變壓器正確使用

關于變壓器正確使用第1頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三3.1變壓器的基本工作原理和結構3.1.1基本工作原理和分類一、基本工作原理

變壓器的主要部件是鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。在一次繞組中加上交變電壓，產生交鏈一、二次繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應電動勢。

只要(1)磁通有變化量;(2)一、二次繞組的匝數(shù)不同，就能達到改變壓的目的。第2頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三二、分類按用途分：電力變壓器和特種變壓器。

按繞組數(shù)目分：單繞組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。

按相數(shù)分：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。

按鐵心結構分：心式變壓器和殼式變壓器。

按調壓方式分：無勵磁調壓變壓器和有載調壓變壓器。

按冷卻介質和冷卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器。

第3頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三3.1.2

基本結構一、鐵心

變壓器的主磁路，為了提高導磁性能和減少鐵損，用厚為0.35-0.5mm、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。

變壓器的電路，一般用絕緣銅線或鋁線繞制而成。

油浸式變壓器的器身浸在變壓器油的油箱中。油是冷卻介質，又是絕緣介質。油箱側壁有冷卻用的管子（散熱器或冷卻器）。

將線圈的高、低壓引線引到箱外，是引線對地的絕緣，擔負著固定的作用。二、繞組四、油箱三、絕緣套管此外，還有儲油柜、吸濕器、安全氣道、凈油器和氣體繼電器。第4頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三連接發(fā)電機與電網的升壓變壓器連接發(fā)電機的封閉母線

與電網相連的高壓出線端返回第5頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三三相干式變壓器接觸調壓器第6頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三電源變壓器環(huán)形變壓器控制變壓器第7頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三3.1.3

型號與額定值一、型號

型號表示一臺變壓器的結構、額定容量、電壓等級、冷卻方式等內容，表示方法為如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相強迫油循環(huán)風冷三繞組銅線有載調壓，額定容量250000kVA，高壓額定電壓220kV電力變壓器第8頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三二、額定值此外，額定值還有額定頻率、效率、溫升等。指銘牌規(guī)定的額定使用條件下所能輸出的視在功率。額定容量指長期運行時所能承受的工作電壓額定電壓

是指一次側所加的額定電壓，是指一次側加額定電壓時二次側的開路電壓。在三相變壓器中額定電壓為線電壓。三者關系：單相：三相：指在額定容量下，允許長期通過的額定電流。在三相變壓器中指的是線電流額定電流第9頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三3.2單相變壓器的空載運行3.2.1

電磁關系一、物理情況第10頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三二、各電磁量參考方向的規(guī)定1）性質上：與成非線性關系；與成線性關系；2）數(shù)量上：占99%以上，僅占1%以下；3）作用上：起傳遞能量的作用，起漏抗壓降作用。主磁通與漏磁通的區(qū)別一次側遵循電動機慣例，二次側遵循發(fā)電機慣例。強調：磁通與產生它的電流之間符合右手螺旋定則；電動勢與感應它的磁通之間符合右手螺旋定則。第11頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三三、感應電動勢分析1.主磁通感應的電動勢——主電動勢設則有效值相量同理，二次主電動勢也有同樣的結論。

可見，當主磁通按正弦規(guī)律變化時，所產生的一次主電動勢也按正弦規(guī)律變化，時間相位上滯后主磁通。主電動勢的大小與電源頻率、繞組匝數(shù)及主磁通的最大值成正比。第12頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三2.漏磁通感應的電動勢——漏電動勢漏電動勢也可以用漏抗壓降來表示，即根據(jù)主電動勢的分析方法，同樣有由于漏磁通主要經過非鐵磁路徑,磁路不飽和,故磁阻很大且為常數(shù),所以漏電抗很小且為常數(shù),它不隨電源電壓負載情況而變.第13頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三3.2.2空載電流和空載損耗一、空載電流1.作用與組成2、性質和大小

性質：由于空載電流的無功分量遠大于有功分量，所以空載電流主要是感性無功性質——也稱勵磁電流；大?。号c電源電壓和頻率、線圈匝數(shù)、磁路材質及幾何尺寸有關，用空載電流百分數(shù)I0%來表示：空載電流包含兩個分量，一個是勵磁分量，作用是建立磁場，另一個是鐵損耗分量，主要作用是供鐵損耗。第14頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三3、空載電流波形由于磁路飽和，空載電流與由它產生的主磁通呈非線性關系。

當磁通按正弦規(guī)律變化時，空載電流呈尖頂波形。

當空載電流按正弦規(guī)律變化時，主磁通呈尖頂波形。實際空載電流為非正弦波，但為了分析、計算和測量的方便，在相量圖和計算式中常用正弦的電流代替實際的空載電流。第15頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三二、空載損耗

對于已制成變壓器，鐵損與磁通密度幅值的平方成正比，與電流頻率的1.3次方成正比，即

空載損耗約占額定容量的0.2%~1%，而且隨變壓器容量的增大而下降。為減少空載損耗，改進設計結構的方向是采用優(yōu)質鐵磁材料：優(yōu)質硅鋼片、激光化硅鋼片或應用非晶態(tài)合金。第16頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三3.2.3空載時的電動勢方程、等效電路和相量圖一、電動勢平衡方程和變比1、電動勢平衡平衡方程（1）一次側電動勢平衡方程忽略很小的漏阻抗壓降，并寫成有效值形式，有則

可見，影響主磁通大小的因素有電源電壓和頻率，以及一次線圈的匝數(shù)。重要公式第17頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三（2）二次側電動勢平衡方程2、變比定義

對三相變壓器，變比為一、二次側的相電動勢之比，近似為額定相電壓之比，具體為Y，d接線D，y接線第18頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三二、空載時的等效電路和相量圖1、等效電路一次側的電動勢平衡方程為空載時等效電路為第19頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三勵磁電阻、勵磁電抗、勵磁阻抗。由于磁路具有飽和特性，所以不是常數(shù)，隨磁路飽和程度增大而減小。由于，所以有時忽略漏阻抗，空載等效電路只是一個元件的電路。在一定的情況下，大小取決于的大小。從運行角度講，希望越小越好，所以變壓器常采用高導磁材料，增大，減小，提高運行效率和功率因數(shù)。

第20頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三2、相量圖根據(jù)前面所學的方程，可作出變壓器空載時的相量圖：（1）以為參考相量（2）與同相，滯后，（3）滯后，；（4）（5）第21頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三空載運行小結（1）一次側主電動勢與漏阻抗壓降總是與外施電壓平衡,若忽略漏阻抗壓降，則一次主電勢的大小由外施電壓決定.（2）主磁通大小由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝數(shù)決定，與磁路所用的材質及幾何尺寸基本無關。（3）空載電流大小與主磁通、線圈匝數(shù)及磁路的磁阻有關，鐵心所用材料的導磁性能越好，空載電流越小。（4）電抗是交變磁通所感應的電動勢與產生該磁通的電流的比值，線性磁路中，電抗為常數(shù)，非線性電路中，電抗的大小隨磁路的飽和而減小。第22頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三3.3單相變壓器的負載運行3.3.1

負載運行時的電磁關系變壓器一次側接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次接上負載的運行狀態(tài)，稱為負載運行。第23頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三用圖示負載運行時的電磁過程第24頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三3.3.2

基本方程一、磁動勢平衡方程或

電磁關系將一、二次聯(lián)系起來,二次電流增加或減少必然引起一次電流的增加或減少.用電流形式表示。,I;,I::L作用它起平衡二次磁動勢的另一個是負載分量產生主磁通它用來一個是勵磁電流兩個分量變壓器的負載電流包括表明10&&第25頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三二、電動勢平衡方程根據(jù)基爾霍夫電壓定律可寫出一、二次側電動勢平衡方程負載運行時,忽略空載電流有:表明，一、二次電流比近似與匝數(shù)成反比?？梢?，匝數(shù)不同，不僅能改變電壓，同時也能改變電流。第26頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三3.3.3

等效電路及相量圖一、折算折算原則：1）保持二次側磁動勢不變；2）保持二次側各功率或損耗不變。方法：（將二次側折算到一次側)折算：將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個繞組(N2=N1)來等效，同時對該繞組的電磁量作相應的變換，以保持兩側的電磁關系不變,用一個等效的電路代替實際的變壓器。第27頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三折算后的方程式為第28頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三二、等效電路根據(jù)折算后的方程，可以作出變壓器的等效電路。T型等效電路：近似等效電路第29頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三簡化等效電路：其中分別稱為短路電阻、短路電抗和短路阻抗。

由簡化等效電路可知，短路阻抗起限制短路電流的作用，由于短路阻抗值很小，所以變壓器的短路電流值較大，一般可達額定電流的10~20倍。第30頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三三、相量圖作相量圖的步驟——對應T型等效電路，假定變壓器帶感性負載。第31頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三作相量圖的步驟（假定帶感性負載）——對應簡化等效電路由等效電路可知根據(jù)方程可作出簡化相量圖思考題

作出變壓器帶上不同性質負載時的簡化相量圖?第32頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三3.4變壓器的參數(shù)測定3.4.1

空載實驗一、目的：通過測量空載電流和一、二次電壓及空載功率來計算變比、空載電流百分數(shù)、鐵損和勵磁阻抗。二、接線圖三、要求及分析WAVV~**1）低壓側加電壓，高壓側開路；第33頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三4）求出參數(shù)5）空載電流和空載功率必須是額定電壓時的值，并以此求取勵磁參數(shù)；6）若要得到高壓側參數(shù)，須折算；7）對三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值；第34頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三3.4.2

短路實驗1.目的：通過測量短路電流、短路電壓及短路功率來計算變壓器的短路電壓百分數(shù)、銅損和短路阻抗。2.接線圖3.要求及分析1）高壓側加電壓，低壓側短路；WAV~**3）同時記錄實驗室的室溫；4）由于外加電壓很小，主磁通很少，鐵損耗很少，忽略鐵損，認為。第35頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三5）參數(shù)計算對T型等效電路：四、短路電壓短路時，當短路電流為額定值時一次所加的電壓，稱為短路電壓，記作短路電壓也稱為阻抗電壓。6）溫度折算：電阻應換算到基準工作溫度時的數(shù)值。8）對三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值；7）若要得到低壓側參數(shù)，須折算；第36頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三短路電壓常用百分值表示

短路電壓的大小直接反映短路阻抗的大小，而短路阻抗又直接影響變壓器的運行性能。

從正常運行角度看，希望短路電壓小些，這樣可使副邊電壓隨負載波動小些；從限制短路電流角度，希望它大些，相應的短路電流就小些。第37頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三3.5標么值

標么值,就是指某一物理量的實際值與選定的同一單位的基準值的比值,即一、定義二、基準值的確定1、通常以額定值為基準值。

2、各側的物理量以各自側的額定值為基準；線值以額定線值為基準值，相值以額定相值為基準值；單相值以額定單相值為基準值，三相值以額定三相值為基準值；3、標么值=實際值基準值第38頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三三、優(yōu)點四、缺點標么值沒有單位，物理意義不明確。3、折算前、后的標么值相等。線值的標么值=相值的標么值；單相值的標么值=三相值的標么值；

1、額定值的標么值為1。

2、百分值=標么值×100%；4、某些意義不同的物理量標么值相等第39頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三3.6變壓器的運行特性3.6.1電壓變化率用相量圖可以推導出電壓變化率的表達式：定義：是指一次側加50Hz額定電壓、二次空載電壓與帶負載后在某功率因數(shù)下的二次電壓之差，與二次額定電壓的比值，即

電壓變化率是表征變壓器運行性能的重要指標之一,它大小反映了供電電壓的穩(wěn)定性。式中稱為負載系數(shù)

由表達式可知，電壓變化率的大小與負載大小、性質及變壓器的本身參數(shù)有關。第40頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三1.001.0第41頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三3.6.2

電壓調整

為了保證二次端電壓在允許范圍之內,通常在變壓器的高壓側設置抽頭,并裝設分接開關,調節(jié)變壓器高壓繞組的工作匝數(shù),來調節(jié)變壓器的二次電壓。

分接開關有兩種形式：一種只能在斷電情況下進行調節(jié)，稱為無載分接開關-----這種調壓方式稱為無勵磁調壓；另一種可以在帶負荷的情況下進行調節(jié)，稱為有載分接開關-----這種調壓方式稱為有載調壓。

中、小型電力變壓器一般有三個分接頭，記作UN±5%。大型電力變壓器采用五個或多個分接頭,例UN±2x2.5%或UN±8x1.5%。第42頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三3.6.3

損耗、效率及效率特性

鐵損耗與外加電壓大小有關，而與負載大小基本無關，故也稱為不變損耗。一、變壓器的損耗

銅損耗分基本銅損耗和附加銅損耗?；俱~損耗是在電流在一、二次繞組直流電阻上的損耗；附加損耗包括因集膚效應引起的損耗以及漏磁場在結構部件中引起的渦流損耗等。變壓器的損耗主要是鐵損耗和銅損耗兩種。

鐵損耗包括基本鐵損耗和附加鐵損耗?；捐F損耗為磁滯損耗和渦流損耗。附加損耗包括由鐵心疊片間絕緣損傷引起的局部渦流損耗、主磁通在結構部件中引起的渦流損耗等。

銅損耗大小與負載電流平方成正比，故也稱為可變損耗。第43頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三

效率大小反映變壓器運行的經濟性能的好壞，是表征變壓器運行性能的重要指標之一。二、效率及效率特性效率是指變壓器的輸出功率與輸入功率的比值。其中第44頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三效率表達式

變壓器效率的大小與負載的大小、功率因數(shù)及變壓器本身參數(shù)有關。效率特性：在功率因數(shù)一定時，變壓器的效率與負載電流之間的關系η=f(β),稱為變壓器的效率特性。第45頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三

即當銅損耗等于鐵損耗(可變損耗等于不變損耗)時,變壓器效率最大：或

為了提高變壓器的運行效益，設計時應使變壓器的鐵損耗小些。令,則第46頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三3.7三相變壓器3.7.1磁路系統(tǒng)一、組式磁路變壓器二、心式磁路變壓器特點是：三相磁路彼此無關聯(lián)。特點是：三相磁路彼此有關聯(lián)。第47頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三3.7.2

電路系統(tǒng)一、變壓器的端頭標號繞組名稱單相變壓器三相變壓器中性點首端末端首端末端高壓繞組U1U2U1、V2、W1U2、V2、W2N低壓繞組u1u2u1、v1、w1u2、v2、w2n中壓繞組U1mU2mU1m、V1m、W1mU2m、V2m、W2mNm第48頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三二、單相變壓器的極性**一、二次繞組的同極性端同標志時，一、二次繞組的電動勢同相位。******一、二次繞組的同極性端異標志時，一、二次繞組的電動勢反相位。第49頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三三、三相變壓器的連接組別連接組別：反映三相變壓器連接方式及一、二次線電動勢（或線電壓）的相位關系。

三相變壓器的連接組別不僅與繞組的繞向和首末端標志有關，而且還與三相繞組的連接方式有關。理論和實踐證明，無論采用怎樣的連接方式，一、二次側線電動勢（可電壓）的相位差總是300的整數(shù)倍。因此可以采用時鐘表示法——作為時鐘的分針，指向12點，作為時鐘的時針，其指向的數(shù)字就是三相變壓器的組別號。組別號的數(shù)字乘以300，就是二次繞組的線電動勢滯后于一次側電動勢的相位角。第50頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三連接組別可以用相量圖來判斷：若高壓繞組三相標志不變，低壓繞組三相標志依次后移，可以得到Y,y4、Y,y8連接組別。1、Y，y連接

同名端在對應端，對應的相電動勢同相位，線電動勢和也同相位，連接組別為Y，y0。同理，若異名端在對應端，可得到Y，y6、Y,y10和Y,y2連接組別。第51頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三若高壓繞組三相標志不變，低壓繞組三相標志依次后移，可以得到Y,d3、Y,d7連接組別。2、Y，d連接-11

同名端在對應端，對應的相電動勢同相位，線電動勢和相差3300，連接組別為Y，d11。同理，若異名端在對應端，可得到Y，d5、Y,d9和Y,d1連接組別。第52頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三若高壓繞組三相標志不變，低壓繞組三相標志依次后移，可以得到Y,d5、Y,d9連接組別。3、Y，d連接-1同名端在對應端，對應的相電動勢同相位，線電動勢和相差300，連接組別為Y，d1。同理，若異名端在對應端，可得到Y，d7、Y,d11和Y,d3連接組別。第53頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三

總之，對于Y，y（或D，d）連接，可以得到0、2、4、6、8、10等六個偶數(shù)組別；而Y，d（或D，y）連接，可以得到1、3、5、7、9、11等六個奇數(shù)組別。

變壓器的連接組別很多，為了便于制造和并聯(lián)運行，國家標準規(guī)定，Y，yn0、Y，d11、YN，d11、YN，y0和Y，y0連接組為三相雙繞組電力變壓器的標準連接組別。

其中前三種最為常用：Y,yn0

連接的二次繞組可以引出中線，成為三相四線制，用作配電變壓器時可兼供動力和照明負載。Y,d11連接用于低壓側電壓超過400V的線路中。YN,d11連接主要用于高壓輸電線路中，使電力系統(tǒng)的高壓側可以接地。第54頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三3.7.3磁路系統(tǒng)和繞組連接方式對電動勢波形的影響

i0中有無i03,看電路連接中有無i03通路，Y連接中，無i03通路,i0為正弦波;YN或D連接,i03可以在繞組中流過，i0為尖頂波。

單相變壓器，當磁路飽和時，u1為正弦波，Φ和e1也是正弦波，而i0為尖頂波——分解為基波i01和三次諧波i03（忽略其它高效次諧波）。

對三相變壓器，由于繞組的連接方式不同，i0

中可能i03

，使Φ和e1為非正弦波——同樣可分解為基波和三次諧波（忽略其它高效次諧波）。

Φ中有無Φ3

，看磁路結構，三相組式變壓器，Φ3可以在鐵心中流過，Φ為平頂波；三相心式變壓器，Φ3不能在鐵心中流過，只能借助油和油箱壁等形成回路，磁路磁阻很大，Φ3很小，Φ基本為正弦波。第55頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三三相勵磁電流返回第56頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三磁通與電勢的相位關系返回第57頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三一、Y，y連接的三相變壓器一次側Y接線，i03=0，i0為正弦波，磁通Φ應為平頂波。（2）對三相心式變壓器，Φ3不能在鐵心中流過，只能借助油和油箱壁等形成回路，磁路磁阻很大，Φ3很小，Φ基本為正弦波，感應電動勢e也基本為正弦波。但通過油箱壁時將產生渦流損耗，造成局部過熱，降低變壓器的效率，因此，容量大于1800kVA時，不宜采用心式Y，y連接。（1）對三相組式變壓器，Φ3可以在鐵心中存在，所以Φ為平頂波，感應電動勢e為尖頂波，其中的三次諧波幅值可達基波幅值的45%~60%，使相電動勢的最大值升高很多，可能擊穿繞組絕緣，因此，三相組式變壓器不采用Y，y連接。第58頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三二、YN，y連接的三相變壓器

一次側YN接線，i03可以流過，i0為尖頂波，磁通Φ應為正弦波，感應電動勢e也為正弦波。

一次繞組Y連接，i03=0，i0為正弦波，Φ應為平頂波，其中的Φ3在二次繞組中感應電動勢e23，并在D內產生i23。i23建立的磁通Φ23大大削弱Φ3的作用，因此合成磁通和電動勢均接近正弦波。三、D，y連接的三相變壓器

一次側D接線，i03可以流過，i0為尖頂波，磁通Φ應為正弦波，感應電動勢e也為正弦波。四、Y，d連接的三相變壓器第59頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三五、Y，yn連接的三相變壓器

二次側yn接線，負載時可以為三次諧波提供通路，使相電動勢波形得到改善。但是由于負載的影響，產生i23不能很大，所以相電動勢波形不能得到很好改善，這種情況基本與Y，y連接一樣，只適用于容量較小的三相心式變壓器，而組式變壓器仍然不采用。結論：（1）變壓器一次側是YN連接時，電動勢波為正弦。（2）變壓器有一側是D連接時，電動勢波為正弦。（3）無論相電動勢是否為正弦波，但線電動勢一定是正弦波。（4）若一定需要Y，y連接，則可以增加第三繞組，采用D接線第60頁，共67頁，2023年，2月20日，星期三3.8變壓器的并聯(lián)運行3.8.1

并聯(lián)運行的理想條件并聯(lián)運行的優(yōu)點：

并聯(lián)運行是指將幾臺變壓器的一、二次繞組分別接在一、二次側的公共母線上，共同向負載供電的運行方式。并聯(lián)運行的理想情況是：1、空載時各變