有交流电流并在铁心中产生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、副边绕组分别感应电交变磁通，根据电磁感应定律，原、副边绕组分别感应电交变磁通，根据电磁感应定律，原、副边绕组分别感应电交变磁通，根据电磁感应定律，原、副边绕组分别感应电势势势势e e e e1 11 1、e e e e2 ,2 ,2 ,2 ,副边有了电势可向负载供电，实现能量传递，调副边有了电势可向负载供电，实现能量

5、传递，调副边有了电势可向负载供电，实现能量传递，调副边有了电势可向负载供电，实现能量传递，调节变比节变比节变比节变比K K K K即可达到变压的目的。即可达到变压的目的。即可达到变压的目的。即可达到变压的目的。e1=-N1ddte2=-N2ddtk=N1N2变压比(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

6、方式 干式、油浸式、充气式变压器干式、油浸式、充气式变压器2. 2. 变压器的分类变压器的分类电子变压器干式变压器电源变压器电力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 S9 型配电变压器型配电变压器（10 kV） 大型油浸电力变压器大型油浸电力变压器 大型油浸电力变压器大型油浸电力变压器 干式变压器干式变压器 3.3.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单击播放主要部件：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 三相油浸式电力变压器三相油浸式电力变压器

7、三相变压器三相变压器(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（套有绕组）和铁轭（形成闭合磁路）由厚硅钢片叠成或非晶合金制成由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铁铁心心柱柱铁铁心心柱柱铁铁 轭轭铁铁 轭轭11112222 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）心式变压器铁铁 铁铁 铁铁 心心轭轭 柱柱 轭轭1122 单相壳式变压器单相壳式变压器

8、(2) 绕组绕组 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置分为：同心式，交叠式依照高低压绕组的相对位置分为：同心式，交叠式铁铁 铁铁 铁铁 心心轭轭 柱柱 轭轭1122铁铁心心柱柱铁铁心心柱柱铁铁 轭轭铁铁 轭轭11112222同心式绕组同心式绕组交叠式绕组交叠式绕组(3)油箱及其他附件油箱及其他附件 n油箱 n储油柜 n呼吸器 n冷却器 n绝缘套管 n分接开关 n压力释放阀 n气体继电器 4.4.变压器铭牌和额定值

9、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 = U2N 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。 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)

10、 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。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情原边加额定电压，副边开路、负载电流为零时的运行情况，称为变压器的况，称为变压器的空载运行空载运行。一、电磁关系分析一、电磁关系分析me1e2e11u1u2i0i2=0变

11、压器空载运行变压器空载运行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；（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

12、；（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。n主、漏磁通的区别主、漏磁通的区别(1) (1) 性质上性质上 0 0与与I I0 0成非线性关系，成非线性关系， 11与与I I0 0成线性关系；成线性关系；(2) (2) 数量上数量上 0 0占占99%99%以上，以上，11仅占仅占1%1%以下；以下；(3) (3) 作用上作用上 0 0起传递能量的作用，起传递能量的作用， 11起漏抗压降作用。起漏抗压降作用。u1i0f0=N1i0e1e2e11

13、m设设 = m sint则则n电磁关系分析电磁关系分析忽略漏阻抗压降后有效值：忽略漏阻抗压降后有效值：故：故：电势有效值：电势有效值：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 U表示电压降，电势表示电压降，电势E E表示电压升表示电压升1 1、电压平衡方程式、电压平衡方程式副绕组：空载时，I2=0原绕组：2 2、漏电抗、漏电抗原边漏磁通：原边漏磁通：写成复数形式：其中：若

14、i1随时间作正弦变化，则可写成：称为原绕组称为原绕组漏电抗漏电抗。与频率，漏电感、匝数平方成正比，与漏磁导成。与频率，漏电感、匝数平方成正比，与漏磁导成正比。正比。漏磁导漏磁导磁势磁势3 3、激磁电流、激磁电流 磁化电流（无功分量）磁化电流（无功分量） ，铁耗电流（有功分量），铁耗电流（有功分量） 。i iFe定义：产生主磁通所需要的电流，叫定义：产生主磁通所需要的电流，叫激磁电流激磁电流，i im m表示。表示。空载时，空载时，一次侧空载电流就是激磁电流一次侧空载电流就是激磁电流。包含两分量：。包含两分量：磁路不饱和：磁化曲线线性，磁路不饱和：磁化曲线线性，i i 正弦变化，与感应电正弦变化

15、，与感应电势相差势相差9090度，为纯无功电流。度，为纯无功电流。（1 1）磁化电流）磁化电流it1t2tt1t2tiiti磁化电流图解法磁化电流图解法铁芯饱和时：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。it1t2tt1t2tiiti磁化电流磁化电流2 2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。（2 2）铁耗电流（有功分量）铁耗电流（有功分量） i iFeFe与铁心损耗对应，铁耗电流与铁心损耗对应，铁耗电流 i iFeFe 与与-e-e1 1同相位，为有功同相位，为有功电流。电流。n空载电流作用和性质空载电

16、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；大大小小：与与电电源源电电压压和和频频率率、线线圈圈匝匝数数、磁磁路路材材质质及几何尺寸有关。及几何尺寸有关。4 4、激磁阻抗、激磁阻抗类同前面漏电抗的推导，主磁通、感应电势、磁化电抗：类同前面漏电抗的推导，主磁通、感应电势、磁化电抗：另，铁耗电流与电势另，铁耗电流与电势-E-E1 1同相：同相：若若i i 随时间作正弦变化，上式用复数表示：随时间作正弦变化，上式用复数表

17、示：磁化电抗可得，激磁电流可得，激磁电流I Im m与感应电势与感应电势E E1 1关系：关系：则有：则有：ImIFeIE1RFexImE1Rmxm三、等效电路三、等效电路U1.I0.r1x1E1.一次侧等效电路一次侧等效电路U1.I0.r1x1E1.变压器空载等效电路变压器空载等效电路Rmxm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。xmx1rmr1xmrm磁滞、涡流效应建立空载磁通忽略漏阻抗压降后有效值忽略漏阻抗压降后有效值：故：故：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

18、侧线圈的匝数，与铁芯的材质和几何尺寸无关。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：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.jI0x1.I0.n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

19、，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）电电抗抗是是联联系系电电气气量量（电电动动势势) )与与磁磁场场量量（磁磁通通）的的桥桥梁梁。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，电抗为常数；线性磁路中，电抗为常数； 非线性电路中，电抗的大小随磁路的饱和而减小。非线性电路中，电抗的大小随磁路的饱和而减小。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

20、负载运行变压器的负载运行。一、电磁关系分析一、电磁关系分析mE1E11U1U2I1I2变压器负载运行变压器负载运行.E2E2.2.Z ZL L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、电动势之间的关系磁动势磁动势磁通磁通电动势电动势一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组二、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F F1 1=I=I1 1N N1 1，二次侧，二次侧绕组磁势共同作用的结果。绕组磁势共同作用的结果。前述，由于一次绕组漏抗很小，可忽略，负载时：前述，由于一次绕组漏抗很小，可忽略，负载时：

21、可见：可见：当外电压当外电压U1和频率一定时，主磁通在负载时仍基本和频率一定时，主磁通在负载时仍基本保持不变。也可以说：负载时的合成磁势保持不变。也可以说：负载时的合成磁势I1N1+I2N2和空载和空载时的磁势时的磁势I0N1相等。相等。负载时磁势平衡方程负载时磁势平衡方程由负载引起，称原边由负载引起，称原边电流的负载分量电流的负载分量移项，两边同除以移项，两边同除以N1N1得：得：随着负载电流随着负载电流I I2 2出现，产生二次侧磁势出现，产生二次侧磁势I I2 2N N2 2, ,相应的一次侧电相应的一次侧电流从流从I I0 0增加到增加到I I1 1，磁势由，磁势由I I0 0N N1

22、 1增加到增加到I I1 1N N1 1. . 这个一次侧电流增这个一次侧电流增加的分量加的分量I I1L1L=-I=-I2 2/K,/K, 克服了二次侧的去磁效应，使铁心中的克服了二次侧的去磁效应，使铁心中的主磁通由空载到负载时保持基本不变。主磁通由空载到负载时保持基本不变。令令则：则：E2.E1.F2.I2.-F2.-I2 K.I1.F1.F0.I0.m.磁势平衡相量图磁势平衡相量图副边绕组：副边绕组：原边绕组：原边绕组：，副边漏阻抗。，副边漏阻抗。，原边漏阻抗。，原边漏阻抗。考虑到原、副边绕组的电阻压降考虑到原、副边绕组的电阻压降i i1 1R R1 1 、i i2 2R R2 2得一、

23、二次绕得一、二次绕组的电压方程式。组的电压方程式。三、电压平衡方程式三、电压平衡方程式n小结小结（1 1）在变压器中存在着磁势平衡和电势平衡两个基本关系，）在变压器中存在着磁势平衡和电势平衡两个基本关系，负负载变化对一次侧的影响是通过二次侧磁势起作用的载变化对一次侧的影响是通过二次侧磁势起作用的。（2 2）当二次侧电流增加时，二次侧磁势起趋向于改变铁芯中的）当二次侧电流增加时，二次侧磁势起趋向于改变铁芯中的主磁通及感应电势主磁通及感应电势E1E1，破坏了一次侧的电压平衡关系。此时一，破坏了一次侧的电压平衡关系。此时一次侧自动产生一个电流分量去抵偿二次侧磁势的作用，使一次次侧自动产生一个电流分量

24、去抵偿二次侧磁势的作用，使一次侧电势电压间达到新的平衡。侧电势电压间达到新的平衡。通过电势与磁势平衡的过程，能通过电势与磁势平衡的过程，能量从一次侧传递到二次侧。量从一次侧传递到二次侧。U1.I1.r1E1.变压器负载时的电路图变压器负载时的电路图r2U2.I2.E2.由由图图可可见见：变变压压器器一一、二二次次绕绕组组的的电电路路是是独独立立的的，只有磁的联系，没有电的联系，不便于计算。只有磁的联系，没有电的联系，不便于计算。x1x2o1o2四、绕组归算和变压器等效电路四、绕组归算和变压器等效电路常常采采用用归归算算的的方方法法, ,把把两两个个电电路路化化成成一一个个电电路路，其其目目的的

25、是是简化计算，得出原、副边有联系的统一等效电路。简化计算，得出原、副边有联系的统一等效电路。需需要要注注意意：绕绕组组归归算算前前后后，如如果果改改变变了了变变压压器器的的状状态态，折折算算是是毫毫无无意意义义的的。不不能能影影响响非非归归算算方方的的电电压压、电电流流，铁铁芯芯磁磁通以及有功和无功功率的大小。归算的原则：通以及有功和无功功率的大小。归算的原则：u保持归算前后绕组的磁效应不变（磁势不变）保持归算前后绕组的磁效应不变（磁势不变）u保持归算前后有功和无功功率不变。保持归算前后有功和无功功率不变。显显然然，只只要要想想办办法法将将两两个个绕绕组组的的感感应应电电势势变变为为相相等等即

26、即可可。也就是将二次绕组匝数变为一次绕组匝数即可。也就是将二次绕组匝数变为一次绕组匝数即可。1 1、绕组的归算、绕组的归算( (副边归算到原边副边归算到原边) )注意：二次绕组匝数变化后，二次绕组的电流必须调整，注意：二次绕组匝数变化后，二次绕组的电流必须调整，否则改变了变压器的电磁关系。否则改变了变压器的电磁关系。归算是把二次侧绕组匝数变换成一次侧绕组的匝数，而不归算是把二次侧绕组匝数变换成一次侧绕组的匝数，而不改变一、二次侧绕组的电磁关系。改变一、二次侧绕组的电磁关系。1 1）二次侧绕组电流的归算）二次侧绕组电流的归算电流归算原则是：保持归算前后绕组的磁效应不变（磁电流归算原则是：保持归算

27、前后绕组的磁效应不变（磁势不变），归算后的量带势不变），归算后的量带表示。表示。2 2）二次侧阻抗的归算）二次侧阻抗的归算根据根据二次侧消耗的有功功率不变二次侧消耗的有功功率不变，得：，得：根据根据二次侧消耗的无功功率不变二次侧消耗的无功功率不变，得：，得：根据根据二次侧传输给负载的功率不变二次侧传输给负载的功率不变，得：，得：3 3）二次侧绕组电势和电压的归算）二次侧绕组电势和电压的归算根据电势与匝数成正比关系得：根据电势与匝数成正比关系得：二次侧端电压：二次侧端电压：结论：结论：（1 1）归算前后，二次侧电流变化）归算前后，二次侧电流变化1/K1/K倍倍（1 1）二次侧电势、电压变化）二次

28、侧电势、电压变化K K倍倍（2 2）二次侧电阻、阻抗、负载变）二次侧电阻、阻抗、负载变化化K K2 2倍倍 项目项目 归算前归算前 归算后归算后一次侧一次侧电压方程电压方程二次侧二次侧电压方程电压方程电流关系电流关系感应电动势感应电动势感应电动势感应电动势的关系的关系输出电压输出电压归算前后的对比归算前后的对比U1 =E1Z1I1 U1 =E1Z1I1 U2 = E2Z2I2 U2 = E2 Z2I2 N1I1N2I2 = N1I0 I1I2 = I0 E1 =ZmI0 E1 =ZmI0 E1= kE2E1 = E2U2 = ZLI2 U2 = ZLI2 归算后的基本方程式归算后的基本方程式根

29、据归算后的基本方程画出的部分等效电路得到变压器T型等效电路图U1.I1.r1x1E1.rmxmI0.r2x2Uz.I2.E2.I1+.I2.=I0.E1=.E2=.-I0.Zm.2. 变压器带负载变压器带负载T 型等效电路型等效电路ZLU1I1R1 jX1 E1 = E2I0 U2 jX2 R2I23.3.变压器带负载变压器带负载 形等效电路形等效电路ZLU1I1R1 jX1 E1I0 U2 jX2 R2I24. 简化等效电路简化等效电路 该电路用于满载该电路用于满载 或接近满载运行或接近满载运行 时的分析、计算。时的分析、计算。I0 很小，很小，I1 I2 ZLU1 I1 I2 Rk jXk

30、 U2 5. 相量图相量图 设：设： U2 = U2 0 U2I2 电感性负载电感性负载 2E1 = E2R2I2jX2I2E1I0I2I1R1I1jX1I1 1U1 电容性负载电容性负载U2I2E1 = E2 R2I2 jX2I2 I0I2 U1 2E1I1R1I1 jX1I1 1 电阻性负载电阻性负载U2I2E1 = E2R2I2jX2I2I0I2U1E1R1I1jX1I1 1I1n小结小结（1 1）为简化计算，通过归算法将原、副边电路整合为一个统）为简化计算，通过归算法将原、副边电路整合为一个统一的电路，可用熟知的电路理论来分析变压器性能。一的电路，可用熟知的电路理论来分析变压器性能。（

31、2 2）把副边电路归算到原边，要遵循两个原则：）把副边电路归算到原边，要遵循两个原则：磁势不变原磁势不变原则，元件功率不变原则。则，元件功率不变原则。（3 3）副边归算前后）副边归算前后: : 二次侧电流变化二次侧电流变化1/K1/K倍倍 二次侧电势、电压变化二次侧电势、电压变化K K倍倍 二次侧电阻、阻抗、负载变化二次侧电阻、阻抗、负载变化K K2 2倍倍2.5 2.5 变压器参数的测定变压器参数的测定变变压压器器中中的的等等效效参参数数励励磁磁阻阻抗抗Z Zm m和和短短路路阻阻抗抗Z Zk k，对对变变压压器器的的运运行行性性能能有有直直接接影影响响，知知道道了了变变压压器器的的参参数数

32、，就就可可绘绘出出等等效效电电路路，然然后后应应用用等等效效电电路路分分析析计计算算。对对已已经经制制成成的的变变压压器器，可可以以通通过过空空载载试试验验测测出出励励磁磁阻阻抗抗，短路试验测出短路阻抗。短路试验测出短路阻抗。一、空载试验（开路试验）一、空载试验（开路试验）条件：为试验安全和仪器接条件：为试验安全和仪器接线方便，一般在低压侧做空线方便，一般在低压侧做空载实验。试验时，低压侧加载实验。试验时，低压侧加额定电压额定电压，二次绕组开路。，二次绕组开路。低压侧低压侧高压侧高压侧U1VAWV空载试验可求取空载试验可求取: 变比变比k、铁耗、铁耗PFe、励磁阻抗、励磁阻抗Zm 实验数据：实

33、验数据： U1N、I0、P0、U20。(1) 铁损耗铁损耗 P0 = PFePCu = RmI02R1I02 PFeP0 (2) 励磁阻抗模励磁阻抗模 |Zm | Z1+Zm | =U1NI0空载时输出功率为空载时输出功率为0，输入功率主用于铁耗，输入功率主用于铁耗，I0很小，很小，r1很小，铜耗可忽略。测得的功率近似很小，铜耗可忽略。测得的功率近似 为铁耗。为铁耗。U1.I0.r1x1E1.rmxm(3) 励磁电阻励磁电阻RmR1Rm =P0I02(4) 励磁电抗励磁电抗 Xm =|Zm |2Rm2(5) 电压比电压比U20U1Nk =(6) 折算折算 开路试验测量通常为归算到低压侧时的值。

34、折开路试验测量通常为归算到低压侧时的值。折算到高压侧时，算到高压侧时，Rm 、Xm 和和 Zm 需要折算。需要折算。 实际值为实际值为Rm= k2P0 I02Xm =|Zm |2Rm2二二. 短路试验短路试验 测量：测量：PCu、短路参数短路参数。 实验方法：实验方法： 逐渐增加逐渐增加 U1 ，使电使电流达到额定值：流达到额定值：I1 = I1N 。U1 = (5%10%)U1N高压侧高压侧低压侧低压侧U1AVW 实验数据：实验数据： Uk = U1、Ik = I1N 、Pk 。(1) 铜损耗铜损耗 PCu PFe + PCu = Pk(2) 短路阻抗模短路阻抗模 |Zk | = UkIk由

35、于外施电压很低，主磁通很小，由于外施电压很低，主磁通很小，铁耗和励磁电流均可忽略，则输铁耗和励磁电流均可忽略，则输入功率近似等于一、二次侧绕组入功率近似等于一、二次侧绕组的铜耗。的铜耗。U1.-U2.I1 =- I2 .rkXk短短路路试试验验时时，绕绕组组温温度度与与实实际际运运行行时时不不一一样样。需需要要折折算算到到75度度时时的的值值。若若绕绕组组为为铜铜线线，可可按按课课本本上上的的公公式式（P46）进进行换算。行换算。短短路路试试验验时时，使使电电流流达达到到额额定定值值时时所所加加的的电电压压Uk称称为为阻阻抗抗压压降降或或短短路路电电压压。一一般般用用额额定定电电压压的的百百分

36、分值值表表示示。他他也也是变压器铭牌数据之一。是变压器铭牌数据之一。(3) 短路电阻短路电阻 | Rk | =PkIk2(4) 短路电抗短路电抗 Xk =| Zk | 2Rk2Uk =UkU1N100% A.ABC三相组式铁心变压器三相组式铁心变压器2.6 2.6 三相变压器三相变压器一、三相变压器概述一、三相变压器概述B.C.XYZA.C.B.A.C.B.ABC三相心式铁心的形成三相心式铁心的形成二、单相变压器的极性和绕组标志二、单相变压器的极性和绕组标志u同极性端的确定同极性端的确定u三相变压器的三相变压器的Y Y和和D D连接连接为确定相电压的相位关系，高压、低压绕组相电压相量的为确定相

37、电压的相位关系，高压、低压绕组相电压相量的正方向规定为：从绕组的首端指向尾端。正方向规定为：从绕组的首端指向尾端。相电压的相位关系，取决于绕组的同名端是否同在尾端或相电压的相位关系，取决于绕组的同名端是否同在尾端或首端。首端。AUAXaxuaAUAXxaua相电压相量的正方向规定为：从绕组的首端指向尾端。相电压相量的正方向规定为：从绕组的首端指向尾端。相电压的相位关系，取决于相电压的相位关系，取决于绕组的同名端绕组的同名端是否同在尾是否同在尾端或首端。同在首端或尾端，电压相位相同；否则，端或首端。同在首端或尾端，电压相位相同；否则，电压相位相反。电压相位相反。AUAXxauaAUAXaxuaU

38、A与ua反相UA与ua反相三、绕组连接方式和连接组别三、绕组连接方式和连接组别国家标准规定五种连接组别：国家标准规定五种连接组别：Y，Yn12 ；YN，y12 ；Y，y12 ；YN，d11 ；Y，d11星形接法（星形接法（Y Y），或者带中性点（），或者带中性点（YNYN）三角形接法（三角形接法（D D）三三相相绕绕组组原原边边、副副边边采采用用不不同同的的连连接接方方式式时时，高高压压侧侧线线电电压压与与低低压压侧侧线线电电压压之之间间可可以以形形成成不不同同的的相相位位。为为表表明明这种高低压线电压之间的关系，采用这种高低压线电压之间的关系，采用“时钟表示法时钟表示法”。UA.UB.UC.

39、Ub.Uc.Ua.ABCUAB.abcab.UY,y12连接组UA.UB.UC.UAB.ub.ua.uab.时钟法组别判定UAB.uab.U UABAB相量作为时针指向相量作为时针指向1212点，固定不动；点，固定不动；u uabab相量作为分针，相量作为分针，其指向的点数即为连接组号。其指向的点数即为连接组号。UA.UB.UC.ub.uc.ua.ABCUAB.abcab.uY,y6连接组UA.UB.UC.UAB.ub.ua.uab.UAB.uab.UA.UB.UC.ua.ub.uc.ABCUAB.cabab.uY,y4连接组UA.UB.UC.UAB.ua.ub.uab.UAB.uab.UA.

40、UB.UC.ub.uc.ua.ABCUAB.abcab.uY,d11连接组UA.UB.UC.UAB.ub.ua.uab.UAB.uab.注意：对注意：对D D形接法，形接法，线电压等于相电压线电压等于相电压2-7 2-7 标幺值标幺值在工程计算中，各物理量除了采用实际值来表示和计算外，在工程计算中，各物理量除了采用实际值来表示和计算外，有时也用标幺值来表示和计算。有时也用标幺值来表示和计算。标标幺幺值值就就是是某某一一物物理理量量的的实实际际值值与与选选定定对对应应物物理理量量的的基基值值之之比。标幺值比。标幺值= =实际值实际值/ /基值基值某一物理量某一物理量A A，基值用，基值用A Ab

41、 b，则标幺值为：，则标幺值为：A A* *=A/A=A/Ab b标标幺幺值值为为相相对对值值，无无量量纲纲。对对电电路路计计算算，四四个个基基本本物物理理U,I,S,ZU,I,S,Z中，其中两个基值任选，另外两个按电路理论计算。中，其中两个基值任选，另外两个按电路理论计算。一般选取电压和电流的基值一般选取电压和电流的基值U Ub b、I Ib b，其他两个量的基值由计算，其他两个量的基值由计算得到。对单相系统，功率和阻抗基值分别为：得到。对单相系统，功率和阻抗基值分别为：注意：注意：功率基值即是有功功率也是无功率基值即是有功功率也是无功功率的基值，也是容量的基值。阻功功率的基值，也是容量的基

42、值。阻抗基值即是电阻基值又是电抗基值抗基值即是电阻基值又是电抗基值在在变变压压器器和和电电机机中中，通通常常选选择择额额定定电电压压和和额额定定电电流流作作为为基基值值。此时额定电压、电流和额定视在功率的标幺值为此时额定电压、电流和额定视在功率的标幺值为1 1，更简洁。，更简洁。以以额额定定相相电电压压U UNN和和额额定定相相电电流流I INN作作为为相相电电压压和和相相电电流流基基值值。则有：则有：一次和二次侧相电压的标幺值：一次和二次侧相电流的标幺值：一次和二次侧阻抗的标幺值：功率的基值：可见，一二次侧具有相同的功率基值。可见，一二次侧具有相同的功率基值。线电压、线电流的标幺值：以线电压

43、、线电流的额定值作为基值。则三相电路中，以线电压、线电流的额定值作为基值。则三相电路中，相电压和线电压的标幺值恒相等，相电流和线电流的标相电压和线电压的标幺值恒相等，相电流和线电流的标幺值恒相等。幺值恒相等。三相功率的基值取为变压器的三相额定容量，有三相功率的基值取为变压器的三相额定容量，有: :当系统中有多台变压器或电机时：各变压器或电机都有以各自功率基值计算的标幺值，考各变压器或电机都有以各自功率基值计算的标幺值，考虑到整个系统的计算，应选定一特定的功率虑到整个系统的计算，应选定一特定的功率S Sb b作为整个作为整个系统的功率基值，这样系统中各个装置的标幺值需要换系统的功率基值，这样系统

44、中各个装置的标幺值需要换算到以算到以S Sb b为功率基值的标幺值。为功率基值的标幺值。其中，S1*、Z1*分别为功率基值为Sb1时功率和阻抗的标幺值；S*、Z*分别为功率基值为Sb时功率和阻抗的标幺值在同一电压基值下在同一电压基值下，阻抗的标幺值与对应的功率基值，阻抗的标幺值与对应的功率基值成正比。成正比。选用同一电压基值此即为不同功率基值下的阻抗、功率标幺值换算关系。此即为不同功率基值下的阻抗、功率标幺值换算关系。应用标幺值的优点: (1)(1)不不论论变变压压器器或或电电机机容容量量的的大大小小，用用标标幺幺值值表表示示时时，各各个个参参数数和和典典型型的的性性能能数数据据通通常常都都在

45、在一一定定的的范范围围以以内内，因因此此便便于于比较和分析。比较和分析。 (2)(2)用用标标幺幺值值表表示示时时，归归算算到到高高压压侧侧或或低低压压侧侧时时变变压压器器的的参参数恒相等，故用标幺值计算时不必再进行归算。数恒相等，故用标幺值计算时不必再进行归算。(3)(3)标幺值的缺点是没有量纲，无法用量纲关系来检查。标幺值的缺点是没有量纲，无法用量纲关系来检查。 2.8 2.8 变压器的运行性能变压器的运行性能 运行性能：外特性、效率特性。运行性能：外特性、效率特性。一一. 外特性和电压调整率外特性和电压调整率 当当 U1、cos 2 为常数时为常数时 U2 = f ( I2) 外特性。外

46、特性。 (1) 电压调整率的定义电压调整率的定义U2 I2 OU2N2=1 2= 0.8(电感性电感性)2= 0.8(电容性电容性) I2N U2uN 5% 额定负载、功率因数为指定值时，额定负载、功率因数为指定值时，称为称为额定电压调整率额定电压调整率定义：定义：当一次侧电压保持为额当一次侧电压保持为额定，负载功率因数为常值，从定，负载功率因数为常值，从空载到负载时二次侧电压变化空载到负载时二次侧电压变化的百分值，用的百分值，用u u表示。表示。U1与U2间的夹角很小，则近似有： ZLU1I1I2Rk jXk U2 变压器简化等效电路变压器简化等效电路感性负载相量图感性负载相量图 基基本本铜

47、铜耗耗：是是指指电电流流流流过过绕绕组组时时所所产产生生的的直直流流电电阻阻损损耗。耗。1.1.铜耗铜耗杂杂散散铜铜耗耗：主主要要指指漏漏磁磁场场引引起起电电流流集集肤肤效效应应，使使绕绕组组的的有有效效电电阻阻增增大大而而增增加加的的铜铜耗耗，以以及及漏漏磁磁场场在在结结构部件中引起的涡流损耗等。构部件中引起的涡流损耗等。铜铜耗耗与与负负载载电电流流的的平平方方成成正正比比，因因而而也也称称为为可可变变损损耗。耗。二、效率和效率特性二、效率和效率特性变压器运行时将产生损耗，变压器的损耗分为铜耗和铁变压器运行时将产生损耗，变压器的损耗分为铜耗和铁耗两类。每一类又包括基本损耗和杂散损耗。耗两类。

48、每一类又包括基本损耗和杂散损耗。2.2.铁耗铁耗 基本铁耗：基本铁耗：是变压器铁心中的磁滞和涡流损耗。是变压器铁心中的磁滞和涡流损耗。杂散铁耗：杂散铁耗：包括叠片之间的局部涡流损耗和主磁包括叠片之间的局部涡流损耗和主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。通在结构部件中引起的涡流损耗等。 铁耗可近似认为与铁耗可近似认为与 或或 成正比，由于变压成正比，由于变压器的一次电压保持不变器的一次电压保持不变, ,故铁耗可视为故铁耗可视为不变损耗不变损耗。效率 : 输出功率与输入功率之比。3.效率特性其中:从效率特性可见从效率特性可见, ,当负载达到某一数值时当负载达到某一数值时, ,效率将达到最大值效率将达

49、到最大值max。把上式对。把上式对I I2 2求导求导, ,并使并使 , ,可得可得: : 上式说明，发生最大效率时，变压器的铜耗恰好等于铁耗。上式说明，发生最大效率时，变压器的铜耗恰好等于铁耗。效率特性：效率特性：效率效率是负载电流的函数，如图所示是负载电流的函数，如图所示 。0变压器的效率特性变压器的效率特性工程上常用间接法来计算效率，即测出铜耗和铁耗工程上常用间接法来计算效率，即测出铜耗和铁耗, ,再计算再计算效率。公式如下效率。公式如下: : 【例题 2-4】p61 小型电力变压器小型电力变压器: :N = 80% 90% 大型电力变压器大型电力变压器: :N = 98% 99% 负荷

50、容量很大，一台变压器不能满足要求。负荷容量很大，一台变压器不能满足要求。 负荷变化较大，用多台变压器并联运行可以随时调节投负荷变化较大，用多台变压器并联运行可以随时调节投入变压器的台数。入变压器的台数。 可以减少变压器的储备容量。可以减少变压器的储备容量。 u1 u2 T1 T2 变压器并联运行是指：一次绕组和二次绕组分别并联到一变压器并联运行是指：一次绕组和二次绕组分别并联到一次侧和二次侧的公共母线上的运行方式。次侧和二次侧的公共母线上的运行方式。2.9 2.9 三相变压器的并联运行三相变压器的并联运行(1) 空载时各台变压器的空载时各台变压器的 I2 = 0，即各台变压器之，即各台变压器之

51、 间无环流。间无环流。(2) 负载运行时，各台变压器分担的负载与它们负载运行时，各台变压器分担的负载与它们 的容量成正比。的容量成正比。(3) 各台变压器同一相上输出的电流同相位，各台变压器同一相上输出的电流同相位， 使得总输出电流：使得总输出电流： I2 = Ii 。2. 并联运行的变压器应满足要求并联运行的变压器应满足要求(1) 电压比相等，以保证二次侧的空载电压相等。电压比相等，以保证二次侧的空载电压相等。 规定：规定：电压比之差电压比之差%(平均电压比平均电压比)(2) 联结组相同，以保证二次侧空载电压相位相同。联结组相同，以保证二次侧空载电压相位相同。 1.理想并联运行的状态理想并联

52、运行的状态(3) 短路阻抗标幺值相等，阻抗角要相同。短路阻抗标幺值相等，阻抗角要相同。两台变压器并联运行的等效电路图，虚线部分为理想变压两台变压器并联运行的等效电路图，虚线部分为理想变压器，电流、阻抗已归算到二次侧。器，电流、阻抗已归算到二次侧。电源负载U2.I2.I1I.I1II.I2I.I2II.ZkI.ZkII.kIkIIU1.I1.求解方程得到：变压器变压器I I的负的负载电流分量载电流分量变压器变压器IIII的负的负载电流分量载电流分量变压器间的环流变压器间的环流3.电压比不同时，引起变压器间的环流电压比不同时，引起变压器间的环流电压比不同时，引起变压器间的环流电压比不同时，引起变压

53、器间的环流环流与负载大小无关环流与负载大小无关变压器漏阻抗很小，电压比很小的差别就会变压器漏阻抗很小，电压比很小的差别就会引起较大的环流引起较大的环流理想并联运行时，需保证各变压器的电压比理想并联运行时，需保证各变压器的电压比相等，对于三相变压器，联结组号必须相同。相等，对于三相变压器，联结组号必须相同。4. 电压比相同，等效漏阻抗不同时的负载分配电压比相同，等效漏阻抗不同时的负载分配负载电流按其等效漏阻抗成反比例分配负载电流按其等效漏阻抗成反比例分配! !上式两端均乘以上式两端均乘以INII/INI,考虑两台变压器具有相同的额定电压，考虑两台变压器具有相同的额定电压，则标幺值表示的负载分配关

54、系为则标幺值表示的负载分配关系为： 各台变压器承担的负载电流标幺值与其短路各台变压器承担的负载电流标幺值与其短路 阻抗标幺值成反比。阻抗标幺值成反比。 希望希望 IL IL = IN IN 负载与容量成正比负载与容量成正比 即即I L= IL *|Zk| = |Zk| * * IL IN = IL IN 当当Zk模的标幺值（或模的标幺值（或Uk的标幺值）相等时，的标幺值）相等时， 各台变压器承担的负载与其容量成正比。各台变压器承担的负载与其容量成正比。 当各台变压器的当各台变压器的 Zk 的阻抗角相等时，的阻抗角相等时， 各台变压器的输出电流同相位。各台变压器的输出电流同相位。即当即当 k =

55、 k有有 IL = ILIL S = SS如果：如果： k k20，则可以不考虑相位。，则可以不考虑相位。1.1.三绕组三绕组变压器变压器有三个绕组和三个电压等级。有三个绕组和三个电压等级。低压低压 中压中压 高压高压 降压变压器降压变压器 中压中压 低压低压 高压高压 升压变压器升压变压器 2.10 2.10 特种变压器特种变压器(1) 工作原理工作原理N1N3N2I1I2U1I3U2U3三绕组三绕组变压器变压器(a) 空载时，三个绕组的电压关系空载时，三个绕组的电压关系= k12=N1N2U1U2= k13=N1N3U1U3= k23=N2N3U2U3(b) 负载时，用简化等效电路分析负载

56、时，用简化等效电路分析将两个二次绕组折算至一次侧，则将两个二次绕组折算至一次侧，则U2 = k12U2 ， U3 = k13U3I2 = I2 ， 1k12I3 = I3 1k13R1 jX1 R2 jX2 R3 jX3 I1 U2 I2 U1 I3 U3 2. 电压互感器电压互感器U1 U2=N1 N2= ku 国产互感器：国产互感器： U2N = 100 V 使用注意：使用注意：二次绕组禁止短路。二次绕组禁止短路。二次绕组与铁心必须接地。二次绕组与铁心必须接地。空载运行的降压变压器。空载运行的降压变压器。u1 Vu1u2电压互感器电压互感器 E2 3. 电流互感器电流互感器 N1很小。很小

57、。 短路运行的升压变压器。短路运行的升压变压器。 I1 I2 =N2 N1 = ki 国产互感器：国产互感器： I2N = 5 A 使用注意：使用注意： 二次绕组禁止开路。二次绕组禁止开路。 开路时：开路时：I2 = 0，I1 不变不变 一次绕组工作电压较高时，一次绕组工作电压较高时， 二次绕组与铁心必须接地。二次绕组与铁心必须接地。 Ai2i14.4.自耦变压器自耦变压器只有一个绕组。只有一个绕组。手手柄柄接接线线柱柱（1）自耦变压器的工作原理）自耦变压器的工作原理 I+ +U2I1E1E2 U1I2 升压自耦变压器升压自耦变压器 (2) 电压关系电压关系 忽略漏阻抗，则忽略漏阻抗，则= U1 U2E1 E2=N1 N2= k I 降压自耦变压器降压自耦变压器 N1N2+ +U1I1E1E2 U2I2(3) 电流关系电流关系 N1I1N2I2 = N1I0 忽略忽略 I0，则，则N1I1N2I2 = 0 I1 = I2 N2N1大小关系：大小关系：I1 I2 N2 N1 =相位关系：相位关系： I1与与 I2 相位相反。相位相反。 1 k =I = I1I2 = (1 ) I2 1k= (1 k ) I1 练练 习习 题题n2-1 2-2 2-3 2-82-1 2-2 2-3 2-8n2-14 2-16 2-14 2-16 本章结束！本章结束！