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1、电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT第三章第三章 变压器变压器Chapter3 TransformerChapter3 Transformer电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT第一节第一节 变压器的工作原理、分类及结构变压器的工作原理
2、、分类及结构一、变压器的工作原理一、变压器的工作原理(1)变压器的主要部件铁心和套在铁心上的两个绕组。(2)两绕组只有磁耦合没电联系。(3)在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。构成变压器磁路构成变压器磁路的主要部分。的主要部分。当铁心内的磁通当铁心内的磁通发生交变时，在发生交变时，在绕组内产生感应绕组内产生感应电动势。电动势。理想变压器模型为理想变压器模型为电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engi
3、neering, HFUT电工惯例：电工惯例：电工惯例用于规定变压器中物理量的正方向。规定：（1在同一支路中，电压和电流的正方向一致；（2磁通正方向与电流正方向符合右手螺旋法则；（3由交变磁通量产生的电动势正方向与产生该磁通量的电流正方向一致，并有e=-(d/dt)的关系。AX （1当电流由当电流由A流流到到X时，时，A点的电位点的电位高于高于X点的电位点的电位 （2当电流由当电流由A流流到到X时，按照右手螺时，按照右手螺旋法则确定磁通。旋法则确定磁通。电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepa
4、rtment of Electrical Engineering, HFUT 忽略绕组的电阻压忽略绕组的电阻压降，则端电压只能由降，则端电压只能由感应电动势平衡。感应电动势平衡。u1e1=0考虑：现有两台变压器，除考虑：现有两台变压器，除了匝数一次侧不一样外，其了匝数一次侧不一样外，其余参数完全相同，现将两台余参数完全相同，现将两台变压器接到变压器接到220V，50赫兹交赫兹交流电上。问哪一台变压器的流电上。问哪一台变压器的损耗较大？损耗较大？电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartmen
5、t of Electrical Engineering, HFUTK匝比忽略铁心中的损耗，根据能量守恒定律，有：忽略铁心中的损耗，根据能量守恒定律，有：认为变压器只是单纯的将能量由原边一次认为变压器只是单纯的将能量由原边一次侧传递到了副边二次侧）。侧传递到了副边二次侧）。变压器实际上是以磁场为介质进行了电能的变压器实际上是以磁场为介质进行了电能的转换。转换。电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT二、变压器的分类二、变
6、压器的分类按用途分：电力变压器和特种变压器。按用途分：电力变压器和特种变压器。按绕组数目分：单绕组自耦变压器、双绕组变压器、三按绕组数目分：单绕组自耦变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。绕组变压器和多绕组变压器。按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。 按铁心结构分：芯式变压器和壳式变压器。按铁心结构分：芯式变压器和壳式变压器。 按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。 按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充
7、气式变压器。气式变压器。 电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT电源变压器电源变压器电力变压器电力变压器控制变压器控制变压器接触调压器接触调压器三相干式变压器三相干式变压器电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT三、变压器的结构简介三、变压器
8、的结构简介铁心铁心变压器中主要变压器中主要的磁路部分，分为铁心的磁路部分，分为铁心柱与铁轭两部分。变压柱与铁轭两部分。变压器铁心一般采用器铁心一般采用0.230.230.35mm0.35mm厚的取向硅钢片厚的取向硅钢片叠压而成。叠压而成。三相芯式变压器三相芯式变压器1-1-铁心柱铁心柱 2- 2-铁轭铁轭33高压线圈高压线圈 4 4低压线圈低压线圈电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT单相芯式变压器单相芯式变压器1-
9、1-铁心柱铁心柱 2- 2-铁轭铁轭33高压线圈高压线圈 4 4低压线圈低压线圈电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT单相壳式变压器单相壳式变压器1-1-铁心柱铁心柱 2- 2-铁轭铁轭 3 3绕组绕组绕组绕组变压器中的电路部分。变压器中的电路部分。11低压绕组低压绕组 2 2高压绕组高压绕组交叠式绕组交叠式绕组电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Eng
10、ineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT油浸式电力变压器油浸式电力变压器11信号式温度计信号式温度计22吸湿器吸湿器33储油柜储油柜44油位计油位计55安全气道安全气道66气体继电器气体继电器77高压套管高压套管88低压套管低压套管99分接开关分接开关1010油箱油箱1111铁心铁心1212线圈线圈1313放油阀门放油阀门电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineerin
11、g, HFUT变压器的额定值变压器的额定值额定容量为变压器的视在功率用额定容量为变压器的视在功率用SN SN 表示，单位表示，单位 kVA kVA ，VAVA）额定电压一次和二次绕组上分别为额定电压一次和二次绕组上分别为U1N U1N 和和U2N U2N ，单位，单位V, V, kVkV）额定电流一次和二次绕组上分别为额定电流一次和二次绕组上分别为I1N I1N 和和I2N I2N ，单位，单位 A , A , kAkA）单相变压器单相变压器三相变压器三相变压器额定频率额定频率fN fN 我国的规定为我国的规定为50Hz50Hz考虑：变压器为什么不将功率作为额定值？考虑：变压器为什么不将功率作
12、为额定值？变压器为什么不将功变压器为什么不将功率作为额定值？率作为额定值？电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT额定频率：额定频率：50Hz额定容量：额定容量：910kVA额定电压一次额定电压一次侧）：侧）：6300V额定电压二次额定电压二次侧）：侧）：400/231V额定电流一次额定电流一次侧）：侧）：83.4A额定电流二次额定电流二次侧）：侧）：1313A电机学电机学 Electric MachineryDepa
13、rtment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT例例3-1 3-1 有一台三相油浸自冷式铝线电力变压器，有一台三相油浸自冷式铝线电力变压器，试求一次、二次绕组的额定电流。试求一次、二次绕组的额定电流。解：解：电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT第二节第二节 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行一一 空
14、载运行时的物理情况空载运行时的物理情况变压器空载条件：变压器空载条件：一次侧加上交流电压，二次侧开路。一次侧加上交流电压，二次侧开路。（1 1一次侧加上交流电压后，产生交流电流；一次侧加上交流电压后，产生交流电流；（2 2交流电流在铁心中产生交变的磁通含主磁通和漏磁通）；交流电流在铁心中产生交变的磁通含主磁通和漏磁通）；（3 3交变的磁通在一次、二次侧产生感应电动势；交变的磁通在一次、二次侧产生感应电动势；电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Eng
15、ineering, HFUT一次绕组和二次绕组一次绕组和二次绕组的电动势平衡方程式的电动势平衡方程式i0 空载电流；u20 二次绕组的空载电压；R1 一次绕组的电阻。m 主磁通；1 一次绕组漏磁通。电感计算方法：电感计算方法：(m ) Fm (1/ Rm 1/ R)e-N1d (m ) /dt= -N12 (1/ Rm 1/ R)(di0 /dt)= - (Lm+ L1 )(di0 /dt)= e1+e1互感计算方法：互感计算方法：mFm / Rm =N1 i0 / Rme2-N2(dm /dt)= -N1N2/ Rm (di0 /dt)= -M (di0 /dt)电机学电机学 Electri
16、c MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT1 1、感应电动势与主磁通、感应电动势与主磁通空载运行时，忽略空载运行时，忽略i1r1i1r1和和e1 e1 设：设：以上两式说明：以上两式说明：（1 1感应电动势感应电动势e1 e1 和和e2 e2 与与mm的相位关系：均滞后于的电角度的相位关系：均滞后于的电角度9090；（2 2） e1 e1 和和e2 e2 是正弦交变信号，其有效值与是正弦交变信号，其有效值与mm的关系为的关系为4.441.414电机
17、学中一个非电机学中一个非常重要的参数。常重要的参数。电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT2、空载电流、空载电流空载电流包含两个分量，空载电流包含两个分量，一个是励磁分量，作用是建立磁场，产生主磁通一个是励磁分量，作用是建立磁场，产生主磁通无功分量无功分量ImIm；另一个是铁损耗分量，作用是供变压器铁心损耗另一个是铁损耗分量，作用是供变压器铁心损耗有功分量有功分量IuIu。 性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量
18、，所以空载电流主性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电流主要是感性无功性质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、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关，大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关，用空载电流百分数用空载电流百分数 I0% I0% 来表示：来表示：电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT3、漏磁通和漏电抗、漏磁通和漏电抗漏电动势漏电动势E E 11漏电
19、抗是由漏磁通所产生的，它是表征漏磁通对于变压器漏电抗是由漏磁通所产生的，它是表征漏磁通对于变压器影响所引入的一个参数。影响所引入的一个参数。漏电感计算方法：漏电感计算方法： Fm / R =N1 i0 / R e2-N1(d /dt)= -N12 / R (di0 /dt)= - L1 (di0 /dt)电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT二、空载运行时的电动势平衡方程式、向量图及等二、空载运行时的电动势平衡方程式
20、、向量图及等效电路效电路 研究交流正弦电路的最有效手段就是相量法以研究交流正弦电路的最有效手段就是相量法以及由此引出的向量图。及由此引出的向量图。电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT变压器运行时相量形式的电动势平衡方程式为：变压器运行时相量形式的电动势平衡方程式为：如果不计变压器饱和的影响，可以讲感应电动势表示为如果不计变压器饱和的影响，可以讲感应电动势表示为励磁电流流过一个阻抗所产生的压降：励磁电流流过一个阻抗所
21、产生的压降：一次绕组漏阻抗一次绕组漏阻抗变压器励磁阻抗变压器励磁阻抗变压器励磁电抗变压器励磁电抗变压器励磁电阻变压器励磁电阻电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT变压器的一次绕组阻抗、励磁阻抗可以采用如下方式计算变压器的一次绕组阻抗、励磁阻抗可以采用如下方式计算:根据变压器一次侧电动势平衡方程式，可以画出变压器空载根据变压器一次侧电动势平衡方程式，可以画出变压器空载电路图：电路图：一次绕组电阻一次绕组电阻变压器励磁电
22、阻变压器励磁电阻一次绕组漏电抗一次绕组漏电抗变压器励磁电抗变压器励磁电抗一次绕组漏阻抗一次绕组漏阻抗变压器励磁阻抗变压器励磁阻抗电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT第三节第三节 单相变压器的基本方程式单相变压器的基本方程式 变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，变压器一次侧接在额定频率、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。二次接上负载的运行状态，称为负载运行。电机学电机学 Elec
23、tric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT一一 负载运行时的物理情况负载运行时的物理情况条件：条件：电源电压恒定，即电源电压恒定，即U1=U1=常数，则常数，则E1E1常数，常数，mm常数。常数。结果：结果：新的电动势平衡的条件是使一次绕组的电流增量所产生的磁动势与新的电动势平衡的条件是使一次绕组的电流增量所产生的磁动势与二次绕组电流所产生的磁动势相抵消，以维持主磁通基本不变，以二次绕组电流所产生的磁动势相抵消，以维持主磁通基本不变，以及由主
24、磁通所感应产生的电动势基本不变。及由主磁通所感应产生的电动势基本不变。例如一台变压器一次侧额定电压为例如一台变压器一次侧额定电压为10kV，一次侧漏阻抗为，一次侧漏阻抗为7.14欧姆，当变压器欧姆，当变压器工作在额定电流工作在额定电流36.4A时，可知此时感应时，可知此时感应电动势最小值为电动势最小值为9740V。电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT二、负载运行时的基本方程式二、负载运行时的基本方程式1 1、磁动势
25、平衡方程式、磁动势平衡方程式变压器负载时一次侧所产生的磁动势为变压器负载时一次侧所产生的磁动势为变压器负载时二次侧所产生的磁动势为变压器负载时二次侧所产生的磁动势为变压器在空载和负载时，主磁通近似不变，负载变压器在空载和负载时，主磁通近似不变，负载时净的磁动势应等于空载时的磁动势时净的磁动势应等于空载时的磁动势磁动势平衡方程磁动势平衡方程负载时变压器一次侧电流分为两个部分：负载时变压器一次侧电流分为两个部分：（1维持主磁通的励磁分量；维持主磁通的励磁分量；（2补偿二次侧磁动势的负载分量；补偿二次侧磁动势的负载分量；电机学电机学 Electric MachineryDepartment of E
26、lectrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT2 2、电动势平衡方程式、电动势平衡方程式一次、二次绕组的电阻一次、二次绕组的电阻一次、二次绕组的漏电抗一次、二次绕组的漏电抗一次、二次绕组的漏阻抗一次、二次绕组的漏阻抗电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT变压器负载运行时基本方程式变压器负载运行时基本方程式(1)(1)磁动势平衡
27、方程磁动势平衡方程(2)(2)一次侧电压平衡方程一次侧电压平衡方程(3)(3)二次侧电压平衡方程二次侧电压平衡方程(4)(4)一次侧电动势方程一次侧电动势方程(5)(5)变比方程变比方程(6)(6)二次侧负载方程二次侧负载方程电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment
28、of Electrical Engineering, HFUT(1)(1)磁动势平衡方程磁动势平衡方程(2)(2)一次侧电压平衡方程一次侧电压平衡方程(3)(3)二次侧电压平衡方程二次侧电压平衡方程(4)(4)一次侧电动势方程一次侧电动势方程(5)(5)变比方程变比方程(6)(6)二次侧负载方程二次侧负载方程这样处理以后，这样处理以后，E1E2 , 这说明一、二次绕这说明一、二次绕组虚拟的二次绕组具有相同的匝数。组虚拟的二次绕组具有相同的匝数。这可以简化变压器的计算，所求的虚拟值如这可以简化变压器的计算，所求的虚拟值如二次侧的电压、电流、电动势乘以一个系数二次侧的电压、电流、电动势乘以一个系数
29、后就可以得到真实值。后就可以得到真实值。电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT二次侧真实值与虚拟值之间的关系为二次侧真实值与虚拟值之间的关系为变压器的变比变压器的变比电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT第四节第四节 变压器的等效电路及相量
30、图变压器的等效电路及相量图电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT第四节第四节 变压器的等效电路及相量图变压器的等效电路及相量图一、绕组归算一、绕组归算将变压器的二次或一次绕组用另一个绕组匝数变化将变压器的二次或一次绕组用另一个绕组匝数变化来等效，同时，对该绕组的电磁量电压、电流、阻抗来等效，同时，对该绕组的电磁量电压、电流、阻抗作相应的变换，以保持两侧的电磁关系不变。作相应的变换，以保持两侧的电磁关系不变。归算原则：
31、归算原则：1 1保持二次侧磁动势不变；保持二次侧磁动势不变；2 2保持二次侧各功率或损耗不变。保持二次侧各功率或损耗不变。电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT首先利用一个与一次侧绕组的匝数相同的绕组来替代二次绕组，变首先利用一个与一次侧绕组的匝数相同的绕组来替代二次绕组，变压器一次和二次绕组具有同样的匝数，即压器一次和二次绕组具有同样的匝数，即（一电动势和电压的归算（一电动势和电压的归算在相同的交变主磁通在相同的交
32、变主磁通mm时，感应电动势满足时，感应电动势满足归算系数为归算系数为以以“伏为单位的物理量，归算值与实际值的关系为伏为单位的物理量，归算值与实际值的关系为 归算值实际值归算值实际值归算系数变比）归算系数变比）电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT（二电流的归算（二电流的归算在采用虚拟绕组替代真实绕组以后，来讨论一下二次侧虚拟绕组中在采用虚拟绕组替代真实绕组以后，来讨论一下二次侧虚拟绕组中的电流和二次侧真实电流之间的关
33、系。的电流和二次侧真实电流之间的关系。电流归算的原则是：两种绕组内二次侧电流所产生的磁动势不变电流归算的原则是：两种绕组内二次侧电流所产生的磁动势不变得到电流归算关系为得到电流归算关系为以以“安为单位的物理量，归算值与实际值的关系为安为单位的物理量，归算值与实际值的关系为 归算值实际值归算值实际值 / / 归算系数变比）归算系数变比）电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT（三阻抗的归算（三阻抗的归算阻抗归算的原则：归
34、算前后电阻铜耗及漏感中无功功率不阻抗归算的原则：归算前后电阻铜耗及漏感中无功功率不变。变。归算后变压器负载运行时的基本方程式变为如下形式：归算后变压器负载运行时的基本方程式变为如下形式：21EE= &电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT二二 、等效电路、等效电路若若a、b之间的电位差和之间的电位差和b、d之间的电位差同相，联接之间的电位差同相，联接a、b和和c、d以后不会产生环流。因此省略二次侧绕组，以后不会产生环
35、流。因此省略二次侧绕组，二次绕组各量均已经归算到一次绕组，即二次绕组各量均已经归算到一次绕组，即电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT（1将一次侧和二次侧的漏阻抗提出以后，一次侧和二次侧绕组将一次侧和二次侧的漏阻抗提出以后，一次侧和二次侧绕组a、c端和端和b、d端构成了变比为端构成了变比为1的理想变压器；的理想变压器；（2若若a、b之间的电位差和之间的电位差和b、d之间的电位差同相，联接之间的电位差同相，联接a、b和
36、和c、d以后不会产生环流。因此省略二次侧绕组；以后不会产生环流。因此省略二次侧绕组；（3二次侧绕组省略以后，二次侧电流流入二次侧绕组省略以后，二次侧电流流入a端。端。电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT二二 、等效电路、等效电路作出变压器的作出变压器的T形等效电路。形等效电路。电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDep
37、artment of Electrical Engineering, HFUT三三 、相量图、相量图 根据根据T T形等效电路，可以画出相应的相量图。形等效电路，可以画出相应的相量图。电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT四四 、近似等效电路图、近似等效电路图一台变压器的参数为一台变压器的参数为Z13.5，Zm2637 ，Zm 远大于远大于Z1，可，可以将励磁支路向前移动，得到以将励磁支路向前移动，得到形等效电路形等
38、效电路励磁支路前移，不会励磁支路前移，不会对变压器的分析的准对变压器的分析的准确性造成太大影响确性造成太大影响电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT rs rs、xsxs和和ZsZs分别称为短路电阻、短路电抗和短路阻抗。分别称为短路电阻、短路电抗和短路阻抗。若进一步简化，可以忽略掉励磁支路，得到近似等效电路若进一步简化，可以忽略掉励磁支路，得到近似等效电路省去励磁支路省去励磁支路电机学电机学 Electric Mac
39、hineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT第五节第五节 等效电路的参数测定等效电路的参数测定一、空载试验一、空载试验通过测量通过测量:(1):(1)空载电流；空载电流；(2)(2)一、二次电压；一、二次电压；(3)(3)空载功率空载功率得到的参数为得到的参数为1 1变比；（变比；（2 2空载电流百分数；（空载电流百分数；（3 3铁耗和励铁耗和励磁阻抗磁阻抗电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical En
40、gineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT变压器空载运行时，可以认为输入功率变压器空载运行时，可以认为输入功率p0p0完全用来抵偿铁耗。完全用来抵偿铁耗。(1)二次绕组的电流较小，可以忽略绕二次绕组的电流较小，可以忽略绕组电阻损耗；组电阻损耗；(2)电压等于额定电压，因此磁通等于电压等于额定电压，因此磁通等于额定时候的磁通，因此此时的损耗主额定时候的磁通，因此此时的损耗主要为铁耗，且近似等于额定时候的铁要为铁耗，且近似等于额定时候的铁耗耗电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Elec
41、trical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT从空载运行的等效电路得出从空载运行的等效电路得出变压器的空载实验一般是在低压侧完成，计算得到的励磁阻抗需要变压器的空载实验一般是在低压侧完成，计算得到的励磁阻抗需要折算到高压侧，即乘以变比的平方。折算到高压侧，即乘以变比的平方。电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT二、负载试验二、负载试
42、验( (又称短路试验）又称短路试验）通过测量通过测量1短路电流；（短路电流；（2短路电压；（短路电压；（3短路功率。短路功率。计算：（计算：（1变压器的短路电压百分数；（变压器的短路电压百分数；（2铜损；（铜损；（3短路阻短路阻抗。抗。电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT高压侧加电压，低压侧短路；由于外加电压很小，主磁通高压侧加电压，低压侧短路；由于外加电压很小，主磁通很少，铁损耗很少，忽略铁损。很少，铁损耗很少，
43、忽略铁损。（2 2短路阻抗计算短路阻抗计算（1 1铜耗计算铜耗计算电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT考虑到变压器运行时的温升对参数的影响，电阻随着温度变化，电考虑到变压器运行时的温升对参数的影响，电阻随着温度变化，电抗不随温度变化。抗不随温度变化。折算到折算到75时的数值时的数值阻抗电压阻抗电压 负载试验时，当绕组中电流达到额定值，加在一次负载试验时，当绕组中电流达到额定值，加在一次绕组上的短路电压。用一次侧额定
44、电压的百分值表示。绕组上的短路电压。用一次侧额定电压的百分值表示。电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT标么值标么值, ,就是指某一物理量的实际值与选定的同一单位的就是指某一物理量的实际值与选定的同一单位的基准值的比值通常以额定值为基准值）基准值的比值通常以额定值为基准值）, ,即即阻抗电压的标么值阻抗电压的标么值其中其中为短路阻抗的标么值为短路阻抗的标么值电压基值为电压基值为 U1N电流基值为电流基值为 I1N阻抗
45、基值为阻抗基值为 ZNU1N / I1N电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT第六节第六节 三相变压器三相变压器一、三相变压器的电路系统一、三相变压器的电路系统联结组联结组1 1、联结法、联结法 星形联结星形联结 三角形联结三角形联结电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical E
46、ngineering, HFUTX,Y,ZX,Y,ZA(Y)A(Y)C CA(Z)A(Z)C(YC(Y) )B BB(X)B(X)A(Y)A(Y)C(XC(X) )B(Z)B(Z)电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT2 2 绕在同一铁心柱上的高、低压绕组单相变压器电动势关系绕在同一铁心柱上的高、低压绕组单相变压器电动势关系单相变压器三相变压器的一相的一次侧、二次侧交链同一磁通，当主磁通交单相变压器三相变压器的一相的
47、一次侧、二次侧交链同一磁通，当主磁通交变时，某一瞬间，若一次侧所加电压为正变时，某一瞬间，若一次侧所加电压为正A端相对于端相对于X端），若随意标注二次端），若随意标注二次侧的侧的a、x端端,那么：那么：（1a端相对于端相对于x端为正；（端为正；（2换一种标注方法，换一种标注方法， a端相对于端相对于x端为负端为负第一种标注方法下，第一种标注方法下，A、a端端X、x分别构成同名端。分别构成同名端。第二种标注方法下，第二种标注方法下，A、x端端X、a分别构成同名端。分别构成同名端。电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineeri
48、ng, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT三相变压器连接组标号的确定：三相变压器连接组标号的确定：三相绕组
49、，可以采用不同的联接，使得变压器一次、二次三相绕组，可以采用不同的联接，使得变压器一次、二次电压之间出现不同的相位差。通常采用电压之间出现不同的相位差。通常采用“时钟法表示。时钟法表示。画连接组的步骤：画连接组的步骤：画出一次侧的连接方式，并标注好每一个端子对应的位置画出一次侧的连接方式，并标注好每一个端子对应的位置对于三角形连接，需注意端子是如何重合的）；对于三角形连接，需注意端子是如何重合的）；判断二次侧三相绕组分别与哪一相同相或者反相。若一次判断二次侧三相绕组分别与哪一相同相或者反相。若一次侧与二次侧采用同名端抽头，则一次、二次侧同相，否侧与二次侧采用同名端抽头，则一次、二次侧同相，否则
50、反相；则反相；按照顺时针方向，一次侧、二次侧必须要按按照顺时针方向，一次侧、二次侧必须要按a a、b b、c c顺序顺序出现。出现。电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUTX,Y,Z, X,Y,Z, (x,y,z(x,y,z) )A AC CB Bc ca ab bYy0Yy0连接组连接组电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFU
51、TDepartment of Electrical Engineering, HFUTYy0Yy0连接组连接组Yy4Yy4连接组连接组Yy8Yy8连接组连接组电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUTYy6Yy6连接组连接组Yy10Yy10连接组连接组Yy2Yy2连接组连接组电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartm
52、ent of Electrical Engineering, HFUTA AC CB Bc(xc(x) )a(ya(y) )b(zb(z) )A AC CB Bc(x)c(x)a(ya(y) )b(zb(z) )Yd11Yd11连接组连接组电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUTYd11Yd11连接组连接组Yd3Yd3连接组连接组Yd7Yd7连接组连接组电机学电机学 Electric MachineryDepartme
53、nt of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUTYd5Yd5连接组连接组Yd9Yd9连接组连接组Yd1Yd1连接组连接组电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUTA(Y)A(Y)C(X)C(X)B(ZB(Z) )xyzxyza ab bc cDy3Dy3连接组连接组电机学电机学 Electric MachineryDe
54、partment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT三相变压器的连接组编号要标注在变压器的铭牌上，用大三相变压器的连接组编号要标注在变压器的铭牌上，用大小写字母分别表示高压、低压绕组的连接形式，小写字母分别表示高压、低压绕组的连接形式，对于对于Y Y联接，若有中性点引出需要，用联接，若有中性点引出需要，用N N表示。表示。例如一台变压器，有高压、中压和低压三套绕组，那么一例如一台变压器，有高压、中压和低压三套绕组，那么一种连接组编号可以写为：种连接组编号可以写为：YN yn 0 d
55、11YN yn 0 d 11电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT二、三相变压器的磁路系统二、三相变压器的磁路系统a)单相芯式铁心的合并 b)铁心的演变 c)三相芯式铁心 电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT三三 三相变压器的电路系统和磁
56、路系统对电动势波形影响三相变压器的电路系统和磁路系统对电动势波形影响当变压器一次侧加上正弦交流电压以后，一次侧端电压、当变压器一次侧加上正弦交流电压以后，一次侧端电压、感应电动势、主磁通满足如下关系感应电动势、主磁通满足如下关系当变压器所加电压为正弦变化时，其主磁通必然为正弦变当变压器所加电压为正弦变化时，其主磁通必然为正弦变化化电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT为了保证磁通正弦变化，励为了保证磁通正弦变化，励磁
57、电流必然会产生畸变。磁电流必然会产生畸变。励磁电流中除了含有基波外，励磁电流中除了含有基波外，还含有一系列谐波分量。还含有一系列谐波分量。电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT 励磁电流中无三次谐波的主磁通波形在某些场合，励磁电流的三次谐波分量无法形成回路在在某些场合，励磁电流的三次谐波分量无法形成回路在星形连接中，三相的三次谐波处于同相位），不会在一次星形连接中，三相的三次谐波处于同相位），不会在一次侧绕组中出现，
58、这必将导致磁通波形发生畸变。侧绕组中出现，这必将导致磁通波形发生畸变。电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUTYyYy联接的三相变压器中的电动势联接的三相变压器中的电动势（1 1三相组式变压器三相组式变压器在三相组式变压器中，三次谐波磁通也将在变压器的铁心在三相组式变压器中，三次谐波磁通也将在变压器的铁心中流通，从而感应出三次谐波电动势中流通，从而感应出三次谐波电动势三次谐波电动势的幅值计算为三次谐波电动势的幅值计算为
59、即使较小的三次谐波磁通，即使较小的三次谐波磁通，也能产生较大的三次谐波也能产生较大的三次谐波电动势，可以达到基波的电动势，可以达到基波的4560，这在应用中必，这在应用中必须加以避免须加以避免电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT（2 2三相芯式变压器三相芯式变压器在三相芯式变压器中，三次谐波磁通的磁路主要是非铁磁在三相芯式变压器中，三次谐波磁通的磁路主要是非铁磁材料，磁路磁阻较大，三次谐波磁通明显削弱，对感应电材料
60、，磁路磁阻较大，三次谐波磁通明显削弱，对感应电动势影响较小。动势影响较小。但是三相谐波磁通交变频率较高，会在其经过的磁路中的但是三相谐波磁通交变频率较高，会在其经过的磁路中的铁磁材料中感应较大的涡流，产生较大的附加损耗，降低铁磁材料中感应较大的涡流，产生较大的附加损耗，降低变压器效率，引起局部过热。变压器效率，引起局部过热。电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUTYdYd、DyDy联接的三相变压器联接的三相变压器此时，
61、三相变压器能够此时，三相变压器能够（1 1在一次侧形成三次谐波电流通路在一次侧形成三次谐波电流通路（2 2或者在二次侧形成三次谐波电流通路，或者在二次侧形成三次谐波电流通路，从而改善变压器的感应电动势从而改善变压器的感应电动势电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT 三相芯式变压器中三次谐波磁通的路径三相变压器绕组三相变压器绕组Y, d联结时，电联结时，电流流I23的作用的作用电机学电机学 Electric Machi
62、neryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT第七节第七节 变压器的稳态运行变压器的稳态运行变压器的稳态运行有两种情形，（变压器的稳态运行有两种情形，（1 1一台变压器单独运行；（一台变压器单独运行；（2 2多台变压器的并联运行。多台变压器的并联运行。表征变压器稳态运行的主要指标有两个表征变压器稳态运行的主要指标有两个1 1变压器带负载以后端变压器带负载以后端电压的变化；（电压的变化；（2 2变压器的效率。变压器的效率。一、变压器带负载时二次侧端电压的变化一、变压器
63、带负载时二次侧端电压的变化变压器二次侧接上负载以后，必然会有一部分电压变压器二次侧接上负载以后，必然会有一部分电压降在变压器内部降在变压器内部( (变压器一次侧和二次侧的漏阻抗变压器一次侧和二次侧的漏阻抗) )。变压器二次侧的端电压随负载变化的规律用变压器变压器二次侧的端电压随负载变化的规律用变压器的外特性表示，变压器的外特性不仅与变压器的二的外特性表示，变压器的外特性不仅与变压器的二次侧电流大小有关，而且与负载的功率因数有关。次侧电流大小有关，而且与负载的功率因数有关。电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering,
64、 HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT1 1、变压器的电压调整率、变压器的电压调整率电压调整率电压调整率uu规定为：规定为：一次侧加额定电压一次侧加额定电压U1NU1N）、负载功率因数定值）、负载功率因数定值cos2cos2constconst），），空载与负载时二次侧端电压之差，用二次侧额定电压的百分值表示，空载与负载时二次侧端电压之差，用二次侧额定电压的百分值表示，即即电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Ele
65、ctrical Engineering, HFUT式中式中 为负载系数为负载系数 电压调整率电压调整率uu的计算方法：的计算方法：电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT对变压器电压调整率的说明：对变压器电压调整率的说明：决定变压器的电压调整率的几个因素为决定变压器的电压调整率的几个因素为：变压器的短路参数：变压器的短路参数Rk和和Xk）、变）、变压器的负载系数压器的负载系数及负载的功率因及负载的功率因数有关。变压器的
66、短路参数中，数有关。变压器的短路参数中， Rk0，但其绝对值较小；，但其绝对值较小；（2若负载为阻感性负载，若负载为阻感性负载，cos2、 sin20，u0，但其绝对值较大；，但其绝对值较大；（3若负载为容性负载，若负载为容性负载，cos20、 sin20，u0 都可能存在都可能存在 ；电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT变压器的电压调节特性外特性为：变压器的电压调节特性外特性为：条件：一次侧加额定电压条件：一次侧
67、加额定电压U1N，负载功率因数，负载功率因数cos2不变，不变，结论：二次侧端电压结论：二次侧端电压U2随负载电流随负载电流I2的变化曲线的变化曲线U2f(I2)当负载为额定值二次电流为额定电流），功率因数为指定值通当负载为额定值二次电流为额定电流），功率因数为指定值通常为常为0.8滞后时的电压调整率，称为额定电压调整率，它是变压器滞后时的电压调整率，称为额定电压调整率，它是变压器运行的一个非常重要的指标，反映了变压器带载运行的稳定性，其运行的一个非常重要的指标，反映了变压器带载运行的稳定性，其值通常为值通常为5左右。左右。电机学电机学 Electric MachineryDepartment
68、 of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT当I2=I2N, =1时电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT2 2、变压器的效率、变压器的效率（1变压器的损耗变压器的损耗变压器的损耗主要是变压器的损耗主要是1铁耗和铁耗和2铜耗两种。铜耗两种。铁耗包括基本铁耗和附加铁耗。铁耗包括基本铁耗和附加铁耗。基本铁耗：磁滞损耗和
69、涡流损耗。基本铁耗：磁滞损耗和涡流损耗。附加铁耗：包括由铁心叠片间绝缘损伤引起的局部涡流损耗、主磁附加铁耗：包括由铁心叠片间绝缘损伤引起的局部涡流损耗、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。铁耗与外加电压大小有关，而与负载大小基本无关，故也称为不变铁耗与外加电压大小有关，而与负载大小基本无关，故也称为不变损耗。损耗。电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT铜耗也分基本铜耗和附加铜耗。铜耗也
70、分基本铜耗和附加铜耗。基本铜耗：在电流在一、二次绕组直流电阻上的损耗；基本铜耗：在电流在一、二次绕组直流电阻上的损耗；附加铜耗：包括因集肤效应引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引附加铜耗：包括因集肤效应引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。起的涡流损耗等。铜耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。铜耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。变压器总的损耗可以表示为：变压器总的损耗可以表示为：电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical E
71、ngineering, HFUT（2变压器的效率变压器的效率变压器的效率也是指其输出的有功功率与输入的有功功率之比，用变压器的效率也是指其输出的有功功率与输入的有功功率之比，用百分值表示。百分值表示。变压器的效率计算中，通常作如下假定：变压器的效率计算中，通常作如下假定：（1忽略负载时二次侧电压的变化，那么忽略负载时二次侧电压的变化，那么（2认为负载运行时铁耗不变，等于空载损耗；认为负载运行时铁耗不变，等于空载损耗；（3认为负载运行时铜耗与负载电流的平方成正比，且额定负载时，铜耗等于负认为负载运行时铜耗与负载电流的平方成正比，且额定负载时，铜耗等于负载损耗。载损耗。电机学电机学 Electri
72、c MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT变压器的效率特性变压器的效率特性在一定功率因数下，变压器的效率随着负载因数的变化曲线。在一定功率因数下，变压器的效率随着负载因数的变化曲线。几点说明：几点说明：（1当可变损耗铜耗等于不变损耗铁耗时，变压器的效当可变损耗铜耗等于不变损耗铁耗时，变压器的效率最高；但考虑变压器长期处于非满载运行，因此一般效率最高点率最高；但考虑变压器长期处于非满载运行，因此一般效率最高点出现在负载因数出现在负载因数0.50.6附近；附近；（2额定负载时的效率，称为额定效率，变压器的额定效率一般额定负载时的效率，称为额定效率，变压器的额定效率一般可以达到可以达到9599。电机学电机学 Electric MachineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT第三章第三章 完毕完毕
