配電變壓器的原理及結(jié)構(gòu)精編版

1、 n3.1.1 變壓器的基本工作原理及分類 n3.1.2 變壓器的基本結(jié)構(gòu) n3.1.3 變壓器的型號(hào)與額定值 3.1 3.1 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu) 3.1.1 變壓器的基本工作原理和分類 電能 機(jī)械能 電能 ？ 電動(dòng)機(jī)變壓器 一、變壓器的基本工作原理一、變壓器的基本工作原理 問(wèn)題問(wèn)題: : 為什么將變壓器的原邊接到交流電源上，燈 泡就會(huì)發(fā)光呢？ 變壓器就是按照“動(dòng)電生磁，動(dòng)磁生電” 的電磁感應(yīng)原理制成的。 一、一、變壓器的基本工作原理變壓器的基本工作原理 燈泡將電能轉(zhuǎn)換成了光能 工作原理工作原理 1、當(dāng)一次繞組接交流電 壓后，就有勵(lì)磁電流i1 流過(guò)，該電流在鐵

2、心 中可產(chǎn)生一個(gè)交變的 主磁通 2、在兩個(gè)繞組中分別產(chǎn) 生感應(yīng)電勢(shì)e1和e2 e1=N1 d/dt e2=N2 d/dt 3、若略去繞組電阻和漏抗壓降，則以上兩式之比為： U1/U2(-e1)/(-e2)=N1/N2 4、U1/U2(-e1)/(-e2)=N1/N2=k， k k定義為變壓器的變比變比。 即：U1/U2=N1/N2U1/U2=N1/N2=K=K 從此式可以看出，若固定U1，只要改變?cè)褦?shù)比即可 達(dá)到改變電壓的目的了 變壓器就是按照“動(dòng)電生磁，動(dòng)磁生電”的電磁感 應(yīng)原理制成的。 變壓器的變壓器的外型外型和和器身器身圖圖 二、變壓器的分類二、變壓器的分類 電力變壓器的類別用途分 配電

3、變壓器配電變壓器 升壓變壓器升壓變壓器降壓變壓器降壓變壓器 （一）電力變壓（一）電力變壓 器器 試驗(yàn)、儀用等變壓器試驗(yàn)、儀用等變壓器 (二二)特種變壓器特種變壓器 電力變壓器的類別用途分 電爐、整流變壓器電爐、整流變壓器 電力變壓器類別-線圈數(shù)目分 v雙繞組變壓器雙繞組變壓器，在鐵芯中有兩個(gè)繞組， 一個(gè)為初級(jí)繞組，一個(gè)為次級(jí)繞組 v自耦變壓器，自耦變壓器，初級(jí)、次級(jí)繞組合為一個(gè) v三繞組變壓器三繞組變壓器，三個(gè)繞組連接三種不同 電壓的線路 v多繞組變壓器，如分裂變壓器分裂變壓器 電力變壓器類別-冷卻方式 n油浸式變壓器油浸式變壓器鐵芯和繞組都一起浸 入灌滿了變壓器油的油箱中，可以加強(qiáng) 絕緣和改

4、善冷卻散熱條件（大容量） n干式變壓器干式變壓器 能滿足特殊要求，如安 全（小容量變壓器） n充氣式變壓器充氣式變壓器絕緣性能優(yōu)于油浸式 （大容量）SF6 干式變壓器干式變壓器油浸式變壓器油浸式變壓器 電力變壓器類別-冷卻方式 強(qiáng)迫油循環(huán)電力變壓器強(qiáng)迫油循環(huán)電力變壓器 電力變壓器類別-相數(shù) 單相變壓器單相變壓器三相變壓器三相變壓器 電力變壓器類別-調(diào)壓方式 有載調(diào)壓變壓器有載調(diào)壓變壓器 無(wú)載調(diào)壓變壓器無(wú)載調(diào)壓變壓器 3.1.2 電力變壓器的基本結(jié)構(gòu) n鐵芯鐵芯 n繞組繞組 n油箱和冷卻裝置油箱和冷卻裝置 n絕緣套管絕緣套管 n保護(hù)裝置保護(hù)裝置 圖3.1.2 油浸式電力變壓器 一、鐵芯變壓器的磁

5、路 l電力變壓器的鐵心是由0.35mm0.35mm厚的冷軋硅鋼片疊 成。減少渦流損耗，提高導(dǎo)磁系數(shù)。 鐵心柱 鐵軛 圖圖3.1.3變壓器的鐵芯平面變壓器的鐵芯平面 鐵芯結(jié)構(gòu)心式、殼式 心式心式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 工藝簡(jiǎn)單應(yīng)用廣泛 殼式殼式 結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 用在小容量變壓器和 電爐變壓器 圖 3.1.4 鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖 鐵芯的交疊裝配鐵芯的交疊裝配 奇數(shù)層偶數(shù)層奇數(shù)層偶數(shù)層 n變壓器鐵心疊法，偶數(shù)層剛好壓著奇數(shù)層的接縫，從 而減少了磁路和磁阻，使磁路便于流通 接逢處氣 隙小 n可以避免渦流在鋼片之間流通 圖 3.1.6 疊片式鐵世交錯(cuò)的疊放方式 變壓器鐵心柱橫截面變壓器鐵心柱橫截面 n小型變壓器做成方形或者矩

6、形 n大型變壓器做成階梯形 ，容量大則級(jí)數(shù)多。疊片 間留有間隙作為油道(縱向或橫向)。 近年來(lái)，出 現(xiàn)一種漸開 線形鐵芯 優(yōu)點(diǎn)：節(jié) 省硅鋼片， 便于機(jī)械化 生產(chǎn)，節(jié)省 工時(shí) 油道 圖 3.1.7 鐵芯柱截面 二、繞組變壓器的電路 n變壓器繞組一般為絕緣扁銅線扁銅線或絕緣圓銅線圓銅線在 繞線模上繞制而成。 n為便于制造、在電磁力作用下受力均勻以及機(jī) 械性能良好，繞組線圈作成圈形圈形。 n按照繞組在鐵芯中的排列方法分類，變壓器可 分為鐵芯式鐵芯式和鐵殼式鐵殼式兩類 n基本型式根據(jù)高低壓繞組在鐵芯柱上排列 方式不同可分為同芯式同芯式和交疊式交疊式 鐵殼式變壓器 n變壓器的鐵芯柱在中間，鐵 軛在兩旁環(huán)

7、繞，且把繞組包 圍起來(lái) n結(jié)構(gòu)比較堅(jiān)固、制造工藝復(fù) 雜，高壓繞組與鐵芯柱的距 離較近，絕緣也比較困難 n通常應(yīng)用于電壓很低而電流電壓很低而電流 很大很大的特殊場(chǎng)合，例如，電電 爐用變壓器爐用變壓器。這時(shí)巨大的電 流流過(guò)繞組將使繞組上受到 巨大的電磁力，鐵殼式結(jié)構(gòu) 可以加強(qiáng)對(duì)繞組的機(jī)械支撐， 使能承受較大的電磁力。 圖3.1.8 殼式變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖 芯式變壓器繞組和鐵芯的裝配示意圖 n繞組繞組同芯同芯套裝在變壓器鐵心柱上，低套裝在變壓器鐵心柱上，低 壓繞組在內(nèi)層，高壓繞組套裝在低壓壓繞組在內(nèi)層，高壓繞組套裝在低壓 繞組外層，以便于絕緣。繞組外層，以便于絕緣。 圖圖3.1.9芯式變壓器的鐵芯和

8、繞組的裝配示意圖芯式變壓器的鐵芯和繞組的裝配示意圖 繞組的基本型式同心式 同芯式同芯式鐵芯式變壓 器常用。高壓繞組和低壓 繞組均做成圓筒形，然后 同芯地套在鐵芯柱上 ，為 便于絕緣，通常低壓繞組通常低壓繞組 在里面在里面，高壓繞組在外面高壓繞組在外面 ， 中間加絕緣紙筒絕緣 三相心式變壓器外觀示意圖 高壓 低壓 繞組的基本型式繞組的基本型式交疊式交疊式 交疊式交疊式 鐵殼式 變壓器常用。高壓 繞組和低壓繞組各 分為若干個(gè)線餅， 沿著鐵芯柱的高度 交錯(cuò)地排列著 圖圖3.1.9交疊式繞組交疊式繞組 三、油箱和冷卻裝置三、油箱和冷卻裝置 n變壓器油變壓器油冷卻、絕緣 絕緣絕緣：繞組與繞組、繞組與鐵心

9、及油箱 之間 散熱散熱：熱量通過(guò)油箱殼散發(fā)，油箱有許 多散熱油管，以增大散熱面積。采用內(nèi)部 油泵強(qiáng)迫油循環(huán)，外部用變壓器風(fēng)扇吹風(fēng) 或用自來(lái)水沖淋變壓器油箱 油箱 機(jī)械支撐、冷 卻散熱、 變壓器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生熱量，使變 壓器油膨脹，儲(chǔ)油柜中變壓器 油上升，溫度低時(shí)下降。 儲(chǔ)油柜使變壓器油與空氣接觸 面較少， 減緩了變壓器油的氧 化過(guò)程及吸收空氣中的水分的 速度。呼吸呼吸 保護(hù)作用 當(dāng)變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，產(chǎn)生的 熱量使變壓器油汽化，氣體繼 電器動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警信號(hào)或切 斷電源。 如果事故嚴(yán)重，變壓器油大量 汽化，油氣沖破安全氣道管口 的密封玻璃，沖出變壓器油箱， 避免油箱爆裂。 平板式 小容量 排管式 較

10、大容量 散熱氣式 大容量 強(qiáng)迫油循環(huán)大容量 氣 體 繼 電 器 圖3.1.20 冷卻裝置 油泵油泵為了加快散熱，有的大 型變壓器采用內(nèi)部 油泵強(qiáng)迫油 循環(huán) 風(fēng)扇風(fēng)扇外部用變壓器風(fēng)扇吹風(fēng) 自來(lái)水自來(lái)水沖淋變壓器油箱。這 些都是變壓器的冷卻裝置。 四、絕緣套管四、絕緣套管 n絕緣套管由中心導(dǎo)電桿與瓷套組成。 導(dǎo)電桿穿過(guò)變壓器油箱、在油箱內(nèi)的 一端與線圈的端點(diǎn)聯(lián)接，在外面的一 端與外線路聯(lián)接。 n低壓引比線一般用純瓷套管，高壓引 線一般用充油或電容式套管 n套管外形常做成傘形，電壓越高、級(jí)電壓越高、級(jí) 數(shù)愈多數(shù)愈多。 圖圖3.1.21絕緣套管絕緣套管 五、保護(hù)裝五、保護(hù)裝 置置 n儲(chǔ)油柜儲(chǔ)油柜儲(chǔ)油柜

11、使變壓器油與空氣接觸面變小， 減緩了變壓器油的氧化和吸收空氣水分的速度。從 而減緩了油的變質(zhì)。 n氣體繼電器氣體繼電器故障時(shí),熱量會(huì)使變壓器油汽化， 觸動(dòng)氣體繼電器發(fā)出報(bào)警信號(hào)或切斷電源 n安全氣道安全氣道（防爆筒）（防爆筒）如果是嚴(yán)重事故，變壓器 油大量汽化，油氣沖破安全氣道管口的密封玻璃， 沖出變壓器油箱，避免油箱爆裂。 n吸濕器吸濕器 （呼吸器）（呼吸器）內(nèi)裝硅膠（活性氧休鋁）， 用以吸收進(jìn)入儲(chǔ)油柜中空氣的水分 n凈油器凈油器過(guò)濾油中雜質(zhì)，改善變壓器油的性能 3.1.3變壓器的型號(hào)與額定值變壓器的型號(hào)與額定值 n型號(hào)型號(hào)可反映出變壓器的結(jié)構(gòu)、額定容量、電壓等 級(jí)、冷卻方式等內(nèi)容 n例一：

12、例一：SL7500/10 SL7500/10 低損耗三相油浸自冷雙繞組鋁 線，額定容量500KVA，高壓側(cè)額定電壓10KV級(jí)電力 變壓器 n例二：例二：SFPL63000/110 SFPL63000/110 三相強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷雙繞 組鋁線，額定容量63000KVA，高壓側(cè)額定電壓110KV 級(jí)電力變壓器 n此外此外，銘牌上還會(huì)給出三相聯(lián)結(jié)組以及相數(shù)，銘牌上還會(huì)給出三相聯(lián)結(jié)組以及相數(shù)m m、阻抗、阻抗 電壓電壓UkUk、型號(hào)、運(yùn)行方式、冷卻方式和重量等數(shù)據(jù)。、型號(hào)、運(yùn)行方式、冷卻方式和重量等數(shù)據(jù)。 一、變壓器型號(hào)一、變壓器型號(hào) 二、變壓器的額定值二、變壓器的額定值 n額定容量SN（KV-A)銘牌

13、規(guī)定的在 額定條件下所能輸出的視在功率，單 位為VA或kVA。對(duì)三相變壓器指三相三相變壓器指三相 的總?cè)萘康目側(cè)萘俊?由于效率高，原、副邊的額定容量設(shè) 計(jì)得相等，與體積、用銅量有關(guān)。 n額定電壓（額定電壓（UN)指變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)所能承 受的額定電壓。單位為V或kV。 U1N是指規(guī)定加到一次側(cè)的電壓， U2N變壓器一次側(cè)加額定電壓，二次側(cè)空載時(shí) 的二次端電壓。 對(duì)三相變壓器，銘牌上的額定電壓指線電壓銘牌上的額定電壓指線電壓 n額定電流額定電流(IN)指變壓器在額定容量下，允許 長(zhǎng)期通過(guò)的電流，三相變壓器指的是線電流值。 單位用A或kA。 n額定頻率（額定頻率（HZHZ)電力變壓器的額定頻率是5

14、0Hz n效率、溫升 二、變壓器的額定值二、變壓器的額定值 額定值的關(guān)系額定值的關(guān)系 n單相變壓器 n三相變壓器 NN N NN N IUSIUS2211 NN N NN N IUSIUS221133 三、變壓器的發(fā)熱和冷卻三、變壓器的發(fā)熱和冷卻 變壓器的允許溫升 油浸變壓器的繞組均用A級(jí)絕緣。根據(jù)我國(guó)的氣候情況， 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以+40作為周圍環(huán)境空氣的最高溫度， 并據(jù)此規(guī)定變壓器各部分的容許溫升 繞組最高允許溫度為105 變壓器部分最高溫升()測(cè)量方法 繞組65電阻法 鐵芯表面70溫度計(jì)法 油(頂層)55溫度計(jì)法 表3-1 變壓器的允許溫升 ？問(wèn)題問(wèn)題 日常生活中的電能是怎樣來(lái)的？ 為什么要

15、高壓輸電？ 變壓器可以傳輸直流電能嗎？ 日常生活中的電能是怎樣來(lái)的 從發(fā)電廠到用戶的送電過(guò)程示意圖從發(fā)電廠到用戶的送電過(guò)程示意圖 6.327KV 升壓變壓器 發(fā)電機(jī)組 降壓變壓器 配電變壓器 10KV 35KV 66KV 110KV 220KV 500KV 10KV/0.4KV 為什么要高壓輸電為什么要高壓輸電？ n電能從發(fā)電廠輸送到用戶。 n輸電線路電阻RX的損耗pX取決于通過(guò)輸電線上的電流I的大小令輸 送到用戶的功率P=UIcos n輸出電線上的功率損耗： npX=I2RX=（P /Ucos）2L/S=C*1/U2S n-輸電線材料的電阻系數(shù) nS-輸電線的截面積 nU-輸電線路負(fù)載端電壓

16、 nC= P2L/cos2為常數(shù) n說(shuō)明：若S一定.U升高，損耗PX減少 n若PX一定. U 升高，S 減小，故可節(jié)省材料，則提高送電電壓U ， 可達(dá)到減少投資和降低運(yùn)行費(fèi)用的目的。 知識(shí)要點(diǎn)知識(shí)要點(diǎn) n1、 變壓器是按電磁感應(yīng)原理工作的靜止電氣設(shè)備， 它在電力系統(tǒng)中用來(lái)傳遞電能、變換電壓和電流，以 滿足輸電及用電的要求。在工業(yè)生產(chǎn)中，變壓器還用 于整流、電爐、電焊、調(diào)壓、測(cè)量與控制等很多方面。 n2、 變壓器由鐵心、繞組兩個(gè)主要部分組成。鐵心 是變壓器的磁路部分。電力變壓器的鐵心一般采用 0.35毫米厚的硅鋼片疊裝而成。繞組是變壓器的電路 部分，它是用電磁線繞制而成的。電力變壓器還有其 他附

17、件，如油箱、油枕、氣體繼電器、防爆管、分接 頭開關(guān)、絕緣套管等。附件對(duì)繞組與鐵心起散熱、保 護(hù)、絕緣等作用，它能保證變壓器安全可靠地運(yùn)行。 n3.2.1 3.2.1 空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系 n3.2.2 3.2.2 空載電流和空載損耗空載電流和空載損耗 n3.2.3 3.2.3 空載時(shí)的電動(dòng)勢(shì)方程、空載時(shí)的電動(dòng)勢(shì)方程、 等效電路和相量圖等效電路和相量圖 3.2 單相變壓器的空載運(yùn)行 單相變壓器的空載運(yùn)行 空載空載指一次繞組接到電源（指一次繞組接到電源（初級(jí)初級(jí)1），）， 二次繞組（二次繞組（次級(jí)次級(jí)2）開路）開路。 1 電磁物理現(xiàn)象 2電磁量參考方向 3感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 4空載電流

18、、空載損耗 5 電壓比（變比） 6 空載等效電路 7 空載相量圖 空載運(yùn)行：空載運(yùn)行：原邊接額定電壓 的電源，副邊開路 原邊繞組電流 為空載電流，產(chǎn)生空載勵(lì)磁磁勢(shì) _產(chǎn)生主磁通 3.2.1 空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系 一、空載運(yùn)行時(shí)的物理情況一、空載運(yùn)行時(shí)的物理情況 1 U 0 I 0 F 0 010 INF 主磁通主磁通流徑閉合鐵 心，磁阻小磁阻小，同時(shí)匝鏈 了原邊和副邊繞組,并感 應(yīng)出電勢(shì) 與 和 。是變壓器傳遞 能量的主要媒介 原邊繞組漏磁通原邊繞組漏磁通， 僅與原邊繞組匝鏈，通 過(guò)變壓器油或空氣形成 閉路，磁阻大，磁阻大，不傳遞 功率 1 磁通分為兩部分磁通分為兩部分 變壓器鐵心由高導(dǎo)磁材料

19、硅鋼片制成（導(dǎo)磁系數(shù)r2000)， 大部分磁通都在鐵心中流動(dòng)，主磁通約占總磁通的99強(qiáng)， 漏磁通占總磁通的1弱。 0 1 E 2 E 1 E 主磁能與漏磁通的區(qū)別：主磁能與漏磁通的區(qū)別： 在性質(zhì)上磁路不同，因而磁阻不同磁路不同，因而磁阻不同。 0同時(shí)交鏈一、二次繞組，路徑為沿鐵芯而閉 合的磁路，磁阻較小，具有飽和特性，0 與與 I I0 0 呈非線性關(guān)系。 1只交鏈一次繞組，它所經(jīng)的路徑大部分為非 磁性物質(zhì)，磁阻較大， 1 與與 I I0 0 呈線性關(guān)系，不 具飽和特性。 在作用上在作用上功能不同功能不同。主磁通通過(guò)互感作用傳遞主磁通通過(guò)互感作用傳遞 功率功率，漏磁通不傳遞功率，僅起漏抗壓降的

20、作用。 在數(shù)量上在數(shù)量上099%總磁通，總磁通，11%總總 磁通磁通 變壓器空載時(shí) 各電磁量間的 關(guān)系 二、變壓器各電 磁量參考方向的 規(guī)定 n規(guī)定電流的正方向與該規(guī)定電流的正方向與該電流所產(chǎn)生的所產(chǎn)生的磁 通正方向符合正方向符合“右手螺旋”定則，定則， n規(guī)定規(guī)定磁通的正方向與其的正方向與其感應(yīng)電勢(shì)的正方的正方 向符合向符合“右手螺旋”定則。定則。 n電流正方向與電勢(shì)正方向一致。 二、變壓器各電 磁量參考方向的 規(guī)定 n一次繞組一次繞組（負(fù)載負(fù)載）按按電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)慣例慣例 同方向同方向 與與符合符合右手螺右手螺 旋旋定則定則 與與同方向同方向 二次繞組二次繞組（電源電源）按按發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)慣例

21、慣例 與與之間關(guān)系用之間關(guān)系用 右手螺旋右手螺旋定則確定定則確定 與與同方向同方向 與與同方向同方向 例如正在增加，d/dt為正， e1 N1d/dt0為負(fù)， 若外電路能使e1產(chǎn)生電流， 其電流方向必與i0正方向相 反，該電流產(chǎn)生磁通0， 與0方向相反，起阻止0 增加的作用，即符合楞次定 律 三、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 分析 1、主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分析、主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分析 若 u1 隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，則 0 也按正弦規(guī) 律變化，設(shè)： )90sin(cos )90sin(cos sin. 22 0 22 11 0 11 0 tNtN dt d Ne tNtN dt d Ne 感應(yīng)應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值為 為 m

22、 t mm mm m 磁通幅值主磁通 主磁通與感應(yīng)電勢(shì)的 關(guān)系 （a) 波形圖 （b) 向量圖 磁通與電動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系圖形 結(jié)論： 0 為正弦波時(shí)， e 也為正弦波 e滯后0 相位900 電動(dòng)勢(shì)有效值、相量表示法 n有效值 n相量 mmm mmm fNfNEE fNfNEE 2222 1111 44. 422/ 44. 422/ m m fNjE fNjE 22 11 44.4 44.4 2、漏磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì) n推倒方法同上：推倒方法同上： 結(jié)論：磁路不飽和，磁阻很大，且為常數(shù)，因此 X1很小，且為常數(shù)，X1X1不隨電源電壓不隨電源電壓U1U1和負(fù)載變化和負(fù)載變化 3.2.2 空載電流和空載

23、損耗 一、空載電流一、空載電流 空載電流空載電流主要作用是在鐵心 中建立磁場(chǎng)，產(chǎn)生主磁通 空載時(shí)的變壓器實(shí)際上就是 一個(gè)非線性電感器，其磁通 量與電流的關(guān)系，服從與鐵 磁材料的磁化曲線 =f(i)磁化曲線 1、空載電流的作用與組成 n空載電流包含兩個(gè)分量 勵(lì)磁分量勵(lì)磁分量，作用是建立主磁通，相位 與主磁通 相同，為無(wú)功分量 鐵損耗分量鐵損耗分量，作用是供給鐵磁材料鐵 損（磁滯和渦流損耗），為有功分量?？?載運(yùn)行時(shí)從電源輸入少量電功率 ，主要用 來(lái)補(bǔ)償鐵心中的鐵損耗 ra III 000 0 r I 0 a I 0 2、空載電流的性質(zhì)和大小 n性質(zhì)性質(zhì)通常，Ior Ioa ，U1 與 Io 之間

24、相位 角 0 接近90 Io Ior 空載電流可近似為感性感性 n大小大小與導(dǎo)磁材料有關(guān) 一般變壓器I0%=（210）% 大容量變壓器I0%1% 容量越大容量越大I0%越小越小 %100% 0 0 N I I I 3、空載電流波 形 I I0 0 受磁路飽和 影響，空載電流呈尖 頂波形 為分析、測(cè)量、計(jì) 算方便，在相量圖和 計(jì)算式中，用等效正 弦波來(lái)代替實(shí)際的空 載電流 二、空載損耗 n變壓器空載運(yùn)行時(shí)，只從電源吸收少量有 功功率P0，用來(lái)供給鐵芯中鐵損PFe和少量 繞組銅損R1I02 P0 = PFe + Pcu PFe P PFeFe的求取的求取 測(cè)試法（空載試驗(yàn)空載試驗(yàn)） 計(jì)算法 PFe

25、 B2m f1.3 P0 (0.2%1%)SN 容量越大，空載損耗越 小 n分析變壓器內(nèi)部電磁關(guān)系的方法 1、基本方程式電磁關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式 2、等效電路圖應(yīng)用于定量計(jì)算 3、相量圖應(yīng)用于定性分析 3.2.3 空載時(shí)的電動(dòng)勢(shì)方程、等 效電路和相量圖 1、電動(dòng)勢(shì)平衡方程電動(dòng)勢(shì)平衡方程 一次側(cè)一次側(cè) 影響m（主磁通 幅值）因素 1 1、電源、電源 U1 、 f 2 2 、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu) N1 一一、電動(dòng)勢(shì)平衡方程和電動(dòng)勢(shì)平衡方程和 變比變比 1、電動(dòng)勢(shì)平衡方程 n二次側(cè)二次側(cè)（I2=0） 綜上所述可得綜上所述可得: 忽略電阻壓降和漏磁電勢(shì)， 則U1E14.44fN1 m。 m mUU1 1即：當(dāng)外當(dāng)外

26、 施電壓施電壓U1U1為定值，主磁通為定值，主磁通 m m也為一定值也為一定值 影響m（主磁通幅值）因素 1、電源、電源 U1 、 f 2、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu) N1 思考題 n問(wèn)題：?jiǎn)栴}：一臺(tái)結(jié)構(gòu)已定的變壓器當(dāng)外施電壓為已知，一臺(tái)結(jié)構(gòu)已定的變壓器當(dāng)外施電壓為已知， 需要電源提供多大的勵(lì)磁電流呢需要電源提供多大的勵(lì)磁電流呢?勵(lì)磁電流包括勵(lì)磁電流包括 哪些成分呢哪些成分呢? n答：答：決定于變壓器的鐵芯材料及鐵芯幾何尺寸決定于變壓器的鐵芯材料及鐵芯幾何尺寸。 因?yàn)殍F芯材料是磁性物質(zhì)，勵(lì)磁電流的大小和波 形將受磁路飽和、磁滯及渦流的影響。 勵(lì)磁電流包括勵(lì)磁電流包括：有功分量（供鐵損）和無(wú)功分量 （產(chǎn)生0）

27、2、電壓變比 n變比變比一次繞組一次繞組與與二次繞組主電動(dòng)勢(shì)二次繞組主電動(dòng)勢(shì)之之 比比。 n電壓變比電壓變比k決定于一、二次繞組匝數(shù)比。 n略去電阻壓降和漏磁電勢(shì) N N U U ：KDY 2 1 3 ,聯(lián)接 N N U U U U N N E E K 2 1 20 1 2 1 2 1 三相變壓器：K為一、二次側(cè)相電動(dòng)勢(shì)（電壓）之比 N N U U ：KYD 2 13 ,聯(lián)接 二、空載時(shí)的等效電路和相量圖 1 1、空載時(shí)的等效電路、空載時(shí)的等效電路 等效電路等效電路將運(yùn)行中的變壓器的電和磁之 間的相互關(guān)系用一個(gè)模擬電路的型式來(lái)等 效 漏抗電路模型漏抗電路模型 X1表示漏磁通對(duì)電路的影響，近似為

28、常數(shù) 勵(lì)磁特性的電路模型 強(qiáng)調(diào)強(qiáng)調(diào)： Rm勵(lì)磁電阻勵(lì)磁電阻，并非實(shí)質(zhì)電阻、是為計(jì) 算鐵損耗鐵損耗引進(jìn)的模擬電阻模擬電阻。 Xm勵(lì)磁電抗，勵(lì)磁電抗，是主磁通是主磁通引起的電抗 Zm勵(lì)磁阻抗勵(lì)磁阻抗 由于鐵芯磁路具有飽和特性，參數(shù)Zm隨 外施電壓增加而減小，不是常數(shù)。但變 壓器正常運(yùn)行時(shí)，外施電壓等于或近似 等于額定電壓，且變動(dòng)范圍不大,可把Zm 看成常數(shù)。 空載時(shí)等效電路 一次繞組電動(dòng)勢(shì)平衡方程一次繞組電動(dòng)勢(shì)平衡方程 因因R1Rm,X1Xm 略Z1，則I I0 0大小取決天大小取決天Z Zm m 等效電路圖只有Zm 變壓器采用高導(dǎo)磁 材料，增大勵(lì)磁阻 抗Zm（Xm)，降 低空載勵(lì)磁電流 I0，提

29、高運(yùn)行效 率和功率因數(shù) 2、空載時(shí)相量圖 空載時(shí)基本方程式空載時(shí)基本方程式 m （參考方向） E1 滯后m 90度 E1與U20方向一致 I0超前m 一個(gè)角度 U1 結(jié)論 n由 可知， m 的大小同外施電壓、頻率、一次繞組匝數(shù)決定 n空載電流I0與m、N1、 Zm有關(guān)， I0隨磁路 的飽和而急劇增加，導(dǎo)磁性能越好能越好（越大）， 空載電流就越小空載電流就越小 nXm是變壓器一個(gè)重要參數(shù)，在線性電路中它是 常數(shù)，在非線性電路中，它的大小隨磁路的飽隨磁路的飽 和而減小和而減小， Xm越大，導(dǎo)磁性能越好，導(dǎo)磁性能越好，I0越小 思考題 n問(wèn)題: 某單相變壓器額定電壓為380伏/220伏,額定頻率 為

30、50HZ。如誤將低壓邊接到380伏電源，變壓 器將會(huì)發(fā)生一些什么異?，F(xiàn)象？ 答案： 由于 U204.44fN2m U20由220伏變到380伏，增加了 倍，則主磁通m也增 加了 倍，磁路飽和程度增加，因而勵(lì)磁電流I0大大增 加，有可能燒毀線圈。 3 3 作業(yè) P121 3.9 3.10 本節(jié)重點(diǎn)本節(jié)重點(diǎn)各參數(shù)的物理意義及相互間關(guān)系各參數(shù)的物理意義及相互間關(guān)系 （基本方程式）（基本方程式） 3.3節(jié) 3.5節(jié) n3.3單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行 n3.4變壓器參數(shù)的測(cè)定變壓器參數(shù)的測(cè)定 n3.5標(biāo)么值標(biāo)么值 3.3 單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行 3.3.1 3.3.1 負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系

31、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系 3.3.2 3.3.2 負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式 3.3.3 3.3.3 變壓器的等效電路圖及相量圖變壓器的等效電路圖及相量圖 3.3.1 負(fù)載 運(yùn)行時(shí)的電 磁關(guān)系 負(fù)載運(yùn)行負(fù)載運(yùn)行是指一側(cè)繞組接額定頻率、額是指一側(cè)繞組接額定頻率、額 定電壓的電源上，另一側(cè)繞組接負(fù)載的運(yùn)行定電壓的電源上，另一側(cè)繞組接負(fù)載的運(yùn)行 狀態(tài)狀態(tài)。 二次繞組電流二次繞組電流 的影響的影響 帶負(fù)載負(fù)載一次側(cè)接電源一次側(cè)接電源1，二次側(cè)接負(fù)載，二次側(cè)接負(fù)載Z ZL L，此，此 時(shí)二次側(cè)流過(guò)電流時(shí)二次側(cè)流過(guò)電流i2。一次側(cè)電流不再是。一次側(cè)電流不再是i0，而是變而是變 為為i1。 負(fù)

32、載后負(fù)載后二次側(cè)電流產(chǎn)生磁勢(shì)二次側(cè)電流產(chǎn)生磁勢(shì)F2=N2i2，該磁勢(shì)將，該磁勢(shì)將 力圖改變磁通力圖改變磁通0，而磁通是由電源電壓決定的，而磁通是由電源電壓決定的，也也 就是說(shuō)就是說(shuō)0基本不變?；静蛔?。 要維持維持0不變不變，一次繞組產(chǎn)生一個(gè)附加電流i i1L1L i1L 產(chǎn)生磁勢(shì)N1i1L=N2i2（與二次磁動(dòng)勢(shì)相抵消） 一次電流變?yōu)?i i1 1=i=i0 0+i+i1L1L 總磁勢(shì)總磁勢(shì)F1+F2=N1i1+N2i2產(chǎn)生產(chǎn)生0 變壓器負(fù)載時(shí)各電磁 量之間的關(guān)系 3.3.2 變壓器運(yùn)行時(shí)的基 本方程式一、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式一、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式 F F1 1+F+F2 2=F=F0 0 N N

33、1 1i i1 1+N+N2 2i i2 2=i=i0 0N N1 1 i i1 1=i=i0 0(-i(-i2 2/k)=i/k)=i0 0+i+i1L1L 變比： K=N1/N2 i1L=-i2/k 為一次側(cè)增加的負(fù)載分量電流。 i1L+i2/k=0 負(fù)載后，一次側(cè)繞組中的電流由兩個(gè)分量組成， 一個(gè)是負(fù)載分量i i1L1L， 另一個(gè)是產(chǎn)生磁通的勵(lì)磁 分量i0，i1L產(chǎn)生的磁勢(shì)與二次側(cè)電流產(chǎn)生的磁勢(shì) 大小相等,方向相反,互相抵消。 二次側(cè)電流增加或減少的同時(shí)必然引起一次側(cè) 電流的增加右減少 一、二次側(cè)電流與匝數(shù)之 間的關(guān)系 在滿載時(shí)，I0只占I1L的（28），固 可將 I0忽略，則 i i1

34、 1=i=i0 0(-i(-i2 2/k) -i/k) -i2 2/k/k I I1 1/I/I2 2 N N2 2/N/N1 1 一、二次側(cè)電流之比與匝數(shù)之比成反比一、二次側(cè)電流之比與匝數(shù)之比成反比 改變一、二次側(cè)匝數(shù)不僅能變壓，而且改變一、二次側(cè)匝數(shù)不僅能變壓，而且 能變電流能變電流 二、電動(dòng)勢(shì) 平衡方程 n一次側(cè)一次側(cè) U1=-E1-E1+i1R1 =- E1+i1(R1+jX1) = -E1+i1Z1 二二次側(cè)次側(cè) U2=E2+E2-i2R2 =E2-i2(R2+jX2) = E2-i2Z2 負(fù)載運(yùn)行時(shí)基本方程 式組 3.3.3 變壓器的等效 電路及相量圖 問(wèn)題 是否可找到一個(gè)便于工程

35、計(jì)算的單純電路，以代替無(wú)電路 聯(lián)系、但有磁路耦合作用的實(shí)際變壓器，但這個(gè)電路必須 能正確反映變壓器內(nèi)部電磁過(guò)程 答案：有！ 這種電路稱為變壓器的等效電路，前提條件是必須進(jìn)行繞 組折算 一、折算 n繞組折算就是把二次繞組的匝數(shù)變換成一次繞 組的匝數(shù) 或者將一次繞組的匝數(shù)變換成二次繞組的匝數(shù) 來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，使之成為K=1的變壓器 n但不改變其電磁效應(yīng)的一種分析方法，折算量 在原符號(hào)加上標(biāo)號(hào)“ ”區(qū)別，折算后的值稱 為折算值。 n原則折算不改變實(shí)際變壓器內(nèi)部的電磁平折算不改變實(shí)際變壓器內(nèi)部的電磁平 衡關(guān)系。衡關(guān)系。 即：即：1 1）保持二次磁動(dòng)勢(shì)）保持二次磁動(dòng)勢(shì)F2F2不變不變 2 2）保持二次側(cè)各）

36、保持二次側(cè)各功率（或損耗）不變功率（或損耗）不變 下面以二次側(cè)折算到一次側(cè)為例下面以二次側(cè)折算到一次側(cè)為例 折算方法二次側(cè) 各量折算到一次側(cè) n保持初級(jí)繞組匝數(shù)N1不變?cè)O(shè)想有一個(gè) 匝數(shù)為N 2 =N1的次級(jí)繞組，用它來(lái)取代 原有匝數(shù)為N2的次級(jí)繞組。滿足變比： kN1/N 21 1、二次電流的歸 算值I2 n物理意義：當(dāng)用N 2N1替代了N2，其匝數(shù)增 加了k倍。為保持磁勢(shì)不變。次級(jí)電流歸算值 減小到原來(lái)的1k倍。 kI N N I N N II NINI / 2 1 2 2 2 2 2 2 22 2 2 歸算前后磁勢(shì)應(yīng)保持不變歸算前后磁勢(shì)應(yīng)保持不變 2、二次電動(dòng)勢(shì)的折 算值E2 n歸算前后二

37、次側(cè)電磁功率應(yīng)不變歸算前后二次側(cè)電磁功率應(yīng)不變 n E 2I 2E2I2 則： 同理：E2=KE2 n物理意義：當(dāng)用N 2=N1替代了N2，其 匝數(shù)增加到k倍。而主磁通 m及頻 率f均保持不變，折算后的二次電勢(shì) 應(yīng)增加k倍 22 2 2 2 kEE I I E 3、二次漏阻抗的折算 值R2和X2 二次電阻值的折 算R2 折算前后銅耗應(yīng)保持不變折算前后銅耗應(yīng)保持不變 n物理意義：當(dāng)用N 2替代N2后，匝數(shù)增加到k倍， 二次繞組長(zhǎng)度增加到k倍；二次電流減到為原來(lái)的 l/k倍，折算后的二次繞組截面積應(yīng)減到原來(lái)的l k倍，故折算后的二次電阻應(yīng)增加到原來(lái)的k2倍。 （繞組本身沒(méi)有變化繞組本身沒(méi)有變化）

38、2 2 2 2 2 2 2 RkR I I R 二次漏電抗的折算 值X2歸算前后次級(jí)漏磁無(wú)功損耗應(yīng)保持不變歸算前后次級(jí)漏磁無(wú)功損耗應(yīng)保持不變 n物理意義：繞組的電抗和繞組的匝數(shù)平繞組的電抗和繞組的匝數(shù)平 方成正比。由于歸算后次級(jí)匝數(shù)增加了方成正比。由于歸算后次級(jí)匝數(shù)增加了k 倍，故漏抗應(yīng)增加到倍，故漏抗應(yīng)增加到k2倍。倍。 2 2 2 2 2 2 2 xkx I I x 4、二次電壓的折算 值U2 2 222 22 2 2 222 2 )( / kU IZEk kIZkkE IZEU l物理意義：當(dāng)用當(dāng)用N 2替代了替代了N2，其匝數(shù)增加到，其匝數(shù)增加到 k倍。而主磁通倍。而主磁通 m及頻率及

39、頻率f均保持不變，折算均保持不變，折算 后的二次電壓應(yīng)增加后的二次電壓應(yīng)增加k倍倍 5、負(fù)載阻抗的折算值 ZL L L Zk kI kU I U Z 2 2 2 2 2 / l物理意義：繞組的阻抗和繞組的匝數(shù)平方成正 比。由于歸算后次級(jí)匝數(shù)增加了k倍，故漏阻抗應(yīng) 增加到k2倍。 折算后變壓器負(fù)載運(yùn)行 時(shí)的基本方程式 二、等效電 路 1、“T”形等效電路形等效電路 2、“”形 等效電路 變壓器近似等效電路變壓器近似等效電路 n把勵(lì)磁支路移至端點(diǎn)處。把勵(lì)磁支路移至端點(diǎn)處。計(jì)算時(shí)引起的 誤差不大：變壓器的勵(lì)磁電流(即空載電 流)為額定電流的2-10，（大型變壓 器不到1）。 近似等效電路可用于分析計(jì)

40、算變壓器負(fù)近似等效電路可用于分析計(jì)算變壓器負(fù) 載運(yùn)行的某些問(wèn)題，如二次側(cè)電壓變化載運(yùn)行的某些問(wèn)題，如二次側(cè)電壓變化 并聯(lián)運(yùn)行的負(fù)載分配等并聯(lián)運(yùn)行的負(fù)載分配等 3、簡(jiǎn)化等 效電路 短路電阻短路電阻 RS=R1+R2 短路電抗短路電抗 XS=X1+X2 短路阻抗短路阻抗 ZS=RS+jXS 結(jié)論結(jié)論： 1、短路阻抗等于一、二次漏、短路阻抗等于一、二次漏 阻抗之和，阻抗之和，ZS很小，且為常數(shù)很小，且為常數(shù) 2、當(dāng)變壓器穩(wěn)定短路時(shí)，短、當(dāng)變壓器穩(wěn)定短路時(shí)，短 路電流路電流IS=U1/ZS=（1020）IN 3、ZS起限制直到限制短路電起限制直到限制短路電 流的作用流的作用 略去勵(lì)滋電流略去勵(lì)滋電流（

41、支路）（支路） 常用于定性分析常用于定性分析 三、負(fù)載時(shí) 的相量圖 圖圖3.3.6感性負(fù)載時(shí)變壓器的相量圖感性負(fù)載時(shí)變壓器的相量圖 作業(yè) P121 3.15 3.16 本節(jié)知識(shí)點(diǎn)本節(jié)知識(shí)點(diǎn) 1、負(fù)載運(yùn)行時(shí)各參數(shù)的物理意義及特點(diǎn)、負(fù)載運(yùn)行時(shí)各參數(shù)的物理意義及特點(diǎn) 2、基本方程式、基本方程式 3.4.1 空載試驗(yàn) 求取 Rm、Xm、I0、P0 （PFe） 、k 3.4.2 短路試驗(yàn) 求取 RK、XK、UK、pcu 3.4 變壓器參 數(shù)的測(cè)定 參數(shù)確定方法參數(shù)確定方法： 1、計(jì)算法設(shè)計(jì)時(shí)采用 2、試驗(yàn)法空載、短路試驗(yàn)（已制造好的變壓器） 3.4.1 空載試驗(yàn) 一般在低壓側(cè) 做（安全，便于計(jì)量） 試驗(yàn)

42、可在高壓側(cè)測(cè)量也可在低壓側(cè)測(cè)量 ，視實(shí)際測(cè)量方便而定。如令高壓側(cè)開如令高壓側(cè)開 路，在低壓側(cè)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得的數(shù)據(jù)是路，在低壓側(cè)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得的數(shù)據(jù)是 低壓側(cè)的值，計(jì)算的勵(lì)磁阻抗也是低壓側(cè)的值，計(jì)算的勵(lì)磁阻抗也是歸算歸算 至至低壓側(cè)的值低壓側(cè)的值。 空載特性曲線 P0（I0） =f(U1) n通過(guò)調(diào)壓器給變壓器供通過(guò)調(diào)壓器給變壓器供 電，調(diào)壓器輸出電壓電，調(diào)壓器輸出電壓U1, 從從1.2UN到到0.3UN取取8-9 點(diǎn)，每點(diǎn)均測(cè)出點(diǎn)，每點(diǎn)均測(cè)出P0、I0、 U20，可得空載特性曲可得空載特性曲 線線 n空載試驗(yàn)時(shí)電壓較高，空載試驗(yàn)時(shí)電壓較高， 電流較小故電流要精確電流較小故電流要精確 測(cè)量，接線

43、圖中電流表測(cè)量，接線圖中電流表 中流過(guò)的電流為實(shí)際空中流過(guò)的電流為實(shí)際空 載電流載電流 空載試驗(yàn)參 數(shù)計(jì)算 n勵(lì)磁參數(shù)值（勵(lì)磁參數(shù)值（Zm)和鐵損和鐵損PFe （P0）均隨磁路飽和程度而）均隨磁路飽和程度而 變化變化。為反映變壓器運(yùn)行時(shí) 的磁路飽和情況，空載試驗(yàn) 時(shí)應(yīng)調(diào)整外施電壓等于額定 電壓。 n令U1為外施每相電壓，I0為 每相電流，P0為每相輸入功 率即等于每相的空載損耗P0。 (三相變壓器必須用每一相值 計(jì)算，K值用相電壓之比） 勵(lì)磁參數(shù)如折算到高壓 側(cè)，則乘K2即可 Fe N PP I I I ）U ）U k 、 0 1 0 0 1 20 %100% ( ( 低壓 高壓 低壓側(cè)一樣高

44、 mRmZXm I P Rm I U Zm 22 0 2 0 0 0 低壓側(cè) n短路試驗(yàn)應(yīng)降低電壓進(jìn)行短路試驗(yàn)應(yīng)降低電壓進(jìn)行?？刂贫搪冯娏?不超過(guò)額定值。 n短路試驗(yàn)可以在高壓側(cè)測(cè)量而把低壓側(cè)短 路，也可在低壓側(cè)測(cè)量而把高壓側(cè)短路。 二者測(cè)得的數(shù)值不同，用標(biāo)么值計(jì)算則相二者測(cè)得的數(shù)值不同，用標(biāo)么值計(jì)算則相 同同。 3.4.2 短路試驗(yàn) 一般在高 壓側(cè)做（安全，方便） 短路特性曲 線 PS(IS)=f(US) n試驗(yàn)開始時(shí)應(yīng)注意調(diào)壓器輸 出應(yīng)調(diào)到零，然后從0開始， 慢慢調(diào)節(jié)，并監(jiān)視電流表， 使短路電流IS1.3I1N時(shí)停止 升壓，防止過(guò)大電流產(chǎn)生， 對(duì)變壓器不利。 n記錄數(shù)據(jù)US ，IS，從1.3I1N 到0.5I1N測(cè)56點(diǎn)。由于US 低，鐵心中低，故PS中所 含鐵損耗較小，可忽略鐵耗， 故PS中只含銅耗。 nUS、IS、PS分別表示 每相值。(三相變壓器必 須用每一相值計(jì)算），測(cè) 取IS=I1N時(shí)的US、PS值進(jìn) 行計(jì)算 nK值用相電壓之比） n電阻隨溫度而變化，如短 路試驗(yàn)時(shí)的室溫為 ()， 按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定應(yīng)換算到標(biāo)準(zhǔn) 溫度75時(shí)的值。 短路試驗(yàn)參數(shù) 計(jì)算 SCSCS S